(57)【要約】【課題】  比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない位相シフタ。【解決手段】  位相シフタ（１）は、第１の格子ピッチ（ｐ）を有する一群の反射型回折格子（１０）と、これらの一群の反射型回折格子の中に形成されて第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチ（ｐ’）を有する１つの反射型回折格子（１１）とを備えている。第２の格子ピッチは第１の格子ピッチの約半分に設定され、回折格子はブレーズド格子である。また、位相シフタは、たとえばレプリカ生成技術により形成されている。【選択図】  図３
2006024723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化装置において、
前記位相シフタは、第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、
該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えていることを特徴とする結晶化装置。
【請求項２】
位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化装置において、
前記位相シフタは、第１の格子ピッチを有する一群の反射型回折格子と、該一群の反射型回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの反射型回折格子とを備えていることを特徴とする結晶化装置。
【請求項３】
前記第２の格子ピッチは、前記第１の格子ピッチの約半分に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶化装置。
【請求項４】
前記回折格子は、ブレーズド格子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結晶化装置。
【請求項５】
前記位相シフタは、レプリカ生成技術により形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結晶化装置。
【請求項６】
前記所定の光強度分布は、前記第２の格子ピッチを有する１つの回折格子に対応した位置において光強度の最も小さい逆ピーク状の光強度分布であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結晶化装置。
【請求項７】
所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化方法において、
第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えた位相シフタを介して得られた前記所定の光強度分布を有する光束を前記非単結晶半導体に照射することを特徴とする結晶化方法。
【請求項８】
所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化方法において、
第１の格子ピッチを有する一群の反射型回折格子と、該一群の反射型回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの反射型回折格子とを備えた位相シフタを介して得られた前記所定の光強度分布を有する光束を前記非単結晶半導体に照射することを特徴とする結晶化方法。
【請求項９】
第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えていることを特徴とする回折格子型の位相シフタ。
【請求項１０】
前記第１の格子ピッチを有する一群の回折格子および前記第２の格子ピッチを有する回折格子は、反射型回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の回折格子型の位相シフタ。
【請求項１１】
前記第２の格子ピッチは、前記第１の格子ピッチの約半分に設定されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の回折格子型の位相シフタ。
【請求項１２】
前記回折格子は、ブレーズド格子であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の回折格子型の位相シフタ。
【請求項１３】
前記回折格子は、レプリカ生成技術により形成されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の回折格子型の位相シフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化装置、結晶化方法、回折格子型の位相シフタおよび反射回折格子型の位相シフタに関する。特に、本発明は、所定の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置および結晶化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば液晶表示装置（Liquid-Crystal-Display:ＬＣＤ）の表示画素を選択するスイッチング素子などに用いられる薄膜トランジスタ（Thin-Film-Transistor：ＴＦＴ）は、非晶質シリコン（amorphous-Silicon）や多結晶シリコン（poly-Silicon）を用いて形成されている。
【０００３】
多結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも電子または正孔の移動度が高い。したがって、多結晶シリコンを用いてトランジスタを形成した場合、非晶質シリコンを用いて形成する場合よりも、スイッチング速度が速くなり、ひいてはディスプレイの応答が速くなる。また、周辺ＬＳＩを薄膜トランジスタで構成することが可能になる。さらに、他の部品の設計マージンを減らせるなどの利点がある。また、ドライバ回路やＤＡＣなどの周辺回路をディスプレイに組み入れる場合に、それらの周辺回路をより高速に動作させることができる。
【０００４】
多結晶シリコンは結晶粒の集合からなるため、例えばＴＦＴトランジスタを形成した場合、チャネル領域に結晶粒界が形成され、この結晶粒界が障壁となり単結晶シリコンに比べると電子または正孔の移動度を低くする。また、多結晶シリコンを用いて形成された多数の薄膜トランジスタは、チャネル部に形成される結晶粒界数が各薄膜トランジスタ間で異なり、これがバラツキとなって液晶表示装置であれば表示ムラの問題となる。そこで、最近、電子または正孔の移動度を向上させ且つチャネル部における結晶粒界数のバラツキを少なくするために、少なくとも１個のチャネル領域を形成できる大きさの大粒径の結晶化シリコンを生成する結晶化方法が提案されている。
【０００５】
従来、この種の結晶化方法として、多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜と平行に近接させた位相シフタにエキシマレーザ光を照射して結晶化半導体膜を生成する「位相制御ＥＬＡ（Excimer  Laser  Annealing）法」が知られている。位相制御ＥＬＡ法の詳細は、たとえば非特許文献１に開示されている。
【非特許文献１】表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000
【０００６】
位相制御ＥＬＡ法では、位相シフタの位相シフト部に対応する点において光強度が周辺よりも低い逆ピークパターン（中心において光強度が最も低く周囲に向かって光強度が急激に増大するパターン）の光強度分布を発生させ、この逆ピーク状の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜（多結晶半導体膜または非晶質半導体膜）に照射する。その結果、被照射領域内において光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最も低い点に対応して最初に凝固する部分もしくは溶融しない部分に結晶核が形成され、その結晶核から周囲に向かって結晶が横方向に成長（以降、「ラテラル成長」もしくは「ラテラル方向成長」とよぶ）することにより大粒径の単結晶粒が生成される。
【０００７】
また、位相シフタおよび結像光学系を介して得られるＶ字型の光強度分布の光を非単結晶半導体膜に照射することにより結晶粒を生成する結晶化方法が発表されている（非特許文献２を参照）。
【非特許文献２】H.Ogawa他, "Growth of Large Si Grains at Room Temperature by Phase-Modulated Excimer-Laser Annealing Method", IDW'03 Proceedings of The 10th International Display Workshops, p323
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術における位相シフタでは、その基体となる合成石英基板に部分的に凹凸を形成し、合成石英基板中を通過するレーザ光の光路差を適宜設けることにより位相のシフトを行っている。すなわち、従来の位相シフタは、透過型の位相変調素子であるため、原理的に色収差が発生するという不都合があった。
【０００９】
また、従来の位相シフタを製造するには、波長（３０８ｎｍまたは２４８ｎｍ）オーダーのエッチングプロセスを素子毎に正確に実施する必要があり、素子が高価になり易いという不都合があった。さらに、従来の位相シフタは、透過型の素子であるため、素子の表面および裏面にそれぞれＡＲコート（反射防止コート）を成膜する必要があり、素子が高価になり易いという不都合があった。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的安価に製造することが可能な位相シフタで且つ色収差が実質的に発生することのない位相シフタを提供することを目的とする。また、比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して、所望の結晶化半導体を生成することのできる結晶化装置および結晶化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化装置において、
前記位相シフタは、第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えていることを特徴とする結晶化装置を提供する。
本発明の第２形態では、位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化装置において、
前記位相シフタは、第１の格子ピッチを有する一群の反射型回折格子と、該一群の反射型回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの反射型回折格子とを備えていることを特徴とする結晶化装置を提供する。
【００１２】
第１形態または第２形態の好ましい態様によれば、前記第２の格子ピッチは、前記第１の格子ピッチの約半分に設定されている。また、前記回折格子は、ブレーズド格子であることが好ましい。また、前記位相シフタは、レプリカ生成技術により形成されていることが好ましい。また、前記所定の光強度分布は、前記第２の格子ピッチを有する１つの回折格子に対応した位置において光強度の最も小さい逆ピーク状の光強度分布であることが好ましい。
【００１３】
本発明の第３形態では、所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化方法において、
第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えた位相シフタを介して得られた前記所定の光強度分布を有する光束を前記非単結晶半導体に照射することを特徴とする結晶化方法を提供する。
本発明の第４形態では、所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して結晶化半導体を生成する結晶化方法において、
第１の格子ピッチを有する一群の反射型回折格子と、該一群の反射型回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの反射型回折格子とを備えた位相シフタを介して得られた前記所定の光強度分布を有する光束を前記非単結晶半導体に照射することを特徴とする結晶化方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５形態では、第１の格子ピッチを有する一群の回折格子と、該一群の回折格子の中に形成されて前記第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの回折格子とを備えていることを特徴とする回折格子型の位相シフタを提供する。
【００１５】
第５形態の好ましい態様によれば、前記第１の格子ピッチを有する一群の回折格子および前記第２の格子ピッチを有する回折格子は、反射型回折格子である。また、前記第２の格子ピッチは、前記第１の格子ピッチの約半分に設定されていることが好ましい。また、前記回折格子は、ブレーズド格子であることが好ましい。また、前記回折格子は、レプリカ生成技術により形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の位相シフタでは、第１の格子ピッチを有する一群の反射型回折格子の中に、第１の格子ピッチと異なる第２の格子ピッチを有する１つの反射型回折格子が形成されている。その結果、本発明では、比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない位相シフタを実現することができる。また、本発明の結晶化装置および結晶化方法では、比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない位相シフタを介して得られた所定の光強度分布を有する光束を非単結晶半導体に照射して、所望の結晶化半導体を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の照明系の内部構成を概略的に示す図である。図１を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、反射回折格子型の位相シフタ１と、照明系２と、結像光学系３と、被処理基板４と、基板ステージ５とを備えている。反射回折格子型の位相シフタ１の具体的な構成および作用については後述する。
【００１８】
照明系２は、図２に示すように、被処理基板４を溶融させるエネルギ光を出力する光源として、紫外光、たとえば２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源２ａを備えている。なお、この光源２ａとしては、ＸｅＣｌエキシマレーザ光源やＹＡＧレーザ光源のような、被結晶化処理体を溶融するエネルギ光線を射出する性能を有する他の適当な光源を用いることもできる。光源２ａから供給されたレーザ光は、ビームエキスパンダ２ｂを介して拡大された後、第１フライアイレンズ２ｃに入射する。
【００１９】
こうして、第１フライアイレンズ２ｃの後側焦点面には複数の光源が形成され、これらの複数の光源からの光束は第１コンデンサー光学系２ｄを介して、第２フライアイレンズ２ｅの入射面を重畳的に照明する。その結果、第２フライアイレンズ２ｅの後側焦点面には、第１フライアイレンズ２ｃの後側焦点面よりも多くの複数の光源が形成される。第２フライアイレンズ２ｅの後側焦点面に形成された複数の光源からの光束は、第２コンデンサー光学系２ｆを介して、位相シフタ１を重畳的に照明する。
【００２０】
ここで、第１フライアイレンズ２ｃおよび第１コンデンサー光学系２ｄは、第１ホモジナイザを構成し、この第１ホモジナイザにより光源２ａから供給されたレーザ光について位相シフタ１上での入射角度に関する均一化が図られる。また、第２フライアイレンズ２ｅおよび第２コンデンサー光学系２ｆは第２ホモジナイザを構成し、この第２ホモジナイザにより第１ホモジナイザからの入射角度が均一化されたレーザ光について位相シフタ１上での面内各位置での光強度に関する均一化が図られる。こうして、照明系２は、ほぼ均一な光強度分布を有するレーザ光により位相シフタ１を照明する。
【００２１】
位相シフタ１で反射され且つ位相変調されたレーザ光は、結像光学系３を介して、被処理基板４に入射される。ここで、結像光学系３は、位相シフタ１の回折面と被処理基板４とを光学的に共役に配置している。換言すれば、被処理基板４は、位相シフタ１の回折面と光学的に共役な面（結像光学系３の像面）に設定されている。結像光学系３は、正レンズ群３ａと正レンズ群３ｂとの間に開口絞り３ｃを備えている。
【００２２】
開口絞り３ｃは、たとえば開口部（光透過部）の大きさの異なる複数の開口絞りを有し、これらの複数の開口絞り３ｃは光路に対して交換可能に構成されている。あるいは、開口絞り３ｃとして、開口部の大きさを連続的に変化させることのできる虹彩絞りを用いてもよい。いずれにしても、開口絞り３ｃの開口部の大きさ（ひいては結像光学系３の像側開口数ＮＡ）は、後述するように、被処理基板４の半導体膜上において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。なお、結像光学系３は、屈折型の光学系であってもよいし、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
【００２３】
また、被処理基板４は、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラス基板の上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地絶縁膜、非単結晶半導体膜およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜およびキャップ膜は、絶縁膜例えばＳｉＯ2である。前者の下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触してＮａなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、非晶質シリコン膜の溶融温度が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止し、上記溶融温度を蓄熱する。後者のキャップ膜は、上記溶融温度を蓄熱しレーザ光が遮断されたとき非晶質シリコン膜の溶融温度が急激に降温しないようにゆっくり降温するように作用する。このゆっくり降温は、非単結晶半導体膜の大粒径結晶化を実現する。上記非単結晶半導体膜は、たとえば非晶質シリコン膜である。非晶質シリコン膜は、例えば結晶化される半導体膜であり、非単結晶膜で、非晶質半導体膜や多結晶半導体などである。
【００２４】
非単結晶膜は、非単結晶の半導体膜や金属などでもよい。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板４は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ５上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持される。
【００２５】
図３は、本実施形態にかかる反射回折格子型の位相シフタの構成を概略的に示す図である。本実施形態の位相シフタ１は、たとえばガラス基板（ブランク）１ａ上に、回折格子、例えば樹脂を用いて一群のブレーズド格子１ｂを形成することにより反射型回折格子が構成されている。一群のブレーズド格子１ｂの表面には、たとえば誘電多層膜（不図示）からなる反射膜が形成されている。なお、一群のブレーズド格子１ｂの表面に形成される反射膜として、たとえばアルミニウムのような金属膜（不図示）を用いることもできる。アルミニウムの反射膜は、表面にアルミニウム膜をスパッタリングすることにより形成することができる。
【００２６】
さらに詳細には、本実施形態の位相シフタ１は、基本格子ピッチ（第１の格子ピッチ）ｐを有する一群の基本ブレーズド格子（反射型回折格子）１０と、この一群の基本ブレーズド格子１０の中に形成されて基本格子ピッチｐと異なる特定格子ピッチ（第２の格子ピッチ）ｐ’を有する１つの特定ブレーズド格子（反射型回折格子）１１とを備えている。本実施形態では、特定格子ピッチｐ’が基本格子ピッチｐの半分、すなわちｐ／２に設定されている。
【００２７】
また、図３の紙面の手前側から各ブレーズド格子１ｂに入射した光線１２が、各ブレーズド格子１ｂの反射膜により反射され、光線１３となって図３の紙面の向こう側へ導かれる。さらに、入射光線１２と反射光線１３とを含む面は、図３の紙面に垂直である。この場合、互いに隣り合う一方の基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３と他方の基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３との間には、ブレーズド角度θおよび基本格子ピッチｐに応じた距離ｄの２倍に等しい光路差が発生する。
【００２８】
これに対し、特定ブレーズド格子１１からの反射光線１３とこれに隣接する基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３との間には、ブレーズド角度θおよび特定格子ピッチｐ／２に応じた距離ｄ／２の２倍に等しい光路差が発生する。本実施形態では、互いに隣り合う一方の基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３と他方の基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３との間の光路差２ｄ（２×ｄ）を光の波長λにほぼ一致するように、すなわち距離ｄがλ／２とほぼ等しくなるように設定されている。
【００２９】
したがって、特定ブレーズド格子１１からの反射光線１３とこれに隣接する基本ブレーズド格子１０からの反射光線１３との間の光路差ｄ（２×ｄ／２）は、λ／２（位相差１８０度に対応）とほぼ等しくなるように設定されている。その結果、本実施形態の位相シフタ１では特定ブレーズド格子１１が位相シフト線を構成することになり、１８０度の位相差を有する２つの領域の境界線が位相シフト線を構成するように構成されたライン型の位相シフタと同じように機能する。
【００３０】
こうして、被処理基板４上には、図４（ａ）に示すように、本実施形態の位相シフタ１の特定ブレーズド格子１１に対応した位置、すなわち位相シフト線に対応する線２０において光強度が最も小さく且つ線２０と直交する方向に沿って周囲に向かって一次元的に光強度が増加するような逆ピークパターンの光強度分布が形成される。この場合、図４（ｂ）に示すように、位相シフト線に対応する線２０に沿って温度分布が最も低くなるとともに、線２０と直交する方向に沿って温度勾配（図中矢印で示す）が発生する。その結果、線２０の近傍で結晶核が発生し、その結晶核から線２０と直交する方向に沿ってラテラル成長することにより、所望の単結晶粒が生成される。
【００３１】
本実施形態の位相シフタ１は、一般の回折格子と同様に、レプリカ生成技術を用いて製造が可能である。具体的には、たとえばガラス基板にアルミニウムなどの金属薄膜を蒸着し、該金属薄膜に格子溝を形成することによりマスターを製作する。このマスターを母型として、その格子面に離型剤として薄く油膜を形成し、その上に例えば真空蒸着によりアルミニウム薄膜を形成した後、このアルミニウム薄膜上にガラス基板を接着剤（耐熱性樹脂）を介して接着させる。接着剤の硬化後、ガラス基板を母型から剥離させることによりアルミニウム薄膜はガラス基板側に移り、レプリカ位相シフタが得られる。
【００３２】
以上のように、本実施形態にかかる位相シフタ１は、反射回折格子型の素子であるため、従来の透過型の位相変調素子とは異なり、原理的に色収差が発生しない。また、波長オーダーのエッチングプロセスを素子毎に正確に実施して製造する必要がある従来技術とは異なり、上述のようなレプリカ生成技術を用いて製造することができるので、比較的安価に且つ精度良く大量生産が可能である。また、素子の表面および裏面にそれぞれＡＲコートを成膜する必要がある従来技術とは異なり、一群のブレーズド格子１ｂの表面に誘電多層膜またはアルミニウム薄膜のような反射膜を形成するだけでよい。
【００３３】
その結果、本実施形態では、比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない反射回折格子型の位相シフタ１を実現することができる。したがって、本実施形態の結晶化装置では、比較的安価に製造が可能で且つ色収差が実質的に発生することのない反射回折格子型の位相シフタ１を介して得られた逆ピークパターンの光強度分布を有する光束を被処理基板（非単結晶半導体）４に照射して、所望の結晶化半導体を生成することができる。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、特定格子ピッチｐ’を基本格子ピッチｐの半分に設定され、各ブレーズド格子１ｂに対する入射光線１２と反射光線１３とを含む面が図３の紙面に垂直に設定されている。また、互いに隣り合う２つの基本ブレーズド格子１０の間ではλにほぼ等しい光路差が発生し、互いに隣り合う特定ブレーズド格子１１と基本ブレーズド格子１０との間ではλ／２にほぼ等しい光路差が発生するように設定されている。しかしながら、これらに限定されることなく、ピッチの設定、ブレーズド角度の設定、入射・反射光線の設定、光路差の設定などについて、様々な変形例が可能である。
【００３５】
また、上述の実施形態では、位相シフタ１を構成する反射型回折格子として、ブレーズド格子１ｂを用いた例を示している。しかしながら、反射型のブレーズド格子に限定されることなく、反射型の振幅格子や反射型の位相格子を用いて本実施形態と類似の位相シフタを構成することもできる。また、上述の実施形態では、反射型の回折格子を用いて位相シフタ１を構成しているが、透過型の回折格子を用いて本実施形態と類似の位相シフタを構成することもできる。この透過型の回折格子は、上記したレプリカ生成技術を用いて製造することができるので、比較的安価に且つ精度良く大量生産が可能である。
【００３６】
図５は、本実施形態の結晶化装置を用いて結晶化された領域に電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。図５（ａ）に示すように、絶縁基板８０（例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなど）の上に、下地絶縁膜８１（例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＮおよび膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2積層膜など）および非晶質半導体膜８２（例えば、膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅなど）を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜した被処理基板５を準備する。そして、本実施形態にしたがう結晶化装置を用いて、非晶質半導体膜８２の表面の予め定められた領域に、レーザ光８３（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光やＸｅＣｌエキシマレーザ光など）を照射する。
【００３７】
こうして、図５（ｂ）に示すように、大粒径の結晶を有する多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４が生成される。次に、図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４を例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜８５に加工し、表面にゲート絶縁膜８６として膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍのＳｉＯ2膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。さらに、図５（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜上にゲート電極８７（例えば、シリサイドやＭｏＷなど）を形成し、ゲート電極８７をマスクにして不純物イオン８８（Ｎチャネルトランジスタの場合にはリン、Ｐチャネルトランジスタの場合にはホウ素）をイオン注入する。その後、窒素雰囲気でアニール処理（例えば、４５０°Ｃで１時間）を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜８５にソース領域９１、ドレイン領域９２を形成する。次に、図５（ｅ）に示すように、層間絶縁膜８９を成膜してコンタクト穴をあけ、チャネル９０でつながるソース９１およびドレイン９２に接続するソース電極９３およびドレイン電極９４を形成する。
【００３８】
以上の工程において、図５（ａ）および（ｂ）に示す工程で生成された多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４の大粒径結晶の位置に合わせて、チャネル９０を形成する。以上の工程により、多結晶トランジスタまたは単結晶化半導体に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することができる。こうして製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置（ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ（ＳＲＡＭやＤＲＡＭ）やＣＰＵなどの集積回路などに適用可能である。
【００３９】
なお、上述の説明では、多結晶半導体膜または非晶質半導体膜に所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置および結晶化方法に本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的に結像光学系を介して所定の光強度分布を所定面に形成する光照射装置に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の照明系の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態にかかる反射回折格子型の位相シフタの構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態にかかる反射回折格子型の位相シフタの作用を説明する図である。
【図５】本実施形態の結晶化装置を用いて電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  位相シフタ
１ａ  ガラス基板
１ｂ  ブレーズド格子
２  照明系
２ａ  ＫｒＦエキシマレーザ光源
２ｂ  ビームエキスパンダ
２ｃ，２ｅ  フライアイレンズ
２ｄ，２ｆ  コンデンサー光学系
３  結像光学系
３ｃ  開口絞り
４  被処理基板
５  基板ステージ
【図１】
2006024723.tif 000003
【図２】
2006024723.tif 000004
【図３】
2006024723.tif 000005
【図４】
2006024723.tif 000006
【図５】
2006024723.tif 000007