(57)【要約】【課題】  簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることのできる結晶化装置。【解決手段】  所定の光強度分布を有する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。所定方向（ｙ方向）に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素（２３ｂａ）を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明系と、光変調素子を介した光に基づいて所定の光強度分布を形成する結像光学系と、複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材（２５）とを備えている。【選択図】  図５
2009094329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光強度分布を有する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であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明系と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記所定の光強度分布を形成する結像光学系と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材とを備えている結晶化装置。
【請求項２】
前記短冊状の光学部材は、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する請求項１に記載の結晶化装置。
【請求項３】
前記短冊状の光学部材は、前記シリンドリカルレンズ要素の直前または直後に配置された平行平面板を有する請求項１または２に記載の結晶化装置。
【請求項４】
前記複数の短冊状の光学部材は、光軸に沿って互いに同じ長さを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結晶化装置。
【請求項５】
前記照明系は、矩形状の断面を有する光束を供給する光源と、該光源から射出された光束を前記所定方向に沿って縮小する整形光学系とを有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結晶化装置。
【請求項６】
所定の光強度分布を有する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方法であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明工程と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記非単結晶半導体膜上に前記所定の光強度分布を形成する形成工程と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材により、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する付与工程とを含む結晶化方法。
【請求項７】
前記付与工程では、前記短冊状の光学部材として、前記シリンドリカルレンズ要素の直前または直後に配置された平行平面板を用いる請求項６に記載の結晶化方法。
【請求項８】
前記照明工程では、光源から射出された矩形状の断面を有する光束を、前記所定方向に沿って縮小する請求項６または７に記載の結晶化方法。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結晶化装置または請求項６乃至８のいずれか１項に記載の結晶化方法を用いて製造されたデバイス。
【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、およびデバイスに関する。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、例えば液晶表示装置（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装置および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、位相シフター（光変調素子）にエキシマレーザ光を照射し、それによるフレネル回折像もしくは結像光学系による結像を非単結晶半導体膜（多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜）に照射して結晶化半導体膜を生成する「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、例えば表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000に開示されている。
【０００６】
位相制御ＥＬＡ法では、位相シフター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」または「横方向成長」と呼ぶ）することにより大粒径の単結晶粒が生成される。
【０００７】
結晶化装置および方法では、ホモジナイザを介して照度の均一化されたレーザ光で光変調素子（位相シフター）を照明する。このとき、ホモジナイザの作用により光変調素子上で重畳されるレーザ光が干渉し、光変調素子上および非単結晶半導体膜上に干渉縞が発生する。非単結晶半導体膜上に干渉縞が発生すると、非単結晶半導体膜上に所望の光強度分布が形成されなくなり、ひいては所望通りに結晶化される領域と所望通りに結晶化されない領域とが周期的に混在することになる。
【０００８】
従来、ホモジナイザを介して照度の均一化されたレーザ光を所定面に照射する装置（レーザアニール装置、レーザ照射装置など）において、所定面における干渉縞の発生を低減するための構成が種々提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３などを参照）。例えば、特許文献１には、光軸方向の長さが異なる複数の平行平面板を階段状に積層させて形成された可干渉性解消素子の作用により時間コヒーレンシーを低減させる技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１６７２１３号公報
【特許文献２】特開２００４−０１２７５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２９４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された従来技術では、階段状に積層させた複数の平行平面板の段差のエッジを所要の精度で形成することが困難であり、ひいては可干渉性解消素子の製造が困難である。また、可干渉性解消素子の光軸に沿った長さが比較的大きくなるため、可干渉性解消素子を光路中に組み込むための比較的大きな設置スペースが必要になり、光学系の大型化、ひいては装置の大型化を招き易い。また、複数の平行平面板が階段状に積層させて一体化されているので、可干渉性解消素子を光路中の所要位置に位置決めするのに時間がかかる。
【００１１】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑え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】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の第１実施形態では、所定の光強度分布を有する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であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明系と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記所定の光強度分布を形成する結像光学系と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材とを備えている結晶化装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２形態では、所定の光強度分布を有する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方法であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明工程と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記非単結晶半導体膜上に前記所定の光強度分布を形成する形成工程と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材により、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する付与工程とを含む結晶化方法を提供する。
【００１４】
本発明の第３形態では、第１形態の結晶化装置または第２形態の結晶化方法を用いて製造されたデバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、ホモジナイザにおいて所定方向に配列された複数のシリンドリカルレンズ要素に対して１個おきに複数の短冊状の光学部材を設けることにより、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素の間に所要の光路長差、例えば時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する。その結果、本発明では、複数の短冊状の光学部材による時間コヒーレンシーの低減作用により、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。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および図２では、結晶化装置の基本的な構成および作用の理解を容易にするために、本実施形態の特徴的な構成要素の図示を省略している。また、図２では、説明の理解を容易にするために、光路折り曲げミラーＭ１，Ｍ２の図示を省略して直線状に展開された光路に沿って光源２１から光変調素子１までの構成を示すとともに、局所座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を設定している。
【００１７】
図１および図２を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための光変調素子（位相シフター）１と、光変調素子１を照明するための照明系２と、結像光学系３と、被処理基板４を保持するための基板ステージ５とを備えている。照明系２は、例えば３０８ｎｍの波長を有するレーザ光を供給するＸｅＣｌエキシマレーザ光源２１を備えている。光源として、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＹＡＧレーザ光源のように被処理基板４を溶融するエネルギー光線を出射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。
【００１８】
例えばＸｅＣｌエキシマレーザ光源２１から射出されたレーザ光は、図２の紙面に垂直なｙ方向に細長く延びる矩形状の断面を有する。光源２１からのレーザ光は、ミラーＭ１（図２では不図示）で反射された後、整形光学系２２に入射する。整形光学系２２は、ｙ方向に細長く延びる矩形状の断面を有する入射光束を、ｙ方向に沿って縮小し且つ図２の紙面に平行なｘ方向に沿って拡大することにより、ほぼ正方形状の断面を有する光束に整形して射出する。整形光学系２２により整形されたレーザ光は、ほぼ平行光としてホモジナイザ２３に入射する。
【００１９】
ホモジナイザ２３は、光軸に沿って近接して配置された第１シリンドリカルレンズアレイ２３ａと第２シリンドリカルレンズアレイ２３ｂとにより構成されている。第１シリンドリカルレンズアレイ２３ａは、ｘｚ平面において屈折力を有し且つｙｚ平面において無屈折力の複数のシリンドリカルレンズ要素２３ａａをｘ方向に沿って配列することにより構成されている。第２シリンドリカルレンズアレイ２３ｂは、ｙｚ平面において屈折力を有し且つｘｚ平面において無屈折力の複数のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａをｙ方向に沿って配列することにより構成されている。なお、第１シリンドリカルレンズアレイと第２シリンドリカルレンズアレイとの配置は逆でもよい。
【００２０】
ホモジナイザ２３に入射した光は、シリンドリカルレンズ要素２３ａａと２３ｂａとの交差部分により波面分割され、その後側焦点面またはその近傍には複数の小光源が形成される。これらの複数の小光源からの光束は、ミラーＭ２（図２では不図示）で反射された後、コンデンサー光学系２４を介して、光変調素子１を重畳的に照明する。光変調素子１により位相変調されたレーザ光は、ミラーＭ３で反射された後、例えば架台６により支持された結像光学系３を介して、被処理基板４に入射する。
【００２１】
結像光学系３は、光変調素子１の位相パターン面と被処理基板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（厳密には被処理基板４の被照射面）は、光変調素子１の位相パターン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、例えば、２つの正レンズ群と、これらのレンズ群の間に配置された開口絞りとを備えている。開口絞りの開口部（光透過部）の大きさ（ひいては結像光学系３の像側開口数ＮＡ）は、被処理基板４の非単結晶半導体薄膜上（被照射面）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。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。
【００２２】
被処理基板４は、基板上に、下層絶縁膜、非単結晶半導体薄膜、上層絶縁膜の順に成膜することにより構成されている。さらに詳細には、本実施形態では、被処理基板４は、例えば液晶ディスプレイ用板ガラスの上に、化学気相成長法（ＣＶＤ）により、下地絶縁膜、非単結晶半導体膜（例えば非晶質シリコン膜）、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膜である。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板とが直接接触して、ガラス基板中の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熱が直接ガラス基板に伝わるのを防止する。
【００２３】
非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜である。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ている。
【００２４】
本実施形態の結晶化装置では、光変調素子１および結像光学系３を介して、例えば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逆ピーク状の光強度分布を有する光を、被処理基板４の非単結晶半導体膜に照射する。その結果、非単結晶半導体膜上の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することにより大粒径の単結晶粒が生成される。
【００２５】
ホモジナイザ２３を介して照度の均一化されたレーザ光を光変調素子１に照射する本実施形態の結晶化装置では、特段の対策を講じない限り、光変調素子１上および被処理基板４の非単結晶半導体膜上において干渉縞が発生し易い。以下、この点について説明する。本実施形態の結晶化装置では、図３に示すように、ホモジナイザ２３（図３では第２シリンドリカルレンズアレイ２３ｂのみを図示）を介して、例えば７×７＝４９個の小光源３１がｘｙ平面に沿ってマトリックス状に形成される。
【００２６】
ここで、小光源３１のｘ方向の間隔およびｙ方向の間隔はともにｄ＝２ｍｍである。換言すれば、ホモジナイザ２３は、ｘ方向に沿って配列された７つのシリンドリカルレンズ要素２３ａａからなる第１シリンドリカルレンズアレイ２３ａと、ｙ方向に沿って配列された７つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａからなる第２シリンドリカルレンズアレイ２３ｂとを有する。そして、シリンドリカルレンズ要素２３ａａと２３ｂａとの交差部分により定義される単位波面分割領域は、２ｍｍ×２ｍｍの正方形状である。
【００２７】
各小光源３１からの光束は、例えばｆ＝５４３．５ｍｍの焦点距離を有するコンデンサー光学系２４を介して、光変調素子１上の同一領域を重畳的に照明する。このとき、光変調素子１上では、整形光学系２２により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したｙ方向に沿ってピッチを有する干渉縞が発生する。そこで、ｙ方向に沿って隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａを経た光束が光変調素子１上で干渉するという二光束干渉モデルに基づいて、光変調素子１上に形成される干渉縞の間隔（ｙ方向のピッチ）Ｄｍを算出する。
【００２８】
上述の二光束干渉モデルによれば、光変調素子１上に形成される干渉縞の間隔Ｄｍは、光の波長λが３０８ｎｍ＝０．３０８×１０-6ｍｍであるから、次の式（１）により求められる。
Ｄｍ＝ｆ×λ／ｄ
＝５４３．５×０．３０８×１０-6／２
≒０．０８３７ｍｍ＝８３．７μｍ        （１）
【００２９】
被処理基板４の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞の間隔Ｄｓは、結像光学系３の結像倍率の大きさがβ＝１／５である場合、次の式（２）により求められる。
Ｄｓ＝Ｄｍ×β
＝８３．７／５
≒１６．７μｍ        （２）
【００３０】
本実施形態の結晶化装置では、特段の対策を講じない場合、図４に模式的に示すように、ｙ方向に沿って間隔（ピッチ）Ｄｓ’が約１６．５μｍの干渉縞が被処理基板４の非単結晶半導体膜上に形成されるのが実験により確認された。図４において、ハッチングを施した光強度の比較的小さい領域４１と、光強度の比較的大きい領域４２との強度差は約±５％であった。換言すれば、領域４１と領域４２との間のピーク・トゥ・ピーク（peak-to-peak）の強度差は約１０％であった。
【００３１】
以上のように、二光束干渉モデルによる計算結果と実験結果とはほぼ一致しており、整形光学系２２により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したｙ方向に沿って隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａを経た光束が、光変調素子１上および被処理基板４の非単結晶半導体膜上で干渉することが判明した。そこで、本実施形態では、図５に示すように、ホモジナイザ２３（図３では第２シリンドリカルレンズアレイ２３ｂのみを図示）中の７つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａに対して１個おきに４つの短冊状の平行平面板２５を設けることにより、ｙ方向に沿って隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃ以上の光路長差Ｌｄを付与する構成を採用している。
【００３２】
すなわち、７つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａのうちの図５中上側から奇数番目（１番目、３番目、５番目、７番目）のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直後に、光軸に沿って互いに同じ長さ（すなわち厚さ）ｔを有する短冊状の平行平面板２５を１個づつ付設している。ここで、時間コヒーレンス長Ｌｃは、ＸｅＣｌエキシマレーザ光源２１から射出されるレーザ光の半値幅Δλを０．１ｎｍとするとき、次の式（３）により求められる。
Ｌｃ＝λ2／Δλ
＝（０．３０８×１０-6）×（０．３０８×１０-6）／０．１×１０-9
≒１ｍｍ        （３）
【００３３】
したがって、ｙ方向に沿って隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃ以上の光路長差Ｌｄを付与するのに必要な短冊状の平行平面板２５の最小厚さｔ１は、平行平面板２５を形成する光学材料の波長λに対する屈折率をｎ＝１．５とするとき、次の式（４）により求められる。
ｔ１＝Ｌｃ／（ｎ−１）
≒１／（１．５−１）
≒２ｍｍ        （４）
【００３４】
本実施形態では、ホモジナイザ２３中の複数のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直後に、屈折率ｎ＝１．５の合成石英により形成された厚さｔ＝１ｍｍの短冊状の平行平面板２５を１個おきに付設し、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃ以上の光路長差Ｌｄを付与した状態で、被処理基板４の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞を実際に観察した。その結果、被処理基板４の非単結晶半導体膜上には干渉縞がほとんど形成されないことが確認された。
【００３５】
以上のように、本実施形態では、ホモジナイザ２３を構成する２つのシリンドリカルレンズアレイ２３ａ，２３ｂのうち、整形光学系２２により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したｙ方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａに対して１個おきに短冊状の平行平面板（一般には光学部材）２５を設けることにより、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃ以上の光路長差Ｌｄを付与している。なお、短冊状の平行平面板２５の入射面および射出面にはＡＲコート（無反射コート）を施すことが好ましい。
【００３６】
本実施形態では、時間コヒーレンシーを低減させる手段としての複数（図５では例示的に４つ）の短冊状の平行平面板２５の外形形状（厚さｔ、隅角部のエッジなど）について高い精度は要求されない。また、複数の平行平面板２５は光軸と直交する平面（ｘｙ平面）に沿って並列配置されるので、これらの短冊状の平行平面板２５を光路中に組み込むために必要な設置スペースは小さく、光学系の大型化を招くことはない。さらに、一群のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａに対する平行平面板２５の光軸方向（ｚ方向）および光軸直交方向（ｘ方向，ｙ方向）の位置決めに対して高い精度は要求されない。
【００３７】
したがって、階段状に積層させた複数の平行平面板の段差のエッジを所要の精度で形成することが困難な従来技術とは異なり、平行平面板２５の外形形状（厚さｔを含む）について特に高い精度が要求されない本実施形態では、短冊状の平行平面板２５を個別に製造することは容易である。また、光軸に沿った長さが比較的大きい可干渉性解消素子を光路中に組み込むために比較的大きな設置スペースが必要になる従来技術とは異なり、厚さｔの比較的薄い短冊状の平行平面板２５を並列配置する本実施形態では、光学系の小型化、ひいては装置の小型化を図ることができる。
【００３８】
さらに、複数の平行平面板を階段状に積層させて一体化した可干渉性解消素子を光路中の所要位置に位置決めするのに時間がかかる従来技術とは異なり、短冊状の平行平面板２５を対応するシリンドリカルレンズ要素２３ｂａに対して個別に位置決めする本実施形態では、各平行平面板２５の位置決め調整を迅速に行うことができる。その結果、本実施形態では、複数の短冊状の平行平面板２５による時間コヒーレンシーの低減作用により、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、被処理基板４の非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることができる。
【００３９】
なお、上述の実施形態では、ｔ１以上の厚さの平行平面板２５を用いて、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃ以上の光路長差Ｌｄを付与している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば上述のｔ１よりも薄い平行平面板を用いて、隣り合う２つのシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの間に時間コヒーレンス長Ｌｃよりも小さい光路長差を付与する構成を採用しても、複数の平行平面板の時間コヒーレンシーの低減効果により被処理基板４の非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生をある程度抑えることができる。
【００４０】
また、上述の実施形態では、図５中奇数番目のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直後に、短冊状の平行平面板２５を１個づつ付設している。しかしながら、これに限定されることなく、図６の変形例に示すように、図６中上側から偶数番目（２番目、４番目、６番目）のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直後に、短冊状の平行平面板２５を１個づつ付設しても良い。また、図５中奇数番目または偶数番目のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直前に、短冊状の平行平面板２５を１個づつ付設しても良い。さらに、図５中奇数番目または偶数番目のシリンドリカルレンズ要素２３ｂａの直前および直後に、短冊状の平行平面板２５を１個づつ付設しても良い。
【００４１】
図７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７（ａ）に示すように、透明の絶縁基板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などの半導体の膜）および不図示のキャップ膜８２ａ（例えば、膜厚３０ｎｍ〜３００ｎｍのＳｉＯ2膜など）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。
【００４２】
こうして、図７（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、キャップ膜８２ａをエッチングにより半導体膜８４から除去した後、図７（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。
【００４３】
さらに、図７（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７（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。
【００４４】
以上の工程において、図７（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、即ち、結晶粒内にチャネル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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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】光変調素子上および被処理基板の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞の間隔を二光束干渉モデルにより算出する考え方を説明する図である。
【図４】実験により被処理基板の非単結晶半導体膜上に形成されるのが確認された干渉縞を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。
【図６】本実施形態の変形例における特徴的な要部構成を概略的に示す図である。
【図７】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】
【００４６】
１  光変調素子
２  照明系
３  結像光学系
４  被処理基板
５  基板ステージ
６  架台
２１  光源
２２  整形光学系
２３  ホモジナイザ
２３ａ，２３ｂ  シリンドリカルレンズアレイ
２３ａａ，２３ｂａ  シリンドリカルレンズ要素
２４  コンデンサー光学系
２５  短冊状の平行平面板
４１  光強度の比較的小さい領域
４２  光強度の比較的大きい領域
８０  絶縁基板
８１  下地膜
８２  半導体膜
８３  レーザ光
８４  半導体膜
８５  半導体膜
８６  ゲート絶縁膜
８７  ゲート電極
８８  不純物イオン
８９  層間絶縁膜
９０  チャネル
９１  ソース
９２  ドレイン
９３  ソース電極
９４  ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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