JP2004319989A - Crystallization equipment and crystallizing method - Google Patents

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幸夫 谷口
Masakiyo Matsumura
正清 松村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily form a semiconductor active device in a predetermined region of a semiconductor having a crystalline phase of a big particle size in subsequent processes of a process of obtaining the semiconductor having the crystalline phase of the big particle size from a semiconductor thin film. <P>SOLUTION: Crystallization equipment according to the present invention comprises: a primary irradiation system 3, 4 projecting a light having a substantially uniform light intensity distribution on a predetermined region on a glass substrate on which an irradiated object, that is, a thin film of a-Si is formed; and a secondary irradiation system 7, 8 projecting a light having a light intensity distribution of an inverse peak pattern where a light intensity increases from a region of the least light intensity to surroundings, on the predetermined region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、結晶化装置および結晶化方法、特に、所定の光強度分布を有するレーザ光を多結晶半導体膜または非晶質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。   The present invention relates to a crystallization apparatus and a crystallization method, and more particularly, to a crystallization apparatus and a crystallization method for irradiating a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film with a laser beam having a predetermined light intensity distribution to generate a crystallized semiconductor film. About the method of conversion.

例えば、ＬＣＤ（Liquid-Crystal-Display）の画素に印加する電圧を制御するスイッチング素子などに用いられるＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）は、非晶質（アモルファスシリコン＝amorphous-Silicon層）や多結晶（ポリシリコン＝poly-Silicon層）に形成されている。   For example, a TFT (Thin-Film-Transistor) used for a switching element for controlling a voltage applied to a pixel of an LCD (Liquid-Crystal-Display) is an amorphous (amorphous silicon = amorphous-Silicon layer) or a polycrystalline. (Polysilicon = poly-Silicon layer).

多結晶シリコン層は、非晶質シリコンよりも電子移動度が高い。従って、多結晶シリコン層にトランジスタを形成した場合、非晶質シリコンに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などの周辺回路は、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。   The polycrystalline silicon layer has higher electron mobility than amorphous silicon. Therefore, when the transistor is formed in the polycrystalline silicon layer, the switching speed is faster than that in the case where the transistor is formed in amorphous silicon, and the response of the display is faster. Further, it becomes possible to configure the peripheral LSI with a thin film transistor. Further, there is an advantage that the design margin of other components can be reduced. Further, when a peripheral circuit such as a driver circuit or a DAC is incorporated in a display, the peripheral circuit can operate at higher speed.

多結晶シリコンは１結晶粒の集合からなるが、単結晶シリコンに比べると電子移動度が低い。また、多結晶シリコンに形成した薄膜トランジスタは、チャネル部における結晶粒界数のバラツキが問題となる。そこで、最近、電子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、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。   Polycrystalline silicon is composed of a set of single crystal grains, but has lower electron mobility than single crystal silicon. In addition, a thin film transistor formed of polycrystalline silicon has a problem of variation in the number of crystal grain boundaries in a channel portion. Therefore, recently, in order to improve the electron mobility and reduce the variation in the number of crystal grain boundaries in the channel portion, a crystallization method for generating crystallized silicon having a large grain size has been proposed.

この種の結晶化方法として、多結晶半導体膜または非晶質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 Excimer Laser Annealing：ＥＬＡ法」が知られている。位相制御ＥＬＡ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ほぼ０の逆ピークパターンの光強度分布を発生させ、この逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質半導体膜に照射する。   As this type of crystallization method, a phase shifter that is brought close to and in parallel with a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film is irradiated with an excimer laser beam to generate a crystallized semiconductor film. "It has been known. In the phase control ELA, a light intensity distribution of a reverse peak pattern having a light intensity of almost 0 at a point corresponding to the phase shift portion of the phase shifter is generated, and light having the light intensity distribution of the reverse peak pattern is converted into a polycrystalline semiconductor film or Irradiation is performed on the amorphous semiconductor film.

なお、逆ピークパターンとは、中心において光強度がほぼ０で周囲に向かって光強度が急激に増大するパターン、と定義する。その結果、光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度がほぼ０の点に対応して最初に凝固する部分に結晶核が形成される。従って、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（以降「ラテラル成長」と呼ぶ）ことにより大粒径の単結晶粒が生成される（例えば、非特許文献１参照）。
表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000 Note that the reverse peak pattern is defined as a pattern in which the light intensity is almost 0 at the center and the light intensity sharply increases toward the periphery. As a result, a temperature gradient is generated in the melting region according to the light intensity distribution, and a crystal nucleus is formed at a portion where solidification is first performed corresponding to a point where the light intensity is substantially zero. Therefore, the crystal grows laterally from the crystal nucleus toward the periphery (hereinafter referred to as “lateral growth”), thereby generating single crystal grains having a large grain size (for example, see Non-Patent Document 1).
Surface Science Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000

ところで、従来技術において一般に用いられる位相シフタは、ライン型の位相シフタであって、一方向に沿って交互に繰り返される２つの矩形状の領域で構成される。交互に繰り返される２つの領域の間にはπ（１８０度）の位相差が付与されている。図１１（ａ）〜（ｃ）は、ライン型の位相シフタの構成および作用を説明する図である。ライン型の位相シフタを用いた場合、図１１（ａ）に示すように、たとえば１８０度の位相差を有する２つの領域１０１ａと１０１ｂとの間の直線状の境界線１０１ｃが位相シフト線を構成することになる。   Meanwhile, a phase shifter generally used in the related art is a line-type phase shifter, and includes two rectangular regions that are alternately repeated along one direction. A phase difference of π (180 degrees) is provided between two regions that are alternately repeated. FIGS. 11A to 11C are diagrams illustrating the configuration and operation of a line-type phase shifter. When a line-type phase shifter is used, as shown in FIG. 11A, a linear boundary line 101c between two regions 101a and 101b having a phase difference of, for example, 180 degrees constitutes a phase shift line. Will do.

従って、図１１（ｂ）に示すように、位相シフト線に対応する線１０２上において光強度がほぼ０で且つ線１０２と直交する方向に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１１（ｃ）に示すように、位相シフト線に対応する線１０２に沿って温度分布が最も低くなるとともに、位相シフト線に対応する線１０２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、位相シフト線に対応する線１０２の近傍で結晶核が発生し、その結晶核から位相シフト線に対応する線１０２と直交する方向に沿って結晶化が進行する。   Therefore, as shown in FIG. 11B, the light intensity is substantially zero on the line 102 corresponding to the phase shift line and increases one-dimensionally toward the periphery in a direction orthogonal to the line 102. A light intensity distribution of a reverse peak pattern is formed. In this case, as shown in FIG. 11C, the temperature distribution becomes lowest along the line 102 corresponding to the phase shift line, and the temperature gradient ( (Indicated by an arrow in the figure) occurs. As a result, a crystal nucleus is generated near the line 102 corresponding to the phase shift line, and crystallization proceeds from the crystal nucleus in a direction orthogonal to the line 102 corresponding to the phase shift line.

図１２（ａ）〜（ｃ）は、図１１（ａ）に示した位相シフタを用いることで得られる逆ピークパターンの光強度分布が与えら得た光を用いる場合の不都合を説明する図である。図１２（ａ）に示すように、光強度が第１の基準強度Ａ以下の領域ではアモルファスシリコンが変化せずアモルファスシリコン状態にとどまるか、もしくはたとえ溶融してもポリシリコン状態にとどまる。結果として結晶成長は開始しない（以降、このアモルファス状態とポリシリコン状態を含む状態を、簡単のため「非結晶化領域」と呼ぶ）。この非結晶化領域の周辺部が結晶核となってそこから結晶が成長すると考えられる。   FIGS. 12A to 12C are diagrams for explaining inconvenience when using light obtained by giving a light intensity distribution of an inverse peak pattern obtained by using the phase shifter shown in FIG. 11A. is there. As shown in FIG. 12A, in a region where the light intensity is equal to or lower than the first reference intensity A, the amorphous silicon does not change and stays in the amorphous silicon state, or stays in the polysilicon state even if it is melted. As a result, crystal growth does not start (hereinafter, a state including the amorphous state and the polysilicon state is referred to as an “non-crystallized region” for simplicity). It is considered that the periphery of the non-crystallized region serves as a crystal nucleus, from which crystals grow.

従って、逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化したときの逆ピーク値（光強度の最も小さい点）における光強度すなわちα値が第１の重要になる。ちなみに、図１２（ｂ）に示すように、α値が基準強度Ａを超えて大きくなりすぎると、温度勾配が小さくなるため結晶成長が途中で停止しやすくなってしまうという問題が生ずる。   Therefore, when the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1, the light intensity at the reverse peak value (the point where the light intensity is the smallest), that is, the α value becomes the first importance. By the way, as shown in FIG. 12B, if the α value exceeds the reference strength A and becomes too large, there arises a problem that the temperature gradient becomes small, so that the crystal growth tends to be stopped halfway.

一般に、たとえばライン型の位相シフタを用いる従来技術では、図１２（ｃ）に示すように、第１の基準強度Ａに比してα値が小さくなりすぎて非結晶化領域が大きくなる傾向にあり、（図１１（ｃ）に示した）位相シフト線が一定ピッチで配置されることを考えると、大粒径の結晶を得ることが困難である。また、図１２（ａ）に示すように、光強度が第２の基準強度Ｂ以上の領域ではアブレーション（蒸散）によりアモルファスシリコン半導体が消失もしくは破壊されてしまう。このように、従来技術ではα値を位相シフタの形状や光学条件で調整していたため、α値を調整すると光強度分布の性状も変ってしまうので、結晶核からの十分なラテラル成長を実現するための所望の光強度分布を得ることが困難であるという不都合がある。   In general, for example, in the related art using a line-type phase shifter, as shown in FIG. 12C, the α value becomes too small compared to the first reference intensity A, and the non-crystallized region tends to become large. Given that the phase shift lines (shown in FIG. 11C) are arranged at a constant pitch, it is difficult to obtain a crystal having a large grain size. Further, as shown in FIG. 12A, in a region where the light intensity is equal to or higher than the second reference intensity B, the amorphous silicon semiconductor disappears or is destroyed by ablation (evaporation). As described above, in the related art, the α value is adjusted by the shape and the optical condition of the phase shifter. Therefore, when the α value is adjusted, the property of the light intensity distribution also changes, so that sufficient lateral growth from the crystal nucleus is realized. It is difficult to obtain a desired light intensity distribution.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、アブレーションを実質的に発生させることなく、結晶核から結晶を確実にラテラル成長させて粒径の大きな結晶構造を有する半導体膜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。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and a semiconductor film having a crystal structure with a large grain size is produced by reliably laterally growing a crystal from a crystal nucleus without substantially causing ablation. It is an object of the present invention to provide a crystallization apparatus and a crystallization method that can perform the crystallization.

この発明は、光強度の最も小さい逆ピークから周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射するための照射系を備え、前記逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化したときの前記逆ピークの光強度α値（規格化値）は、０．２≦α値≦０．８であり、所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置である。   The present invention irradiates at least either the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the reverse peak having the smallest light intensity toward the periphery. And the light intensity α value (normalized value) of the reverse peak when the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1 is 0.2 ≦ α value ≦ 0.8, which is a crystallization apparatus that generates a crystallized semiconductor film by irradiating at least one of the polycrystalline semiconductor film and the amorphous semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution.

また、この発明は、実質的に均一な光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜の所定領域に照射する第１照射系と、光強度の最も小さい領域から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を前記所定領域に照射する第２照射系とを有し、所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置である。   Further, the present invention provides a first irradiation system for irradiating at least a predetermined region of a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film with light having a substantially uniform light intensity distribution, A second irradiation system for irradiating the predetermined region with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases toward the predetermined region, wherein the light having the predetermined light intensity distribution is at least polycrystalline semiconductor film or amorphous. Is a crystallization apparatus that irradiates one of the crystalline semiconductor films to generate a crystallized semiconductor film.

さらに、この発明は、逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化したときの逆ピークにおける光強度α値（規格化値）を、０．２≦α値≦０．８とし、光強度の最も小さい逆ピークから周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法である。   Further, according to the present invention, when the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1, the light intensity α value (normalized value) at the reverse peak is 0.2 ≦ α value ≦ 0. 8, at least either the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is irradiated with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the reverse peak having the smallest light intensity toward the periphery. This is a crystallization method for producing a nitrided semiconductor film.

またさらに、この発明は、実質的に均一な光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかの所定領域に照射し、光強度の最も小さい領域から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を前記所定領域に、少なくとも前記均一な光強度分布を有する光と同時にまたは所定の時間差の範囲内で照射して、所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法である。   Still further, according to the present invention, at least a predetermined region of either the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is irradiated with light having a substantially uniform light intensity distribution, and the light is directed from the region having the lowest light intensity toward the periphery. Irradiating the predetermined area with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases, at least simultaneously with the light having the uniform light intensity distribution or within a predetermined time difference, to obtain a predetermined light intensity This is a crystallization method in which at least one of a polycrystalline semiconductor film and an amorphous semiconductor film is irradiated with light having a distribution to generate a crystallized semiconductor film.

本発明によれば、アブレーションを実質的に発生させることなく、比較的小さいアモルファス領域に基づいて、結晶の結晶核からの十分なラテラル成長を実現することのできる所望の光強度分布を得ることができる。すなわち基板上にマトリクス状に形成される薄膜素子の動作特性を、基板上の位置に拘わらず、バラツキのない安定な動作を可能に、薄膜素子を形成できる。   According to the present invention, it is possible to obtain a desired light intensity distribution capable of achieving sufficient lateral growth from a crystal nucleus based on a relatively small amorphous region without substantially causing ablation. it can. That is, it is possible to form a thin film element capable of performing stable operation without variation in operating characteristics of the thin film elements formed in a matrix on the substrate regardless of the position on the substrate.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、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２は、図１の第２照明光学系の内部構成を概略的に示す。本実施形態の結晶化装置は、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１を備えている。なお、光源１として、ＫｒＦ，ＸｅＣｌなどのエキシマレーザ光源やＹＡＧレーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a configuration of a crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 schematically shows an internal configuration of the second illumination optical system of FIG. The crystallization apparatus of the present embodiment includes a KrF excimer laser light source 1 that supplies light having a wavelength of, for example, 248 nm. Note that, as the light source 1, another suitable light source such as an excimer laser light source such as KrF or XeCl or a YAG laser light source can be used.

光源１から供給されたレーザ光は、強度比可変手段として利用するため光分割手段例えばビームスプリッタ２に入射する。ビームスプリッタ２は光路に対して挿脱自在に構成され、図４（ａ）により後段に説明するが、反射率の異なる他のビームスプリッタと交換可能である。ビームスプリッタ２で反射されたレーザ光は、第１照明光学系３を介して、所定面（仮想光源に相当し、波線で示す）４をほぼ均一に照明する。ビームスプリッタ２を透過したレーザ光は、２つのミラー５および６で順次反射された後、第２照明光学系７を介して、光変調素子としての位相シフタ８をほぼ均一に照明する。なお、位相シフタ８は、後段に詳述するが、透過する光に対して任意の領域毎に主として位相遅れ（進み）すなわち位相差を提供可能な光学部材である。   The laser beam supplied from the light source 1 is incident on a light splitting unit, for example, a beam splitter 2 for use as an intensity ratio changing unit. The beam splitter 2 is configured to be freely inserted into and removed from the optical path, and will be described later with reference to FIG. 4A, but can be replaced with another beam splitter having a different reflectance. The laser light reflected by the beam splitter 2 illuminates a predetermined surface (corresponding to a virtual light source and indicated by a wavy line) 4 substantially uniformly via the first illumination optical system 3. The laser light transmitted through the beam splitter 2 is sequentially reflected by the two mirrors 5 and 6, and then illuminates the phase shifter 8 as a light modulation element almost uniformly via the second illumination optical system 7. The phase shifter 8 is an optical member capable of providing a phase lag (advance), that is, a phase difference, for each region of transmitted light, which will be described in detail later.

図２を参照すると、第２照明光学系７では、第１フライアイレンズ７ａに入射した光は、その後側焦点面に複数の光源を形成する。第１フライアイレンズ７ａの後側焦点面に形成された複数の光源からの光束は、第１コンデンサー光学系７ｂを介して、第２フライアイレンズ７ｃ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７ｃの後側焦点面には、第１フライアイレンズ７ａの後側焦点面よりも多くの複数の光源が形成される。   Referring to FIG. 2, in the second illumination optical system 7, the light incident on the first fly-eye lens 7a forms a plurality of light sources on a rear focal plane. Light beams from a plurality of light sources formed on the rear focal plane of the first fly-eye lens 7a illuminate the incident surface of the second fly-eye lens 7c in a superimposed manner via the first condenser optical system 7b. As a result, more light sources are formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 7c than on the rear focal plane of the first fly-eye lens 7a.

第２フライアイレンズ７ｃ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７ｄを介して、たとえばライン型の位相シフタ８を重畳的に照明する。第１フライアイレンズ７ａおよび第１コンデンサー光学系７ｂはビームスプリッタ２からのレーザ光を均一化するための第１ホモジナイザを構成する。この第１ホモジナイザにより位相シフタ８上での入射角度に関する均一化が図られる。   Light beams from a plurality of light sources formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 7c illuminate, for example, a line-type phase shifter 8 in a superimposed manner via a second condenser optical system 7d. The first fly-eye lens 7a and the first condenser optical system 7b constitute a first homogenizer for making the laser beam from the beam splitter 2 uniform. With this first homogenizer, the incident angle on the phase shifter 8 is made uniform.

第２フライアイレンズ７ｃおよび第２コンデンサー光学系７ｄ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位相シフタ８上での面内位置に関する均一化が図られる。従って、位相シフタ８は、第２照明光学系７を介して、ほぼ均一な光強度分布を有する光により照明される。第１照明光学系３では、所定面４をほぼ均一に照明するために、第２照明光学系７と同様な内部構成を採用することができる。ただし、所定面４を照明する光では位相シフタ８を照明する光ほど高い均一性を必要としないので、第１照明光学系３では比較的簡易な構成を採用することができる。   The second fly-eye lens 7c and the second condenser optical system 7d constitute a second homogenizer, and the in-plane position on the phase shifter 8 is made uniform by the second homogenizer. Therefore, the phase shifter 8 is illuminated via the second illumination optical system 7 with light having a substantially uniform light intensity distribution. In the first illumination optical system 3, an internal configuration similar to that of the second illumination optical system 7 can be employed to illuminate the predetermined surface 4 substantially uniformly. However, since the light for illuminating the predetermined surface 4 does not require as high a uniformity as the light for illuminating the phase shifter 8, the first illumination optical system 3 can adopt a relatively simple configuration.

第１照明光学系、第２照明光学系とも、ここに述べた以外の方法、たとえば、フライアイレンズを用いないケーラー照明や、ロッド型のオプティカルインテグレータを用いる方法等が可能である。また、必要に応じて、散乱板（４１）を挿入して、所定面４の面方向の光強度分布を均一化することも有効である。   For both the first illumination optical system and the second illumination optical system, methods other than those described here, for example, Koehler illumination without using a fly-eye lens, a method using a rod-type optical integrator, and the like are possible. It is also effective to insert a scattering plate (41) as necessary to make the light intensity distribution in the plane direction of the predetermined surface 4 uniform.

所定面４を介した光は、ビームスプリッタ９を透過した後、結像光学系１０を介して、被処理基板１１に入射する。位相シフタ８を介した光は、ビームスプリッタ９で反射された後、結像光学系１０を介して、被処理基板１１に照射される。すなわち、所定面４を介した光と位相シフタ８を介した光とは、光合成手段としてのビームスプリッタ９により合成され、結像光学系１０により所定の結像特性が与えられて、被処理基板１１に結像される。   The light having passed through the predetermined surface 4 passes through the beam splitter 9 and then enters the processing target substrate 11 via the imaging optical system 10. The light that has passed through the phase shifter 8 is reflected by the beam splitter 9, and then is applied to the substrate 11 through the imaging optical system 10. That is, the light that has passed through the predetermined surface 4 and the light that has passed through the phase shifter 8 are combined by a beam splitter 9 as a light combining unit, given predetermined imaging characteristics by an imaging optical system 10, and 11 is formed.

被処理基板１１は、たと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により下地膜および非晶質シリコン膜が順次形成されたものである。被処理基板１１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１２上において所定の位置に保持されている。また、本実施形態では、被処理基板１１の半導体膜上の所定領域に形成される光強度分布を測定するための測定器１３が設けられている。   The substrate 11 to be processed is, for example, a base glass and an amorphous silicon film sequentially formed on a glass plate for a liquid crystal display by a chemical vapor deposition method. The substrate 11 to be processed is held at a predetermined position on the substrate stage 12 by a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or the like. In this embodiment, a measuring device 13 for measuring a light intensity distribution formed in a predetermined region on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed is provided.

結像光学系１０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。例えば、被処理基板１１が、結像光学系１０に関して位相シフタ８と光学的に共役な面から光軸に沿って所定距離（デフォーカス量）だけ離れて設定される投影方法を用いることができる。この方法によれば、位相シフタ８を介した光が被処理基板１１の半導体膜上において逆ピークパターンの光強度分布を発生させるように、デフォーカス量が所要の値に設定される。また、被処理基板１１と位相シフタ８とは、結像光学系１０を介して光学的に共役に配置されてもよい。この方法によれば、位相シフタ８を介した光が被処理基板１１の半導体膜上において逆ピークパターンの光強度分布を発生させるように、結像光学系１０の像側開口数が所要の値に設定される。   The imaging optical system 10 may be a refraction-type optical system, a reflection-type optical system, or a refraction-reflection-type optical system. For example, a projection method in which the processing target substrate 11 is set at a predetermined distance (defocus amount) along the optical axis from a plane optically conjugate with the phase shifter 8 with respect to the imaging optical system 10 can be used. . According to this method, the defocus amount is set to a required value so that the light passing through the phase shifter 8 generates a light intensity distribution of an inverted peak pattern on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed. Further, the processing target substrate 11 and the phase shifter 8 may be optically conjugated via the imaging optical system 10. According to this method, the image-side numerical aperture of the imaging optical system 10 is set to a required value so that the light passing through the phase shifter 8 generates a light intensity distribution of an inverted peak pattern on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed. Is set to

このように、光源１、ビームスプリッタ２、第１照明光学系３、ビームスプリッタ９、および結像光学系１０は、ほぼ均一な光強度分布を有する光を被処理基板１１の半導体膜上の所定領域に照射するための第１照射系を構成している。また、光源１、ビームスプリッタ２、第２照明光学系７、位相シフタ８、ビームスプリッタ９、および結像光学系１０は、光強度の最も小さい領域から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を被処理基板１１の半導体膜上の所定領域に照射するための第２照射系を構成している。   As described above, the light source 1, the beam splitter 2, the first illumination optical system 3, the beam splitter 9, and the imaging optical system 10 emit light having a substantially uniform light intensity distribution on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed. A first irradiation system for irradiating the region is configured. Further, the light source 1, the beam splitter 2, the second illumination optical system 7, the phase shifter 8, the beam splitter 9, and the imaging optical system 10 have opposite peaks in which the light intensity increases from the region with the lowest light intensity toward the periphery. A second irradiation system for irradiating a predetermined region on the semiconductor film of the processing target substrate 11 with light having the light intensity distribution of the pattern is configured.

図３は、本実施形態において被処理基板の半導体膜上に形成される光強度分布を説明する図である。第２照射系は、位相シフタ８の光変調作用により、図３の第一セグメント（１）に示すように、逆ピーク値０に近い光強度を有する中心から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を被処理基板１１の半導体膜上の所定領域に形成する。一方、第１照射系は、図３の第二セグメント（２）に示すように、ほぼ均一な光強度分布を被処理基板１１の半導体膜上の所定領域に形成する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a light intensity distribution formed on the semiconductor film of the substrate to be processed in the present embodiment. In the second irradiation system, the light intensity increases from the center having the light intensity close to the inverse peak value 0 toward the periphery as shown in the first segment (1) of FIG. The light intensity distribution of the reverse peak pattern is formed in a predetermined region on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed. On the other hand, the first irradiation system forms a substantially uniform light intensity distribution in a predetermined region on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed, as shown in the second segment (2) in FIG.

従って、本実施形態では、第２照射系から照射される位相シフタ８での変調光と第１照射系から照射される均一化光とが被処理基板１１の半導体膜上の所定領域において合成される。この合成光は、図３の第三セグメント（３）に示すように、第一セグメント（１）のα値が第二セグメント（２）の均一光量分、増大した光である。   Therefore, in the present embodiment, the modulated light from the phase shifter 8 radiated from the second irradiation system and the uniformized light radiated from the first irradiation system are combined in a predetermined region on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed. You. This combined light is light in which the α value of the first segment (1) is increased by the uniform light amount of the second segment (2), as shown in the third segment (3) of FIG.

この合成光は、光強度が最も小さいが０よりも実質的に大きい光強度を有する逆ピーク値のα値から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する。以下、「α値」と記載した時は絶対値を、「α値（規格化値）」と記載したときは光強度の最大値を１に規格化した値を表すこととする。   This combined light has a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the α value of the reverse peak value having the smallest light intensity but substantially larger than 0 toward the periphery. Hereinafter, the expression “α value” indicates an absolute value, and the expression “α value (normalized value)” indicates a value obtained by standardizing the maximum value of light intensity to 1.

図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の基本的作用を説明する図で、合成光でのα値と第１の基準強度Ａとの関係を説明するための図である。本実施形態では、ビームスプリッタ２を反射率の異なる任意のビームスプリッタと交換することにより均一化光の強度を変化させることで位相シフタを通過した光強度が変調された光（以下、変調光と呼称する）の強度を変化させることを特徴とする。   FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the basic operation of the present embodiment, and are diagrams for explaining the relationship between the α value in the combined light and the first reference intensity A. In the present embodiment, by changing the intensity of the uniformized light by replacing the beam splitter 2 with an arbitrary beam splitter having a different reflectance, the light whose light intensity passed through the phase shifter is modulated (hereinafter referred to as modulated light). ) Is changed.

その結果、図４（ａ）に示すように、逆ピークパターンの光強度分布におけるα値が順に小さくなる３つの逆ピークパターンの光強度分布を示す曲線ａ，ｂ，ｃを得ることができる。逆ピークとは、逆ピークパターンの光強度分布を示す曲線ａ，ｂ，ｃの下方に向かって凸の曲線の最小値である。この最小値は、図４（ａ）において、α値で示されている。   As a result, as shown in FIG. 4A, it is possible to obtain curves a, b, and c indicating light intensity distributions of three inverse peak patterns in which the α value in the light intensity distribution of the inverse peak pattern becomes smaller in order. The reverse peak is a minimum value of a downwardly convex curve of the curves a, b, and c indicating the light intensity distribution of the reverse peak pattern. This minimum value is indicated by the α value in FIG.

このように、様々な反射率を有する交換可能な複数のビームスプリッタ２は、第１照射系からの均一化光と第２照射系からの（位相シフタにより強度変調された）変調光との強度比を変化させるための強度比可変手段を構成している。この強度比可変手段の作用により、逆ピークパターンの光強度分布の性状を変えることなく（逆ピークの位置、最大強度の位置などを変えることなく）、α値を調整することができる。   As described above, the plurality of exchangeable beam splitters 2 having various reflectivities provide the intensity of the uniformized light from the first irradiation system and the intensity of the modulated light (intensity-modulated by the phase shifter) from the second irradiation system. The intensity ratio changing means for changing the ratio is constituted. By the action of the intensity ratio varying means, the α value can be adjusted without changing the properties of the light intensity distribution of the reverse peak pattern (without changing the position of the reverse peak, the position of the maximum intensity, etc.).

本実施形態では、例えば測定器１３で被処理基板１１の半導体膜上における光強度分布を測定し、測定結果に応じてビームスプリッタ２を切り換えて図３の第二セグメント（２）に示した均一化光と図３の第一セグメント（１）に示した位相シフタ８による変調光との強度比を変化させる。   In the present embodiment, for example, the light intensity distribution on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed is measured by the measuring device 13, and the beam splitter 2 is switched according to the measurement result, and the uniformity shown in the second segment (2) in FIG. The intensity ratio between the modulated light and the light modulated by the phase shifter 8 shown in the first segment (1) of FIG. 3 is changed.

その結果、図４（ｂ）に示すように、α値が非結晶化限界強度Ａよりもわずかに小さく、且つ最大強度がアブレーション限界強度Ｂよりも小さい逆ピークパターンの光強度分布を得ることができる。この場合、第１に比較的小さい非結晶化領域が形成され、その非結晶化領域の周辺に結晶核が生成され、この結晶核から周囲に向かって大粒径の結晶がラテラル方向に成長する。   As a result, as shown in FIG. 4B, it is possible to obtain a light intensity distribution of an inverse peak pattern in which the α value is slightly smaller than the non-crystallization limit intensity A and the maximum intensity is smaller than the ablation limit intensity B. it can. In this case, first, a relatively small non-crystallized region is formed, a crystal nucleus is generated around the non-crystallized region, and a crystal having a large grain size grows in the lateral direction from the crystal nucleus toward the periphery. .

また、逆ピークパターンの光強度分布の最大強度がアブレーション限界強度Ｂよりも小さいので、アブレーションにより半導体アモルファスシリコン又は多結晶シリコンが消失することもない。このように、本実施形態では、アブレーションを実質的に発生させることなく、所望の光強度分布に基づいて結晶核からの十分なラテラルの結晶成長を実現して大粒径の結晶化半導体膜を生成することができる。   Further, since the maximum intensity of the light intensity distribution of the reverse peak pattern is smaller than the ablation limit intensity B, the semiconductor amorphous silicon or the polycrystalline silicon does not disappear by the ablation. As described above, in the present embodiment, without causing ablation substantially, sufficient lateral crystal growth from crystal nuclei is realized based on a desired light intensity distribution, and a crystallized semiconductor film having a large grain size is obtained. Can be generated.

本実施形態では、アブレーションを実質的に発生させることなく結晶核からの十分なラテラルの結晶成長を実現するための所要の光強度分布を得るには、α値（規格化値）が次の条件式（１）、
０．２≦α値≦０．８ ・・・（１）
を満足することが重要である。なお、本発明の効果をさらに良好に達成するには、条件式（１）の上限値と下限値を使用波長、光強度、半導体膜構造、光強度分布に応じて最適値に設定することが好ましい。 In the present embodiment, in order to obtain a required light intensity distribution for realizing a sufficient lateral crystal growth from a crystal nucleus without substantially causing ablation, the α value (normalized value) must satisfy the following condition. Equation (1),
0.2 ≦ α value ≦ 0.8 (1)
It is important to satisfy In order to better achieve the effects of the present invention, the upper and lower limits of conditional expression (1) should be set to optimal values according to the wavelength used, light intensity, semiconductor film structure, and light intensity distribution. preferable.

本実施形態では、特定の数値例にしたがうシミュレーションにより、被処理基板１１の半導体膜上において得られる光強度分布を実際に求めている。この数値例において、光の波長λを２４８ｎｍとし、結像光学系１０が等倍光学系であり、結像光学系１０の物体側開口数を０．０３１と想定している。また、照明シグマが０．５になるように、第２照明光学系７の開口数を０．０１５５と想定している。   In the present embodiment, the light intensity distribution obtained on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed is actually obtained by simulation according to a specific numerical example. In this numerical example, it is assumed that the wavelength λ of the light is 248 nm, the imaging optical system 10 is an equal-magnification optical system, and the object-side numerical aperture of the imaging optical system 10 is 0.031. The numerical aperture of the second illumination optical system 7 is assumed to be 0.0155 so that the illumination sigma becomes 0.5.

さらに、ライン型の（位相値の異なる領域が直線状に定義されている）位相シフタ８は、一方向に沿って１０μｍのピッチで交互に繰り返される２つの領域で構成され、この２つの領域の間には１８０度の位相差が付与されているものと想定している。より詳細には、例えば厚さ０．７ｍｍのガラス板上に、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2層（下部絶縁層）を形成し、その上に厚さ２００ｎｍのａ−Ｓｉ層を形成し、さらに厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2層（上部絶縁層）を設けた被照射物を用意する。すなわち、被照射物は、粒径の大きなＳｉ結晶を所定方向に成長させるべきａ−Ｓｉ膜の設けられたガラス基板である。 Further, the line type phase shifter 8 (regions having different phase values are defined linearly) is composed of two regions which are alternately repeated at a pitch of 10 μm along one direction. It is assumed that a phase difference of 180 degrees is provided between them. More specifically, for example, an SiO 2 layer (lower insulating layer) having a thickness of 300 nm is formed on a glass plate having a thickness of 0.7 mm, and an a-Si layer having a thickness of 200 nm is formed thereon. An irradiation object provided with a 300 nm thick SiO 2 layer (upper insulating layer) is prepared. That is, the irradiation target is a glass substrate provided with an a-Si film on which a Si crystal having a large grain size is to be grown in a predetermined direction.

以下、α値（規格化値）が（１）式の範囲を取ることが望ましい理由を説明する。上述したａ−Ｓｉ膜の設けられたガラス基板（被照射物）に、光強度を変えながらＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を照射したときのガラス基板上のａ−Ｓｉ膜の変化は、
２００ｍＪ／ｃｍ2以下においては、ａ−Ｓｉのままで、結晶化は起きず、
２００ｍＪ／ｃｍ2を超え１０００ｍＪ／ｃｍ2以下においては、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）もしくは結晶状態（ｃ−Ｓｉ）となる。 Hereinafter, the reason why it is desirable that the α value (normalized value) falls within the range of Expression (1) will be described. The change of the a-Si film on the glass substrate when the glass substrate (object to be irradiated) provided with the a-Si film described above is irradiated with KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) while changing the light intensity is as follows:
At 200 mJ / cm 2 or less, crystallization does not occur while a-Si remains,
Above 200 mJ / cm 2 and below 1000 mJ / cm 2, it is in p-Si (polysilicon) or crystalline state (c-Si).

一方、１０００ｍＪ／ｃｍ2（照射位置でのピーク値）を超えるエキシマレーザ光を照射した場合には、前に説明したアブレーションにより、ａ−Ｓｉおよびｐ−Ｓｉ（微細結晶）が消失することが認められる。
そのため、以下の説明では光強度のピーク値をこの１０００ｍＪ／ｃｍ2とする。但し、実際には、ａ−Ｓｉ層の厚さのばらつきや、ガラス基板の厚みムラもしくはガラス基板と照射光学系との間の距離の変動などに起因する余裕分を考慮する必要から、最適値とするには不適切であるので、やや小さい値とすることが望ましい。 On the other hand, when excimer laser light exceeding 1000 mJ / cm 2 (peak value at the irradiation position) is applied, it is recognized that a-Si and p-Si (fine crystals) disappear due to the ablation described above. Can be
Therefore, in the following description, the peak value of the light intensity is set to 1000 mJ / cm 2 . However, in practice, it is necessary to take into account the variation in the thickness of the a-Si layer, the thickness unevenness of the glass substrate, or the variation due to the variation in the distance between the glass substrate and the irradiation optical system. Therefore, it is desirable that the value be slightly smaller.

まず、α値の下限値は、ａ−Ｓｉをｐ−Ｓｉ化もしくは結晶化させることのできる２００ｍＪ／ｃｍ2以上とすべきである。２００ｍＪ／ｃｍ2以上であっても、比較的強度の低い値では結晶成長せず、ｐ−Ｓｉとなるが、ｐ−Ｓｉは結晶化Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）程ではないがａ−Ｓｉより電子移動度が高いので、望ましい。従って、α値（規格化値）は、０．２（＝２００／１０００）以上であることが望ましい。また、α値の上限値は、上記結果から、１０００ｍＪ／ｃｍ2（照射位置でのピーク値）とする。 First, the lower limit of the α value should be 200 mJ / cm 2 or more that can convert a-Si into p-Si or crystallize. Even at 200 mJ / cm 2 or more, the crystal does not grow at a relatively low intensity and becomes p-Si. However, although p-Si is not as large as crystallized Si (c-Si), it has more electron than a-Si. This is desirable because of its high mobility. Therefore, the α value (normalized value) is desirably 0.2 (= 200/1000) or more. The upper limit of the α value is set to 1000 mJ / cm 2 (peak value at the irradiation position) based on the above results.

次に、α値（規格化値）の上限値について、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、中心から端部までの長さを５μｍとした位相シフタを用い、中心（位相値の境界部分）付近におけるα値（規格化値）を、０．７５と０．８２とした光を照射して得られるガラス基板上のｐ−Ｓｉ領域と結晶成長領域の大きさを示している。
なお、位相シフタにおいて中心から端部までの長さを５μｍとすることは、以降の工程で形成される電子デバイス、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を１０μｍピッチで配列するために有益である。 Next, the upper limit of the α value (normalized value) will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). 5 (a) and 5 (b) respectively show the α value (normalized value) near the center (boundary portion of the phase value) using a phase shifter having a length from the center to the end of 5 μm. , 0.75 and 0.82, the size of the p-Si region and the crystal growth region on the glass substrate obtained by irradiation with light.
Note that setting the length from the center to the end of the phase shifter to 5 μm is useful for arranging electronic devices formed in the subsequent steps, for example, TFTs (thin film transistors) at a pitch of 10 μm.

図５（ａ）から明らかなように、α値（規格化値）が０．７５のエキシマレーザ光を照射した場合は、位相値の境界部分においては、ｐ−Ｓｉ（微細結晶）Ｐが確認され、その両側に結晶成長により大きな粒径となった結晶化領域Ｃが、終端部を除く概ね全域に確認できる。
図５（ｂ）から明らかなように、α値（規格化値）が０．８２のエキシマレーザ光を照射した場合は、位相値の境界部分においては、ｐ−Ｓｉ（微細結晶）Ｐが生成され、その両側に結晶成長により大きな粒径となった結晶化領域Ｃが確認できるが、その大きさ（面積）は、少ない。
従って、α値（規格化値）は、概ね全域を結晶化領域にできる０．８以下とすべきである。 As is clear from FIG. 5A, when excimer laser light having an α value (normalized value) of 0.75 is applied, p-Si (fine crystal) P is confirmed at the boundary between the phase values. A crystallization region C having a large grain size due to crystal growth on both sides thereof can be confirmed in almost the entire region except for the terminal portion.
As is clear from FIG. 5B, when excimer laser light having an α value (normalized value) of 0.82 is applied, p-Si (fine crystal) P is generated at the boundary between the phase values. A crystallized region C having a large grain size due to crystal growth can be confirmed on both sides thereof, but its size (area) is small.
Therefore, the α value (normalized value) should be set to 0.8 or less, which can make the whole region a crystallization region.

結晶化領域Ｃの大きさ（面積）とα値（規格化値）の関係を、図５（ｃ）によりさらに詳しく以下に説明する。
図５（ｃ）は、図５（ａ）および図５（ｂ）により上に説明したα値（規格化値）と位相シフタの中心（位相値の境界部分）付近からの距離とにより規定される結晶の種類を説明している。
図５（ｃ）から明らかなように、α値（規格化値）が０．２より少ない場合、位相シフタの中心付近のかなり広い領域にわたってａ−Ｓｉおよびｐ−Ｓｉの領域が形成されてしまう。 The relationship between the size (area) of the crystallization region C and the α value (normalized value) will be described in more detail below with reference to FIG.
FIG. 5C is defined by the α value (normalized value) described above with reference to FIGS. 5A and 5B and the distance from the vicinity of the center of the phase shifter (the boundary portion of the phase value). The type of crystal is explained.
As is clear from FIG. 5C, when the α value (normalized value) is less than 0.2, a-Si and p-Si regions are formed over a considerably wide region near the center of the phase shifter. .

また、α値（規格化値）が０．２を超え（規格化値）０．５程度の領域においては、位相シフタの中心付近にはａ−Ｓｉはなくなるもののある程度の広さをｐ−Ｓｉが占めてしまう。
また、α値（規格化値）が０．５を超え０．８程度の領域においては、主としてｐ−Ｓｉ（微細結晶）Ｐを結晶核とし、結晶成長により大きな粒径となった結晶化領域Ｃが得られることが認められる。
これに対し、α値（規格化値）が０．８を超えると、ｐ−Ｓｉ（微細結晶）Ｐを結晶核として結晶成長により大きな粒径となる結晶化領域Ｃの大きさ（面積）は、急激に低減し、主としてｐ−Ｓｉ（微細結晶）のみとなってしまう。 Further, in the region where the α value (normalized value) exceeds 0.2 (normalized value) and is about 0.5, a-Si disappears near the center of the phase shifter but a certain amount of p-Si Will occupy.
In the region where the α value (normalized value) is more than 0.5 and about 0.8, the crystallized region mainly having p-Si (fine crystal) P as a crystal nucleus and having a large grain size due to crystal growth. It is recognized that C is obtained.
On the other hand, when the α value (normalized value) exceeds 0.8, the size (area) of the crystallized region C having a large grain size due to crystal growth using p-Si (fine crystal) P as a crystal nucleus is , Sharply reduced, and mainly contains only p-Si (fine crystals).

すなわち、図５（ｃ）から、α値（規格化値）を０．５〜０．８程度とすることのできるレーザ光が照射された場合には、ｐ−Ｓｉ（微細結晶）から粒径の大きな結晶へと、高い充填率で結晶化が進む。従って、結晶核（ｐ−Ｓｉ（微細結晶））から粒径の大きな結晶への結晶化を促進するために好適な温度勾配（加熱条件）が得られる、と判断することが妥当である。
これに対して、α値（規格化値）を０．８以上に設定可能なレーザ光が照射された場合には、結晶核からの結晶成長に適した大きな温度勾配が得られない（アブレーションが生じる温度上昇速度に近い温度勾配が発生する）、と考えることが妥当である。 That is, from FIG. 5C, when a laser beam capable of setting the α value (normalized value) to about 0.5 to 0.8 is irradiated, the particle size is reduced from p-Si (fine crystal). Crystallization proceeds to a crystal with a large filling ratio at a high filling rate. Therefore, it is appropriate to judge that a suitable temperature gradient (heating condition) can be obtained in order to promote crystallization from the crystal nucleus (p-Si (fine crystal)) to a crystal having a large grain size.
On the other hand, when a laser beam whose α value (normalized value) can be set to 0.8 or more is irradiated, a large temperature gradient suitable for crystal growth from a crystal nucleus cannot be obtained (ablation occurs). A temperature gradient close to the rate of temperature rise that occurs).

このことから、前に説明したガラス基板（被照射物）に対して照射すべきレーザ光のα値（規格化値）は、前に説明した（１）式の範囲、すなわち
０．２≦α≦０．８
であることが好ましい。
また、α値（規格化値）は、より好ましくは、
０．５≦α≦０．８
である。 From this, the α value (normalized value) of the laser beam to be irradiated on the glass substrate (object to be irradiated) described above is in the range of the expression (1) described above, that is, 0.2 ≦ α. ≦ 0.8
It is preferable that
The α value (normalized value) is more preferably
0.5 ≦ α ≦ 0.8
It is.

図６（ａ）は、数値例において位相シフタ変調光により被処理基板１１の半導体膜上で得られた光強度分布を示している。図６（ｂ）は、数値例において均一化光により被処理基板１１の半導体膜上で得られた光強度分布を示している。
図６（ａ）では、逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化している。同様に、図６（ｂ）においても、ほぼ均一な光強度分布における光強度の最大値を１に規格化している。数値例では、図６（ａ）に示す光強度分布における最大光強度の実際の値と図６（ｂ）に示す光強度分布における最大光強度の実際の値とが等しくなるように、均一化光と位相シフタ変調光との強度比を設定している。 FIG. 6A shows a light intensity distribution obtained on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed by the phase shifter modulated light in the numerical example. FIG. 6B shows a light intensity distribution obtained on the semiconductor film of the substrate 11 to be processed by the uniformized light in the numerical example.
In FIG. 6A, the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1. Similarly, also in FIG. 6B, the maximum value of the light intensity in the substantially uniform light intensity distribution is normalized to 1. In the numerical example, the actual value of the maximum light intensity in the light intensity distribution shown in FIG. 6A is equalized with the actual value of the maximum light intensity in the light intensity distribution shown in FIG. The intensity ratio between the light and the phase shifter modulated light is set.

その結果、図６（ａ）に示す光強度分布を有する位相シフタ変調光と図６（ｂ）に示す光強度分布を有する均一化光との合成により、被処理基板１１の半導体膜上において図７に示すような逆ピークパターンの光強度分布が得られる。
図７では、左側の縦軸は図６（ａ）および図６（ｂ）の縦軸に対応しているが、右側の縦軸では合成光の光強度分布における光強度の最大値を１に規格化している。図７を参照すると、本実施形態にしたがって、たとえばα値（規格化値）が０．５程度の所望の光強度分布が得られることがわかる。 As a result, the phase shifter modulated light having the light intensity distribution shown in FIG. 6A and the uniformized light having the light intensity distribution shown in FIG. The light intensity distribution of the reverse peak pattern as shown in FIG. 7 is obtained.
In FIG. 7, the left vertical axis corresponds to the vertical axes in FIGS. 6A and 6B, but the right vertical axis sets the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the combined light to 1. Standardized. Referring to FIG. 7, it can be seen that a desired light intensity distribution with an α value (normalized value) of about 0.5 can be obtained according to the present embodiment.

なお、上述の実施形態では、光分割手段としてのビームスプリッタ２を反射率の異なる他のビームスプリッタと交換することにより、均一化光と位相シフタ変調光との強度比を変化させている。しかしながら、これに限定されることなく、ビームスプリッタ２の透過率の異なるものを使用してもよいし、光合成手段としてのビームスプリッタ９を反射率又は透過率の異なる他のビームスプリッタと交換することにより強度比を変化させることもできる。また、ビームスプリッタ２および９の双方を反射率の異なる他のビームスプリッタと交換することにより強度比を変化させることもできる。また、上述の実施形態では、光分割手段としてビームスプリッタ２を用いているが、これに限定されることなく、光分割手段の構成について様々な変形例が可能である。   In the above-described embodiment, the beam splitter 2 as a light splitting unit is replaced with another beam splitter having a different reflectivity, thereby changing the intensity ratio between the uniformized light and the phase shifter modulated light. However, without being limited to this, a beam splitter 2 having a different transmittance may be used, or the beam splitter 9 as a light combining unit may be replaced with another beam splitter having a different reflectance or transmittance. Can also change the intensity ratio. In addition, the intensity ratio can be changed by exchanging both the beam splitters 2 and 9 with another beam splitter having a different reflectance. In the above-described embodiment, the beam splitter 2 is used as the light splitting unit. However, the present invention is not limited to this, and various modifications of the configuration of the light splitting unit are possible.

図８は、光分割手段の変形例の構成を概略的に示す図である。図８を参照すると、変形例にかかる光分割手段２０は、光の入射側から、偏光板２１と、光軸廻りに回転可能な１／２波長板２２と、偏光ビームスプリッタ２３とを備えている。光分割手段２０では、光源１からのレーザ光が、偏光板２１および１／２波長板２２を介して、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３で反射された光はＳ偏光として、第１照明光学系３、ビームスプリッタ９および結像光学系１０を介して、被処理基板１１に達する。一方、偏光ビームスプリッタ２３を透過した光はＰ偏光として、第２照明光学系７、位相シフタ８、ビームスプリッタ９および結像光学系１０を介して、被処理基板１１に達する。   FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a modification of the light splitting unit. Referring to FIG. 8, a light splitting unit 20 according to a modification includes a polarizing plate 21, a half-wave plate 22 rotatable around an optical axis, and a polarizing beam splitter 23 from the light incident side. I have. In the light splitting means 20, the laser light from the light source 1 is incident on the polarizing beam splitter 23 via the polarizing plate 21 and the half-wave plate 22. The light reflected by the polarization beam splitter 23 reaches the substrate 11 as S-polarized light via the first illumination optical system 3, the beam splitter 9, and the imaging optical system 10. On the other hand, the light transmitted through the polarization beam splitter 23 reaches the substrate 11 as P-polarized light via the second illumination optical system 7, the phase shifter 8, the beam splitter 9, and the imaging optical system 10.

変形例の光分割手段２０では、１／２波長板２２を光軸廻りに回転させることにより、偏光ビームスプリッタ２３での反射光と透過光との強度比を変化させることができる。なお、変形例の光分割手段２０を用いる場合、Ｐ偏光とＳ偏光との合成における光量損失を抑えるために、ビームスプリッタ９に代えて偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。   In the light splitting means 20 of the modified example, the intensity ratio between the reflected light and the transmitted light at the polarizing beam splitter 23 can be changed by rotating the half-wave plate 22 around the optical axis. When the light splitting means 20 of the modified example is used, it is preferable to use a polarization beam splitter instead of the beam splitter 9 in order to suppress the light amount loss in the synthesis of the P-polarized light and the S-polarized light.

ところで、光合成手段として、たとえば誘電体多層膜が形成されたミラータイプのビームスプリッタ９を用いる場合、図９（ａ）に示すように、透過光には基板の厚みの影響により収差が発生し易い。従って、位相シフタ変調光がビームスプリッタ９での収差の影響を実質的に受けないように、位相シフタ８からの光がビームスプリッタ９で反射されるように設定することが好ましい。また、ビームスプリッタ９における位相シフタ変調光と均一化光との合成に際して不要干渉縞が生じないように、位相シフタ変調光と均一化光との間にレーザ光の可干渉距離よりも大きな光路差を設けることが望ましい。   By the way, when a mirror type beam splitter 9 having a dielectric multilayer film is used as the light combining means, as shown in FIG. 9A, aberration is easily generated in the transmitted light due to the influence of the thickness of the substrate. . Therefore, it is preferable to set the light from the phase shifter 8 to be reflected by the beam splitter 9 so that the phase shifter modulated light is not substantially affected by the aberration at the beam splitter 9. Further, an optical path difference larger than the coherent distance of the laser light between the phase shifter modulated light and the homogenized light so that unnecessary interference fringes do not occur when combining the phase shifter modulated light and the uniformized light in the beam splitter 9. It is desirable to provide.

上述の実施形態では、第１照射系と第２照射系とが共通の光源１を備えているが、これに限定されることなく、第１照射系と第２照射系とが別々の光源を備える構成も可能である。この場合、光分割手段の配置を省略することができるが、たとえば光合成手段としてのビームスプリッタ９を反射率の異なる他のビームスプリッタと交換することにより、均一化光と位相シフタ変調光との強度比を変化させる必要がある。   In the above-described embodiment, the first irradiation system and the second irradiation system include the common light source 1; however, the present invention is not limited thereto, and the first irradiation system and the second irradiation system use different light sources. It is also possible to provide a configuration. In this case, the arrangement of the light splitting means can be omitted. For example, by replacing the beam splitter 9 as a light combining means with another beam splitter having a different reflectance, the intensity of the uniformized light and the phase shifter modulated light can be reduced. It is necessary to change the ratio.

上述の実施形態では、第１照射系と第２照射系とが共通の結像光学系１０を備えているが、これに限定されることなく、第１照射系と第２照射系とが別々の結像光学系を備える構成も可能である。例えば図９（ｂ）に示すように、第１照射系と第２照射系とは互いに異なる方向から被処理基板に光を照射すればよい。被処理基板の厚みに起因する収差の影響を避けるために、図９（ｂ）に示すように、位相シフタ変調光を被処理基板の半導体膜側から照射することが有益である。   In the above-described embodiment, the first irradiation system and the second irradiation system include the common imaging optical system 10. However, the present invention is not limited to this, and the first irradiation system and the second irradiation system may be separately provided. Is also possible. For example, as shown in FIG. 9B, the first irradiation system and the second irradiation system may irradiate the substrate to be processed with light from directions different from each other. In order to avoid the influence of aberration due to the thickness of the substrate to be processed, it is useful to irradiate the phase shifter modulated light from the semiconductor film side of the substrate to be processed as shown in FIG.

上述の実施形態において、光強度分布は設計の段階でも計算できるが、実際の被処理面での光強度分布を観察して確認しておくことが望ましい。そのためには、たとえば測定器１３を用いて、被処理基板１１の被処理面を光学系で拡大し、ＣＣＤなどの撮像素子で入力すれば良い。使用光が紫外線の場合は、光学系が制約を受けるため、被処理面に蛍光板を設けて可視光に変換しても良い。   In the above embodiment, the light intensity distribution can be calculated even at the design stage, but it is desirable to observe and confirm the actual light intensity distribution on the surface to be processed. For this purpose, for example, the processing surface of the substrate 11 to be processed may be enlarged by an optical system using the measuring device 13 and input by an image sensor such as a CCD. When the used light is ultraviolet light, the optical system is restricted, so that a fluorescent plate may be provided on the surface to be processed to convert the light into visible light.

図１０（ａ）〜（ｅ）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１０（ａ）に示すように、絶縁基板８０の上に、下地膜８１および非晶質半導体膜８２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１１を準備する。絶縁基板８０には、例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなどを用いることができる。また、下地膜８１には、例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＮおよび膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2積層膜などを用いることが好ましい。また、非晶質半導体膜８２には、例えば、膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅなどを用いることが好ましい。 10A to 10E are process cross-sectional views illustrating a process of manufacturing an electronic device in a region crystallized using the crystallization apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 10A, a substrate 11 is prepared in which a base film 81 and an amorphous semiconductor film 82 are formed on an insulating substrate 80 by using a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like. I do. For the insulating substrate 80, for example, alkali glass, quartz glass, plastic, polyimide, or the like can be used. Further, it is preferable to use, for example, a 50 nm-thick SiN film and a 100 nm-thick SiO 2 laminated film as the base film 81. It is preferable to use, for example, Si, Ge, SiGe, or the like having a thickness of about 50 nm to 200 nm for the amorphous semiconductor film 82.

次に、図１に示す結晶化装置を用いて、非晶質半導体膜８２の表面の一部もしくは全部に、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。図１に示す結晶化装置において利用可能なレーザ光８３すなわち位相シフタ変調光と均一化光は、上述した任意のレーザ光もしくはその組み合わせにより提供される。   Next, part or all of the surface of the amorphous semiconductor film 82 is irradiated with a laser beam 83 (for example, a KrF excimer laser beam, a XeCl excimer laser beam, or the like) using the crystallization apparatus shown in FIG. The laser light 83 that can be used in the crystallization apparatus shown in FIG. 1, that is, the phase shifter modulated light and the homogenized light are provided by the above-described arbitrary laser light or a combination thereof.

図１０（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１０（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を島状の半導体膜８５に加工し、ゲート絶縁膜８６として膜厚２０〜１００ｎｍ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。 As shown in FIG. 10B, a polycrystalline semiconductor film or a single-crystallized semiconductor film 84 having a crystal having a large grain size is generated. Next, as shown in FIG. 10C, the polycrystalline semiconductor film or the single-crystallized semiconductor film 84 is processed into an island-shaped semiconductor film 85 by using a photolithography technique, and a gate insulating film 86 having a film thickness of 20 to A 100 nm SiO 2 film is formed by a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like.

さらに、図１０（ｄ）に示すように、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）し、不純物を活性化する。次に、図１０（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。   Further, as shown in FIG. 10D, a gate electrode 87 (for example, silicide or MoW) is formed, and impurity ions 88 (phosphorus and P-channel transistors in the case of an N-channel transistor) are formed using the gate electrode 87 as a mask. In this case, boron is implanted. Thereafter, annealing is performed in a nitrogen atmosphere (for example, at 450 ° C. for one hour) to activate the impurities. Next, as shown in FIG. 10E, an interlayer insulating film 89 is formed, a contact hole is formed, and a source electrode 93 and a drain electrode 94 connected to a source 91 and a drain 92 connected by a channel 90 are formed.

以上の工程において、図１０（ａ）および図１０（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トランジスタ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。   In the above steps, the channel 90 is formed in accordance with the position of the large-grain crystal of the polycrystalline semiconductor film or the single-crystallized semiconductor film 84 generated in the steps shown in FIGS. 10A and 10B. . Through the above steps, a polycrystalline transistor or a single-crystal semiconductor transistor can be formed. The polycrystalline transistor or the single-crystallized transistor thus manufactured can be applied to a driving circuit such as a liquid crystal display or an EL (electroluminescence) display, or an integrated circuit such as a memory (SRAM or DRAM) or a CPU.

以上説明したように、本発明の結晶化装置および結晶化方法では、ほぼ均一な光強度分布を有する光と逆ピークパターンの光強度分布を有する光とを多結晶半導体膜または非晶質半導体膜の所定領域において合成する。その結果、本発明では、アブレーションを実質的に発生させることなく、結晶核からの十分なラテラル成長を実現して大粒径の結晶化半導体膜を生成することができる。   As described above, in the crystallization apparatus and the crystallization method of the present invention, light having a substantially uniform light intensity distribution and light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern are converted into a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film. Are synthesized in a predetermined area. As a result, in the present invention, it is possible to realize a sufficient lateral growth from a crystal nucleus and generate a crystallized semiconductor film having a large grain size without substantially causing ablation.

なお、この発明の結晶化装置によれば、アブレーションを実質的に発生させることなく、比較的小さいアモルファス領域に基づいて結晶核からの十分なラテラル方向の結晶成長を実現することのできる所望の光強度分布を得ることができる。   According to the crystallization apparatus of the present invention, it is possible to obtain a desired light that can realize sufficient lateral crystal growth from a crystal nucleus based on a relatively small amorphous region without substantially causing ablation. An intensity distribution can be obtained.

また、この発明の結晶化装置によれば、強度比可変手段を用いて強度比を変化させることにより、逆ピークパターンの光強度分布の性状を実質的に変えることなく、α値を適切な範囲に調整することができる。
さらに、この発明の結晶化装置によれば、光分割手段を用いて強度比を変化させることにより、逆ピークパターンの光強度分布の性状を実質的に変えることなく、α値を適切な範囲に調整することができる。 Further, according to the crystallization apparatus of the present invention, by changing the intensity ratio using the intensity ratio variable means, the α value can be adjusted to an appropriate range without substantially changing the properties of the light intensity distribution of the reverse peak pattern. Can be adjusted.
Furthermore, according to the crystallization apparatus of the present invention, by changing the intensity ratio using the light splitting means, the α value can be set to an appropriate range without substantially changing the properties of the light intensity distribution of the reverse peak pattern. Can be adjusted.

またさらに、この発明の結晶化装置によれば、光源を共通化して、第１照射系および第２照射系を比較的簡素に構成することができる。
さらにまた、この発明の結晶化装置によれば、前記第１照射系と前記第２照射系とは互いに異なる方向から前記所定領域に光を照射することも可能である。
またさらに、この発明の結晶化方法によれば、アブレーションを実質的に発生させることなく、比較的小さいアモルファス領域に基づいて結晶核からの十分なラテラル成長を実現することのできる所望の光強度分布を得ることができる。 Further, according to the crystallization apparatus of the present invention, the first irradiation system and the second irradiation system can be configured relatively simply by sharing the light source.
Furthermore, according to the crystallization apparatus of the present invention, the first irradiation system and the second irradiation system can irradiate the predetermined region with light from directions different from each other.
Furthermore, according to the crystallization method of the present invention, a desired light intensity distribution capable of realizing sufficient lateral growth from a crystal nucleus based on a relatively small amorphous region without substantially causing ablation. Can be obtained.

さらにまた、この発明の結晶化装置および結晶化方法により得られた結晶核からの十分なラテラル成長を実現して得られた大粒径の結晶化半導体膜を用いることで、高速動作が可能で、特性の良好な半導体デバイスや液晶表示デバイスなどを得ることができる。
なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。 Furthermore, high-speed operation is possible by using a crystallized semiconductor film having a large grain size obtained by achieving sufficient lateral growth from crystal nuclei obtained by the crystallization apparatus and the crystallization method of the present invention. Thus, a semiconductor device or a liquid crystal display device having good characteristics can be obtained.
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications or changes can be made at the stage of implementation without departing from the scope of the invention. In addition, the embodiments may be implemented in appropriate combinations as much as possible. In that case, the effects of the combinations are obtained.

本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成の一例を説明する概略図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention. 図１の第２照明光学系の内部構成の一例を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of an internal configuration of a second illumination optical system in FIG. 1. 本発明の基本的作用を説明する概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a basic operation of the present invention. 本発明の基本的作用を説明する概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a basic operation of the present invention. 図３、図４により説明した「α値」を設定するための要因を説明する概略図。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating factors for setting the “α value” described with reference to FIGS. 3 and 4. 位相シフタ変調光で得られた光強度分布および均一化光で得られた光強度分布を説明する概略図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a light intensity distribution obtained with phase shifter modulated light and a light intensity distribution obtained with uniformized light. 位相シフタ変調光と均一化光との合成光として得られた光強度分布を示す概略図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a light intensity distribution obtained as a combined light of the phase shifter modulated light and the uniformized light. 光分割手段の構成の一例を説明する概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a light splitting unit. 光分割手段における収差発生および位相シフタ変調光と均一化光とを別の方向から照射する概略図。FIG. 7 is a schematic diagram of irradiation of aberration generation, phase shifter modulated light, and uniformized light from different directions in a light splitting unit. 本発明の結晶化装置を用いて結晶化された半導体膜上に電子デバイスを作製する工程を示す概略図。FIG. 4 is a schematic view showing a step of manufacturing an electronic device on a semiconductor film crystallized using the crystallization apparatus of the present invention. ライン型の位相シフタの構成および作用を説明する概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration and operation of a line-type phase shifter. 逆ピークパターンの光強度分布が与えられた光を用いる場合の不都合を説明する概略図。The schematic diagram explaining the inconvenience at the time of using the light to which the light intensity distribution of the reverse peak pattern was given.

符号の説明Explanation of reference numerals

１・・・光源、２，９・・・ビームスプリッタ、３・・・第１照明光学系、７・・・第２照明光学系、８・・・位相シフタ、１０・・・結像光学系、１１・・・被処理基板、１２・・・基板ステージ、１３・・・測定器、２１・・・偏光板、２２・・・１／２波長板、２３・・・偏光ビームスプリッタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2, 9 ... Beam splitter, 3 ... 1st illumination optical system, 7 ... 2nd illumination optical system, 8 ... Phase shifter, 10 ... Imaging optical system , 11: Substrate to be processed, 12: Substrate stage, 13: Measuring instrument, 21: Polarizing plate, 22: 1/2 wavelength plate, 23: Polarizing beam splitter

Claims (11)

光強度の最も小さい逆ピークから周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射するための照射系を備え、
前記逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化したときの前記逆ピークの光強度α値（規格化値）は、０．２≦α値≦０．８であり、
所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置。 An irradiation system for irradiating at least either the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the smallest reverse peak toward the periphery from the smallest light intensity. Prepare,
When the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1, the light intensity α value (normalized value) of the reverse peak is 0.2 ≦ α value ≦ 0.8,
A crystallization apparatus that irradiates at least one of a polycrystalline semiconductor film and an amorphous semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution to generate a crystallized semiconductor film. 前記逆ピークパターンの光強度分布は、少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに設けられている被照射面がアブレーションしない光強度であることを特徴とする請求項１記載の結晶化装置。 2. The crystal according to claim 1, wherein the light intensity distribution of the reverse peak pattern is a light intensity at which an irradiated surface provided on at least one of the polycrystalline semiconductor film and the amorphous semiconductor film does not ablate. Device. 実質的に均一な光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜の所定領域に照射する第１照射系と、
光強度の最も小さい領域から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を前記所定領域に照射する第２照射系とを有し、
所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置。 A first irradiation system for irradiating at least a predetermined region of the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film with light having a substantially uniform light intensity distribution,
A second irradiation system for irradiating the predetermined region with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the region with the smallest light intensity toward the periphery,
A crystallization apparatus that irradiates at least one of a polycrystalline semiconductor film and an amorphous semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution to generate a crystallized semiconductor film. 前記第１照射系により前記所定領域に照射される光と前記第２照射系により前記所定領域に照射される光との強度比を変化させる強度比可変手段をさらに有することを特徴とする請求項３記載の結晶化装置。 2. The apparatus according to claim 1, further comprising an intensity ratio changing unit configured to change an intensity ratio between light irradiated on the predetermined area by the first irradiation system and light irradiated on the predetermined area by the second irradiation system. 4. The crystallization apparatus according to 3. 前記第１および第２の照明系のそれぞれに供給される所定波長の光を提供可能な光源と、前記光源からの光を、前記第１照射系に供給すべき光と前記第２照射系に供給すべき光とに分割する光分割手段と、をさらに有し、
前記光分割手段は、前記第１照射系に供給すべき光と前記第２照射系に供給すべき光の強度を独立に設定できることを特徴とする請求項３記載の結晶化装置。 A light source capable of providing light of a predetermined wavelength to be supplied to each of the first and second illumination systems; and light from the light source to light to be supplied to the first illumination system and to the second illumination system. Light splitting means for splitting the light into light to be supplied,
The crystallization apparatus according to claim 3, wherein the light splitting unit can independently set the intensity of light to be supplied to the first irradiation system and the intensity of light to be supplied to the second irradiation system. 前記第１照射系は、前記光分割手段により分割された光を用いて第１所定面を実質的に均一に照明するための第１照明光学系と、前記第１所定面と前記所定領域との間の光路中に配置された第１結像光学系とを含み、前記第２照射系は、前記光分割手段により分割された光を用いて第２所定面を実質的に均一に照明するための第２照明光学系と、前記第２所定面に配置された光変調素子と前記第２所定面と前記所定領域との間の光路中に配置された第２結像光学系とを含むことを特徴とする請求項５記載の結晶化装置。 A first illumination optical system configured to illuminate a first predetermined surface substantially uniformly using the light split by the light splitting unit; and a first illumination system including the first predetermined surface and the predetermined region. And a first image-forming optical system disposed in an optical path between the first and second light-emitting devices, and the second irradiation system illuminates the second predetermined surface substantially uniformly using the light split by the light splitting means. A second illumination optical system, a light modulation element disposed on the second predetermined surface, and a second imaging optical system disposed in an optical path between the second predetermined surface and the predetermined region. The crystallization apparatus according to claim 5, wherein: 前記第１照明光学系からの光と前記第２照明光学系からの光とを合成する光合成手段をさらに有することを特徴とする請求項６記載の結晶化装置。 7. The crystallization apparatus according to claim 6, further comprising a light combining means for combining light from the first illumination optical system and light from the second illumination optical system. 前記第１照射系と前記第２照射系とは、互いに異なる方向から前記所定領域に前記光を照射することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 3, wherein the first irradiation system and the second irradiation system irradiate the predetermined area with the light from directions different from each other. 前記所定領域における光強度分布を測定する測定手段をさらに有し、前記測定手段の測定結果に応じて前記均一な光強度分布を有する光と前記逆ピークパターンの光強度分布を有する光の強度比を変化させることを特徴とする請求項６記載の結晶化装置。 A measuring unit for measuring a light intensity distribution in the predetermined region, wherein an intensity ratio of the light having the uniform light intensity distribution and the light having the light intensity distribution of the reverse peak pattern according to the measurement result of the measuring unit. 7. The crystallization apparatus according to claim 6, wherein the temperature is changed. 逆ピークパターンの光強度分布における光強度の最大値を１に規格化したときの逆ピークにおける光強度α値（規格化値）を、０．２≦α値≦０．８とし、
光強度の最も小さい逆ピークから周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法。 When the maximum value of the light intensity in the light intensity distribution of the reverse peak pattern is normalized to 1, the light intensity α value (normalized value) at the reverse peak is 0.2 ≦ α value ≦ 0.8,
A crystallized semiconductor film is formed by irradiating at least one of a polycrystalline semiconductor film and an amorphous semiconductor film with light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern in which the light intensity increases from the smallest reverse peak toward the periphery toward the periphery. A crystallization method that produces 実質的に均一な光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかの所定領域に照射し、
光強度の最も小さい領域から周囲に向かって光強度が増大する逆ピークパターンの光強度分布を有する光を前記所定領域に、少なくとも前記均一な光強度分布を有する光と同時にまたは所定の時間差の範囲内で照射して、
所定の光強度分布を有する光を少なくとも多結晶半導体膜または非晶質半導体膜のいずれかに照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法。 Irradiate at least a predetermined region of the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film with light having a substantially uniform light intensity distribution,
The light having the light intensity distribution of the reverse peak pattern in which the light intensity increases from the region having the smallest light intensity toward the periphery is provided in the predetermined region, at least simultaneously with the light having the uniform light intensity distribution, or within a predetermined time difference. Irradiate within
A crystallization method in which at least one of a polycrystalline semiconductor film and an amorphous semiconductor film is irradiated with light having a predetermined light intensity distribution to generate a crystallized semiconductor film.
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