專利名稱：結晶設備、結晶方法及調相裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種結晶設備、結晶方法及調相裝置，具體地說涉及用具有預定光強分布的激光照射多晶或無定形半導體膜以產(chǎn)生結晶的半導體膜的結晶設備。
例如，用于控制向液晶顯示器(LCD)的像素施加的電位的開關裝置的薄膜晶體管(TFT)迄今為止都是在無定形硅層或者多晶硅層中形成的。
多晶硅層的電子或空穴遷移率高于無定形硅層。因此，在多晶硅層中形成晶體管的情況下，開關速度增加，所以與在無定形硅層中形成晶體管的情況相比，顯示響應加速。因此，可以在降低其它組件設計余量的優(yōu)點下，用薄膜晶體管構成外圍LSI。此外，在外圍電路，例如驅動電路和DAC被結合到與顯示器相同的襯底上的情況下，可以增加外圍電路的操作速度。
多晶硅由晶粒的集合體構成，并且電子或空穴的遷移率低于單晶硅。但是，在多晶硅層中形成大量的薄膜晶體管的情況中，溝道部分中晶粒邊界數(shù)量的波動帶來了一個問題。為了解決這個問題，近年來，為了提高電子或空穴的遷移率并且減少溝道部分中晶粒邊界數(shù)量的波動，已經(jīng)提出了一種生產(chǎn)具有大粒徑的結晶硅的結晶方法。
迄今，已經(jīng)提出了一種調相準分子激光退火工藝(調相ELA工藝)來作為結晶方法(Surface Science，第21卷，第5期，第278至287頁，2000年)。根據(jù)該方法，與多晶或無定形半導體膜平行且在其附近放置一個移相器，并且借助移相器用準分子激光照射半導體膜，以使所述半導體膜結晶。
在調相ELA工藝中，產(chǎn)生具有反向峰值(inverse peak)圖案的光強分布(光強在中央處變得最小，并且光強朝向外圍迅速增加)，其中光強在對應于移相器的移相臺階的點處最小，并且用光強分布具有反向峰值圖案的光照射所述多晶或無定形半導體膜。結果，根據(jù)光強分布在熔融區(qū)中產(chǎn)生溫度梯度，在首先固化的部分，相應于光強最小的點處形成晶核，并且晶體沿橫向從晶核向周圍生長(下文稱作“橫向生長”或者“橫向方向生長”)。因此，產(chǎn)生了具有大粒徑的單晶晶粒。
在日本專利申請KOKAI公報第2000-306859號中，已經(jīng)公開了一種技術，其中使用光強分布具有借助移相掩模(移相器)產(chǎn)生的反向峰值圖案的光照射半導體膜，以使薄膜結晶。另外，在Inoue等人的，Journal of Papers of the Institute of Electronics，Information andCommunication Engineers，第J85-C卷，第8期，第624至629頁，2002年8月中，已經(jīng)公開了一種技術，其中使用通過結合具有光吸收分布的移相器產(chǎn)生的凹陷圖案加上反向峰值圖案的光強分布的光照射半導體膜。
如日本專利申請KOKAI公報第2000-306859號中所公開的，在相應于常規(guī)技術中相移部分的部分中形成反向峰值圖案的光強分布，在傳統(tǒng)技術中使用移相器形成反向峰值圖案的光強分布。但是，因為光強不是線性增加，所以晶體的生長容易中途結束。因為在具有反向峰值圖案的光強分布的周圍容易產(chǎn)生過量的不規(guī)則分布，所以具有反向峰值圖案的光強分布不能被排列成陣列，或者在陣列中不能產(chǎn)生晶粒。
應當注意當調整照射光相對于移相器的角度分布時，或者設計移相器的排列位置時，可以使所得的光強分布接近于理想的分布。但是，不能展望性地在分析上實施設計。即使可以實現(xiàn)分析設計，也可以預料到能獲得非常復雜的條件。
應當注意，如同在Inoue等人的，Journal of the Institute ofElectronics，Information and Communication Engineers，第J85-C卷，第8期，第624至629頁，2002年8月中所公開的，在移相器與光吸收分布結合的傳統(tǒng)技術中，可以獲得凹陷圖案加上反向峰值圖案的光強分布，來用來結晶。但是，難以在橫向上生長大粒徑的晶體。形成具有連續(xù)變化的光吸收分布的薄膜一般也是困難的。尤其是，當用非常高強度的光照射待結晶的薄膜來結晶時，由光吸收帶來的熱或化學變化容易不利地引起具有所述光吸收分布的薄膜的薄膜材料退化。

發(fā)明內容
鑒于上述常規(guī)技術的問題，已經(jīng)開發(fā)了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠從晶核開始在橫向上實現(xiàn)足夠的晶體生長，并且能夠生產(chǎn)大粒徑的結晶半導體膜的結晶設備和結晶方法。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的結晶設備是一種用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而使所述半導體膜結晶的設備。
所述結晶設備包括調相裝置，其包括多個以一定周期排列并且互相基本上具有相同圖案的單位區(qū)域(unit area)；及布置在調相裝置和非單晶半導體膜之間的光學成像系統(tǒng)。
調相裝置的每個單位區(qū)域包括具有特定相位的基準面；第一區(qū)域，其布置在每個單位區(qū)域中央附近并且與基準面具有第一相位差；及第二區(qū)域，其布置在第一區(qū)域附近并且相對于基準面基本上具有與第一相位差相同的相位差。
在上述結晶設備中，預定的光強分布優(yōu)選具有多個以預定的周期排列并且基本上具有相同的二維分布的單位分布區(qū)域。
每個單位分布區(qū)域具有位于單位分布區(qū)域中央附近處，并且其光強從具有最低光強的區(qū)域朝向周圍迅速徑向增加的反向峰值分布(inversely peaked distribution)，以及其光強從反向峰值分布朝向周圍緩慢徑向增加的傾斜分布。
當單位分布區(qū)域中光強的最大值被標準化為1時，每個單位分布區(qū)域中光強的最小值優(yōu)選具有0.2至0.7的相對值。
每個單位分布區(qū)域的形狀優(yōu)選如下構成。
當單位分布區(qū)域中光強的最大值標準化為1時，通過向每個單位分布區(qū)域中的光強最小值上加上最大值與最小值差值的2/5而獲得的光強中的光強分布寬度在0.5至1.5微米之間。
優(yōu)選以矩形或三角形晶格的形式、以4至20微米的間隔來排列各個單位分布區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，結晶方法包括使激光通過包括多個以一定周期排列并且互相基本上具有相同圖案的單位區(qū)域的調相裝置以及光學成像系統(tǒng)，從而產(chǎn)生具有預定光強分布的光通量；用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而熔化半導體膜；在非單晶半導體膜的熔化部分固化的過程中，周期性地產(chǎn)生單向生長的晶核；及以生長的晶核為中心，徑向生長晶體，從而形成晶粒陣列膜。
此處，調相裝置的每個單位區(qū)域具有具有特定相位的基準面；第一區(qū)域，其布置在每個單位區(qū)域中央附近并且與基準面具有第一相位差；及第二區(qū)域，其布置在第一區(qū)域附近并且相對于基準面基本上具有與第一相位差相同的相位差。
在上述結晶方法中，非單晶半導體膜優(yōu)選位于不同于光學成像系統(tǒng)計算焦點位置的實際焦點位置附近，并且隨后用具有預定光強分布的光通量照射。
在上述結晶方法中，預定的光強分布優(yōu)選具有多個以一定周期排列并且基本上具有相同的二維分布的單位分布區(qū)域。
每個單位分布區(qū)域具有位于單位分布區(qū)域中央附近，并且其光強從具有最低光強的區(qū)域朝向周圍迅速徑向增加的反向峰值分布，以及其光強從反向峰值分布朝向周圍緩慢徑向增加的傾斜分布。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面的半導體膜是為了制備器件通過所述結晶方法在絕緣襯底上形成的半導體膜。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，上柵極型薄膜晶體管包括通過本發(fā)明結晶方法在絕緣襯底上形成的半導體膜；布置在所述半導體膜上面的柵絕緣膜；及借助柵絕緣膜布置在所述半導體膜上面的柵電極。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，下柵極型薄膜晶體管包括布置在絕緣襯底上面的柵電極；布置在所述柵電極上面的柵絕緣膜；及以通過本發(fā)明的結晶方法，借助柵絕緣膜涂布柵電極的方式形成的半導體膜。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，顯示裝置包括陣列襯底，在其上形成像素電極和驅動該像素電極的薄膜晶體管；
面對所述陣列襯底布置并在其上形成相對電極的相對襯底；及保持在陣列襯底和相對襯底之間的電光材料。
薄膜晶體管包括通過上述結晶方法形成的半導體膜；以及借助柵絕緣膜疊加在半導體膜一個面上的柵電極。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，調相裝置包括多個以一定周期排列并且基本上具有相同圖案的單位區(qū)域。
此處，每個單位區(qū)域具有具有特定相位的基準面；第一區(qū)域，其布置在每個單位區(qū)域中央附近并且與基準面具有第一相位差；及第二區(qū)域，其布置在第一區(qū)域附近并且相對于基準面基本上具有與第一相位差相同的相位差。
在所述調相裝置中，第一區(qū)域優(yōu)選具有基本上與第二區(qū)域相同的圖案，并且基本上在一個點處與第二區(qū)域接觸。
第一和第二區(qū)域優(yōu)選具有扇形。
第一和第二區(qū)域根據(jù)功能面(function face)直徑的轉換值，優(yōu)選整體具有0.3至1.5微米大小。
每個單位區(qū)域優(yōu)選具有多個圍繞著第一和第二區(qū)域的第三區(qū)域，并且每個第三區(qū)域具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于基準面基本上具有與第一區(qū)域相同的相位差。
第三區(qū)域的比例優(yōu)選隨著單位區(qū)域中離每個單位區(qū)域中央的距離而變化。
每個單位區(qū)域優(yōu)選具有多個小于預定尺寸的單元，并且每個單元中的第三區(qū)域的比例隨著單元而變化。
所述比例優(yōu)選隨著遠離單位區(qū)域中央而降低。
根據(jù)本發(fā)明再一個方面，結晶設備是用一種用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而使所述半導體膜結晶的設備。
所述結晶設備包括調相裝置，其包括多個以一定周期排列并且互相具有基本上相同圖案的單位區(qū)域；將通過調相裝置的光通量分成兩束不相干光通量的光通量分裂裝置；及布置在光通量分裂裝置和非單晶半導體膜之間的光學成像系統(tǒng)。
調相裝置的每個單位區(qū)域包括具有特定相位的基準面；第一區(qū)域，其布置在每個單位區(qū)域中央附近并且與基準面具有第一相位差；及第二區(qū)域，其布置在第一區(qū)域附近并且具有第二相位差，其絕對值相對于基準面基本上等于第一相位差并且其符號與第一相位差不同，在兩個相鄰單位區(qū)域之間基本上具有相同相位的基準面，在兩個相鄰單位區(qū)域之間，相對于基準面具有基本上相反相位差的第一區(qū)域，在兩個相鄰單位區(qū)域之間，相對于基準面具有基本上相反相位差的第二區(qū)域。
在上述結晶設備中，預定的光強分布優(yōu)選具有多個以預定的周期排列并且基本上具有相同的二維分布的單位分布區(qū)域。
每個單位分布區(qū)域具有位于單位分布區(qū)域中央附近處，并且其光強從具有最低光強的區(qū)域沿半徑朝向周圍迅速增加的反向峰值分布，以及其光強從反向峰值分布沿半徑朝向周圍緩慢增加的傾斜分布。
當單位分布區(qū)域中光強的最大值被標準化為1時，每個單位分布區(qū)域中光強的最小值優(yōu)選具有0.2至0.7的相對值。
每個單位分布區(qū)域的形狀優(yōu)選如下構成。
當單位分布區(qū)域中光強的最大值標準化為1時，通過向每個單位分布區(qū)域中的光強最小值上加上最大值與最小值差值的2/5而獲得的光強中的光強分布寬度在0.5至1.5微米之間。
優(yōu)選以矩形或三角形晶格的形式、以4至20微米的間隔來排列各個單位分布區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，在結晶設備中，使用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而熔化該半導體膜；隨后在非單晶半導體膜的熔化部分固化的過程中，周期性地產(chǎn)生單向生長的晶核；及隨后，晶體以生長的晶核為中心徑向生長，從而形成晶粒陣列膜。
此處，預定的光強分布優(yōu)選具有多個以預定的周期排列并且基本上具有相同的二維分布的單位分布區(qū)域。
每個單位分布區(qū)域具有位于單位分布區(qū)域中央附近處，并且其光強從具有最低光強的區(qū)域沿半徑朝向周圍迅速增加的反向峰值分布，以及其光強從反向峰值分布沿半徑朝向周圍緩慢增加的傾斜分布。
在上述結晶設備中，當單位分布區(qū)域中光強的最大值被標準化為1時，每個單位分布區(qū)域中光強的最小值優(yōu)選具有0.2至0.7的相對值。
每個單位分布區(qū)域的形狀優(yōu)選如下構成。
當單位分布區(qū)域中光強的最大值標準化為1時，通過向每個單位分布區(qū)域中的光強最小值加上最大值與最小值差值的2/5而獲得的光強中的光強分布寬度在0.5至1.5微米之間。
優(yōu)選以矩形或三角形晶格的形式、以4至20微米的間隔來排列各個單位分布區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，結晶方法包括用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而熔化半導體膜；在非單晶半導體膜的熔化部分固化的過程中，周期性地產(chǎn)生單向生長的晶核；及以生長的晶核為中心，徑向生長晶體，從而形成晶粒陣列膜。
此處，預定的光強分布具有多個以預定的周期排列并且基本上具有相同的二維分布的單位分布區(qū)域。
每個單位分布區(qū)域具有位于單位分布區(qū)域中央附近處，并且其光強從具有最低光強的區(qū)域朝向周圍迅速徑向增加的反向峰值分布，以及其光強從反向峰值分布朝向周圍緩慢徑向增加的傾斜分布。
在所述結晶方法中，優(yōu)選晶體以生長的晶核為中心徑向生長，并且形成其中只包括孿晶晶界的晶粒陣列薄膜。
為了制備器件，通過本發(fā)明的結晶方法在絕緣襯底上形成根據(jù)本發(fā)明再一個方面的半導體膜。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，上柵極型薄膜晶體管包括通過本發(fā)明結晶方法在絕緣襯底上形成的半導體膜；布置在所述半導體膜上的柵絕緣膜；及借助柵絕緣膜布置在所述半導體膜上面的柵電極。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，下柵極型薄膜晶體管包括布置在絕緣襯底上的柵電極；布置在所述柵電極上面的柵絕緣膜；及以通過本發(fā)明的結晶方法，借助柵絕緣膜涂布柵電極的方式形成的半導體膜。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，顯示裝置包括陣列襯底，在其上形成像素電極和驅動該像素電極的薄膜晶體管；面對所述陣列襯底布置并在其上形成相對電極的相對襯底；及保持在陣列襯底和相對襯底之間的間隙中的電光材料。
薄膜晶體管包括通過上述結晶方法形成的半導體膜；以及借助柵絕緣膜疊加在半導體膜一個面上的柵電極。
半導體膜的晶體結構包括以4至20微米的周期性間隔排列的晶粒，并且在晶粒內部只包括孿晶晶界。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，調相裝置包括多個以一定周期排列并且基本上具有相同圖案的單位區(qū)域。
此處，每個單位區(qū)域具有具有特定相位的基準面；第一區(qū)域，其布置在每個單位區(qū)域中央附近并且與基準面具有第一相位差；及第二區(qū)域，其布置在第一區(qū)域附近并且具有第二相位差，其絕對值相對于基準面基本上等于第一相位差并且其符號與第一相位差不同。
在兩個相鄰單位區(qū)域之間基本上具有相同相位的基準面，在兩個相鄰單位區(qū)域之間，相對于基準面具有基本上相反相位差的第一區(qū)域，在兩個相鄰單位區(qū)域之間，相對于基準面具有基本上相反相位差的第二區(qū)域。
在所述調相裝置中，第一區(qū)域優(yōu)選基本上具有與第二區(qū)域相同的圖案，并且基本上在一個點處與第二區(qū)域接觸。
第一和第二區(qū)域優(yōu)選具有扇形。
第一和第二區(qū)域根據(jù)功能面直徑的轉換值，優(yōu)選整體具有0.3至3微米大小。
每個單位區(qū)域優(yōu)選具有圍繞著第一和第二區(qū)域的多個第三區(qū)域和多個第四區(qū)域。
每個第三區(qū)域具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于基準面基本上具有與第一區(qū)域相同的相位差。
每個第四區(qū)域具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于基準面基本上具有與第二區(qū)域相同的相位差。
單位區(qū)域中第三和第四區(qū)域的比例優(yōu)選隨著離每個單位區(qū)域中央的距離而變化。
每個單位區(qū)域優(yōu)選具有多個小于預定尺寸的單元，并且每個單元中的第三和第四區(qū)域的比例隨著單元而變化。
所述比例優(yōu)選隨著遠離單位區(qū)域中央而降低。
根據(jù)本發(fā)明，獲得具有陣列結構的高質量半導體晶體薄膜，所述結構包含位置已經(jīng)通過一次完成的激光退火控制的大晶粒。與傳統(tǒng)多晶薄膜晶體管相比，使用本發(fā)明中獲得的半導體膜的晶體管具有高的遷移率和更小的閾值電壓波動。當本發(fā)明的薄膜晶體管被應用于顯示裝置，例如液晶顯示器、有機電致發(fā)光顯示器等時，可以在外圍電路中形成高功能的計算器件等。因此，本發(fā)明對于實現(xiàn)面板上的系統(tǒng)具有很大的作用。在本發(fā)明的結晶方法中，在光學通道中只插有調相裝置(或者調相裝置和光通量分裂裝置)。因此，光學系統(tǒng)不復雜，并且調整系統(tǒng)不需要很多的時間。因為該光學系統(tǒng)的聚焦深度大，所以工藝的限度加寬，并且本發(fā)明的方法適于批量生產(chǎn)。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的結晶設備結構的示意圖；圖2是表示圖1照射系統(tǒng)內部結構的示意圖；圖3是表示實施例1的調相裝置的構造的示意圖；圖4A、4B、4C表示實施例1中在+5至-5微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖5A、5B、5C表示實施例1中在-7至-15微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖6A、6B、6C表示在實施例1中實際焦點位置獲得的光強分布；圖7A至7F是關于第三區(qū)域比例和光強分布之間關系的原理說明圖；圖8A、8B、8C表示點擴散分布范圍R中相位變化和光強之間的典型關系；圖9A、9B表示光學成像系統(tǒng)中光瞳函數(shù)(pupil function)和點擴散分布函數(shù)之間的關系；圖10A、10B是表示與圖3所示調相裝置第三區(qū)域相應的單元型結構的示意圖；圖11是表示與圖3所示調相裝置第三區(qū)域不同的像素型結構的示意圖；圖12是表示本發(fā)明半導體膜結晶工藝的示意圖；圖13A、13B是表示適于實現(xiàn)圖12所示結晶工藝的光強分布一個實例的示意圖；圖14A、14B是表示調相裝置中單位區(qū)域排列圖案和所形成晶體結構陣列圖案之間關系的一個實例的示意圖；圖15A、15B是表示調相裝置中單位區(qū)域排列圖案和所形成晶體結構陣列圖案之間關系的另一個實例的示意圖；圖16是表示實施例2中調相裝置結構的示意圖；
圖17A、17B、17C表示實施例2中在-5至+5微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖18A、18B、18C表示實施例2中在-7至-15微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖19是表示實施例3中調相裝置結構的示意圖；圖20A、20B、20C表示在實施例3中實際焦點位置獲得的光強分布；圖21是表示實施例4中調相裝置結構的示意圖；圖22A、22B表示在實施例4中計算焦點位置獲得的光強分布；圖23是表示薄膜晶體管溝道區(qū)的Si膜晶體取向的圖；圖24是表示實施例5中調相裝置結構的示意圖；圖25A、25B、25C表示實施例5中在+5至-5微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖26A、26B、26C表示實施例5中在-10至-20微米每個散焦位置獲得的光強分布；圖27A、27B是表示實施例6中調相裝置的結構和待處理襯底上光強分布的示意圖；圖28A至28D是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的下柵極型薄膜晶體管制造工藝的步驟圖；圖29A、29B、29C是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的上柵極型薄膜晶體管制造工藝的步驟圖；圖30是示意表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的顯示裝置結構的透視圖；圖31是表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的結晶設備結構的示意圖；圖32是表示圖31的照射系統(tǒng)內部結構的示意圖；圖33是表示實施例10的調相裝置結構的示意圖；
圖34A、34B、34C表示在實施例10中通過其中不使用任何光通量分裂裝置的調相裝置獲得的光強分布；圖35A、35B是本發(fā)明每個實施例中光通量分裂裝置的結構和功能的說明圖；圖36A、36B表示通過實施例10中調相裝置和光通量分裂裝置在焦點位置獲得的光強分布；圖37A、37B表示通過實施例10中調相裝置和光通量分裂裝置在散焦位置獲得的光強分布；圖38是表示實施例11中調相裝置結構的示意圖；圖39A、39B、39C表示實施例11中通過其中不使用任何光通量分裂裝置的調相裝置獲得的光強分布；圖40A、40B表示通過實施例11中調相裝置和光通量分裂裝置在焦點位置獲得的光強分布；圖41A、41B表示通過實施例11中調相裝置和光通量分裂裝置在散焦位置獲得的光強分布；圖42是表示實施例12中調相裝置結構的示意圖；圖43A、43B、43C表示在實施例12中通過其中不使用任何光通量分裂裝置的調相裝置獲得的光強分布；圖44A、44B表示通過實施例12中調相裝置和光通量分裂裝置在焦點位置獲得的光強分布；圖45A、45B表示通過實施例12中調相裝置和光通量分裂裝置在散焦位置獲得的光強分布；圖46是表示實施例13中調相裝置結構的示意圖；圖47A、47B、47C表示在實施例13中通過其中不使用任何光通量分裂裝置的調相裝置獲得的光強分布；圖48A、48B表示通過實施例13中調相裝置和光通量分裂裝置在焦點位置獲得的光強分布；
圖49A、49B表示通過實施例13中調相裝置和光通量分裂裝置在散焦位置獲得的光強分布；圖50是表示實施例14中調相裝置結構的示意圖；圖51A、51B、51C表示在實施例14中不使用任何光通量分裂裝置時通過調相裝置獲得的光強分布；圖52A、52B表示通過實施例14中調相裝置和光通量分裂裝置在焦點位置獲得的光強分布；圖53A、53B表示通過實施例14中調相裝置和光通量分裂裝置在散焦位置獲得的光強分布。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的結晶設備結構的示意圖。圖2是表示圖1的照射系統(tǒng)內部結構的示意圖。參照圖1和2，結晶設備包括用來調制入射光通量，從而形成具有預定光強分布的光通量的調相裝置1，以及用來借助光闌2照射調相裝置1的照射系統(tǒng)3。后面將描述調相裝置1的結構和功能。
舉例來說，照射系統(tǒng)3包括提供248納米波長的光的KrF準分子激光源3a。作為光源3a，可以使用能夠發(fā)射用來熔化待處理部件的能量光射線的另一種適當光源，例如XeCl準分子激光源或YAG激光源。從光源3a施加的激光借助光束擴展器3b被放大，然后進入第一蠅眼透鏡3c。因此，在第一蠅眼透鏡3c的后焦面上形成多個光源，并且來自這多個光源的光通量以疊加的方式經(jīng)由第一聚光(opticalcapacitor)系統(tǒng)3d照射第二蠅眼透鏡3e的入射面。
結果，在第二蠅眼透鏡3e的后部焦平面上形成多于第一蠅眼透鏡3c的后部焦平面上光源的光源。來自第二蠅眼透鏡3e的后部焦平面上形成的多個光源的光通量以疊加的方式經(jīng)由第二聚光系統(tǒng)3f和光闌2照射調相裝置1。此處，第一蠅眼透鏡3c和第一聚光系統(tǒng)3d構成第一均化器(homogenizer)。通過第一均化器在調相裝置1中均化從光源3a施加的激光的入射角。
另外，第二蠅眼透鏡3e和第二聚光系統(tǒng)3f構成第二均化器。通過第二均化器在調相裝置1中均化其入射角已經(jīng)從第一均化器中被均化的激光在平面上每個位置處的入射角。應當注意可以使用一對圓柱式蠅眼透鏡來代替第一蠅眼透鏡3c或第二蠅眼透鏡3e。此處，圓柱式蠅眼透鏡包括多個圓柱式透鏡元件，其在特定的平坦晶面上具有折射功能，并且在與該平坦晶面成直角的平坦晶面上沒有任何的折射功能。
因此，照射系統(tǒng)3用具有基本上均勻光強分布的激光照射調相裝置1。其相位已經(jīng)通過調相裝置1調制的激光借助光學成像系統(tǒng)4進入待處理的襯底5。此處，調相裝置1的相位圖面(phase pattern face)和待處理的襯底5以光學共軛方式布置在光學成像系統(tǒng)4中。換句話說，待處理的襯底5布置在與調相裝置1的相位圖面光學共軛的平面內(即，光學成像系統(tǒng)4的圖像平面)。光學成像系統(tǒng)4包括正透鏡組4a和4b之間的孔徑光圈4c。
孔徑光圈4c具有多個其開口(透光部分)具有不同尺寸的孔徑光圈。多個孔徑光圈4c可以被構造成相對于光學通道是可變的?；蛘撸讖焦馊?c可以具有開口尺寸連續(xù)可變的光圈。在任何情況下，如后面所述，孔徑光圈4c的開口尺寸(即，光學成像系統(tǒng)4的圖像側數(shù)值孔徑NA)按照在待處理襯底5的半導體膜上產(chǎn)生所需光強分布的方式來設置。應當注意光學成像系統(tǒng)4可以是折射光學系統(tǒng)、反射光學系統(tǒng)或者折射/反射光學系統(tǒng)。
另外，待處理的襯底5通過在襯底上依次沉積下層絕緣膜、半導體薄膜和上層絕緣膜來構成。即，舉例來說，在待處理的襯底5中，通過化學氣相沉積(CVD)工藝，在用于液晶顯示器的玻璃板上連續(xù)地形成下層絕緣膜、非單晶膜(例如，無定形硅膜)和覆蓋膜。下層絕緣膜和覆蓋膜都是絕緣膜(例如，SiO2)。下層絕緣膜阻止無定形硅膜直接與玻璃襯底接觸。雜質，例如Na被阻止混合在無定形硅膜中。另外，阻止無定形硅膜的溫度直接傳給玻璃襯底。所述無定形硅膜是結晶半導體膜。
無定形硅膜在吸收入射光時被加熱。在傳導部分熱量時覆蓋膜被加熱。熱量在無定形硅膜中積累。當中斷光束入射時，在無定形硅膜的照射面中，高溫部分的溫度降低得相對較快。上述熱量積累作用緩和了溫度的降低速度，并且促進了大粒徑橫向的晶體生長。通過真空吸盤、靜電吸盤等將待處理襯底5定位并且固定在襯底臺6的預定位置上。
實施例1圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例1的調相裝置結構的示意圖。調相裝置1是用來制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置。調相裝置1包括多個具有相同圖案的單位區(qū)域1a，并且每個單位區(qū)域1a以預定的周期二維排列。在圖3中，為了描述簡單，只表示了兩個具有正方形的相鄰單位區(qū)域1a。根據(jù)在光學成像系統(tǒng)4圖像平面中的轉換值，每個單位區(qū)域1a的一邊是5微米。調相裝置1的尺寸將在下文中根據(jù)光學成像系統(tǒng)4圖像平面中的轉換值來說明。
單位區(qū)域1a包括具有特定相位的基準面(圖中空白部分)1aa，布置在單位區(qū)域1a中央附近的第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac，以及布置在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍的多個第三區(qū)域1ad。此處，每個第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac是通過將半徑為0.5微米的圓形分成四等份獲得的扇形圖案，并且以頂點在單位區(qū)域1a中央處彼此接觸的方式來排列各區(qū)域。
在實施例1中，實際上設置具有正方形形狀的0.5平方微米的正方形單位單元(unit cell)(未顯示)，縱向/橫向且致密地圍繞著第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac。每個單元在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍的半徑。另外，在每個單位單元中選擇性地布置一個第三區(qū)域1ad。單位單元中第三區(qū)域1ad的比例被設置成遠離第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(單位區(qū)域1a的中央)逐漸降低。第一區(qū)域1ab、第二區(qū)域1ac和所有的第三區(qū)域1ad相對于基準面1aa都具有+90°的相位差(在基準面1aa的相位被標準化為0°時的相對相位)。
此處，注意到光強分布，所述光強分布是沿著與在待處理襯底5的表面中穿過單位區(qū)域1a中部的線A-A相應的橫截線形成的分布，所述襯底根據(jù)光學成像系統(tǒng)4位于不同的位置。首先，在從光學成像系統(tǒng)4計算的聚焦位置(焦點位置)接近光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1中的上側)中散焦5微米(即+5微米的散焦)的表面上，在定位后的待處理的襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖4a所示的光強分布。沿著相應于待處理襯底5的表面上單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖4B所示的光強分布，所述襯底位于光學成像系統(tǒng)4計算的焦點位置。
在從光學成像系統(tǒng)4計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1中的下部)上散焦5微米(即-5微米的散焦)的待處理的襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖4C所示的光強分布。此外，在從光學成像系統(tǒng)4計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦7微米(即-7微米散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖5A所示的光強分布。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦10微米(即-10微米散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖5B所示的光強分布。最后，在從光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦15微米(即-15微米散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖5C所示的光強分布。
應當注意在下面的實施例中，設置焦闌在相對側上的光學成像系統(tǒng)4的放大率為1/5，設置圖像側數(shù)值孔徑NA為0.13，并且設置照射西格瑪值(照射系統(tǒng)的數(shù)值孔徑/光學成像系統(tǒng)4的物體側數(shù)值孔徑)為0.43。在圖4A至4C和5A至5C中，縱坐標表示光強，并且表示當最大值標準化為1時的相對值。橫坐標表示距相應于單位區(qū)域1a中心的點處的距離(微米)。應當注意在本說明書中，所有光強分布根據(jù)與上述方法相似的方法表示。
如圖4A至4C和5A至5C所示，參照通過改變待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的位置獲得的光強分布，在計算焦點位置和-10微米散焦位置之間保持光強從峰谷(bottom peak)(光強最低的位置)快速增加的狀態(tài)。在計算焦點位置和-15微米散焦位置之間保持光強分布的形狀。即，可以看出在實施例1中保證了±5至±7微米的聚焦深度。
以這種方式，實施例1的調相裝置1的相位差是90°，并且不同于180°。因此，實際焦點位置偏離計算的焦點位置。參照圖4A至4C和5A至5C，可以看出從峰谷增加的光強梯度在從計算焦點位置散焦-7微米的位置處獲得的光強分布中是最大的，并且計算的-7微米散焦位置是實際焦點位置。
在實施例1中，在位于光學成像系統(tǒng)4實際焦點位置的待處理襯底5的表面上形成圖6A至6C中所示的光強分布。即，沿著相應于圖3中調相裝置1的單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成圖6A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖6B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖6C所示的光強分布。參照圖6A至6C，可以看出在經(jīng)由實施例1的調相裝置1獲得的光強分布中存在很少的各向異性。
另外，從圖6A中可以看出在相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(單位區(qū)域1a的中央)，形成具有最小光強的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過多個第三區(qū)域1ad的作用，從反向峰值分布朝向周圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。舉例來說，當加工石英玻璃襯底的表面，并且形成相應于預定相位的厚度分布時，獲得調相裝置1的相位階躍(phase step)圖案。石英玻璃襯底可以通過選擇性刻蝕或者聚焦離子束(FIB)加工。
接著，設置第三區(qū)域1ad的比例，使得隨著遠離單位區(qū)域1a的中央，比例降低。因此，以遠離反向峰值分布則光強增加的方式獲得光強的傾斜分布。下面將說明其原理。
圖7A至7F是關于第三區(qū)域比例和光強分布之間關系的說明圖。一般來說，通過調相裝置1的圖像的光振幅分布U(x，y)由下面的等式(1)表示。應當注意在等式(1)中，T(x，y)表示調相裝置1的復振幅透光度分布，*表示卷積，并且ASF(x，y)表示光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布函數(shù)。此處，點擴散分布函數(shù)定義為通過光學成像系統(tǒng)的點圖像振幅分布。
U(x，y)＝T(x，y)*ASF(x，y)……(1)應當注意因為振幅是統(tǒng)一的，所以調相裝置1的復振幅透光度分布T由下面的等式(2)表示。應當注意在等式(2)中，T0表示某一特定值，并且φ(x，y)表示相位分布。
T＝T0·exp(iφ(x，y))……(2)另外，在光學成像系統(tǒng)4具有均勻的圓形光瞳并且沒有任何色差的情況中，關于點擴散分布函數(shù)ASF(x，y)建立了如下面等式(3)所示的關系。應當注意在等式(3)中，J1表示貝塞爾函數(shù)，λ表示光的波長，并且NA表示上述光學成像系統(tǒng)4圖像側的數(shù)值孔徑。
ASF(x，y)∝2·J1(2π/λ·NA·r)/(2π/λ·NA·r)……(3)式中r＝(x2+y2)1/2圖7A中所示的光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布函數(shù)如圖7B所示。當點擴散分布函數(shù)近似為具有直徑為R的圓柱形4e(由圖7C中的虛線表示)時，在圖7C所示調相裝置1上直徑R’(相應于直徑R的光學值)的圓中積分的復振幅分布確定了圖像平面4f上的復振幅。如上所述，圖像平面4f上形成的圖像的光振幅，即光強是通過調相裝置1的復振幅透光度分布和點擴散分布函數(shù)的卷積給出。當點擴散分布函數(shù)被近似且認為是圓柱形狀4e時，通過均勻加權(uniform weight)地積分調相裝置1的復振幅透光度分布所獲得的結果構成圖7C所示圓形點擴散分布范圍R內的圖像平面4f中的復振幅，并且絕對值的平方是光強。應當注意光學成像系統(tǒng)4中的點擴散分布范圍R指的是通過與零點4i的交點4j內的點擴散分布函數(shù)繪出的圖7B中曲線的范圍。
因此，相位在點擴散分布范圍R中變化越小，光強增加越大。相反，相位變化越大，光強變得越小。從如圖7D所示的單位圓4g中相位矢量4h的和來考慮，這方面是容易理解的。當圖像平面4f是一個物體，例如半導體膜時，圖7B的點擴散分布函數(shù)是圖7F中所示的點擴散分布函數(shù)。
圖8A至8C是表示點擴散分布范圍R中相位變化和光強之間典型關系的圖。圖8A是表示四個區(qū)域的相位值都為0°時的情況。在0°方向的四個相位矢量5g的和相應于振幅4E，并且其平方相應于光強16I。
圖8B是表示兩個區(qū)域的相位值為0°，并且另兩個區(qū)域相位值為90°時的情況。兩個在0°方向的相位矢量和兩個在90°方向的相位矢量的和相應于振幅 ，并且其平方相應于光強8I。
圖8C表示四個區(qū)域分別是相位值為0°的區(qū)域、相位值為90°的區(qū)域、相位值為180°的區(qū)域，以及相位值為270°的區(qū)域的情況。在0°方向的相位矢量5s、在90°方向的相位矢量5t、在180°方向的相位矢量5u和在270°方向的相位矢量5v的和相應于振幅0E，并且其平方相應于光強0I。
圖9A、9B是表示光學成像系統(tǒng)4中光瞳函數(shù)和點擴散分布函數(shù)之間關系的圖。通常，點擴散分布函數(shù)由光瞳函數(shù)的傅立葉變換給出。具體地說，當光學成像系統(tǒng)4具有均勻的圓形光瞳，并且沒有任何色差時，點擴散分布函數(shù)ASF(x，y)由上述等式(3)表示。但是，這在光學成像系統(tǒng)4中存在色差，或者存在光瞳的單值函數(shù)而不是均勻的圓形光瞳的情況中并不適用。
在系統(tǒng)具有均勻的圓形光瞳并且沒有任何色差的情況中，已知中間區(qū)域(即艾里斑)的半徑R/2由下面的等式(4)表示，直至點擴散分布函數(shù)首次達到0。
R/2＝0.61·λ/NA……(4)在本說明書中，如圖7B、9B所示，點擴散分布范圍R指的是直至點擴散分布函數(shù)F(x)首次達到0的圓形中間區(qū)域。從圖8A至8C中明顯可見，在光學上相應于光學成像系統(tǒng)的點擴散分布范圍R的圓形中包括多個(在圖8A至8C中為4個)調相單元時，可以控制光的振幅，即分析上根據(jù)簡單計算多個相位矢量5g的和來控制光的強度。結果，可以比較容易地獲得比較復雜的光強分布。
因此，根據(jù)本發(fā)明，因為可以隨意控制光強，所以調相裝置1的調相單元需要在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。換句話說，光學成像系統(tǒng)4的圖像側上的調相裝置1的調相單元的大小需要小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。此處，調相單位在上述單元型中例如是單元一個最短邊的大小，并且是像素型一邊的長度。
圖10A、10B是示意表示與圖3所示調相裝置的第三區(qū)域相應的單元型結構的圖。參照圖10A，所述調相裝置包括具有第一相位值φ1的第一區(qū)域(由圖中斜線部分表示)21a和具有第二相位值φ2的第二區(qū)域(由圖中空白部分表示)21b。調相裝置具有多個單元(由圖中矩形虛線表示)21，每個單元的尺寸在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。
如圖10B所示，每個單元21中具有相位值φ1(0°)的第一區(qū)域21a和具有相位值φ2(90°)的第二區(qū)域21b隨著每個單元而變化。換句話說，具有相位值φ1的第一區(qū)域21a和具有相位值φ2的第二區(qū)域21b的比例具有隨位置變化的相位分布。更具體地說，單元中具有相位值φ2的第二區(qū)域21b的比例在圖左側的單元中是最大的，而在圖右側的單元中是最小的，并且在其間單調變化。調相裝置1的入射光線從圖的前面通向背面方向，如圖10A中箭頭21c所示。
如上所述，圖10A中所示的調相裝置具有基于調相單元21(單元)的相位分布，調相單元21的尺寸在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。因此，每個調相單元21中的第一區(qū)域21a和第二區(qū)域21b的比例(即，兩個相位矢量的和)被適當?shù)馗淖?。因此，可以在分析上根?jù)簡單的計算來控制在待處理襯底上形成的光強分布。舉例來說，通過加工石英玻璃并且形成相應于第一和第二相位值φ1、φ2的厚度分布，獲得了具有第一和第二相位值φ1、φ2的調相裝置1。石英玻璃的厚度可以通過選擇性刻蝕或者FIB來控制。舉例來說，通過加工石英玻璃襯底的表面并且形成相應于預定相位的厚度分布來獲得調相裝置1的相位階躍圖案。石英玻璃襯底可以通過選擇性刻蝕或者聚焦離子束(FIB)來加工。
圖11是示意表示與圖3所示調相裝置的第三區(qū)域不同的像素型結構的圖。參照圖11，調相裝置1具有多個矩形像素22，每個像素在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。多個像素22被縱向/橫向并且致密地排列，并且每個像素22具有特定的相位值。具體地說，所述像素包括具有第一相位值φ1(例如0°)的第一像素(由圖中斜線部分表示)22a和具有第二相位值φ2(例如90°)的第二像素(由圖中空白部分表示)22b。調相裝置1的入射光線從圖的前面通向背面方向，如圖11中的箭頭22c所示。
如圖11所示，光學上相應于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的每單位范圍具有相等相位值的像素數(shù)量(由圖中虛線圓形表示)隨著每個單位范圍而變化。換句話說，調相裝置1具有如下相位分布，其中作為具有相位值φ1的第一區(qū)域的第一像素22a的比例，以及作為具有相位值φ2的第二區(qū)域的第二像素22b的比例以與圖10A中相同的方式隨著位置而變化。
如上所述，圖11中所示的調相裝置具有基于調相單元(像素)22的相位分布，調相單元22的尺寸在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的半徑R/2。因此，光學上相應于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍R的單位范圍(未顯示)中的第一像素22a和第二像素22b的比例，即多個相位矢量的和被適當?shù)馗淖?，并且因此，可以在分析上根?jù)簡單的計算來控制在待處理襯底上形成的光強分布。
圖12示意表示了本發(fā)明中半導體薄膜的結晶工藝。在圖12中，虛線表示的矩形區(qū)域是待處理襯底5表面上相應于調相裝置1的一個單位區(qū)域1a的單位襯底區(qū)域10(實施例1中5平方微米的正方形區(qū)域)。在所述單位襯底區(qū)域10中，在首先開始固化的熔化區(qū)域12的中央附近重復晶核的產(chǎn)生和消失后，晶核凝聚，形成不低于可生長的臨界直徑的直徑，并且產(chǎn)生單向生長的晶核11。這種生長的晶核11隨著時間在各個方向上徑向生長，并且固-液界面14擴大。
因為根據(jù)本發(fā)明通過激光退火來使半導體膜結晶的過程是在超淬火(ultraquenching)固化系統(tǒng)中實施的，所以產(chǎn)生的晶核不會在所有方向上生長而是維持相反的取向。舉例來說，晶體生長，同時將產(chǎn)生的晶核的晶面取向保持在具有較高生長速度的晶體方向，例如<110>方向上。但是，在具有較慢生長速度的晶體方向中進行孿晶的轉變，其中最密堆積的面在例如<111>方向上堆積。因此，方向改變成具有更高生長速度的晶面方向，并且晶體生長。這是因為根據(jù)以同心圓徑向擴展的溫度梯度，晶體以等于高生長速度方向上的速度生長。結果，孿晶晶界13進入最終結構的晶粒中。所述孿晶晶界13的形成過程與晶界15不同。
圖13A示意表示了適于實現(xiàn)圖12所示結晶工藝的光強分布的一個實例。圖13A所示的光強分布是沿著圖13B所示的單位襯底區(qū)域10對角線10a的分布。應當注意在圖13B中，虛線16a，16b表示光強(或溫度)的等高線。在圖13A所示的光強分布中，在中間形成反向峰值分布，并且在中間周圍形成傾斜分布。在反向峰值分布部分中，光強在單位襯底區(qū)域10的中央附近最小，并且光強從具有最小光強的峰谷朝向周圍徑向迅速增加。在傾斜分布部分，光強從具有反向峰值分布朝向周圍徑向緩慢增加。
當用具有如圖13A所示的漏斗形光強分布的激光照射待處理的襯底5時，待處理的襯底5的半導體薄膜吸收光，并且光的能量被轉化成熱。因此，在結晶開始時半導體薄膜的溫度分布也如圖13A所示，并且因此僅在單位襯底區(qū)域10的中央?yún)^(qū)域產(chǎn)生生長的晶核11。光強具有與晶體生長開始緊密相關的閾值α。在光強不高于α值的部分中，半導體(Si)膜不會熔化。即使膜熔化，也只有表面的一部分熔化，該部分保持多晶硅狀態(tài)。晶體生長從光強超過α值的地方開始。
因此，光強分布底部光強的值優(yōu)選略低于所述α值。具體地說，光強分布峰谷的強度優(yōu)選具有0.2至0.7的相對值。當峰谷的強度小于0.2時，光強太小，并且只有中央部分保持無定形狀態(tài)而不結晶。當峰谷的強度大于0.7時，光強變得太大，并且不能僅在中央部分產(chǎn)生生長的晶核。應當注意為了實現(xiàn)更滿意的結晶過程，光強分布峰谷的強度優(yōu)選為0.5至0.6。
在光強從中央附近的峰谷朝向周圍徑向迅速增加的反向峰值分布中，優(yōu)選通過將光強的最小值(即，峰谷處光強值)加上最大與最小值之間差值的約2/5而獲得光強的范圍。在圖13A所示的光強分布中，通過向光強最小值加上最大值與最小值差值的約2/5而獲得的光強具有0.76的相對值。
光強為0.76的光強分布的峰寬W1優(yōu)選為0.5至1.5微米。當峰寬W1小于0.5微米時，強度太小，周圍環(huán)境的熱量在作為光強最小位置的中央處擴散。最低溫度區(qū)擴大，并且生長的晶核不可能是單晶。當峰寬W1超過1.5微米時，其太大，結晶開始時的最低溫度區(qū)擴大，并且生長的晶核不可能是單晶。
如圖13A所示，光強優(yōu)選在反向峰值分布的周圍緩慢增加。也就是說，其中光強從中央朝向外部線性增加的漏斗形狀的傾斜分布是優(yōu)選的。這是因為在單位襯底區(qū)域10的單元中產(chǎn)生的生長晶核11是徑向生長的，并且單位襯底區(qū)域10的內部形成一個晶粒。在這種漏斗形狀的傾斜分布中，朝向外部的溫度梯度也變成線性的，并且晶體的生長不會中途停止。因此，可以產(chǎn)生具有更大直徑的結晶的半導體膜。如果在反向峰值分布的周圍存在不規(guī)則的分布，并且存在光強快速增加的峰，那么當半導體薄膜吸收激光時，該區(qū)域的溫度過度上升，并且薄膜可能破裂。
圖14A、14B示意性地表示了調相裝置中單位區(qū)域排列圖案和所形成晶體結構陣列圖案之間關系的一個實例。在圖14A所示的調相裝置1的單位區(qū)域1a的排列圖案中，為了簡化起見，只表示了位于單位區(qū)域1a中央附近并且具有扇形形狀的第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac。在圖14A所示的晶體結構的陣列圖案中，晶界15由實線表示，并且孿晶晶界13由虛線表示。
從圖14A可見，相應于調相裝置1的一個單位區(qū)域1a形成一個正方形的晶粒。即，多個正方形的晶粒形成晶格狀陣列圖案，該圖案相應于以預定周期的晶格形式排列的多個單位區(qū)域1a，并且獲得具有滿意質量的結晶半導體膜。另外，在晶粒中只包括孿晶晶界13。當按照這種方式控制生長的晶核11的產(chǎn)生位置時，還可以二維地控制晶粒的位置。
圖15A示意地表示了調相裝置中單位區(qū)域排列圖案和所形成晶體結構陣列圖案之間關系的另一個實例。與圖14A不同，在圖15A中，以預定的周期和規(guī)則的三角晶格形式排列多個單位區(qū)域1a，即第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac。結果，在相應的晶體結構中，如圖15B所示，多個圓形晶粒形成規(guī)則的三角晶格陣列圖案。另外在此情況中，在晶粒中只包括孿晶晶界13，并且也可以二維地控制晶粒的位置。
圖14A、14B和圖15A、15B所示的調相裝置1的單位區(qū)域1a的間隔與最終形成的晶體結構的晶粒直徑密切相關。根據(jù)在光學成像系統(tǒng)4的圖像平面中的轉化值，調相裝置1的單位區(qū)域1a的間隔優(yōu)選為4至20微米。當單位區(qū)域1a的間隔小于4微米時，間隔太小，減小了晶粒的粒徑，并且不能獲得具有滿意質量的結晶半導體薄膜。當單位區(qū)域1a的間隔大于20微米時，間隔太大，并且晶體生長中途停止。因此，不能獲得基本上遍布半導體膜整個表面的晶粒陣列。
位于單位區(qū)域1a中央的反相差異的相位區(qū)1ab、1ac的形狀不必一定具有扇形形狀，并且可以形成例如四邊形的多邊形?？梢园凑辗鍖扺1足夠小，從而在如圖13A所示的光強分布中僅僅產(chǎn)生單晶晶核的方式來設置相位區(qū)1ab、1ac的面積。在本例中，設置相位區(qū)(1ab、1ac)的整體大小為1.0(＝0.5×2)微米，但是可以被設置成優(yōu)選為0.3至1.5微米的大小，更優(yōu)選為0.8至1.2微米。相位區(qū)1ab、1ac面積的最佳值與結晶設備所用的光學系統(tǒng)密切相關。相位區(qū)1ab、1ac之間的相位差與圖13A所示的光強分布中峰谷光強的相對值相關，并且可以在0.2至0.7的范圍內確定。
在實施例1中，在圖1所示的結晶設備中，使用結構如圖3所示的調相裝置1來結晶位于實際焦點位置(-7微米的計算散焦位置)的待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜。舉例來說，在待處理的襯底5上面形成具有圖6A所示的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，制備包括如圖14B所示的5平方微米晶粒陣列的半導體薄膜。如圖4A至4C和圖5A至5C所示，即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的實際焦點位置在一定程度上波動(即在0至-15微米的散焦范圍內波動)時，在待處理的襯底5上形成的光強分布也不會變化很大。因為在本例中保證了約±7微米的大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例2圖16是示意表示本發(fā)明實施例2的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例1相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例1相似的結構。但是，在實施例2中，第一區(qū)域1ab、第二區(qū)域1ac和所有第三區(qū)域1ad相對于基準面1aa具有-90°的相位(在實施例1中為+90°)。實施例2在這個方面與實施例1不同。下面將以與實施例1不同之處為重點來描述實施例2。
在實施例2中，在從光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1的下方)上散焦5微米(即，-5微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖17A所示的光強分布。在位于光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置處的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖17B所示的光強分布。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置接近光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦5微米(即，+5微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖17C所示的光強分布。此外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置接近光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦7微米(即，+7微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖18A所示的光強分布。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置接近光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦10微米(即，+10微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖18B所示的光強分布。最后，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置接近光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦15微米(即，+15微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖18C所示的光強分布。
如圖17A至17C和18A至18C所示，參照通過改變待處理襯底5相對光學成像系統(tǒng)4的位置而獲得的光強分布，在計算的焦點位置和+10微米散焦位置之間保持光強從峰谷(光強最低的位置)快速增加的狀態(tài)。在計算的焦點位置和+15微米散焦位置之間保持光強分布的形狀。即，在實施例2中也可以看出，按照與實施例1相同的方式保證了±5至±7微米的聚焦深度。
參照圖17A至17C和18A至18C，可以看出從峰谷增加的光強梯度在從計算焦點位置散焦+7微米位置處獲得的光強分布中是最大的，并且計算的+7微米散焦位置就是實際焦點位置。
在實施例2中，在圖1所示的結晶設備中，使用結構如圖16所示的調相裝置1使位于實際焦點位置(計算的+7微米散焦位置)的待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。舉例來說，在待處理的襯底5上形成具有圖18A所示的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，制備包括如圖14B所示5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖17A至17C和18A至18C所示，即使在待處理的襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的實際焦點位置在一定程度上波動(即，在0至+15微米的散焦范圍內波動)時，在待處理的襯底5上形成的光強分布也不會變化很大。因為在本例中保證了約±7微米的大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例3圖19是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例3的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例1和2相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例1相似的結構。但是，在實施例3中，在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍形成8個0.2平方微米的正方形第三區(qū)域1ae，并且第一區(qū)域1ab、第二區(qū)域1ac和所有的第三區(qū)域1ae相對于基準面1aa具有+100°的相位(在實施例1中為+90°)。實施例3在這個方面與實施例1不同。下面將以與實施例1不同之處為重點來描述實施例3。
盡管未示出，在實施例3中，從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1的下方)上散焦7微米(即，-7微米的散焦)的位置是實際焦點位置，并且按照與實施例1相同的方式保證了約±7微米的大的聚焦深度。
在實施例3中，在位于光學成像系統(tǒng)4實際焦點位置處的待處理襯底5的表面上，形成如圖20A至20C所示的光強分布。即，在圖19中，沿著相應于調相裝置1的單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖20A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線B-B的斜線，形成圖20B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線，形成圖20C所示的光強分布。
在實施例3中，在圖1所示的結晶設備中，使用結構如圖19所示的調相裝置1使位于實際焦點位置(計算的-7微米散焦位置)的待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。舉例來說，在待處理的襯底5上形成具有圖20A所示的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，制備包括如圖14B所示5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。即使在待處理的襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的實際焦點位置在一定程度上波動時，在待處理的襯底5上形成的光強分布也不會變化很大。因為在本例中保證了約±7微米的大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例4圖21是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例4的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例1至3相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例3相似的結構。但是，在單元區(qū)域1a中央附近布置0.5平方微米的正方形相位區(qū)1af來代替第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac，繞著這些區(qū)域布置8個0.2平方微米的正方形第三區(qū)域1ag，并且相位區(qū)1af和所有第三區(qū)域1ag相對于基準面1aa具有+120°的相位(在實施例3中為+100°)。實施例4在這個方面與實施例3不同。下面將以與實施例3不同之處為重點來描述實施例4。
盡管未示出，在實施例4中，從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1的下方)上散焦5微米(即，-5微米的散焦)的位置是實際焦點位置，并且保證了約±7微米的大的聚焦深度。
在實施例4中，在位于光學成像系統(tǒng)4實際焦點位置處的待處理襯底5的表面上，形成如圖22A、22B所示的光強分布。即，在圖21中，沿著相應于調相裝置1的單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖22A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線，形成圖22B所示的光強分布。因此，在實施例4中，通過布置在單位區(qū)域1a中央附近的相位區(qū)1af的作用，形成了光強從峰谷朝向周圍徑向快速增加的反向峰值分布。
在實施例4中，在圖1所示的結晶設備中，使用結構如圖21所示的調相裝置1使位于實際焦點位置(計算的-5微米散焦位置)的待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。舉例來說，在待處理的襯底5上形成具有圖22A所示的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，制備包括如圖14B所示5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。即使在待處理的襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的實際焦點位置在一定程度上波動時，在待處理的襯底5上形成的光強分布也不會變化很大。因為在本例中保證了約±7微米的大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
圖23是表示薄膜晶體管溝道區(qū)Si膜晶體取向的圖。在溝道區(qū)存在兩個晶體并具有孿晶關系。所述晶體管遷移率為400[cm2/Vs]。因此，可見甚至在插入了孿晶晶界時，也獲得了約400[cm2/Vs]的高遷移率。
實施例5圖24是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例5的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例1至4相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例1相似的結構。但是，第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac相對于基準面1aa具有+100°的相位(在實施例1中為+90°)，并且在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍不放置任何第三區(qū)域。實施例5在這個方面與實施例1不同。下面將以與實施例1不同之處為重點來描述實施例5。
在實施例5中，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置接近光學成像系統(tǒng)4的方向(圖1的上方)上散焦5微米(即，+5微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖25A所示的光強分布。在位于光學成像系統(tǒng)4的計算焦點位置處的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖25B所示的光強分布。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上散焦5微米(即，-5微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖25C所示的光強分布。此外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上已經(jīng)散焦10微米(即，-10微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖26A所示的光強分布。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上已經(jīng)散焦15微米(即，-15微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖26B所示的光強分布。最后，在從光學成像系統(tǒng)4的計算的焦點位置遠離光學成像系統(tǒng)4的方向上已經(jīng)散焦20微米(即，-20微米的散焦)并且定位的待處理襯底5的表面上，沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線形成如圖26C所示的光強分布。
參照圖25A至25C和26A至26C，因為在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍沒有放置任何第三區(qū)域，所以形成光強從峰谷朝向周圍徑向快速增加的反向峰值分布。與實施例1不同，沒有形成光強從反向峰值分布朝向周圍徑向緩慢增加的傾斜分布。
在實施例5中，在圖1所示的結晶設備中，使用結構如圖24所示的調相裝置1使位于實際焦點位置(計算的-7微米散焦位置)的待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。舉例來說，在待處理的襯底5上形成具有圖25C或圖26A所示的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，制備包括如圖14B所示5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。
即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的實際焦點位置在一定程度上波動時，在待處理襯底5上形成的光強分布也不會變化很大。因為在本例中保證了約±7微米的大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。但是，因為在實施例5中，如上所述沒有形成任何漏斗形狀的傾斜分布，所以只獲得小于實施例1的晶粒。
實施例6圖27A、27B是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例6的調相裝置結構和待處理襯底上的光強分布的圖。所述調相裝置是設計來制備包含8平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置。調相圖案由0°基準面和相位差為-100°的臺階(step)構成。因為在中央形成峰谷，所以根據(jù)在襯底上轉化的值具有0.6微米半徑的扇形臺階與中央接觸、并放在中央。圍繞該臺階，為了形成中等的傾角，在實際上布置的格狀圖案的一部分中布置一個點狀臺階。調相裝置圖案的實際尺寸是襯底上轉化值的5倍。舉例來說，單位區(qū)域具有40平方微米的大小，并且扇形的大小具有3.0微米半徑。圖27B示出了橫截面的一維光強分布(+2微米高度位置[上部2微米])。
在本例中，使用圖3所示的結晶設備，設置光學成像系統(tǒng)4的圖像側數(shù)值孔徑NA為0.15，并且設置照射西格瑪值(照射系統(tǒng)的數(shù)值孔徑/光學成像系統(tǒng)4的物體側數(shù)值孔徑)為0.52。焦闌縮影鏡頭的放大倍率為1/5。使用具有圖27A所示圖案的調相裝置使襯底上的Si薄膜結晶。在XYZ臺上調節(jié)至+2微米的散焦位置的待處理的襯底上形成圖27B所示的激光光強分布。通過圖1所示的結晶工藝制備包含8平方微米晶粒陣列的Si薄膜。在0至+15微米散焦范圍內獲得大的聚焦深度而不會非常大地改變光強分布。結果，獲得具有滿意均勻性的晶粒陣列Si薄膜。當例如按照在作為基準面的石英玻璃上形成0°面和-100°面的方式，連續(xù)實施選擇性刻蝕時，可以制造圖27A、27B的調相裝置。
應當注意在上述實施例中，通過在設計階段的計算可以獲得光強分布，并且優(yōu)選事先觀察并且驗證待處理的實際面上的光強分布。為此，通過光學系統(tǒng)可以放大待處理襯底的表面，并且通過例如CCD的成像裝置來輸入。當使用的光是紫外光時，光學系統(tǒng)是有限制的。因此，可以在待處理的面上放置熒光板，并且光線可以被轉化成可見光。在上述實施例中，已經(jīng)根據(jù)調相裝置1闡述了具體的結構實施例，但是在本發(fā)明的范圍內，所述調相裝置1結構的各種修改是可能的。
實施例7圖28A、28B是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的下柵極型薄膜晶體管制造工藝的步驟圖。應當注意在本實施例中，為了方便，將描述N溝道型薄膜晶體管的制造方法，但是除了改變雜質種子(摻雜劑種子)外，P溝道型的制造方法是相似的。此外，將描述具有下柵極型結構的薄膜晶體管的制造方法。
首先，如圖28A所示，在由玻璃等形成的絕緣襯底100上形成厚度為100至300nm的Al、Ta、Mo、W、Cr、Cu，或者它們的合金，將它們圖案化，并且加工成柵電極101。
隨后，如圖28B所示，在柵電極101上形成柵絕緣膜。在本例中，在柵絕緣膜中使用柵氮化物膜102(SiNx)/柵氧化物膜103(SiO2)的雙層結構。使用SiH4和NH3氣混合物作為原料氣，并且使用等離子體CVD工藝(PE-CVD工藝)，形成柵氮化物膜102。應當注意可以使用常壓CVD或者減壓CVD來代替等離子體CVD。在本例中，沉積50納米厚度的柵氮化物膜102。形成柵氮化物膜102后，形成約200納米厚度的柵氧化物膜103。
此外，在柵氧化物膜103上連續(xù)形成約50至200納米厚度的由無定形硅形成的半導體薄膜104。此外，在半導體薄膜104上，形成300納米厚度的SiO2絕緣膜140。在不中斷反應腔真空系統(tǒng)的情況下連續(xù)沉積具有雙層結構的柵絕緣膜、無定形半導體薄膜104和絕緣膜140。當如上所述使用等離子體CVD工藝時，通過約1小時的加熱工藝，在氮氣氣氛中于400至450℃的溫度下實施脫氫退火，并且釋放無定形半導體薄膜中含有的氫氣。
接著，在例如實施例1至6中描述的方法之后，用激光150照射無定形半導體薄膜104并且使其結晶?？梢允褂脺史肿蛹す馐鳛榧す?50。在調整激光150的照射區(qū)后，聚焦激光150，以將調相裝置的周期性圖案轉移到照射區(qū)上的方式照射該區(qū)域。此外，以防止復制的方式移動所述區(qū)域，重復照射，并且使預定的區(qū)域結晶。隨后，通過例如刻蝕的方法剝離絕緣膜140。
隨后，如圖28C所示，如果需要的話則注入離子，從而控制薄膜晶體管的Vth。在本例中，以B+的劑量約為5×1011至4×1012/cm2的方式注入離子。在所述離子注入中，使用在10keV加速的離子束。隨后，例如通過等離子體CVD工藝，在預處理中結晶的多晶半導體薄膜105上形成約100至300納米厚度的SiO2。在本例中，硅烷氣體SiH4和氧氣被等離子體分解，并且沉積SiO2。
另外，以這種方式形成的SiO2被圖案化成預定的形狀，并且形成阻擋(stopper)膜106。在此情況下，使用背面曝光技術、以使該膜與柵電極101匹配的方式將阻擋膜106圖案化。位于阻擋膜106正下方的一部分多晶半導體薄膜105作為溝道區(qū)Ch保護起來。如上所述，通過離子注入方法預先向溝道區(qū)Ch中注入較小劑量的B+離子。隨后，使用阻擋膜106作為掩模，通過離子摻雜將雜質(例如P+離子)注入半導體薄膜105中，并且形成LDD區(qū)。此時，劑量例如為5×1012至1×1013/cm2，并且加速電壓例如為10keV。
此外，以涂布相對側上的阻擋膜106和LDD區(qū)的方式圖案化/形成光刻膠之后，使用光刻膠作為掩模，以高濃度注入雜質(例如P+離子)，并且形成源區(qū)S和漏區(qū)D。例如，在注入雜質中可以使用離子摻雜(離子浴)。通過電場加速來注入雜質而不進行質量分離。在本例中，以大約1×1015/cm2的劑量注入雜質，以形成源區(qū)S和漏區(qū)D。加速電壓例如為10keV。
應當注意盡管沒有示出，為了形成P溝道薄膜晶體管，在用光刻膠涂布N溝道型薄膜晶體管區(qū)域后，雜質從P+離子改變成B+離子，并且用約1×1015/cm2的劑量實施離子摻雜。
應當注意此處可以使用質量分離型離子注入裝置來注入雜質。
此后，通過快速熱退火(RTA)160激活注入到多晶半導體薄膜105中的雜質。如果需要的話，可以使用準分子激光實施激光活化退火(ELA)。然后，同時圖案化半導體薄膜105和阻擋膜106的不需要部分，并且分離薄膜晶體管用于每個器件區(qū)。
最后，如圖28D所示，沉積約100至200納米厚度的SiO2，以形成層間絕緣膜107。在形成層間絕緣膜107后，通過等離子體CVD工藝沉積約200至400納米厚度的SiNx，以形成鈍化膜(覆蓋膜)108。在此階段，在氮氣、成形氣體，或者真空氣氛中于約350至400℃下將所述薄膜加熱一個小時，并且層間絕緣膜107中包含的氫原子擴散進半導體薄膜105中。此后，打開接觸孔，并且濺射100至200納米厚度的Mo、Al等，然后圖案化成預定的形狀，以形成布線電極109。
此外，在施用了約1微米厚度的由丙烯酸樹脂等形成的平面層(flattering layer)110后，打開接觸孔。在平面層110上濺射由ITO等形成的透明導電膜后，薄膜被圖案化成預定的形狀，以形成像素電極111。當根據(jù)如圖14所示的具有大粒徑的晶粒陣列位置形成溝道時，獲得具有高遷移率的薄膜晶體管。
實施例8圖29A、29B、29C是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的上柵極型薄膜晶體管制造工藝的步驟圖。應當注意在本實施例中，與實施例7不同，制備具有上柵極結構的薄膜晶體管。
首先，如圖29A所示，通過等離子體CVD工藝，在絕緣襯底100上連續(xù)沉積構成緩沖層的兩層底層薄膜106a，106b。第一層底層薄膜106a由SiNx形成，并且膜厚為500納米。第二層底層薄膜106b由SiO2形成，并且膜厚相似地為500納米。通過等離子體CVD工藝或者LPCVD工藝，在SiO2底層薄膜106b上形成厚度為50至200納米的由無定形硅形成的半導體薄膜104。此外，形成厚度為200納米的SiO2絕緣膜140。當在形成無定形硅的半導體薄膜104中使用等離子體CVD工藝時，為了從該薄膜中脫附氫，在氮氣氣氛和400至450℃的條件下實施退火約1小時。
接著，在例如實施例1至6中描述的方法之后，使無定形半導體薄膜104結晶。在調整激光150的照射區(qū)后，聚焦激光150，以將調相裝置的周期性圖案轉移到照射區(qū)上的方式，照射該區(qū)域。此外，以防止復制的方式移動所述區(qū)域，重復照射，并且使預定的區(qū)域結晶。隨后，通過例如刻蝕等方法剝離絕緣膜140。
此處，如果需要的話，如上所述注入離子以控制Vth。在本例中，以B+的劑量約為5×1011至4×1012/cm2的方式注入離子。在此情況下，加速電壓約為10keV。隨后，如圖29B所示，結晶的硅半導體薄膜105被圖案化成島狀。通過等離子體CVD工藝、常壓CVD工藝、減壓CVD工藝、ECR-CVD工藝、濺射工藝等，在該薄膜上沉積約10至400納米厚度的SiO2，從而形成柵絕緣膜103。在本例中，柵絕緣膜103的厚度被設置為100納米。
接著，在柵絕緣膜103上形成厚度為200至800nm的Al、Ti、Mo、W、Ta、摻雜的多晶硅，或者它們的合金，并且將它們圖案化成預定的形狀，從而形成柵電極101。接著，利用質量分離通過離子注入工藝將P+離子注入半導體薄膜105中，以形成LDD區(qū)。使用柵電極101作為掩模對絕緣襯底100的整個表面注入離子。劑量是6×1012/cm2至5×1013/cm2，并且加速電壓例如為90keV。
應當注意位于柵電極101正下方的溝道區(qū)Ch被保護，并且如此保持通過離子注入預先注入的B+離子。在向LDD區(qū)注入離子后，以涂布柵電極101及其周圍的方式形成抗蝕劑圖案。通過質量未分離型的離子浴摻雜工藝以高濃度注入P+離子，以形成源區(qū)S和漏區(qū)D。在本例中，劑量例如約為1×1015/cm2。加速電壓例如為90keV。在摻雜氣體中，使用用氫氣稀釋的20％PH3氣體。
為了形成CMOS電路，在形成用于P溝道薄膜晶體管的抗蝕劑圖案后，將摻雜氣體變成5至20％的B2H6/H2氣體。劑量約為1×1015至3×1015/cm2。離子注入期間加速電壓例如為90keV。應當注意在形成源區(qū)S和漏區(qū)D時可以使用質量分離型離子注入裝置。此后，激活注入到半導體薄膜105中的摻雜劑。在所述活化過程中，按照與實施例7相同的方式，可以使用使用紫外燈的RTA160。
最后，如圖29C所示，以涂布柵電極101的方式，由PSG等形成層間絕緣膜107。在形成層間絕緣膜107后，通過等離子體CVD工藝沉積厚度約為200至400納米的SiNx，以形成鈍化膜(覆蓋膜)108。在此階段，在氮氣中于350℃的溫度下將所述薄膜退火一個小時，并且層間絕緣膜107中包含的氫在半導體薄膜105中擴散。此后，打開接觸孔，此外，通過濺射在鈍化膜108上沉積Al-Si等，然后將其圖案化成預定的形狀以形成布線電極109。此外，在施用了厚度約1微米的由丙烯酸樹脂等形成的平面層110后，打開接觸孔。在平面層110上濺射了由ITO等形成的透明導電膜后，將該薄膜圖案化成預定的形狀，以形成像素電極111。
在實施例8中(圖29A至29C)，按照與實施例7(圖28A至28D)中相似的方法使無定形半導體薄膜結晶。另外，在具有上柵極結構的實施例8中，與具有下柵極結構的實施例7不同，在形成柵電極圖案之前的階段中進行結晶。因此，與實施例7相比，玻璃等的絕緣襯底的收縮余量大。因此，可以使用具有更大輸出的激光照射裝置來實施結晶工藝。當根據(jù)具有如圖14所示的大粒徑的晶粒陣列位置形成溝道時，獲得具有高遷移率的薄膜晶體管。
實施例9圖30表示使用根據(jù)實施例7或8所述方法制備的薄膜晶體管的活性基質型顯示裝置的一個實例。如圖所示，顯示裝置具有包括一對絕緣襯底201、202和保持在這兩個襯底之間的電光材料203的面板結構。液晶材料被廣泛用作電-光材料203。在下面的絕緣襯底201中形成像素陣列部分204和驅動電路部分。驅動電路部分被分成垂直驅動電路205和水平驅動電路206。
另外，在絕緣襯底201的周圍部分上端上形成用于外部連接的終端部分。終端部分207經(jīng)由布線208連接到垂直驅動電路205和水平驅動電路206。在像素陣列部分204中，形成行狀柵極布線209和列狀信號布線210。在兩種布線之間的交叉處形成像素電極211和薄膜晶體管212。薄膜晶體管212的柵電極與相應的柵極布線209連接，漏區(qū)與相應的像素電極211連接，并且源區(qū)與相應的信號布線210連接。
柵極布線209與垂直驅動電路205連接。另一方面，信號布線210與水平驅動電路206連接。根據(jù)本發(fā)明制備切換像素電極211的薄膜晶體管212，以及包括在垂直驅動電路205和水平驅動電路206中的薄膜晶體管，并且與常規(guī)晶體管相比，遷移率提高了。因此，不僅可以形成驅動電路，而且可以形成具有更高性能的處理電路。
圖31是示意性表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的結晶設備結構的圖。圖32是示意性表示圖31的照射系統(tǒng)內部結構的圖。參照圖31和32，所述結晶設備包括用來調整入射光通量的相位，以形成具有預定光強分布的光通量的調相裝置1，以及用來將入射光通量分成兩束具有不同偏振狀態(tài)的不相干光通量的光通量分裂裝置2(在本例中為雙折射裝置2E)。
應當注意以相位圖面(具有階躍的面)面向光通量分裂裝置2的方式，在光通量分裂裝置2附近放置調相裝置1。應當注意調相裝置1可以與光通量分裂裝置2整體地構造。調相裝置1和光通量分裂裝置2的結構和功能將在后面描述。所述結晶設備還可以包括用來照射調相裝置1的照射系統(tǒng)3。
照射系統(tǒng)3是例如圖32所示的光學系統(tǒng)，并且包括提供248納米波長的光的KrF準分子激光光源3a。作為光源3a，可以使用能夠發(fā)射用來熔化待處理部件的能量光射線的其它適當光源，例如XeCl準分子激光源或YAG激光源。從光源3a提供的激光經(jīng)由光束擴展器3b被放大，然后進入第一蠅眼透鏡3c。因此，在第一蠅眼透鏡3c的后部焦平面上形成多個光源，并且來自所述多個光源的光通量以疊加的方式經(jīng)由第一聚光系統(tǒng)3d照射第二蠅眼透鏡3e的入射面。
結果，在第二蠅眼透鏡3e的后焦面上形成多于第一蠅眼透鏡3c的后焦面上光源的光源。來自第二蠅眼透鏡3e的后焦面上形成的多個光源的光通量以疊加的方式經(jīng)由第二聚光系統(tǒng)3f和光闌3g照射調相裝置1。此處，第一蠅眼透鏡3c和第一聚光系統(tǒng)3d構成第一均化器。通過第一均化器在調相裝置1中均化從光源3a施加的激光的入射角。
另外，第二蠅眼透鏡3e和第二聚光系統(tǒng)3f構成了第二均化器。通過第二均化器，在調相裝置1上均化其入射角已經(jīng)被第一均化器均化過的激光在該平面上每個位置的入射角。應當注意可以使用一對圓柱式蠅眼透鏡來代替第一蠅眼透鏡3c或第二蠅眼透鏡3e。此處，圓柱式蠅眼透鏡包括多個圓柱式透鏡元件，其在特定的平坦晶面上具有折射功能，并且在與該平坦晶面成直角的平坦晶面上沒有任何的折射功能。
因此，照射系統(tǒng)3用具有基本上均勻的光強分布的激光照射調相裝置1。其相位已經(jīng)通過調相裝置1調制的激光經(jīng)由光學成像系統(tǒng)4進入待處理的襯底5。此處，調相裝置1的相位圖面和待處理的襯底5以光學共軛的方式布置在光學成像系統(tǒng)4中。換句話說，待處理的襯底5布置在與調相裝置1的相位圖面光學共軛的平面內(即，光學成像系統(tǒng)4的圖像平面)。光學成像系統(tǒng)4包括正透鏡組4a和4b之間的孔徑光圈4c。
孔徑光圈4c具有多個其開口(透光部分)具有不同尺寸的孔徑光圈。多個孔徑光圈4c可以被構造成相對于光學通道是可變的?；蛘撸讖焦馊?c可以具有開口尺寸連續(xù)可變的光圈。在任何情況下，如后面所述，孔徑光圈4c的開口尺寸(即，光學成像系統(tǒng)4的圖像側數(shù)值孔徑NA)按照在待處理襯底5的半導體膜產(chǎn)生所需光強分布的方式來設置。應當注意光學成像系統(tǒng)4可以是折射光學系統(tǒng)、反射光學系統(tǒng)或者折射/反射光學系統(tǒng)。
另外，待處理的襯底5通過在襯底上依次沉積下層絕緣膜、半導體薄膜和上層絕緣膜來構成。即，在待處理的襯底5中，通過化學氣相沉積(CVD)工藝，在用于液晶顯示器的玻璃板上連續(xù)地形成例如下層絕緣膜、非單晶膜(例如無定形硅膜)和覆蓋膜。下層絕緣膜和覆蓋膜都是絕緣膜，例如SiO2。下層絕緣膜防止無定形硅膜直接與玻璃襯底接觸。雜質，例如Na被阻止混合在無定形硅膜中。另外，阻止無定形硅膜的熔化溫度直接傳給玻璃襯底。無定形硅膜是結晶的半導體膜。
無定形硅膜在吸收入射光時被加熱。在傳導部分熱量時覆蓋膜被加熱。熱量在無定形硅膜中積累。當中斷光束入射時，在無定形硅膜的照射面中，高溫部分的溫度降低得相對較快。上述熱量積累作用緩和了溫度的降低速度，并且促進了大粒徑橫向的晶體生長。通過真空吸盤、靜電吸盤等，將待處理的襯底5定位并且保持在襯底臺6的預定位置上。
實施例10圖33是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例10的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置。調相裝置1包括多個具有相同圖案的單位區(qū)域1a，并且每個單位區(qū)域1a以預定的周期二維排列。在圖33中，為了描述簡單，只示出了兩個具有正方形的相鄰單位區(qū)域1a。根據(jù)在光學成像系統(tǒng)4圖像平面中的轉換值，每個單位區(qū)域1a的一邊是5微米。調相裝置1的尺寸將在下文中根據(jù)光學成像系統(tǒng)4的圖像平面中的轉換值來說明。
單位區(qū)域1a包括具有特定相位的基準面(圖中空白部分)1aa，排列在單位區(qū)域1a中央附近的第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac，以及布置在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍的第三區(qū)域1ad、1ae和第四區(qū)域1af、1ag。此處，每個第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac是通過將半徑為1.1微米的圓形分成四等份獲得的扇形圖案，并且以頂點在單位區(qū)域1a中央處彼此接觸的方式來排列各區(qū)域。
第三區(qū)域1ad和第四區(qū)域1af是一邊為0.5微米的正方形點圖案，并且距單位區(qū)域1a中央處(第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸)等距離地放置。另一方面，第三區(qū)域1ae和第四區(qū)域1ag是一邊為0.3微米的正方形點圖案，并且距單位區(qū)域1a中央處等距離地放置。它們比第三區(qū)域1ad和第四區(qū)域1af距離單位區(qū)域1a的中央處更遠。單位區(qū)域1a關于對角線B-B或C-C具有對稱的圖案。
在圖左側的單位區(qū)域1a中，第一區(qū)域1ab和第三區(qū)域1ad、1ae相對于基準面1aa具有-60°的相位(在基準面1aa的相位被標準化為0°時的相對相位)。第二區(qū)域1ac和第四區(qū)域1af、1ag相對于基準面1aa具有+60°的相位。相反，在圖右側的單位區(qū)域1a中，第一區(qū)域1ab和第三區(qū)域1ad、1ae相對于基準面1aa具有+60°的相位。第二區(qū)域1ac和第四區(qū)域1af、1ag相對于基準面1aa具有-60°的相位。
也就是說，在本例的調相裝置1中，基準面1aa在兩個相鄰的單位區(qū)域1a之間具有相同的相位，但是，第一區(qū)域1ab、第二區(qū)域1ac、第三區(qū)域1ad，1ae、第四區(qū)域1af，1ag相對于基準面1aa具有互相相反的相位(相位絕對值相等并且符號相反)。應當注意第三區(qū)域1ad、1ae和第四區(qū)域1af、1ag具有光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍的半徑的形狀。
在實施例10中，在不放置光通量分裂裝置2的情況中，在位于光學成像系統(tǒng)4聚焦位置(焦點位置)的待處理襯底5的表面上形成圖34A至34C中所示的光強分布。即，在圖33中，沿著相應于穿過調相裝置1的單位區(qū)域1a中部的線A-A的交叉線形成圖34A所示的光強分布。沿著相應于圖中左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖34B所示的光強分布。沿著相應于圖中右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖34C所示的光強分布。
應當注意在下面的實施例中，將光學成像系統(tǒng)4的圖像側數(shù)值孔徑NA設置為0.13，并且設置照射西格瑪值(照射系統(tǒng)的數(shù)值孔徑/光學成像系統(tǒng)4的物體側的數(shù)值孔徑)為0.43。另外，在圖34A至34C中，縱坐標表示光強，并且表示當最大值標準化為1時的相對值。橫坐標表示距相應于單位區(qū)域1a中心的點處的距離(微米)。應當注意在下面，光強分布按照與圖34中相似的方法來描述。
從圖34A中可以看出在相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(單位區(qū)域1a的中央)，形成光強最小的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過第三區(qū)域1ad、1ae和第四區(qū)域1af、1ag的作用，從反向峰值分布朝向外圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。應當注意第三區(qū)域1ad、1ae和第四區(qū)域1af、1ag的作用將在后面(實施例12)詳細描述。舉例來說，當加工石英玻璃襯底的表面，并且形成相應于預定相位的厚度分布時，獲得調相裝置1的相位階躍圖案。石英玻璃襯底可以通過選擇性刻蝕或者聚焦離子束(FIB)來進行加工。
接著，將描述用于圖31的結晶設備的光通量分裂裝置2。圖35表示所述光通量分裂裝置的結構和功能的說明圖。所述光通量分裂裝置例如是雙折射裝置2E。所述雙折射裝置2E由按照晶體光軸2a與光軸形成預定角度θ的方式設置的雙折射平行平板構成。構成雙折射裝置2E的雙折射光學材料的實例包括石英、方解石、氟化鎂等。
舉例來說，如圖35A所示，當具有自由偏振狀態(tài)的光線G與光軸平行地進入雙折射裝置2E時，具有線性偏振狀態(tài)的假設采取與圖35A的紙面垂直的方向作為偏振方向的光線，即垂直光線o(由黑圓形表示)，筆直穿過而不接收雙折射裝置2E的任何折射作用，并且從與光軸平行的雙折射裝置2E中射出。另一方面，具有線性偏振狀態(tài)的假設采取與圖35A的紙面平行的方向作為偏振方向的光線，即非垂直光線e(由短直線表示)被雙折射裝置2E的入射界面折射，并且以與光軸形成角度θ的方向通過。此后，該光線再次被雙折射裝置2E的出射界面折射，并且與雙折射裝置2E的光軸平行射出。這種現(xiàn)象是眾所周知的，并且例如在下面的文獻中詳細描述Asakura Shoten出版，Junpei Tsujiuchi編著的“General Optics II”的第五章，或者GendaiKogakusha出版，Keie Kudo和Tomiya Uehara編著的“BasicOptics<Light Ray Optics·Electromagnetic Optics>”。
此時，從雙折射裝置2E中平行于光軸發(fā)射出的垂直光線o和非垂直光線e之間的距離，即分隔寬度(分離距離)d取決于形成雙折射裝置2E的光學材料、晶體光軸的方向、切割方式(cutout way)、光軸方向上雙折射裝置2E的尺寸(即，厚度)等等。圖35B表示調相裝置1上的一個點被雙折射裝置2E分裂成兩個點，以及觀察的結果。應當注意雙折射裝置2E的分隔寬度d是光學成像系統(tǒng)4在物體側的值，并且光學成像系統(tǒng)4的圖像平面中的分隔寬度表示通過分隔寬度d乘以光學成像系統(tǒng)4的放大倍數(shù)(例如，1/5)所得的值。
在光線垂直進入具有通過單軸晶體材料形成的平行平板形狀的雙折射裝置2E的情況中，分隔寬度d由下面的等式(a)表示d＝tanφxt……(a)，其中，tanφ＝(no2-ne2)sinθ·cosθ/(ne2cos2θ+no2sin2θ)應當注意在等式(a)中，no表示垂直光線o的折射率，并且ne表示非垂直光線e的折射率。如上所述，φ表示非垂直光線e與入射界面法線(即，光軸)間的角度，θ是晶體光軸2a與入射界面法線間的角度，并且t表示雙折射裝置2E的厚度。作為一個實例，在光線波長為248納米，并且θ設置為45度且由石英組成的雙折射裝置2E的情況中，為了獲得分隔寬度d＝25微米所需的雙折射裝置2E的厚度t為3697微米。應當注意在計算中，石英相對于波長為248納米的光的折射率被設置為ne＝1.6124，no＝1.6016。
在本例中，因為借助雙折射裝置2E，將入射光通量分成兩個不相干的具有不同偏振狀態(tài)的光通量，所以在待處理襯底5的表面上形成相應于彼此分開的兩個光強分布的合成的光強分布。此時，當雙折射裝置2E上的入射光通量具有隨意的偏振狀態(tài)時，借助雙折射裝置2E分裂的兩個光通量基本上彼此相等。當借助雙折射裝置2E分裂的兩個光通量通過雙圖像功能疊加在待處理襯底5的表面上時，兩個光通量彼此不會干涉，并且通量作為光強的和被簡單合成。
因此，在圖33中，由穿過調相裝置1右邊單位區(qū)域1a的垂直光線o在待處理襯底5的表面上形成的光強分布，以及由穿過調相裝置1左邊單位區(qū)域1a的非垂直光線e在待處理襯底5的表面上形成的光強分布被疊加，并且合成。結果，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置處的待處理襯底5的表面上形成如圖36A、36B所示的光強分布。圖36A是立體表示疊加在待處理襯底5的表面上的合成光強分布的圖。圖36B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
另外，在從光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在光學成像系統(tǒng)4側散焦10微米、并且定位的待處理的襯底5的表面上，形成如圖37A、37B所示的光強分布。圖37A是立體表示疊加在待處理襯底5的表面上的合成光強分布的圖。圖37B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。參照圖36A、36B和圖37A、37B，可見即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在一定程度上散焦時，通過調相裝置1和雙折射裝置2E的共同作用，合成的光強分布也不會變化很大，并且保證了大的聚焦深度。
在實施例10中，在圖31所示的結晶設備中，使用結構如圖33所示的調相裝置1來使待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。舉例來說，在待處理的襯底5上面，形成具有介于圖36A、36B與圖37A、37B所示的光強分布之間的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，如圖14B所示，制備包括5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖36A、36B和圖37A、37B所示，即使在待處理的襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦時，在待處理的襯底5上合成的光強分布也不會變化很大。因為按照這種方式保證了大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例11圖38是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例11的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例10中相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例10相似的結構。但是，在實施例11中，代替由一邊為0.5微米的正方形點圖案構成的第三區(qū)域1ad和第四區(qū)域1af，布置了由一邊為0.3微米的正方形點圖案構成的第三區(qū)域1ah和第四區(qū)域1ai。在這一方面，實施例11與實施例10不同。下面將以與實施例10的不同之處為重點來描述實施例11。
在實施例11中，在不放置任何光通量分裂裝置2的情況下，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置的待處理襯底5上形成圖39A至39C所示的光強分布。即，在圖38中，沿著相應于穿過調相裝置1的單位區(qū)域1a中部的線A-A的交叉線形成圖39A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖39B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖39C所示的光強分布。
從圖39A中可以看出相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(即，單位區(qū)域1a的中央)，形成光強最小的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過第三區(qū)域1ah、1ae和第四區(qū)域1ai、1ag的作用，從反向峰值分布朝向周圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。
在本例中，實際上因為借助雙折射裝置2E，將入射光通量分成兩個不相干的具有不同偏振狀態(tài)的光通量，所以由穿過圖中右側調相裝置1單位區(qū)域1a的垂直光線o在待處理襯底5的表面上形成的光強分布，以及由穿過圖中左側單位區(qū)域1a的非垂直光線e在待處理襯底的表面上形成的光強分布疊加，并且合成。結果，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置處的待處理襯底5的表面上形成如圖40A、40B所示的光強分布。圖40A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖40B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
在從光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在光學成像系統(tǒng)4側散焦10微米、并且定位的襯底5的表面上，形成如圖41A、41B所示的光強分布。圖41A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖41B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
參照圖40A、40B和圖41A、41B，可見即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在一定程度上散焦時，通過調相裝置1和雙折射裝置2E的共同作用，合成的光強分布也不會變化很大。即，保證了大的聚焦深度。具體地說，當待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦10微米時，峰谷的相對值從約0.5上升至約0.62，并且峰寬W1從約1.01微米增加至約1.14微米。也就是說，峰谷的相對值和峰寬W1在上述理想的范圍內變化。應當注意在實施例11獲得的合成光強分布中，峰寬W1略小于實施例10中的情況。
在實施例11中，在圖31所示的結晶設備中，使用結構如圖38所示的調相裝置1來使待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。在待處理襯底5上面，例如形成具有介于圖40A、40B與圖41A、41B所示的光強分布之間的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，如圖14B所示，制備包括5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖40A、40B和圖41A、41B所示，即使在待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦時，在待處理襯底5上合成的光強分布也不會變化很大。因為按照這種方式保證了大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例12圖42是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例12的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例10中相同的方式制備包含5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例10相似的結構。但是，在實施例12中，布置在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍的點圖案與實施例10的不同。下面將以與實施例10的不同之處為重點來描述實施例12。
在實施例12的調相裝置1中，實際上設置0.5平方微米的正方形單位單元(為了清晰起見，僅在圖中右側的單位區(qū)域1a中表示)縱向/橫向且致密地圍繞著第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac。每個單元在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍的半徑。另外，在圖中交叉線A-A上方的多個單位單元1aj中布置第三區(qū)域1ak，并且在交叉線A-A下方的多個單位單元1aj中布置第四區(qū)域1am。另外，在圍繞第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的單位單元1aj中沒有放置任何第三或第四區(qū)域。單位區(qū)域1a關于對角線B-B和C-C具有對稱的圖案。
此處，在圖左側的單位區(qū)域1a中，第一區(qū)域1ab和第三區(qū)域1ak相對于基準面1aa具有-60°的相位，并且第二區(qū)域1ac和第四區(qū)域1am相對于基準面1aa具有+60°的相位。相反，在圖右側的單位區(qū)域1a中，第一區(qū)域1ab和第三區(qū)域1ak相對于基準面1aa具有+60°的相位，并且第二區(qū)域1ac和第四區(qū)域1am相對于基準面1aa具有-60°的相位。
另外，按照遠離第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(單位區(qū)域1a的中央)而降低方式，構造單位單元1aj中的第三區(qū)域1ak的比例，以及單位單元1aj中的第四區(qū)域1am的比例。當構造第三區(qū)域1ak與第四區(qū)域1am的比例，使之隨著遠離單位區(qū)域1a的中央而降低時，實現(xiàn)了遠離反向峰值分布增大的漏斗形傾斜分布。
當在實施例12中不放置光通量分裂裝置2時，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置的待處理襯底5的表面上形成圖43A至43C所示的光強分布。即，在圖42中，沿著相應于穿過調相裝置1的單位區(qū)域1a中部的線A-A的交叉線形成圖43A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖43B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖43C所示的光強分布。
從圖43A中可以看出相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(即，單位區(qū)域1a的中央)，形成光強最小的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過第三區(qū)域1ak和第四區(qū)域1am的作用，從反向峰值分布朝向周圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。
在本例中，實際上因為借助雙折射裝置2E，將入射光通量分成兩個不相干的具有不同偏振狀態(tài)的光通量，所以由穿過圖中右側調相裝置1的單位區(qū)域1a的垂直光線o在待處理襯底5的表面上形成的光強分布，以及由穿過圖中左側的單位區(qū)域1a的非垂直光線e在待處理襯底的表面上形成的光強分布疊加，并且合成。結果，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置處的待處理襯底5的表面上形成如圖44A、44B所示的光強分布。圖44A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖40B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
在待處理襯底5的表面上形成如圖45A、45B所示的光強分布。所述表面已經(jīng)從光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在光學成像系統(tǒng)4側散焦10微米，并且定位。圖45A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖45B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
參照圖44A、44B和圖45A、45B，可見即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在一定程度上散焦時，通過調相裝置1和雙折射裝置2E的共同作用，合成的光強分布也不會變化很大。即，保證了大的聚焦深度。具體地說，當在待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦10微米時，峰谷的相對值從約0.5上升至約0.62，并且峰寬W1從約1.01微米增加至約1.14微米。也就是說，峰谷的相對值和峰寬W1在上述理想的范圍內變化。應當注意在實施例12獲得的合成光強分布中，傾斜分布中光強分布的改變比在實施例10和11中更慢，并且得到了與圖13A類似的分布。
在實施例12中，在圖31所示的結晶設備中，使用結構如圖42所示的調相裝置1來使待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。在待處理襯底5上面，例如形成具有介于圖44A與圖45A所示的光強分布之間的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，如圖14B所示，制備包括5平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖44A、44B和圖45A、45B所示，即使在待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦時，在待處理襯底5上合成的光強分布也不會變化很大。因為按照這種方式保證了大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例13圖46是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例13的調相裝置結構的圖。調相裝置1具有與實施例12相似的結構。但是，與實施例10至12不同，調相裝置1是用來制備包含10平方微米晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置。在實施例13中，布置在第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac周圍的點圖案與實施例12中的不同。下面將以與實施例12的不同之處為重點來描述實施例13。
在實施例13的調相裝置1中，實際上設置1.0平方微米的正方形單位單元(未示出)縱向/橫向且致密地圍繞著第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac。每個單元在光學上小于光學成像系統(tǒng)4的點擴散分布范圍的半徑。另外，在圖中交叉線A-A上方的多個單位單元中布置第三區(qū)域1ak，并且在交叉線A-A下方的多個單位單元中布置第四區(qū)域1am。另外，在單位區(qū)域1a中部的縱向/橫向線上沒有放置任何點圖案。單位區(qū)域1a關于對角線B-B和C-C具有對稱的圖案。
也就是說，所述點圖案的中央間隔在實施例12中為0.5微米，而在實施例13為1.0微米。此外，在實施例13中，為了保持反向峰值分布附近的光強比較快速地變化，圍繞著第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac，在一個單位區(qū)域1a中將三個第三區(qū)域1aka與三個第四區(qū)域1ama設置成0.4平方微米。應當注意因為按照隨著遠離單位區(qū)域1a的中央而降低的方式，設置第三區(qū)域1ak與第四區(qū)域1am的比例，所以本實施例與實施例12是相似的。
在實施例13中，在不放置光通量分裂裝置2的情況中，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置的襯底5的表面上形成圖47A至47C所示的光強分布。即，在圖46中，沿著相應于穿過調相裝置1的單位區(qū)域1a中部的線A-A的交叉線形成圖47A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖47B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖47C所示的光強分布。
從圖47A中可以看出相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(即，單位區(qū)域1a的中央)，形成光強最小的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過第三區(qū)域1ak和第四區(qū)域1am的作用，從反向峰值分布朝向周圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。
在本例中，實際上因為借助雙折射裝置2E，將入射光通量分成兩個不相干的具有不同偏振狀態(tài)的光通量，所以由穿過圖中右側調相裝置1的單位區(qū)域1a的垂直光線o在待處理襯底5的表面上形成的光強分布，以及由穿過圖中左側單位區(qū)域1a的非垂直光線e在待處理襯底的表面上形成的光強分布疊加，并且合成。結果，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置處的待處理襯底5的表面上形成如圖48A、48B所示的光強分布。圖48A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖48B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
在待處理襯底5的表面上形成如圖49A、49B所示的光強分布。所述表面已經(jīng)從光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在光學成像系統(tǒng)4側散焦10微米，并且定位。圖49A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖49B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
參照圖48A、48B和圖49A、49B，可見即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在一定程度上散焦時，通過調相裝置1和雙折射裝置2E的共同作用，合成的光強分布也不會變化很大。即，保證了大的聚焦深度。具體地說，當待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦10微米時，峰谷的相對值從約0.54上升至約0.62，并且峰寬W1從約1.24微米增加至約1.50微米。也就是說，峰谷的相對值和峰寬W1在上述理想的范圍內變化。
在實施例13中，在圖31所示的結晶設備中，使用結構如圖46所示的調相裝置1來使待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。在待處理襯底5上面，例如形成具有介于圖48A、48B與圖49A、49B所示的光強分布之間的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，如圖14B所示，制備包括10平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖48A、48B和圖49A、49B所示，即使待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦時，在待處理襯底5上合成的光強分布也不會變化很大。因為按照這種方式保證了大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
實施例14圖50是示意表示根據(jù)本發(fā)明實施例14的調相裝置結構的圖。調相裝置1是用來按照與實施例13相同的方式，制備包含10平方微米晶粒陣列的半導體薄膜的調相裝置，并且具有與實施例13相似的結構。但是，在實施例14中，一個單位區(qū)域1a中圍繞著第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的所有(本例中為五個)第三區(qū)域1aka和所有(本例中為五個)第四區(qū)域1ama都被設置成0.4平方微米。在這一方面，實施例14與實施例13不同。下面將以與實施例13的不同方面為重點來描述實施例14。
在實施例14中，在不放置光通量分裂裝置2的情況中，在位于光學成像系統(tǒng)4焦點位置的襯底5的表面上形成圖51A至51C所示的光強分布。即，在圖50中，沿著相應于穿過調相裝置1的單位區(qū)域1a中部的線A-A的交叉線形成圖51A所示的光強分布。沿著相應于左側單位區(qū)域1a的向右上升的對角線B-B的斜線形成圖51B所示的光強分布。沿著相應于右側單位區(qū)域1a的向左上升的對角線C-C的斜線形成圖51C所示的光強分布。
從圖51A中可以看出相應于第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac之間的接觸處(即，單位區(qū)域1a的中央)，形成光強最小的峰谷。通過第一區(qū)域1ab和第二區(qū)域1ac的作用，從峰谷朝向周圍徑向形成光強快速增加的反向峰值分布。通過第三區(qū)域1ak和第四區(qū)域1am的作用，從反向峰值分布朝向周圍徑向形成光強緩慢增加的傾斜分布。
在本例中，實際上因為借助雙折射裝置2E，將入射光通量分成兩個不相干的具有不同偏振狀態(tài)的光通量，所以由穿過圖中右側調相裝置1的單位區(qū)域1a的垂直光線o在待處理襯底5的表面上形成的光強分布，以及由穿過圖中左側單位區(qū)域1a的非垂直光線e在待處理襯底的表面上形成的光強分布疊加，并且合成。結果，在位于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置處的待處理襯底5的表面上形成如圖52A、52B所示的光強分布。圖52A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖52B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
在待處理襯底5的表面上形成如圖53A、53B所示的光強分布。所述表面已經(jīng)從光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在光學成像系統(tǒng)4側散焦10微米，并且定位。圖53A是立體表示在待處理襯底5的表面上疊加的合成光強分布的圖。圖53B是表示沿著相應于單位區(qū)域1a的交叉線A-A的交叉線的合成光強分布的圖。
參照圖52A、52B和圖53A、53B，可見即使在待處理襯底5的表面相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置在一定程度上散焦時，通過調相裝置1和雙折射裝置2E的共同作用，合成的光強分布也不會變化很大。即，保證了大的聚焦深度。具體地說，當待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦10微米時，峰谷的相對值從約0.53上升至約0.62，并且峰寬W1從約1.30微米增加至約1.50微米。也就是說，峰谷的相對值和峰寬W1在上述理想的范圍內變化。實施例14中獲得的合成光強分布具有小于實施例13中的各向異性。
在實施例14中，在圖31所示的結晶設備中，使用結構如圖50所示的調相裝置1來使待處理襯底5上的半導體(Si)薄膜結晶。在待處理襯底5上面，例如形成具有介于圖52A、52B與圖53A、53B所示的光強分布之間的光強分布的激光，并且通過圖12所示的結晶工藝，如圖14B所示，制備包括10平方微米的晶粒陣列的半導體薄膜。如圖52A、52B和圖53A、53B所示，即使在待處理襯底5相對于光學成像系統(tǒng)4的焦點位置散焦時，在待處理襯底5上合成的光強分布也不會變化很大。因為按照這種方式保證了大的聚焦深度，所以獲得包含具有滿意均勻性的晶粒陣列的半導體薄膜。
應當注意在上述實施例中，所述光強分布可以在設計階段計算，但是優(yōu)選預先在待處理的實際面上觀測并確認。為此，可以通過光學系統(tǒng)放大襯底的待處理表面，并且通過例如CCD的成像裝置輸入。當使用的光是紫外線時，光學系統(tǒng)是有限制的。因此，可以在待處理的面上放置熒光板，并且光線可以被轉化成可見光。在上述實施例中，已經(jīng)介紹了調相裝置1的具體結構實例，但是在本發(fā)明的范圍內，所述調相裝置1結構的各種修改是可能的。
另外，在上述實施例中，所述雙折射裝置2E布置在調相裝置1的附近。但是，本發(fā)明并不局限于這種布置。當雙折射裝置2E被放置在調相裝置1和待處理襯底5之間時，可以有效地產(chǎn)生上述雙圖像效果。具體地說，雙折射裝置2E優(yōu)選被放置在調相裝置1和光學成像系統(tǒng)4之間，或者光學成像系統(tǒng)4和待處理襯底5之間。當光學成像系統(tǒng)4的入射面被表面加工時，布置一個用來實現(xiàn)預定相位差的臺階，并且以這種方式可以結合雙折射裝置2E和調相裝置1的功能。即，可以整體地形成光調制裝置和光通量分裂裝置。
另外，在上述實施例中，因為雙折射裝置2E包括一個雙折射平行平板，所以垂直光線o具有與非垂直光線e不同的光程長度。因此，借助雙折射裝置2E，在兩個光通量分裂器之間形成相位差，并且兩個光通量的成像位置在光軸方向上被分開。薩伐特板(savart plate)可以用作避免該問題的光通量分裂裝置2。薩伐特板由一對雙折射平行平板構成，并且這些平行平板以晶體光軸相對于所述光軸形成預定角度的方式來構造?；蛘?，為了避免由于相位差引起的成像位置分離的問題，通過所謂的弗朗松(Francon)變形薩伐特板，可以作為所述光通量分裂裝置2。
另外，在上述實施例中，使用布置在調相裝置1附近的雙折射裝置2E作為光通量分裂裝置2。但是，本發(fā)明并不局限于該例，并且可以使用光學成像系統(tǒng)4的光瞳面或者放在附近的沃拉斯頓(Wollaston)棱鏡來代替雙折射裝置2E。沃拉斯頓棱鏡包括一對雙折射偏振棱鏡，并且這些偏振棱鏡以晶體光軸相對于所述光軸形成預定角度的方式來構造。
通過本發(fā)明結晶方法制備的半導體薄膜被運用于薄膜晶體管，并且表現(xiàn)出高遷移率的優(yōu)異TFT特性。因此，所述薄膜可以用于液晶顯示器或者電致發(fā)光(EL)顯示器的驅動電路，或者用于存儲器(SPRAM或DRAM)或CPU的集成電路。
權利要求
1.一種用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而使所述半導體膜結晶的結晶設備，其特征在于包括調相裝置(1)，其包括多個以一定周期排列并且互相具有基本相同圖案的單位區(qū)域(1a)；及布置在所述調相裝置(1)和非單晶半導體膜之間的光學成像系統(tǒng)(4)，所述調相裝置(1)的每個所述單位區(qū)域(1a)包括具有特定相位的基準面(1aa)；第一區(qū)域(1ab)，其布置在每個單位區(qū)域(1a)中央附近，并且相對于所述基準面(1aa)具有第一相位差；及第二區(qū)域(1ac)，其布置在所述第一區(qū)域(1ab)附近，并且相對于所述基準面(1aa)具有基本上與所述第一相位差相同的相位差。
2.根據(jù)權利要求1所述的結晶設備，其特征在于所述預定光強分布具有多個以預定的周期排列并且具有基本相同的二維分布的單位分布區(qū)域，并且每個所述單位分布區(qū)域具有位于所述單位分布區(qū)域中央附近處、并且其光強從具有最低光強的區(qū)域沿半徑朝向周圍快速增加的反向峰值分布，以及其光強從所述反向峰值分布沿半徑朝向周圍緩慢增加的傾斜分布。
3.根據(jù)權利要求2所述的結晶設備，其特征在于當所述單位分布區(qū)域中所述光強的最大值被標準化為1時，每個所述單位分布區(qū)域中光強的最小值具有0.2至0.7的相對值。
4.根據(jù)權利要求2所述的結晶設備，其特征在于當所述單位分布區(qū)域中光強的最大值標準化為1時，通過向每個單位分布區(qū)域中的光強的最小值上加上最大值與最小值差值的2/5而獲得的光強中，光強分布的寬度在0.5和1.5微米之間。
5.根據(jù)權利要求2所述的結晶設備，其特征在于以矩形或三角形晶格的形式、以4至20微米的間隔來排列所述各個單位分布區(qū)域。
6.根據(jù)權利要求1所述的結晶設備，其特征在于所述第一區(qū)域(1ab)具有與所述第二區(qū)域(1ac)基本相同的圖案，并且基本上在一個點處與所述第二區(qū)域(1ac)接觸。
7.根據(jù)權利要求1所述的結晶設備，其特征在于所述第一和第二區(qū)域(1ab、1ac)具有扇形形狀。
8.根據(jù)權利要求1所述的結晶設備，其特征在于所述第一和第二區(qū)域(1ab、1ac)根據(jù)功能面直徑的轉換值整體具有0.3至1.5微米大小。
9.根據(jù)權利要求1所述的結晶設備，其特征在于所述每個單位區(qū)域(1aa)具有多個圍繞所述第一和第二區(qū)域(1ab，、1ac)的第三區(qū)域(1ad)，并且每個第三區(qū)域(1ad)具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于所述基準面(1aa)具有與所述第一區(qū)域(1ab)基本相同的相位差。
10.根據(jù)權利要求9所述的結晶設備，其特征在于所述單位區(qū)域(1aa)中所述第三區(qū)域(1ad)的比例隨著離每個單位區(qū)域(1aa)中央的距離而變化。
11.根據(jù)權利要求9所述的結晶設備，其特征在于所述每個單位區(qū)域(1aa)具有多個小于所述預定尺寸的單元，并且每個單元中的所述第三區(qū)域(1ad)的比例隨著所述單元而變化。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的結晶設備，其特征在于所述第三區(qū)域的比例隨著遠離所述單位區(qū)域(1a)的中央而降低。
13.一種用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜，從而使所述半導體膜結晶的結晶設備，其特征在于包括調相裝置(1)，其包括多個以一定周期排列并且互相具有基本相同圖案的單位區(qū)域(1a)；將通過所述調相裝置(1)的光通量分成兩束不相干光通量的光通量分裂裝置(2)；及布置在所述光通量分裂裝置(2)和所述非單晶半導體膜之間的光學成像系統(tǒng)(4)，所述調相裝置(1)的每個單位區(qū)域(1a)包括具有特定相位的基準面(1aa)；第一區(qū)域(1ab)，其布置在每個單位區(qū)域(1a)中央附近，并且相對于所述基準面(1aa)具有第一相位差；及第二區(qū)域(1ac)，其布置在所述第一區(qū)域(1ab)附近，并且具有第二相位差，其絕對值基本上等于相對于所述基準面(1aa)的所述第一相位差的絕對值，并且其符號與所述第一相位差的符號不同，在兩個相鄰單位區(qū)域(1a)之間具有基本相同相位的所述基準面(1aa)，在兩個相鄰單位區(qū)域(1a)之間，相對于所述基準面(1aa)具有基本上相反相位差的所述第一區(qū)域(1ab)，在兩個相鄰單位區(qū)域(1a)之間，相對于所述基準面(1aa)具有基本上相反相位差的所述第二區(qū)域(1ac)。
14.根據(jù)權利要求13所述的結晶設備，其特征在于所述預定光強分布具有多個以所述預定周期排列并且具有基本相同的二維分布的單位分布區(qū)域，并且每個所述單位分布區(qū)域具有位于所述單位分布區(qū)域中央附近處、并且其光強從具有最低光強的區(qū)域沿半徑朝向周圍快速增加的反向峰值分布，以及其光強從所述反向峰值分布沿半徑朝向周圍緩慢增加的傾斜分布。
15.根據(jù)權利要求14所述的結晶設備，其特征在于當所述單位分布區(qū)域中光強的最大值被標準化為1時，每個所述單位分布區(qū)域中光強的最小值具有0.2至0.7的相對值。
16.根據(jù)權利要求14所述的結晶設備，其特征在于當所述單位分布區(qū)域中光強的最大值標準化為1時，通過向每個單位分布區(qū)域中的光強的最小值上加上最大值與最小值差值的2/5而獲得的光強中，光強分布的寬度在0.5和1.5微米之間。
17.根據(jù)權利要求14所述的結晶設備，其特征在于以矩形或三角形晶格的形式、以4至20微米的間隔來排列所述各個單位分布區(qū)域。
18.根據(jù)權利要求13所述的結晶設備，其特征在于所述第一區(qū)域(1ab)具有與所述第二區(qū)域(1ac)基本相同的圖案，并且基本上在一個點處與所述第二區(qū)域(1ac)接觸。
19.根據(jù)權利要求13所述的結晶設備，其特征在于所述第一和第二區(qū)域(1ab、1ac)具有扇形形狀。
20.根據(jù)權利要求13所述的結晶設備，其特征在于所述第一和第二區(qū)域(1ab、1ac)根據(jù)功能面直徑的轉換值整體具有0.3至3微米的大小。
21.根據(jù)權利要求13所述的結晶設備，其特征在于所述每個單位區(qū)域(1a)具有圍繞所述第一和第二區(qū)域(1ab、1ac)的多個第三區(qū)域(1ad、1ae)和多個第四區(qū)域(1af、1ag)，每個第三區(qū)域(1ad、1ae)具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于所述基準面(1aa)具有與所述第一區(qū)域(1ab)基本相同的相位差，并且每個第四區(qū)域(1af、1ag)具有小于預定尺寸的點圖案，并且相對于所述基準面(1aa)具有與所述第二區(qū)域(1ac)基本相同的相位差。
22.根據(jù)權利要求21所述的結晶設備，其特征在于所述單位區(qū)域(1a)中所述第三區(qū)域(1ad、1ae)和第四區(qū)域(1af、1ag)的比例隨著離每個單位區(qū)域(1a)中央的距離而變化。
23.根據(jù)權利要求21所述的結晶設備，其特征在于每個單位區(qū)域(1a)具有多個小于所述預定尺寸的單元，并且每個單元中所述第三區(qū)域(1ad、1ae)和第四區(qū)域(1af、1ag)的比例隨著所述單元而變化。
24.根據(jù)權利要求22或23所述的結晶設備，其特征在于所述比例隨著遠離所述單位區(qū)域的中央而降低。
全文摘要
本發(fā)明的結晶設備用具有預定光強分布的光通量照射非單晶半導體膜(5)，從而使該膜結晶，并且本發(fā)明的結晶設備包括含有多個以一定周期排列并且互相具有基本相同圖案的單位區(qū)域的調相裝置(1)，以及布置在所述調相裝置和所述非單晶半導體膜之間的光學成像系統(tǒng)(4)。所述調相裝置的每個單位區(qū)域包括具有特定相位的基準面；布置在每個單位區(qū)域中央附近并且相對于所述基準面具有第一相位差的第一區(qū)域；以及布置在所述第一區(qū)域附近并且相對于所述基準面具有與所述第一相位差基本相同的相位差的第二區(qū)域。
文檔編號H01L29/786GK1734720SQ200510068519
公開日2006年2月15日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權日2004年8月3日
發(fā)明者加藤智也, 松村正清, 谷口幸夫 申請人:株式會社液晶先端技術開發(fā)中心