專利名稱：結晶裝置和結晶方法以及移相掩模的制作方法
技術領域：
本發明涉及膜(更詳細說是構成膜的物質)的結晶裝置和結晶方法以及移相掩模，將利用移相掩模即移相構件進行相位調制后的光線，照射到結晶處理的膜、例如多晶或非晶膜(例如半導體膜)上，生成結晶膜，例如多晶或單晶膜(半導體膜)。
背景技術：
在液晶顯示器(Liquid-Crystal-DisplayLCD)中，對加到該像素上的電壓進行控制的開關元件、對這些開關元件進行驅動的驅動電路所使用的半導體器件，已知的有薄膜晶體管(Thin Film TransistorTFT)。這些晶體管的主要部分的材料大體上分為非晶硅(amorphous-Silicona-Si)、多晶硅(polycrystal Siliconpoly-Si)和單晶硅(Single crystal SiliconSingle-Si)。
單晶硅的電子遷移率高于多晶硅，多晶硅的電子遷移率高于非晶硅，所以，該單晶硅、多晶硅的優點是制成晶體管時的開關速度快，顯示器的響應速度快，或者能減小其他部件的設計余量(margin)等。
裝入到顯示器內的驅動電路和DAC等外圍電路由上述晶體管構成的情況下，能夠進一步提高這些電路的工作速度。
上述多晶硅是由晶粒的集合體構成的，與單晶硅相比電子遷移率較低，并且當晶體管減小時進入溝道內的晶界數的偏差成為問題。
因此，最近提出了大晶粒直徑的多晶硅的生成方法，并且最好是生成單晶硅。
其方法之一是“相位控制ELA(Excimer Laser Annealing受激準分子激光退火)”，即在使移相掩模平行地接近半導體膜的狀態下，使脈沖激光器通過移相掩模而照射到結晶的膜上。例如，本技術的詳細說明請參考“表面科學Vol.21，No.5，pp.278～287，2000)。并且，同樣的技術也公開在日本特開(2000年11月2日公開)。
該相位控制ELA，其方法是對通過移相掩模的掩模圖形的光的相位按照0、π交替錯開，這樣，在移相部即漂移邊界處，產生的光強度最小，例如大致為0的反向峰值圖形，把該反向峰值圖形的最小強度位置設定在最早凝固的區域(晶核)，使晶體由此向周圍橫向生長，這樣把大晶粒直徑的晶粒設定在指定的位置上。在此，所謂反向峰值圖形，是指最小強度位于最小強度的峰值上，隨著離開該峰值，強度徐徐提高，這樣形成一個顛倒的山峰形的強度圖形。該反向峰值圖形處于連續或者不連續位置的強度圖形，在本說明書中稱為反向峰值波形圖形。
上述移相掩模的形狀、該掩膜和結晶膜的面(簡稱為半導體面)的距離、以及激光向半導體膜的入射角度分布，設定成在膜的面上能獲得理想的光強度分布。
為了獲得與移相掩模相對應的光強度分布，該相位控制ELA必須使掩模盡量接近半導體面，典型保持狀態是留出數μm～數百μm左右的間隙。這樣，當兩者接近時，由于激光照射而使半導體膜的一部分被擦傷產生飛散，沾污移相掩模。
因此，存在的問題是，隨著使用，光強度圖形變壞，不能準確地進行結晶。
為了達到高精度照射，必須在光軸方向上調整半導體面相對于移相掩模的位置。由于移相掩模和半導體基片之間的間隔非常狹窄，所以，也存在無法插入用于調節該位置的傳感器系統和用于檢測的光束等。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供這樣一種技術，它能夠避免通過移相掩模這樣的掩模把光線、例如激光，照射到被處理基片上時擦傷造成的沾污，而且能夠在移相掩模和被處理基片之間插入規定的部件，例如移相掩模定位用的檢測器。
為了達到上述目的，涉及本發明第1方式的結晶裝置，其特征在于具有光源，用于射出光線；掩模，用于接受從該光源來的光線，使該光線的強度分布圖形變成峰值為最小強度的反向峰值圖形；以及成像光學系統，它位于該掩模和被處理基片之間，使上述反向峰值圖形的光線在被處理基片上成像，使被處理基片的物質的至少一部分進行結晶。
涉及本發明第2方式的結晶方法，利用移相掩模在該掩模的移相部內，生成具有光強度大致為0峰值的反向峰值圖形，把具有該反向峰值圖形的光線照射到被處理基片上使基片的至少一部分物質進行結晶，其特征在于通過設置在上述移相掩模和被處理基片之間的成像光學系統，使上述移相掩模的光線的像在被處理基片上成像。
涉及本發明第3方式的光線采用激光的移相掩模，其特征在于掩模圖形具有至少不少于3條的移相線構成的交點，以該交點為中心的圓形區域的復數透射率的積分值大致為0。


圖1是涉及本發明一實施方式的結晶方法及其實施裝置的單機整體的概要圖。
圖2A是圖1所示的裝置的耦合光學系統按照與散焦法相對應的方式而構成的概要圖，圖2B是該裝置的移相掩模和半導體面上的強度圖形的關系的概要圖。
圖3是該被處理基片的定位裝置的一結構例的概要圖。
圖4A是圖1所示的裝置的耦合光學系統按照與NA法相對應的方式而構成的例子的概要圖，圖4B是該裝置的移相掩模和半導體面上的強度圖形的關系的概要圖。
圖5A是圖1所示的裝置的耦合光學系統按照與光瞳函數法相對應的方式進行構成的例子的概要圖，圖5B是該裝置的光瞳和半導體面上的強度圖形的關系的概要圖。
圖6A是圖4B所示的光瞳和波形圖形的關系的概要圖，圖6B是分別表示由光瞳的半透明區域和透明區域而構成的波形圖形的概要圖。
圖7是利用圖6A所示的光瞳獲得的、在XY方向上光強度分布不同的2級反向峰值圖形的平面圖。
圖8是把移相區域排列成條紋狀的移相掩模一例的概要平面圖。
圖9A和9B是把移相區域排列成方格狀的移相掩模一例的斜視圖和俯視圖。
圖10是采用本發明的散焦法的光強度分布曲線圖。
圖11是采用本發明的NA法的光強度分布曲線圖。
圖12是表示移相掩模的變形例的圖。
圖13是說明圖12所示的移相掩模的效果的圖。
圖14是局部表示形成了遮光區域的移相掩模的另一變形例的斜視圖。
圖15A～15E是利用本發明的制造裝置和方法的電子裝置制造方法一例的說明圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。
圖1是表示本發明的膜結晶裝置的一實施方式的結晶半導體膜的制造裝置的概要圖。
該裝置具有激光照射裝置10，其中包括受激準分子光源1、依次布置在該裝置的振蕩側的射束擴展器2、均化器(均質器)3和反射鏡4。該照射裝置也可以是射出激光以外光線的光源。從該激光源1中射出的激光，由射束擴展器2擴展成規定直徑之后，由均化器3使光強度均一化，并照射到移相掩模5上。在該激光照射裝置10的激光射出側，依次布置了移相掩模5、成像光學系統6和基片支持體8。該基片支持體8由能夠把被處理基片7支持在上面的例如真空吸盤或靜電吸盤等構成。在本發明中“被處理基片”這一術語是指本身是由結晶物質構成的基片，或者在支持體上形成了結晶物質的膜或層的基片。在本發明中，“結晶物質”這一術語，是指通過激光照射，其結構更接近晶體或者變成晶體的物質，例如，若是無定形結構的物質，則變成多晶或單晶，并且，若是多晶，則多晶接近單晶或者變成單晶。該物質的一例是無定形硅或多晶硅。但也可使用其他材料。上述支持體，若是液晶顯示器方面的，則是例如玻璃或合成樹脂基片，在半導體方面，例如希望是硅片。該基片的形狀不受特別限制，在本實施方式中，目標是制造液晶顯示器，所以是矩形板狀。在本實施方式中，說明使玻璃基片上所形成的無定形硅膜進行結晶變成多晶或單晶的情況，但本發明不僅限于此是容易理解的。
上述基片支持體8布置成被處理基片7的被照射面，即入射面以很高的精度與上述移相掩模5保持平行，希望安裝在3坐標工作臺這樣的規定的驅動機構(無圖示)上，使被處理基片7相對于上述移相掩模5在互相垂直的3個方向，即X(基片縱長方向)、Y(基片橫方向)、Z方向(基片垂直方向，即沿成像光學系統光軸的方向)，有選擇地進行移動。
上述成像光學系統如下所述，若能使移相掩模的掩模圖形在被處理基片的被照射面(入射面)上進行成像，則不拘形式，例如，也可以是單一的成像透鏡，但希望是以下說明的、利用散焦法、NA(數值孔徑開口數)法、光瞳函數法使圖形成像的光學系統。
以下參照圖2A、2B，詳細說明利用散焦法的成像光學系統的一例。
散焦法是，在移相掩模5和被處理基片7之間，放入足夠大的數值孔徑(NA)的成像光學系統6，使被處理基片7的被處理面保持在從成像光學系統6的焦點位置上散焦后的位置上，根據照明光的入射角度分布和掩模圖形及散焦量來調整光強度分布。
如圖2A所示，成像光學系統6，其構成部分有互相間保持規定間隔，平行地布置的一對成像透鏡，即凸透鏡6a、6b；以及布置在這些透鏡之間的具有規定NA的光圈6c。在這種光學系統中，移相掩模5的出射側表面的光強度分布近似均勻一致，在此情況下，在移相部的偏離焦點位置上產生衍射條紋，形成如圖所示的附加線的光強度分布(散焦像A)。移相掩模5的掩模圖形，利用成像光學系統6在成像面上進行成像。該成像面如圖中箭頭所示位于掩模的共軛平面上。在該成像面上的光強度分布中，由成像光學系統6的NA決定的分辯率R＝kλ/NA以下的成分被切掉，但強度基本均勻。在光軸方向上離開該成像面的前后(離開成像面的距離，實際上等于移相掩模5和散焦像A之間的距離)2個位置上的光強度分布(散焦圖像B、C)中，由成像光學系統6的NA決定的分辨率R＝kλ/NA以下的成分被切掉，然而，強度基本上與散焦圖像A相同。在這2個位置中的任一個上布置被處理基片7的被處理面，通過對其進行光照射，如圖2B所示，和移相控制ELA法一樣，在與移相部，即移相邊界5a相對應的被處理面上的圖形位置上，利用強度波形圖形進行曝光，該強度波形圖形具有一個或多個的最小強度例如為0或接近0的反向峰值圖形。
這時的反向峰值圖形的寬度與散焦量的1/2次方成正比進行擴大。
上述成像光學系統6，例如全長(物體面和像面之間的距離)為1000mm，各透鏡6a、6b的焦距為250mm，光圈6c的數值孔徑(NA)為0.2。激光照射裝置10的光源1是中心波長248.55nm，振蕩波長分布的半值全寬0.3nm的激光射出成脈沖狀的KrF受激準分子激光源。
從上述照明裝置10來的激光照射到移相掩模5上，如上所述使該掩模圖形在被處理基片上成像，這樣結晶的物質，在此情況下，無定形硅的膜經過熱處理，結晶成為多晶硅和/或單晶硅。當結晶時，使被處理基片向X和/或Y方向移動，這樣能使膜的規定區域或者整體進行結晶。這時從被處理基片7上產生擦傷，但由于成像光學系統6位于移相掩模5和基片7之間，所以不會沾污移相掩模5。這時直接面對基片7的成像光學系統6的透鏡6b有可能被沾污。該透鏡6b和被處理基片7之間的距離(該例約為250mm)，遠遠大于現有技術的移相掩模和被處理基片之間的距離(數μm～數百μm)，所以，光學系統幾乎不會沾污。
在上述圖2A中，省略了被處理基片7的位置B或C進行對準(Z方向的對位)用的裝置。例如，圖3所示的自動對焦裝置作為對位裝置布置在移相掩模5和被處理基片7之間，或者，該裝置布置在兩者的外側的情況下，能設定成檢查光束通過兩者之間。該對位裝置對于在整個被處理基片上取得合格的器件來說是必須的。該裝置包括被處理基片位于其間的縫隙光投影光學系統；以及縫隙光檢測光學系統。投影光學系統包括光源例如鹵素燈11；把該光源的光成形為縫隙光的曝光縫隙12；使該縫隙光向被處理基片方向偏轉的反射鏡13；以及使該反射鏡的反射光在被處理基片7的被處理面上成像為縫隙圖像用的投影透鏡14。檢查光學系統包括用于檢測由被處理基片反射的縫隙圖像的檢測器15；設置在該檢測器緊前面的受光縫隙16；依次設置在該受光縫隙和檢測器之間，通過受光縫隙16使從基片來的反射縫隙圖像會聚在檢測器15上的聚光透鏡17；以及能夠轉動，以便從聚光透鏡來的光通過上述受光縫隙的振動反射鏡18。通過調節該振動反射鏡的角度位置，即可用無圖示的驅動機構來調節被處理基片的Z方向的位置。
以下參照圖4A、4B，說明利用NA法的成像光學系統的例子。在以下說明的例子中，實質上與利用上述散焦法的成像光學系統相同的部件，標注相同的參考符號，其說明從略。
NA法是，在移相掩模5和被處理基片7之間布置能調整數值孔徑(NA)的成像光學系統6，把被處理基片7保持在成像光學系統6的焦點位置上，根據照明光的角度分布、掩模圖形和NA來調整光強度分布。在該光學系統中，在圖4A中移相掩模5的掩模圖形由成像光學系統6來進行成像，成像光學系統6的光圈6d是孔徑尺寸即NA能夠改變的，或者配備NA不同的多個光圈6d，通過更換光圈即可更改NA。
在該光學系統中，由NA決定的分辨率R＝kλ/NA以下的成分被切掉，所以在圖4B所示的焦點面上的移相部5a中，產生反向峰值圖形，其寬度相當于光強度最小，例如為0的分辨率。在此k值基本上是接近于1，但也與照射掩模的光學系統規格、光源的相干性程度、分辨率的定義有關。
把被處理基片7布置在上述焦點面上用光照射，即可生成結晶核。這時的反向峰值圖形的寬度與分辨率R＝kλ/NA成正比。也就是說，若減小NA，有意地降低分辨率，則反向峰值圖形的寬度增大。這時減小NA的方法，如上所述，是使用減小了孔徑尺寸的光圈。
若把這種形式的成像光學系統夾在移相掩模和被處理基片之間，則能發揮與利用上述散焦法時相同的效果。
以下參照圖5A、5B，說明利用光瞳函數法的成像光學系統。
光瞳函數法是，把圖示的光圈(即光瞳)6e的成像光學系統6放入到移相掩模5和被處理基片7之間，把被處理基片7保持在成像光學系統6的焦點位置上，根據照明光的角度分布和掩模圖形及光瞳函數來調整光強度分布。
如圖5B所示，光圈6e由圓形片構成，由內側的縫隙形狀的完全透光區域A1和外側的半透光區域A2構成。半透光區A2，透過一部分光，以某種方法來阻止剩余的光透過光瞳。該半透光區A2的透光率根據需要來選擇各種程度，不一定僅限于50％。光瞳的形狀和半透光區的形狀也并不僅限于上述情況，例如半透光區A2也可以是圓形或矩形。
用于制造上述光圈6e的第1方法是，在玻璃、合成樹脂等整個透明板上利用鉻等遮光材料，利用濺射等方法來形成厚度與所需透光率相適應的薄膜，然后，僅對與半透光區相對應的薄膜部分進行腐蝕將其去掉，露出透明板來。
在此情況下，遮光材料對部分光進行反射，對部分光進行吸收。其吸收(透過)的程度可根據膜的厚度來任意設定。上述鉻膜是一例，例如ZrSiO等只要是能部分遮光的材料，任何一種均可采用。
第2光圈制造方法是，在整個透明板上形成一種多層膜，該多層膜設計成能對半透光區A2所使用的波長的光進行部分反射，然后僅對與透光區A1相對應的部分形成圖形腐蝕掉。這樣，在對光的一部分進行反射的光瞳的情況下，形成光圈的材料，即形成半透光區的材料不吸收不需要的光，所以，其優點是光圈不發熱。在此情況下，希望考慮其他部件的布置，防止光圈的反射光射到其他透鏡和鏡筒上造成光斑(雜散光)。
如上所述，在具有完全透光區A1和半透光區A2的光圈6e中，希望考慮對厚度和材料進行調整等，以防止在兩個區A1、A2之間產生相位差。
在上述光圈6e的說明中，省略了半透光區A2如何規定。該規定方法是，例如支承光圈6e的部件，其光圈周圍的部分用遮光材料形成，對通過光圈外側的光進行反射或吸收。在接近光圈6e外側的部分，也可形成對半透光區進行包圍的遮光區。
光瞳函數法，一般利用若光瞳的NA大，則成像的點徑小這一特性，通過完全透光區A1的光，表觀上的NA減小，所以，發生圖5B的符號A1所示的較寬的反向峰值圖形(半透光區A2也作為遮光區進行測量)。通過半透光區A2的光，表觀上的NA增大，所以，發生圖5B的符號A2所示的較窄的尖形反向峰值圖形(透光區也作為半透光區進行測量)。其結果，把成像光學系統6的光瞳函數作為全透光區A1和半透光區A2的函數之和，這樣，在圖示的焦點面上的移相部內，發生2級反向峰值圖形，其具有包括光強度為0的峰值、位于光強度低的一側的第1圖形；位于光強度高的一側的第2圖形；以及位于第1圖形和第2圖形之間的階梯部，使第1圖形的寬度遠遠大于第2圖形的寬度。
該光瞳函數法，反向峰值圖形的發生原理與NA法相似。但NA法僅對圖形大小進行控制，而光瞳函數法也對圖形的形狀進行控制。
若在該焦點面上布置被處理基片7，進行光照射，則內側的，即第1圖形中，具有光強度大致為0的最小強度，所以，這里變成結晶核。外側的，即第2圖形中產生與光強度分布相對應的溫度梯度，所以與圖4B所示的單純反向峰值圖形的情況相比，容易進行橫向結晶生長。
完全透光區A1和半透光區A2的形狀也可以都是圓形。但是，如橢圓形所示，由于其長度在XY方向上各不相同，所以能使2級反向峰值圖形的光強度分布在X方向和Y方向上不同。
假定2級反向峰值圖形的內側即第1圖形的直徑為D1，外側即第2圖形的直徑為D2，用角度表示的半透光區A2的直徑為θ1，完全透光區A1的直徑為θ2，則可按下式計算。
D1＝kλ/sinθ1
D2＝kλ/sinθ2式中，k也與照射掩模的光學系統的規格、光源的相干程度、分辨率的定義有關，但k值大致上接近于1。因此2級反向峰值圖形的內側的直徑D1和外側的直徑D2，分別與半透光區A2和完全透光區A1的大小成反比。
所以，如圖6A所示，完全透光區A1是X方向短、Y方向長的矩形，其反向峰值圖形的光強度分布如圖6B的A1所示，X方向的寬度大(由D2表示)，Y方向的寬度小(由D3表示)。與此相比，半透光區A2是圓形，所以，其反向峰值圖形的光強度分布如圖6B的A2所示，X方向和Y方向的寬度相同，均較窄(由D1表示)。所以，兩個反向峰值圖形的和，即2級反向峰值圖形的光強度分布如圖6B的A1+A2所示，外側的，即第2圖形，X方向的寬度(D2)大于Y方向的寬度D3；內側的即第1圖形，X方向和Y方向的寬度相同，均較窄(D1)。圖7是表示這種2級反向峰值圖形和光瞳的關系的平面圖。從圖7中可以看出，與透光區A1相對應的第2圖形，橫斷面為橢圓形(長徑D2，短徑D3)，與半透光區A2相對應的第1圖形的橫斷面是圓形(直徑為D1)。這種2級反向峰值圖形的第2圖形的X方向寬度和Y方向寬度，根據透光區A1的X方向長度和Y方向長度來進行設定，所以能控制成結晶的形狀及其布置的間距在XY方向上各不相同。
尤其，外側的反向峰值圖形(第2圖形)在XY方向上直徑不同，表示在基片上強度分布中位置與強度的變化趨勢不同，。結晶有選擇地在其傾斜大的方向，即外側的反向峰值圖形的短軸方向上進行生長，其結果，形成的結晶也在該方向上進行生長，其結果，形成的結晶也在該方向上具有較高的電子遷移率。在此方向上對準晶體管的源漏方向，能制作出特性更好的晶體管。
這樣，光瞳函數法既能保持NA法的特點，又能生成2級反向峰值圖形。所以，對進行結晶更加有效。
本發明的實施方式的照明光學系統如前所述，把受激準分子激光器和光學系統組合起來，從激光器中射出照明光，向移相掩模上照射。這時，希望確保移相掩模面內的光強度的均勻性和入射角度方向上的均勻性。尤其，受激準分子激光器，每個脈沖的振蕩位置有偏差，所以，為了結晶均勻，希望確保激光的均勻性。
同時，為了不降低移相掩模的散焦圖像的對比度(不提高反向峰值圖形的中心強度)，散焦法希望減小分散光(接近平行光)。并且，為了獲得必要的分辨率，希望確保一定值以上的NA，減小光學系統的像差量。
NA法不同于散焦法，不希望減少分散(接近平行光)。并且，為了有意消除規定分辨率以上的成分，希望具有調整機構，以便把NA設定為規定值。
以下參照圖2A、2B，說明利用散焦法的成像光學系統的具體例子。
在本具體例子中，激光裝置1是波長248nm的KrF受激準分子激光器構成的，激光束經光束擴展器2進行擴展后，由均化器3使照射到移相掩模5上的光強度均勻一致。
均化器3由蠅眼透鏡構成，該蠅眼透鏡與一般曝光機中所使用的相同。該照明裝置10的NA為0.05。
成像光學系統6利用入射光瞳和射出光瞳兩者位于無限遠的兩側遠心(焦闌)系統，其基本規格為NA是0.2，倍率是1.0。
以下參照圖8，說明移相掩模5。
移相掩模如上述已知例中也已說明的那樣，在透明介質，例如石英基材上設置厚度不同的互相鄰接區，在該區間的階梯部(移相部)的邊界上，使入射的激光線進行衍射和干涉，使入射的激光線強度具有周期性的空間分布。這種移相掩模的一例示于圖8。該移相掩模5具有互相并排的相位為π的第1帶狀區(相位區)5b、以及相位為0的第2帶狀區(相位區)5c，以便使相鄰的圖形變成反相位(180°偏移)。該帶狀區(移相線區)具有10μm的寬度。具體來說，移相掩模5是對折射率為1.5的矩形的石英基片進行圖形腐蝕而制成的，腐蝕的深度，對于248nm的光相位相當于π，即248nm的深度。通過該腐蝕而形成的薄區為第1縫隙區5b，未腐蝕的區為第2縫隙區5c。
在這種結構的移相掩模5中，通過了厚的第2相位區5c的激光，與通過了薄的第1相位區5b的激光相比，前者延遲180°。其結果，激光之間產生干涉和衍射，獲得與圖10所示激光強度分布大致相同的強度分布。也就是說，通過了移相部的光是與鄰接的通過光互相反向的相位，所以，與該區間相對應的位置上光強度最小，例如為0。該最小值的區或者其相鄰的區成為半導體結晶時的核。
一般，設定激光波長為λ，則折射率n的透明介質產生180°相位差所需的透明介質厚度t(厚區和薄區的厚度差)用下式表示t＝λ/2(n·1)以下說明結晶的具體例。
被處理基片7采用了這樣的玻璃片，即利用化學汽相生長法在厚度0.6mm的液晶顯示器用玻璃板上依次生成基底膜和a-Si膜。
在以上結構中，在離開成像光學系統6的焦點位置10μm的下側的散焦位置上放置被處理基片7，進行脈沖照射，使a-Si膜面上的光能量(a-Si膜的激光照射部在瞬時進行熔化的能量的大小)約達到100mJ/cm2。
圖10表示在上述條件下計算出的光強度分布。在該圖中移相掩模5的移相部5a所對應的部分為最小強度的反相位圖形，與移相部附近相對應而形成，這樣的強度波形圖形的形成是可以理解的，各反向相位圖形之間的距離，與帶狀區5b、5c的度寬相對應為10μm。其結果，一邊使被處理基片相對于移相掩模5在圖10的紙面上直行的方向上移動，一邊用激光照射無定形硅膜，這樣能獲得大晶粒直徑的多晶poly-Si膜，其晶粒位置在XY方向均按10μm的間距進行控制。
以下說明利用NA法的成像裝置的具體例子。其中采用的光源、光學系統基本上與上述具體例相同。但是，在本具體例中，具有一種這樣的機構，即通過更換成像光學系統的光圈(圓形開口)，能夠調整成像光學系統的NA。利用該機構，把成像光學直徑NA調整到0.1，把照明系統的NA設定為0.05、把與上述具體例相同的被處理基片7設置在成像光學系統6的焦點位置上，進行脈沖照射，使a-Si膜面上的光能量達到約100mJ/cm2。
在此條件下，計算求出的光強度分布示于圖11。即使在使用該裝置的情況下，也能理解利用與上述具體例相同的強度波形圖形進行照射。即使在此情況下，也能獲得大晶粒直徑的多晶poly-Si膜，其晶粒位置在XY方向上均按10μm間距進行控制。
在上述具體例中，移相掩模5使用了如圖8所示移相部變成互相平行的多條直線狀的，但并非僅限于此。
例如也可以使移相線垂直，使相位0和π排列成方形格子狀。在此情況下，沿移相線能形成格子狀的光強度0的區。所以，結晶核發生在該線上的任意位置上，因此存在的問題是很難控制結晶粒的位置和形狀。所以，為了控制結晶核的發生，希望強度0區是點狀。為此，使垂直的移相線的移相量達到180°以下，這樣，在移相線對應的位置上強度(雖然減小)不會完全達到0，同時使交點周圍的復數透射率之和達到0，這樣，與交點相對應的位置上的強度為0。
現參照圖9A和9B說明這一例。該掩模5如圖9A所示，具有許多組正方形圖形，各組由厚度不同的4個正方形區5e、5f、5g、5h構成。在各組內，如圖9B所示，第1區5e最薄，相位為0。第4區5h最厚，相位與第1區5e偏差3π/2。厚度在該區5e、5h之間的第2、第3區5f、5g，相對于第1區相位偏差分別為π/2和π。
在這種掩模中，第1～第4區相鄰的部分，例如正方形圖形的中心點為強度0的區。所以，該點變成結晶核，因此，結晶粒的位置和形狀容易控制。
參照圖8和圖9A說明的掩模圖形，希望也能和采用本發明投影光學系統的方法組合使用。但并非僅限于這些適用，也可用在過去的相位控制ELA法中。在此情況下，也能使相位線或僅在其垂直點上強度為0，是有效的。
在上述實施方式中，把移相掩模的移相部作為相位不同的區(相位區)之間的邊界線(圖8)或者邊界點(圖9A和圖9B)進行了說明。但這是相位區僅形成在透光性區內的情況，本發明的相位部不僅限于此，也可以形成在稍許偏離邊界線或邊界點的地方。現說明如下。
在上述散焦法中，利用了從成像光學系統的焦點位置起設定了規定間隙的位置(在圖2A中B和C所示的位置)上所產生的光強度圖形(反向峰值圖形)，所以，在照明光的入射角度分布大的情況下，因間隙而產生“模糊”。其結果，變成移相部中的反向峰淺(反向峰值的強度相當大)的平緩的反向山形狀，容易受到來自光源的激光的面內強度不均勻和每個振蕩脈沖的強度的偏差的影響，有可能達不到均勻的結晶。
在這種情況下，如圖12所示，在移相掩模5的一邊的相位區(在該實施方式中為第2相位區)內，設置沿邊界線寬度較小的遮光區，即可解決上述問題。其原因參照圖13加以說明。
在把平行光射入到移相掩模5內的情況下，移相部中的光強度分布變成為第1相位區5b產生的衍射條紋的寬度①、與第2相位區5c產生的衍射條紋的振幅②相加，再對其進行2次方所得的光強度分布③。在散射光射入到移相掩模內的情況下，最終的衍射圖形是從多個不同角度來的光所形成的光強度圖形進行積分的結果。因此，若設入射角為θ，上述間隙為Z，則干涉和衍射所產生的光的光強度圖形，考慮到在面內僅進行Z tanθ的漂移，在進行積分后在不設置遮光區的情況下，如上所述也形成對邊界線夾持的平緩的倒山坡形狀。但是，如圖12所示，若設置遮光區s，則變成圖13所示的第2相位區5c的衍射條紋的振幅②。其結果第1相位區5b產生的衍射條紋的寬度①、與第2相位區5c產生的衍射條紋的振幅②相加，再對其進行2次方所得的光強度分布③，如圖所示，通過按以下方法來設定遮光區的寬度D，與遮光區s相對應，變成為具有強度幾乎為0的峰值的良好的反向峰值圖形。
在散射光射入到上述移相掩模內的情況下，入射角的漂移量，僅為入射角的半角，為Z tanθ。所以，遮光區s的寬度D若能滿足D＞2Z tanθ，則能獲得以前說明的④所示的圖形。
以下說明圖12所示的移相掩模的具體例。
對折射率為1.5的矩形石英基片按照對248nm波長的光相位相當于π的深度，即248nm的深度進行腐蝕形成了第1相位區5b、以及未被腐蝕的區即第2相位區5c。這時，制成的圖形使第1相位區5b的寬度為14μm；第2相位區5c的寬度為6μm。然后，在移相掩模的一面上用濺射法形成鉻膜，對其制作圖形，在第2相位區的兩側，沿著與第1相位區5b的邊界線形成了遮光區s。這時的遮光區的寬度D定為4μm。
這樣形成的移相掩模5用于圖2A所示的裝置，進行結晶。這時使被處理基片7位于離開成像光學系統6的焦點位置向下側20μm的位置C(即Z＝20μm)上，進行脈沖照射，使該被處理基片的a-Si膜面上的光能量達到約100mJ/cm2。其結果，能使無定形硅結晶成為結晶位置被控制的大晶粒徑的多晶硅。
設置上述遮光區s的技術如圖14所示也能適用于多方式的移相掩模。該例適用于圖9A所示的掩模，在正方形的相位區中，沿相鄰的相位區的邊界線在一邊的相位區內設置了遮光區s。即使該例，也能在從4個相位區的交點處少許偏移的地方獲得具有點狀峰值的尖形反向峰值圖形。
上述遮光區如上所述，除了用吸收光的鉻這樣的材質的膜來形成外，也還可以用其他各種技術來形成。例如遮光區也可以利用與入射激光的波長相對應的多層膜來形成，也可以形成入射光散射或衍射的凹凸。
構成上述成像光學系統的光學元件并非僅限于透鏡系統，也可以是反射鏡系統。并且也可以是透鏡和反射鏡的復合系統。
以下參照圖15A～15E，詳細說明利用本發明的制造裝置和方法來制造電子裝置的方法。
如圖15A所示，在整個矩形絕緣基片30(例如堿性玻璃、石英玻璃、塑料、聚酰亞胺等)上，利用化學汽相生長法或濺射法等來形成基底膜31(例如膜厚50nm的SiN膜和膜厚100nm的SiO2膜的積層膜等)和非晶質半導體膜32(例如從膜厚50nm到200nm的Si、Ge、SiGe等)。然后，用受激準分子激光器33(例如KrF或XeCl等)對非晶質半導體膜32的表面的一部分或全部進行照射。在此，在受激準分子激光照射中，使用上述實施方式中說明的裝置和方法。其結果，非晶質半導體膜32如圖15B所示，物質結晶成為多晶半導體膜34。這樣，形成的多晶半導體膜34，與利用過去的制造裝置的多晶半導體膜相比，變換成結晶粒位置被控制的大粒直徑的多晶或單晶半導體膜。
然后，利用光刻法把單晶半導體膜34加工成島狀的半導體膜35，如圖15C所示，利用化學汽相生長法或濺射法等在基底膜31和半導體膜35上形成厚度20nm～100nm的SiO2膜作為柵絕緣膜36。
然后，在上述柵膜36上的與上述半導體膜35相對應的部位上形成柵電極37(例如硅化物和MoW等)。對該柵電極37加以掩蓋，如圖15D所示向上述半導體膜35中注入雜質離子38(若是N溝通晶體管，則為磷，若是P溝道晶體管，則為硼)，使該膜成為N型或P型。然后，在氮氣氛中對整個該器件進行退火(例如在450℃下1小時)，對半導體膜35中的雜質進行激活。其結果，該半導體膜35變成雜質濃度高的源41；漏42；以及位于這些之間，與柵電極37相對應的雜質濃度低的溝道區40。
然后，在柵膜36上形成層間絕緣膜39。并且，在該層間絕緣膜39和柵膜36的、與上述源41和漏42相對應的部位上制作接觸孔。然后，利用成膜和圖形制作技術在層間絕緣膜39上，如圖15E所示，形成通過接觸孔與源41和漏42進行電連接的源電極43、漏電極44。這樣形成的薄膜晶體管，形成了溝道40區的半導體利用圖15A和15B中說明的激光照射技術進行處理，所以變成大粒徑的多晶或單晶是可以理解的。因此，這種晶體管與利用未進行激光處理的無定形半導體的晶體管相比，開關速度快。多晶或單晶晶體管，能進行電路設計，使其具有液晶驅動功能、存儲器(SRAM、DRAM)和CPU等集成電路的功能。需要耐電壓的電路形成在非晶質半導體膜上，需要遷移速度快的，例如驅動電路的晶體管等，制成多晶或單晶。
產業上利用的可能性如以上說明那樣，若采用本發明，則在移相掩模這種用光強度制作圖形的膜和被處理基片之間布置成像光學系統，保持距離，所以在半導體膜上照射激光時所產生的擦傷不會沾污掩模。
并且在移相掩模和被處理基片之間，也能插入用于測量位置的檢測器，或者射入檢測器用的光線。
此外，本發明的NA法與過去的相位控制ELA法和本發明的散焦法相比較，具有以下4個優點第1，即使被處理基片本身相對于光軸前后移動，或者由于彎曲而使半導體膜表面前后變化，圖形變化也很少。
第2，即使照明光的散射度發生變化，圖形變化也很少。
尤其散射增大也不會像散焦法那樣使圖形對比度下降。
第3，光強度分布，其移相部以外的彎曲小，接近理想圖形。
第4，被處理基片的光軸方向的定位，不需要像“散焦法”那樣對散焦量進行控制，只要保持在焦點面上即可，所以，容易控制。
權利要求
1.一種結晶裝置，其特征在于具有光源，用于射出光線；掩模，用于接受從該光源來的光線，使該光線的強度分布圖形變成峰值為最小強度的反向峰值圖形；以及成像光學系統，它位于該掩模和被處理基片之間，使上述反向峰值圖形的光線在被處理基片上成像，使被處理基片的物質的至少一部分進行結晶。
2.如權利要求2所述的結晶裝置，其特征在于上述掩模具有的移相掩模，其相鄰區的厚度互不相同，在這些區之間規定了有階梯部的移相部。
3.如權利要求2所述的結晶裝置，其特征在于上述掩模的移相部的相位差為180°，以便生成強度實質上為0的峰值。
4.如權利要求1、2或3所述的結晶裝置，其特征在于還具有一種支承體，用于把上述被處理基片支承在從上述成像光學系統的焦點位置僅離開規定距離的散焦位置上。
5.如權利要求1、2或3所述的結晶裝置，其特征在于還具有一種把上述被處理基片支承在上述成像光學系統的焦點位置上的支承體，并且，上述成像光學系統具有能夠更改NA的光圈，以便能調節上述反向峰值圖形的寬度。
6.如權利要求5所述的結晶裝置，其特征在于上述反向峰值圖形的寬度D在上述光線的波長為λ、上述光圈的數值孔徑為NA的情況下，可按下式求出。D＝kλ/NA(k為0.5～2的值)
7.如權利要求1、2或3所述的結晶裝置，其特征在于，還具有把上述被處理基片支承在上述成像光學系統的焦點位置上的支承體，并且，上述成像光學系統具有設定成2級反向峰值圖形的光瞳，該2級反向峰值圖形具有包含峰值且位于強度低的一側的第1圖形、位于強度高的一側的第2圖形、位于第1圖形和第2圖形之間且使第1圖形的寬度大于第2圖形的寬度的階梯部。
8.如權利要求7所述的結晶裝置，其特征在于上述成像光學系統的上述光瞳具有透光區、以及對該透光區進行包圍的半透光區，并且，當上述2級反向峰值圖形的第1圖形的寬度為D1、第2圖形的寬度為D2、用角度表示的上述半透光區的直徑為θ1、用角度表示的透光區的直徑為θ2時，則上述成像光學系統的光瞳的射出光瞳函數的分布大小滿足下式D1＝kλ/sinθ1(k為0.5～2的值)D2＝kλ/sinθ2(k為0.5～2的值)
9.如權利要求1所述的結晶裝置，其特征在于具有一種移相掩模，其中，上述掩模的掩模圖形具有至少由不少于3條的移相線而構成的交點，以該交點為中心的圓形區的復數透射率的積分值大致上為0。
10.如權利要求9所述的結晶裝置，其特征在于上述不少于3條的移相線，其相位差均小于180度(π)。
11.如權利要求9所述的結晶裝置，其特征在于上述相位線為4條，其相位差均大致為90度。
12.一種結晶方法，其利用移相掩模在該掩模的移相部內，生成具有光強度大致為0的峰值的反向峰值圖形，把具有該反向峰值圖形的光線照射到被處理基片上，使基片的至少一部分物質進行結晶，其特征在于通過設置在上述移相掩模和被處理基片之間的成像光學系統，使上述移相掩模的光線的像在被處理基片上成像。
13.如權利要求12所述的結晶方法，其特征在于在上述被處理基片保持在從上述成像光學系統的焦點位置僅離開了規定距離的散焦位置上的狀態下，使光線成像進行結晶。
14.如權利要求13所述的結晶方法，其特征在于使上述被處理基片保持在上述成像光學系統的焦點位置上，而且更改該成像光學系統的NA，調節上述反向峰值圖形的寬度，使光線在上述被處理基片上成像進行結晶。
15.如權利要求12所述的結晶方法，其特征在于使上述被處理基片保持在上述成像光學系統的焦點位置上，而且把上述反向峰值圖形制作成2級反向峰值圖形，以使該成像光學系統的射出光瞳函數變成外側區和內側區的大小2種分布的和，把光線照射到上述被處理基片進行結晶。
16.一種光線用的移相掩模，其特征在于掩模圖形具有至少由不少于3條的移相線構成的交點，以該交點為中心的圓形區域的復數透射率的積分值大致為0。
17.如權利要求16所述的移相掩模，其特征在于上述不少于3條的移相線，其相位差均小于180度(π)。
18.如權利要求16所述的移相掩模，其特征在于上述不少于3條的相位線為4條的情況下，其相位差均大致為90度。
19.一種光線用的移相掩模，其特征在于，具有相位不同的至少2個相位區、在相鄰的相位區之間規定的邊界線、以及沿邊界線形成在一邊的相位區內的遮光區。
全文摘要
在激光裝置(1)的前面經由光束擴展器(2)、均化器(3)和反射鏡(4)來布置移相掩模(5)，其間插入成像光學系統(6)，在移相掩模(5)的對面設置被處理基片(7)。被處理基片(7)被真空吸盤和靜電吸盤等基片吸盤(8)等保持在規定的位置上。
文檔編號B23K26/06GK1537323SQ0380072
公開日2004年10月13日 申請日期2003年3月19日 優先權日2002年4月23日
發明者谷口幸夫, 松村正清, 木村嘉伸, 伸, 清 申請人:株式會社液晶先端技術開發中心