TW200305792A - Apparatus and method for crystallizing material - Google Patents

Description

200305792 五、發明說明（1) 【技術領域】 …本I月疋關於形成膜（詳細的說法是構成膜的物質）例 如稷晶或是單晶膜（半導體膜）的結晶化之裝置與方法以及 相位位移遮罩，而相位位移遮罩即是使用相位位移器將相 位調變後之光線做結晶化處理的膜，例如照射晶 晶膜（例如半導體膜）而結晶化的膜。 阳次非 【背景技術】 顯不裝置 之中被用來控制施加在這 這些切換元件的驅動電路 薄膜電晶體 在這些電晶體的主要部之 矽 晶石夕（polycrystal ingle crystal silicon: 電子之移動速度來得高， 以做成電晶體時，其優點 的反應，以及減少其他零 器之中的驅動電路和DAC 也可以高速地動作。 所構成，其移動速度比單 就半導體元件而言，在液晶 (Liquid-Crystal-Display：LCD) 個畫素的電壓之切換元件和驅動 之半導體元件，眾所週知的乃是 (Thin-Film-Transistor·τρτ)。 材料，眾所週知的大分類為非晶 (amorphous-Si1 icon：a-Si)，複 siliC〇n:p〇ly-Si)，和單晶石夕（s s i ng1e-S i) o 因為單晶矽比複晶矽的各個 而複晶矽又比非晶矽來得高。 為切換速度很快，加速了顯示器 件的設計臨界等等。 口口 利用上述的電晶體構成顯示 等等周邊電路時’使得這些電路 前述複晶矽是晶粒的集合體

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五、發明說明（2) 曰曰矽低，另外當電晶體小型化時，進入通道的粒 偏差的問題。 i㈢有 為此最近有各種提案以形成大顆粒複晶矽甚至 矽的方法。 疋早日日 就其中的一種方法而言，眾所週知的相位控制 ELA，(Excimer Laser Annealing)是在相位位移遮罩 ^半導體膜接近的狀態，將脈衝雷射通過相位位移遮 ^射=曰y匕的膜。例如在此所參照的本技術，在表與 π揭^0·5, ρρ·278-2δ7,2 0 0 0之中有詳細的說明。另夕Γ =，的技術在特開2 0 0 0—3 0 685 9 (公開於2 中也有說明。 日）之 迷罩：=Ϊ制？Α方法乃是藉由將通過相位位移遮罩的 Γ ’交互地在之間移動，而在相位 波峰圖t，將這逆波峰圖案的 往周圍顯向成長)，並：大向地 位置。在此最小強度是位於波峰的 日日^置在指定的 峰圖案是遠離這波峰反而強度 /、έ又，而所謂逆波 # 強度圖案。位於這連續或是不：二地變高的-個逆山型的 案在這說明書稱之為逆波峰波形g S延波峰圖案之強度圖 設定前述相位位移遮罩的木 之面（簡稱為半導體面）之距離^和此遮罩與結晶化的膜 之角度分布，依據膜的面可=射向半‘體膜的雷射光 J以求鼻出理想的光強度剖面。 200305792 五、發明說明（3) 相值控 剖面，會儘 型的間隔大 由雷射的照 了相位位移 因此伴 法正確地進 為了能 的半導體面 半導體基板 節用的感測 制ELA為了求算出對應相位位移遮罩的光強产 可能地接近半導體面，且保持必要的間隔，： 約是數P至數百_。兩者如此地接近時，： 射’ 一部分的半導體膜會脫落而飛散，並污； 遮罩。 隨而來所使用的光強度圖案也劣化了，因而盖 行結晶化的問題。 … 夠精確地照射，必須調整相對於相位位移遮罩 在光轴方向的位置。但是因為相位位移遮罩和 之間的間隔非常地狹窄，因而無法插入位置調 系統和感知用的光束等等的問題。 【發明之詳細說明】 本發明的目的就是為了提供—技術以避免當通過相位 位移^罩的遮罩之光線例如雷射光，照射在被處理基板時 的脫落所造成的污染，而且可以在相位位移遮罩和被處理 基板之間插入規定之元件，例如用以決定相位位移遮罩的 位置之感測器。 為了達成目的，在本發明的形態一中所提到的結晶化 裝置’其中具備有： 一射出光線之光源； 、遮罩接收來自此光源的光線並將此光線的強度分布 做成波峰值是最小強度的逆波峰圖案；以及 成像光學系統位於此遮罩和被處理基板之間，能將

第9頁 200305792 五、發明說明（4) 上述逆波峰圖案的光線在被處理基板成像，將被處理基板 一部分的物質結晶化； 而在本發明的形態二中所提到的結晶化方法之特徵， 其中具備有： 使用相位位移遮罩而在此遮罩的相位位移部出現光強 度大約是0的波峰值之逆波峰圖案； 將此逆波峰圖案的光線照射在被處理基板，將基板一 部分的物質結晶化之結晶化方法；以及 藉由設置於前述相位位移遮罩和被處理基板之間的成 ’能將前述相位位移遮罩的圖案之光線在被處 理基板成像。 而在本發明的形態三中所提到 位移遮罩m中具備有1的使^射光線的相位 遮罩圖：至少有3以上的相位位移線所形成的 而以此交？為中心所形成的圓形範圍-挛 分值大約是0。 仍牙透率之積 【實施發明之最佳形態】 以下說明請參照本發明的實施形態之 圖一所示是本發明的膜結晶化裝置哥，面。 的結晶化半導體膜的製造裝置之概略圖。一個實施形態中 此裝置具有準分子光線源j以及在 序配置波束擴大器2、均相器3以及鏡子4、置的振盪側依 射裝置1 0。此照射裝置也可以照射出φ所構成的雷射照 田于光以外的光線做 200305792 五、發明說明（5) 為光源。自前述雷射光源1照射出的雷射光依據波束擴大 為2規定的直徑擴大後，光強度以均相器3均等化，照射相 位位移遮罩5。在此雷射照射裝置丨〇的雷射光射出側依序 配置相位位移遮罩5、成像光學系統6和基板支撐體8。此 基板支技體8是例如真空夾盤和靜電夾盤等等所構成，而 可在上方支撐被處理基板7。在本發明所謂的"被處理基板 本身是結晶化物質構成的基板，在支撐體上形成結晶化 ，貝的膜或疋層的基板。在本發明所謂的"結晶化物質" =經由照射雷射光’而成為接近結晶甚至是結晶構造的物 =，例如非晶構造的物質，成為複晶甚至是單晶，或是複 ，土 ,接近單晶的複晶甚至是單晶的物質。此物質的一個 晶T或是複晶石f ’也可能使用其他的材料。前述 樹月匕‘ r如疋，液晶顯不裝置的領域’例如玻璃或是合成 二。曰：ί，如是在半導體的領域，最理想的例如是矽基 為是以ί ΐ Γ形狀並沒有特別的限定’但在本實施形態因 Ϊ口；Β; 置的製造為…所以是長方形板狀。 上形成的非ϊ士杳日月，在此實施形態說明關於在玻璃基板 是：晶化成為複晶甚至是單晶的情形，但 & +心明亚不僅限於此。 别述所配置的基板岁ρ 板7的被照射面，亦二按二以_度保持被處理基 平行，最理想的是相對前过二入面和前述相位位移遮罩5 板Ut置於可選擇性的逑的相位位移遮罩5將被處理基 示）而互相垂直的3個方 °3軸表規定的驅動機構（未圖 亦即X(基板的長邊方向）、

第11頁 200305792 五、發明說明（6) Y (基板的寬邊方向）和Z (基板的垂直方向，亦即沿著成像 光學系統的光軸方向）。 前述成像光學系統如後述一般，只要可以將相位位移 遮罩的遮罩圖案在被處理基板的被照射面（射入面）成像是 不拘形式的，例如單純的單一成像鏡片也是可以的，最理 想的是以下說明的散焦法、N A (N u m e r i c a 1 A p e r t u r e :數值 孔徑）法和瞳孔函數法。 接著參照圖二A，二B說明利用散焦法的成像光學系統 的例子。 散焦法是在相位位移遮罩5和被處理基板7之間，置入 非常大的數值孔控（N A)的成像光學系統6，從成像光學系 統6的焦點位置到散焦位置保持被處理基板7的被處理面， 依據照明光的射入角度分布和遮罩圖案以及散焦量，調整 光強度分布的方法。

如圖二A所示，成像光學系統β之構成是依規定間隔互 相平行地配置1對成像鏡片，亦即凸透鏡6a和讣，而在這 些鏡片間則配置有規定的數值孔徑光圈6 c。在此光學系統 中，相位位移遮罩5的射出側表面之光強度分布幾乎是均 等的’此時在偏離相位位移部的焦點之位置產生了轉折條 紋’如圖所示的虛線的光強度分布（散焦像八）。相位位移 遮罩5的遮罩圖案透過成像光學系統6而在成像面成像。如 圖中以箭頭所指示的此成像面乃是位於遮罩的共軛面。在 此成像面的光強度分布在成像光學系統6的數值孔徑所決 定的解析度R = k；l/NA以下的成分會被剪除，基本上強度是

第12頁 200305792 五、發明說明（7) « 均等2。自此成，面到光軸方向前後相隔（自此成像面相 隔的實質距離相等於相位位移遮罩5和散焦像人之間的距 離)2個位置的光強度分布（散焦像B、c)是成像光學系㈣ 的數值孔徑所決定的解析度R = k λ /NA以下的成分會被剪 除、，但是基本上和散焦像A是相同的強度。如圖二^所示， 將被處理基板7的被處理面配置於這2個位置的任一個，藉 由光照身于，如同相位控制Eu法在相位位移部亦即在對應 相位位移邊界5a的被處理面上的圖案的位置，#由最小強 度例如0或是接近0的強度之逆波峰圖案，其 數個強度波形圖案以進行曝光。 似：¾疋後 此=逆波峰圖案的寬邊是乘以1/2散焦量比例擴大。 如前述成像光學系統6為例，全長（物體面和像面之 L距：)/:00°mm ’各鏡片6a，6b的焦距距離是25—，而光 的數值孔徑是0.2。雷射照明裝置1〇的光 f長為248_55nm，振i波長分布的半值全幅為〇·3_的 光，脈衝狀射出的KrF準分子雷射光源。 k上述照明裝置i 〇的雷射光，照射相位位移遮罩5 , 2述-般’透過此遮罩圖案在被處理基板成像，在 曰曰化物曰質f由熱處理非晶石夕的膜而…^ 位：，即可將膜的規定範圍或是全體結晶化。此a二 理基板7發生脫落，伸是 b t攸被處 ^ α ^ 彳一疋因為成像先學糸統6位於相位位移 =5和基板7之間，所以不會污染相位位移遮罩5。此移 面向基板7的成像光學系統6的鏡片6b有可能被污染，

200305792 五、發明說明（8) 所以此鏡片6b和被處理基板7之間的距離（此例約為2 5 0mm) 與一直以來的技術之中，相位位移遮罩和被處理基板之間 的距離（數/z m至數百// m)做比較，的確比較長所以光學系 統幾乎不會被污染。

在上述圖二A中，省略了對照被處理基板7的位置b或 疋C ( Z方向的位置）的瓜置。例如圖三所示的在相位位移遮 罩5和被處理基板7之間配置自動焦點對照裝置做為位置對 照裝置，如果在兩者的外側配置此裝置時，可以設定使檢 查波束通過兩者之間。為了傳到被處理基板的全面，得到 良品的裝置’需要此位置對照裝置。被處理基板位於其 間，此裝置是由狹縫光投影光學系統和狹縫光檢知光學系 統所構成。投影光學系統是由光源、和例如均相器丨丨將從 光源來的光形成狹縫光的曝光狹縫丨2和將此狹縫光偏向被 處理基板方向的鏡子13以及為了將自鏡子來的反射光在被 處理基板7的被處理面上形成狹缝像的投影鏡片丨4所構 成^檢查光學系統是由檢知出被處理基板所反射的狹缝像 之檢^器15和在此檢波器附近設置受光狹縫丨6以及依^裝 置在這些受光狹縫1 6和檢波器之間，將基板所反射的狹縫 像經由受光狹縫1 6，聚光在檢波器丨5的聚光鏡片丨7，使 光鏡片來的光通過前述受光狹縫且可以轉動的振動鏡子U ::广藉由調節此振動鏡子的角度位置和未圖示的駐動 機構’可以調節被處理基板的Z方向的位置。 接著參照圖四A，四B說明利用數值孔徑 糸統的例子。…說明的例子，如果元件是與前

第14頁 200305792 五、發明說明（9) " 散焦法的成像光學系統中的相同元件，會賦予相同的參昭 符號而省略其說明。 數值孔徑法是在相位位移遮罩5和被處理基板7之間， 置入可調節的數值孔徑（NA)的成像光學系統6，在成像光 學系統6的焦點位置保持被處理基板7，依據照明光的角度 分布和遮罩圖案以及數值孔徑，調整光強度分布的方法二 在圖四Α的光學系統是藉由成像光學系統6使相位位移遮罩 5的遮罩圖案成像。成像光學系統6的光圈6d是數值孔徑尺 寸，亦即可以變更數值孔徑或是準備複數個不同數值孔1 的光圈，藉由交換光圈來變更數值孔徑。 1 在此的光學系統，因為利用數值孔徑所決定的解析度 R - k叉/ Ν Δ以下的成分會被剪除，如圖四b所示的焦點面 相位位移遮罩5a之光強度是最小的，出現和例如;;的解析 ^同程度的寬邊之逆波峰圖案，在此的1^是照、射遮罩的 光子糸統的規袼和光源的相干性程度，依據解 大約是1的近似值。 又疋義 ::處理基板7裝置於前述焦點面’經由光照射 以產生、、Ό晶核。此時逆波峰圖案的寬邊，依 /ΝΑ的比例而決定。亦即當縮小數值孔徑，企 & λ 度時，逆波峰圖案的寬邊會變大。此時縮數+ '析 就如則述的使用小數值孔徑的光圈。 乃 、 這種形式的成像光學系統不需要置入相值位蔣诚罢 被處理基板之間，卻可以得到和上述的利 ^和 效果。 π蚁焦法的相同

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五、發明說明（11) "" — " 而形成後’只有圖案結構對應光穿透範圍A丨的部分並除去 的方法如此來，當反射一部分的光的瞳孔時，形成光 圈的材料亦即因為形成光半穿透範圍的材料不會吸收不需 要的光，所以，有光圈不會發熱的優點。此時來自光圈的 反射光正好照著其他的鏡片和鏡筒，希望在配置其他元件 時考慮不會造成雜光（迷光）的原因。 ，如上所述在具有完全光穿透範圍八丨和光半穿透範圍 的光圈6e，為了在兩範圍A1，A2之間不要有相位差發生， 希望在調整厚度和材料時多考慮。 在前述光圈6e的說明，省略了光半穿透範圍…如何做 =規定。此規定裝置例如位在光圈周圍以支撐光圈6e的元 <部份是由遮光材料所形成’經由反射或是吸收通過光圈 U的光所形成：、換句話說，也可以在接近光圈6e外側的 σ刀，形成圍繞光半穿透範圍的遮光範圍。 瞳孔函數法是利用一般瞳孔的數值孔徑比較大 點會變小，通過完全光穿透範圍^的光，因外 的數值孔徑會變小，如圖五Β的符號A1所示 2 =峰圖案(光半穿透範㈣也做為光遮 、』闊： ;光半穿透娜的光，因為外觀上的數值孔：匕)大； 圖五B的付號A2所不出現寬邊狹窄的逆波峰圖荦（锈a 圍也做為光半穿透範圍“測量）。 透乾 與彡从p , 必、、Ό禾現猎由成傻弁 =，6的瞳孔函數法做為完全光穿透範圍A1和 = 範圍A 2的函數和如圖所示在隹 半牙透 %择u ^ 在焦面的相位位移部，包含朵 又為〇的波峰值的強度是位於低側的第一圖案和位於高 200305792 五、發明說明（12) ' 側的第二圖案，而位於第一圖案和第二圖案之間的段部，使 得第一圖案的寬邊比第二圖案的寬邊廣闊彳艮多之2段逆波 峰圖案。 / 在此瞳孔函數方法，出現逆波峰圖案的原理和數值孔 徑法很相似，但是數值孔徑法只有控制圖案的大小，而瞳 孔函數法還可控制圖案的形狀。 在此焦點面配置被處理基板7，再以光照射時，因為内 側亦即第一圖案是光強度略為〇的最小強度，在此是結晶 核。因為外側亦即第二圖案是對應光強度分布，產生的溫 度斜率，橫向地結晶成長和如圖四β所示的單逆波峰圖案時 比車父容易。 ,' 完全光穿透範圍Α1和光半穿透範圍Α2的形狀都是圓形 的也好。但是橢圓形的長度由於ΧΥ方向是不同的，所以2段 逆波峰圖案的光強度分布，就可以讓X和Υ方向是不同的。 設定2段逆波峰圖案的内側亦即第一圖案的直徑為D工 外側亦即第二圖案的直徑為D2,角度顯示的光半穿^範圍’ A2的直徑為<91，完全光穿透範圍A1的直徨為θ2。 耗 可以計算 D卜k λ /sin 0 1 D2 = k λ/sin θ 2 在此的k是照射遮罩的光學系統的規格和光源的相干 私度，依據解晰度的定義大約是1的近似值。、， 峰圖案的内側的直徑D1和外側的直徑D2,各個光半穿透^ 圍A 2和完全光穿透範圍A1的大小成反比。 因此如圖六A所示，因為完全光穿透範圍A1是X方向短 200305792 五、發明說明（13) Y方向長的長方形，該逆波峰圖案的光強度分布如圖六B的 A1所示，X方向的寬邊是廣闊（以D2表示），γ方向的寬邊是 狹窄（以D3表示）。對此因為光半穿透範圍Α2是圓形，所以 該逆波峰圖案的光強度分布如圖六Β的Α2所示，X方向和γ方 向是相同狹窄的寬邊（以D1表示）。也就是說兩逆波峰圖案 的和之2段逆波峰圖案的光強度分布是如圖六6的人1+ Α2所 L外側亦即第二圖案，X方向的寬邊（D2)是比u向的寬 邊(D3) $闊’内側亦即第—圖案，χ方向和γ方向的寬邊是 相同狹窄（D1)。圖七所示是2段逆波峰圖案和瞳孔的㈣ 之平面圖。從圖七可知道對應光穿透範圍Al的第二圖案， k切面是擴圓形（長直徑是D2,短直徑是㈣），對應光半穿透 範圍A2的第-圖案，橫切面是圓形（直徑細）。因為這㈣ 段逆波蜂圖案的第二圖案的X方向的寬邊和γ方向的寬邊， =藉由光穿透範圍Α1的X方向的長度和γ方向的長度所設 疋’所結晶化的結晶之形狀和其配置的程度可以控制在χγ 方向不同。 特別是外側的逆波峰圖案d圖案），所謂其χγ方向 不同的直徑，在基板上的強度分布的變化斜率也是不同。 結晶是斜率大的方向，亦即在外侧的逆波峰圖案之短轴方 向選擇性成長，結果結晶在該方向有高的電子移動速度。 將此方向契合電晶體的源汲極的方向，就可以製造更好特 性的電晶體。 如此一來瞳孔函數法不但可以形成數值孔徑法特長的 2段逆波峰圖案，而且更有效的結晶化。

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五、發明說明（14) 在本發明的實施形態 ，， 準分子雷射和光學系統發:光學系統，如前所述，組合 此時希望能確保相位位移0射光照射相位位移遮罩。 射入角度方向的統_性。特、，内的光強度的均等性以及 的振盪位置偏差，希望# &、別疋因為準分子雷射在每脈衝 同時因為不降低在等地結晶化。 對比（不提升逆波峰圖幸、’、6、相位位移遮罩的散焦像之 (接近平行光）。另外為了〜心強度），最好是發散很少 某值以上的數值孔徑和抑：：2要的解析度，最好能確保 數值孔徑法不同於Γ隹統的像差量。 行光）。另外為了除去企円、、招丄取理想是發散很少（接近平 是具有設定數值孔二規圖定規值？，'度以上的 以下參照圖二A，二B % : /周整機構。 的具體例子。在本I触# ^彳用散焦法的成像光學系統 KrF準分子雷射光本槿7丨子’雷射裝置1是波長24—的 大後，光強度以均=的光束依據波束擴大器2擴 均相器3利用和二』=照射相位位移遮罩5。 γ 每 、又，的曝光機所使用同樣的蠅眼鏡片 了^現。此照明裝置1G的數值孔徑是GQ5。 無限Si學:ΐ統6使用射入瞳孔和射出瞳孔的兩方位於 倍率L 心系統’其基本規格是數值孔經為0. 2， 以下芩照圖八說明相位位移遮罩5。 拔所相位位移遮罩就如前述眾所週知的例子中記載的透明 ”、例如在石英基本材料設置不同的厚度互相地結合範

第20頁 200305792 五、發明說明（15) 圍，而在這些範圍間的段差（相位位移部）的邊界，轉折以 及干涉射入的雷射光線，將週期的空間分布賦予射入的雷 射光線之強度。如圖八所示即為相位位移遮罩的一個例田 子。此相位位移遮罩5交互地排列的相位是厂的第一條狀 範圍（相位範圍）5b和相位為〇的第二條狀範圍（相位範 圍）5 c，使得鄰接的圖案是逆相位（1 8 〇。偏移）。 這些條狀範圍（相位位移線範圍）具有i 〇 " m的寬邊。 具體=說，相位位移遮罩5相對於2 48nm的光，相位相當於 死的深度，亦即圖案蝕刻248nm深度，製作曲折率是丨.曰5的 ，方形之石英基板。經由蝕刻所形成薄的範圍是第一 軏圍5b，而未蝕刻範圍是第二條狀範圍&。 、 在如此構成的相位位移遮罩5，通過厚的第二相位 圍的雷射光，比通過薄的第一相位範圍5b的雷 iso。此結果可以得到大致和如圖十所示的雷射光了 :分布同樣的強度分布，在雷射光間，發生干涉和轉 亦即為了通過相位位移部的光是鄰接相互逆相位 ^對應這些範圍間的位置，光強度是最小，例：通 :取小強度的範圍或是附近範圍是半導體結晶化時的核 一般設定雷射光的波長為λ ，為了 明媒質，加上18。。的相位差的透明媒f的/二-=， 圍和薄的範圍之厚度差）為 （尽的範 ΐ: λ/2(η · 1)所示。 以下說明結晶化的具體例子。

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6mm的液晶顯示器用玻璃板 ’依序將基礎膜和非晶矽膜 形 被處理基板7是在厚度〇 . 上，使用以化學氣相成長法 成的膜。 離1 Ο Ά的隹構/成，在成像光學系統6的焦點位置下側距 得在非曰石/眩而，設置被處理基板7 ’施以脈衝照射使 付在非晶石夕膜面上的井能吾 日刀鉍都〜3 At旦 九此里（目外間地將非晶矽膜的雷射光 二射口^谷㈣此f之容量）是約100mJ/Cm2。 布。：：ΐ不疋以上述條件計算，所求算出的光強度分 r ^ ^ ^可以理解對應相位位移遮罩5的相位位移部

^所疋在相位位移部附近對應最小強度時的逆相位圖 ς =成的強度波形圖案。各逆相位】 条狀範圍5b，5e的寬邊之…m。結果是可以藉由相對= :位移士遮罩5’將被處理基板在圖十的紙面上直行方向移 動，同時向非晶石夕膜照射雷射光，在χγ方向皆為間隔1〇_ 所控制的結晶粒位置得到複晶石夕膜。 接著表不使用利用數值孔徑法的成像裝置的具體例 子。基本上是使用和前述具體例子中類似的光源、光學系 統。但是在本具體例藉由交換成像光學系統的光圈（圓形 的孔徑），備有可以調整成像光學系統的數值孔徑之機構。 以此機構调整成像光學直徑的數值孔徑為〇 . 1，照明系統的 數值孔徑為〇 · 〇 5，如前述的具體例，將被處理基板7設置於 成像光學系統6的焦點位置，施以脈衝照射使得在非晶矽 膜面上的光能量是約l00mJ/cm2。 圖十一所示是以上述條件計算，所求算出的光強度分

200305792 五、發明說明（17) 布。使用此裝置時也是如同前述的具體例，可以理解同樣 的強度波形圖案會形成。此時XY方向皆為間隔1 〇 A m所控 制的結晶粒位置得到大顆粒的複晶矽膜。 在前述的具體例，相位位移遮罩5如圖八所示是使用複 數的互相平行地直線狀的相位位移部，但並不限於如此。 例如也可以垂直相位位移線，將相位〇和π格子狀地配 置排列。此時形成沿著相位位移線的格子狀的光強度〇之 fe圍。為此，結晶核是在這線上的任意位置發生，所以具有 難以η控制結晶粒的位置、形狀。因此為了控制結晶核的發 生，最好強度0範圍是點狀。為此使得垂直相位位移線的相 位f移量不滿180。，由此在對應相位位移線的位置，強度 I =(減少物的）完全地為〇，同時藉由設定交點周圍的複合 物牙透率的和為〇，可以對應交點的位置之強度為^。 干各說明此一例子。此遮罩5如圖九a所 ’、、疋不同厚度的4個正方形範圍5e，5f，5g和5h所構成 的正方形圖宰的複教的 η所構成 5e是Π 2 / 。在各組如圖九Β所示，第-範圍 範圍^離3以。這此W 相位為第— 第二、第：些乾圍5e*5h的厚度之間有厚度的 和兀。 g相對於弟一乾圍的相位各為π / 2 在此遮罩的第_ 5 ^ ΑΛ- 正方形圖案的二=範圍的相鄰接合的部分，例如 是結晶核，所以可以容"VI!的範圍:也就是說因為此點 夫昭 也控制結晶粒的位置和形狀。 Μ圖八以及圖九Α所說明的遮罩圖案最好是：用本

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發明的投影光學系統的方法和組合，但是並不限定口 這些，也可以使用一直以來的相位控制ELA法。疋/、、用

Qxf 可能口 在相位位移線或是垂直點的強度是〇且有效。 〃 在前述的實施形態，就不同相位範圍（相位範 邊界線（圖八）或是邊界點（圖九A以及九B)來說明曰、 遮罩的相位位移部。這是相位範圍只在透光性範圍=位移 本發明的相位位移部並不限於此，就算從邊界線或b ^邊 點稍稍位移也能形成。如以下之說明。 ’

在河述的散焦法，為了利用從成像光學系統的焦點位 置到所設置規定的間隙位置（如圖二A，B以及c所示的位 置）形成的光強度圖案（逆波峰圖案），在大的照明光的射 入角度分布時，因為間隙而發生失焦。此結果在相位位移 部的逆波峰是淺的（逆波峰值的強度是很大）逆山形狀， 容易受到來自光源的雷射光的面内強度不均勻和振盪脈衝 的強度偏差的影響，恐怕不能均等地結晶化。 此時如圖十二所示，在相位位移遮罩5的一方的相位 範圍（在此實施形態是第二相位範圍），藉由沿著邊界線設

置覓邊小的遮光範圍，可以解決，參照圖十三說明此理 由。 將平行光射入相位位移遮罩5時，在相位位移部的光 強度分布是依據第一相位範圍5b轉折條紋的振幅（1)加上 依據第二相位範圍5 c轉折條紋的振幅（2 )，將其平方而得 到光強度分布（3)。散亂光射入相位位移遮罩時，最終的 轉折圖案是依據複數來自不同角度的光，將光強度圖案積

第24頁 200305792 五、發明說明（19) 分。因此射入角設為0 ，前述間隙設為z時，依據干涉和 轉折的光的光強度圖案為僅考慮在ztan θ面内的位移y而口積 为日可，在沒有設置遮光範圍時，如前所述’成為夾住邊界 線的山形形狀。但是如圖十二所示設置遮光範圍S時， 成為如圖十三所示的第二相位範圍5c轉折條紋的振幅 (2) —。結果如圖所示成為依據第一相位範圍⑪轉折條1 振幅（1)加上依據第二相位範圍5〇轉折條紋的振幅 而得到光強度分布⑺，藉由將遮光範圍的寬邊〇如 I::逆範圍S，成為具有強度約為◦的波峰值’ 為射！射二相位位移遮罩時，射入角的位移量僅 寬、#ί) 9 因為有ztan 0,如果滿足遮光範圍s的 案^ > Ztan θ ，則可得到如前所說明的（4)所示的圖 =:參照圖十二所示說明相位位移遮罩的具體例子。 波長的本f是丨.5的長方形之石英基板，相對於248nm的 度，%^j位相當於7^的深度，亦即圖案蝕刻248ΠΠ1深 5c。此Λ、相位乾圍5b，而未蝕刻範圍是第二相位範圍 “ m ,第1、的*圖案將會使得第一相位範圍5b的寬邊為1 4 移遮罩的—目位範圍5 C為6 # m。之後藉由濺擊而在相位位 圍兩側和沪^ t成路的膜’形成的圖案將會使得在相位範 此時$ # : ^ 相位範圍5b的邊界線形成遮光範圍s。 才f先摩巳圍的寬邊D為4/^。 使用如上印*/ 汀建所形成的相位位移遮罩5，在圖二A所示

第25頁 200305792 五、發明說明（20) 的裝置做結晶化。此時在成像光學系統6的焦點位置下側 距離2 0 // m的C位置（亦即Z二2 0 // m)，設置被處理基板7，施 以脈衝照射使得在被處理基板的非晶石夕膜面上的光能量 (瞬間地將非晶石夕膜的雷射光照射部溶融能量之容量）是約 1 0 OmJ / cm2。結果可以將非晶矽結晶化而得到控制結晶位置 後的大顆粒的複晶碎。 没置上述的遮光範圍s的技術是如圖十四所示，可以 適用在許多的形態的相位位移遮罩。此例也適用在如圖九 A所示的遮罩，正方形的相位範圍之中，沿著相鄰接合的 相位範圍的邊界線，在一方的相位範圍設置遮光範圍s。 在此例可以得到具有點狀的波峰值的尖銳逆波峰圖案 比4個相位範圍的交點稍稍位移的地方。 上述的遮光範圍除了如上述所示，藉由吸收光的鉻之 類的材質的膜而形成之外，也能以種種的技術而形成。例 如遮光範圍也能由對應射入雷射光的波長的多層膜而形 成’就鼻形成凹凸使得射入光散亂或是轉折也可以。 構成前述成像光學系統的光學要素並不限鏡片系統， 鏡子系統也好。另外鏡片和鏡子的複合系統也好。 接著參照圖十五A至1 5 E說明使用本發明的製造裝置和 方法而製造電子裝置的方法。 如圖十五A所示，全體的傳到長方形的絕緣基板3 〇 (例 如鹼玻璃、石英玻璃、塑膠和术U < 5 K'等等）上，使用化 學氣相成長法和濺擊法等等，將基礎膜3 1 (例如膜厚約 5 0nm的SiN膜和膜厚約l〇〇nm的Si02膜和積層膜等等）和非晶

第26頁 200305792 五、發明說明（21) =導體膜32(例如膜厚約5〇nm至2 0 0 ·的Si，Ge和SiGe等 等）形成膜。接著非晶半導體膜32的表面的一部分或是全 面的’、、、射準分子雷射33(例如KrF和XeCl等等）。在此每準 分子雷射光照射時是使用前述實施形態所說 二：此結果t圖十五B所示，非晶半導體賴會結晶化 使：：m:、。如此-來所形成的複晶半導體膜34與 位置可以=二2製造裝置的複晶半導體膜相比較，結晶粒 交、為所控制的大顆粒複晶或是單晶半導體膜。 工為島十五^斤示，使用微影將單晶半導體膜34加 孔不目成長法和潑整法望楚 ^ ^ ^ ^ 〇π革法4寻，在基礎膜31以及半導體膜35上 形成胰厚約20·至l〇〇nn^々Si〇2膜。 極電=對，，閉極絕緣膜36上的半導體膜35處形成閑 夕化物和錮鶴等等）。如圖十五D所示，遮 碟，H極37 ’將雜質離子38(如果在ν通道電晶體是 得此電晶體是蝴)注入前述半導體膜35中，使 ====:然後將此裝置全體以⑽ 於雜所：曲二古' 中勺雜貝活性化。結果此半導體膜35是位 ^ 4 i t i ^ ^42 ^fal ? ^^1 ^37 5 勺滩貝/辰度低的通道範圍4 0。 緣腺I著在間極膜36上形成層間絕緣膜39。而在此層間絕 觸孔。2 =極膜36對應前述源極41和汲極42的地方打開接 士圖十五E所不，使用成膜以及圖案形成技術在層間

第27頁

200305792 五、發明說明（22) 絕緣膜3 9上形成 極4 3以及汲極電 電晶體是形成通 因為措由說明過 顆粒的複晶或是 雷射光處理的非 單晶化電晶體可 體（SRAM，DRAM) 壓的電路是非晶 如驅動電路的電 單 源極4 1以及汲極4 2經由接觸孔，和源極電 極4 4電氣的連接。如此一來所形成的薄膜 道40範圍的半導體，在圖十五A以及十五6 的雷射光照射技術處理，可以理解成為大 晶。也就是說如此的電晶體和使用沒有 曰曰半導體比較，切換速度較快。複晶或是 以設計電路使得具有液晶驅動功能、記憶 和CPU等等的積體電路的功能。需要耐電 f導體膜形成，而在需要高速移動速度例 曰曰曰體等等是複晶或是單晶化形成。 【產業上的利用可能性】 * % t ί = i的說0月，透過本發明之相位位移遮罩n 因為間隔距離，在基板之間配置成像光學系統， 污染遮罩。在田^照射半導體膜時發生脫落也不會 另外在相位位孩、命π 位置計測用的感例if:和被處理基板導也可以插入 其他本發明射;^知用的光線等等。 法以及本發明的散隹2偟法和-直以來的相位控制ELA θ ia '、、w套比較，有4個優點。 弟一疋相對於弁紅 、 半導體膜的表面就管二’由於被處理基板本體前後起伏， 第二是就算照後而圖案變化也很少。 少。 的散亂度變化，而圖案變化也很

第28頁 200305792 五、發明說明（23) 特別是散亂大時，也如散焦法一般，圖案的對比不會 降低。 第三是光強度分布在相位位移部以外的起伏很少，接 近理想圖案。 第四是決定被處理基板的光軸方向的位置，就不需要 像在“散焦法”控制散焦量，因為只要單純地保持在焦點 面即可，所以容易控制。

第29頁 200305792 圖式簡單說明 圖一所示是本發明的一個實施形態中所提到的結晶化方 法’以及該實施裝置的單，全體之概略圖。 圖二A所示是對應圖一中的結合光學系統裝置的散焦法而 構成的例子之概略圖。而圖所示是此裝置的相位位移 遮罩和在半導體面的強度圖案的關係之概略圖。 圖三所示是構成一決定被處理基板的位置之裝置的例子之 概略圖。 圖四A所示是對應圖一中的結合光學系統裝置的-法而構 成的例子之概略圖。而圖所示是此裝置的相位位移 罩和在半導體面的強度圖案的關係之概略圖。 圖五A所示是對應圖-中的結合光學系統裝置的瞳孔函數 法而構成的例子之概略圖。而圖五6所示是此裝置的 和在半導體面的強度圖案的關係之概略圖。 圖六A所示是在圖四B中的瞳孔和波形圖案的關係之概略 圖。而圖六B所示是各個藉由瞳孔的半透明範圍和透 圍所形成的波形圖案之概略圖。 圖七所示是使用在圖六A中的曈孔所得到在χγ方向不 光強度分布的2段逆波峰圖案之平面圖。 、 圖八所示是一個將 遮罩的例子之概略 圖九Α和圖九Β所示 相位位移遮罩的例 圖十是利用本發明 圖十一是利用本發 相位位移範圍做條紋 平面圖。 是一個將相位位移範 子之斜視圖以及平面 中的散焦法之光強度 明中的NA法之光強度 狀排列的相位位移 圍做格子狀排列的 圖。 分布圖。 分布圖。

Claims (1)

1. 200305792

   之構成，其中具備有： 光源； 自此光源的光線並將此光線的強度分布 強度的逆波峰圖案；以及 統位於此遮罩和被處理基板之間，能將 光線在被處理基板成像，將被處理基板 結晶化 ； 鄰接合範圍相互的厚度是不同的，在這 差的相位位移部具有所規定的相位位移 圍第2項的結晶化裝置。 圍第2項記載之結晶化裝置，前述遮罩 的〇的波峰值，相位位移部的相位差為 l · 一結 一射 一遮 做成波峰 一成 上述逆波 一部 2. 前述 些範圍之 遮罩之申 3. 如申 是使得強 180 ° 。 晶化裝置 出光線之 罩接收來 值是最小 像光學系 峰圖案的 分的物質 遮罩是相 間有相位 清專利範 請專利範 度是實質

   4.如申f專利範圍第1、2或是3項記載之結晶化裝置更 具備有在前述成像光學系統的焦點位置到僅間隔規定距離 的政焦位置’支撐被處理基板的支撐體。

   5 ·如申請專利範圍第1、2或是3項記載之結晶化裝置具 備有在前述成像光學系統的焦點位置，支撐被處理基板的 支樓體。另外前述成像光學系統具有可以變更數值孔徑的 光圈使得可以調節前述逆波峰圖案的寬邊。 6 ·如申請專利範圍第5項記載之結晶化裝置，當設定前 述光線的波長為；I ，前述光圈的數值孔徑為NA時，前述逆 波峰圖案的寬邊D是 D = k λ /NA(k 是0· 5〜2 的值）

   第32頁 200305792

   六、申請專利範圍 7 · 如申請專利範圍第1、2或是3項記載之处曰 日日化裝置更 具備有在前述成像光學系統的焦點位置，支矜^ ^ 、又存別迷被處理 基板的支撐體。另外前述成像光學系統是具有目土 ^ ^ ^ 述逆波峰圖案包含波峰值的強度是位於低側 , _ v弟一圖案和 位於南側的第二圖案 而位於第一圖案和第一间 % —圖宰：^問白6 段部，使得第一圖案的寬邊比第二圖案的寬邊庳〃 π a、士丨么囬本 故廣闊很多之2 丰又逆波峰圖案。 8 · 如申請專利範圍第7項記載之結晶化裝w，、， 5 'rJT 、+、 1Λ /A 光學系統的前述瞳孔具有光穿透範圍和圍繞此光:^ ^ _ 的光半穿透範圍，另外前述成像光學系統的瞳孔牙透範圍 數的分布大小是當設定前述2段逆波峰圖案的第一的射出函 寬邊為D1 ，第二圖案的寬邊為D2，角度顯示的^圖案的 透範圍的直徑為Θ 1，光穿透範圍的直徑為Θ 2時、、凡干牙 Dl=kA/sin01(k是0.5〜2的值） 才’滿足 D2:k λ /sin <9 2(k 是0· 5〜2 的值） 9 · 如申請專利範圍第1項記載之結晶化裝置，目丄 且具有相位 位移遮罩，而前述遮罩的遮罩圖案至少有3以 丄的相位位 移線所形成的交點，而以此交點為中心所形成的圓妒^圍 的複合物穿透率之積分值大約是〇。 ^ 4 $

   10·如申請專利範圍第9項記載之結晶化裝置，前述3以上 的相位位移線，其任一個相位差均不滿1 8 〇度（π )。 11·如申請專利範圍第9項記載之結晶化裝置，前述4的相 位位移線，其任一個相位差均略為9 0度。 12. 結晶化方法之特徵，其中具備有：

   200305792 六、申請專利範圍 使用相位位移遮罩而在此遮罩的相位位移部出現光強 度大約是〇的波峰值之逆波聲圖案； 將此逆波峰圖案的光線照射在被處理基板，將基板一 部分=物質結晶化之結晶化方法；以及 藉由設置於前述相位位移遮罩和被處理基板之間的成 像光學系統，能將前述相位位移遮罩的圖案之光線在被處 理基板成像。 13·如申請專利範圍第1 2項記載之結晶化方法之特徵，苴 中具備有： 在i述成像光學系統的焦點位置到僅間隔規定距離的 散焦位置，保持前述被處理基板的狀態，將光線成像完成 結晶化。 14·如申請專利範圍第13項記載之結晶化方法之特徵，豆 中具備有： 〃 在則述成像光學系統的焦點位置，保持前述被處理基 板，同時變更此成像光學系統的數值孔徑，調節前述逆波 峰圖案的寬邊’將純在前述被處理基板成像完成結晶 化。 15.如申請專利範圍第1 2項記載之結晶化方法特 中具備有： u 在前述成像光學系統的焦點位置，保持前述被處理基 板，同時將逆波峰圖案設為2段逆波峰圖案，使得此成像 光學系統的瞳孔的射出函數是外側範圍和内側範圍的大小 2種類的分布的和，將光線照射在前述被處理基板完成結

   200305792 六、申請專利範圍 晶化。 16·光線用的相位位移遮罩之特徵，其中具備有· 遮罩圖案至少有3以上的相位位移線、 · t ,、，吓艰成的 $ IJh， 而以此父點為中心所形成的圓形範圍的複人 ”，、 分值大約是〇。 σ奶牙透率之積 17·如申睛專利範圍第1 6項記載之相位位移遮罩 其中具備有： 早 < 特致’ W述3以上的相位位移線，其任一個相位差均不滿1 8 度（7Γ )。 18·如申請專利範圍第1 6項記載之相位位移遮罩之特徵， 其中具備有： 所述3以上的相位位移線，設為4時，其任一個相位 均略為9 0度。 & 19.光線用的相位位移遮罩之特徵，其中具備有： 沿著不同相位的2個相位範圍和相鄰接合的相位範圍 間規定的邊界線，在一方的相位範圍形成遮光範圍。