TWI282581B - Crystallization apparatus, optical member for use in crystallization apparatus, crystallization method, manufacturing method of thin film transistor - Google Patents

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1282581 五、發明說明α) 發明背景 本發明關於一結晶化裝置以便以雷射光束輻照非晶或 多晶半導體薄膜，以產生結晶化半導體薄膜，關於一光 學構件用於結晶化裝置中，一結晶化方法，一薄膜電晶 體及顯示裝置。本發明特別關於一裝置及方法，其中一 非晶質或多晶質半導體薄膜利用相移掩膜以雷射光束相 位調變輻照，以產生結晶化半導體薄膜。 一種薄膜電晶體（TFT)之材料用於切換裝置中以控制加 在液晶顯示器（LCD)之像素上，其可略分類為非晶矽，多 晶及早晶碎。 非晶矽可獲高持久特性。多晶有一高於非晶矽之電子 移動性。因此，多晶形成之電晶體之優點為切換速度 快，對顯示之響應亦高，以其他組件之設計邊際與非晶 電晶體比較可降低。除顯示器之主體外，週邊電路如驅 動器電路及DAC可併入顯示器中。此案例下，此等週邊電 路可以高速操作。 多晶係由晶粒之聚集而構成，具有較單晶矽為低之電 子或洞移動性。此外，利用多晶構成之薄膜電晶體（F ET ) 中，存在於溝道部分之晶粒邊界數目之起伏為一問題。 為解決此問題，產生具有較大晶粒直徑之多晶之結晶化 之方法，已於最近提出以改進電子或洞移動性及降低每 一 FET之溝道部分中晶粒邊界數目之起伏。 此型結晶化方法中，一 π相位控制激發雷射退火π已為 人知，其中多晶矽或非晶半導體薄膜以激發雷射經一相

第12頁 1282581 五、發明說明（2) 移掩膜輻照以產生結晶化半導體薄膜。相位控制E L A之細 節揭示於”表面科學，21卷，第5號，278-287頁， 2 Ο Ο Ο π ，及日本公開專利申請No . 2 0 0 0 - 3 0 6 8 5 9中。 在相位控制E L A中，反向峰值光強度分布（光強度分 布，其中光之強度在具有最小光強度位置之距離增加 時，強度迅速增加）已由相移掩膜產生。多晶或非晶半導 體薄膜以光束輻照，其定期具有反向峰值型光強度分 布。結果，根據光強度分布，產生一溶化區域，晶核在 位於具有最小光強度位置之對面之部分形成，該部分未 熔化或首先凝固。當晶體自晶核以橫向方向週邊生長時 (橫向生長），具有較大直徑之晶粒（單晶）則得以產生。 例如，當製造一液晶顯示器時，需要在每一像素區上 述之結晶化之電晶體形成區之比值通常甚小。傳統技藝 中，包括複數個二維安排之相移部分之相移掩膜以雷射 光束均勻輻照。因此，自一光照明系統供應之雷射光束 之大部分不分布至電晶體形成區之結晶化，故所謂光量 損失甚大。 此外，如上述，在傳統技藝中，半導體薄膜以一光束 照射，其有一反向峰值型光強度分布。 在光強度分布中，晶核在光強度最小之位置相對之部分 形成。因此，可控制晶核形成之位置。但無法控制相對 配置之二反向峰值部分間之中間部分之光強度分布。 實際上，在傳統技藝中，在中間部分之光強度分布涉 及不規則之波動（波形分布中，光強度分布中光強度之增

第13頁 1282581 五、發明說明（5) 傳遞係數較中間區為高。此外，光強度分布形成元件較 佳有一傳輸濾波器，配置在光照明系統之放射光瞳平面 中，或位於一具有預定傳遞分布之平面中。 多晶或非晶半導體薄膜較佳與相移掩膜成平行配置或 在其附近。該裝置進一步包含光影像形成系統，配置在 多或非晶半導體薄膜與薄膜分開配置之相移掩膜之間。 多晶或非晶半導體薄膜可配置在與相移掩膜沿光影像形 成系統之光軸成光共軛之平面成一預定距離之處。此 外，該裝置進一步包括光影像形成系統，酉己置在多晶或 非晶半導體薄膜與相移掩膜之間之光路徑上，多晶或非 晶半導體薄膜設定在與相移掩膜成光共軛之平面附近， 光影像形成系統之影像側數值孔徑可設定為一能產生反 向峰值型光強度分布之一值。 根據本發明之第二特性，備有一光學構件包含：一波前 分配部分，其可凝聚具有同質入射光強度分布之光束以 便僅輻照預定之區域；及一光轉換部分，其轉換多個光 束為一具有反向峰值型光強度分布之一光束。 根據本發明第三特性，備有一結晶化方法，包含：凝聚 光束以便僅輻照一預定區域；轉換各光束為一具有反向 峰值型光強度分布之一光束；及以轉換之光束輻照及結 晶化非結晶化之半導體薄膜之預定區域（非晶或多晶半導 體薄膜）。 根據本發明之第三特性，具有同質光強度分布之光束 被轉換為具有向上凹面光強度分布之光束。或者，具有

第16頁 1282581 五、發明說明（6) 光強度分布包括在向上凹面部分内之反向峰值部分之光 束在一位置形成一影像，該位置與光共軛平面沿光軸離 開一預定距離，及非晶半導體薄膜以形成影像之光束輻 照及結晶化。 根據本發明第四特性，備有一結晶化方法，包含：凝聚 具有光強度分布之光束並僅輻照預定區域；轉換凝聚之 光束為具有反向峰值型光強度分布之一光束；及以轉換 之光束僅輻照及結晶化半導體薄膜之預定區域。 本發明之詳細說明 本發明之各實施例將參考伴隨之附圖予以說明。 圖1為一略圖顯示根據本發明第一實施例之結晶化裝置 之結構。如圖1所示，第一實施例之結晶化裝置：一光學 照明系統2用以照明待處理之基板4之半導體薄膜；一微 透鏡陣列3，其為波前分配元件配置在待處理之基板4與 光學照明系統2間之光路徑上；及一相移器，其為相移掩 膜1配置在微透鏡陣列3與待處理之基板4之間之光路徑 上。 待處理基板4之半導體薄膜之頂部表面配置在與相移薄 膜1平行及臨近之處（數微米至數百個微米）。該半導體薄 模由非單晶半導體薄膜構成，如多晶及非晶半導體薄膜 在一支樓基板上構成。該基板之獲得’係直接在液晶顯 示器玻璃板上直接構成一非晶矽薄膜，或在基板上以化 學蒸氣生長方法形成在基板上之下層薄膜如S i 02。在本

第17頁 1282581 五、發明說明（9) 當多層薄 要光之吸收 散光以造成 整’以使相 界線中之傳 成之中間區 圖3A為一 部分之一， 之多個基本 件。圖3 B為 本早部分 狀態。 膜用作為反射 不致產生熱。 閃光。屏蔽及 差不致發生在 輸之光中。在 1 2 a曾加說明 透視圖，顯示 其與包含一收 單元部分之一 一側視圖，顯 ，及一圖形顯 材料時，+ 但應':膚ί Z !即任何不需 反射ίΐ射之光不應構成雜 中間之厚度及型式應加調 每2a與週邊區l2b間之邊 弟只施例中，在一圓形中 ，但亦可形成三角或矩形。 構成相移掩膜1之多個基本單一 斂/發散袭置包括微透鏡陣列3几 有關’該陣列即波前分配元 示相移掩膜及微透鏡陣列之基 示微透鏡陣列3之入測光之凝^聚 圖3 A顯示一微透鏡元件（光元件）丨3，其為微透鏡陣列3 之基本單元部分，包括反射表面 1 3 a，其有二維曲線表面形狀，如部分球形，投影在相移 掩膜1之一側。以此反設表面1 3 a，微透鏡陣列3之微透鏡 元件1 3沿圖3B之X與y方向有一二維凝聚功能，即自光照 明系統2由大量凸透鏡凝聚之光入射每一微透鏡元件1 3。 放射大量凝聚光束（或部分光束）之每一微透鏡元件13之 狀態如圖3 B所示。結果，可獲得一反向峰值圖案而不受 浪湧之影響，稍後詳述。 如圖3A顯示，相移掩膜1之基本單元部分11在X及y方向 與微透鏡陣列3之微透鏡元件1 3有相同大小，及配置在X 一 方向與微透鏡元件13平形，及在z -方向（光方向）之元件

第20頁 1282581 五、發明說明（10) 附近。相移掩膜1之基本單元部分1 1四個矩形相移表面， 包括第一至第四區，11a至lid。第一及第三區11a及 1 1 c，與第二及第四區1 1 b，1 1 d為對角線配置。二對角線 配置區在發射光束之間提供相差冗。即相移掩膜1有一梯 形步進，故第一至第四區11a，lid有一共同相差7Γ/2。區 1 1 a及1 1 d包括斜度可由钱刻或沉積方法形成。· 具體的說，相移掩膜1係由具有與光束之折射係數1 · 5 具有波長2 4 8 n m之餘刻石英玻璃

蝕刻而成。此案例下，一斜度248nm在第一及第三區11a 與11c之間提供（第一及第三石英玻璃間之厚度差）。在第 一及第四區11a與lid間有一372 nm之斜度（石英玻璃之第 一及第四區間之厚度差）。一相移部分1 1 e在四相移線交 叉之附近形成，該線為各區1 1 a至1 1 d之邊界線。在相移 掩膜之相移線中，通過第二區丨i b之光相位較通過第一區 11a之光相位為遲。同理，通過第三及第四區lie至lid之 光亦落後通過區1 1 b與1 1 c之光7Γ / 2相位。結果，干擾及衍 射發生在通過區11a與lid之光。以此方式，一配置在與 相移部分1 1 e相對之部分，其中之相移線彼此相交指出為 零及接近零’因此，光強度分布指出一反向峰值圖案。

微透鏡陣列3及相移掩膜1之配置位置，可使衍射表面 1 3 a之中心與光軸之相移部分丨丨e對齊。例如，如圖4所 不’相移掩膜1係順序安排複數個基本單元部分丨丨於二維 中’即’ 2 X 2之矩陣形。以與相移掩膜1同一方式，微透 鏡陣列3係順序二維安排大量之微透鏡元件丨3構成（長度

第21頁 1282581 五、發明說明（π) 寬度與密度）。 圖4所示之本發明之相移掩膜1之基本單元部分1 1包括 四區，但亦可括二區，其對傳輸之光束之相差為7Γ。當相 移掩膜1在每一包含二區，此等區係交互配置成條狀。相 差可由改變石英玻璃板一部分或各部分之厚度而形成。 自光照明系統2放射及具有均質光強度分布之光束，經 微透鏡陣列3傳輸以輻照相移掩膜1。入射微透鏡陣列3之 各微透鏡元件1 3之光束部分通過衍射表面1 3 a受到凝聚功 能，再入射微透鏡元件1 3之焦點位置，或入射在配置在 以點形式之焦點附近之相移掩膜1之相移部分1 1 e。以此 方式，微透鏡陣列3構成一波前分配元件，配置在光照明 系統2與相移掩膜1之間之光路徑上，該波前將自光照明 系統2之入射光束分為複數個光束或光束部分。該波前分 配之光束聚焦在配置於焦點位置，或接近該部分之相移 部分1 1 e中。 圖5顯示由傳輸濾波器2 g及微透鏡陣列3之功能入射至 相移掩膜1之雷射光之光強度分布圖。以經過傳輸濾波器 2 g之傳輸通過微透鏡陣列3之光束而言，如圖2所示之特 性，光束之斜行部分較光束之垂直行部分為強。因此， 如圖5所示，光束在相移掩膜1上有一雷射光束之向上凹 面光強度分布，其中在每一如圖3 B所示之相移部分1 1 a之 光強度為最小，當自相移部分1 1 a 之距離增加時，光強 度增加。具體言之，雷射光束之向上凹面光強度分布 中，光強度在圖3 A中透鏡陣列3之衍射表面1 3 a之中心相

1282581 五、發明說明（16) 驅動電路之半導體薄膜，可被單調結晶化。 如上所述，在第一實施例中，自晶核之足夠橫向生長 可以實現，及可產生具有大晶粒之結晶化半導體薄膜。 由第一實施例之結晶化裝置產生之晶體具有大晶粒尺 寸，及有高電子移動性，特別在橫向生長方向（X及y方 向）為然。因此當電晶體之源及放極安排在橫向生長之方 向時，可產生具有良好性質之電晶體。 在第一實施例中，入射在微透鏡陣列3之光被大量微透 鏡元件1 3所波前分配，光束經微透鏡元件1 3所凝聚，對 應之相移部分1 1 e之附近被以點標狀光所輻照。在相移部 分1 1 e附近傳輸之光之部分構成點狀光束區6 2圍繞電晶體 形成區6 0。因此，自光照明系統2供應之大部光僅對理想 之電晶體形成區6 0之結晶化有貢獻，光足夠性之結晶化 滿意度亦可實現。 在第一實施例中如圖3B所示，微透鏡陣列3之微透鏡元 件1 3之各折射表面1 3 a為部分球體，但亦可有在X及y方向 有其他不同曲徑之曲線形狀。當折射表面13a之之X方向 曲徑與y方向曲徑不同時，點狀光束區有一橢圓形。橢圓 之長軸及短軸與X與y方向之二步進反向峰值型光強度分 布之寬度對應。因此，當點狀光束區在橢圓中形成時， 反向峰值部份之光強度之梯度與X及y方向之梯度不同。 因此，折射表面1 3 a之曲徑隨機設定，沿每方向之橫向生 長程度可能改變。 在此實施例中，假定光照明系統2之數值孔徑為ΝΑ 1，

第27頁 1282581 五、發明說明（17) 微透鏡陣列3之焦距（即微透鏡元件13之隹 鏡陣列3之數值孔徑為（即每一微透鏡^ )為=信微透 )為NA2 ’照明光之波長為入’微透鏡陣之數值孔徑 條件公式（1 )。 』較佳滿足以下 R2=k λ/NA2<fxNAl ⑴ 右側指出對應在相移部分丨丨之點奘本 之值，左側為微透鏡陣列3之清晰品二尺=(半徑） 二接，之-值，視照明相移掩膜，之光：月值系'先=指 格，或視自光源供應之光束之相關性之程产=之規 定義而定，故此處之常數可忽略❶當條件ς 1 ^之 =:雷射波束之向上凹面光強度分布可明顯ς成，如圖5 所不。因此，二步進反向峰值型光強度分布 成，圖8Α及8Β及9所示。 β Μ 在第一實施中，根據一般設計條件實施條件公式（丨）之 模擬，此模擬中，微透鏡陣列3之微透鏡元件丨3之節距 (尺寸）D设疋為1 0 0 u in ’焦距f為5 0 〇 u in，光照明系統2之數 值孔徑NA1設定為0· 02。此例中，微透鏡陣列3 ^數值孔 徑，即每一微透鏡元件1 3之數值孔徑n A 2由下列公式（a) 近似而得。 NA2 与D/F+ 1 0 0 / 5 0 0 + 0. 2 (a) 因此，公式（1 )之左侧及右侧由以下公式（b )，（ c )代 表0 R2= A/NA2 = 0.248/0. 2 =1. 2 //m (b)

FxN A 1 = 5 0 0 x0 . 0 2 = 1 0 //m ( c )

1282581 五、發明說明（18) 因此，清晰度R2為1.2 //in，與點狀光束區62之半徑 1 0 # m相比係足夠小，點狀光束區包圍電晶體形成區6 0。 因此，可知二步進反向峰值型光強度分布可明顯形成， 如圖8A，8B及9所示。 圖1 0為一圖解顯示根據本發明第二實施例之結晶化裝 置。第二實施例包括包括一結構與第一實施例相似，其 不同於第一實施例，因為相移掩膜1之配置與基板4分 開，一光影像形成系統6在掩膜與基板間配置。第二實施 例將配合與第一實施例不同處予以說明。為圖式清晰理 由，圖1 0中，光照明系統2之内部結構省略，圖1 - 9中相 同元件以同一號碼表之，細節說明甚為冗繁故省略。 在第二實施例中，待處理基板4自與相移掩膜1 (光影像 形成系統6之影像平面）光共軛之平面沿光軸分開一距 離。此案中，由相移掩膜1之功能，形成在基板4上半導 體薄膜上之影像中之雷射波束之反向峰值型光強度分布 之寬度之改變，與光影像形成系統6與待處理之基板4間 之距離之1 / 2平方成比例（即散焦量），假定光影像形成系 統6之清晰度足夠。應注意， 光影像形成系統6可為折射，反射及折射/反射光系統。 亦在第二實施例中，與第一實施例同一方式，待處理 之基板4之半導體薄膜以雷射光束輻照，該光束因三構件 包括傳輸濾波器2 g，微透鏡陣列3及相移掩膜1之功能而 具有二步進反向峰值型光強度分布。因此，自晶核之橫 向生長可到達峰值而未中途停止，此大尺寸晶粒結晶化

第29頁 1282581 五、發明說明（19) 半導體薄膜可以產生。自光照明系統2供應之大部分光， 由微透鏡陣列3及相移掩膜1之合作功能，故可貢獻至理 想區域之結晶化，因此可實現光效果中獲得結晶化之滿 意度。 此外，第二實施例中，光影像形成系統6被光疊加在相 移掩膜1與待處理之基板4之間，待處理基板4與光影像形 成系統6之間有一大間隔。因此，當光束入射在待處理基 板4之半導體薄膜，半導體薄膜產生之摩損可以防止，不 致黏接相移掩膜1或污染掩膜。因此，可實現理想結晶化 而不致受到待處理之基板4摩損之影響。 此外，第二實施例中，因為在待處理基板4與光影像形 成系統6間有一間隔，偵測位置之偵測光被引入基板4與 光影像形成系統6之間之光路徑中，故基板4與光影像形 成系統6間之位置關係可甚易調整。 圖1 1顯示本發明第三實施例之結化裝置之結構圖形。 第三實施例包括之結構與第二實施例相似，不同於第二 實施例者為，相移掩膜1及待處理基板4之圖案形成表面 之配置，可使經由光影像形成系統7而有一光共軛關係。 第三實施例將以與第二實施例不同之方面說明。為圖11 中清晰理由，光照明系統2之内部結構已省略。 根據第三實施例之光影像形成系統7包括孔徑隔膜7 a。 此孔徑隔膜7a係選自複數個尺寸不同之隔膜（光傳輸部 分）。此等孔徑隔膜之結構可使隔膜選擇性與光路徑轉 換。因此，孔徑隔膜7 a之結構可使孔徑之大小持續改

第30頁 1282581 五、發明說明（20) 變，如移動隔膜使大小改變。孔徑隔膜7 a之孔徑尺寸（即 光影像形成系統7影像側之數值孔徑）之設定，可使光束 包括定期之二步進反向峰值光強度分布於基板4之半導體 薄膜上。二步進反向峰值型光強度分布之寬度較佳設定 等於液晶顯示器之像素節距。 由於相移掩膜1之功能，形成在基板4之半導體薄膜上 之反向峰值型光強度分布之寬度，與光影像形成系統7之 清晰度R3 之程度相同。光影像形成系統7之清晰度R2由 R3 = k又/ NA3所限定，其中之；I為光使用波長，NA3代表光影 像形成系統7之影像側數值孔徑。如上述，常數k指出一 實際上接近1之值。當光影像形成系統7之影像側數值孔 徑N A 3降低時，此實施例之光影像形成系統7之清晰度已 降低，反向峰值型光強度分布之寬度則增加。 意即，在相移平面中轉換之光束之光強度分布之反向 峰值圖案，在相移平面中有一甚小之寬度。當清晰度適 當降低時，可獲得一較佳寬度。在第三實施例中，低清 晰度之影像由光影像形成系統7以相移平面中之光強度， 在基板之半導體薄膜上形成。因此，輻照在半導體薄膜 上之光束之強度分布之反向峰值部分，在待處理之基板4 上有一較佳之寬度。 亦在第三實施例中，與第一與第二實施例相同方式， 待處理之半導體薄膜4以光束輻照，該光束具有二步進反 向峰值型光強度分布。因此，自晶核之橫向生長到達峰 值而不在中途停止，可產生大尺寸晶粒之結晶化半導體

1282581 五、發明說明（21) 薄膜。理想區域可被自光照明系統2之大部光所輻照，光 效率之滿意結晶化可以實現。亦在第三實施例中，與第 二實施例方式相同，滿意之結晶化可實現而不受基板4之 半導體薄膜損毁之影響。此外，基板4與光影像形成系統 7間之位置關係亦容易調整。 在第二及第三實施例中，較佳能滿足上述之條件公式 (1 )外，亦能滿足條件公式（2 )。應注意條件公式（2 )中， N A 3代表光影像形成系統（6，7)之影像側數值孔徑，如上 述。 λ/NA3<fxNAl (2) 其中右側指出對應在相移部分1 1 a中形成之點狀光束區之 半徑之值，左側指出對應光影像形成系統（6，7 )之清晰 度R3之值。 其次，波前分配元件及傳輸濾波器之修改舉例將參考 圖1 2 - 1 4予以說明。在本修改例中，波前分配元件為一微 筒形透鏡陣列3 ’，如圖1 2所示。微筒形透鏡陣列3 ’包括 複數個光元件1 3 ’以預定方向延伸（本例中為X方向），彼 此以一維沿上一方向（y方向）成直角相交之方向平行安 排。每一光元件13’包括一衍射表面13’ a，其在y方向有 一凝聚功能。 在本例中，對微筒狀透鏡3 ’而言，較佳使用一傳輸濾 波器2h如圖1 3所示，而非傳輸濾波器2g。傳輸濾波器2h 包括：一長矩形中央區1 2 c，沿X -方向延伸及有一傳遞係 數為5 0 % ;及一對半圓形週邊區1 2 d，其形成可保持一中

1282581 五、發明說明（22) 央區12c，及有一傳遞係數為100%。傳輸濾波器2h之中央 區1 2 c之縱向（X -方向）設定為光對應微筒形透鏡陣列3 ’之 每一微筒形透鏡元件1 3 ’之縱軸。中央區1 2 c由實際上一 對平行之弦限定，但不限於此，其它形狀亦可形成。 入射在微筒形透鏡陣列3 ’之光束被大量微筒型透鏡元 件1 3 ’波前分配，經各微筒型透鏡元件1 3 ’凝聚之光束構 成分裂形（線形）光束於各對應之相移部分1 1 e。如圖1 4所 示，分裂形光束構成分裂形光束區6 3如點線所示，其在 基板4之半導體薄膜中，包圍電晶體形成區之行方向之複 數個電晶體形成區6 0。 因此，輻照基板4之半導體薄膜之分裂形光束之光強度 分布，沿分裂之短側方向有一二步進反向峰值型輪廓， 如圖8 A所示，及沿縱向有均勻之輪廓。即，通過微筒形 透鏡陣列3 ’及傳輸濾波器2 h以輻照基板4之半導體薄膜之 光束，獲得光強度分布，如圖1 5部分所示。 當基板4之半導體薄膜被具有二步進反向峰值型光強度 分布之光束輻照時，如圖1 5所示， 晶核在光強度為最小之點形成，及一點實際上為零之一 點。其次，橫向生長沿一具有此晶核之光強度梯度之方 向（圖13中之橫向）開始生長。在圖15所示之二步進反向 峰值型強度分布之中，光強度降低之部分在中間部分不 存在。因此，橫向生長可到達峰值而不自晶核之中途停 止，大晶粒之生長可實現。 以上說明實施例及修改例中，微鏡陣列3及微透鏡元件

第33頁 1282581 五、發明說明（23) 3 ’可有折射表面1 3 ’ a，具有一連續曲線，或一步進折射 表面。該結構不限於連續曲線表面或多步進近似形，該 波前分配元件亦可構成如π五式π在相差0 - 2 7Γ範圍内回 摺。此外，波前分配功能亦可由光學材料之折射率分布 施加，不需配置一折射表面波前分配元件中。例如，可 利用傳統之感光聚合體，其折射率由光強度調變及玻璃 離子交換。全息照相或衍射光裝置亦可用以施加一等值 功能至波前分配元件。 此外，在上述實施例中，相移掩膜1由對應0，7Γ / 2， 7Γ ，3 7Γ / 2相位之四矩形區構成，但本發明不限於此，及相 移掩膜可予以修改。例如，相移掩膜亦可使用，其包括 一交叉（相移部分），包括三或多個相移線，其中圍繞交 叉之圓形區之複傳遞係數之積分值實際為零。如圖1 6所 示，相移掩膜1 1 1亦可使用，其中之對應相移部分之圓形 凹面部分，或凸面部分Ilia自週邊具有步進，其設定可 使通過圓形部分傳輸之光束，與通過週邊111b傳輸之光 束間有一相差冗。 光強度分布亦可在設計階段計算，但較佳為觀察及證 實待處理之實際表面（曝露之表面）中之光強度分布。此 一觀察之實施可由光系統將處理之表面放大，及配置影 像拾取裝置如C CD於處理之表面，以測量入射影像拾取裝 置光束之光強度分布。當使用之光為自紫外光時，光系 統受到限制，因此，螢光板可配置在處理表面上以轉換 光束為可見光。

第34頁 1282581 五、發明說明（24) 此外，在上述實施例中，波前分配元件（微透鏡陣列3 或微筒狀透鏡陣列3 ’）及相移掩膜1可形成各別光構件， 但本發明不受限制，波前分配元件3及相移掩膜1可積體 組合以構成整體組配。此案例下，波前分配元件3及相移 掩膜1當連接至裝置時，不必各別定位，波前分配元件3 及相移掩膜1可如一積體光構件以良好精確度與裝置連 接。 積體構成之波前分配元件3與相移掩膜1較佳包括一入 射平面，光束即入射在波前分配元件3上，及一邊界平面 位於波前分配元件3與相移掩膜1之間，及包括相移掩膜1 之相移部分，以便自光束之入射方向。以此方式，不含 玻璃層結構之組成部分配置在基板4之一側，而非在相移 部分。準此，每一實施例中，相移表面基板4間之距離大 幅降低，及可實施滿意之結晶化。 特別是，第二及第三實施例需要高清晰度以確實構成 反向峰值型光強度分布，以不含玻璃層結構之組成部分 於自相移表面之基板4之一侧，不必要像差之產生可以避 免。在相移表面及波前分配元件在每一二基板之一表面 上形成後，形成之表面配置在預定距離相對之處，彼此 之週邊部分可以固定，基板亦可以此方式構成。 其次，製造波前分配元件3及相移掩膜1之整體組配方 法之一例，將配合圖1 7A-1 7K予以說明。圖1 7A-1 7K顯示 波前分配元件3與相移掩膜1之整體組配各步驟。例如， 石英基體40之一表面之折射率為1.50841 ，如圖17A所

1282581 五、發明說明（25) 示，其為完全以抗蝕劑4 1塗層如圖1 7B所示。其次，實施 吸取及發展電子束以將抗蝕劑圖案化。準此，抗蝕劑圖 案41a在石英基板40之預定位置形成，如圖17C所示。其 次，抗银劑圖案4 1 a用以作為掩膜以實施乾蝕刻，石英基 板4 0之曝露部分被移除至予定之深度。此外，抗蝕劑 '自土 石英基板40被移除如圖17D所示。結果，施加及移除"抗钱 劑之動作加以重複，待餘刻之基板4 〇之部分與深度成功 的移位。準此’折射表面（〇.124um之深度）4〇a有一透鏡 形狀’完全在石英基板40上構成。 隨後’具有厚度3um由SixNy(高折射率材料）構成之透 明薄膜，如有折射率2· 3之薄膜40在石英基板4〇之透鏡型 折射表面4 0 a以CVD方法形成。此外，例如以化學機械拋 光技術（CMP)，透明薄膜42之表面予以削平如圖丨7G所 示。其次，玻璃薄膜上透明有機（S0G )螺旋（即烷氫基矽 烷以烷基組取代）43，厚度為40um，在透明薄膜42之平表 面上形成（圖17H)〇 ' 义 此外，有機SOG薄膜43之全表面以抗蝕劑44塗層（圖 1 7 I )，電子束吸取與發展在抗蝕劑44上實施，於胃是形成 一抗蝕劑圖案4 4 a (圖1 7 J )。隨後，抗蝕劑圖案4 4 a用來作 為掩膜以實施乾蝕刻於有機SOG薄膜43之曝露表面部分， 一相移表面45，具有〇· 248um之深度於是形，最後，抗钮 劑被移除（圖17K)。以此方式，構成波前分配元件3之石 英基板40與透明薄膜42及S0G薄膜43 一體完成，其構成相 移掩膜1。透鏡形折射表面40a構成波前分配元件^與相移

第36頁 1282581 ‘ · 五、發明說明（26) 掩膜1間之介面。 圖1 8A- 1 8E顯示利用每一實施例之結晶化裝置製造電子 裝置之各步驟。如圖1 8 A所示，化學蒸氣相位生長方法或 潑濺方法，用以連續形成一下層薄膜2 1 (即厚度5 0 nm之 SiN堆疊薄膜及厚度lOOnm之Si02堆疊薄膜），及一非晶薄 膜22(即Si ，Gc，SiGe或相似物具有50nm至200nm之薄膜 厚度）於透明絕源基板2 0之上（鹼玻璃，石英玻璃，塑 料，聚亞硫氨等）。準此，基板4可以製備。 結晶化裝置用雷射光束23(krF激勵雷射束或XeCL激勵 雷射束）輻照非晶半導體薄膜2 2。根據本發明實施例之結 晶化裝置，表面以光束輻照，該光束具又二步進反向峰 值型強度分布。因此如圖1 8B所示，一多晶半導體薄膜或 單晶半導體薄膜2 4可產生，其具有與利用傳統技藝方法 產生之多晶半導體薄膜有較大之晶粒尺寸之晶體。 此時，當非晶半導體薄膜2 2有一相當寬之表面，而僅 表面之一部分被結晶化裝置所輻照，非晶半導體薄膜2 2 之全部表面之結晶化，應以彼此成直角相交之二方向， 相對移動結晶化裝置及非晶半導體薄膜2 2實施。 例如，非晶半導體薄膜2 2固定，結晶化裝置以彼此成 直角之二方向（X，y方向）掃描該非晶半導體薄膜2 2之表 面，非晶半導體薄膜2 2之部分表面持續間歇被輻照及結 晶化。或者，非晶半導體薄膜2 2位於一能在二成直角方 向移動之堂上’該堂與固定之結晶化裝置移動’非晶半 導體薄膜之表面可被光束照到。或者，結晶化裝置由僅

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五、發明說明（27) 在一方向移動之臂支撐，非晶半導體薄膜22 直角方向移動。在此系統中，結晶化裝置及;、^ |二 薄膜22可一相互成直角方向比此移動』：口： 導體薄膜22之表面。 果早田…、非日日+ 其次’ &圖18G所^利用光致㈣技 體薄膜及單晶半24為具有絕緣體形之半導體/ ¥ 利用化學蒸氣相位生長方法或潑濺方法，以形成呈有^

度20麗-100·之Si02薄膜為閘絕緣薄膜26於包括^邑緣體 形半導體薄膜25之下層薄膜21。此外，如圖18〇所示，一 閘極27(矽化物，MoW等）在閘絕緣薄膜26上形成，閘絕緣 極27作為一掩膜以植入雜質離子28(N—溝道電晶體之磷， P -溝道電晶體之硼）進入半導體薄膜2 5。此後，在氮大氣 下實施退火處理（4 5 0度C以一小時時間），以激勵植入之 雜質。 其次，如圖18E所示，一層間絕緣薄膜29在絕緣薄膜2 6 上形成，接觸洞通過層間薄膜2 9及閘極絕緣薄膜2 6形 成。一源極3 3及汲極3 4電連接至源極3丨及汲極3 2，其中 間形成一溝道3 0。此時，溝道3 〇在根據多晶半導體薄膜 或單晶半導體薄膜2 4之大晶粒之位置形成，該薄膜在圖 18A與18B所示之步驟產生。

以上述步驟，多晶或單晶半導體電晶體可以形成。以 此方式製造之多晶或單晶電晶體可應用在顯示器之矩陣 電路基板之驅動電路上，如液晶顯示器及場致發光（E L) 顯示器或記憶體（SRAM或DRAM)之積體電路或CPU。

第38頁 1282581 五、發明說明（28) 當製造包括薄膜電晶體之矩陣電路基板時，利用透明 基板如玻璃為基板5多晶或早晶半導體薄膜在基板上形 成。其次，利用結晶化技術以產生半導體薄膜於結晶化 之半導體薄膜中。此後，如此方面所知，結晶化半導體 薄膜被分成大量部分（絕源體形區域）以矩陣形配置，薄 膜電晶體在每一分開之半導體部分以薄膜半導體電晶體 之製造技術形成。此後，一像素電極在基板上形成與每 一薄膜電晶體電連接，像素被限定以完成矩陣電路基 板。 雖然上述實施例使用三個組件，即，傳輸濾波器波前 分配元件及相移掩膜，本發明不限於三組件之組合，如 圖1 9，2 0所說明。此等圖中，與圖8B所示之相同組件使 用同一參考號碼，其細節已省略。 圖1 9顯示圖8 B中裝置之修改，其中之傳輸濾波器已省 略，故雷射之光束可直接入射在波前分配元件3上。 圖2 0顯示圖8 B中裝置之修改，其中之相移掩膜已省 略，故自波前分配元件之光束可直接入射在半導體裝置 上。 如上所述，根據本發明，二步進反向峰值型光強度分 布，以傳輸濾波器波前分配元件及相移掩膜之合作功 能，在待處理之基板之半導體薄膜上形成。結果，自晶 核之足夠之橫向生長可以實現，具有較大晶粒直徑之結 晶化半導體薄膜得以產生。因有一内部反向峰值晶核可 被限制在一狹窄區域，晶體生長點，即晶粒可在二維準

1282581 圖式簡單說明 圖1為本發明第一實施例之結晶化裝置之略圖。 圖2 A及2 B為圖解顯示配置在光照明系統之放射光瞳平 面中或平面附近之傳輸濾波器及經濾波器傳輸之光束之 光強度。 圖3 A為一顯示相移掩膜及波前分配元件之基本單元部 分之透視圖。 圖3 B為微透鏡陣列3之入射光之凝聚裝態之側面圖。 圖4為顯示相移掩膜之結構或重複之頂部平面圖。 圖5為一顯示經傳輸濾波器及微透鏡陣列傳輸之光束之 光強度分布之圖形。

圖6為相移掩膜功能之解釋圖。 圖7為一顯示配置在每一像素區之電晶體形成區及其需 要在液晶顯示器中結晶化之圖形。 圖8 A為一顯示經三構件包括傳輸濾波器微透鏡陣列及 相移掩膜傳輸之光束之光強度分布之圖形。 圖8 B為一顯示通過濾波器微透鏡陣列及相移掩膜之光 束之光強度圖案之圖形。 圖9為圖形顯示圖8 A所示光強度分布之三維圖形。 圖1 0為一圖形顯示本發明第二特性之結晶化裝置。 圖1 1為一圖形顯示本發明第三實施例之結晶化裝置之

略圖。 圖1 2為一圖形顯示根據一波前分配元件修改之一例之 微圓筒形透鏡陣列。 圖1 3為一圖形顯示傳輸濾波器之修改例。

第41頁 1282581 圖式簡單說明 2 0絕源基板 2 1下層薄膜 2 2非晶半導體薄膜 2 3結晶化裝置用雷射光束 2 4多晶半導體薄膜或單晶半導體薄膜 2 5絕緣體形之半導體薄膜 2 7閘極 2 8雜質離子 3 1、3 3源極 4 0 a折射表面 4 2透明薄膜 4 4 a抗蝕劑圖案 5 9液晶顯示器6 0電晶體形成區 62點狀光束區63分裂形光束區 111a凸面部分111b通過週邊 30溝道 4 0石英基板 4 1 a抗蝕劑圖案 4 4抗I虫劑 4 5相移表面 61像素 1 1 1相移掩膜 2 6閘絕緣薄膜 2 9層間絕緣薄膜 3 2、3 4沒極 4 1抗蝕劑 43有機SOG薄膜

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Claims (1)

1282581 六、申請專利範圍 光強度分布之 該光強度分 上凹面光強度 該由光強度 非結晶化半導 向上凹面部分 5. 如申請專 分布形成元件 環形週邊區包 之傳遞係數。 6. 如申請專 分布形成元件 沿一方向延伸 區之間，且其 7. 如申請專 分布形成元件 光束 布形 分布 分布 體薄 内之 利範 包含 圍中 利範 包含 :及 具有 利範 有一 射光瞳平面，或平 分布。 8. 如申請專利範 化半導體薄膜與相 9. 如申請專利範 系統及波前分配元 距： λ /NA2<fxNAl 成元件及相移掩膜位置之配置可使向 最小之位置與相移部分對應，及 形成元件及相移掩膜轉換及以其輻照 膜之光束有一光強度分布，其具有在 反向峰值部分。 圍第4項之結晶化裝置，其中該光強度 :具有一傳遞係數之圓形中央區；及一 央區而形成，且其有一較中央區為高 圍第4項之結晶化裝置，其中該光強度 :一具有傳遞係數之長形中央區，且其 二週邊區，其係形成使中央區位於各 較中央區為高傳遞係數。 圍第4項之結晶化裝置，其中該光強度 傳輸濾波器，配置在光照明系統之放 面之附近，及其有一預定之傳遞係數 圍第1項之結晶化裝置，其中該非結晶 移掩膜成平行配置並在其附近。 圍第1項之結晶化裝置，其中該光照明 件具有滿足下列條件之數值孔徑及焦

第45頁 1282581 六、申請專利範圍 其中之N A 1為光照明系統之數值孔徑，N A 2及f為波前分配 元件之數值孔徑及焦距，λ為光束之波長。 I 0 .如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，進一步包含： 一光影像形成系統，配置在非結晶化半導體薄膜與相 移掩膜間之光路徑上， 其中該非結晶化半導體薄膜，沿光影像形成系統之一 光軸配置遠離與相移掩膜成光共軛之平面。 II .如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，進一步包含： 一光影像形成系統位於非結晶化半導體薄膜與相移掩 膜間之光路徑上， 其中該非結晶化半導體薄膜係設置在一與相移掩膜成 光共軛之平面中，及 一光影像形成系統之影像側數值孔徑被設定以可形成 反向峰值型光強度分布。 1 2.如申請專利範圍第1 0或11項之結晶化裝置，其可滿 足以下條件： λ/NA2<f χ ΝΑΙ ;及 λ / NA3<f x ΝΑΙ， 其中ΝΑ 1為光照明系統之數值孔徑，f為波前分配元件之 焦距，NA2為波前分配元件之數值孔徑，λ為光束之波 長，及ΝA3為光影像形成系統之影像侧數值孔徑。 1 3.如申請專利範圍第4項之結晶化裝置，其中該用以 輻照非結晶化半導體薄膜之光束之光強度分布有一回折 點，其在反向峰值部分與向上凹面部分之間。

第46頁 1282581 六、申請專利範圍 1 4.如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，其中該波前 分配元件與相移掩膜係一體成形以提供一整體組配。 1 5.如申請專利範圍第1 4項之結晶化裝置，其中該整體 組配包括一相移部分位於波前分配元件與相移掩膜之間 之邊界表面。 1 6 . —種光學構件，包含： 一波前分配部分，其可凝聚具有均質入射光強度分布 之光束，以僅輻照一預定區域，及 一光轉換部分，其轉換入射光束為具有反向峰值型光 強度分布之光束。 1 7.如申請專利範圍第1 6項之光學構件，其中該波前分 配部分與光轉換部方係一體成形。 1 8 . —種結晶化方法，包含： 波前分配一入射光束為複數個光束； 在相移掩膜之對應相移部分或相移掩膜附近，凝聚波 前分配之光束以形成具有反向峰值形態之光強度分部之 光束，其中，光強度在一對應相移掩膜之相移部分之一 點為最小；及 以具有光強度分布之光束輻照一多晶半導體薄膜或一 非晶半導體薄膜，以產生一結晶化半導體薄膜。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之結晶化方法，進一步包 含： 形成一光強度分布，其中之光強度在放射波前分配光 束之光照明系統之照明光瞳平面之週邊較中央為高。

第47頁 1282581 六、申請專利範圍 2 0.如申請專利範圍第1 8項之結晶化方法，進一步包 含； 配置多晶半導體薄膜或非晶半導薄膜與相移掩膜平行 或在其附近。 2 1 .如申請專利範圍第1 8項之結晶化方法，進一步包 含： 配置一光影像形成系統於多晶半導體薄膜或非晶半導 體薄膜與相移掩膜之間之光路徑上， 設置多晶半導體薄膜或非晶半導體薄膜沿光影像形成 系統之光軸遠離與相移掩膜成光共軛之平面一預定距 離。 2 2.如申請專利範圍第1 8項之結晶化方法，進一步包 含： 配置一光影像形成系統於多晶半導體薄膜或非晶半導 體薄膜與相移掩膜間之光路徑中； 設定光影像形成系統之影像側數值孔徑之一值，該值 係產生反向峰值形態光強度分布之所需；及 設置多晶半導體薄膜或非晶半導體薄膜於一與相移掩 膜成光共輛之平面中。 2 3 . —種結晶化方法，包含： 凝聚具有均質光強度分布之光束，俾僅輻照預定之區 域，及 轉換凝聚之光束為具有反向峰值型光強度分布之光 束；及

第48頁 1282581 六、申請專利範圍 凝聚波前分配之光束於相移掩膜之對應相移部分或對 應部分之附近，以形成一具有反向峰值形態光強度分布 之光束，其中光強度在對應相移掩膜之相移部分之一點 之光強度為最小； 以具有光強度分布之光束輻照多晶半導體薄膜或非晶 半導體薄膜，以產生結晶化半導體薄膜； 在結晶化半導體薄膜上連續形成閘極絕緣薄膜及一閘 電極； 形成沒極及源極，在二極間一溝道配置在結晶化半導 體薄膜上；

形成一閘電極及一源電極電連接至閘極及源極。 3 4.如申請專利範圍第3 3項之薄膜電晶體製造方法，其 中產生結晶化半導體薄膜包含：在一具有自晶核大光梯度 之方向側向生長及產生結晶化半導體薄膜’以沿該方向 形成源極及閘極。 35. —種製造矩陣電路基板之方法，包含： 在一透明基板之一側形成多晶半導體薄膜或非晶半導 體薄膜； 波前分配一入射光為複數個光束；

凝聚該波前分配之光束於相移掩膜或相移掩膜之附近 之對應相移部分，以形成一具有包括反向峰值形態光強 度分布之光束，其中之光強度在相移掩膜之對應相移部 分之一點為最小； 以具有光強度分布之光束輻照多晶半導體薄膜或非晶

第52頁 銳一愿_年月曰 修正__ 、五、發明說明（3) 加及降低重複）。此情形下，在結晶化方法中，自晶核向 m邊之橫向生長在中間部份之光強度降低之部分停止，有 一問題，即大晶體之生長被禁止。此外，即使均勻之光強 度分布在中間部分獲得，在均勻光強度分布中，在任意位 置之橫向生長亦會停止，因此一問題，大晶體之生長被禁 止。 發明概述 本發明之一目的為提供一結晶化裝置及方法，其中，自 光照明系統供應之光之大部分可貢獻至結晶化之理想區 域，其中之光效率亦令人滿意。 本發明另一目的為提供一結晶化裝置及方法，其中，自 一晶核之足夠橫向生長可以實現以產生具有大晶粒直徑之 結晶化半導體薄膜。 本發明之又一目的為提供製造具有與上述效應相似之效 應之薄膜電晶體之方法，及製造顯示器之矩陣電路基板之 方法。 為解決該問題，根攄本發明之第一特性，備有一結晶化 裝置，其包含一光學照明系統以使具有均質光強度分布之 光入射在非晶半導體薄膜，或多晶半導體薄膜，及該光束 幅輻照該非晶半導體薄膜或多晶半導體薄膜，以結晶化該 非晶或多晶半導體薄膜。該裝置包含波前分配元件，其將 入射光束之波前區分為複數個光束，及一相移掩膜，以提 供部分傳輸之光束間之相差，該掩膜轉換光

日證 正替換1 92117035J 年 月 曰 修正 五、發明說明（4) 束為具有反向 部分以決定反 元件配置在光 徑上。該相移 薄膜間之光路 置可使相移部 照0 峰值型光 向峰值型 照明系統 掩膜配置 徑上。波 分週圍之 強度分布之一光束，其包含一相移 光強度分布最小 與非結晶化半導 在波前區分元件 前區分元件及相 預定區5以具有 之位置。波前區分 體薄膜中間之光路 與非結晶化半導體 移掩膜之位置之配 區分波前之光束輻 該波 相交之 相交之 包含複 件具有 該光 具有同 布之光 向上凹 度分布 晶化半 向峰值 具有預 邊區形 分布形 係數及 間區在 前區分 二方向 二方向 數個光 沿預定 學照明 值光強 束。光 面光強 形成元 導體薄 部分之 定傳遞 成，其 成元件 沿預定 各區之 元件 成二 具有 學元 方向 系統 度分 強度 度分 件及 膜之 光強 係數 具有 較佳 方向 較佳 維安 二維 件沿 之一 較佳 布之 分布 布最 相移 光束 度分 之圓 較邊 包含 延伸 及週 包含 排， 凝聚 預定 維凝 包含 光束 形成 小之 掩膜 ，包 布。 形中 複數個光學 及每一光學 功能。此外 方向成一維安排，每一光學元 元件沿彼此以直角 元件沿以直角彼此 ，波前區分元件可 聚功 一光 能。 強度分 為具有 及相移 對應該 轉換 元件 位置 轉換之光束 括具有一向 光強度分布 間區，及一 布形成元件，其將 向上凹面光強度分 掩膜在配置後可使 相移部分。被光強 ，及被輻照之非結 上凹面部分内之反 形成元件可包含一 管狀週邊區圍繞中 數。此外，光強度 其有一預定傳遞 區為高之傳遞係 :一長形中間區 ;及一週邊區，其形成後可保持中 邊區之

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8ι|>日傲史)正替楼貢丨 曰 修正 w五、發明說明（7) 實施例中，該相移掩膜1配置在與非晶半導體薄膜相對之 處。該待處理之基板4在一基板級5上以真空夾盤或靜電夾 盤固定在一預定位置。例如，基板級5由x-y — z桌構成。結 果，當基板級5橫向移動時，光照明系統被固定，待處理 基板4之半導體薄膜之結晶化可持續移動以實施廣泛範圍 之固定結晶化步驟。 ’、 光照明系統2包括一 KrF激勵雷射光源2a以供應一雷射 光束，其波長為24 8nm ; —波束擴展器將自光源2a之雷射 光束擴展；第一及第二飛複眼透鏡2c，2e;第一及第二光 凝聚器系統2 d，2 f ;及一傳輸濾波器2 g，其為光強度分布 形成元件。另一激勵雷射為源如XeCL激勵雷射光源可用為 光源2 a。 圖1圖解顯示自光源2a之光束由光束擴展器2b擴展，變 成一平行光束，並入射至第一複眼透鏡2c。由於入射第一 複眼透鏡2c之光束 用，因而在第一複 點光源。自複數個 取為一影像，及以 面。 因為入射在第二 眼透鏡2 e之凸透鏡 聚焦表面更多之點 形成，即傳輸濾波 面之複數個點光源 受到第一複眼透鏡2 c之凸透鏡之收斂作 眼透鏡2 c之背面焦點平面上構成複數個 點光源之光束由第一光凝聚器系統2 d拾 疊加方式照明第二複眼透鏡2 e之入射表 複眼透鏡2 e之複數個點光源受到第二複 之收斂作用，較第一複眼透鏡2c背面之 光源在第二複眼透鏡2e之背面聚焦表面 器2g。自第二複眼透鏡2e之背面聚焦平 進一步入射第二光凝聚器系

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一第一複眼透鏡2c及第一光凝聚器系統2d構成第一均句 器，將入射在相移掩膜1上之入射角均勻化。同理，第— 複眼透鏡2e及第二凝聚光系統2f構成第二均勻器，及將^ 射至相移掩膜1之雷射光束之光強度均勻化。因此，第 及第二均勻器改變自光源23之光束變為具有均勻之 分布。 殚度

如圖2所示，傳輸濾波器2 g包括圓形中間區1 2 a，其傳 係數與自光源2 a之傳輸之光波長相對為5 〇 %，及一管狀週』 邊區1 2 b包圍1 2 a而形成，其傳遞係數為1 〇 〇 %。因此，1 照明光瞳平面或平面附近，通過中間區丨2 a傳輸之光束部 分光強度相當低，通邊區1 2 b之光束之部分光強度相當 高。因此，光照明系統2發射之光束具有一光入射角&強 $分布，在輻照平面為均質，當在中間區，而非週邊區 疊加方式較低（圖2)。 傳輸濾波器2g之中間區12a係經形成一有厚度之锆薄膜 UrSi〇膜）而獲得，例如，其方式為根據透明基板之傳遞 ^數以潑濺法形成，將週邊區薄膜圖案化以蝕刻/移去薄 f °為屏蔽材料之鉻可反射部分光及吸收部分光。此外 間區12a以可經形成多層薄膜而獲得，其設計可使部分

$自光源2a之有用波長之光至透明基板上，再將薄膜e ^厂。、即’中間區1 2 a之獲得係經對有用波長透明之基板 c形成一反射膜，如環狀石英玻璃，及蝕刻週邊區1 2b之 反射膜之一部分。

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五、發明說明（12)

反配置之一部分為最低。雷射光束之光強度在此點四週之 環狀位置為繼續最高。 雷射光束之向上凹面光強度分布在X，y方向中有—相似 之輪廓。此外，當此技術應用在液晶顯示器之影像顯示電 路之製造方法時，雷射光束之向上凹面光強度分布較佳設 定為液晶顯示器之像素節距相等。晶粒直徑等於像素節距 為一區域，該區域中，一切換像素之薄膜電晶體在其中形 成。 ^

用點狀以輕照相移掩膜1之光束，係相位調變及入射 配置於與相移掩膜1平行與附近之基板4之半導體薄膜上 圖6為解釋相移掩膜1之功能圖。在每_單元具有-^ 。 之相移掩膜1之基本功能，將予以後說明，其情況係y長區 鏡降列3未配置在光照明系統2與相移掩膜丨二間之光3 $ 因為二相鄰之長形區之相位差在相移掩膜1中Μ〜 2,光強度降低，但在對應相移線而非交叉之位ς =為ττ 零。另一方面，因為圍繞相移線之交叉處之、’非為 遞係數之積分值設定為零，對應交叉點位置，=&之複偉 11 e之光強度實際上為零。 丨相移部令 因此，對傳輸通過各相移掩膜丨之基本單元.八 射光束之光強度分布而言’如圖6所示，在待11之雷

之半導體薄膜上，獲得一反向峰值型光 之基板 圖案中， 穿值生光強度分布圖案P。 在對應相移掩膜1之每一相移部分 lie之一點之光強 度實

、五、發明說明（13) 知修ill)正f ♦細S 案毚--------

際上為零，當自相移部分u e之距離增加時，光 =加。因此，通過相移掩膜丨包括定期安排成矩^ 、 J個相f部分lle之光束，均有一反向峰值型光強度J複 布二此定期反向峰值型光強度分布與相移眼膜丨及待 之=板4之半導體薄膜之1 / 2距離平方成正比變化。（即散 焦里）。 月 八如上所述，當半導體薄膜被具有定期反向峰值型光強度 刀布之光束輻照時，僅如圖6所示，自晶核向週邊之橫向 生長在配置在彼此相鄰之反向峰值型圖案p之間之中間部 刀中波形之膨脹部分停止。在第一實施例中，為實現自晶 核之足夠橫向生長，傳輸濾波器2g配置在光照明 照明光瞳平面中，或平面之附近。 $ ' 圖7為一圖形，顯示電晶體形成區6〇，該區配置在像素 61:並需要在液晶顯示器59中結晶化。參考圖7，當液晶 顯示器5 9如上述製造時，自相移掩膜1之光束亦放射至點 光束區6 2之外部，因此光損失甚大。在第一實施例中，微 透鏡陣列3配置在光照明系統2與相移掩膜1之間之光路徑 上’以便有足夠之自光照明系統2光束僅輻照在電晶體形 成區6 0上。 圖8纖示由傳輸濾2 g，微透鏡陣列3及相移掩膜1之合作 功能，在待處理之半導體基板4上獲得之光強度分布。如 上所述’傳輸濾波器2 g，微透鏡陣列3及相移掩膜1有一構 成光束之功能’構成之光束具有一光強度分布，其中具有 均質光強度之光束在中心之強度最小，並降低

第24頁 12 亨斜§]] 案美刪 替捣?ί 年 月 曰 五、發明說明（14) 修正 5 0 /G。忒光強度在反向峰值型向週邊之陡坡度線性增加， ^在小坡度中進一步線性增加。如圖8β所示，微透鏡陣力 3有一功能，即轉換入射光束為點狀光束，此點狀 用以輻照圖6之反向峰值圖案P。相移掩膜丨有一功能，f 轉f具f均質光強度分布之人射光束為具有反向峰 強度分布之光，如圖6所示。

第一實施例之結晶化裝置包括該相移掩膜丨，傳輸濾波 器2g及微透鏡陣列3,到達基板4之光束受到圖8β所示“之三 構件之功能作用。因此，到達基板4之非晶半導體薄膜之 光束’被轉換為點光束僅用以輻照預定區。如圖8a所示， 獲得一二步進反向峰值型光強度分布，如分布在同一期間 之反向峰值型光強度分布上之凹面光強度分布產品所代 表。在此二步進反向峰值型光強度分布中，依照上述之反 =峰值型光強度分布，在對應相移部分丨丨e之點之光強度 貫際為零，離開此點時，光強度迅速增加以達到預定值。 即^二步進反向峰值型光強度分布之位置，其光強度為最 小係由相移部分11 e之位置決定。

在第一實施例中，該二步進反向峰值型光強度分布對應 上述之X及y方向之定期向上凹面光強度分布。圖9中顯 示，在配置在彼此相鄰之反向峰值部份間之光強度分布 中，光強度實際上在X及y方向單調增加。圖8入中=二步進 反向峰值型光強度分布之波形圖案，係將圖5中之線性上 升凹面部分之光強度分布之波形圖案，疊加在圖6中之反 向峰值部分之光強度分布之波形圖案之上而獲得。其

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中有回折點，其中之傾斜在線性增加強度之間之邊界Η已 降低。 當待處理基板4之半導體薄膜，以具有二步進反向峰值 型光強度分布之光束輻照時，晶核在對應點指出為最小強 度之部分形成，即實際上為零光強度（對應相移部分11 e之 點）。此點將稍後說明。有一現象，即經生長在某一光強 度或更強光強度開始。此光強度之設計可使其在反向峰值 型圖案之内。於是，晶核可限定於反向峰值型光強度分布 之内。即，多晶生長在反向峰值部分之中心，此後，產生 之多晶外部之晶體在y方向形成晶核並在水平方向生長。 以具有光強度分布包括反向峰值圖案之雷射光束輻照 時，橫向生長自晶核沿X與y軸包括大光強度斜度開始（即 溫度斜度）。在二步進反向峰值型光強度分布中，其中， 光強度之降低在中間區實際上不存在。橫向生長到達其峰 值而無半途之停止，因而實現較大晶粒之生長。特別在第 一實施例中，回折點中傾斜降低存在於反向峰值部分與向 上凹面部分之間。因此，晶核可被限制於反向峰值之内。 因此當待處理之基板4之半導體薄膜以具有二步進反想峰 值型光強度分布之光束輻照時，薄膜在二步進反向型光強 度分布之中心部分之寬廣範圍被結晶化。當二步進反向型 光強度分布之寬度已設定為等於液晶顯示器之像素節距 時，單晶可對每一像素產生。換言之，形成液晶顯示器之 矩陣電路基板或EL顯示器之每一像素 銳—mma5_年月曰 修正_: 五、發明說明（29) 確配置。 -此外，本發明中，入射在波前分配元件之光束被複數個 元件所波前分配，經各光元件所凝聚之光束在對應之相移 部分，形成一光束包圍一理想區域及在待處理基板之半導 體薄膜上。結果，自光照明系統供應之光可對理想區域之 結晶化有貢獻，結晶化亦可由滿意之光效率完成。

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ο ··τ一―^ 月专日修論 (5 年 月 曰 修正 ^單說明 圖1 4為一圖形顯不配置在每一像素區之電晶體形成區該 區需要在液晶顯示器中結晶化。 圖1 5為一圖形顯示根據修改舉例經傳輸濾波器微筒狀透 鏡陣列及相移掩膜傳輸之光束之光強度分布。 圖1 6為一圖形顯示相移掩膜之修改舉例。 圖17A-17K為說明積體構成微透鏡陣列及相移掩膜之方 法之說明圖。 圖18A-18E為圖形顯示利用根據每一實施例製造一電子 裝置之結晶化裝置之方法。 圖1 9為一圖形說明圖8B中之修改其中之濾波器省略。 圖2 0為一圖形說明圖8B中之修改其中相移掩膜省略。 元件符號說明： 1相移掩膜 2光學照明系統 3微透鏡陣列（波前分配元件） 4基板 5基板載臺 2b光束擴展器 2c、2e第一及第 2 d、2 f第一及第二光凝聚器系統 2h傳輸濾波器 6、7光影像形成系統 2 a光源 複眼透鏡 2g傳輸濾波器 7 a孔徑隔膜 11基本單元部分 11a-lid第一至第四區 11 e相移部分 1 2a中間區 1 2b週邊區 12c中央區 12d半圓形週邊區 1 3微透鏡元件（光元件） 1 3 a表面

第42頁 1282581 你(月）日修(龙)正替換頁 釭 Q 一_ i方i發板妓裝置之絲構件、結晶化方法、 ::ίίΠϊ包括一光照明系統以照明相移掩膜，及 薄膜:該光強度分布包括在對應相移掩膜之相移部一 ί i f ί ί ί度產生結晶化半導體膜。-波前分配元 件配置在光…、明系統與相移掩膜間之光路徑上。該波前分 配兀件將自光照明系統供應之光束加以波前分配，成為複 數個光束’及凝聚該波前分配之光束於對應之相移部分， 或該部分之附近。 五、（一）、本案代表圖為：第____J (二）、本案代表圖之元件代表符號簡單說明： 1相移掩膜 2光學照明系統 3微透鏡陣列 4基板 5基板級 2 a光源 2 b光束擴展器 2 c、2 e第一及第二複眼透鏡 2d、2f第 及苐一光滅聚器糸統 2 g傳輸遽波器 六、奂文舞明，要（發明名稱：Crystallization Apparatus，Optical Member for Use In Crystallization Apparatus, Crystallization Method, Manufactruring Method of Thim Film Transistor,) A crystallization apparatus includes an optical illumination system to illuminate a phase shift mask and which irradiates an amorphous semiconductor film with a light beam having an inverse peak type light intensity distribution including a minimum light intensity in a point corresponding to a phase shift portion of the phase shift mask to produce a crystal 1i zed

六、申請專利範圍 1. 一種結晶化裝置，包含一光照明系統以放射光束至非 結晶化半導體薄膜，其並以光束輻照非結晶化半導體薄膜 以結晶化該非結晶化半導體薄膜，該裝置包含： 一波前分配元件，其波前分配該入射光束為複數個光 束； 具有一祖移部分之相移掩膜，在自波前驅動元件之二光 束間，提供預定之相差並轉換光束為一具有反向峰值型光 強度分布之一光束，該相移部分決定反向峰值型光強度分 布之位置，該處光強度最小；

該波前分配元件位於光照明系統與非結晶化半導體薄膜 之間之光路徑上，相移掩膜位於波前分配元件與非結晶化 半導體薄膜之間之光路徑上，以及波前分配元件與相移掩 膜位置之配置可使圍繞相移部分之一預定區域被波前分配 之光束輻照。 2 .如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，其中該波前分 配元件包含複數個光元件，沿彼此成直角交叉之二方向二 維配置，每一光元件沿彼此成直角交叉之二方向有一二維 凝聚功能。

3 .如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，其中該波前分 配元件包含複數個光元件沿預定之方向一維排列，每一光 元件沿預定方向具有一維凝聚功能。 4.如申請專利範圍第1項之結晶化裝置，其中該光照明 系統包含一光強度分布形成元件，其與波前分配元件結 合，將具有均質光強度分配之光束轉換為具有向上凹面

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魏(¾¾概员 六#蘇砸面 年 月 曰 修正 以轉換之光束僅輻照及結晶化非結晶化半 定區域。 2 4.如申請專利範圍第2 3項之結晶化方法 轉換具有反向峰值型光強度分布之光束為包 部分内反向峰值部分光強度分布之光束。 2 5 .如申請專利範圍第2 3項之結晶化方法 形成一具有包括在向上凹面部分内之反向 強度分布之光束為一影像，該影像係配置在 一光共輛平面之位置；及 以形成於影像中之光束輻照及結晶化該非 體薄膜。 2 6. —種結晶化裝置，包含： 一光源，放射具有光強度之能量光，以熔 導體層； 一濾波器，配置在自光源之照明光路徑上 不同傳遞係數之部分； 一波前分配元件，配置在濾波器之光放射 一相移掩膜，配置在波前分配元件之放射 及一載臺，配置在相移掩膜之放射光路徑 括待處理之半導體層之基板。 2 7 . —種結晶化裝置，包含： 一光源，其放射具有光強度之光以熔化待 層； 導體薄膜之預 進一步包含： 括一向上凹面 今一步包含： 峰值部分之光 離開沿光軸之 結晶化之半導 化待處理之半 ，其包括具有 路徑上； 光路徑上； 上，其支撐包 處理之半導體

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玉替換頁 92117035 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 一濾波器，配置在自光源之照明光路徑上，其包括有不 同傳遞係數之部分； 一波前分配元件，配置在濾波器之光放射路徑上； 及一載臺，配置在波前分配元件之光放射路徑上，其支 撐待處理之半導體層之一基板。 2 8 . —種結晶化裝置，包含： 一光源，其放射具有光強度之一能量光以熔化待處理之 半導體層； 一波前分配元件，配置在光源之放射光路徑上； 一相移掩模膜，配置在波前分配元件之放射光路徑上； 及一載臺，配置在相移掩膜之放射光路徑上，其支撐一 包括待處理之半導體層之基板。 2 9 . —種結晶化方法，包含： 允許具有光強度以熔化待處理之半導體層之一能量光入 射於一相移掩膜上，其具有自光源不同傳遞係數之部分； 允許自掩膜之能量光入射於一波前分配元件上，該元件 將入射光分成複數個能量光部分，及放射複數個收斂能量 光部分； 允許複數個收斂之能量光部分入射於一相移掩膜上，其 具有與波前分配元件18 0度不同相之部分，及放射具有凹 面光強度分布之能量光；及 允許具有光強度分布之能量光入射在待處理之半導體層 上。 3 0 . —種結晶化方法，包含：

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3修(更)正替换頁 案號—祖111025 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 一步驟，允許具有光強度以熔化 量光入射在一相移掩膜上，該掩膜 係數部分； 一步驟，允許傳輸通過掩膜之能 元件上，該元件將能量光分成複數 允許傳輸通過波前分配元件之能 層上。 3 1. —種結晶化方法，包含： 允許傳輸通過相移掩膜之能量光 層以結晶化該層， 其中該入射在相移掩膜之能量光 該掩膜具有不同傳遞係數之部分。 3 2 . —種結晶化方法，包含： 允許傳輸通過相移掩膜之能量光 結晶化該層， 其中，入射非單晶半導體層之光 進反向峰值型光強度分布，其中， 強度分布疊加在反向峰值型光強度 形指出該相移掩膜之光強度分布性 3 3 . —種製造薄膜電晶體之方法 在基板之一侧形成多晶半導體薄 將入射之光束波前分配為複數個 待處理之半導體層之能 具有自光源之不同傳遞 量光入射於一波前分配 個收斂 量光入 之能量光部分； 射待處理半導體 入射在非結晶化半導體 為傳輸通過掩膜之光， 入射非單晶半導體層以 束之光強度分布為二步 另有一線形上升凹面光 分布波形之上端，該波 質。 ，包含： 膜或非晶半導體薄膜； 光束；

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年 月 曰 I 分 部 之 置 配 狀 •，形 膜陣 薄矩 體以 導量 半大 化為 晶膜 結薄 生體 產導 以半 一ISIS膜日BB 薄結 請體離 、導分 产半. 電 極 ^¾ 素 像一 每 及俾 體極 晶電 電素 膜像 薄成 成形 形侧 分一 部之 之板 離基 分明 據透 根在 素 像 1 義 定 以 體 晶 電 膜 薄一 每 至 接 半 化 晶 結 該 中 其 法 方 造 製 之 項 5 3 第 圍 範 利 專 請 申 如 6 3 之 含態 包形 生值 產峰 膜向 薄反 體量 導大 成 形 束 光 之 開 分 此 彼 括 包 有 具 其 或隔 膜間 薄間 體素 kr 目 才 膜 薄 體 導 半。 晶同

導 半 晶 多 像 與 隔 間 之 間 態 形 值 峰 •，向 布反 分俾 度， 強 光 輻 JUM 束 光 以 及

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