專利名稱：光照射裝置及方法、結(jié)晶裝置及方法、設(shè)備和光調(diào)制元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光照射裝置、光照射方法、結(jié)晶裝置、結(jié)晶方法、設(shè)備和光調(diào)制元件。
背景技術(shù)：
通常在非晶硅層或多晶硅層中形成用于選擇例如液晶顯示器(LCD)中的顯示像素的開關(guān)元件等等的薄膜晶體管(TFT)。
多晶硅層具有比非晶硅層更高的電子或空穴的遷移率。因此，當(dāng)在多晶硅層中形成晶體管時，與在非晶硅層中形成晶體管的情形相比，增加開關(guān)速度，并由此增加顯示響應(yīng)速度。另外，因此外圍LSI可由薄膜晶體管組成。此外，存在能降低任何其他部件的設(shè)計裕度的優(yōu)點(diǎn)。此外，當(dāng)這些外圍電路結(jié)合在顯示器中時，能以更高速度操作外圍電路，諸如驅(qū)動器電路或DAC。
由于多晶硅由晶粒的聚集形成，當(dāng)例如形成TFT晶體管時，一個晶粒界面或多個晶粒界面存在于該晶體管的溝道區(qū)中，以及晶粒界面變?yōu)檎系K以及與單晶硅相比，降低電子或空穴的遷移率。因此，在形成多晶硅的許多薄膜晶體管的情況下，在各個薄膜晶體管間，在溝道部分中形成的晶粒界面的數(shù)量不同，以及這使得晶體管特性變得不均勻和在液晶顯示器的情況下，導(dǎo)致顯示不規(guī)則的問題。因此，近年來，為提高電子和空穴的遷移率以及降低溝道部分中晶粒界面的數(shù)量中的不規(guī)則性，已經(jīng)提出了結(jié)晶方法，生成具有若干晶粒的結(jié)晶硅，晶粒的粒度大到可在每個晶粒中形成一個溝道面積。
作為這種結(jié)晶方法，通常稱為“相位控制ELA(激元激光器退火)方法，其通過用激元激光照射移相器，生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜，移相器與非單晶半導(dǎo)體膜，諸如多晶硅半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜接近地平行排列。在例如日本的Journal of the Surface Science Society，Vol.21，No.5，pp.278-287，2000中描述過相位控制ELA方法的詳細(xì)情況。
在相位控制ELA方法中，在對應(yīng)于移相器的移相部分的點(diǎn)或線處，生成具有反峰值圖型((inverse peak pattern))(在中央(最小光強(qiáng)部分)處光強(qiáng)最小以及趨向于外圍或在橫向方向上，光強(qiáng)突然增加的圖型)的光強(qiáng)分布。其中，在中央處光強(qiáng)低于外圍處，以及用具有該反峰值形光強(qiáng)分布的光照射非單晶半導(dǎo)體膜以便熔斷非單晶半導(dǎo)體膜。因此，根據(jù)在照射目標(biāo)區(qū)中的光強(qiáng)分布，在熔斷區(qū)中生成溫度梯度，在根據(jù)最小強(qiáng)度部分首先凝固還是不凝固的部分形成晶核，以及晶體在從該晶核趨向外圍的橫向方向上生長(在下文中，將稱為“橫向生長”或“橫向方向上的生長”)，由此生成具有大的粒度的晶粒。
由H.Ogawa等人著寫的、刊載在IDW′03 Proceedings of The 10thInternational Display Workshopsr“Growth of Large Si Grains at RoomTemperature by Phase-Modulted Excimer-Laser Annealing Method(通過相位調(diào)制的激元退火方法在室溫下的大Si粒的生長)”提出一種結(jié)晶方法，通過具有通過移相器和成像光學(xué)系統(tǒng)獲得的V形光強(qiáng)分布的光，照射非單晶半導(dǎo)體膜，生成晶粒。該文獻(xiàn)公開了期望當(dāng)其最大值標(biāo)準(zhǔn)化為1.0時，照射非單晶半導(dǎo)體膜的光的強(qiáng)度分布在0.5至1.0的范圍內(nèi)，以V形變化。從每個中央部分(最小光強(qiáng)分布及其附近)看，“具有反峰值圖型的光強(qiáng)分布”和“V形光強(qiáng)分布”具有相同的功能。在本發(fā)明中，兩個光強(qiáng)分布均寫為“V形光強(qiáng)分布”。
本發(fā)明的發(fā)明人在例如日本專利申請No.2003-117486(在下文中將稱為“相關(guān)申請”)中建議通過結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)，能獲得V形光強(qiáng)分布的光調(diào)制元件。在相關(guān)申請中提出的光調(diào)制元件是具有0度的參考相位值和90度的調(diào)制相位值，即兩種調(diào)制相位值的“二進(jìn)制調(diào)制型”移相器，當(dāng)轉(zhuǎn)換成光調(diào)制元件上的對應(yīng)部分時，其具有尺寸不大于成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的調(diào)相。隨便提一下，不必說，在相關(guān)申請中公開的內(nèi)容不構(gòu)成本申請的現(xiàn)有技術(shù)。
特別地，如圖14所示，在相關(guān)申請中提出的典型的光調(diào)制元件具有0度的參考相位值的參考相位區(qū)(用圖中的空白部分表示)10a以及90度的調(diào)相值的矩形調(diào)相區(qū)(用圖中的陰影部分表示)10b。在圖中，調(diào)相區(qū)10b與參考相位區(qū)10a的占用面積比(占空比)沿水平方向(橫向)(沿X截面)在0％和50％間線性改變。具體地，沿水平方向，在相位圖的兩側(cè)，調(diào)相區(qū)10b的占用面積比為0％，而在中央，調(diào)相區(qū)的占用面積比為50％。
當(dāng)使用這種光調(diào)制元件和在非單晶半導(dǎo)體膜上，形成通過該光調(diào)制元件調(diào)制的光的圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)時，在非單晶半導(dǎo)體膜上獲得如圖15A至15C所示的V形光強(qiáng)分布。假定入射光束的波長λ為248nm、成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA為0.13以及成像光學(xué)系統(tǒng)的值σ(相干因子)為0.47，計算在這些圖中所示的光強(qiáng)分布。在成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置或焦平面處獲得的光強(qiáng)I由沿X截面，在所述位置處的調(diào)相區(qū)10b的占用面積比D(在圖14所示的例子中，在0和0.5間改變)而定，用下述表達(dá)式近似表示。
I(4-4A)|D-0.5|2+A其中，Acos2(θ/2)在該表達(dá)式中，θ是調(diào)相值(在圖14所示的例子中為90度)，以及A是在對應(yīng)于最大級上，占用面積比D為50％的位置的焦面位置處獲得的光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)值(當(dāng)在V形光強(qiáng)分布中的光強(qiáng)的最大值標(biāo)準(zhǔn)化為1.0時的值)。
當(dāng)使用如圖14所示的光調(diào)制元件時，如圖15B所示，在成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置(成像表面)處形成在橫向方向上基本上是對稱的且在中央處具有最小強(qiáng)度部分且其形成位置被控制的基本上理想的V形光強(qiáng)分布。然而，如圖15A所示，根據(jù)在更接近于成像光學(xué)系統(tǒng)的方向上，從焦點(diǎn)位置稍微移動10μm的位置處(-10μm的散焦位置)或如圖15C所示，在遠(yuǎn)離成像光學(xué)系統(tǒng)的方向上，從焦點(diǎn)位置稍微移動10μm的位置處(+10μm的散焦位置)的散焦方向上，不僅待形成的V形光強(qiáng)分布的形狀改變而且不對稱改變。
可以是一散焦因素的板厚度偏差不可避免地存在于將要用光照射的、用作為其上形成有非單晶半導(dǎo)體膜的已加工襯底的玻璃板中。因此，由于散焦，V形光強(qiáng)分布的形狀不對稱改變，以及在非單晶半導(dǎo)體膜上不能穩(wěn)定地形成所需V形光強(qiáng)分布。因此，產(chǎn)生在已加工襯底上的半導(dǎo)體膜中，不能以基本上相同的大小生成晶粒的不便。具體地，當(dāng)如圖15A所示，稍微從焦點(diǎn)位置移動-10μm時，形成其中存在兩個最小光強(qiáng)部分的光強(qiáng)分布，因此，將晶體生長開始點(diǎn)分成兩個點(diǎn)，由此減小適當(dāng)晶粒的大小。此外，如圖15C所示，在稍微從焦點(diǎn)位置移動+10μm的位置處形成的光強(qiáng)分布中，能理解到非晶區(qū)擴(kuò)展以及降低“晶粒的填充系數(shù)”。其中，“晶粒的填充系數(shù)”是當(dāng)用具有V形光強(qiáng)分布的光束照射非單晶半導(dǎo)體膜時，結(jié)晶面積與光照射面積的比。
在二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件中，當(dāng)將調(diào)制相位值設(shè)置成180度，而不是如上所述的90度時，將形成的V形光強(qiáng)分布根據(jù)散焦方向不對稱地改變。然而，通過設(shè)置成180度的調(diào)相值，保證在V形光強(qiáng)分布中，最小光強(qiáng)部分大到某種程度的嘗試將具有該調(diào)相值的調(diào)相區(qū)的占用面積比的分布限制到0％到約100％。這意味著具有該調(diào)相值或參考相位值的相位區(qū)變得極其小，以及還意味著調(diào)相值為180度的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件的生產(chǎn)實際上很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，即使稍微從焦點(diǎn)位置移動，也能穩(wěn)定地形成所需V形光強(qiáng)分布，以及能在半導(dǎo)體膜上基本上均勻地生成晶粒。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供如權(quán)利要求1中限定的光照射裝置。
最好滿足下述條件(δ2/δx2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0(δ2/δy2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0其中，(X，Y)是光調(diào)制元件的共面(in-plane)坐標(biāo)，T(X，Y)是光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布，(x，y)是成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像表面的共面坐標(biāo)，∫是成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍中的積分符號，其中，對應(yīng)于圖像表面上的點(diǎn)(x，y)的光調(diào)制元件上的點(diǎn)是中心，以及arg是用來獲得相位值的函數(shù)。
在光照射裝置中，光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布最好具有其大小不大于成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的調(diào)相單元。最好光調(diào)制元件具有彼此不同的具有固定相位值的至少三種相位區(qū)，以及這些相位區(qū)的占用面積比根據(jù)預(yù)定圖型改變。在這種情況下，最好，光調(diào)制元件包括具有作為參考的0度的參考相位值的參考相位區(qū)、具有作為具有正值的調(diào)相的第一調(diào)相值的第一調(diào)相區(qū)、以及具有作為具有負(fù)值的調(diào)相的第二調(diào)相值的第二調(diào)相區(qū)作為至少三種相位區(qū)，該負(fù)值的絕對值基本上等于第一調(diào)相值的絕對值。在這種情況下，最好，第一調(diào)相區(qū)對參考相位區(qū)的占用面積比改變的圖型基本上等于第二調(diào)相區(qū)對參考相位區(qū)的占用面積比改變的圖型。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供在權(quán)利要求7中所限定的光照射方法。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供包括第一方面的光照射裝置，以及將具有非單晶半導(dǎo)體膜的已加工襯底保持在成像光學(xué)系統(tǒng)的成像面上的臺的結(jié)晶裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種結(jié)晶方法，通過使用第一方面的光照射裝置，或第二方面的光照射方法，將具有V形光強(qiáng)分布的光施加到具有設(shè)置為預(yù)定面的非單晶半導(dǎo)體膜的已加工襯底上，以便生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供通過第三方面的結(jié)晶裝置或第四方面的結(jié)晶方法制造的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供如在權(quán)利要求11中所限定的光調(diào)制元件。
光調(diào)制元件最好包括具有作為參考的0度的參考相位值的參考相位區(qū)、具有為具有正值的調(diào)相的第一調(diào)相值的第一調(diào)相區(qū)、以及具有為具有負(fù)值的調(diào)相的第二調(diào)相值的第二調(diào)相區(qū)作為至少三種相位區(qū)，該負(fù)值的絕對值基本上等于第一調(diào)相值的絕對值。在這種情況下，最好第一調(diào)相區(qū)對參考相位區(qū)的占用面積比改變的圖型基本上等于第二調(diào)相區(qū)對參考相位區(qū)的占用面積比改變的圖型。
由于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法使用具有在成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中，在V形光強(qiáng)分布的底部，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)變?yōu)榛旧蠟榱愕膹?fù)振幅透射率分布的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，能在結(jié)晶面上穩(wěn)定地形成所需V形光強(qiáng)分布，而基本上不受散焦影響，以及能在半導(dǎo)體膜上生成具有基本上相等大小的晶粒。
在下述的說明書中將闡述本發(fā)明的另外目的和優(yōu)點(diǎn)，以及部分將從說明書顯而易見，或可以通過實施本發(fā)明了解到。可以通過在下文中特別指出的手段和組合實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。


包含在并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示例說明本發(fā)明的實施例，以及連同上述給出的概述和下面給出的實施例的詳細(xì)描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是示意性表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是示意性表示在圖1中所述的照明系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的視圖；圖3A至3D分別示意性表示當(dāng)通過使用具有180度的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布時，占用面積比、復(fù)振幅分布的絕對值、復(fù)振幅分布的相位值以及光強(qiáng)的視圖；圖4A至4D分別示意性表示當(dāng)通過使用具有除180度外的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布時，占用面積比、復(fù)振幅分布的絕對值、復(fù)振幅分布的相位值以及光強(qiáng)的視圖；圖5A和5B分別示意表示當(dāng)通過使用具有180度的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布時，|UxZ|和UxZ的相位值的視圖；圖6A和6B分別示意表示當(dāng)通過使用具有除180度外的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布時，|UxZ|和UxZ的相位值的視圖；圖7是示例說明在三進(jìn)制調(diào)制方法中，能將復(fù)振幅分布U的相位值的二次導(dǎo)數(shù)(secondary derivative)設(shè)置為零的視圖；圖8A和8B是與圖6A和6B相關(guān)的卷積(convolution)的視圖，示例說明散焦方法的原理；圖9是示意性表示根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件的相位圖的視圖；圖9A至9G是表示用于如圖9所示的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件的制造過程的例子的過程橫截面視圖；圖10A至10C分別表示當(dāng)使用根據(jù)實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的V形光強(qiáng)分布的視圖；圖11A至11C是示意性表示在該實施例的改型中，當(dāng)使用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的每個V形光強(qiáng)分布的第一視圖；圖12A和12B是示意性表示在該實施例的改型中，當(dāng)使用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的每個V形光強(qiáng)分布的第二視圖；圖12C是表示根據(jù)本發(fā)明的改型的校正移相器的視圖，和示例說明通過使用校正移相器獲得的光強(qiáng)分布的波形；圖13A至13E是表示通過使用根據(jù)該實施例的結(jié)晶裝置，制造電子設(shè)備的過程的過程截面圖；圖14是示意性表示在相關(guān)申請中提出的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件的相位圖的視圖；以及圖15A至15C是示意性表示當(dāng)使用圖14的光調(diào)制元件時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的每個V形光強(qiáng)分布的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的實施例。
圖1是示意性表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)的視圖。此外，圖2是示意性表示照明系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的視圖。參考圖1，根據(jù)該實施例的結(jié)晶裝置包括調(diào)制入射光束的相位的光調(diào)制元件1、照明系統(tǒng)2、成像光學(xué)系統(tǒng)3和襯底臺5。已加工襯底(支撐襯底，諸如玻璃襯底和直接或間接形成在其上的非單晶半導(dǎo)體膜)4安裝在臺5上。下面將描述光調(diào)制元件1的詳細(xì)子結(jié)構(gòu)和效果。
如圖2所示，照明系統(tǒng)2包括輸出熔斷已加工襯底4的非單晶半導(dǎo)體膜的能量光的光源2a。該光源是例如提供具有例如248nm的波長的脈沖激光束的KrF激元激光源。作為該光源2a，也可以使用具有投射熔斷結(jié)晶目標(biāo)物質(zhì)，諸如非單晶半導(dǎo)體膜的能量光束的性能的其他適當(dāng)?shù)墓庠矗T如XeCl激元激光源或YAG激光源。通過光束擴(kuò)展器2b，擴(kuò)展從光源2a射出的激光束，然后進(jìn)入第一復(fù)眼微透鏡2c。
用這種方式，在第一復(fù)眼微透鏡2c的后焦面上形成多個小光源，以及通過第一聚光器光學(xué)系統(tǒng)2d，以重疊方式，來自多個小光源的光線照射第二復(fù)眼微透鏡2e的入射面。因此，在第二復(fù)眼微透鏡2e的后焦面上形成比在第一復(fù)眼微透鏡2c的后焦面上更多的光源。通過第二聚光器光學(xué)系統(tǒng)2f，來自在第二復(fù)眼微透鏡2e的后焦面上形成的多個小光源的光線以重疊的方式作為一光束照射光調(diào)制元件1。
其中，第一復(fù)眼微透鏡2c和第一聚光器光學(xué)系統(tǒng)2d構(gòu)成第一均化器(homogenizer)，以及該第一均化器使從光調(diào)制元件1上的光源2a提供的激光束的入射角勻化。另外，第二復(fù)眼微透鏡2e和第二聚光器光學(xué)系統(tǒng)2f構(gòu)成第二均化器，以及該第二均化器在光調(diào)制元件1上的任何共面位置處，使其入射角由第一均化器勻化的激光束的光強(qiáng)勻化。用這種方式，光照系統(tǒng)2用具有基本上均勻的光強(qiáng)分布的激光束照射光調(diào)制元件1。
通過光調(diào)制元件1經(jīng)受調(diào)相的激光或激光束通過成像光學(xué)系統(tǒng)3，進(jìn)入已加工襯底4。其中，成像光學(xué)系統(tǒng)3以光學(xué)共軛方式，排列光調(diào)制元件1和已加工襯底4的圖型表面。換句話說，在與光調(diào)制元件1的圖型表面或平面光學(xué)共軛的表面(成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像平面)上設(shè)置已加工襯底4的位置。成像光學(xué)系統(tǒng)3包括在正透鏡組件3a和正透鏡組件3b間的孔徑光闌3c。
孔徑光闌3c是從其孔徑位置(透光部分)具有不同大小的多個孔徑光闌中選擇的一個。多個孔徑光闌3c構(gòu)造成相對于一光程是可替換的。另外，可以將能連續(xù)改變孔徑部分的大小的可變光闌用作孔徑光闌3c。在任何情況下，設(shè)置孔徑光闌3c的孔徑部分的大小(由此為成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA)以便如稍后所述，在已加工襯底4的半導(dǎo)體膜上形成所需光強(qiáng)分布。成像光學(xué)系統(tǒng)3可以是折射型光學(xué)系統(tǒng)、反射型光學(xué)系統(tǒng)或折射/反射型光學(xué)系統(tǒng)。
在通過光調(diào)制元件1調(diào)相的激光束的成像、熔化和凝固的過程中，已加工襯底4的非單晶半導(dǎo)體膜被結(jié)晶。通過化學(xué)汽相淀積(CVD)，在例如液晶顯示玻璃板上順序地形成基礎(chǔ)膜和非晶硅膜(非單晶半導(dǎo)體膜)，獲得已加工襯底4。基礎(chǔ)絕緣膜是例如SiO2的絕緣膜、通過非晶硅膜和玻璃襯底的直接接觸，避免雜質(zhì)粒子諸如Na混入玻璃襯底的非晶硅膜中，以及防止非晶硅膜的熔斷溫度直接傳送到玻璃襯底。
非單晶膜不限于非單晶半導(dǎo)體膜，以及它可以是例如除半導(dǎo)體外的金屬。在非晶硅膜上形成作為帽狀膜(cap film)的絕緣膜，諸如SiO2膜。通過進(jìn)入非晶硅膜的部分光束，加熱帽狀膜，以及保存加熱溫度。盡管當(dāng)中止入射光束時，高溫部分的溫度在非晶硅膜的照射目標(biāo)表面上快速降低，該蓄熱效果減輕該溫度下降梯度以及實現(xiàn)在橫向方向上，具有大粒度的晶體生長。通過真空夾盤、靜電夾盤等類似裝置，使已加工襯底4位于并保持在襯底臺5上的預(yù)定位置。
在說明根據(jù)該實施例的光調(diào)制元件1的結(jié)構(gòu)和效果前，現(xiàn)在，描述有關(guān)當(dāng)使用具有除180度外的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，根據(jù)散焦方向(散焦距離)，V形光強(qiáng)分布不對稱改變其形狀的原理。
通常，當(dāng)使用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，當(dāng)忽略比例系數(shù)(精確地，通過用一點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的卷積表示)時，能用下述表達(dá)式(1)近似地表示在聚焦位置(焦點(diǎn)位置)處的復(fù)振幅分布U，其中，通過成像光學(xué)系統(tǒng)3，在已加工襯底4的表面上形成由光調(diào)制元件1調(diào)相的光學(xué)圖像。在表達(dá)式(1)中，(X，Y)是光調(diào)制元件的共面坐標(biāo)，以及T(X，Y)是光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布。另外，(x，y)是成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像表面(聚焦位置)的共面坐標(biāo)，以及∫是成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍中的積分符號，其中對應(yīng)于圖像表面上的點(diǎn)(x，y)的光調(diào)制元件上的點(diǎn)為中心。
U(x，y)∫T(X，Y)dXdY (1)即，基于下述考慮，表達(dá)式(1)被引導(dǎo)。
通過成像光學(xué)系統(tǒng)的成像當(dāng)用點(diǎn)光源照明時，被分類成相干成像、當(dāng)用較佳擴(kuò)散光源照明時，被分類成不相干成像，以及對應(yīng)于兩種成像的中間狀態(tài)的部分相干成像。通過實際光學(xué)系統(tǒng)的成像是部分相干成像，以及通過由H.H.Hopkins引導(dǎo)的表達(dá)式，能獲得其光強(qiáng)分布。因此，在近似相干成像的同時，給出該討論。
通過用下述表達(dá)式(1-a)表示的卷積計算，能獲得相干成像中的圖像表面上的振幅分布U(x，y)。(M.Bom和E.Wolf，Principle ofOptics，9.5章，第7版，Cambridge Univ.Press。)U(x，y)∫∫T(X，Y)PSF(x-s，y-t)dXdY (1-a)其中，PSF(x，y)表示成像光學(xué)系統(tǒng)的振幅點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(由點(diǎn)對象生成的復(fù)振幅分布)。
另一方面，通過成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳函數(shù)的傅立葉變換，給出振幅點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。假定光瞳具有圓形形狀以及均勻透射率，由下述表達(dá)式(1-b)給出振幅點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF(x，y)。
PSF(x,y)=2J1(2πNAr/λ)2πNAr/λ---(1-b)]]>r=x2+y2]]>其中，λ是光束的波長，NA是成像光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，以及J1是貝塞爾函數(shù)。
由于在保持表達(dá)式(1-b)的同時，難以估算表達(dá)式(1-a)，通過環(huán)繞振幅點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)、具有半徑R的圓柱形的函數(shù)，近似振幅點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，具有匹配底表面以及位于其上表面上的峰值。即，能獲得下述表達(dá)式。
PSF(x,y)=1r<R0r>R---(1-c)]]>R＝0.61λ/NA其中，R是表達(dá)式(1-b)的右側(cè)變?yōu)?的最小半徑。具有半徑R的圓形的范圍稱為“點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍”并用符號S表示。然后，在點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍S中，在中心處的(x，y)象表達(dá)式(1)，表達(dá)式(1-a)簡化成復(fù)振幅透射率T(X，Yy)的積分。
“點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍”是指用在點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)中，變?yōu)?或能視為0(基本上為0)的線包圍的范圍。通常，假定NA是成像光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑以及λ是所使用的激光束的波長，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍用圖像表面上的具有0.61λ/NA的半徑的圓表示，以及點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍具有通過光調(diào)制元件上的放大率劃分該圓獲得的值。其中，當(dāng)調(diào)制相位值是180度時，函數(shù)T(X，Y)的值是具有0度的參考相位值的參考相位區(qū)中的正實數(shù)，以及在具有180度的調(diào)相值的調(diào)相區(qū)中為負(fù)實數(shù)。特別地，即使調(diào)相區(qū)的占用面積比(占空比)從0％改變到5％，如圖3A所示，復(fù)振幅分布U的相位值從0度保持不變，如圖3C所示。應(yīng)注意到圖3A至3D分別示意性表示當(dāng)通過使用具有180度的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布時的占用面積比D、復(fù)振幅分布U的絕對值以及光強(qiáng)I(該值與|U|2成比例)。
可替換地，當(dāng)調(diào)相值是值0而不是180度時(θ≠180)，函數(shù)T(X，Y)的值是虛數(shù)，因此，復(fù)振幅分布U的值也是虛數(shù)。另外，當(dāng)如圖4A所示，調(diào)相區(qū)的占用面積比(占空比)從0％改變到50％，復(fù)振幅分布U的相位值從0度改變成θ/2，如圖4C所示。圖4A至4D分別示意表示當(dāng)通過使用具有除180度外的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件生成V形光強(qiáng)分布時的占用面積比D、復(fù)振幅分布U的絕對值|U|、復(fù)振幅分布U的相位值和光強(qiáng)I。
現(xiàn)在描述有關(guān)當(dāng)使用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，由于散焦引起的光強(qiáng)分布的變化。在散焦位置處的復(fù)振幅分布Ud(x，y)用下述表達(dá)式(2)表示(見Junpei Tsujinai等人的“Optical Information Processing(光學(xué)信息處理)”，由The Japan Society of Applied Physics，Ohmsha編輯，P.8和其他，其全部內(nèi)容在此引入以供參考)。
Ud(x，y)＝U(x，y)*Z(x，y) (2)在表達(dá)式(2)中，*是表示卷積(卷積積分)的算子，以及U(x，y)是散焦位置(焦點(diǎn)位置)處的復(fù)振幅分布，如上所述。
在表達(dá)式(2)中，Z(x，y)是點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)表達(dá)式菲涅耳衍射，并用下述表達(dá)式(3)表示。
Z(x，y)＝exp{iK(x2+y2)/2d}(3)其中，k＝2π/λ在表達(dá)式(3)中，k是波數(shù)，以及d是散焦量(散焦距離)。關(guān)于符號d，遠(yuǎn)離成像光學(xué)系統(tǒng)的方向上的散焦量具有正號，以及在更接近成像光學(xué)系統(tǒng)的方向上的散焦量具有負(fù)號。
現(xiàn)在，將考慮通過使用二進(jìn)制調(diào)制型樣調(diào)制元件形成的V形光強(qiáng)分布的底部處的點(diǎn)的卷積的情況。圖5A一維(X軸)表示在通過使用具有180度的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布的情況下，通過U(x，y)乘以Z(x，y)獲得的值的絕對值|UxZ|。然而，在這種情況下，Z的原點(diǎn)與V形的中心匹配。即，假定V形的中心坐標(biāo)為(x0，y0)，能實現(xiàn)UxZ≡U(x，y)×Z(x-x0，y-y0)。此外，圖6A一維(x軸)表示在通過使用具有除180度外的調(diào)相值θ(θ≠180)的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布的情況下，通過U(x，y)乘以Z(x，y)獲得的值的絕對值|UxZ|。通過整個水平軸，對如圖5A和6A所示的|UxZ|進(jìn)行積分獲得的結(jié)果(橫向方向上的距離表示為A橫截面的位置)是在V形光強(qiáng)分布的底部處的點(diǎn)的復(fù)振幅分布。
由于Z的絕對值|Z|為1，UxZ的絕對值|UxZ|等于U的絕對值|U|。此外，通過Z乘以U，加上與到所討論點(diǎn)的距離的平方成比例的相位。該相位增加的符號對應(yīng)于散焦方向(散焦量的符號)。即，相位增加的符號在d＞0的情況下為正號，以及在d＜0的情況下，相位增加的符號為負(fù)號。如圖5B所示，在通過使用具有180度的調(diào)相值的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布的情況下，UxZ的相位值相對于散焦量d的符號對稱改變。因此，卷積包含的積分結(jié)果也變得相對于散焦量d的符號是對稱的。
可替換地，如圖6B所示，在通過使用具有除180度外的調(diào)相值θ(θ≠180)的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，生成V形光強(qiáng)分布的情況下，UxZ的相位值相對于散焦量d的符號，不對稱地改變。因此，通過卷積包含的積分結(jié)果也相對于散焦量d的符號變得不對稱。在圖5B中，在方程式(3)中的相位項(右側(cè))中表示的散焦量d為分母，因此，用方程式(3)表示的拋物線隨著散焦量d增加而變?yōu)殚_放的。
具體地，如從圖6B看出，在d＞0的情況下，由于相位的改變量在所討論點(diǎn)的附近變小，考慮到積分，光強(qiáng)被增加。相反，在d＜0的情況下，由于相位的改變量在所討論點(diǎn)的附近變大，考慮到積分，光強(qiáng)被降低。這種趨勢與上述計算結(jié)果匹配。
概括這一考慮，能理解到相對于散焦的符號的V形光強(qiáng)分布的不對稱改變的因素在于根據(jù)聚焦位置(d＝0)處的|UxZ|的底部，U的相位值以基本上曲線的方式，而不是線性方式改變，即，U的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上不為0。換句話說，能理解到通過將U的相位值的二次導(dǎo)數(shù)設(shè)置成基本上為0，相對于散焦的符號，V形光強(qiáng)分布對稱改變。作為這一問題的解決方案，本發(fā)明采用下述兩種技術(shù)。
第一種技術(shù)是“三進(jìn)制(ternary)調(diào)制方法”，通過使用具有三種或更多種調(diào)相值的光調(diào)制元件，例如具有一個參考相位值和兩個調(diào)相值的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，在成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中的V形光強(qiáng)分布的底部(最小光強(qiáng)部分)處，將復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)設(shè)置為基本上為0。第二種技術(shù)是“散焦方法”，在成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中的V形光強(qiáng)分布的底部處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上為0的位置處，安置照射目標(biāo)表面。
將參考圖7，描述有關(guān)在三進(jìn)制調(diào)制方法中，復(fù)振幅分布U的相位值的二次導(dǎo)數(shù)能設(shè)置為0的例子。在圖7中，垂直軸I表示虛數(shù)，以及水平軸R表示實數(shù)。例如，三個值的相位確定為0、+θ0和-θ0。表達(dá)式(1)中的積分能修改成下述形式。
U(x，y)＝U0e0i+U1eθ0i+U1e-θ0i＝U0+U1(cosθ0+isinθ0)+U1(cosθ0-isinθ0)＝U0+2U1cosθ0即，通過使用三個值，能將復(fù)振幅分布U的相位設(shè)置成基本上為0。因此，當(dāng)然也能將復(fù)振幅分布U的二次導(dǎo)數(shù)也設(shè)置成基本上為0。應(yīng)注意到在該例子中，使用0、+θ0和-θ0的組合，但也有其他組合，通過這些組合，表達(dá)式(1)的計算結(jié)果變?yōu)橄辔涣?基本上為0)。除三進(jìn)制調(diào)制方法外，也可以使用利用多個值，例如四個值或五個值的調(diào)制方法。此外，關(guān)于光調(diào)制元件，已經(jīng)描述有關(guān)在成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像空間中，復(fù)振幅分布的相位值基本上為0的例子，相位值不必基本上為零，只要能將二次導(dǎo)數(shù)設(shè)置成基本上為0。
通過使用三進(jìn)制調(diào)制方法獲得的光強(qiáng)I能用下述表達(dá)式(4)近似地表示。
I{2Dcosθ+(1-2D)}2(4)在表達(dá)式(4)中，θ是具有不同符號和相同絕對值的兩個調(diào)相值的絕對值。D是根據(jù)相同圖型改變的兩個調(diào)相區(qū)的占用面積比。相對于參考相位區(qū)的每個調(diào)相區(qū)的占用面積比取0和0.5間的值。
“光調(diào)制元件具有在成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中，V形光強(qiáng)分布的最小光強(qiáng)部分(反峰值圖的底部)處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)近似為零或基本上為零的復(fù)振幅透射率分布”的事實僅表示考慮到表達(dá)式(1)，滿足下述表達(dá)式(5)和(6)。在表達(dá)式(5)和(6)，(X，Y)是光調(diào)制元件的共面坐標(biāo)，T(X，Y)是光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布，(x，y)是成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像表面的共面坐標(biāo)，∫是成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的積分符號，其中，對應(yīng)于圖像表面上的點(diǎn)(x，y)的光調(diào)制元件上的點(diǎn)是中心，以及arg是用來獲得相位值的函數(shù)。
(δ2/δx2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0 (5)(δ2/δy2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0 (6)現(xiàn)在，將參考與圖6A和6B有關(guān)的卷積的圖8A和8B，描述作為第二種技術(shù)的散焦方法的原理。
在散焦方法中，將預(yù)定散焦位置有意假定為偽聚焦位置，以及在假定的偽聚焦位置，設(shè)置照射目標(biāo)表面。在該例子中，作為偽聚焦位置，使用通過散焦包含的復(fù)振幅分布U的相位的改變量相對小的位置。在圖8A和8B中，將具有d0的散焦量的新散焦位置(d＝d0)假定為偽聚焦位置。
在這種情況下，通過在中央確定作為偽聚焦位置的第二散焦位置(d＝d0)，能獲得相對于UxZ的相位值，不是最佳對稱的偽對稱。由于在該新光照射位置處的光強(qiáng)分布，即偽聚焦位置某種程度上不同于在實際聚焦位置(焦點(diǎn)位置)處的光強(qiáng)分布，期望校正光調(diào)制元件的圖型以便補(bǔ)償光強(qiáng)分布間的一些差值。作為用于該校正的技術(shù)，盡管不限于某種類型，但存在例如校正相對于參考相位區(qū)的調(diào)相區(qū)的占用面積比的方法。
圖9是示意性表示根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件的相位圖型的視圖。根據(jù)該實施例的光調(diào)制元件1是基于上述第一種技術(shù)的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件，以及具有0度的參考相位值的參考相位區(qū)1a(用該圖中的空白部分表示)、具有60度的調(diào)相值的每個矩形第一調(diào)相區(qū)1b(在該圖中用陰影部分表示)，以及具有-60度的調(diào)相值的每個矩形第二調(diào)相區(qū)1c(用該圖中的黑色部分表示)。在該例子中，根據(jù)5μm的間距，在垂直和水平方向(橫向(X橫截面)和垂直于前者方向的方向)上，排列調(diào)相區(qū)1b和1c。
在該圖中，沿水平方向(沿X橫截面)，第一調(diào)相區(qū)1b的占用面積比(占空比)和第二調(diào)相區(qū)1c的占用面積比在0％和25％間線性改變。具體地，沿水平方向，在相位圖型的兩側(cè)，第一調(diào)相區(qū)1b的占用面積比為0％，以及在中央，第一調(diào)相區(qū)1b的占用面積比為25％。類似地，沿水平方向，在相位圖的兩側(cè)，第二調(diào)相區(qū)1c的占用面積比為0％，以及在中央，第一調(diào)相區(qū)1c的占用面積比為25％。
此外，在該圖中，在垂直方向上，交替形成在該圖中，其占用面積比沿水平方向(沿X橫截面)，根據(jù)相同圖型改變的一組第一調(diào)相區(qū)1b和一組第二調(diào)相區(qū)1c。包括調(diào)相區(qū)1b和1c并按5μm的間距定義的單位面積，即5μm×10μm的矩形單位面積(包括一個調(diào)相區(qū)1b和一個調(diào)相區(qū)1c并用圖9中的虛線表示的矩形單位面積)具有不大于成像光學(xué)系統(tǒng)3的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的尺寸。換句話說，根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1具有其尺寸(轉(zhuǎn)換成光調(diào)制元件1上的相應(yīng)部分的尺寸)不大于成像光學(xué)系統(tǒng)3的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的調(diào)相單元。
如上所述，根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1具有三種相位區(qū)(1a、1b和1c)，該三種相位區(qū)(1a、1b和1c)具有不同固定相位值(0度、60度和-60度)，以及這些區(qū)的占用面積比根據(jù)預(yù)定圖型改變。“固定相位值”是指在一給定區(qū)域上固定設(shè)置的相位值。在該例子中，三種相位區(qū)(1a、1b和1c)是具有作為參考的0度的參考相位值的參考相位區(qū)1a、具有為具有正值的調(diào)相的第一調(diào)相值(60度)的第一調(diào)相區(qū)1b和具有為具有負(fù)值的調(diào)相的第二調(diào)相(-60度)的第二調(diào)相區(qū)1c。相對于參考相位區(qū)1a，第一調(diào)相區(qū)1b的占用面積比隨其改變的圖型等于相對于參考相位區(qū)1a，第二調(diào)相區(qū)1c的占用面積比隨其改變的圖型。根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1是根據(jù)如上所述的基于本發(fā)明的第一技術(shù)的光調(diào)制元件，并設(shè)計成具有復(fù)振幅透射率分布，使得復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)在成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像空間中，在V形光強(qiáng)分布的底部處變?yōu)榛旧蠟榱恪?br> 圖9中所示的圖型是實際光調(diào)制元件的許多相同圖型中的一個，以及能理解到通過排列光調(diào)制元件，能同時形成具有反峰值圖型或V形的許多光強(qiáng)分布以便在X橫截面的方向上，重復(fù)這些圖型，以及通過排列光調(diào)制元件，最小光強(qiáng)部分具有線性形狀，以便在垂直于X橫截面的方向的方向上，重復(fù)這些圖型。
上述光調(diào)制元件是改變?nèi)肷涔馐南辔粊硇纬删哂性陬A(yù)定面上最小光強(qiáng)的底部的V形光強(qiáng)分布的光學(xué)元件。光照射裝置是通過光調(diào)制元件調(diào)制的光束通過成像系統(tǒng)照射預(yù)定表面，諸如目標(biāo)的照射表面(例如非晶表面)來在所述表面上形成所述V形光強(qiáng)分布的設(shè)備。
通過具有用于入射光束的透明度的透明襯底，諸如石英玻璃襯底，形成光調(diào)制元件，如圖9所示。在襯底的上表面，形成作為具有除180度外的正相位值的第一調(diào)相區(qū)或區(qū)域的不同區(qū)的多個矩形凹口部分(對應(yīng)于區(qū)域1b)。通過傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，諸如干蝕刻，形成矩形凹口部分。在本發(fā)明中，作為調(diào)相值的標(biāo)記，正標(biāo)記表示相位提前狀態(tài)，以及負(fù)標(biāo)記表示相位延遲狀態(tài)。
更具體地說，可以如下形成凹口部分。在石英玻璃襯底的上表面上形成保護(hù)膜，然后在曝光步驟中，使用鉻掩模來有選擇地曝光該膜。接著，對所曝光的保護(hù)膜實施顯影步驟以便在襯底上形成抗蝕圖型。使用抗蝕圖型，有選擇地干蝕刻襯底的上表面。然后，從襯底去除抗蝕圖型，以便在襯底的上表面中形成多個凹口部分。
在最接近于第一調(diào)相區(qū)或區(qū)域的透明襯底的部分處，還形成多個第二調(diào)相區(qū)，每個第二調(diào)相區(qū)具有除180度外的負(fù)相位值。第二調(diào)相區(qū)具有不同面積。也可以以矩形凸出形成第二區(qū)(對應(yīng)于圖9中的區(qū)域1c)，以及具有與第一區(qū)相同的平面大小、平面形狀和圖型。正負(fù)標(biāo)記的相位值的絕對值相等，以及可以是除180度外的任何度數(shù)，例如60度。
可以在形成第一調(diào)相區(qū)1b后，形成第二調(diào)相區(qū)1c，使用對應(yīng)于第二區(qū)的圖型，將與形成第一區(qū)相同的蝕刻過程應(yīng)用于襯底的上表面?？商鎿Q地，形成第一和第二區(qū)的步驟可以相反，即形成第二區(qū)1c后形成第一區(qū)1b。
接著，將參考圖9A至9G，描述制造上述光調(diào)制元件的一個例子。
如圖9A所示，制備作為用于光調(diào)制元件的透明襯底的石英玻璃襯底61。接著，如圖9B所示，在襯底61的上表面上形成保護(hù)膜62。使用用于形成第一或第二調(diào)相區(qū)(在該實施例中，為第一調(diào)相區(qū))的掩膜，通過光有選擇地曝光保護(hù)膜62。然后，有選擇地蝕刻獲得的保護(hù)膜62以便在襯底61的上表面上形成用于第一調(diào)相區(qū)的抗蝕圖型63，如圖9C所示。使用抗蝕圖型63，有選擇地蝕刻襯底61的上表面，然后從襯底去除抗蝕圖型63，以便在襯底61的上表面上形成第一調(diào)相區(qū)64，如圖9D所示。
接著，在襯底上形成第二調(diào)相區(qū)以便與第一調(diào)相區(qū)并置如下。
首先，在已經(jīng)設(shè)置第一調(diào)相區(qū)64的襯底61的上表面上形成保護(hù)膜。使用用于形成第二調(diào)相區(qū)的掩膜，用光有選擇地曝光保護(hù)膜。然后，有選擇地蝕刻獲得的保護(hù)膜以便在襯底61的上表面上形成用于第二調(diào)相區(qū)的抗蝕圖型65，如圖9E所示。使用抗蝕圖65，有選擇地蝕刻未被第二圖型65覆蓋的襯底61的上表面部分，如圖9F所示。接著，從襯底去除抗蝕圖型65以便在襯底61的上表面上形成參考相位區(qū)1a、以及第一和第二調(diào)相區(qū)1b和1c，如圖9G所示。如圖9所示，設(shè)置正方形形狀的第一和第二調(diào)相區(qū)1b和1c的大小和排列。更具體地說，在每個單元中，按行(橫向)和列排列第一和第二調(diào)相區(qū)。行有兩種類型，一種由第一區(qū)1b組成，以及另一種由第二區(qū)1c組成。交替地排列兩種行。在另一種類型的每行中，中間區(qū)最大，以及趨向于單元中的列的末尾，最大的兩側(cè)上的其他區(qū)大小逐漸減小。形成每個列的第一和第二區(qū)1b和1c具有相同大小。
區(qū)1b和1c的形狀不限于上述方形，以及可以是具有所需面積的適當(dāng)形狀，諸如圓形、橢圓形或三角形。
接著，將描述在石英襯底上形成具有所需相位值的調(diào)相區(qū)的例子。
例如，通過在襯底的光入射面上形成步級(step)，可以提供用于調(diào)相入射光束的相位值。由于在邊界(步級)的兩側(cè)上的折射率的不同，出現(xiàn)用于入射光束的調(diào)相。
用下述方程式表示步級的厚度。
T＝λΦ/2π(n-1)其中，λ是入射光束的波長，Φ是用弧度表示的相位值，以及n是形成步級的材料的折射率。因此，通過選擇具有一折射率的襯底材料以及具有一波長的入射光，可以獲得所需步級t。通過具有所需折射率的材料，使用諸如PECVD或LPCVD，或蝕刻透明襯底的表面，在透明襯底上形成薄膜，可以設(shè)置這些常數(shù)。
盡管通過以矩陣形式配置矩形調(diào)相區(qū)，形成如圖9所示的光調(diào)制元件，但調(diào)相區(qū)的形狀和/或配置不限于此。例如，調(diào)相區(qū)可以具有任何其他形狀，諸如圓形形狀，以及能采用任何其他排列構(gòu)造，諸如Z字形排列。
圖10A至10C是分別表示當(dāng)使用根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的V形光強(qiáng)分布的視圖。假定光的波長λ為248nm、成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA為0.13、成像光學(xué)系統(tǒng)3的成像放大率為1/5以及成像光學(xué)系統(tǒng)3的值δ(相干因子)為0.47，計算在這些圖的每一個中所示的光強(qiáng)分布。另外，圖10B表示沿X截面，在聚焦位置獲得的光強(qiáng)分布，圖10A表示沿X橫截面，在-5μm的散焦位置(在接近于成像光學(xué)系統(tǒng)3的方向上，從聚焦位置稍微移動5μm的位置)處獲得的光強(qiáng)分布，以及圖10C表示沿X截面，在+5μm的散焦位置(在遠(yuǎn)離成像光學(xué)系統(tǒng)3的方向上，從聚焦位置稍微移動5μm的位置)處獲得的光強(qiáng)分布。
當(dāng)使用根據(jù)該實施例的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1時，如圖10B所示，在成像光學(xué)系統(tǒng)3的聚焦位置(成像表面)處，形成基本上理想的V形光強(qiáng)分布。另外，即使如圖10A和10C所示，使照射目標(biāo)表面散焦±5μm，由于散焦，在照射目標(biāo)表面上形成的V形光強(qiáng)分布的形狀稍微改變，以及該改變基本上是對稱的(在橫向方向上對稱，最小光強(qiáng)部分被確定在中心處)，而不取決于散焦方向。在該實施例中，為使光調(diào)制元件1的生產(chǎn)相對容易，將調(diào)相區(qū)1b和1c的占用面積比設(shè)置成0至0.25，以及實現(xiàn)具有相對薄的底部的V形光強(qiáng)分布。
如上所述，根據(jù)該實施例的結(jié)晶裝置使用光調(diào)制元件，例如具有一復(fù)振幅透射率分布，使在成像光學(xué)系統(tǒng)3的圖像空間中，在V形光強(qiáng)分布的底部處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上變?yōu)榱愕娜M(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1。因此，基本上不受由于不可避免地存在于例如已加工襯底4中的板厚度偏差引起的散焦影響，能穩(wěn)定地形成所需V形光強(qiáng)分布，因此，在半導(dǎo)體膜上，基本上均勻地生成晶粒。另外，在該實施例中，由于可以穩(wěn)定地形成基本上理想的V形光強(qiáng)分布，能在具有高占空因數(shù)的半導(dǎo)體膜中，形成晶粒。
應(yīng)注意到在上述實施例中，使用根據(jù)本發(fā)明，基于第一技術(shù)的三進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件1，還可以使用在利用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件10的同時，應(yīng)用作為根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)的散焦方法的一改型，如圖14所示。圖11A至11C以及圖12A和12B是分別示意表示當(dāng)使用二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件10時，通過成像光學(xué)系統(tǒng)形成的V形光強(qiáng)分布的視圖。在該例子中，圖11A對應(yīng)于-5μm的散焦位置，圖11B對應(yīng)于聚焦位置，圖11C對應(yīng)于+5μm的散焦位置，圖12A對應(yīng)于+10μm的散焦位置，以及圖12B對應(yīng)于+15μm的散焦位置。
參考圖12A和12B，能理解到V形光強(qiáng)分布的形狀在+10μm的散焦位置和+15μm的散焦位置間幾乎不改變。因此，在該實施例的改型中，使用如圖14所示的二進(jìn)制調(diào)制型光調(diào)制元件10，將例如+12.5μm的散焦位置假定為偽聚焦位置，以及在該偽聚焦位置處，設(shè)置已加工襯底4的照射目標(biāo)表面。因此，即使在該改型中，能穩(wěn)定地形成所需V形光強(qiáng)分布，而基本上不受由于例如不可避免地存在于已加工襯底4中的板厚度偏差引起的散焦的影響，因此，在半導(dǎo)體膜上，能均勻地生成晶粒。
在散焦過程中，通過校正如圖14所示的傳統(tǒng)的移相器的占用面積比，在散焦位置可以獲得理想的光強(qiáng)分布，如圖12C所示。在所例示的改進(jìn)移相器中，改變?nèi)鐖D14所示的移相器的每個單元的中央處的調(diào)相區(qū)的大小以便校正中心處的占用面積比。例如，在傳統(tǒng)的移相器中，最大和第二最大調(diào)相區(qū)的實際尺寸(在方形調(diào)相區(qū)的一側(cè)的長度的投射平面上的變換值)是0.354μm和0.335μm以便將占用面積比分別設(shè)置成50％和40％，而在校正移相器中，最大和第二最大調(diào)相區(qū)的實際尺寸為0.296μm和0.278μm以便分別將占用面積比設(shè)置成35％和31％。該校正僅是一個例子，以及在移相的期望位置處，可以將占用面積比改變成各種值。
圖13A至13E是表示通過使用根據(jù)該實施例的結(jié)晶裝置在結(jié)晶的區(qū)域中，制造電子設(shè)備的過程的處理過程橫截面視圖。如圖13A所示，制備通過化學(xué)汽相沉積或濺射方法，在絕緣襯底80(例如堿性玻璃、石英玻璃、塑料、聚酰亞胺等等)上形成基礎(chǔ)膜81(例如具有50nm膜厚度的SiN和具有100nm的膜厚度的SiO2的層疊膜)和非晶半導(dǎo)體膜82(例如具有約50nm至20nm的膜厚度的Si、Ge、SiGe等等)獲得的已加工襯底5。另外，通過使用根據(jù)該實施例的結(jié)晶裝置，用激光83(例如KrF激元激光或XeCl激元激光)，照射非晶硅膜82的表面上的預(yù)定區(qū)。
用這種方式，如圖13B所示，生成具有大粒度的晶體的多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84。然后，如圖13C所示，通過使用光刻技術(shù)，將多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84處理成島形半導(dǎo)體膜85，該島形半導(dǎo)體膜85變?yōu)槠渲行纬衫绫∧ぞw管的區(qū)域，以及通過使用化學(xué)汽相淀積方法或濺射方法，在半導(dǎo)體膜85的表面上，形成具有20nm至100nm的膜厚度的SiO2，作為門(gate)絕緣膜86。此外，如圖13D所示，在門絕緣膜上形成門電極87(例如硅化物或MoW)，以及通過用作掩膜的門電極87，注入雜質(zhì)離子88(在N溝道晶體管的情況下為磷，以及在P溝道晶體管的情況下為硼)。此后，在氮保護(hù)氣中，執(zhí)行退火處理(例如在450℃下一小時)，以及激活雜質(zhì)以便將源區(qū)91和漏區(qū)92形成至島形半導(dǎo)體膜85。接下來，如圖13E所示，形成界層絕緣膜89以及形成接觸孔以便形成通過溝道90與源極91和漏極92連接的源電極93和漏電極94。
在上述過程中，根據(jù)具有如在圖13A和13B所示的過程中生成的多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84的大粒度的晶體的位置，形成溝道90。通過上述過程，能將多晶晶體管或薄膜晶體管(TFT)形成為單晶半導(dǎo)體。由此制造的多晶晶體管或單晶晶體管能應(yīng)用至用于液晶顯示單元(顯示器)或EL(場致發(fā)光)顯示器的驅(qū)動電路或諸如存儲器(SRAM或DRAM)或CPU的集成電路。
應(yīng)注意到本發(fā)明應(yīng)用于結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，通過用具有預(yù)定光強(qiáng)分布的光，照射多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜，生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。然而，本發(fā)明不限于此，其通常能應(yīng)用于通過成像光學(xué)系統(tǒng)，在預(yù)定表面上形成預(yù)定光強(qiáng)分布的光照射裝置。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到另外的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。因此，在其更寬泛方面中的本發(fā)明不限于在此示出和描述的具體的細(xì)節(jié)和典型實施例。因此，在不背離如由附加權(quán)利要求和它們的等效物定義的概括性發(fā)明原理的精神或范圍的情況下，可以做出各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種光照射裝置，其特征在于包括光調(diào)制元件，調(diào)制入射光束的相位以便獲得具有最小光強(qiáng)的底部的V形光強(qiáng)分布；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，以在照射目標(biāo)表面上提供所述V形光強(qiáng)分布的方式，將所調(diào)制的光束從所述光調(diào)制元件施加到所述照射目標(biāo)表面上，其中，所述光調(diào)制元件具有這樣一復(fù)振幅透射率分布，使得在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中，在所述V形光強(qiáng)分布的底部處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上變?yōu)榱恪?br> 2.如權(quán)利要求1所述的光照射裝置，其特征在于，滿足下述條件(δ2/δx2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0(δ2/δy2)arg(∫T(X，Y)dXdY)0其中，(X，Y)是所述光調(diào)制元件的共面坐標(biāo)，T(X，Y)是所述光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布，(x，y)是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像表面的共面坐標(biāo)，∫是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍中的積分符號，其中，對應(yīng)于所述圖像表面上的點(diǎn)(x，y)的所述光調(diào)制元件上的點(diǎn)是中心，以及arg是用來獲得相位值的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光照射裝置，其特征在于，所述光調(diào)制元件的復(fù)振幅透射率分布具有其尺寸不大于所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的調(diào)相單元。
4.如權(quán)利要求1至3的任何一個所述的光照射裝置，其特征在于，所述光調(diào)制元件具有至少三種相位區(qū)，該至少三種相位區(qū)具有彼此不同的固定相位值，以及所述相位區(qū)的占用面積比根據(jù)預(yù)定圖型改變。
5.如權(quán)利要求1至4的任何一個所述的光照射裝置，其特征在于，所述光調(diào)制元件包括作為至少三種相位區(qū)的具有作為參考的0度的參考相位值的參考相位區(qū)，具有為具有正值的調(diào)相的第一調(diào)相值的第一調(diào)相區(qū)，以及具有為具有負(fù)值的調(diào)相的第二調(diào)相值的第二調(diào)相區(qū)，該負(fù)值的絕對值基本上等于所述第一調(diào)相值的絕對值。
6.如權(quán)利要求5所述的光照射裝置，其特征在于，相對于所述參考相位區(qū)，所述第一調(diào)相區(qū)的占用面積比隨其改變的圖型基本上等于相對于所述參考相位區(qū)，所述第二調(diào)相區(qū)的占用面積比隨其改變的圖型。
7.一種光照射方法，具有調(diào)制入射光束的光調(diào)制元件，以及將具有最小光強(qiáng)的底部的V形光強(qiáng)分布的光束施加到照射目標(biāo)表面上的成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述照射目標(biāo)表面位于使在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中，在V形光強(qiáng)分布的底部處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上變?yōu)榱愕奈恢锰?，以及用光照射所述照射目?biāo)表面。
8.一種結(jié)晶裝置，包括權(quán)利要求1至6的任何一個中限定的光照射裝置，以及將包括具有所述照射目標(biāo)表面的非單晶半導(dǎo)體膜的已加工襯底保持在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像表面上的臺。
9.一種結(jié)晶方法，通過使用在權(quán)利要求1至6的任何一個中限定的光照射裝置，或在權(quán)利要求7中限定的光照射方法，將具有V形光強(qiáng)分布的光施加到具有設(shè)置為照射目標(biāo)表面的非單晶半導(dǎo)體膜的已加工襯底上，生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
10.一種設(shè)備，通過使用在權(quán)利要求8中限定的結(jié)晶裝置或如在權(quán)利要求9中限定的結(jié)晶方法來制造。
11.一種光調(diào)制元件，調(diào)制入射光束的相位以便在照射目標(biāo)表面上提供V形光強(qiáng)分布，包括具有彼此不同的固定相位值的至少三種相位區(qū)，以及所述相位區(qū)的占用面積比根據(jù)預(yù)定圖型改變。
12.如權(quán)利要求11所述的光調(diào)制元件，其特征在于，包括作為至少三種相位區(qū)的具有作為參考的0度的參考相位值的參考相位區(qū)，具有為具有正值的調(diào)相的第一調(diào)相值的第一調(diào)相區(qū)，以及具有為具有負(fù)值的調(diào)相的第二調(diào)相值的第二調(diào)相區(qū)，該負(fù)值的絕對值基本上等于所述第一調(diào)相值的絕對值。
13.如權(quán)利要求12所述的光調(diào)制元件，其特征在于，相對于所述參考相位區(qū)，所述第一調(diào)相區(qū)的占用面積比隨其改變的圖型基本上等于相對于所述參考相位區(qū)，所述第二調(diào)相區(qū)的占用面積比隨其改變的圖型。
14.一種光照射裝置，其特征在于，包括光調(diào)制元件，調(diào)制入射光束的相位以便獲得具有最小光強(qiáng)的底部的V形光強(qiáng)分布；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，以在照射目標(biāo)表面上提供所述V形光強(qiáng)分布的方式，將所調(diào)制的光束從所述光調(diào)制元件施加到所述照射目標(biāo)表面上，所述光調(diào)制元件包括透明襯底，具有用于通過所述入射光束的至少一個表面；在所述襯底的所述表面上設(shè)置的參考相位區(qū)；若干第一調(diào)相區(qū)，具有除180度外，用于所述參考相位區(qū)的正調(diào)相值；以及若干第二調(diào)相區(qū)，具有除180度外，用于所述參考相位區(qū)的負(fù)調(diào)相值，其中，所述正和負(fù)調(diào)相值的絕對值相同，以及所述第一和第二調(diào)相區(qū)具有相同形狀，以及排列成彼此并列以便在橫向方向上，它們的區(qū)域逐一改變。
15.如權(quán)利要求14所述的光照射裝置，其特征在于，所述第一調(diào)相區(qū)包括在所述透明襯底的表面上形成并以一圖型排列的若干矩形凹口區(qū)，在所述圖型中，所述凹口區(qū)彼此并列以便它們的區(qū)域在橫向方向上逐一改變；以及所述第二調(diào)相區(qū)包括在所述透明襯底的表面上形成以便與所述凹口區(qū)并列并且以與所述凹口區(qū)相同的圖型排列的矩形凸出區(qū)。
16.一種光調(diào)制元件，用于調(diào)制入射光束以便所調(diào)制的光束在照射目標(biāo)表面上具有V形光強(qiáng)分布，其特征在于包括透明襯底，具有用于通過所述入射光束的至少一個表面；在所述襯底的所述表面上設(shè)置的參考相位區(qū)；若干第一調(diào)相區(qū)，具有除180度外，用于所述參考相位區(qū)的正調(diào)相值；以及若干第二調(diào)相區(qū)，具有除180度外，用于所述參考相位區(qū)的負(fù)調(diào)相值，其中，所述正和負(fù)調(diào)相值的絕對值相同，以及所述第一和第二調(diào)相區(qū)具有相同形狀，以及排列成彼此并列以便在橫向方向上，它們的區(qū)域逐一改變。
17.如權(quán)利要求16所述的光調(diào)制元件，其特征在于，所述第一調(diào)相區(qū)包括在所述透明襯底的表面上形成并以一圖型排列的若干矩形凹口區(qū)，在所述圖型中，所述凹口區(qū)彼此并列以便它們的區(qū)域在橫向方向上逐一改變；以及所述第二調(diào)相區(qū)包括在所述透明襯底的表面上形成以與所述凹口區(qū)并列并且以與所述凹口區(qū)相同的圖型排列的矩形凸出區(qū)。
全文摘要
一種光照射裝置包括光調(diào)制元件(1)，調(diào)制入射光束的相位以便獲得具有最小光強(qiáng)的底部的V形光強(qiáng)分布，以及成像光學(xué)系統(tǒng)(3)，以在照射目標(biāo)表面上提供V形光強(qiáng)分布的方式，將所調(diào)制的光束從光調(diào)制元件施加到照射目標(biāo)表面(4)上。光調(diào)制元件具有一復(fù)振幅透射率分布，使在成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間中，在V形光強(qiáng)分布的底部處，復(fù)振幅分布的相位值的二次導(dǎo)數(shù)基本上變?yōu)榱恪?br> 文檔編號H01L21/20GK1658373SQ200510009069
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者谷口幸夫 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心