專利名稱：結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，并特別涉及一種通過利用激光束透過掩膜照射多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)態(tài)半導(dǎo)體膜來產(chǎn)生晶化半導(dǎo)體膜的裝置、方法、掩膜及其它。
背景技術(shù)：
用于控制施加到例如液晶顯示器(LCD)的像素上的電壓的開關(guān)元件或類似物的薄膜晶體管(TFT)的材料通常被粗略地分為非晶硅和多晶硅。
多晶硅具有比非晶硅高的電子遷移率。因此，當(dāng)利用多晶硅形成晶體管時，與利用非晶硅的情形相比，開關(guān)速度被提高，并且顯示器的響應(yīng)速度也被提高。另外，這種晶體管可以用作外圍LSI的薄膜晶體管。另外，利用這種晶體管可以獲得諸如可使任何其它元件的設(shè)計余量減小的優(yōu)點。
在將外圍電路例如除顯示器主體以外的驅(qū)動電路或DAC結(jié)合到顯示器中的情形下，由晶體管構(gòu)成這些外圍電路能夠以較高的速度工作。
多晶硅由大量的晶粒組成，其具有比單晶硅或晶化硅更低的電子遷移率。此外，在利用多晶硅形成的小晶體管中，通道部分晶粒邊界數(shù)的不規(guī)律性是一個問題。因而，近年來提出了這樣一種結(jié)晶方法，即產(chǎn)生大顆粒直徑的單晶硅，以便提高電子遷移率并減小通道部分處晶粒邊界數(shù)的不規(guī)律性。
作為一種已知的結(jié)晶方法，“相位控制ELA(準(zhǔn)分子激光退火)”法通過利用準(zhǔn)分子激光束照射與多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜并行相鄰的相移掩膜產(chǎn)生晶化的半導(dǎo)體膜。例如在“Surface Science Vol.21，No.5，pp.278-287，2000”中公開了相位控制ELA的詳細(xì)內(nèi)容。
在相位控制ELA中，相移掩膜產(chǎn)生具有反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布。在該圖案中，對應(yīng)于產(chǎn)生相移掩膜的相移部分的點處(中心處的光強(qiáng)度基本上為0并且向著外圍突增的圖案)光強(qiáng)度最小或基本上為0。用該光強(qiáng)度分布具有反向峰值圖案的光照射多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜。結(jié)果是，根據(jù)光強(qiáng)度分布，在半導(dǎo)體膜的熔融區(qū)產(chǎn)生一溫度梯度，并且與光強(qiáng)度為最小或基本上為0的點一致，在首先被固化的部位形成晶核。然后，晶體沿橫向從晶核向外圍生長(橫向生長)，由此產(chǎn)生具有較大顆粒的單晶晶粒。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用的相移掩膜為所謂的線型相移掩膜，它由沿一個方向交替重復(fù)的兩種類型的矩形區(qū)域構(gòu)成。在兩種不同類型的區(qū)域之間給出相位差π(180°)。在此情況下，如圖22所示，兩個具有不同厚度或不同相位的不同類型的區(qū)域201和202之間的邊界構(gòu)成一個相移部分。用已經(jīng)穿過該相移掩膜的光照射多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜。照射光具有帶反向峰值部分RP的光強(qiáng)度分布，從而使得對應(yīng)于相移部分200的位置處的線段上的光強(qiáng)度基本上為0或最小，并且該光強(qiáng)度向著周圍一維地增大。
如上所述，在利用線型相移掩膜的現(xiàn)有技術(shù)中，沿著對應(yīng)于相移部分(邊界200)的線段溫度變得最低，并且沿與對應(yīng)于相移部分的線段正交的方向產(chǎn)生一溫度梯度。另外，通常在兩個相鄰反向峰值圖案部分RP之間的中間部分MP的光強(qiáng)度分布(曲線)包含不規(guī)則的波動(波形分布，例如光強(qiáng)度重復(fù)性地增大和減小)。
在此情況下，希望對于晶核的位置控制是在具有反向峰值圖案部分RP的光強(qiáng)度分布中具有較大傾斜的位置或接近最小強(qiáng)度點的位置產(chǎn)生晶核。但是，在中間部分的波動中具有很低光強(qiáng)度的位置220(即，不期望的位置)可能會不方便地產(chǎn)生晶核。另外，即使在不希望的位置產(chǎn)生晶核，從晶核開始向周圍的橫向生長也趨于在接近反向峰值部分RP和中間部分MP之間邊界的光強(qiáng)度減小的部位停止。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，其可以僅僅在所期望的一個位置或多個部分產(chǎn)生一個或多個晶核，并且實現(xiàn)起始于晶核的充分的橫向生長，從而由此產(chǎn)生具有較大顆粒的晶化半導(dǎo)體膜。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種結(jié)晶裝置，它包括一照明系統(tǒng)，其照射一掩膜，并通過利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜的方式產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜。該掩膜包括一個光吸收層，其具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性；一個具有光散射特性的光散射層；一個具有光反射特性的光反射層；一個具有光折射特性的光折射層；和/或一個具有光衍射特性的光衍射層。
第一層和第二層中的一個可以由一相移層替代。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜，并通過利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜的方式產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜。該掩膜包括一個光吸收層，其具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性；一個光散射特性的光散射層；一個具有光反射特性的光反射層；一個具有光折射特性的光折射層；和/或一個具有光衍射特性的光衍射層。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明所述方面的技術(shù)中，可以通過利用一可任意形成中等光強(qiáng)度分布的掩膜完全地控制被處理基底上所獲得的呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的形態(tài)。因此，可以在所期望的位置產(chǎn)生晶核，并且可以實現(xiàn)從晶核開始的充分的橫向生長，從而由此產(chǎn)生具有較大顆粒的晶化半導(dǎo)體膜。
本發(fā)明的各個目的和優(yōu)點將在下面的描述中詳細(xì)說明，這些目的和優(yōu)點可部分地從下面的描述中顯而易見，或者可通過本發(fā)明的實踐而獲知。本發(fā)明的這些目的和優(yōu)點可以通過以下方式以及它們的組合而獲得。
附圖簡述構(gòu)成本說明書一部分的附圖中示出了本發(fā)明的一些實施例，其與上面的一般性描述以及下面將給出的關(guān)于實施例的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示意性地示出了第一實施例中的掩膜的一基本單元部分的結(jié)構(gòu)和作用；圖3示意性地示出了根據(jù)第一變型的掩膜的一基本單元部分的結(jié)構(gòu)以及從該掩膜發(fā)出的光束的光強(qiáng)度分布；圖4是圖3中所示掩膜的光散射層的效果示意圖；圖5是光散射的基本視圖；圖6A-6E示意性地示出了根據(jù)第一變型的掩膜的制造方法以及使用圖10表示當(dāng)根據(jù)第三變型的掩膜的折射面形成為階梯形時獲得的光強(qiáng)度分布的模擬結(jié)果；圖11示意性地示出了根據(jù)第四變型的掩膜的一基本單元部分的結(jié)構(gòu)以及從該掩膜發(fā)出的光束的光強(qiáng)度分布；圖12是根據(jù)第四變型的掩膜的基本衍射效果的示意圖；圖13是根據(jù)第四變型的掩膜的制造方法及使用實施例的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的結(jié)晶裝置的主要結(jié)構(gòu)及作用的示意圖；圖17A示出了圖17中所示掩膜的一種變型；圖18A-18C為由光反射層和光吸收層整體構(gòu)成的掩膜的制造方法及其使用實施例的一個例子的示意圖；圖19A-19D示意性地示出了本發(fā)明第六實施例的結(jié)晶裝置的掩膜以及從該掩膜發(fā)出的光束的光強(qiáng)度分布，圖19E為表示該掩膜的一種變型的平面圖；圖20為具有二元分布特性的掩膜的制造方法及使用實施例的示意圖；圖21A-21E示出了通過利用每個實施例的結(jié)晶裝置制造電子器件的方法的一個例子的各個步驟；以及圖22示出了當(dāng)采用常規(guī)的線型相移掩膜時在被處理基底上獲得的光強(qiáng)度分布。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本發(fā)明第一實施例的結(jié)晶裝置包括一個照射掩膜1的照明系統(tǒng)2。照明系統(tǒng)2包括一個提供波長例如為248nm的激光束的KrF準(zhǔn)分子激光光源2a。作為光源2a，也可以使用其它適宜的光源，如XeCl準(zhǔn)分子激光光源。從光源2a發(fā)出的激光束經(jīng)一擴(kuò)束器2b擴(kuò)展然后進(jìn)入第一蠅眼透鏡2c。
通過這種方式，在第一蠅眼透鏡2c的后焦平面上形成多個小光源，并且從小光源發(fā)出的光通量經(jīng)第一會聚光學(xué)系統(tǒng)2d以疊加的方式照射在第二蠅眼透鏡2e的入射面上。結(jié)果，在第二蠅眼透鏡2e的后焦平面上形成比第一蠅眼透鏡2c的后焦平面上更小的光源。從形成在第二蠅眼透鏡2e后焦平面上的小光源發(fā)出的光通量經(jīng)第二會聚光學(xué)系統(tǒng)2f以疊加的方式照射在掩膜1上。
此處，第一蠅眼透鏡2c和第一會聚光學(xué)系統(tǒng)2d構(gòu)成第一均化器。與光入射到掩膜1上的入射角有關(guān)的強(qiáng)度通過第一均化器均化。另外，第二蠅眼透鏡2e和第二會聚光學(xué)系統(tǒng)2f構(gòu)成第二均化器。與掩膜1上的平面內(nèi)位置有關(guān)的強(qiáng)度通過第一均化器均化。因此，照明系統(tǒng)2用基本上具有均勻的光強(qiáng)度分布的光或激光束照射掩膜1。
用穿過掩膜1的激光束輻射處理成平行并接近掩膜1的基底3。此處，通過例如在液晶平板玻璃上利用化學(xué)氣相沉積法連續(xù)地形成底層膜和非晶硅膜的方式獲得被處理基底3。換言之，掩膜1設(shè)置成面對非晶態(tài)半導(dǎo)體膜。被處理基底3通過真空夾具或靜電夾具保持在基底支撐臺4的預(yù)定位置處。
下面參考圖2描述本發(fā)明第一實施例中掩膜的一基本單元部分的結(jié)構(gòu)和作用。掩膜1由一個平行平面型透明基底1b和一光吸收層1c構(gòu)成，其中透明基底1b由透明材料如石英玻璃制成，光吸收層1c由預(yù)定的光吸收材料制成并具有預(yù)定的表面形狀。掩膜具有至少一個或通常為多個分布在同一平面上的基本單元部分1a，并且為了清晰起見，圖2中只示出了一個基本單元部分1a。掩膜1最好具有這樣一種形態(tài)，即基本單元部分1a實際上沿透射分布強(qiáng)度變化的方向(圖2中的水平方向)一維地重復(fù)。即，多個條狀矩形以這樣的方式排列，從而相鄰區(qū)域的長邊變?yōu)橐粋€沿基底水平方向的公共邊，并且在每個矩形區(qū)中形成一個基本單元部分1a。這一點在根據(jù)以下變型和實施例的掩膜中也同樣適用。
作為光吸收材料，可以采用例如用在半色調(diào)型相移掩模中的材料，即MoSi、MoSiON、ZrSiO、a-碳、SiN/Tin、TiSiN、鉻及其它材料中的至少一種。為了制造掩膜1，在透明基底1上形成一個例如由ZrSiO形成的厚度均勻的光吸收膜，并且接著將一抗蝕劑施加到光吸收膜的表面上。然后，通過連續(xù)地改變劑量實施電子束光刻和顯影處理，并且在每個基本單元部分1a中以兩邊較薄、中心較厚的方式形成一個具有連續(xù)曲面的抗蝕劑膜。之后，利用干蝕刻技術(shù)去除抗蝕劑膜和該膜之下的從抗蝕劑膜側(cè)直到所期望深度的基底的表面。通過這樣的蝕刻，使其上具有較厚抗蝕劑膜的光吸收膜的中心部分蝕刻得比其上具有較薄抗蝕劑膜的兩邊部分更少。結(jié)果是，可以獲得一種包括光吸收層1c的掩膜1，其中光吸收層1c具有如圖2所示的大致連續(xù)彎曲的階梯形表面。
包括具有階梯形表面(如大致八級階梯)的光吸收層1c的掩膜1例如可以通過多次重復(fù)成形和使光吸收膜圖案化的方式制成。下面將詳細(xì)描述該技術(shù)。首先，除具有預(yù)定寬度的光吸收膜的兩個外側(cè)部分外，在基底的每個矩形區(qū)域上施加一抗蝕劑膜，并在去除抗蝕劑膜之后，通過蝕刻以預(yù)定的寬度和預(yù)定的深度僅僅蝕刻兩個最外部分。然后，對光吸收膜中不包括兩個被蝕刻的最外部分和與兩個最外部分相鄰的預(yù)定寬度的外部部分施加新的抗蝕劑膜。隨后通過類似的蝕刻以預(yù)定的寬度和預(yù)定的深度蝕刻外部部分，并進(jìn)一步以與該蝕刻深度對應(yīng)的深度蝕刻最外部分。結(jié)果是，在最外部分和外部部分之間形成一階梯。在這種方式中，可以以蝕刻部分逐漸移向中心部分的形式執(zhí)行六次該過程而形成光吸收膜，從而獲得中心最高突出八級階梯的凸形。這只是一個例子，可以理解，也可以不形成此階梯并且階梯數(shù)不局限于八個。
當(dāng)用照明系統(tǒng)2的基本上具有均勻光強(qiáng)度分布的光或激光束照射具有這種結(jié)構(gòu)的掩膜1時，透過掩膜1的光具有這樣的光強(qiáng)度分布，即在被處理基底的表面3a上與光吸收層1c的凸部中心對應(yīng)的位置光強(qiáng)度最小，并且向著外圍光強(qiáng)度單調(diào)地增大，也就是說，得出一呈反向峰值圖案(或凹形圖案)的光強(qiáng)度分布。
如上所述，第一實施例使用了包括光吸收層1c的掩膜，其中光吸收層1c具有根據(jù)呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布得到的光吸收特性。因而，可以完全地控制在被處理基底3上獲得的光強(qiáng)度分布形態(tài)，并且可以獲得如圖2中曲線所示的光強(qiáng)度分布，其中光強(qiáng)度從中心向周圍單調(diào)地增大。用具有這種光強(qiáng)度分布的光輻射的被處理基底根據(jù)該光強(qiáng)度分布被加熱。該基底的被加熱部分的溫度高于基底的熔化溫度，以生長出晶核。光的最小光強(qiáng)度可以設(shè)置為在低于、高于或等于熔化溫度的溫度下加熱基底的輻射部分。在移動基底的同時以脈沖形式輻射具有這種光強(qiáng)度分布的光。結(jié)果是，可以在具有反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的基本中心處的傾斜較大的位置處(即，所期望的位置)產(chǎn)生晶核，并且與現(xiàn)有技術(shù)不同，沒有位于相鄰反向峰值圖案RP之間的中間部分MP的光強(qiáng)度減小的部分。因而，可實現(xiàn)大晶體的生長，無需防止在過程中間橫向生長停止。在這種情況下，光吸收膜1c的最大突起部分(即掩膜1a中的本實施例的每個基本單元部分1a的中心部分)精確地位于透明基底1b上，并且因此可以通過精確定位掩膜1a和被處理基底3而在被處理基底3a上的所期望位置(部分)產(chǎn)生晶核。另外，可以實現(xiàn)從晶核開始的充分的橫向生長，并由此產(chǎn)生大顆粒的晶化半導(dǎo)體膜。
下面將參考圖3和4描述第一變型的掩膜。在下面的描述中，因為除特別聲明的以外，透明基底的材料和形狀以及基本單元部分和掩膜之間的關(guān)系與第一實施例中的相同，所以將省去詳細(xì)的描述。參見圖3，根據(jù)第一變型的掩膜11的基本單元部分11a由透明基底11b和光散射層11c構(gòu)成，散射層11c附著在透明基底11b的一個表面上并具有與呈反向峰值圖案的所需光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性。光散射層11c例如可以通過在透明層的光入射面和/光出射輻射面上形成照明光波長量級的細(xì)小粗糙部(表面浮凸)、或在透明層上沿該透明層形成預(yù)定的精細(xì)折射率分布的方式構(gòu)成。
如圖4所示，當(dāng)光進(jìn)入光散射層11c時，產(chǎn)生沒有散射的直接透射的光線(直接透射光)L1、向后散射的光線(后向散射光)L2和向前散射的光線L3。雖然圖4表示后向散射光L2從光入射面出射并且前向散射光L3從光出射面出射，但散射光出射的位置不限于此?？梢匀菀椎乩斫?，這些位置依賴于散射層的結(jié)構(gòu)。當(dāng)利用一掩膜時，有可能使得前向散射光L3到達(dá)被處理基底表面3a并變?yōu)殡s散光。但在此情況下，通過確保掩膜11和被處理基底3之間的固定間隙，到達(dá)表面3a的前向散射光的光強(qiáng)度分布變得基本上均勻并且因此該光不會變?yōu)殡s散光。
在此方式中，根據(jù)第一變型的掩膜的直接透射光的光強(qiáng)度分布與形成在被處理基底3的表面3a上的光強(qiáng)度分布對應(yīng)。
參見圖5，下面對光的散射給予基本的描述。一般地，可以通過Mie散射理論計算由直徑a近似等于入射光波長的顆粒b(例如如下所述的氣隙)導(dǎo)致的散射。參見圖5，強(qiáng)度為I0的平行光束穿過厚度為L、其中具有顆粒b的基底之后的強(qiáng)度I可以由下列方程(1)表示。在表達(dá)式(1)中，σ是光強(qiáng)度衰減系數(shù)，可以由下列表達(dá)式(2)表示。
I＝I0e-σL(1)σ＝NKπa2(2)此處，N是單位立方體積的顆粒數(shù)，a是顆粒b的半徑。另外，K是顆粒的散射效率，它是一個可以通過Mie散射理論算出的值。當(dāng)顆粒的半徑a不小于波長時，K的值近似為4～2。作為一個例子，假設(shè)顆粒b的半徑a為0.39μm，單位體積的顆粒數(shù)N為0.24/μm3，顆粒b的散射效率K為2.0(近似)，衰減系數(shù)σ為0.23/μm。因此，光透過厚度為L＝10μm的顆粒分布密度為N的膜之后，光強(qiáng)度I＝I0e-σL＝0.1×I0，并且變?yōu)楣鈴?qiáng)度為入射光強(qiáng)度I0的1/10。
在這種方式中，可以根據(jù)表達(dá)式(1)適當(dāng)?shù)剡x衰減系數(shù)σ從而依據(jù)每個不同的位置而變化或通過改變材料(基本層)不同部分的厚度L并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分布來控制光強(qiáng)度的分布。雖然隨著顆粒半徑a的變大衰減系數(shù)σ會增大，但與后向散射光相比，前向散射光增大，并且到達(dá)基底3的散射光成分(＝雜散光)也增多。因此，設(shè)計時必須考慮到這一點。
下面參考圖6A-6E描述根據(jù)第一變型的掩膜的制造方法及使用實施例。
上述每個顆粒b可以由任何材料和/或以任何形狀如球形、矩形或不規(guī)則形狀形成。
通過利用圖6A中所示模具12進(jìn)行樹脂模制，在作為基材的如圖6B所示的石英玻璃基底11b上形成具有粗糙表面或棱和凹陷的樹脂層13。模具12是一種通過對Ni板實施機(jī)械切割處理而形成的原始板。此處設(shè)定棱的間距P為10μm，凹陷的深度D為5μm。如圖6C所示，在加入作為與此材料不兼容的揮發(fā)物質(zhì)的二甲苯15后，通過旋覆(spin coating)在不規(guī)則形狀的樹脂13上形成一個具有平坦上表面的有機(jī)SOG膜(繞轉(zhuǎn)玻璃，如用烷基代替烷氧基硅烷得到的材料)。
隨后，通過烘干揮發(fā)易揮發(fā)物質(zhì)在有機(jī)SOG膜中產(chǎn)生平均半徑約為0.4μm的細(xì)小氣隙16，如圖6D所示。此時，因為SOG膜14的表面平坦，所以SOG膜14的膜厚度分布依賴于樹脂模制層13的層厚度分布，并且在此例中SOG膜14的最厚部分設(shè)置為接近10μm。SOG膜14的折射率約為1.5，氣隙(空氣)的折射率為1。折射率的差異引起散射。將由此制造的掩膜11保持在一個與被處理基底3距離20μm的位置，并且用XeCl準(zhǔn)分子激光束(波長308nm)從基本上垂直的方向照射掩膜11。結(jié)果是，能夠形成具有反向峰值圖案(凹形圖案)的所期望的光強(qiáng)度分布，并且可以產(chǎn)生具有大顆粒的晶體。此時，雖然產(chǎn)生了前向散射光，但其在被處理基底的表面上基本上均勻分布，并且其影響可以忽略。
下面參考圖7描述根據(jù)第二變型的掩膜的基本單元部分。掩膜21的基本單元部分21a由一個透明基底21b和一個光反射層21c構(gòu)成，其中光反射層21c形成在基底21b的光出射面上，并具有與呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性。光反射層21c構(gòu)造成按照期望的層數(shù)分布所形成的一多層反射膜。
因為多層反射膜具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中不同折射率的介電物質(zhì)交替層疊并且基本上不吸收光，所以透射率是由折射率減1而得到的值。因此，在層數(shù)較多的部分反射因子較大(透射率較小)，并且在層數(shù)較少的部分反射因子較小(透射率較大)。但是，希望根據(jù)所期望的光強(qiáng)度圖案獲得該多層反射面的層數(shù)與通過精確計算得到的反射因子值之間的關(guān)系。
光反射層21c可以構(gòu)造成一種按照預(yù)定厚度分布形成的金屬反射膜。但是，在此情況下，必須在極薄的金屬反射膜中控制厚度分布。
下面參考圖8A-8E描述根據(jù)第二變型的掩膜的制造方法及使用實施例。如圖8A所示，通過在作為掩膜基材的石英玻璃基底21b上交替蒸發(fā)MgF2層和ZnS層而形成由MgF2層和ZnS層組成的多層反射膜21c。然后，如圖8B所示，在多層反射膜21c上旋覆一電子束抗蝕劑22。之后，如圖8C所示，通過在利用電子束光刻裝置連續(xù)改變劑量(照射量)的同時進(jìn)行照射和顯影，以獲得與期望的光強(qiáng)度分布對應(yīng)的不規(guī)則或粗糙的抗蝕劑膜22。隨后，通過干蝕刻抗蝕劑膜22和多層反射膜21c，從而獲得如圖8D所示的具有預(yù)定的層數(shù)分布并對應(yīng)于圖8C所示抗蝕劑膜22的形狀的多層反射膜21c。此處，具有較多層數(shù)的部分(即中心部分)具有較高的反射因子(即較低的透射率)。相反，具有較少層數(shù)的部分(即兩側(cè)部分)具有較低的反射因子(即較高的透射率)。中心部分和側(cè)邊部分之間的部分具有朝著側(cè)邊部分逐漸增大的透射率。由此制得的掩膜21保持在與被處理基底3距離20μm的位置，并且用XeCl準(zhǔn)分子激光束(波長為308nm)從箭頭(圖8E)所示的基本上垂直的方向照射掩膜21。結(jié)果是，形成呈反向峰值圖案(凹形圖案)的所期望的光強(qiáng)度分布，并可由此產(chǎn)生大顆粒的晶體。
下面參考圖9描述根據(jù)一變型的掩膜的基本單元部分的結(jié)構(gòu)和作用。根據(jù)第三變型的掩膜31的基本單元部分31a由透明基底31b和光折射層31c構(gòu)成，其中光折射層附著在基底31b的輻射出射面上，并具有與呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性。光折射層31c例如可以通過將透明層的表面形成為所期望的曲面或在透明層中形成所期望的折射率分布的方式構(gòu)成。
為了根據(jù)第三變型制造掩膜31，在一個表面(如作為透明層的石英玻璃基底)上施加抗蝕劑，并在連續(xù)或斷續(xù)改變劑量的同時實施電子束光刻和顯影處理，由此產(chǎn)生具有連續(xù)或斷續(xù)曲面的抗蝕劑膜。之后，可以通過利用干蝕刻技術(shù)獲得具有連續(xù)彎曲或階躍表面的折射平面的掩膜31。例如，通過多次重復(fù)形成抗蝕劑膜并使之圖案化，可以獲得具有階梯狀折射面的掩膜31。由于在形成如圖2所示掩膜時描述了上述技術(shù)，所以此處省去詳細(xì)的解釋。
圖10是當(dāng)利用一個其中折射面根據(jù)第三變型形成為階梯狀的掩膜(通過后一制造方法形成)時可以獲得的關(guān)于光強(qiáng)度分布的模擬結(jié)果的視圖。在此模擬結(jié)果中，根據(jù)第三變型的掩膜31的折射面近似具有八級階梯，對應(yīng)于22.5-180°的相差。此外，照明系統(tǒng)2的數(shù)值孔徑設(shè)置為0.025，并且通過計算得到與掩膜31相距40μm地布置的被處理基底3上的光強(qiáng)度分布。如圖10所示，即使掩膜31的折射面為多級近似，也可以認(rèn)為可整體上獲得具有反向峰值圖案(凹形圖案)的所期望的光強(qiáng)度分布。
下面將參考圖11描述根據(jù)第四變型的掩膜的基本單元部分的結(jié)構(gòu)和作用。根據(jù)第四變型的掩膜41的基本單元部分41a由一個透明基底41b和一個光衍射層41c構(gòu)成，該光衍射層41c附著在或整體形成到該基底的至少一個平面上，在該例子中，它是一個光出射輻射平面，并具有與呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性。光衍射層41c例如可以通過將透明層的至少一個平面形形成為必要的形狀或在透明層中形成預(yù)定的折射率分布或光吸收因子分布的方式構(gòu)成。為了實現(xiàn)具有較高衍射效率(光利用效率)的掩膜，與在內(nèi)部形成光吸收因子分布的技術(shù)相比，將表面形成為必要的形狀的技術(shù)以及在內(nèi)部形成折射率分布的技術(shù)是更優(yōu)選的。
光衍射層41c實現(xiàn)為一種所謂的衍射光柵(或全息圖)。在根據(jù)第四變型的掩膜41中，光被衍射光柵(或全息圖)衍射，并且在離開預(yù)定距離的被處理基底表面3a上形成必須的光強(qiáng)度分布。在此情況下，作為衍射光柵(或全息圖)，可以采用其上具有一種干涉條紋的衍射光柵或其上具有多種疊置的干涉條紋的衍射光柵。另外，依據(jù)掩膜表面上散射作用的存在與否，將衍射光柵分類為在掩膜表面上沒有散射的無散射型和在掩膜表面上有散射的散射型。下面對掩膜表面上沒有散射的無散射型(即設(shè)置一種干涉條紋)的情形進(jìn)行簡要的描述。
圖12是根據(jù)第四變型的掩膜的基本衍射效果的示意圖。以入射角θ進(jìn)入形成于掩膜表面上、周期為d的衍射光柵(或全息圖)中的光經(jīng)受衍射作用并導(dǎo)致以出射輻射角出射。此處，入射角θ和出射輻射角之間的關(guān)系可以由下列衍射表達(dá)式(3)表示sinθ+sin＝mλ/d (3)在表達(dá)式(3)中，m是衍射級，λ是光的波長。在第四變型中，參考表達(dá)式(3)，足以獲得在掩膜表面上的衍射光柵的一個間距d和一個方向，并從而可得到以預(yù)定距離分開的被處理基底3的表面3a上的所期望光強(qiáng)度分布。
下面參考圖13描述根據(jù)第四變型的掩膜的制造方法及使用實施例。在根據(jù)第四變型的掩膜41中，通過與第二變型相同的方法(但蝕刻石英玻璃基底以代替多層反射膜)，如圖13所示的一銅類衍射光柵在透明基底41b的一個表面上形成為光衍射層41c。此類衍射光柵被稱作全息光學(xué)元件或衍射光學(xué)元件并已經(jīng)投入實際應(yīng)用。此類衍射光柵具有在一維方向上變化的間距，并具有將光線性地會聚到其焦點位置的作用。制成的無散射型(干涉條紋的一種)掩膜41保持在一個以焦距D的距離離開被處理基底3的位置上，從而面對此基底，然后用XeCl準(zhǔn)分子激光束(波長308)以具有最大預(yù)定入射角的非平行光束(散射光通量)從基本上垂直的方向照射。
結(jié)果是，形成呈反向峰值圖案(凹形圖案)的所期望的光強(qiáng)度分布，并由此產(chǎn)生大顆粒尺寸的晶體。這種衍射型掩膜可以通過全息曝光制備。在此情況下，通過利用光學(xué)裝置如狹縫或柱狀透鏡足以產(chǎn)生線性目標(biāo)光束，并且將線性目標(biāo)光束與參考光束的干涉條紋記錄到一全息敏感材料上。即使使用全息記錄法或使用基于上述計算的制備方法，散射型和無散射型兩種形態(tài)均可以實現(xiàn)。
需注意的是，在上述實施例和變型中，掩膜的基本單元部分形成一維光強(qiáng)度分布，并且掩膜具有這樣一種形態(tài)，即基本單元部分沿光強(qiáng)度分布的方向一維地重復(fù)。但是，本發(fā)明不限于此，掩膜的基本單元部分可以形成二維光強(qiáng)度分布，并且掩膜可以具有基本單元部分沿光強(qiáng)度分布的方向二維重復(fù)的形態(tài)。
下面將參考圖14描述本發(fā)明第二實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)。雖然第二實施例具有類似于第一實施例的結(jié)構(gòu)，但第二實施例與第一實施例的基本不同之處在于掩膜1的光出射輻射面與被處理基底3的光入射面布置成彼此接觸。如上所述，在根據(jù)一所謂的散焦法的第一實施例中，可以使用光吸收型掩膜1、光散射型掩膜11、光反射型掩膜21、光折射型掩膜31和光衍射型掩膜41。
相反，在根據(jù)接觸法的第二實施例中，可以采用光吸收型掩膜1、光散射型掩膜11和光反射型掩膜21，但不能使用光折射型掩膜31和光衍射型掩膜41。另外，如上所述，當(dāng)前向散射光到達(dá)被處理基底并形成雜散光時，光散射型掩膜11可以用于第二實施例中。
下面參考圖15描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)。雖然第三實施例具有類似于第一實施例的結(jié)構(gòu)，但第三實施例與第一實施例的基本不同之處在于在掩膜1與被處理基底3之間的光路中設(shè)置一個成象光學(xué)系統(tǒng)5。在第三實施例中，如圖15所示，被處理基底3設(shè)置在光軸上離開與掩膜1光學(xué)共軛的表面(成象光學(xué)系統(tǒng)5的象平面)預(yù)定距離的位置處。該成象光學(xué)系統(tǒng)5可以是衍射型光學(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)。在根據(jù)所謂的投影散焦法的第三實施例中，與第一實施例類似，可以使用光吸收型掩膜1、光散射型掩膜11、光反射型掩膜21、光折射型掩膜31和光衍射型掩膜41。
在第一和第二實施例中，必須對被處理基底中的磨損加以關(guān)注。相反，在第三實施例中，在掩膜1和被處理基底3之間加入了成象光學(xué)系統(tǒng)5。由此確保在被處理基底3和成象光學(xué)系統(tǒng)5之間具有一個較大的間隙。因此，可以不受被處理基底中的磨損影響地實現(xiàn)良好的結(jié)晶。
在第三實施例中，因為可以確保被處理基底3和成象光學(xué)系統(tǒng)5之間具有一個較大的間隙，所以可很容易將用于探測位置的探測光束引入這些元件之間的光路中并調(diào)節(jié)被處理基底4與成象光學(xué)系統(tǒng)5之間的位置關(guān)系。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。雖然第四實施例具有類似于第三實施例的結(jié)構(gòu)，但第四實施例與第三實施例的基本不同之處在于掩膜1和被處理基底3布置成通過成象光學(xué)系統(tǒng)6光學(xué)共軛。下面主要針對與第三實施例的不同之處對第四實施例進(jìn)行描述。
在第四實施例中，成象光學(xué)系統(tǒng)6具有一個布置在其光瞳面上的孔徑光闌6a?？讖焦怅@6a選自多個具有不同孔徑部分(光透射部分)的孔徑光闌中的一個，并且多個孔徑光闌構(gòu)造成能夠相對于光路被切換?；蛘?，孔徑光闌6a具有一個可以連續(xù)改變孔徑部分大小的膜片。在兩種情況下，孔徑光闌6a的孔徑(即成象光學(xué)系統(tǒng)6的成象側(cè)數(shù)值孔徑)的大小設(shè)置成以在被處理基底3的半導(dǎo)體膜上產(chǎn)生具有反向峰值圖案的必要的光強(qiáng)度分布。
在根據(jù)所謂的投影NA法的第四實施例中，與第一和第三實施例一樣，可以使用光吸收型掩膜1、光散射型掩膜11、光反射型掩膜21、光折射型掩膜31和光衍射型掩膜41。另外，在第四實施例中，可以不受被處理基底3中的磨損的影響地實現(xiàn)良好的結(jié)晶，并且可以如第三實施例一樣調(diào)節(jié)被處理基底3和成象光學(xué)系統(tǒng)6之間的位置關(guān)系。
下面參考圖17描述本發(fā)明第五實施例的結(jié)晶裝置。雖然第五實施例具有與第一實施例類似的結(jié)構(gòu)，但第五實施例與第一實施例的基本不同之處在于掩膜51具有兩個功能層。如圖17所示，掩膜51的基本單元部分51a包括一個光折射層51b和一個光吸收層51c，其中光折射層51b具有與呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性，光吸收層51c具有與呈反向峰值圖案的所期望光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性。
此處，布置成與被處理基底的表面3a具有預(yù)定間隙的光折射層51b在表面3a上形成具有平緩的反向峰值圖案(凹形圖案)的光強(qiáng)度分布，其中該光強(qiáng)度分布的圖案如圖中虛線51bb所示的曲線。另一方面，接近于(或壓抵)被處理基底的表面3a布置的光吸收層51c在表面3a上形成具有反向峰值的光強(qiáng)度分布，其中該光強(qiáng)度分布比由光衍射層51b獲得的分布曲線陡。
結(jié)果是，在利用掩膜51的第五實施例中，通過光折射層51b的作用和光吸收層51c的作用的結(jié)合，可以在被處理基底的表面3a上獲得具有兩級(或兩級)反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布，即如圖17中的實線所示的曲線。在具有圖17所示兩級反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布中，在光強(qiáng)度從光強(qiáng)度為0或最小的位置朝著橫向劇增并達(dá)到預(yù)定值之后，進(jìn)一步沿橫向基本上單調(diào)地增大。在光強(qiáng)度基本上為0或最小的位置處，盡管不是必須，但希望以這種方式設(shè)置光強(qiáng)度，即表面3a的溫度變?yōu)椴怀^形成此表面的物質(zhì)(如非晶硅)的熔點。在第五實施例中，在具有兩級反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布中光強(qiáng)度最小的位置或附近形成一個或多個晶核。隨后，沿光強(qiáng)度梯度(換言之，溫度梯度)較大的方向從晶核開始向周圍橫向生長。此時，與現(xiàn)有技術(shù)不同，在可通過本發(fā)明的掩膜獲得的具有兩級反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布中，中間部分基本上不存在光強(qiáng)度減小的部分。因而，可以無需在中間過程中停止橫向生長地實現(xiàn)大晶粒的生長。
當(dāng)試圖只通過光吸收層51c獲得具有兩級反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布時，光吸收層51c的膜厚度變化變大。但是，一個有利之處在于，由于在第五實施例中利用了兩個功能層的結(jié)合，因而不再需要或很少需要光吸收層51c的膜厚度分布。同樣，當(dāng)試圖只通過光折射層51b獲得具有兩級反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布時，光折射層51b的表面形狀或折射率分布變得非常復(fù)雜。但是，由于使用了兩個功能層的結(jié)合，通過光折射層51b足以形成具有凹形圖案的光強(qiáng)度分布，并且以較簡單的表面形狀或折射率分布就已足夠。
在第五實施例中，雖然使用了具有光折射層51b和光吸收層51c的掩膜51，但本發(fā)明不限于功能層的這種結(jié)合。也可以使用具有兩個或多個任何不同的功能層以及兩個或多個相同的功能層的掩膜。具體地說，作為構(gòu)成掩膜的第一和第二功能層，任意的功能層可以選自光吸收層、光散射層、光反射層、光折射層和光衍射層。
雖然在第五實施例中光折射層51b和光吸收層51c之間布置有一個間隙，但本發(fā)明不限于此。兩個功能層可以整體地形成或分布，或是它們之間沒有間隙。至于兩個功能層的分布，可以按照各種變型實施。具體地說，例如當(dāng)給予光吸收材料一個折射面時，光吸收層和光折射層可以整體地形成。另外，例如當(dāng)給予光吸收材料一個相移平面時，光吸收層和相移層整體地形成。圖17A示出了該例子。掩膜100通過利用如圖22所示的移相器100a作為透明基底并將如圖2所示的光吸收層100c作為一個功能層附著到光出射輻射面上的方式形成。此處，功能層不局限于光吸收層，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，功能層可以選自具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層、光散射層、光反射層、光折射層和光衍射層。另外，可以理解，功能層和移相器中的任何一個都可以布置在光入射側(cè)。
雖然在第五實施例中本發(fā)明被應(yīng)用到基于散焦法的結(jié)晶裝置和方法中，但本發(fā)明不限于此。本發(fā)明也可以應(yīng)用到基于接觸法、投影散焦法或投影NA法的結(jié)晶裝置和方法中。
下面參考圖18A-18C描述一掩膜的制造方法及使用實施例，其中一光反射層和一光吸收層整體形成。在該制備實施例中，由多層具有預(yù)定層數(shù)分布的反射膜53組成的光反射層53通過結(jié)合第一實施例的第二變型所述的方法形成于如圖18A所示的石英玻璃基底52上。隨后，通過濺射在光反射層的最厚區(qū)域上形成一個鉻層，并且實施抗蝕劑施用、曝光、顯影和蝕刻，由此形成如圖18B所示的由鉻圖案組成的光吸收層54。
將制備的掩膜55保持在一個與被處理基底3接觸的位置或保持在離開被處理基底3預(yù)定距離的位置，如圖18C所示。然后，用XeCl準(zhǔn)分子激光束(波長308nm)如箭頭所示地從基本上垂直的方向照射掩膜55。結(jié)果是，可形成具有兩級反向峰值圖案的所期望的光強(qiáng)度分布，并且產(chǎn)生大顆粒的晶體。此處，光反射層53具有形成平緩反向峰值圖案(凹形圖案)的光強(qiáng)度分布的功能。光吸收層54具有形成陡峭反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的功能。
下面參考圖19A-19DC描述根據(jù)本發(fā)明第六實施例的結(jié)晶裝置中使用的掩膜及其作用。第六實施例具有與第一實施例類似的結(jié)構(gòu)，但第六實施例與第一實施例的基本不同之處在于掩膜61具有二元分布特性。在根據(jù)第六實施例的掩膜61的基本單元部分61a中，很多小的光吸收單元區(qū)61c按照預(yù)定的點陣分布直接形成在例如石英玻璃基底61b上。在此實例中，光吸收單元區(qū)61c具有環(huán)形形狀，區(qū)域之間的間隙沿橫向(圖19D中的水平方向)朝外側(cè)變寬并沿縱向均勻分布。
光吸收單元區(qū)61c的形狀和分布不限于上述結(jié)構(gòu)。它們可以按照必須的光強(qiáng)度圖案任意地設(shè)置。例如，如圖19E所示，光吸收單元區(qū)61c可以具有細(xì)長層的形狀。
如圖19B所示，可以在具有上述結(jié)構(gòu)的掩膜61的出射輻射面上獲得帶狀不連續(xù)的光強(qiáng)度分布。但是，通過利用散焦去除空間頻率中的高頻成分，可以在以一定間隙離開掩膜61的出射輻射面的被處理基底的表面3a上獲得具有較連續(xù)的反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布，如圖19C所示。
雖然在第六實施例中使用了按預(yù)定分布形成的小光吸收單元區(qū)61c，但本發(fā)明不限于此。例如也可以使用按預(yù)定分布形成的小光散射單元區(qū)或光反射單元區(qū)(但是，不能使用小光折射單元區(qū)或小光衍射單元區(qū))。即，一般地，可以通過在材料或結(jié)構(gòu)方面具有分布特性連續(xù)性的適當(dāng)位置利用具有二元結(jié)構(gòu)的掩膜并截止(或去除)空間頻率的高頻成分而獲得連續(xù)的光強(qiáng)度分布。在此情況下，不再需要關(guān)于材料或結(jié)構(gòu)方面實現(xiàn)分布連續(xù)的困難處理。
雖然在第六實施例中通過分開掩膜61的出射輻射面與被處理基底的表面3a來去除高頻成分，但本發(fā)明并不局限與此。高頻成分也可以通過分開被處理基底與某一個表面而去除，其中所述的某一個表面經(jīng)分布在被處理基底和掩膜之間光路上的成象光學(xué)系統(tǒng)與掩膜光學(xué)共軛。具體地說，例如在圖15所示的裝置中，利用本實施例的掩膜61作為掩膜1就足夠了。而且尤其在散焦法或投影散焦法中，也可以通過利用具有預(yù)定最大入射角的非平行光通量照射掩膜來去除高頻成分。
另外，高頻成分也可以通過以下方式去除，即布置被處理基底和掩膜以使得它們彼此通過成象光學(xué)系統(tǒng)基本上光學(xué)共軛以及將成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑設(shè)置為一個必要的值。另外，通過對布置在被處理基底和掩膜之間光路上的成象光學(xué)系統(tǒng)給予一個必要的象差，也可以達(dá)到上述目的。
下面對通過將成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑設(shè)置為一個必要的值而去除高頻成分的情形進(jìn)行簡要描述。經(jīng)過成象光學(xué)系統(tǒng)的圖像的復(fù)振幅分布I(u，v)可以由物體(掩膜)的復(fù)振幅分布O(u，v)與點圖像的復(fù)振幅分布(點擴(kuò)展函數(shù))ASF(u，v)的卷積積分表示，如下列表達(dá)式(4)所示。需指出的是，“∫”是表達(dá)式(4)中的積分符號。
I(u，v)＝∫∫|O(u′，v′)ASF(u-u′，v-v′)|du′dv′(4)此處，點擴(kuò)展函數(shù)ASF由光瞳函數(shù)的傅立葉變換給出。即，當(dāng)成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑很小時，點擴(kuò)展函數(shù)具有較寬的分布，并且圖像的模糊斑變大。這意味著物體的空間頻率中的高頻成分被截止，并且用作一種高頻截止濾波器。結(jié)果是，即使物體是二元型的，高頻成分也被截止，并由此獲得連續(xù)的光強(qiáng)度分布。
下面參考圖20描述具有二元分布特性的掩膜的制造方法及使用實施例的一個例子。在此制造實施例中，一鉻掩膜用作掩膜。即，如圖20所示，通過在透明基底61b上形成小的鉻區(qū)61c，從而以基于一種圖案的二元方式分布地制造掩膜61的基本單元部分61a，使得數(shù)值孔徑隨著離開中心的距離完全地增大。在鉻掩膜的情況下，鉻層61c起著光吸收層的作用并還起著光反射層的作用。
通過用投影NA法施加到由此制得的掩膜上并將成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑設(shè)置為0.05而截止高頻成分。結(jié)果形成具有反向峰值圖案(凹形圖案)或兩級峰值圖案的所期望的光強(qiáng)度分布，由此可產(chǎn)生大顆粒的晶體。需注意的是，在圖20所示的實例中，只調(diào)制一個方向中的數(shù)值孔徑，但也可以調(diào)制其它方向的數(shù)值孔徑，或者可以沿兩個方向二維調(diào)制數(shù)值孔徑。此外，還可以調(diào)制具有固定大小的小孔徑的密度。
在前述每個實施例中，雖然可以在設(shè)計階段計算光強(qiáng)度分布，但希望在實際處理平面(暴露的平面)的基礎(chǔ)上觀測并確認(rèn)光強(qiáng)度分布。因此，通過光學(xué)系統(tǒng)放大被處理平面并通過成象元件如CCD輸入結(jié)果就已足夠。當(dāng)施用的光為紫外光時，因為光學(xué)系統(tǒng)受到限制，所以可以通過在被處理平面中設(shè)置熒光屏而將光轉(zhuǎn)變成可見光。
下面參考圖21A-21E描述通過利用根據(jù)每個實施例的結(jié)晶裝置制造電子器件的方法的一個例子。如圖21A所示，在例如具有平坦的兩個表面的矩形絕緣基底80(如堿玻璃、石英玻璃、塑料、聚酰亞胺或類似物)上，利用化學(xué)氣相沉積法或濺射法依次形成一個底層膜81(如膜厚度為50nm的SiN和膜厚度為100nm的SiO2的層壓膜)和非晶態(tài)半導(dǎo)體膜82(如膜厚度約為50mm-200nm的Si，Ge，SiGe或類似物)，從而形成一被處理基底3。然后，利用根據(jù)每個實施例的結(jié)晶裝置由激光束83(如KrF準(zhǔn)分子激光束或XeCl準(zhǔn)分子激光束)如箭頭所示地輻照非晶態(tài)半導(dǎo)體膜82的部分或全部上表面(對應(yīng)于被處理基底3的表面3a)。
結(jié)果，如圖21B所示，非晶態(tài)半導(dǎo)體膜82變?yōu)槎嗑О雽?dǎo)體膜或具有晶?；虼箢w粒尺寸晶粒的單晶半導(dǎo)體膜84。然后，如圖21C所示，利用光刻技術(shù)將多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜處理成島狀半導(dǎo)體膜85。接著，利用化學(xué)氣相沉積法或濺射法將膜厚度為20nm-100nm的SiO2膜形成為半導(dǎo)體膜85上的柵極絕緣膜86。另外，如圖21D所示，在柵極絕緣膜86中與半導(dǎo)體膜85相對的部分上形成柵電極87(如硅化物或MoW)。然后，沿箭頭所示經(jīng)柵極絕緣膜86將雜質(zhì)離子88(在N通道晶體管的情況下為磷，在P通道晶體管的情況下為硼)植入到半導(dǎo)體層85中，其中以柵電極87作為一掩膜。之后，在氮氣環(huán)境下執(zhí)行退火處理(如450℃下處理一小時)，以活化半導(dǎo)體層85中的雜質(zhì)。由此形成源極區(qū)91和漏極區(qū)92，且一通道區(qū)90位于夾置在它們之間的柵電極87的下方。
隨后，如圖21E所示，在柵極絕緣膜86和柵電極87上形成一個層間絕緣膜89。接下來，對這些膜86和89形成接觸孔，并且形成與源極區(qū)91和漏極區(qū)92相連的源電極93和漏電極94。此時，通道區(qū)90根據(jù)多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84的大晶粒的位置而形成，其中該多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84通過經(jīng)所述每個變型中的掩膜發(fā)射激光束而形成，如圖21A和21B的步驟中所示。利用上述步驟，可以形成多晶晶體管或單晶半導(dǎo)體晶體管。制得的多晶晶體管或單晶晶體管可以用于液晶顯示器、EL(電致發(fā)光)顯示器、集成電路如存儲器(SRAM或DRAM)或CPU的驅(qū)動電路。
雖然本發(fā)明應(yīng)用于前述每個實施例的結(jié)晶裝置和方法，但本發(fā)明不限于此，一般也說，本發(fā)明也可以應(yīng)用到用于在預(yù)定平面上形成預(yù)定光強(qiáng)度分布的掩膜以及用于利用此掩膜在置于預(yù)定平面上的基底上形成預(yù)定光強(qiáng)度的曝光方法中。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解其它的優(yōu)點和變型。因此，本發(fā)明不限于在此展示并描述的具體細(xì)節(jié)及代表性實施例。在不脫離如所附的權(quán)利要求及其等價物限定的本發(fā)明的基本原理的精神或范圍的前提下可以做出各種變型。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(1)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，該照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(1)包括一光吸收層(1c)，該光吸收層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性。
2.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(11)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，該照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射到一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜上，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(11)包括一光散射層(11c)，該光散射層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性。
3.如權(quán)利要求2所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光散射層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的折射率分布。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光散射層(11c)通過形成一個由散布有揮發(fā)性成分的透明材料組成的層并然后揮發(fā)該揮發(fā)性成分的方式形成。
5.如權(quán)利要求2所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光散射層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的表面形狀。
6.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(21)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(21)包括一光反射層(21c)，該反射層(21c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性。
7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光反射層(21c)具有按照預(yù)定的層數(shù)分布而形成的多層反射膜
8.如權(quán)利要求6所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光反射層(21c)具有按照預(yù)定的厚度分布而形成的一金屬反射膜。
9.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(31)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(31)包括一光折射層(31c)，該折射層(31c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性。
10.如權(quán)利要求9所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光折射層(31c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的折射率分布。
11.如權(quán)利要求9所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光折射層(31c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的表面形狀。
12.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(41)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(41)包括一光衍射層(41c)，該衍射層(41c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性。
13.如權(quán)利要求12所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光衍射層(41c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的折射率分布。
14.如權(quán)利要求12所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，該光衍射層(41c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的表面形狀。
15.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(1，11，21，31，41)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，每個所述掩膜(1，11，21，31，41)包括一個第一層和一個第二層，它們選自具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層(1c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性的光散射層(11c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性的光反射層(21c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性的光折射層(31c)、以及具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性的光衍射層。
16.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(100)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(100)包括一個相移層(100a)和一個第一層，該第一層選自具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性的光散射層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性的光反射層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性的光折射層、以及具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性的光衍射層。
17.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜布置成彼此緊貼。
18.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜布置成彼此基本上平行且緊鄰。
19.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，還包括一個成象光學(xué)系統(tǒng)(5)，該成象光學(xué)系統(tǒng)(5)布置在所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜之間的光路上，以及其中，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜設(shè)置成與一個平面在成象光學(xué)系統(tǒng)的光軸上分開預(yù)定的距離，其中所述平面與所述掩膜光學(xué)共軛。
20.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，還包括一個成象光學(xué)系統(tǒng)(6)，該成象光學(xué)系統(tǒng)(6)布置在所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜之間的光路上，以及其中，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜設(shè)置在一個與所述掩膜基本上光學(xué)共軛的平面上，以及所述成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑設(shè)置為一個為產(chǎn)生具有反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布所需的值。
21.一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(61)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述掩膜(61)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的二元分布特性，并被構(gòu)造成通過去除空間頻率中的高頻成分而獲得一相對連續(xù)的光強(qiáng)度分布。
22.如權(quán)利要求21所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜布置成彼此基本上平行且緊鄰，以去除所述高頻成分。
23.如權(quán)利要求21所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，還包括一個成象光學(xué)系統(tǒng)(5)，該成象光學(xué)系統(tǒng)(5)布置在所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜之間的光路上，以及其中，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜設(shè)置成與一個平面在成象光學(xué)系統(tǒng)(5)的光軸上分開預(yù)定的距離，以去除高頻成分，其中所述平面與所述掩膜光學(xué)共軛。
24.如權(quán)利要求22或23所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，所述照明系統(tǒng)(2)用具有預(yù)定的最大入射角的光束照射所述掩膜。
25.如權(quán)利要求21所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，還包括一個成象光學(xué)系統(tǒng)(6)，該成象光學(xué)系統(tǒng)(6)布置在所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜之間的光路上，以及其中，所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜設(shè)置在一個與掩膜光學(xué)共軛的平面上，以及所述成象光學(xué)系統(tǒng)(6)設(shè)置成具有為去除高頻成分所需的象側(cè)數(shù)值孔徑。
26.如權(quán)利要求21所述的結(jié)晶裝置，其特征在于，還包括一個成象光學(xué)系統(tǒng)(5，6)，其布置在所述多晶半導(dǎo)體膜或非晶態(tài)半導(dǎo)體膜與所述掩膜之間的光路上，以及其中，所述成象光學(xué)系統(tǒng)(5，6)具有為去除高頻成分所需的象差。
27.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(1)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一光吸收層(1c)的掩膜，該吸收層(1c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性。
28.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(11)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一光散射層(11c)的掩膜，該散射層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性。
29.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(21)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一光反射層(21c)的掩膜，該反射層(21c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性。
30.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(31)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一光折射層(31c)的掩膜，該折射層(31c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性。
31.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(41)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一光衍射層(41c)的掩膜，該衍射層(41c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性。
32.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜(1，21，31，41)，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括有一個第一層和一個第二層的掩膜，所述第一層和第二層分別選自以下各層具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層(1c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性的光散射層(11c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性的光反射層(21c)、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性的光折射層(31c)、以及具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性的光衍射層(41c)。
33.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，采用包括一個相移層(100d)和一個第一層(100c)的掩膜，該第一層選自具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性的光散射層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性的光反射層、具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性的光折射層、以及具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性的光衍射層。
34.一種結(jié)晶方法，它包括以下步驟照射一掩膜，并利用具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束透過該掩膜輻射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜，其特征在于，通過利用具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的二元分布特性的掩膜去除空間頻率的高頻成分，從而獲得相對連續(xù)的光強(qiáng)度分布。
35.一種掩膜(1)，用于在一預(yù)定的平面(3a)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，所述掩膜包括一個具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性的光吸收層(1c)。
36.一種掩膜(11)，用于在一預(yù)定的平面(3a)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，所述掩膜包括一個具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光散射特性的光散射層(11c)
37.一種掩膜(21)，用于在一預(yù)定的平面(3a)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，所述掩膜包括一個具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光反射特性的光反射層(21c)。
38.一種掩膜(31)，用于在一預(yù)定的平面(3a)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，所述掩膜包括一個具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光折射特性的光折射層(31c)。
39.一種掩膜(41)，用于在一預(yù)定的平面(3a)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，其特征在于，所述掩膜包括一個具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光衍射特性的光衍射層(41c)。
40.一種曝光方法，它包括一照射如權(quán)利要求35-39中任一項所述的掩膜的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括在一基底(3)上形成預(yù)定的光強(qiáng)度分布，該基底(3)在該預(yù)定平面(3a)上進(jìn)行處理。
41.如權(quán)利要求40所述的曝光方法，其特征在于，所述基底和掩膜布置成彼此接觸。
42.如權(quán)利要求40所述的曝光方法，其特征在于，所述基底和掩膜布置成彼此基本上平行且緊鄰。
43.如權(quán)利要求40所述的曝光方法，其特征在于，在所述基底和掩膜之間的光路上布置一個成象光學(xué)系統(tǒng)(5)，并且將基底設(shè)置成與一個平面在成象光學(xué)系統(tǒng)的光軸上分開預(yù)定的距離，其中所述平面與所述掩膜光學(xué)共軛。
44.如權(quán)利要求40所述的曝光方法，其特征在于，在所述基底和掩膜之間的光路上布置一個成象光學(xué)系統(tǒng)(6)，所述成象光學(xué)系統(tǒng)的象側(cè)數(shù)值孔徑被設(shè)置成一個為產(chǎn)生預(yù)定光強(qiáng)度分布所需的值，以及所述基底設(shè)置在一個與所述掩膜基本上光學(xué)共軛的表面上。
全文摘要
一種結(jié)晶裝置，它包括一掩膜(1)；以及一照明系統(tǒng)(2)，該照明系統(tǒng)(2)利用一光束照射該掩膜，照明系統(tǒng)發(fā)出的光透過該掩膜時變成具有呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布的光束，并照射一多晶半導(dǎo)體膜或一非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，由此產(chǎn)生一晶化半導(dǎo)體膜。該掩膜(1)包括一個光吸收層(1c)，該吸收層(11c)具有與呈反向峰值圖案的光強(qiáng)度分布相應(yīng)的光吸收特性。
文檔編號G03F7/20GK1498989SQ200310104558
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者谷口幸夫, 松村正清, 清 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心