專利名稱：光施加裝置、結(jié)晶裝置和光學(xué)調(diào)制組件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種光施加裝置、結(jié)晶裝置和光學(xué)調(diào)制組件，并且涉及，例如，通過(guò)將具有預(yù)定光強(qiáng)度分布的激光施加到例如多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜等的非單晶半導(dǎo)體膜或?qū)?，?lái)生成結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的技術(shù)。
通常在非晶硅層或多晶硅層中形成例如，在液晶顯示器(LCD)中用于選擇顯示像素的開關(guān)元件或類似元件的薄膜晶體管(TFT)。多晶硅層與非晶硅層相比具有更高的電子或電子空穴遷移率。因此，當(dāng)在多晶硅層中形成晶體管時(shí)，與在非晶硅層中形成晶體管的情況相比，開關(guān)速度增加了，并因此增加了顯示響應(yīng)速度。此外，可以用薄膜晶體管形成外圍LSI。而且，還具有可以減小任何其它元件的設(shè)計(jì)余量的優(yōu)點(diǎn)。此外，當(dāng)顯示器中引入例如驅(qū)動(dòng)器電路或DAC等外圍電路時(shí)，這些外圍電路可以在更高的速度下工作。
由于多晶硅是由晶粒的聚集形成的，當(dāng)例如形成TFT晶體管時(shí)，在該晶體管的溝道區(qū)中存在晶粒的邊界，而這種晶粒邊界成為了一種障礙，并與單晶體硅相比降低了電子或電子空穴的遷移率。另外，在多晶硅形成許多薄膜晶體管的情況下，各個(gè)薄膜晶體管之間在溝道部分中形成的晶粒邊界的數(shù)量不同，在液晶顯示器的情況下，這將變得不均勻并且會(huì)導(dǎo)致顯示不規(guī)則的問(wèn)題。因此，近年來(lái)，為了改善電子和電子空穴的遷移率，并減少溝道部分中的晶粒邊界數(shù)量的不規(guī)則性，已經(jīng)提出了一種結(jié)晶化方法，該方法可以生成具有一種顆粒尺寸晶粒的結(jié)晶規(guī)，所述顆粒尺寸與用非單晶硅形成的至少一個(gè)溝道區(qū)的尺寸一樣大。
對(duì)于這種類型的結(jié)晶方法，公知一種通過(guò)對(duì)布置成靠近并平行于多晶硅膜或非晶硅膜的移相器施加受激準(zhǔn)分子激光來(lái)產(chǎn)生結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的“相位控制ELA(受激準(zhǔn)分子激光退火)方法”。在例如Journal of the Surface Science Society of Japan Vol.21，No.5，pp.278-287，2000中介紹了該相位控制ELA方法的細(xì)節(jié)。
在該相位控制ELA方法中，在對(duì)應(yīng)于移相器的相移部分的點(diǎn)或線生成光強(qiáng)度低于外圍的光強(qiáng)度的具有反向尖峰圖形(在中心光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝著外圍急劇增加的圖形)的光強(qiáng)度分布，并且具有這種反向尖峰形狀光強(qiáng)度分布的激光光線施加到非單晶半導(dǎo)體膜(多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜)上。結(jié)果，在照射目標(biāo)區(qū)中產(chǎn)生一個(gè)具有與所述光強(qiáng)度分布相一致的溫度梯度的熔融區(qū)，在與光強(qiáng)度最小的點(diǎn)相一致的首先凝固或沒(méi)有凝固的部分形成晶核，并且晶體從該晶核朝向外圍以橫向生長(zhǎng)(下文中將稱為“橫向生長(zhǎng)”或“沿橫向生長(zhǎng)”)，從而生成大顆粒尺寸的晶粒。
此外，在M.NAKATA and M.MATSUMURA，“Two-Dimensionally Position-Controlled Ultra-Large Grain GrowthBased on Phase-Modulated Excimer-Laser Annealing Method”，Electrochemical Society Proceeding Volume 200-31，page 148-154中介紹了大顆粒尺寸的常規(guī)結(jié)晶方法。在該方法中，通過(guò)在SiO2基板上提供相位臺(tái)階，來(lái)實(shí)現(xiàn)具有形成例如V形光強(qiáng)度梯度分布圖形的元件和具有形成反向尖峰形狀光強(qiáng)度最小分布圖形的元件。此外，在處理過(guò)的基板靠近這兩個(gè)疊置的元件的情況下施加受激準(zhǔn)分子激光，從而在處理過(guò)的基板上生成結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜。
此外，在Inoue，Nakata and Matsumura，The institute of Electronics，information and Communication Engineers Transaction，The institute ofElectronics，information and Communication Engineers，Aug.2002，Vol.J85-C，No.8，p.624-629的“Silicon thin film amplitude/phase-controlledexcimer laser fusing/re-crystallization method-new two-dimensionalposition-controlled large grain formation method”中介紹了大顆粒尺寸的結(jié)晶方法。在該方法中，通過(guò)作為光吸收材料的SiONx的厚度分布來(lái)實(shí)現(xiàn)具有形成例如V形光強(qiáng)度梯度分布圖形的元件，通過(guò)SiO2的相位臺(tái)階來(lái)實(shí)現(xiàn)具有形成反向尖峰形狀光強(qiáng)度最小分布圖形的元件。在一個(gè)基板上疊置并形成這兩個(gè)元件。另外，在處理過(guò)的基板靠近這一個(gè)元件基板的情況下施加受激準(zhǔn)分子激光，從而在所述處理過(guò)的基板上生成結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜。
在常規(guī)技術(shù)中，當(dāng)使用具有180度相位臺(tái)階的移相器時(shí)，存在一個(gè)下面將參考圖44(A)和45來(lái)介紹的缺點(diǎn)。
在圖44A所示的移相器191與處理過(guò)的基板之間提供具有成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)晶裝置，通過(guò)所述成像光學(xué)系統(tǒng)在所述處理過(guò)的基板的預(yù)定表面上形成所述移相器191的圖像，如圖44B所示，在所述處理過(guò)的基板上通過(guò)所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的最小光強(qiáng)度(反向峰值點(diǎn)處的光強(qiáng)度)192依賴于由所述移相器191的臺(tái)階193得到的相位差。如圖44C所示，當(dāng)采用由臺(tái)階193獲得的具有180度相位差的移相器時(shí)，在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置(圖像形成表面)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布是對(duì)稱的，并且其最小光強(qiáng)度基本為零。
此外，在垂直方向稍稍偏離所述成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置的散焦位置，要形成的反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布同樣也是對(duì)稱的，如圖44D所示，其最小光強(qiáng)度稍稍變強(qiáng)，但仍然是非常小的光強(qiáng)度。當(dāng)以這種方式使用具有180度相位差的移相器時(shí)，由于不依賴于散焦方向保持所述光強(qiáng)度分布的對(duì)稱性，所以可以實(shí)現(xiàn)較深的焦點(diǎn)深度。但是，由于在所述反向峰值點(diǎn)的最小光強(qiáng)度非常弱，所以存在一個(gè)缺點(diǎn)，即，用最小光強(qiáng)度照射的照射目標(biāo)區(qū)沒(méi)有熔化，非結(jié)晶區(qū)(與晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)相比具有更小光強(qiáng)度的區(qū)域)變大到一定的程度并且晶粒的填充率不能增加。即，通過(guò)以當(dāng)用所述最小光強(qiáng)度照射時(shí)，所述照射目標(biāo)區(qū)產(chǎn)生的溫度在熔點(diǎn)附近的方式來(lái)選擇最小光強(qiáng)度，可以熔化幾乎所有的照射目標(biāo)表面，并且加寬結(jié)晶區(qū)。
從表達(dá)式λ/(θ/360)/(n-1)得到用來(lái)形成具有理想相位差的移相器191的臺(tái)階，其中λ表示激光波長(zhǎng)，θ是度為單位表示理想的相位差的值，而n是所述移相器的透明石英基底材料的折射系數(shù)。當(dāng)所述石英基底材料的折射系數(shù)為1.46，且XeCl受激準(zhǔn)分子激光的波長(zhǎng)為308nm時(shí)，為了提供180度的相位差，需要通過(guò)例如蝕刻方法對(duì)所述石英基板形成334.8nm的臺(tái)階。當(dāng)如圖所示，使用其中選擇臺(tái)階193以得到60度相位差的移相器時(shí)，在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布是對(duì)稱的(在橫向上對(duì)稱)，如圖45C所示，并且其最小光強(qiáng)度達(dá)到一定的強(qiáng)度。相反，在從所述成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置向上和向下稍稍移動(dòng)的散焦位置，要形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的對(duì)稱性大大減弱，并且其最小光強(qiáng)度(反向峰值點(diǎn))的位置在橫向上移動(dòng)。這里，在所述處理過(guò)的基板中不可避免地存在著可能會(huì)是引起散焦的一種因素的板厚度偏差。
如上所述，具有60度相位差的移相器191(圖45A)與具有180度相位差的移相器(圖44A)相比，在反向峰值點(diǎn)具有稍稍強(qiáng)一點(diǎn)的最小光強(qiáng)度，因此可以加寬結(jié)晶化的區(qū)域。但是，在從所述焦點(diǎn)位置向上和向下移動(dòng)的散焦位置處，光強(qiáng)度分布的橫向?qū)ΨQ性大大下降，并且依賴于所述散焦方法，在如圖45B和45D所示的光強(qiáng)度分布中的對(duì)稱性下降方向是相反的，由此，焦點(diǎn)深度變淺(窄)。此外，由于散焦，導(dǎo)致所述反向峰值點(diǎn)的位置在一個(gè)表面中移動(dòng)(圖中的上下方向和左右方向)，所以要生成的晶粒的位置也從理想的位置偏離，當(dāng)在所形成的晶粒中形成電路時(shí)，這將導(dǎo)致一個(gè)不利的問(wèn)題。即，如果晶粒沒(méi)有形成在理想的位置，則不能或難以精確地在晶粒中形成晶體管的溝道部分，并因此存在使晶體管的特性變壞的問(wèn)題。
此外，當(dāng)使用具有180度相位差的移相器和使用具有60度相位差的移相器時(shí)，在例如聚焦?fàn)顟B(tài)具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的反向尖峰的兩側(cè)產(chǎn)生如圖44C和45C中用虛線圓表示的不必要的突起峰形狀。即，這種不必要的尖峰形狀對(duì)應(yīng)于一個(gè)高光強(qiáng)度部分。當(dāng)在具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的反向尖峰的兩側(cè)或一側(cè)存在這種尖峰形狀時(shí)，由于光強(qiáng)度只在該尖峰形狀部分變大，所以發(fā)生燒蝕，并且該半導(dǎo)體膜斷裂。另外，當(dāng)通過(guò)對(duì)非晶體半導(dǎo)體膜施加具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的光來(lái)生成結(jié)晶化半導(dǎo)體膜時(shí)，由于沿橫向從反向尖峰部分處的最小光強(qiáng)區(qū)開始的晶體生長(zhǎng)在高強(qiáng)度的尖峰形狀部分的梯度遞減部分停止，所以存在不能生成大顆粒尺寸的晶體的缺點(diǎn)。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光施加裝置，該裝置能夠在非晶體膜的理想位置穩(wěn)定地形成理想的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，并且在結(jié)晶裝置中使用了本發(fā)明時(shí)，能夠以高填充率在非晶體膜上形成晶粒。
這里，所述填充率是指當(dāng)施加具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的光時(shí)，結(jié)晶區(qū)與照射目標(biāo)表面的比率。
為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種光施加裝置，包括具有多個(gè)相位臺(tái)階的光學(xué)調(diào)制元件，進(jìn)入所述光學(xué)調(diào)制元件，由所述相位臺(tái)階進(jìn)行相位調(diào)制，并從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束作為具有第一光強(qiáng)度分布的光束；以及布置在所述光學(xué)調(diào)制元件與一個(gè)預(yù)定平面之間的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光束分為至少兩個(gè)分別具有第二和第三光強(qiáng)度分布以及彼此不同的光學(xué)特性的光通量(light flux)，并投射包括所述分開的兩個(gè)光通量的光束，所述投射的光通量的光強(qiáng)度分布彼此組合，從而所述投射的光束在所述預(yù)定平面上具有帶反向尖峰形狀的第四光強(qiáng)度分布，并進(jìn)入所述預(yù)定平面，在所述預(yù)定平面上，所述第一到第四光強(qiáng)度分布彼此不同。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種光施加裝置，包括具有多個(gè)相位臺(tái)階的光學(xué)調(diào)制元件，進(jìn)入所述光學(xué)調(diào)制元件，由所述相位臺(tái)階進(jìn)行相位調(diào)制，并從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束作為在一個(gè)預(yù)定平面上形成第一光強(qiáng)度分布的光束；以及布置在所述光學(xué)調(diào)制元件與所述預(yù)定平面之間的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光束分為至少兩個(gè)分別在所述理想的平面上形成第二和第三光強(qiáng)度分布以及彼此不同光學(xué)特性的非干涉光通量，并投射包括所述分開的兩個(gè)光通量的光束，所述投射的光通量的光強(qiáng)度分布彼此組合，從而所述投射的光束在所述預(yù)定平面上形成具有反向尖峰形狀的第四光強(qiáng)度分布，所述第一到第四光強(qiáng)度分布彼此不同。
在本發(fā)明的第二方案中，通過(guò)在第一間隔對(duì)準(zhǔn)的具有基本相差180度的相位差的圖形的光學(xué)調(diào)制元件與將入射光束分為具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束的光束分割元件的協(xié)同作用，在一個(gè)預(yù)定表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。在這種情況下，在所述預(yù)定表面上形成的所述反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。結(jié)果，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的光施加裝置應(yīng)用到結(jié)晶裝置時(shí)，可以根據(jù)一個(gè)深聚焦深度穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在基板的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
優(yōu)選，所述第一間隔沿所述相位臺(tái)階的一個(gè)方向，在形成具有反向尖峰形狀的所述光強(qiáng)度分布的第一參考間隔與不形成所述反向尖峰部分的第一修正間隔之間變化。
所述兩個(gè)相鄰相位臺(tái)階之間的間隙可以沿所述相位臺(tái)階的一個(gè)方向增加/減少。優(yōu)選，在所述預(yù)定表面上的對(duì)應(yīng)于所述兩個(gè)相鄰相位臺(tái)階的第一修正間隔與第一參考間隔之間的差的絕對(duì)值的修正量C滿足C≤0.5×λ/NA的條件，其中λ為光的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)的數(shù)值孔徑。
根據(jù)上述方案，所述光學(xué)調(diào)制元件優(yōu)選具有設(shè)置在所述相位臺(tái)階附近的一個(gè)光屏蔽區(qū)，以便抑制在具有反向尖峰形狀的所述光強(qiáng)度分布中反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀。在這種情況下，優(yōu)選，所述光屏蔽區(qū)具有基本上平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性光屏蔽區(qū)。在這種情況下，在所述預(yù)定表面上對(duì)應(yīng)于所述線性光屏蔽區(qū)的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離的距離D滿足0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA的條件，其中λ為光的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)的數(shù)值孔徑。
優(yōu)選，所述光屏蔽區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階排列的多個(gè)隔離的光屏蔽區(qū)。在這種情況下，優(yōu)選，在所述預(yù)定表面上對(duì)應(yīng)于連接所述多個(gè)隔離的光屏蔽區(qū)的中心的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離的距離D滿足0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA的條件，其中λ為光的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)的數(shù)值孔徑。
所述光學(xué)調(diào)制元件優(yōu)選具有設(shè)置在所述相位臺(tái)階附近的一個(gè)相位調(diào)制區(qū)，以便抑制在具有反向尖峰形狀的所述光強(qiáng)度分布中反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀。在這種情況下，優(yōu)選，所述相位調(diào)制區(qū)具有基本上平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性相位調(diào)制區(qū)。在這種情況下，優(yōu)選，在所述預(yù)定表面上對(duì)應(yīng)于所述線性相位調(diào)制區(qū)的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離的距離D滿足0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA的條件，其中λ為光的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)的數(shù)值孔徑。
優(yōu)選，所述相位調(diào)制區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階排列的多個(gè)隔離的相位調(diào)制區(qū)。在這種情況下，優(yōu)選，在所述預(yù)定表面上對(duì)應(yīng)于連接所述多個(gè)隔離的相位調(diào)制區(qū)的中心的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離的距離D滿足0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA的條件，其中λ為光的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)的數(shù)值孔徑。此外，優(yōu)選，設(shè)置在所述相位臺(tái)階一側(cè)的相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量與設(shè)置在所述相位臺(tái)階的另一側(cè)的相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相同的絕對(duì)值和不同的符號(hào)。
優(yōu)選，在所述光學(xué)調(diào)制元件中，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的相位臺(tái)階之間形成的相位區(qū)具有交替不同的參考相位值，在每個(gè)相位區(qū)中形成一種相位分布，其中具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的一個(gè)尺寸的第一區(qū)的面積共享比，以及不同于所述參考相位值的第一相位值根據(jù)每個(gè)位置而變化，并且在所述兩個(gè)相鄰相位區(qū)中的第一區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相同的絕對(duì)值和不同的符號(hào)。在這種情況下，優(yōu)選，所述修正量C在所述面積共享比最接近于50％的位置最小。
優(yōu)選，所述光束分割元件具有一個(gè)雙折射元件，并且該雙折射元件布置在所述光學(xué)調(diào)制元件的附近，或布置在所述光學(xué)調(diào)制元件的共軛位置處，或者其附近，雖然所述雙折射元件并不限于這些布置方式。在這種情況下，優(yōu)選，所述雙折射元件具有以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式設(shè)置的一個(gè)雙折射平行平面板(plane-parallel plate)。優(yōu)選，所述雙折射元件具有包含一對(duì)雙折射平行平面板的薩瓦爾板(Savart plate)，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射平行平面板中的每一個(gè)?；蛘撸鲭p折射元件具有一對(duì)雙折射平行平面板以及一個(gè)設(shè)置在所述平行平面板對(duì)之間的半波板，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射平行平面板的每一個(gè)。
所述光束分割元件可以具有布置在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳表面上或其附近的所述雙折射元件。在這種情況下，優(yōu)選，所述雙折射元件具有包括一對(duì)雙折射偏轉(zhuǎn)棱鏡的渥拉斯頓棱鏡(Wollastonprism)，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射偏轉(zhuǎn)棱鏡對(duì)中的每一個(gè)。優(yōu)選，所述雙折射元件由石英、方解石或氟化鎂形成。
優(yōu)選，所述光施加裝置進(jìn)一步包括一個(gè)控制元件，所述控制元件以被所述光束分割元件分開的兩個(gè)光束具有基本相同的強(qiáng)度的方式控制進(jìn)入所述光束分割元件的光束的極化狀態(tài)。在這種情況下，優(yōu)選，所述控制元件具有布置在所述光束分割元件的入射側(cè)的四分之一波板。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供一種結(jié)晶裝置，所述結(jié)晶裝置包括所述光施加裝置，并通過(guò)對(duì)設(shè)置在預(yù)定表面上的多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜施加具有預(yù)定光強(qiáng)度的光來(lái)生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
作為本發(fā)明的一種改型，可以提供一種結(jié)晶方法，該方法通過(guò)使用所述光施加裝置對(duì)設(shè)置在預(yù)定表面上的多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜施加具有預(yù)定光強(qiáng)度分布的光來(lái)生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
作為本發(fā)明的另一種改型，可以提供一種通過(guò)使用所述結(jié)晶裝置或所述結(jié)晶方法制造的器件。
作為本發(fā)明的再一種改型，可以提供一種具有圖形的光學(xué)調(diào)制元件，其中以預(yù)定周期排列基本相差180度的相位臺(tái)階，其中兩個(gè)相鄰相位臺(tái)階之間的間隙沿所述相位臺(tái)階的一個(gè)方向增加/減小。
作為本發(fā)明的又一個(gè)改型，可以提供一種具有圖形的光學(xué)調(diào)制元件，其中以預(yù)定周期排列基本相差180度的相位臺(tái)階，其中兩個(gè)相鄰相位臺(tái)階之間形成的相位區(qū)具有交替不同的參考相位值，在每一個(gè)相位區(qū)形成其中具有不同于所述參考相位值的第一相位值的第一區(qū)的面積共享比依賴于每一個(gè)位置而變化的相位分布，以及在兩個(gè)相鄰相位區(qū)中的所述第一區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相同的絕對(duì)值和相反的符號(hào)。
作為本發(fā)明的另一種改型，可以提供一種具有圖形的光學(xué)調(diào)制元件，其中以預(yù)定周期排列相位調(diào)制量基本相差180度的相位臺(tái)階，所述光學(xué)調(diào)制元件具有設(shè)置在所述相位臺(tái)階的附近的光屏蔽區(qū)。
所述光屏蔽區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性光屏蔽區(qū)?；蛘?，優(yōu)選，所述光屏蔽區(qū)具有多個(gè)基本平行于所述相位臺(tái)階排列的隔離的光屏蔽區(qū)。
作為本發(fā)明的再一種改型，可以提供一種具有圖形的光學(xué)調(diào)制元件，其中以預(yù)定周期排列相位調(diào)制量基本相差180度的相位臺(tái)階，所述光學(xué)調(diào)制元件具有設(shè)置在所述相位臺(tái)階附近的相位調(diào)制區(qū)。
優(yōu)選，所述相位調(diào)制區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性相位調(diào)制區(qū)?；蛘撸瑑?yōu)選，所述相位調(diào)制區(qū)具有多個(gè)基本平行于所述相位臺(tái)階排列的隔離的相位調(diào)制區(qū)。此外，優(yōu)選，設(shè)置在所述相位臺(tái)階一側(cè)的相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量與設(shè)置在所述相位臺(tái)階另一側(cè)的相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相等的絕對(duì)值和不同的符號(hào)。
根據(jù)所述結(jié)晶裝置和所述結(jié)晶方法，可以以高填充率在半導(dǎo)體膜上形成晶粒。此外，可以理解，晶體可以在不產(chǎn)生燒蝕的情況下生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，通過(guò)具有相差180度的相位調(diào)制量的相位臺(tái)階的圖形的光學(xué)調(diào)制元件與將入射光束分為具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束的光束分割元件的協(xié)同作用，在半導(dǎo)體薄膜基板的表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。在這種情況下，雖然板厚度的偏差可能是在半導(dǎo)體薄膜基板中不可避免地存在散焦的一個(gè)因素，但是在所述半導(dǎo)體薄膜基板的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法可以基于一個(gè)深聚焦深度穩(wěn)定地形成理想的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，并增加在所述基板的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
此外，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法，通過(guò)使用具有設(shè)置在一個(gè)相位臺(tái)階附近的光屏蔽區(qū)或相位調(diào)制區(qū)的光學(xué)調(diào)制元件，可以在多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜上形成其中在反相尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀受到抑制的具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。結(jié)果，所述半導(dǎo)體膜不會(huì)由于尖峰形狀引起燒蝕的發(fā)生而受到破壞。此外，從所述反向尖峰部分開始的晶體生長(zhǎng)不會(huì)在所述尖峰形狀部分停止，從而可以生成具有大顆粒尺寸的晶體。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案，提供一種光施加裝置，包括光學(xué)調(diào)制元件，用于調(diào)制入射光束；光通量分割元件，將通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件調(diào)制的光束變?yōu)榫哂袃蓚€(gè)分開的光通量的光束，所述兩個(gè)分開的光通量具有第一和第二光強(qiáng)度分布以及非相干性或極化狀態(tài)；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，基于已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件和/或所述光束分割元件的光束，在一個(gè)預(yù)定平面上形成對(duì)應(yīng)于所述具有反向尖峰形狀的第一和第二光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案，通過(guò)具有基于入射光束形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的圖形的光學(xué)調(diào)制元件與將入射光束分為具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束的光束分割元件的協(xié)同作用，可以在一個(gè)預(yù)定的表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。在這種情況下，在所述預(yù)定的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向峰值點(diǎn)的最小光強(qiáng)度基本上是最大光強(qiáng)度的1/2，并且在所述預(yù)定的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。結(jié)果，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的光施加裝置應(yīng)用于所述結(jié)晶裝置時(shí)，可以根據(jù)一個(gè)深聚焦深度穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述基板的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
所述光束分割元件可以具有布置在所述光學(xué)調(diào)制元件的附近，或在所述光學(xué)調(diào)制元件的共軛位置處，或其附近的雙折射元件。在這種情況下，優(yōu)選，所述雙折射元件具有一個(gè)以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式設(shè)置的雙折射平行平面板?；蛘?，優(yōu)選，所述雙折射元件具有包含一對(duì)雙折射平行平面板的薩瓦爾板，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射平行平面板中的每一個(gè)?；蛘?，優(yōu)選，所述雙折射元件具有一對(duì)雙折射平行平面板以及設(shè)置在所述雙折射平行平面板對(duì)之間的半波板，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成一個(gè)預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射平行平面板中的每一個(gè)。
另外，所述光束分割元件可以與所述光學(xué)調(diào)制元件相結(jié)合。優(yōu)選，所述光束分割元件具有布置在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳表面上或其附近的雙折射元件。在這種情況下，優(yōu)選，所述雙折射元件具有包含一對(duì)雙折射極化棱鏡的沃拉斯頓棱鏡，以晶體光軸垂直于所述光軸的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射極化棱鏡對(duì)中的每一個(gè)。
所述光學(xué)調(diào)制元件具有大約180度的相位差。在這種情況下，優(yōu)選，所述光學(xué)調(diào)制元件具有包括根據(jù)預(yù)定周期布置的大約180度的相位差線的圖形，并且彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的距離對(duì)應(yīng)于所述相位差線的間距的大約1/2的奇數(shù)倍。或者，優(yōu)選，所述光學(xué)調(diào)制元件具有其中三條或更多大約180度的相位差線在一點(diǎn)相互交叉的的圖形，并且在所述預(yù)定表面上的兩個(gè)非相干光束之間的距離對(duì)應(yīng)于所述相位差線的交叉點(diǎn)的間距的大約1/2的奇數(shù)倍(圖像形成平面上的所述第一間隔的轉(zhuǎn)換值的大約1/2的奇數(shù)倍(odd-fold))。
所述光學(xué)調(diào)制元件具有其中三種或更多類型的相位差區(qū)在一點(diǎn)彼此接觸的圖形，并且在所述預(yù)定表面上的這兩個(gè)非相干光束之間的距離對(duì)應(yīng)于所述相位差區(qū)的接觸點(diǎn)的間距的大約1/2的奇數(shù)倍。優(yōu)選，所述光學(xué)調(diào)制元件進(jìn)一步包括一個(gè)控制進(jìn)入所述光束分割元件的光束的極化狀態(tài)的控制元件，從而由所述光束分割元件分開的兩個(gè)光束的強(qiáng)度變得彼此相等。在這種情況下，優(yōu)選，所述控制元件具有布置在所述光束分割元件的入射側(cè)的四分之一波板。
所述光學(xué)調(diào)制元件進(jìn)一步具有基于入射光束形成光強(qiáng)度梯度分布的圖形。在這種情況下，優(yōu)選，所述光束分割元件的光束分割方向基本上與所述光強(qiáng)度梯度分布的梯度方向垂直。此外，至于由所述光束分割元件進(jìn)行的光束的分割，優(yōu)選，光束被分為兩個(gè)具有均勻光強(qiáng)度的光束。而且，優(yōu)選用石英、方解石或氟化鎂形成所述雙折射元件。
根據(jù)本發(fā)明第四方案的一種改型，可以提供一種其中具有支撐基座的結(jié)晶裝置，所述支撐基座用來(lái)在根據(jù)第一到第四方案的光施加裝置的所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成表面上提供具有非單晶半導(dǎo)體膜的處理過(guò)的基板。
根據(jù)本發(fā)明的另一種改型，可以提供一種使用根據(jù)第四方案的光施加裝置的結(jié)晶方法，以便通過(guò)提供在預(yù)定表面上具有非單晶半導(dǎo)體膜的處理過(guò)的基板，并且對(duì)所述非單晶半導(dǎo)體膜施加具有預(yù)定光強(qiáng)度分布的光來(lái)生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案的另一種改型，提供一種通過(guò)使用根據(jù)本改型的結(jié)晶裝置或結(jié)晶方法制造的器件。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案的再一種改型，提供一種光施加裝置，包括由入射光束形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的光學(xué)調(diào)制裝置；將已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制裝置的光束分為具有非相干性的兩個(gè)光束的光束分割裝置；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，基于已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光束分割裝置的光束在預(yù)定的表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案的又一種改型，可以提供一種光施加裝置，包括由入射光束形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的光學(xué)調(diào)制裝置；將已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制裝置的光束分為具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束的光束分割裝置；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置在所述光束分割裝置的傳輸光路徑中，并在預(yù)定的表面上形成具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案，可以在理想的位置穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法中，通過(guò)具有基于入射光束形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的圖形的光學(xué)調(diào)制元件與將入射光束分為具有極化狀態(tài)的兩個(gè)光束的光束分割元件的協(xié)同作用，可以在半導(dǎo)體薄膜基板的表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。在這種情況下，如在稍后參考實(shí)施例的介紹，在所述半導(dǎo)體薄膜基板的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向峰值點(diǎn)的最小光強(qiáng)度變得，例如，大約是最大光強(qiáng)度的1/2。
此外，雖然板厚度的偏差是在所述半導(dǎo)體膜厚度中不可避免地存在散焦的一個(gè)因素，但是在所述半導(dǎo)體薄膜基板的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。結(jié)果，在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法中，可以基于一個(gè)深聚焦深度穩(wěn)定地形成一個(gè)理想的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在該基板的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
在隨后的說(shuō)明書中將闡述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)說(shuō)明書，其中的一部分將顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本法明而領(lǐng)會(huì)。借助于下文中特別指出的手段和組合可以實(shí)現(xiàn)和得到本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述引入并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且結(jié)合上面給出的簡(jiǎn)要介紹和下面給出的實(shí)施例的詳細(xì)介紹一起用來(lái)解釋本發(fā)明原理。


圖1示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2示意性的示出了圖1所示結(jié)晶裝置的照明系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3A到3C是示出了在第一實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件的結(jié)構(gòu)和作用的圖；圖4A和4B示出了在本發(fā)明中使用的光束分割元件的結(jié)構(gòu)和作用；圖5A到5C示出了在第一實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件和光束分割元件的協(xié)同作用；圖6A和6B示出了可以用作第一實(shí)施例中的光束分割元件的薩瓦爾板的結(jié)構(gòu)和作用；圖7示出了可以用作該實(shí)施例中的光束分割元件的薩瓦爾板的一種改型的結(jié)構(gòu)和作用；圖8示出了雙折射元件布置在成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳表面上或附近的一種改型；圖9示出了圖8所示的沃拉斯頓棱鏡的結(jié)構(gòu)和作用；圖10A到10C示出了其中還額外提供了控制進(jìn)入所述雙折射元件的光束的極化狀態(tài)的控制元件的一種改型；圖11A和11B示出了通過(guò)將反向峰值點(diǎn)與一側(cè)的尖峰形狀的位置重疊，來(lái)基本消除反向尖峰或減小該反向尖峰的深度的技術(shù)；圖12A到12C示意性的示出了在第二實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件的結(jié)構(gòu)和將要形成的光強(qiáng)度分布；圖13示出了具有平坦的圓形光瞳并且等光程的成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF；圖14A到14D示出了當(dāng)通過(guò)使用具有180度相位臺(tái)階的線型移相器形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布時(shí)，在反向尖峰兩側(cè)是如何產(chǎn)生尖峰形狀的；圖15示出了對(duì)應(yīng)于所述線型移相器的相位值為0度的區(qū)域的圖像的合成幅度分布U(x)的精確形狀；圖16A到16D是與圖14A到14D相關(guān)，并示出了基于本發(fā)明抑制尖峰形狀的第一技術(shù)的圖；圖17A到17D是與圖14A到14D相關(guān)，并示出了基于本發(fā)明抑制尖峰形狀的第二技術(shù)的圖；圖18A和18B示出了其中根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)應(yīng)用到第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的第三實(shí)施例的一種改型；圖19A到19C示出了其中根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)應(yīng)用到第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的第三實(shí)施例的一種改型；圖20示出了其中根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)應(yīng)用到第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的第三實(shí)施例的另一種改型；圖21示出了根據(jù)第四實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形；圖22A和22B示出了在圖21中所示的光學(xué)調(diào)制元件中的基本圖形；圖23A到23C中的每一幅示出了當(dāng)在第四實(shí)施例中不提供光束分割元件時(shí)，沿剖面B得到的光強(qiáng)度梯度分布；圖24A到24C中的每一幅示出了當(dāng)在第四實(shí)施例中不提供光束分割元件時(shí)，沿剖面C得到的光強(qiáng)度梯度分布；圖25A到25C中的每一幅示出了在第四實(shí)施例中沿剖面B和剖面C得到的V形光強(qiáng)度梯度分布；圖26示出了根據(jù)第五實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形；圖27示出了在第五實(shí)施例中形成的V形光強(qiáng)度梯度分布與具有點(diǎn)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合光強(qiáng)度分布；
圖28示出了根據(jù)第六實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形；圖29A和29B分別示出了在第六實(shí)施例中沿剖面A得到的光強(qiáng)度分布；圖30A和30B分別示出了在第六實(shí)施例中沿剖面B得到的光強(qiáng)度分布；圖31示出了根據(jù)第七實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形；圖32A和32B分別示出了在第七實(shí)施例中沿剖面A得到的光強(qiáng)度分布；圖33A和33B分別示出了在第七實(shí)施例中沿剖面B得到的光強(qiáng)度分布；圖34A到34E示出了使用根據(jù)該實(shí)施例的結(jié)晶裝置來(lái)制造電子器件的工藝的工藝剖面圖；圖35A和35B示出了在第八實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件的結(jié)構(gòu)和作用；圖36A到36C示出了在第八實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件和光束分割元件的協(xié)同作用；圖37A到37C示出了具有四種類型的相位值區(qū)在一點(diǎn)處形成相互接觸的圖形的移相器用作所述光學(xué)調(diào)制元件的一種改型；圖38A到38C分別示出了具有四個(gè)180度的相位差線在一點(diǎn)處彼此交叉的圖形的移相器用作所述光學(xué)調(diào)制元件的一種改型；圖39示出了其中額外提供具有基于入射光束形成光強(qiáng)度梯度分布的圖形的第二光學(xué)調(diào)制元件的一種改型；圖40A和40B示出了通過(guò)圖39所示的改型中的光學(xué)調(diào)制元件和雙折射元件的作用形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布；圖41A和41B示出了圖39所示的改型中的第二光學(xué)調(diào)制元件的圖形；圖42A和42B示出了圖41A所示的第二光學(xué)調(diào)制元件中的基本圖形；圖43示出了在圖39所示的改型中形成的V形光強(qiáng)度梯度分布與具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合光強(qiáng)度分布；圖44A到44D分別示意性地示出了當(dāng)使用具有180度相位量的相位臺(tái)階的移相器時(shí)，通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布；以及圖45A到45D分別示意性地示出了當(dāng)使用具有60度相位量的相位臺(tái)階的移相器時(shí)，通過(guò)所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布。
發(fā)明詳述現(xiàn)在參考附圖介紹根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2示意性的示出了圖1所示結(jié)晶裝置的照明系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。參考圖1和2，根據(jù)第一實(shí)施例的結(jié)晶裝置具有光學(xué)調(diào)制元件1、光束分割元件2(例如，雙折射元件)、成像光學(xué)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)3。所述光學(xué)調(diào)制元件1具有對(duì)一個(gè)半透明基板提供的多個(gè)臺(tái)階(不包括相位差基本為180度的臺(tái)階)，即，不是180度的相位差，并調(diào)制入射光束的相位，從而形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布(第一光強(qiáng)度分布)。所述光束分割元件2是將入射光束分為多個(gè)具有光學(xué)特性的光束的裝置。例如，它將來(lái)自所述光學(xué)調(diào)制元件1的光束分為至少兩個(gè)具有不同的反向尖峰形狀光強(qiáng)度分布(第二和第三光強(qiáng)度分布)和非相干性的不同光束，或分為至少兩個(gè)具有極化狀態(tài)的光束。所述成像光學(xué)系統(tǒng)基于已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1和/或所述光束分割元件2的光束，在照射目標(biāo)對(duì)象的一個(gè)預(yù)定表面或平面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的兩個(gè)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布(第四光強(qiáng)度分布)。
所述光束分割元件和所述成像光學(xué)系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光束分為至少兩個(gè)具有反向尖峰形狀的第二和第三光強(qiáng)度分布并具有不同光學(xué)特性的光束，并投射出這些光束。所述光束分割元件和所述成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，在該光學(xué)系統(tǒng)中，如此投射的光束的光強(qiáng)度分布相互結(jié)合，并且所述具有反向尖峰形狀的第四光強(qiáng)度分布的組合光束進(jìn)入非單晶體物質(zhì)表面上的照射目標(biāo)對(duì)象。
所述光學(xué)調(diào)制元件1例如是移相器，并以其圖形表面(具有臺(tái)階的表面)面對(duì)所述光束分割元件2的方式放置，對(duì)所述光強(qiáng)度分割元件2沒(méi)有限制。構(gòu)成所述光學(xué)調(diào)制元件1，從而可以在非單晶體基板或?qū)拥娜埸c(diǎn)附近設(shè)置所述最小光強(qiáng)度，同時(shí)避開在傳輸?shù)墓鈴?qiáng)度分布中的最小光強(qiáng)度接近于0的180度的相位差。所述光束分割元件2將由所述光學(xué)調(diào)制元件1形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，例如，在本優(yōu)選例子中分為具有非相干性并彼此分離的兩個(gè)光束。分開的距離設(shè)置為對(duì)應(yīng)于臺(tái)階之間間隔的間隙的奇數(shù)倍(所述圖像形成平面上的第一間隔的轉(zhuǎn)換值的奇數(shù)倍)，從而得到在左右方向(橫向)上對(duì)稱的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，并且其中可以在單晶體基板的熔點(diǎn)附近設(shè)置所述最小光強(qiáng)度。對(duì)稱的，并且其中可以在單晶體基板的熔點(diǎn)附近設(shè)置最小光強(qiáng)度的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布允許穩(wěn)定地形成具有相同顆粒尺寸和大的晶粒直徑的晶粒的結(jié)晶區(qū)。采用該光強(qiáng)度分布，可以將整個(gè)照射目標(biāo)區(qū)設(shè)置到接近該熔點(diǎn)的溫度，因此，可以以高填充率在半導(dǎo)體膜(非單晶體區(qū))上形成晶粒。此外，可以在不產(chǎn)生燒蝕的情況下生長(zhǎng)晶體。所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述光束分割元件2可以以整體的方式來(lái)構(gòu)成。
所述照明系統(tǒng)3照射所述光學(xué)調(diào)制元件1。所述照明系統(tǒng)3包括投射具有熔化結(jié)晶處理目標(biāo)物質(zhì)的能量的光線的光源3a以及投射基本一致的入射角和光強(qiáng)度分布的均化器，如圖2所示。所述光源3a例如是提供波長(zhǎng)為248nm的光的KrF受激準(zhǔn)分子激光光源。對(duì)于光源3a，可以使用具有投射能夠熔化結(jié)晶加工目標(biāo)物質(zhì)或非單晶層的能量的光線的性能的任何其它合適的光源，例如，XeCl受激準(zhǔn)分子激光光源或YAG激光光源。
所述光源3a提供的激光束通過(guò)光束擴(kuò)束器3b擴(kuò)束，然后進(jìn)入第一蠅眼透鏡(fly-eye lens)3c。由此，在所述第一蠅眼透鏡3c的后焦面上形成多個(gè)小光源。來(lái)自所述多個(gè)光源的光通量通過(guò)第一聚光器光學(xué)系統(tǒng)3d以重疊的方式照射第二蠅眼透鏡3e的入射表面。結(jié)果，在所述第二蠅眼透鏡3e的后焦面上形成比所述第一蠅眼透鏡3c的后焦面上的光源更多的小光源。來(lái)自所述第二蠅眼透鏡3e的后焦面上形成的多個(gè)小光源的光通量通過(guò)第二聚光器光學(xué)系統(tǒng)3f以重疊的方式照射所述光學(xué)調(diào)制元件1。
這里，所述第一蠅眼透鏡3c和所述第一聚光器光學(xué)系統(tǒng)3d構(gòu)成第一均化器，并且所述第一均化器將所述光源3a提供的激光束均勻化，從而在所述光學(xué)調(diào)制元件1上的入射角變得均勻。此外，所述第二蠅眼透鏡3e和所述第二聚光器光學(xué)系統(tǒng)3f構(gòu)成第二均化器，并且所述第二均化器將來(lái)自所述第一均化器的具有均勻的入射角的激光束均勻化，從而在所述光學(xué)調(diào)制元件1上的每一個(gè)面內(nèi)位置處的光強(qiáng)度變得均勻。以這種方式，所述照明系統(tǒng)3發(fā)射出具有基本均勻的光強(qiáng)度分布的激光束，并用這種激光束照射所述光學(xué)調(diào)制元件1。
使經(jīng)過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位調(diào)制的激光束通過(guò)所述光束分割元件2和所述成像光學(xué)系統(tǒng)4進(jìn)入一個(gè)處理過(guò)的基板或非單晶化層5，如圖1所示。這里，光束分割元件2將由所述光學(xué)調(diào)制元件1形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布分為具有非相干性并且彼此分離的兩個(gè)不同的光束。所述成像光學(xué)系統(tǒng)4以光學(xué)共軛的方式布置所述光學(xué)調(diào)制元件1的圖形表面和所述處理過(guò)的基板5。換句話說(shuō)，所述處理過(guò)的基板5布置在與所述光學(xué)調(diào)制元件1的圖形表面光學(xué)共軛的一個(gè)表面上(所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的一個(gè)圖像表面)。所述成像光學(xué)系統(tǒng)4包括正透鏡組4a和正透鏡組4b之間的孔徑限制裝置4c。
所述孔徑限制裝置4c包括多個(gè)孔徑部分(光發(fā)射部分)的尺寸不同的孔徑阻擋(apertures stop)，并且所述多個(gè)孔徑光闌4c中的預(yù)定的幾個(gè)以可替代的方式布置在一條光路中。或者，所述孔徑限制裝置4c可以包括能夠連續(xù)或間歇改變每個(gè)孔徑部分的尺寸的可變光圈。在任何情況下，設(shè)置所述孔徑限制裝置4c的每個(gè)孔徑部分的尺寸(由此設(shè)置所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA)，從而具有必要的光強(qiáng)度分布的激光束施加到所述處理過(guò)的基板5的非結(jié)晶半導(dǎo)體膜上，如稍后的介紹。所述成像光學(xué)系統(tǒng)4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)。
通過(guò)化學(xué)汽相沉積法(CVD)在用于液晶顯示器的透明基板例如玻璃板上依次形成下絕緣膜、非晶硅膜和帽蓋(cap)膜，得到所述處理過(guò)的基板5。所述下絕緣膜和所述帽蓋膜的每一個(gè)都是具有電絕緣特性的膜，例如，SiO2膜。所述下絕緣膜防止非單晶膜，例如，非晶硅膜直接與玻璃基板接觸，以避免所述玻璃基板中的雜質(zhì)，例如，Na，混入到所述非晶硅膜，并且還防止用于熔化所述非晶硅膜的熱量直接傳遞到所述玻璃基板。所述非晶硅膜是待結(jié)晶的半導(dǎo)體膜。所述帽蓋膜是被進(jìn)入所述非晶硅膜的光束的一部分加熱并儲(chǔ)存這種加熱溫度的膜。該熱量存儲(chǔ)效應(yīng)降低了當(dāng)光束的進(jìn)入被中斷時(shí)所述非晶硅膜的照射目標(biāo)表面中高溫部分溫度的相對(duì)迅速的下降，并有利于在橫向上以大顆粒尺寸生長(zhǎng)晶體。例如，通過(guò)真空吸盤或靜電吸盤將所述處理過(guò)的基板5定位并固定在基板臺(tái)6上的一個(gè)預(yù)定位置。
例如，在所述結(jié)晶裝置中，如下所述來(lái)設(shè)置每個(gè)元件。從所述光源3a輸出的激光束的波長(zhǎng)λ為248nm。所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA為0.13，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的σ值為0.47，并且所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的放大倍數(shù)為，例如，1/5(根據(jù)需要，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4可以是一種放大光學(xué)系統(tǒng))。所述光學(xué)調(diào)制元件1的圖形尺寸用所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像側(cè)的轉(zhuǎn)換值，即，圖像側(cè)轉(zhuǎn)換值來(lái)表示。
現(xiàn)在參考圖3A到3C詳細(xì)介紹所述光學(xué)調(diào)制元件1的結(jié)構(gòu)和作用。根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1包括一個(gè)透明體，例如石英基板，并且如圖3A所示，它是具有60度相位差的線型移相器，其中，例如具有0度相位值的矩形區(qū)1a和具有60度相位值的矩形區(qū)1b沿一個(gè)方向或沿橫向交替重復(fù)。由此，在這兩個(gè)矩形區(qū)1a和1b之間形成60度的相位差線(相位之間的邊界相移線)1c。在整個(gè)光學(xué)調(diào)制元件1中，以預(yù)定間距，例如，根據(jù)所述圖像側(cè)轉(zhuǎn)換值而為5μm的間距(在實(shí)際形成的透明體中為25μm的間距)，形成所述相位差線1c。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“相位差線(相位之間的邊界相移線)”是指對(duì)所述透明體形成的臺(tái)階，并且該臺(tái)階為入射光的光強(qiáng)度提供周期性的空間分布(反向尖峰光強(qiáng)度分布)。
與本發(fā)明的不同，當(dāng)不插入所述光束分割元件2時(shí)，在設(shè)置到所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的焦點(diǎn)位置(圖像表面)的所述處理過(guò)的基板5的表面上，如圖3B所示，用具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布的激光束照射所述處理過(guò)的基板5，在該光強(qiáng)分布中，在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度從該線區(qū)沿橫向急劇增加。相反，如圖3C所示，設(shè)置在從所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的焦點(diǎn)位置稍稍偏離，例如10μm，的散焦位置的所述處理過(guò)的基板5的表面上形成其中沿橫向從對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的線區(qū)移置的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。
可以通過(guò)用預(yù)定的已知表達(dá)式對(duì)所述透明體，例如石英玻璃基板形成對(duì)應(yīng)于一個(gè)必須的相位差的厚度分布，來(lái)制造所述光學(xué)調(diào)制元件1。通過(guò)選擇性蝕刻或FIB(聚焦離子束)處理可以精確地形成所述石英玻璃基板的厚度變化。
現(xiàn)在參考圖4A和4B介紹所述光束分割元件2的結(jié)構(gòu)和作用。
參考圖4A，所述光束分割元件2，例如是雙折射元件2E，包括以其晶體光軸2a相對(duì)于所述照明系統(tǒng)的光軸形成一個(gè)預(yù)定角θ的方式設(shè)置的雙折射平行平面板。至于形成所述雙折射元件2E的雙折射光學(xué)材料，可以使用例如，石英、方解石、氟化鎂或類似材料。
在這種光束分割元件中，當(dāng)例如隨機(jī)極化的光線(激光束)G平行于所述照明系統(tǒng)的光軸進(jìn)入所述雙折射元件2E時(shí)，極化方向垂直于圖4A的紙面空間的線性極化光線，即，正交光線o(第一光束G1)直線前進(jìn)，不受所述雙折射元件2E折射的影響，并平行于所述光軸射出。另一方面，極化方向是圖4A的紙面空間的水平方向的線性極化光線，即，非正常光線e(第二光束G2)被所述雙折射元件2E的入射界面折射，沿著與所述光軸形成角度φ的方向前進(jìn)，然后被所述雙折射元件2E的出射界面折射，并且平行于所述光軸射出。該現(xiàn)象是眾所周知的，例如在Asakura Shoten出版的Junpei Tsujinai的“Introduction to Optics(Kougaku Gairon)II”的第五章、Gendai Kougaku Sha出版的KeieiKudou和Tomiya Uehara的“Basic Optics<Ray Optics/ElectromagneticOptics>(Kiso Kougaku<Kousen Kougaku/Denji Kougaku)”等中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。這里引入該參考。
此時(shí)，平行于所述光軸從所述雙折射元件2E中射出的所述正常光線(第一光束)C1與所述非正常光線(第二光束)G2之間的距離，即，分離寬度(分離距離)d依賴于形成所述雙折射元件2E的光學(xué)材料的類型、相對(duì)于所述晶體光軸的方向、切割方法、在所述光軸方向所述雙折射元件2的尺寸，即，厚度和其它尺寸。即，所述分離寬度(分離距離)d由構(gòu)成所述雙折射元件2E的材料的特性和形狀來(lái)決定，并設(shè)置為通過(guò)將所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線的間距除以一個(gè)奇數(shù)個(gè)得到的值。圖4B示意性的示出了在所述光學(xué)調(diào)制元件1上的每一點(diǎn)是如何由所述雙折射元件2E分為兩個(gè)點(diǎn)，并且是如何觀察到的。由所述雙折射元件2E得到的所述分離寬度d是在所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的對(duì)象側(cè)的值，并且所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像表面上的所述分離寬度是通過(guò)將所述分離寬度d乘以所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的放大倍數(shù)1/5得到的值。
當(dāng)使光線垂直進(jìn)入包括由單軸晶體材料形成的平行平面板的雙折射元件2時(shí)得到的分離寬度d用以下表達(dá)式(1)表示d＝tanφ×t……(1)其中tanφ＝(no2-ne2)sinθ·cosθ/(ne2cos2θ+no2sin2θ)。
在表達(dá)式(1)中，no是所述正常光線o的折射率，而ne是所述非正常光線e的折射率。此外，如上所述，φ是由所述非正常光線e與所述入射界面的正常線(即，光軸)形成的角度，θ是由所述晶體光軸2a與入射界面的正交線形成的夾角，而t是所述雙折射元件2E的厚度。
例如，要求得到分離寬度d＝25μm的雙折射元件2E的厚度，當(dāng)對(duì)波長(zhǎng)為238nm的光使用由人造石英形成的雙折射元件2E，并且θ＝？度時(shí)，由于人造石英相對(duì)于248nm波長(zhǎng)的光的折射率為ne＝1.6124，并且no＝1.6016，所以得到t＝3697μm。在本實(shí)施例中，由人造石英形成，并且具有45度的晶體光學(xué)軸線夾角θ和3697μm的厚度t的平行平面板用來(lái)作為所述雙折射元件2E。因此，由所述雙折射元件2E得到的分離寬度d為25μm，并且在所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像表面上的分離寬度為5μm。
現(xiàn)在參考圖5A到5C介紹所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述光束分割元件2的協(xié)同作用。
如上所述，當(dāng)圖1所示的結(jié)晶裝置中沒(méi)有插入所述雙折射元件2E時(shí)，如上所述，在設(shè)置在所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的焦點(diǎn)位置的所述處理過(guò)的基板5的表面上形成如圖3B所示的，具有在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差1c的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。另一方面，當(dāng)圖1所示的結(jié)晶裝置中插入圖4A和4B中所示的雙折射元件2E時(shí)，由于所述入射光束G被分為兩個(gè)具有極化狀態(tài)的非相干光束G1和G2，所以在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)彼此分離的并具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。
此時(shí)，如果進(jìn)入所述雙折射元件2E的光束處于隨機(jī)極化狀態(tài)，則通過(guò)所述雙折射元件2E分開的兩個(gè)光束的強(qiáng)度基本相等。此外，當(dāng)通過(guò)所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束在所述處理過(guò)的基板5的表面上重疊時(shí)，由于這些光束相互不干涉，所以這兩個(gè)光束只是簡(jiǎn)單地組合為光強(qiáng)度的和。如上所述，在本實(shí)施例中，以5μm(圖像側(cè)轉(zhuǎn)換值)的間距形成所述光學(xué)調(diào)制元件1的臺(tái)階1c，并且在所述處理過(guò)的基板5的表面上的這兩個(gè)具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的間隙(即，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像表面上的分離寬度)也是5μm。
換句話說(shuō)，對(duì)在所述處理過(guò)的基板5的表面上成像的這兩個(gè)被所述雙折射元件2E分開的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的間隙進(jìn)行設(shè)置，使其對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c之間的間隙(通常對(duì)應(yīng)于所述相位差線1c之間的間隙的奇數(shù)倍)。本實(shí)施例是奇數(shù)倍數(shù)為1的例子，并且可以使用任何其它值，例如，3、5、7、……。因此，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，由所述正常光線o(圖5A)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布和由所述非正常光線e(圖5B)形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布正好彼此完全重疊。結(jié)果，如圖3B所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上最終形成了在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布(圖5C)，而不受所述雙折射元件2E的影響。
另一方面，當(dāng)不插入所述雙折射元件2時(shí)，在設(shè)置在所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的散焦位置的所述處理過(guò)的基板5的表面上形成具有其中在偏離對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的線區(qū)的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布，如圖3C所示。至于通過(guò)所述雙折射元件2E傳輸?shù)墓馐捎谒鋈肷涔馐环譃閮蓚€(gè)具有極化狀態(tài)的非相干光束，所以在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)彼此分離的并具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。
即，在散焦?fàn)顟B(tài)下，形成由所述正常光線o形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布，如圖5A所示，以及由所述非正常光線e形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布，如圖5B所示。這里，圖5A所示的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布和圖5B所示的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布，由于該雙折射元件2E的作用，在所述處理過(guò)的基板5的表面上偏移5μm。此外，在圖31C中相鄰的這兩個(gè)具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布關(guān)于與所述兩個(gè)相鄰的相位差線1c的中線對(duì)應(yīng)的線區(qū)對(duì)稱，并且對(duì)應(yīng)于所述中線的所述線區(qū)的間距也是5μm。
因此，在散焦?fàn)顟B(tài)下，通過(guò)由所述正常光線o形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布和由所述非正常光線e形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布的組合形成如圖5C所示的具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。在散焦?fàn)顟B(tài)下，光強(qiáng)度最小的反向尖峰點(diǎn)沒(méi)有從對(duì)應(yīng)于在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的對(duì)應(yīng)于所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的相位差線1c的線區(qū)偏離。圖5示出了圖3A所示的光學(xué)調(diào)制元件1的剖面圖，并且該剖面圖與虛線表示的相位差線1c相關(guān)。
如上所述，由于根據(jù)本實(shí)施例的裝置使用具有60度(相位差大大不同于180度)相位差的相移圖形的光學(xué)調(diào)制元件1，所以在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中，在反向尖峰點(diǎn)處的最小光強(qiáng)度具有比0大到一定程度的值。此外，所有的或者是幾乎所有的照射目標(biāo)區(qū)可以設(shè)置為熔融區(qū)。而且，雖然板厚度的偏差是在所述處理過(guò)的基板5中不可避免地存在散焦的一個(gè)因素，但是由于所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述光束分割元件2的協(xié)同作用，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布變得對(duì)稱，而不受散焦的影響。結(jié)果，在本實(shí)施例中，基于一個(gè)深聚焦深度可以穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述處理過(guò)的基板5的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
在上述實(shí)施例中，為了抑制所述雙折射元件2E產(chǎn)生的像差，需要緊貼所述光學(xué)調(diào)制元件1形成雙折射，或移動(dòng)所述雙折射元件2E，使其盡可能靠近所述光學(xué)調(diào)制元件1。但是，由于當(dāng)在所述雙折射元件2E的表面與所述光學(xué)調(diào)制元件1的表面之間重復(fù)產(chǎn)生反射時(shí)，由干涉引起強(qiáng)度的不規(guī)則性，所以最好提供補(bǔ)償所述不規(guī)則性的方式。至于這種補(bǔ)償方式，可以采用在這兩個(gè)元件之間提供的折射系數(shù)匹配材料、在這兩個(gè)元件的相對(duì)表面上形成的不反射材料的涂覆表面等。
另外，通過(guò)對(duì)所述雙折射元件2E的光入射表面進(jìn)行表面處理來(lái)提供一個(gè)相位差，可以將所述雙折射元件2E和所述光學(xué)調(diào)制元件1彼此結(jié)合。此外，雖然在上述實(shí)施例中所述雙折射元件2E布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1的后側(cè)(出光側(cè))上，并靠近所述光學(xué)調(diào)制元件1，但是本發(fā)明并不限于此，并且所述雙折射元件2E可以布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1的共軛位置，或所述共軛位置附近。當(dāng)然，也可以以它們彼此遠(yuǎn)離的方式來(lái)放置這兩個(gè)元件。
此外，由于在上述實(shí)施例中所述雙折射元件2E是由雙折射平行平面板形成，所以所述正常光線o和所述非正常光線e具有不同的光學(xué)路徑。因此，通過(guò)所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束之間將產(chǎn)生相位差，并且在光軸方向，這兩個(gè)光束的圖像形成位置彼此分離。為了避免這一問(wèn)題，可以使用包括一對(duì)雙折射平行平面板的薩瓦爾板，設(shè)置所述雙折射平行平面板中的每一個(gè)，以使晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成預(yù)定角度?，F(xiàn)在參考圖6A和6B介紹該例子。
構(gòu)成薩瓦爾板20的一對(duì)平行平面板20a和20b具有相同的厚度，并且設(shè)置這些板中的每一個(gè)，以使其晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成大約45度的角。即，第二平行平面板20b處于第一平行平面板20a繞所述光軸旋轉(zhuǎn)90度的狀態(tài)。在該薩瓦爾板20中，由于所述正常光線o的光學(xué)路徑長(zhǎng)度與所述非正常光線e的光學(xué)路徑長(zhǎng)度變得彼此相等，如圖6A所示，所以不會(huì)出現(xiàn)由于相位差引起的上述圖像形成位置分離的問(wèn)題。
或者，可以采用基于所謂的Francon的所述薩瓦爾板的改型來(lái)作為所述光束分割元件，以避免由于相位差引起的圖像形成位置分離的問(wèn)題。現(xiàn)在參考圖7介紹該例子。
根據(jù)基于Francon的薩瓦爾板的改型的雙折射元件21包括一對(duì)雙折射平行平面板21a和21b，以及設(shè)置在所述雙折射平行平面板對(duì)21a和21b之間的一個(gè)半波板21c，以使其晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射平行平面板21a和21b。
構(gòu)成所述雙折射元件21的一對(duì)平行平面板21a和21b中的每一個(gè)以其晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成大約45度角的方式來(lái)設(shè)置。即，所述第一平行平面板21a和所述第二平行平面板21b布置成關(guān)于所述半波板21c對(duì)稱。此外，通過(guò)所述半波板21c，正常光線o轉(zhuǎn)換為非正常光線e，而非正常光線e轉(zhuǎn)換為正常光線o。結(jié)果，在所述雙折射元件21中，正常光線o的光學(xué)路徑長(zhǎng)度與非正常光線e的光學(xué)路徑長(zhǎng)度變得彼此相等，如圖7所示，因此，不會(huì)出現(xiàn)由于相位差引起的所述圖像形成位置分離的問(wèn)題。
在上述實(shí)施例中，布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1附近的所述雙折射元件2E用作所述光束分離元件2。但是，本發(fā)明并不限于此，布置在所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的光瞳表面上，或者在光瞳表面附近的雙折射元件22可以如圖8所示代替所述雙折射元件2E。如圖9所示，這種雙折射元件22是包括一對(duì)雙折射極化棱鏡22a和22b的渥拉斯頓棱鏡，以晶體光軸相對(duì)于所述光軸形成預(yù)定角度的方式來(lái)設(shè)置所述雙折射極化棱鏡22a和22b中的每一個(gè)。
這里，所述第一極化棱鏡22a的晶體光軸相對(duì)于圖9的紙面空間水平設(shè)置，而所述第二極化棱鏡22b的晶體光軸相對(duì)于圖9的紙面空間垂直設(shè)置。即，所述平行平面板型渥拉斯頓棱鏡22包括晶體光軸相互垂直的所述極化棱鏡對(duì)22a和22b。所述渥拉斯頓棱鏡22將入射光分為兩個(gè)具有極化狀態(tài)的光束，即，極化方向垂直于圖9的紙面空間的線性極化光束，以及極化方向平行于圖9的紙面空間的線性極化光束。
在該例子中，這兩個(gè)具有極化狀態(tài)的光束以相對(duì)于入射光對(duì)稱的極化角分開。如果正常光線o的折射系數(shù)為no，而非正常光線e的折射系數(shù)為ne，則由所述渥拉斯頓棱鏡22分開的這兩個(gè)光束的分開角θw用下面的表達(dá)式(2)表示。
sinθw＝2(ne-no)tanθw{1-(ne-no)2·tan2θw/2+…}(2)當(dāng)所述渥拉斯頓棱鏡22用作所述光束分割元件2時(shí)，通過(guò)適當(dāng)設(shè)置該分開角θw，可以得到與上述實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)。還可以采用Rochon棱鏡或de Senarmont棱鏡來(lái)作為所述光束分割元件2，該棱鏡類似于渥拉斯頓棱鏡，在極化方向上進(jìn)行角分割。此外，還可以采用Fresnel(多個(gè))棱鏡，該棱鏡在順時(shí)針極化方向和逆時(shí)針極化方向上進(jìn)行角分割。由于通過(guò)光束分割元件2或薩瓦爾板可以看到一個(gè)物體的兩個(gè)圖像，所以光束分割元件2或薩瓦爾板通常稱作雙成像器。
在上述實(shí)施例中，假設(shè)隨機(jī)極化的光束進(jìn)入所述雙折射元件2E，如圖10A所示，并且由所述雙折射元件2E分開的兩個(gè)光束的強(qiáng)度基本上彼此相等。但是，如果在進(jìn)入所述雙折射元件2E的光束的極化狀態(tài)存在偏差，則由所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束的強(qiáng)度不會(huì)變得彼此相等，具體地，如圖10B所示，當(dāng)極化方向垂直于圖10B的紙面空間的線性極化光束G進(jìn)入所述雙折射元件2E時(shí)，所述入射光束直線前進(jìn)并穿過(guò)所述雙折射元件2E，同時(shí)保持其極化狀態(tài)，并且使其成為出射光束G1。由非正常光線得到的光束G2強(qiáng)度非常弱，實(shí)際上只存在光束G1，并且所述入射光束沒(méi)有分開。入射光束分割的意思是分開所述正常光線和所述非正常光線，同時(shí)每一種光線具有一定程度的強(qiáng)度，并希望被分割光束的光強(qiáng)度基本上等于所述入射光束的光強(qiáng)度。
當(dāng)由所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束的強(qiáng)度彼此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同時(shí)，在所述處理過(guò)的基板5上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中，在反向峰值點(diǎn)處的最小光強(qiáng)度變得不固定。結(jié)果，從具有不同光強(qiáng)度的這兩種類型的反向峰值點(diǎn)附近開始晶體生長(zhǎng)，這導(dǎo)致了待形成的晶體的尺寸和形狀存在差異的問(wèn)題。因此，當(dāng)進(jìn)入所述雙折射元件2E的這兩個(gè)光束的極化狀態(tài)存在偏差時(shí)，優(yōu)選另外提供一個(gè)控制進(jìn)入所述雙折射元件2E的光束的極化狀態(tài)的控制元件，從而由所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束具有基本相等的強(qiáng)度。
作為控制進(jìn)入所述雙折射元件2E的光束的極化狀態(tài)的控制元件，如圖10C所示，可以使用布置在所述雙折射元件2E的入射側(cè)的半波板7。具體地，當(dāng)極化方向垂直于圖10C的紙面空間的線性極化光束進(jìn)入所述半波板7時(shí)，由于所述半波板7的作用使該光束的極化方向繞所述光軸旋轉(zhuǎn)45度，并且該光束進(jìn)入所述雙折射元件2。結(jié)果，類似于隨機(jī)極化的光束進(jìn)入所述雙折射元件2的例子，被所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)光束具有基本相等的強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)注意到，通過(guò)使用一個(gè)四分之一波板來(lái)代替所述半波板7，將所述線性極化光轉(zhuǎn)換為圓形極化光，并使所得到的光進(jìn)入所述雙折射元件2E，被分割的這兩個(gè)光束可以具有基本相等的強(qiáng)度。
第二實(shí)施例在第一實(shí)施例中，由于被所述雙折射元件2E分開的這兩個(gè)具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的間隙對(duì)應(yīng)于所述相位差線1c之間的間隙，所以在通過(guò)這兩個(gè)光強(qiáng)度分布的組合得到的所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中，在反向峰值點(diǎn)處的最小光強(qiáng)度是固定的。相反，如圖11A和11B所示，當(dāng)所述具有反向尖峰形狀的這兩個(gè)光強(qiáng)度分布之間的間隙故意從相位差線1c之間的間隙偏離，并且反向峰值點(diǎn)重疊在一側(cè)的尖峰形狀位置上時(shí)，可以基本消除尖峰或形成較淺的反向尖峰。
這里，術(shù)語(yǔ)“反向尖峰”指的是表示由所述光學(xué)調(diào)制元件1形成的最小光強(qiáng)度分布的凹曲線。術(shù)語(yǔ)“反向峰值點(diǎn)”指的是具有該凹曲線最小光強(qiáng)度值的點(diǎn)。術(shù)語(yǔ)“尖峰形狀”指的是示出了反向尖峰圖形的最小光強(qiáng)度的所述光強(qiáng)度分布曲線的形狀。通過(guò)基本消除尖峰，即使當(dāng)最大光強(qiáng)度具有不小于發(fā)生燒蝕的溫度，也可以控制光強(qiáng)度，從而不會(huì)產(chǎn)生燒蝕，并且可以防止晶體生長(zhǎng)在尖峰部分停止。因此，晶體生長(zhǎng)繼續(xù)，并允許更大的結(jié)晶。所述反向峰值點(diǎn)與尖峰形狀位置之間的間隙D可以用下面的表達(dá)式(3)來(lái)近似。
D0.5×λ/NA ……(3)在本實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例，λ設(shè)置為248nm，而NA設(shè)置為0.13。因此，所述反向峰值點(diǎn)與尖峰形狀位置之間的間隙D大約為1μm。圖12A示意性的示出了光學(xué)調(diào)制元件1的結(jié)構(gòu)和在第二實(shí)施例中要形成的光強(qiáng)度分布。在根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，如圖3A所示，具有0度相位值的矩形區(qū)域1a和具有60度相位值的矩形區(qū)域1b沿橫向交替重復(fù)，并且以根據(jù)圖像側(cè)轉(zhuǎn)換值為5μm的間距形成60度的相位差1c。
相反，在根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，如圖12A所示，具有0度相位值的區(qū)域1d和具有60度相位值的區(qū)域1e沿橫向交替重復(fù)，但是當(dāng)結(jié)晶目標(biāo)位置為二維并且更精確的確定時(shí)，優(yōu)選該元件。在其中具有0度相位值的區(qū)域1d和具有60度相位值的區(qū)域1e沿著一個(gè)方向交替重復(fù)的光學(xué)調(diào)制元件1中，當(dāng)相對(duì)于具有例如60度相位值的區(qū)域1e的寬度形成5μm的部分(參考間隔)和4μm的部分(修正間隔)時(shí)，僅在該5μm部分形成反向尖峰。根據(jù)晶體管電路的形成位置或結(jié)晶區(qū)的表層內(nèi)容來(lái)確定所述參考間隔的形成位置或尺寸。即，在剖面A的一個(gè)位置，兩個(gè)相鄰相位差線1f(區(qū)域1d和1e的寬度)之間的間隙為5μm，在沿相位差線1f的方向與剖面A的所述位置分開例如5μm的距離的剖面B的一個(gè)位置處，區(qū)域1e具有4μm的寬度或者區(qū)域1d具有6μm的寬度。即，在根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，所述具有反向尖峰形狀的這兩個(gè)光強(qiáng)度分布之間的間隙對(duì)應(yīng)于在剖面A的所述位置處的相位差線1f之間的間隙。
但是，在除剖面A的所述位置之外的其它剖面位置，由所述光束分割元件2分開的所述具有反向尖峰形狀的這兩個(gè)光強(qiáng)度分布之間的間隙從相位差線1f之間的間隙偏離，并且在剖面B的所述位置處的最大偏差量為1μm。如上所述，在根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，兩條相鄰相位差線1f之間的間隙沿所述相位差線1f的方向在作為第一參考間隔(設(shè)計(jì)值)的5μm和作為第一修正間隔的4μm或6μm之間反復(fù)增加和減小。此外，對(duì)應(yīng)于所述第一修正間隔與這兩條相鄰相位線1f之間的所述第一參考間隔之間的差的絕對(duì)值的修正量C不超過(guò)1μm，并且滿足下面的表達(dá)式(4)。
C≤0.5×λ/NA……(4)如上所述，在本實(shí)施例中，所述具有反向尖峰形狀的這兩個(gè)光強(qiáng)度分布之間的間隙對(duì)應(yīng)于在所述光學(xué)調(diào)制元件1的剖面A的所述位置處的相位差線1f之間的間隙。因此，如圖12B所示，在對(duì)應(yīng)于圖12A所示的光學(xué)調(diào)制元件1的剖面A的所述位置的處理過(guò)的基板5的一個(gè)表面位置處形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布。另一方面，使具有反向尖峰形狀的這兩個(gè)光強(qiáng)度分布之間的間隙在圖12A所示的光學(xué)調(diào)制元件1的剖面B的所述位置處偏離所述相位差線1f之間的間隙大約間隙D，并且所述反向峰值點(diǎn)重疊在該點(diǎn)一側(cè)的尖峰形狀位置上。因此，在對(duì)應(yīng)于圖12C所示的光學(xué)調(diào)制元件1的剖面B的所述位置的處理過(guò)的基板5的表面位置形成基本上消除了反向尖峰的光強(qiáng)度分布。
在根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，所述兩條相鄰相位差線1f之間的間隙沿所述相位差線1f的方向在作為第一參考間隔的5μm和作為第一修正間隔的4μm或6μm之間反復(fù)增加和減小。因此，所述反向峰值點(diǎn)的光強(qiáng)度在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的剖面A的所述位置的處理過(guò)的基板的表面位置最小，并且所述反向峰值點(diǎn)的光強(qiáng)度沿所述相位差線1f的方向，朝著對(duì)應(yīng)于剖面B的所述位置的處理過(guò)的基板5的表面位置增加。
結(jié)果，在第二實(shí)施例中，所述反向峰值點(diǎn)可以被限制在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的剖面A的所述位置的處理過(guò)的基板5的所述表面位置。即，在第二實(shí)施例中，除了第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之外，能夠?qū)崿F(xiàn)二維地確定晶體形成位置的優(yōu)點(diǎn)。
第三實(shí)施例在第一實(shí)施例中，不必要的尖峰形狀出現(xiàn)在特別是在聚焦?fàn)顟B(tài)下形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰兩側(cè)。如上所述，所述尖峰形狀的存在是可能是燒蝕的一個(gè)因素，也是使晶體生長(zhǎng)停止的因素。首先，在具體說(shuō)明第三實(shí)施例之前，將要介紹在所述反向尖峰兩側(cè)出現(xiàn)所述尖峰形狀的原理。通常，當(dāng)消除比例系數(shù)時(shí)，由成像光學(xué)系統(tǒng)4得到的一個(gè)形成的圖像的合成幅度分布U(x，y)可以用下面的表達(dá)式(5)表示。
U(x，y)＝O(x，y)*PSF(x，y) ……(5)在表達(dá)式(5)中，O(x，y)表示一個(gè)對(duì)象的合成幅度傳遞分布；*，卷積(卷積積分)；PSF(x，y)，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。在本例子中，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)定義為由所述成像光學(xué)系統(tǒng)4得到的一個(gè)點(diǎn)像的合成幅度分布。當(dāng)所述成像光學(xué)系統(tǒng)4具有平坦的圓形光曈，并且沒(méi)有像差時(shí)，用下面的表達(dá)式(6)表示該點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF(x，y)。
PSF(x，y)＝2J1(a·r)/(a·r) ……(6)其中a＝(2π·NA)/λr＝(x2+y2)1/2在表達(dá)式(6)中，J1表示Bessel函數(shù)；λ，光的波長(zhǎng)；NA，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的圖像側(cè)數(shù)值孔徑，如上所述。圖13示出了基于表達(dá)式(6)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF。圖13中，縱軸表示該點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF的值，而橫軸表示(a·r)的值。參考圖13，存在該點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF的值為負(fù)的一個(gè)區(qū)域，即，“負(fù)值區(qū)”，并且該負(fù)值區(qū)的存在是出現(xiàn)尖峰形狀的一個(gè)因素。
在該例中，最接近原點(diǎn)的負(fù)值區(qū)的位置范圍用下面的表達(dá)式(7)表示。此外，當(dāng)在表達(dá)式(7)中代入a＝(2π·NA)/λ時(shí)，可以得到由下面的表達(dá)式(8)表示的關(guān)系。
3.8＜a·r＜7.0……(7)0.61×λ/NA＜r＜1.11×λ/NA ……(8)以具有180度相位差的移相器為例子，進(jìn)一步具體介紹該尖峰形狀的出現(xiàn)。圖14A示出了具有180度相位差的移相器的合成幅度透射率分布O(x)。對(duì)于圖14A中的左側(cè)區(qū)域，即，具有180度相位值的區(qū)域40和右側(cè)區(qū)域，即，具有0度相位值的區(qū)域41，將關(guān)注的重點(diǎn)放在該右側(cè)區(qū)域41。用多條細(xì)線42表示與點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF(x)卷積的狀態(tài)，由此得到的圖像的合成幅度分布U(x)用圖14B中的粗線43a表示。用粗線43a表示的所述合成幅度分布U(x)相對(duì)于一個(gè)臺(tái)階的位置44關(guān)于一個(gè)點(diǎn)對(duì)稱，并且在右側(cè)產(chǎn)生一個(gè)凸起部分45，同時(shí)在左側(cè)產(chǎn)生一個(gè)凹陷部分46。
圖15示出了對(duì)應(yīng)于具有0度相位值的所述區(qū)域41的圖像的合成幅度分布U(x)的精確形狀。相對(duì)于圖14A的左側(cè)區(qū)域，即，具有180度相位值的區(qū)域40，也會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。如上所述，加重了右側(cè)的凸起部分47和左側(cè)的凹陷部分48，并保留在通過(guò)將用粗線43a表示的對(duì)應(yīng)于具有0度相位值的區(qū)域41的合成幅度分布U(x)和用粗線43b表示的對(duì)應(yīng)于具有180度相位值的區(qū)域40的合成幅度分布U(x)進(jìn)行疊加而得到的用粗線43表示的最終的合成幅度分布U(x)中。結(jié)果，如圖14D所示，根據(jù)圖14C中所示的凸起部分47和凹陷部分48，在由所述移相器的相位差形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生尖峰形狀(在圖中用每一個(gè)虛線圓表示)。
圖16A到16D是與圖14A到14D相關(guān)的圖，并示出了基于本發(fā)明抑制所述尖峰形狀的第一技術(shù)。參考圖16A，在第一技術(shù)中，分別在對(duì)應(yīng)于圖14C所示的凸起部分47和凹陷部分48的位置設(shè)置光屏蔽區(qū)60和61。因此，如圖16A所示，每個(gè)光屏蔽區(qū)60和61的合成幅度透射率分布O(x)的值為0。
結(jié)果，如圖16B所示，在與所述點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF(x)的卷積中，由于所述光屏蔽區(qū)60而缺少了用粗虛線61表示的部分，并且用粗線63a表示所得到圖像的合成幅度分布U(x)。將用粗線43a表示的合成幅度分布U(x)與用粗線63a表示的合成幅度分布U(x)進(jìn)行比較，在用粗線43a表示的合成幅度分布U(x)中的凸起部分45a由于所述光屏蔽區(qū)60的作用變?yōu)榘枷莶糠?4a。凹陷部分46慢慢變?yōu)榘枷莶糠?5a，但是所述凹陷部分46和所述凹陷部分65a基本上可以認(rèn)為是相同的。在該例中，希望所述凹陷部分64a的表面容量(superficial content)基本等于所述凹陷部分65a的表面容量(＝所述凹陷部分46的表面容量)。
在這種情況下，如圖16C所示，在通過(guò)將用粗線63a表示的對(duì)應(yīng)于其中形成所述光屏蔽區(qū)60的具有0度相位值的區(qū)域的合成幅度分布U(x)疊加在用粗線63b表示的對(duì)應(yīng)于其中形成所述光屏蔽區(qū)61的具有180度相位值的區(qū)域的合成幅度分布U(x)上而得到的用粗線63表示的最終的合成幅度分布U(x)中，所述凹陷部分64a與對(duì)應(yīng)于倒置的凹陷部分65a的凸起部分65b互相抵消，而所述凹陷部分65a與對(duì)應(yīng)于倒置的凹陷部分64a的凸起部分64b互相抵消，如在圖中用每個(gè)虛線橢圓所示的。消除了在合成幅度分布U(x)中觀察到的用粗線43表示的所述凸起部分47和所述凹陷部分48，并且在這些部分可以得到相對(duì)平坦的分布。結(jié)果，在第一技術(shù)中，如圖16D所示，在由所述移相器的相位差形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布66中，在該反向尖峰的兩側(cè)基本不產(chǎn)生尖峰形狀。
圖17A到17D是與圖14A到14D相關(guān)的圖，并示出了基于本發(fā)明抑制所述尖峰形狀的第二技術(shù)。參考圖17A，在第二技術(shù)中，分別在對(duì)應(yīng)于圖14C中所示的凸起部分47和凹陷部分48的位置設(shè)置相位調(diào)制區(qū)70和71。在本例中，將所述相位調(diào)制區(qū)70和71每一個(gè)的相位調(diào)制量設(shè)置為180度。因此，如圖17A所示，在所述相位調(diào)制區(qū)70中的合成幅度透射率分布O(x)的值與所述具有180度相位值的區(qū)域中的值相同，而在所述相位調(diào)制區(qū)71中的合成幅度透射率分布O(x)的值與所述具有0度相位值的區(qū)域中的值相同。
結(jié)果，如圖17B所示，在與所述點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF(x)的卷積中，由于所述相位調(diào)制區(qū)70，倒轉(zhuǎn)了用粗虛線72表示的部分，并且用粗線73a表示所得到圖像的合成幅度分布U(x)。將用粗線43a表示的合成幅度分布U(x)與用粗線73a表示的合成幅度分布U(x)進(jìn)行比較，在用粗線43a表示的合成幅度分布U(x)中的凸起部分45由于所述相位調(diào)制區(qū)70的作用變?yōu)榘枷莶糠?4a。所述凹陷部分46慢慢變?yōu)榘枷莶糠?5a，但是所述凹陷部分46和所述凹陷部分75a基本上可以認(rèn)為是相同的。在該例中，希望所述凹陷部分74a的表面容量基本等于所述凹陷部分75a的表面容量(＝所述凹陷部分46的表面容量)。
在這種情況下，如圖17C所示，在通過(guò)將用粗線73a表示的對(duì)應(yīng)于其中形成所述相位調(diào)制區(qū)70的具有0度相位值的區(qū)域的合成幅度分布U(x)疊加在用粗線73b表示的對(duì)應(yīng)于其中形成所述相位調(diào)制區(qū)71的具有180度相位值的區(qū)域的合成幅度分布U(x)上而得到的用粗線73表示的最終的合成幅度分布U(x)中，所述凹陷部分74a與對(duì)應(yīng)于倒置的凹陷部分75a的凸起部分75b互相抵消，而所述凹陷部分75a與對(duì)應(yīng)于倒置的凹陷部分74a的凸起部分74b互相抵消，如在圖中用每個(gè)虛線橢圓所示的。消除了在合成幅度分布U(x)中觀察到的如圖14C所示用粗線43表示的所述凸起部分47和所述凹陷部分48，并且在這些部分可以得到相對(duì)平坦的分布。結(jié)果，在第二技術(shù)中，類似于第一技術(shù)，如圖17D所示，在由所述移相器的臺(tái)階形成的具有反向尖峰形狀的所述光強(qiáng)度分布76中，在反向尖峰的兩側(cè)的最大光強(qiáng)度部分基本不產(chǎn)生尖峰形狀(圖15中的凸起部分45)。
現(xiàn)在介紹所述光屏蔽區(qū)60和61或所述相位調(diào)制區(qū)70和71的位置和尺寸。如上所述，在圖14B中，根據(jù)卷積公式(5)通過(guò)只在遠(yuǎn)離臺(tái)階的右側(cè)積分區(qū)域41確定在圖像的合成幅度分布U(x)中的每個(gè)凸起部分45和凹陷部分46的位置。參考精確顯示出結(jié)果的圖15，所述突起部分45放置在離開臺(tái)階0.4λ/NA到0.7λ/NA的范圍內(nèi)。因此，在該位置附近同樣提供所述光屏蔽區(qū)60和61或所述相位調(diào)制區(qū)70和71就足夠好了。此外，至于所述光屏蔽區(qū)60和61或所述相位調(diào)制區(qū)70和71的尺寸，設(shè)置所述凹陷部分64a和74a的表面容量基本等于所述凹陷部分65a和75a的表面容量就足夠好了。具體地，如果每個(gè)光屏蔽區(qū)太小，則在光強(qiáng)度分布中仍然有尖峰形狀存在，如果光屏蔽區(qū)太大，則尖峰形狀被過(guò)度修正，而得到凹陷形狀。因此，得到最佳形狀，同時(shí)計(jì)算光強(qiáng)度分布就足夠了。所述光屏蔽區(qū)可以僅透過(guò)一部分光。
在第三實(shí)施例的改型中，根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)應(yīng)用于第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1。具體地，在本例中，通過(guò)額外提供一個(gè)線性相位調(diào)制區(qū)得到的相位調(diào)制型移相器根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)用于第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1。在本實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，如圖18A所示，在所述相位差線1c的兩側(cè)形成平行于所述相位差線1c延伸的線性相位調(diào)制區(qū)1g。這里，在具有0度相位值的矩形區(qū)1a中形成的所述線性相位調(diào)制區(qū)1g具有60度相位值，而在具有60度相位值的矩形區(qū)1b中形成的所述線性相位調(diào)制區(qū)1g具有0度相位值。換句話說(shuō)，所述相位差線1c的相位調(diào)制量和所述線性相位調(diào)制區(qū)1g的相位調(diào)制量分別為60度。
此外，將所述線性相位調(diào)制區(qū)1g的橫向尺寸設(shè)為0.07μm，而將在所述線性相位調(diào)制區(qū)1g的中線與相鄰的相位差線1c之間的圖像側(cè)轉(zhuǎn)換距離D設(shè)置為1.0μm。即，該距離D對(duì)應(yīng)于大約0.52×λ/NA，并且設(shè)置在上述0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA的范圍內(nèi)。結(jié)果，在第三實(shí)施例A中，在圖18B所示的聚焦?fàn)顟B(tài)中，形成了其中在對(duì)應(yīng)于所述相位差線1c的線區(qū)中光強(qiáng)最小，并且朝向外圍光強(qiáng)度急劇增加的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，并且如圖中的每個(gè)虛線圓H所示，很好地抑制了在反向尖峰J的兩側(cè)的尖峰形狀。
此外，在第三實(shí)施例的一種改型中，在散焦?fàn)顟B(tài)下，通過(guò)將如圖19A所示由正常光線o形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布(對(duì)應(yīng)于圖5A)與如圖19B所示由非正常光線e形成的具有反向尖峰形狀的非對(duì)稱光強(qiáng)度分布(對(duì)應(yīng)于圖5B)的組合，形成如圖19C所示具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。另外，在散焦?fàn)顟B(tài)下，類似于聚焦?fàn)顟B(tài)，同樣很好地抑制了在反向尖峰的兩側(cè)的尖峰形狀，如圖中每個(gè)虛線圓表示的。當(dāng)不提供圖5C中所示的線性相位區(qū)時(shí)，在散焦?fàn)顟B(tài)下，在所述光強(qiáng)度分布中殘留有輕微的尖峰形狀，但是在圖19C中則完全被消除了。因此，可以確認(rèn)本實(shí)施例更優(yōu)異。
第三實(shí)施例的另一種改型使用了一種相位調(diào)制型移相器，根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)，可以通過(guò)在第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中額外提供多個(gè)隔離的相位調(diào)制區(qū)來(lái)得到所述相位調(diào)制型移相器。在第三實(shí)施例B的光學(xué)調(diào)制元件1中，如圖20所示，在所述相位差線1c的兩側(cè)形成平行于所述相位差線1c對(duì)齊的多個(gè)島形更高部分或更低部分，即，正方形隔離相位調(diào)制區(qū)1h。在本例中，在具有0度相位值的矩形區(qū)1a中形成的所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h具有60度相位值，而在具有60度相位值的矩形區(qū)1b中形成的所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h具有0度相位值。換句話說(shuō)，所述相位差線1c的相位調(diào)制量和所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h的相位調(diào)制量分別為60度。
所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h的橫向尺寸(一側(cè)的尺寸)和間隙分別設(shè)為0.21μm和0.63μm，而在連接所述多個(gè)隔離相位調(diào)制區(qū)1h的中心的中線與相鄰的相位差線1c之間的圖像側(cè)轉(zhuǎn)換距離D設(shè)置為1.0μm，類似于第三實(shí)施例的所述改型。換句話說(shuō)，在本改型中的線性相位調(diào)制區(qū)1g與第三實(shí)施例B中的所述多個(gè)隔離相位調(diào)制區(qū)1h被設(shè)置成使得它們的相位調(diào)制表面容量變得彼此基本相等，從而在光學(xué)上具有基本相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
結(jié)果，雖然未示出，在本改型中，與上述改型類似，形成了其中在聚焦?fàn)顟B(tài)和散焦?fàn)顟B(tài)中，在對(duì)應(yīng)于所述相位差線1c的線區(qū)中光強(qiáng)最小，并且朝向外圍光強(qiáng)度急劇增加的具有反向尖峰形狀的類似的光強(qiáng)度分布，并且很好地抑制了在尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中反向尖峰兩側(cè)的尖峰形狀。
如上所述，在第三實(shí)施例(及其改型)中，通過(guò)將具有設(shè)置在所述相位差線1c附近的相位調(diào)制區(qū)1g和1h的移相器用作所述光學(xué)調(diào)制元件1，可以在所述處理過(guò)的基板5上形成其中在反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀受到抑制的具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。結(jié)果，在第三實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體膜不再由于所述尖峰形狀引起的燒蝕的出現(xiàn)而被破壞，并且可以生成具有大顆粒尺寸的晶體，同時(shí)可以防止從所述反向尖峰部分開始的晶體生長(zhǎng)在所述尖峰形狀部分停止。
比較這兩種改型，所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h的最小尺寸大于所述線性相位調(diào)制區(qū)1g的最小尺寸。因此，在一個(gè)改型中的移相器的生產(chǎn)比另一個(gè)改型中的移相器的生產(chǎn)更容易。即，第三實(shí)施例B可以在曝光裝置或更低分辨率的工藝中實(shí)現(xiàn)，并且存在一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，即使由于工藝而引起尺寸波動(dòng)，由于第三實(shí)施例B的相對(duì)變化率較小，影響光強(qiáng)度分布的不規(guī)則性也會(huì)較小。此外，雖然在圖20中所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h具有規(guī)則的正方形形態(tài)，但是可以使用具有相對(duì)于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的分辨率(對(duì)于λ/NA)來(lái)說(shuō)足夠小的尺寸的任意形狀。
此外，雖然未示出，在第三實(shí)施例C中，可以使用一種光屏蔽型移相器，根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)，可以通過(guò)為第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1額外提供一個(gè)線性光屏蔽區(qū)來(lái)得到所述光屏蔽型移相器。即，根據(jù)第三實(shí)施例C的光學(xué)調(diào)制元件1具有線性光屏蔽區(qū)代替所述線性相位調(diào)制區(qū)1g的結(jié)構(gòu)。此外，雖然未示出，在第三實(shí)施例D中，根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)，可以使用通過(guò)為第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1額外提供多個(gè)隔離光屏蔽區(qū)而得到的光屏蔽型移相器。即，根據(jù)第三實(shí)施例D的光學(xué)調(diào)制元件1具有線性光屏蔽區(qū)代替圖20所示的所述隔離相位調(diào)制區(qū)1h的結(jié)構(gòu)。
在第三實(shí)施例的第三和第四改型中，通過(guò)將具有設(shè)置在所述相位差線1c附近的光屏蔽區(qū)的移相器用作所述光學(xué)調(diào)制元件1，可以在所述處理過(guò)的基板5上形成其中在反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀受到抑制的具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。結(jié)果，所述半導(dǎo)體膜不再由于所述尖峰形狀引起的燒蝕的出現(xiàn)而被破壞，并且可以生成具有大顆粒尺寸的晶體，同時(shí)防止從所述反向尖峰部分開始的晶體生長(zhǎng)在所述尖峰形狀部分停止。
順便提及，比較第三改型C與第四改型，所述隔離光屏蔽區(qū)的最小尺寸大于所述線性光屏蔽區(qū)的最小尺寸。因此，在第四改型中的所述隔離光屏蔽區(qū)的形成比第三改型中的所述隔離光屏蔽區(qū)的形成更容易，由此在第四改型中的移相器的生產(chǎn)比第三改型中的移相器的生產(chǎn)更容易。此外，在所述光屏蔽區(qū)的形成過(guò)程中，例如，在形成形成相位差的臺(tái)階之后，通過(guò)常規(guī)光刻方法形成鉻的圖形就足夠好了。
第四實(shí)施例圖21示出了根據(jù)第四實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形。此外，圖22A和22B示出了在圖21中所示的光學(xué)調(diào)制元件中的基本圖形。參考圖21，類似于第一實(shí)施例，在第四實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，沿著一個(gè)方向交替重復(fù)地形成具有0度相位值的矩形區(qū)1a和具有60度相位值的矩形區(qū)1b。換句話說(shuō)，在兩條相鄰的相位差線1c之間交替形成的所述相位區(qū)1a和1b具有不同的參考相位值(0度，60度)。
此外，在每個(gè)相位區(qū)1a和1b中形成一種相位分布，在該相位分布中在光學(xué)上具有比所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑更小的尺寸并具有不同于所述參考相位值的第一相位值的第一區(qū)的面積共享比隨著每一個(gè)位置變化。具體地，在具有0度相位值的所述矩形區(qū)1a中形成的具有60度相位值的正方形區(qū)1i以所述區(qū)域1i的面積共享比隨著每一個(gè)位置變化的方式形成。另一方面，在具有60度相位值的所述矩形區(qū)1b中形成的具有0度相位值的正方形區(qū)1j，是以所述區(qū)域1j的面積共享比隨著每一個(gè)的位置變化的方式形成。
即，具有不同于所述參考相位值(0度，60度)的第一相位值(60度，0度)的第一區(qū)1i和1j具有絕對(duì)值基本相等的相位調(diào)制量，并且在兩個(gè)相鄰相位區(qū)1a和1b之間具有不同的符號(hào)。此外，參考示出了具有0度相位值的每個(gè)矩形區(qū)1a的基本圖形的圖22A，所述光學(xué)調(diào)制元件1的基本圖形具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的多個(gè)單元(在圖中用矩形虛線表示)1k。
在每個(gè)單元1k中形成具有0度相位值(所述參考相位值)的相位區(qū)(在圖中用空白部分表示)1a和具有60度相位值(第一相位值)的第一區(qū)(在圖中用陰影部分表示)1i。如圖22A所示，在每個(gè)單元1k中的所述第一區(qū)1i與相位區(qū)1a的面積共享比根據(jù)各個(gè)單元變化。此外，具體地，在圖中左側(cè)的一個(gè)單元中，在單元中的相位區(qū)1a的面積共享比最接近50％，在圖中右側(cè)的單元中最接近100％，并且在這些單元之間單調(diào)變化。因此，可以得到一維V形光強(qiáng)度梯度分布，其中在所述相位區(qū)1a的面積共享比最接近100％的兩側(cè)位置光強(qiáng)度最大，而在所述相位區(qū)1a的面積共享比最接近50％的中間位置光強(qiáng)度最小。
因此，可以得到一維V形光強(qiáng)度梯度分布，其中在所述相位區(qū)1a的面積共享比最接近100％的兩側(cè)位置光強(qiáng)度最大，而在所述相位區(qū)1a的面積共享比最接近50％的中間位置光強(qiáng)度最小。同樣，至于具有60度參考相位值的相位區(qū)1b，可以得到一維V形光強(qiáng)度梯度分布，其中在所述相位區(qū)1b的面積共享比最接近100％的兩側(cè)位置光強(qiáng)度最大，而在所述相位區(qū)1b的面積共享比最接近50％的中間位置光強(qiáng)度最小。
即，當(dāng)不插入所述光束分割元件(雙折射元件)2時(shí)，可以在具有0度參考相位值的相位區(qū)1a中沿方向垂直于所述相位差線1c的間距方向的剖面B(參看圖21)得到圖23B中所示的這種V形光強(qiáng)度梯度分布。此外，可以在具有60度參考相位值的相位區(qū)1b中沿方向垂直于所述相位差線1c的間距方向的剖面C(參看圖21)得到圖24B中所示的這種V形光強(qiáng)度梯度分布。
當(dāng)所述處理過(guò)的基板5的表面相對(duì)于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4散焦時(shí)，圖23B中所示的V形光強(qiáng)度梯度分布隨著散焦方向不對(duì)稱地變化，如圖23A和23C所示。同樣，當(dāng)所述處理過(guò)的基板5的表面相對(duì)于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4散焦時(shí)，圖24B中所示的V形光強(qiáng)度梯度分布也隨著散焦方向不對(duì)稱地變化，如圖24A和24C所示。
但是，在第四實(shí)施例中，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，由于所述光束分割元件2的作用，可以通過(guò)圖23B中所示的V形光強(qiáng)度梯度分布與圖24B中所示的V形光強(qiáng)度梯度分布的組合，沿剖面B和剖面C得到如圖25B所示的V形光強(qiáng)度梯度分布。此外，在向上方向的散焦?fàn)顟B(tài)下，可以通過(guò)圖23A中所示的光強(qiáng)度梯度分布與圖24A中所示的光強(qiáng)度梯度分布的組合，沿剖面B和剖面C得到如圖25A所示的V形光強(qiáng)度梯度分布。
另外，在向下方向的散焦?fàn)顟B(tài)下，可以通過(guò)圖23C中所示的光強(qiáng)度梯度分布和圖24C中所示的光強(qiáng)度梯度分布的組合，沿剖面B和剖面C得到如圖25C所示的V形光強(qiáng)度梯度分布。以這種方式，參考圖25A到25C，在第四實(shí)施例中，可以沿剖面B和剖面C穩(wěn)定地得到理想的V形光強(qiáng)度梯度分布，并且?guī)缀醪皇苌⒔沟挠绊憽＜?，所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的焦深變得更深。
此外，在根據(jù)第四實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，類似于第一實(shí)施例，交替重復(fù)地形成具有0度相位值的區(qū)1a和具有60度相位值的區(qū)1b。因此，類似于第一實(shí)施例，沿對(duì)應(yīng)于所述相位臺(tái)階1c的間距方向的剖面A(參看圖21)，可以得到具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。以這種方式，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成由所述V形光強(qiáng)度梯度分布和具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布得到的組合光強(qiáng)度分布，即，具有V形圖形+反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布。
在所述具有V形圖形+反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布中，可以將晶核形成位置，即，晶體生長(zhǎng)起始位置設(shè)置成盡可能靠近具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中光強(qiáng)度最小的位置。此外，沿著所述V形光強(qiáng)度梯度分布中的光強(qiáng)度的梯度方向可以實(shí)現(xiàn)從晶核開始沿橫向充分的晶體生長(zhǎng)，從而可以生成具有大顆粒尺寸的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
第五實(shí)施例在第四實(shí)施例中，為根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1額外提供具有不同于所述參考相位值(0度，60度)的第一相位值(60度，0度)的第一區(qū)1i和1j。相反，在第五實(shí)施例中，為根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1額外提供具有不同于所述參考相位值的第一相位值的正方形第一區(qū)。圖26示出了根據(jù)第五實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形。參考圖26，類似于第二實(shí)施例，在根據(jù)第五實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1中，沿著一個(gè)方向交替重復(fù)地形成具有0度相位值的區(qū)1d和具有60度相位值的區(qū)1e。
此外，在具有0度相位值的區(qū)1d中形成的具有60度相位值的每個(gè)正方形區(qū)1m是以所述區(qū)1m的面積共享比隨著各個(gè)位置變化的方式形成的。另一方面，在具有60度相位值的區(qū)1e中形成的具有0度相位值的每個(gè)正方形區(qū)1n是以所述區(qū)1n的面積共享比隨著各個(gè)位置變化的方式形成的。要注意到，類似于第二實(shí)施例，在所述相位區(qū)1d與所述相位區(qū)1e之間以鋸齒形形成相位差線1f。
具體地，兩條相鄰相位差線1f之間的間隙為5μm，在形成最大正方形區(qū)1m和1n的位置作為第一參考間隔。此外，兩條相鄰相位差線1f之間的間隙為4μm或6μm，在形成最大正方形區(qū)1m和1n的兩個(gè)位置之間的中間位置作為第一修正間隔。換句話說(shuō)，在所述相位區(qū)1d或相位區(qū)1e的面積共享比最接近50％的位置，修正量C最小。
在第五實(shí)施例中，類似于第四實(shí)施例，沿X方向可以得到V形光強(qiáng)度梯度分布(對(duì)應(yīng)于第四實(shí)施例中的剖面B和剖面C)。在本例中，所述V形光強(qiáng)度梯度分布中光強(qiáng)度最小的位置對(duì)應(yīng)于所述相位區(qū)1d或相位區(qū)1e的面積共享比最接近50％的位置。另一方面，在第五實(shí)施例中，不同于第四實(shí)施例，類似于第二實(shí)施例，形成了在用圖26中的每個(gè)虛線橢圓表示的位置具有反向尖峰點(diǎn)的點(diǎn)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布。
即，在第五實(shí)施例中，如圖27所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成由沿X方向具有一維光強(qiáng)度梯度的V形光強(qiáng)度梯度分布5a與具有根據(jù)圖26中的虛線橢圓示出的每個(gè)位置形成的反向峰值點(diǎn)5b的點(diǎn)反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布5c得到的組合光強(qiáng)度分布，即，具有V形圖形+點(diǎn)反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布5d。在圖27中所示的具有所述V形圖形和所述點(diǎn)反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布對(duì)于結(jié)晶來(lái)說(shuō)是理想的光強(qiáng)度分布，可以在晶體生長(zhǎng)的后半部分在橫向方向?qū)崿F(xiàn)平滑的梯度，并增加晶粒的寬度。
第六實(shí)施例圖28示出了根據(jù)第六實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形。參考圖28，根據(jù)第六實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1具有沿一個(gè)方向(圖中的垂直方向)交替重復(fù)地形成的兩個(gè)區(qū)，即，具有5μm寬度的相位分布區(qū)1p和具有5μm寬度的相位一致區(qū)1q。以區(qū)1r的面積共享比隨各個(gè)位置變化的方式在所述相位分布區(qū)1p中形成具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的尺寸以及90度相位值的每個(gè)矩形區(qū)(陰影部分)1r。在所述相位分布區(qū)1p中，除所述區(qū)1r之外的區(qū)域具有0度相位值。所述區(qū)1r的面積共享比在0％和大約50％之間變化。另一方面，所述相位一致區(qū)1q全部具有0度相位值。此外，所述相位分布區(qū)1p與所述相位一致區(qū)1q之間的邊界形成一個(gè)相位臺(tái)階。
在第六實(shí)施例中，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，沿剖面A形成如圖29A所示的這種具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。另外，即使在散焦?fàn)顟B(tài)下，也可以沿剖面A形成如圖29B所示的這種具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。此外，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，可以沿剖面B得到如圖30A所示的這種光強(qiáng)度梯度分布。而且，即使在散焦?fàn)顟B(tài)下，也可以沿剖面B得到如圖30B所示的這種V形光強(qiáng)度梯度分布。
以這種方式，在第六實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例，通過(guò)所述光束分割元件的作用，可以沿剖面A得到所述具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布，并且?guī)缀醪皇苌⒔沟挠绊?，與第一實(shí)施例類似。此外，類似于第五實(shí)施例，可以得到適于結(jié)晶的光強(qiáng)度分布，即，具有V形圖形+點(diǎn)反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布。但是，在第六實(shí)施例中，沿剖面B得到的所述V形光強(qiáng)度梯度分布在一定程度上受到散焦的影響。
第七實(shí)施例圖31示出了根據(jù)第七實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件的圖形。參考圖31，根據(jù)第七實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1具有沿一個(gè)方向(圖中的垂直方向)交替重復(fù)地形成的相位區(qū)，即，具有5μm寬度的相位區(qū)1s和具有5μm寬度的相位區(qū)1t，類似于圖21所示的根據(jù)第四實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件。以區(qū)1u的面積共享比隨各個(gè)位置變化的方式在相位區(qū)1s中形成具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的尺寸并且具有60度相位值的每個(gè)正方形區(qū)1u。
另一方面，以區(qū)1v的面積共享比隨各個(gè)位置變化的方式在相位區(qū)1t中形成具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的尺寸并且具有-60度相位值的每個(gè)正方形區(qū)1v。應(yīng)該注意到，在所述相位區(qū)1s和相位區(qū)1t中除用陰影表示的正方形區(qū)1u和1v之外的任何其它區(qū)具有0度相位值。此外，每個(gè)正方形區(qū)1u和1v的面積共享比在0％和大約50％之間變化。另外，所述相位區(qū)1s和所述相位區(qū)1t之間的邊界充分形成一個(gè)相位臺(tái)階。
在第七實(shí)施例中，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，沿剖面A形成如圖32A所示的這種具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。另外，即使在散焦?fàn)顟B(tài)下，也可以沿剖面A形成如圖32B所示的這種具有反向尖峰形狀的對(duì)稱光強(qiáng)度分布。此外，在聚焦?fàn)顟B(tài)下，可以沿剖面B得到如圖33A所示的這種V形光強(qiáng)度梯度分布。而且，即使在散焦?fàn)顟B(tài)下，也可以沿剖面B得到這種V形光強(qiáng)度梯度分布。
以這種方式，在第七實(shí)施例中，與第一實(shí)施例類似，通過(guò)所述光束分割元件的作用，可以沿剖面A得到具有反向尖峰形狀的所述對(duì)稱光強(qiáng)度分布，并且?guī)缀醪皇苌⒔沟挠绊?。此外，類似于第四?shí)施例，通過(guò)所述光束分割元件的作用，可以沿剖面B得到所述V形光強(qiáng)度剃度分布，并且?guī)缀醪皇苌⒔沟挠绊憽４送?，類似于第五?shí)施例，可以得到適于結(jié)晶的光強(qiáng)度分布，即，具有V形圖形+點(diǎn)反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布。
圖34A到34E示出了在采用根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)晶裝置來(lái)結(jié)晶的區(qū)域中制造電子器件的工藝的工藝剖面圖。如圖34A所示，制備了一塊處理過(guò)的基板5，在該基板中用化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R射法在一塊絕緣基板80(例如，堿性玻璃、石英玻璃、塑料或聚酰亞胺)上形成下層膜81(例如，由膜厚度為50nm的SiN和膜厚度為100nm的SiO2形成的疊層膜)和非晶半導(dǎo)體膜82(例如，膜厚度大約為50nm到200nm的Si、Ge、SiGe等)。然后，采用根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)晶裝置在非晶半導(dǎo)體膜82的表面上的一個(gè)預(yù)定區(qū)域施加激光83(例如，KrF受激準(zhǔn)分子激光或XeCl受激準(zhǔn)分子激光)。
以這種方式，如圖34B所示，生成具有大顆粒尺寸晶體的多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84。然后，如圖34C所示，所述多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84被加工為島形半導(dǎo)體膜85，該半導(dǎo)體膜成為通過(guò)采用光刻技術(shù)形成例如薄膜晶體管的區(qū)域，并且通過(guò)采用化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R射法在所述表面上形成膜厚度為20nm到100nm的SiO2膜作為柵極絕緣膜86。另外，如圖34D所示，在所述柵極絕緣膜上形成一個(gè)柵電極87(例如，硅化物或MoW)，并且用所述柵電極87作為掩模來(lái)注入雜質(zhì)離子88(在N溝道晶體管的情況下為磷，在P溝道晶體管的情況下為硼)。隨后，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行退火(例如，在450℃下進(jìn)行一小時(shí))，從而激活雜質(zhì)，并且在所述島形半導(dǎo)體膜85中形成一個(gè)源極區(qū)91和一個(gè)漏極區(qū)92。隨后，如圖34E所示，形成層間絕緣膜89，形成接觸孔，從而形成與通過(guò)一條溝道90相連的源極區(qū)91和漏極區(qū)92相連接的源電極93和漏電極94。
在上述工藝中，在根據(jù)圖34A和34B所示的工藝中生成的所述多晶半導(dǎo)體膜或單晶半導(dǎo)體膜84中具有大顆粒尺寸的晶體的位置形成所述溝道90。采用上述工藝，可以形成單晶體半導(dǎo)體中的多晶晶體管或薄膜晶體管(TFT)。這樣制造的多晶晶體管或單晶晶體管可以應(yīng)用到用于液晶顯示單元(顯示器)或EL(電致發(fā)光)顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，或者存儲(chǔ)器(SRAM或DRAM)或CPU的集成電路。
應(yīng)該注意到，在上述介紹中，本發(fā)明用于通過(guò)對(duì)多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜施加具有預(yù)定光強(qiáng)度分布的光來(lái)生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法。但是，本發(fā)明并不限于此，而且本發(fā)明通?？捎糜谕ㄟ^(guò)一個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)在預(yù)定表面上形成預(yù)定光強(qiáng)度分布的光施加裝置。此外，雖然在上述實(shí)施例中的介紹給出了具有60度相位差的光學(xué)調(diào)制元件1作為例子，但是也可以采用任意的相位差，只要相位差不是180度。
第八實(shí)施例圖35A和35B示出了在本實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件1的結(jié)構(gòu)和作用。如圖35A所示，根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)調(diào)制元件1是一種線形移相器，其中，例如，與第一實(shí)施例不同，具有0度相位值的矩形區(qū)1a和具有180度相位值的矩形區(qū)1b沿一個(gè)方向交替重復(fù)。以這種方式，在這兩個(gè)矩形區(qū)1a和1b之間形成一條相位差線(相位的邊界相移線)1c。此外，在整個(gè)光學(xué)調(diào)制元件1中，以預(yù)定間距形成一條或多條相位差線1c。
因此，當(dāng)不插入所述光束分割元件2時(shí)，如圖35B所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成其中在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c(臺(tái)階部分)的線區(qū)中光強(qiáng)度基本為零，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布?？梢曰谏鲜霰磉_(dá)式在例如石英玻璃基板上通過(guò)形成對(duì)應(yīng)于必要相位差的厚度分布來(lái)制造所述光學(xué)調(diào)制元件1。通過(guò)選擇性蝕刻或FIB(聚焦離子束)工藝可以形成石英玻璃基板的厚度變化。
圖36A到36C示出了在本實(shí)施例中的光學(xué)調(diào)制元件1和光束分割元件2的協(xié)同作用。當(dāng)沒(méi)有插入?yún)⒖紙D4A和4B介紹的雙折射元件2E時(shí)，如圖36A所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成其中在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的線區(qū)中光強(qiáng)度基本為零，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布。在本實(shí)施例中，由于入射光束通過(guò)所述雙折射元件2E被分成具有極化狀態(tài)的兩個(gè)不相關(guān)的光束，所以可以在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成對(duì)應(yīng)于彼此分離的具有反向尖峰形狀的兩個(gè)光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度。
在本例中，如果進(jìn)入所述雙折射元件2E的光束處于隨機(jī)極化狀態(tài)，則通過(guò)所述雙折射元件2E被分開的這兩個(gè)光束具有基本相等的強(qiáng)度。另外，當(dāng)通過(guò)所述雙折射元件2E被分開的這兩個(gè)光束在所述處理過(guò)的基板5的表面上疊加時(shí)，由于這些光束彼此不相干，所以這兩個(gè)光束以光強(qiáng)度的和來(lái)簡(jiǎn)單組合?？紤]該因素，在本實(shí)施例中，如圖36B所示，由正常光線o在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布與由非正常光線e在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的距離d1設(shè)置為對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c的間距的1/2(通常是間距一半的奇數(shù)倍)。
因此，由正常光線o形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰部分疊加在由非正常光線e形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的較平坦的部分上，并且由非正常光線e形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰部分同樣疊加在由正常光線o形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的較平坦的部分上。結(jié)果，在本實(shí)施例中，如圖36C所示，通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1與所述雙折射元件2E的協(xié)同作用，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成一種具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，在所述光強(qiáng)度分布中，在對(duì)應(yīng)于所述相位差線1c和在所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位差線1c之間的中線的線區(qū)中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加。即，另一個(gè)光束的強(qiáng)度添加到最小光顯示強(qiáng)度上，從而得到一個(gè)高的光強(qiáng)度。可以在所述處理過(guò)的基板5的非單晶膜的熔點(diǎn)附近選擇該光強(qiáng)度。
在本例中，在所述反向峰值點(diǎn)處的最小光強(qiáng)度大約為通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述雙折射元件2E在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的最大光強(qiáng)度的1/2。此外，通過(guò)采用180度的移相器形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。因此，如圖36C所示，通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述雙折射元件2E在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布同樣幾乎不受散焦的影響。
如上所述，在本實(shí)施例中，在所述反向峰值點(diǎn)處的最小光強(qiáng)度為在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的最大光強(qiáng)度的1/2。此外，雖然在所述處理過(guò)的基板5中不可避免的存在可能作為散焦的一個(gè)因素的板厚度偏差，但是在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布幾乎不受散焦的影響。結(jié)果，在本實(shí)施例中，可以基于一個(gè)深的聚焦深度穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述處理過(guò)的基板5的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
在本實(shí)施例中，為了將由所述雙折射元件2E引起的像差最小化，如同上述實(shí)施例，希望將所述雙折射元件2E設(shè)置成緊貼所述光學(xué)調(diào)制元件1，或設(shè)置成盡可能靠近光學(xué)調(diào)制元件1。由于當(dāng)所述雙折射元件2E的表面與所述光學(xué)調(diào)制元件1的表面之間反復(fù)發(fā)生反射時(shí)，由干涉引起強(qiáng)度的不均勻，所以希望在這兩個(gè)元件之間提供折射系數(shù)匹配材料或在這兩個(gè)元件的相對(duì)表面上提供不反射涂層。
還可以通過(guò)對(duì)所述雙折射元件2E的光入射表面進(jìn)行表面處理，來(lái)提供用來(lái)得到所希望的相位差的臺(tái)階，從而將所述雙折射元件2E的功能與所述光學(xué)調(diào)制元件1的功能結(jié)合在一起。即，光學(xué)調(diào)制裝置可以與光分割裝置結(jié)合在一起。此外，雖然所述雙折射元件2E放置在所述光學(xué)調(diào)制元件1的出射光側(cè)(后側(cè))，從而所述雙折射元件2E布置成僅僅靠近所述光學(xué)調(diào)制元件1，但是本發(fā)明并不限于此，并且所述雙折射元件2E可以布置在與所述光學(xué)調(diào)制元件1接觸的位置，或其附近，或布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1的共軛位置，或其附近。
在第一和第八實(shí)施例中，根據(jù)預(yù)定周期排列的包括除180度之外的相位差線的線形移相器和包括180度相位差線的線形移相器用作所述光學(xué)調(diào)制元件1。但是，本發(fā)明并不限于此，還可以使用具有三種或更多類型相位值區(qū)在一點(diǎn)彼此接觸的圖形的任意移相器。具體地，如圖37A所示，可以使用具有不同相位值的四種類型的矩形區(qū)10a、10b、10c和10d在預(yù)定點(diǎn)10e彼此相鄰的結(jié)構(gòu)的光學(xué)調(diào)制元件10。
在該例中，包括180度相位差線(對(duì)應(yīng)于第八實(shí)施例)的光學(xué)調(diào)制元件10例如具有0度相位值的第一矩形區(qū)10a、具有90度相位值的第二矩形區(qū)10b、具有180度相位值的第三矩形區(qū)10c和具有270度相位值的第四矩形區(qū)10d。在光學(xué)調(diào)制元件不包括180度相位差線的情況下(對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例)，可以理解，所述相位值不同于上述的相位值。在任何情況下，在點(diǎn)10e十字交叉的四條直線被構(gòu)成為對(duì)應(yīng)于第一矩形區(qū)10a與第二矩形區(qū)10b之間的邊界、第二矩形區(qū)10b與第三矩形區(qū)10c之間的邊界、第三矩形區(qū)10c與第四矩形區(qū)10d之間的邊界、以及第四矩形區(qū)10d與第一矩形區(qū)10a之間的邊界。
雖然未示出，但是對(duì)所述光學(xué)調(diào)制元件10二維重復(fù)地形成在圖37A中所示的相位圖形。在這種情況下，矩形區(qū)的各個(gè)角落部分10f以及該點(diǎn)10e構(gòu)成這四個(gè)相位值區(qū)10a到10d的接觸點(diǎn)，并由此構(gòu)成相位差點(diǎn)(相位偏移點(diǎn))。結(jié)果，當(dāng)沒(méi)有插入所述雙折射元件2E或20到22時(shí)，如圖37B所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，在所述光強(qiáng)度分布中，在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件10的相位差點(diǎn)10e和10f的各個(gè)點(diǎn)區(qū)10g中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加。
由于實(shí)際上插入了所述雙折射元件2E或20到22，所以兩個(gè)彼此分離的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布沿所述矩形區(qū)的對(duì)角線方向疊加在處理過(guò)的基板5的表面上，從而形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。在本例中，這兩個(gè)彼此分離的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布之間的距離被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于沿所述矩形區(qū)的對(duì)角線方向所述光學(xué)調(diào)制元件10中的這四個(gè)相位差區(qū)10a到10d的間距的一半(通常為1/2間距的奇數(shù)倍)。
如上所述，在該改型使用了所述光學(xué)調(diào)制元件10的情況下，可以得到一種具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，在該光強(qiáng)度分布中，在對(duì)應(yīng)于所述相位差點(diǎn)10e和10f的點(diǎn)區(qū)10g以及放置在所述點(diǎn)區(qū)10g的中間位置的點(diǎn)區(qū)10h中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度在朝向外圍的所有方向上急劇增加，如圖10C所示。結(jié)果，可以基于一個(gè)深的聚焦深度穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述處理過(guò)的基板5的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。即，可以在希望的位置穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
作為第八實(shí)施例的一種改型，可以使用具有三條或更多大約180度的相位差線在一點(diǎn)交叉的圖形的移相器。具體地，如圖38A所示，可以使用其中在具有0度相位值的第一矩形區(qū)11a和具有180度相位值的第二矩形區(qū)11b之間形成的180度相位差線11c在一個(gè)預(yù)定點(diǎn)11d彼此垂直的光學(xué)調(diào)制元件11。在該光學(xué)調(diào)制元件11中，二維交替地形成具有0度相位值的第一矩形區(qū)11a和具有180度相位值的第二矩形區(qū)11b。
雖然未示出，但是在實(shí)際的光學(xué)調(diào)制元件11上二維重復(fù)地形成圖38A所示的多個(gè)相位圖形。在這種情況下，圖38A所示的所述矩形區(qū)的各個(gè)角落部分11e以及中點(diǎn)11d構(gòu)成相位差點(diǎn)，所述矩形區(qū)的各條邊11f以及十字交叉線11c構(gòu)成相位差線。結(jié)果，當(dāng)沒(méi)有插入所述雙折射元件2E時(shí)，如圖38B所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上得到一種具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，在該光強(qiáng)度分布中，在對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件11的相位差點(diǎn)11d和11e的點(diǎn)區(qū)11g以及對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件11的相位差線11c和11f的線區(qū)11h光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加。
由于實(shí)際上插入了所述雙折射元件2E，所以兩個(gè)彼此分離的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布疊加在所述處理過(guò)的基板的表面上的各個(gè)相位圖形或相鄰相位圖形中，從而形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。在本例中，這兩個(gè)具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的尖峰之間的距離被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)調(diào)制元件11中的所述相位差線11c和11f的交點(diǎn)11d和11e的間距的一半(通常為1/2間距的奇數(shù)倍)。
如上所述，在該改型使用了所述光學(xué)調(diào)制元件11的情況下，可以在所述處理過(guò)的基板5的表面上得到一種具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，在該光強(qiáng)度分布中，在對(duì)應(yīng)于相位差點(diǎn)11d和11e的點(diǎn)區(qū)11g、放置在點(diǎn)區(qū)11g的中間位置的點(diǎn)區(qū)11i、對(duì)應(yīng)于所述相位差線11c和11f的線區(qū)11h、以及放置在所述線區(qū)11h的中間位置的線區(qū)11j中光強(qiáng)度最小，并且光強(qiáng)度朝向外圍急劇增加。結(jié)果，可以基于一個(gè)深的聚焦深度穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述處理過(guò)的基板5的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。即，可以在希望的位置穩(wěn)定地形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。
此外，上述實(shí)施例使用了具有基于入射光束形成具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的圖形的光學(xué)調(diào)制元件1。但是，如圖39所示，可以使用具有基于入射光束形成光強(qiáng)度梯度分布的圖形的第二光學(xué)調(diào)制元件12以及具有形成帶反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的圖形的光學(xué)調(diào)制元件1。在圖39中，所述第二光學(xué)調(diào)制元件12布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1與所述雙折射元件2E之間的光路中，并且所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位圖形表面面對(duì)所述第二光學(xué)調(diào)制元件12的相位圖形表面。
如圖40A所示，為根據(jù)第八實(shí)施例的所述光學(xué)調(diào)制元件1，以Y方向上的一個(gè)預(yù)定間距形成沿X方向線性延伸的180度相位差線1c。此外，還設(shè)置了所述雙折射元件2E，從而入射光束被分為兩個(gè)沿Y方向彼此分離的光束。在這種情況下，如上所述，通過(guò)具有圖40A所示相位圖形的光學(xué)調(diào)制元件1和雙折射元件2E的作用，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成如圖40B所示的具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布。
圖41A示出了圖39所示的改型中的第二光學(xué)調(diào)制元件的圖形。另外，圖42A示出了圖41A所示的第二光學(xué)調(diào)制元件中的基本圖形。在圖41A中所示的第二光學(xué)調(diào)制元件12的圖形包括圖42A所示的基本圖形。參考圖42A，所述第二光學(xué)調(diào)制元件12的基本圖形具有其尺寸光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的多個(gè)單元(在圖中用具有矩形形狀的虛線表示)12c。
在每個(gè)單元12c中形成具有例如-90度相位值的第一區(qū)(在圖中用陰影部分表示)12b和具有例如0度相位值的第二區(qū)(在圖中用空白部分表示)12a。如圖42A所示，在每個(gè)單元12c中的所述第一區(qū)12b與所述第二區(qū)12a的面積共享比根據(jù)各個(gè)單元變化。換句話說(shuō)，提供了其中具有-90度相位值的第一區(qū)12b與具有0度相位值的第二區(qū)12a的面積共享比根據(jù)X方向上的每個(gè)位置而變化的相位分布。更具體地，在圖中左側(cè)的單元中，在一個(gè)單元中的第二區(qū)12a的面積共享比最接近50％，在圖中右側(cè)的單元中所述面積共享比最接近100％，并且沿方向X在這些單元之間單調(diào)變化。
如上所述，所述第二光學(xué)調(diào)制元件12具有基于相位調(diào)制單元(單元)12c的一種相位分布，該相位調(diào)制單元的尺寸在光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)4的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑。因此，通過(guò)適當(dāng)改變?cè)诿總€(gè)相位調(diào)制單元12c中的第一區(qū)12b與第二區(qū)12a的面積共享比，即，兩個(gè)相位矢量之和，可以根據(jù)分析和簡(jiǎn)單計(jì)算自由控制形成在所述處理過(guò)的基板5上的光強(qiáng)度分布。
具體地，如圖41B所示，可以得到一維的(在方向X具有梯度)V形光強(qiáng)度梯度分布，在所述V形光強(qiáng)度梯度分布中，在所述第二區(qū)12a的面積共享比最接近100％的兩側(cè)位置光強(qiáng)度最大，而在所述第二區(qū)12a的面積共享比最接近50％的中間位置光強(qiáng)度最小。以這種方式，所述雙折射元件2E的光束分割方向(方向Y)與所述光強(qiáng)度梯度分布的梯度方向(方向X)垂直?？梢酝ㄟ^(guò)在例如石英玻璃基板上形成對(duì)應(yīng)于所需相位臺(tái)階的厚度分布來(lái)制造所述第二光學(xué)調(diào)制元件12。通過(guò)選擇性蝕刻或FIB(聚焦離子束)工藝，可以形成石英玻璃基板的厚度變化。
結(jié)果，在圖39的改型中，如圖43所示，在所述處理過(guò)的基板5的表面上形成由通過(guò)所述第二光學(xué)調(diào)制元件12形成的一維V形光強(qiáng)度分布15a與通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述雙折射元件2E形成的具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布15b得到的組合光強(qiáng)度分布，即，具有V形圖形+反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布15c。在本例中，如上所述，在具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布15b中的反向峰值點(diǎn)處的光強(qiáng)度具有基本大于零的一個(gè)預(yù)定值，并且所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布15b幾乎不受散焦的影響。
以這種方式，在圖39所示的改型中，與上述實(shí)施例類似，可以基于一個(gè)深的聚焦深度穩(wěn)定地形成所述具有V形圖形+反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布15c，并且可以增加在基板5的半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。即，可以在希望的位置形成具有反向尖峰形狀的理想的光強(qiáng)度分布，并且可以增加在所述半導(dǎo)體膜上形成的晶粒的填充率。此外，在所述具有V形圖形和反向尖峰形狀圖形的光強(qiáng)度分布15c中，盡可能靠近所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布15b中光強(qiáng)度最小的位置來(lái)設(shè)置晶核形成位置，即，晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)。此外，沿所述一維V形光強(qiáng)度梯度分布15a中的光強(qiáng)度的梯度方向(X方向)可以實(shí)現(xiàn)從所述晶核開始的沿橫向充分的晶體生長(zhǎng)，從而可以生成具有大顆粒尺寸的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
在圖39所示的改型中，在通過(guò)所述成像光學(xué)系統(tǒng)4聚焦的光中，希望以光學(xué)調(diào)制元件1與第二光學(xué)調(diào)制元件12的相位圖形表面盡可能彼此靠近的方式來(lái)布置所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述第二光學(xué)調(diào)制元件12。此外，雖然所述第二光學(xué)調(diào)制元件12布置在所述光學(xué)調(diào)制元件1(的后側(cè)，但是本發(fā)明并不限于此，并且所述光學(xué)調(diào)制元件1可以布置在所述第二光學(xué)調(diào)制元件12的后側(cè)。此外，雖然所述光學(xué)調(diào)制元件1和所述第二光學(xué)調(diào)制元件12分開使用，但是本發(fā)明并不限于此，例如，也可以使用具有通過(guò)將所述光學(xué)調(diào)制元件1的相位圖形的相位值與所述第二光學(xué)調(diào)制元件12的相位圖形的相位值相加而得到的組合相位圖形的一個(gè)光學(xué)調(diào)制元件。
在圖39所示的改型中，使用包括一個(gè)平行平面板的雙折射元件來(lái)作為所述光束分割元件2。但是，本發(fā)明并不限于此，與上述實(shí)施例類似，也可以使用薩瓦爾板的雙折射元件2E、根據(jù)基于Francon的薩瓦爾板的雙折射元件或渥拉斯頓棱鏡的雙折射元件。
在圖39所示的改型中，使用了根據(jù)預(yù)定周期放置的包括180度相位差線的線形移相器來(lái)作為所述具有形成帶反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布的圖形的光學(xué)調(diào)制元件。但是，本發(fā)明并不限于此，與上述實(shí)施例類似，也可以使用具有三條或更多180度的相位差線在一點(diǎn)交叉的圖形的移相器，或者具有多個(gè)相位值區(qū)在一點(diǎn)彼此接觸的圖形的移相器。
顯然，即使使用根據(jù)第八實(shí)施例及其改型的裝置，也可以制造上面結(jié)合圖34A到34E介紹的這種半導(dǎo)體裝置。
應(yīng)該注意到，在以上介紹中，本發(fā)明用于通過(guò)對(duì)多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜施加具有預(yù)定光強(qiáng)度分布的光來(lái)生成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶裝置和結(jié)晶方法。但是，本發(fā)明并不限于此，并且本發(fā)明通?？捎糜谕ㄟ^(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)在預(yù)定表面上形成預(yù)定光強(qiáng)度分布的光施加裝置。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到其它優(yōu)點(diǎn)和改型。因此，本發(fā)明就其更廣泛的方面來(lái)講并不限于這里示出和介紹的特定細(xì)節(jié)和典型實(shí)施例。因此，在不脫離由附帶的權(quán)利要求書及其等價(jià)物定義的全面的發(fā)明概念的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種光施加裝置，其特征在于包括具有多個(gè)相位臺(tái)階的光學(xué)調(diào)制元件，由所述相位臺(tái)階對(duì)進(jìn)入所述光學(xué)調(diào)制元件的光束進(jìn)行相位調(diào)制，并從所述光學(xué)調(diào)制元件出射來(lái)作為在一個(gè)預(yù)定平面上形成第一光強(qiáng)度分布的光束；以及布置在所述光學(xué)調(diào)制元件與所述預(yù)定平面之間的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光束分為至少兩個(gè)不相干的光通量，所述不相干的光通量在所需表面上形成第二和第三光強(qiáng)度分布，并且光學(xué)特性彼此不同，并投射出包括所述被分開的兩個(gè)光通量的一個(gè)光束，所述投射的光通量的光強(qiáng)度分布相互組合，從而所述投射的光束在所述預(yù)定平面上形成具有反向尖峰形狀的第四光強(qiáng)度分布，所述第一到第四光強(qiáng)度分布彼此不同。
2.一種光施加裝置，其特征在于包括具有設(shè)置有第一間隔并不同于180度的相位臺(tái)階的圖形的光學(xué)調(diào)制元件，將入射光束調(diào)制成在一個(gè)預(yù)定平面上形成第一光強(qiáng)度分布的光束；以及光通量分割元件，將由所述光學(xué)調(diào)制元件調(diào)制的光束變?yōu)榘▋蓚€(gè)分開的非干涉光通量的光束，所述兩個(gè)非干涉光通量以第二間隔隔開，并且在所述預(yù)定平面上分別形成第二和第三光強(qiáng)度分布；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，從所述光通量分割元件接收光束，并在所述預(yù)定平面上使光束形成圖像，該光束在所述預(yù)定平面上形成第四光強(qiáng)度分布，所述第四光強(qiáng)度分布具有反向尖峰形狀，并對(duì)應(yīng)于所述第二和第三光強(qiáng)度分布的組合，所述第二間隔對(duì)應(yīng)于所述成像平面上的第一間隔的轉(zhuǎn)換值的奇數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光施加裝置，其特征在于所述第一間隔沿所述相位臺(tái)階的一個(gè)方向在第一參考間隔和第一修正間隔之間變化，其中所述第一參考間隔形成所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布，而所述第一修正間隔不形成反向尖峰部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光施加裝置，其特征在于在所述預(yù)定平面上、對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相鄰相位臺(tái)階的所述第一修正間隔與所述第一參考間隔之間的差的絕對(duì)值的修正量C滿足以下條件C≤0.5×λ/NA其中λ為從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件具有一個(gè)相位分布區(qū)，在所述相位分布區(qū)中，光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑并具有預(yù)定調(diào)制相位值的區(qū)域的面積共享比根據(jù)每個(gè)位置而變化，并且所述相位分布區(qū)的外圍邊界形成基本不同于180度的相位臺(tái)階。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件具有至少兩種類型的相位分布區(qū)，在所述相位分布區(qū)中，光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑并具有預(yù)定調(diào)制相位值的區(qū)域的面積共享比根據(jù)每個(gè)位置而變化，所述兩種類型的相位分布區(qū)的調(diào)制相位值具有相同的絕對(duì)值和不同的符號(hào)，并且所述兩種類型的相位分布區(qū)之間的邊界形成基本不同于180度的相位臺(tái)階。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件具有一個(gè)設(shè)置在所述相位臺(tái)階附近的光屏蔽區(qū)，以便抑制在所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光施加裝置，其特征在于所述光屏蔽區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性光屏蔽區(qū)，并且在所述預(yù)定平面上與所述線性光屏蔽區(qū)的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離相對(duì)應(yīng)的距離D滿足以下條件0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA其中λ為從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光施加裝置，其特征在于所述光屏蔽區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階排列的多個(gè)隔離的光屏蔽區(qū)，并且在照射目標(biāo)物體上與連接所述多個(gè)隔離的光屏蔽區(qū)的中心的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離相對(duì)應(yīng)的距離D滿足以下條件0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA其中λ為從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件具有設(shè)置在所述相位臺(tái)階附近的多個(gè)相位調(diào)制區(qū)，以便抑制在所述具有反向尖峰形狀的光強(qiáng)度分布中的反向尖峰兩側(cè)產(chǎn)生的尖峰形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光施加裝置，其特征在于每個(gè)所述相位調(diào)制區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階延伸的線性相位調(diào)制區(qū)，并且在所述預(yù)定平面上與所述線性相位調(diào)制區(qū)的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離相對(duì)應(yīng)的距離D滿足以下條件0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA其中λ為從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光施加裝置，其特征在于每個(gè)所述相位調(diào)制區(qū)具有基本平行于所述相位臺(tái)階排列的多個(gè)隔離的相位調(diào)制區(qū)，并且在所述預(yù)定平面上與連接所述多個(gè)隔離的相位調(diào)制區(qū)的中心的中線與所述相位臺(tái)階之間的距離相對(duì)應(yīng)的距離D滿足以下條件0.4×λ/NA＜D＜0.7×λ/NA其中λ為從所述光學(xué)調(diào)制元件出射的光束的波長(zhǎng)，而NA是所述成像光學(xué)系統(tǒng)的圖像側(cè)數(shù)值孔徑。
13.一種光施加裝置，其特征在于包括用于調(diào)制入射光束的光學(xué)調(diào)制元件，所述光學(xué)調(diào)制元件的圖形具有基本為180度的相位臺(tái)階；光通量分割元件，將由所述光學(xué)調(diào)制元件調(diào)制的光束變?yōu)榫哂袃蓚€(gè)分開的非相干或極化狀態(tài)的光通量的光束，所述光通量在一個(gè)預(yù)定平面上形成分別具有反向尖峰的第一和第二光強(qiáng)度分布，彼此分離的反向尖峰之間的距離對(duì)應(yīng)于所述相位臺(tái)階的間距的大約1/2的奇數(shù)倍；以及成像光學(xué)系統(tǒng)，基于已經(jīng)進(jìn)入并通過(guò)所述光學(xué)調(diào)制元件和/或所述光束分割元件的光束，在一個(gè)預(yù)定平面上形成對(duì)應(yīng)于具有反向尖峰形狀的所述第一和第二光強(qiáng)度分布的組合的預(yù)定光強(qiáng)度分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光施加裝置，其特征在于在所述相位臺(tái)階的一側(cè)提供的所述相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量與在所述相位臺(tái)階的另一側(cè)提供的所述相位調(diào)制區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相同的絕對(duì)值和不同的符號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到4和權(quán)利要求13中的任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于在每?jī)蓚€(gè)相鄰的相位臺(tái)階之間形成的相位區(qū)具有交替不同的參考相位值，在每個(gè)相位區(qū)中形成一種相位分布，在所述相位分布中，具有光學(xué)上小于所述成像光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)范圍的半徑的尺寸的第一區(qū)的面積共享比，以及不同于所述參考相位值的第一相位值根據(jù)每個(gè)位置而變化，以及在兩個(gè)相鄰相位區(qū)中的所述第一區(qū)的相位調(diào)制量具有基本相同的絕對(duì)值和不同的符號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到4和權(quán)利要求13中的任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于所述光束分割元件具有布置在所述光學(xué)調(diào)制元件與所述照射目標(biāo)之間的雙折射元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光施加裝置，其特征在于所述雙折射元件包括以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成預(yù)定角度的方式設(shè)置的至少一個(gè)雙折射平行平面板、由每一個(gè)雙折射平行平面板都是以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成預(yù)定角度的方式設(shè)置的一對(duì)雙折射平行平面板構(gòu)成的一個(gè)薩瓦爾板、每一個(gè)雙折射平行平面板都是以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成預(yù)定角度的方式設(shè)置的一對(duì)雙折射平行平面板、設(shè)置在所述平行平面板對(duì)之間的一個(gè)半波板、以及由每一個(gè)雙折射偏轉(zhuǎn)棱鏡都是以晶體光軸相對(duì)于一個(gè)光軸形成預(yù)定角度的方式設(shè)置的一對(duì)雙折射偏轉(zhuǎn)棱鏡構(gòu)成的一個(gè)渥拉斯頓棱鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到4和權(quán)利要求13中的任何一項(xiàng)所述的光施加裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)控制元件，以由所述光束分割元件分開的兩個(gè)光束具有基本相同的強(qiáng)度的方式來(lái)控制進(jìn)入所述光束分割元件的光束的極化狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光施加裝置，其特征在于所述控制元件包括布置在所述光束分割元件的入射側(cè)的四分之一波板。
20.根據(jù)權(quán)利要求2或13所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件的圖形根據(jù)所述入射光束形成光強(qiáng)度分布。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光施加裝置，其特征在于所述光束分割元件的分割方向垂直于所述光強(qiáng)度分布的梯度方向。
22.根據(jù)權(quán)利要求2或13所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件的圖形具有至少兩組作為所述相位臺(tái)階的三個(gè)或更多個(gè)180度的線性相位臺(tái)階，所述線性臺(tái)階匯聚在一點(diǎn)，所述分開的不相干光束的光通量之間的距離對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定平面上相鄰點(diǎn)之間距離的奇數(shù)倍的一半。
23.根據(jù)權(quán)利要求2或13所述的光施加裝置，其特征在于所述光學(xué)調(diào)制元件的圖形在三個(gè)或更多個(gè)不同區(qū)域之間具有至少兩組三個(gè)或更多個(gè)線性相位臺(tái)階來(lái)作為所述相位臺(tái)階，所述線性臺(tái)階匯聚在一點(diǎn)，所述分開的不相干光束的光通量之間的距離對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定平面上相鄰點(diǎn)之間距離的奇數(shù)倍的一半。
24.一種結(jié)晶裝置，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1到4和權(quán)利要求13中的任何一項(xiàng)所述的光施加裝置；為所述光學(xué)調(diào)制元件提供激光來(lái)作為入射光束的光源；以及工作臺(tái)，以用具有所述組合光強(qiáng)度分布的光束照射多晶半導(dǎo)體膜或非晶半導(dǎo)體膜并使其結(jié)晶的方式來(lái)定位所述多晶半導(dǎo)體膜或所述非晶半導(dǎo)體膜。
25.一種光學(xué)調(diào)制元件組件，其特征在于包括光學(xué)調(diào)制元件，具有其中相位臺(tái)階以相同或不同的第一間隔來(lái)排列的圖形，將入射光束調(diào)制為具有光強(qiáng)度分布的光束，并投射出經(jīng)過(guò)調(diào)制的光束；以及光束分割元件，在所述光學(xué)調(diào)制元件的投射側(cè)與所述光學(xué)調(diào)制元件一起提供，并且將由所述光學(xué)調(diào)制元件調(diào)制的光束分為具有非相干性的兩個(gè)光束。
全文摘要
一種光施加裝置，包括具有多個(gè)相位臺(tái)階的光學(xué)調(diào)制元件(1)，由所述相位臺(tái)階對(duì)進(jìn)入所述光學(xué)調(diào)制元件的光束進(jìn)行相位調(diào)制，并從所述光學(xué)調(diào)制元件出射，來(lái)作為具有第一光強(qiáng)度分布的光束。光學(xué)系統(tǒng)(2、4)布置在所述光學(xué)調(diào)制元件與一個(gè)預(yù)定平面(5)之間。所述光學(xué)系統(tǒng)將經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的光束分為具有第二和第三光強(qiáng)度分布和光學(xué)特性彼此不同的至少兩個(gè)光通量，并投射出包括所述分開的兩個(gè)光通量的一個(gè)光束，所述投射的光通量的光強(qiáng)度分布相互組合，從而所述投射的光束在所述預(yù)定平面上具有帶反向尖峰形狀的第四光強(qiáng)度分布，并進(jìn)入所述預(yù)定平面。在所述預(yù)定平面上，所述第一到第四光強(qiáng)度分布彼此不同。
文檔編號(hào)G03B27/72GK1658022SQ200510005868
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者谷口幸夫, 松村正清 申請(qǐng)人:株式會(huì)社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心