专利名称：光照射装置、光照射方法、结晶化装置、结晶化方法、以及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光照射装置、光照射方法、结晶化装置、结晶化方法，并涉及例如用具有预定光强度分布的激光束照射非单晶半导体膜以产生结晶化的半导体膜。
背景技术：
用于如选择液晶显示屏(LCD)的显示象素的开关单元的薄膜晶体管(TFT)等传统地由非结晶硅或者多晶硅形成。众所周知的是，多晶硅的电子或者空穴的移动性比非结晶硅高。
因此，当晶体管由多晶硅形成时，开关速度变得更快，显示响应速度也变得比晶体管由非结晶硅形成的例子更高。此外，放置在器件周边的LSI，如驱动电路或者DAC，可以包括薄膜晶体管，以更高速地度工作。此外，还有例如降低其他元件的设计裕量的益处。
因为多晶硅由晶粒聚集而成，当如TFT晶体管的开关晶体管由多晶硅形成时，晶粒边界自然地出现在晶体管的沟道区域。这些晶粒边界作为势垒，因此电子或者空穴的移动性比由单晶硅形成的TFT晶体管较低。对于许多分别由多晶硅形成的薄膜晶体管，在沟道区域形成的晶粒边界数根据每个薄膜晶体管而不同。在液晶显示屏使用这种晶体管时，这种区别造成不均匀，从而导致显示不均匀的问题。因此，为了改进电子和空穴的移动性并降低沟道区域的晶粒边界数目的不均匀，提出了产生颗粒直径的大小可以形成至少一个沟道区域的大的结晶化硅或者多晶硅的结晶化方法。
作为这种类型的结晶化方法，传统地提出下列技术。即，根据该技术，入射激光束被调制成具有V型光强度分布的激光束，该光强度分布通过使用如下的光调制元件(移相器)在预定的方向上一次地变化。调制元件具有这样的相位模式，其中单位面积中的相位调制区域的面积份额比(area share ratio)一次地在预定方向变化。非单晶半导体膜(多晶半导体膜或者非单晶半导体膜)使用如此调制的激光束照射，这样该膜经受预定方向的晶体生长，因此产生结晶化的半导体膜(参看，TOKAI 2004-343073，以及Taniguchi等在电化学协会第206次会议，薄膜晶体管技术VII(The electrochemical Society’s 206thMeeting，Thin Film Transistor Technologies VII)(夏威夷，檀香山)的文章“A Novel Phase-modulator for ELA-based Lateral Growth of Si”)。
如图22A所示，该文件中提出的传统结晶化技术使用光调制元件101，其具有单位区域的相位调制区域的面积份额比在预定方向(图22A的水平方向)一次变化的相位模式。在该图中，每个斜线方块区域101a是相位调制区域，其面积从中心区域向周边区域减小。通过该光调制元件101调制的激光束具有V型光强度分布，该分布图像形成光学系统的图像平面(即硅膜的照射表面)上一次变化。具体而言，当光调制元件101的相位调制区域101a的相位调制量是60度时，理论上产生图22B中由粗实线指示的V型光强度分布102。此外，当光调制元件101的相位调制区域的相位调制量是180度时，理论上产生图22B中由粗实线指示的V型光强度分布103，实际上产生图22B中由细实线指示的V型光强度分布104。当非单晶半导体膜由具有以这种方式产生的V型光强度分布的激光束照射时，在光强度分布的梯度方向生长晶体，并且产生如图22C所示的从光强度低的中心区域在梯度方向延伸的针状晶体105。
在传统的结晶化技术中，当相干因子，即α值(照明系统的发射侧数值孔径/图像形成光学系统的物体侧数值孔径)设置为相对小的值(例如，0.5或更小)时，可以产生期望的光强度分布。然而，如果α值设置为相对大的值(例如，0.6或更大)，在轮廓线上产生指示光强度的波状波动，不能产生期望的光强度分布。结果，在晶体的生长上产生不均匀，不能产生具有期望形状的晶粒，这样，生产的TFT的电性质发生波动，这是不便利的。
发明内容
本发明的目的是提供结晶化装置和结晶化方法，即便相干系数设定为相对大的值，其也可以产生期望的光强度，这样，可以产生具有期望形状的晶粒。
根据本发明的第一方面的光照射装置以具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，其包括光调制元件，其具有由原始变换矢量(a1，a2)表示的周期结构的光调制模式；照明系统，其具有出瞳并且用所述光照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成由所述光调制模式获得的所述光的所述预定光强度分布。所述照明系统的所述出瞳的形状类似于利用下面公式从所述原始变换矢量(a1，a2)得到的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的维格纳-赛茨元胞b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3)) 以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))其中a3是所述光调制元件的光调制模式平面的垂直方向上具有任意大小的矢量，“·”是矢量的内积，“×”是矢量的外积。
根据本发明第二方面的光照射装置，其用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，包括光调制元件，其具有由原始变换矢量(a1，a2)表示的周期结构的光调制模式；照明系统，其具有出瞳并且照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成对应于所述光调制模式的所述光的所述预定光强度分布。所述照明系统的所述出瞳的形状相对于利用下面公式从所述原始变换矢量(a1，a2)得到的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的方向而言不是凸起的b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3)) 以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))
其中a3是所述光调制元件的光调制模式平面的垂直方向上具有任意大小的矢量，“·”是矢量的内积，“×”是矢量的外积。
根据本发明第三方面的一种光照射装置，其用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，包括光调制元件，其光学地调制入射光以发射所述调制光；照明系统，其具有出瞳并且照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成对应于所述调制光的所述光的所述预定光强度分布；以及出瞳形状设定部分，其将所述照明系统的所述出瞳的形状设定为除圆形以外的形状，该形状允许来自所述光调制元件的零次衍射光通过，而且该形状基本上不允许一次衍射光通过所述图像形成光学系统的瞳面的开口。
根据本发明第四方面，提供一种利用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面的光照射方法，其通过使用光学地调制入射光的光调制元件和放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间的图像形成光学系统实现，其中照明所述光调制元件的照明系统的出瞳的形状设定为除圆形以外的形状，该形状基本上不允许来自所述光调制元件的光的一次衍射光分量通过所述图像形成光学系统的瞳面的开口。
在本发明中，照明系统的出瞳的形状设定为除圆形以外的形状(如维格纳-赛茨元胞形状)，其基本上不允许来自光调制元件的一次衍射光通过图像形成光学系统的瞳面的开口。因此，在所述图像形成光学系统的图像平面上产生的光强度分布中，基本上没有在光强度的轮廓线上产生波状波动。这样，在本发明的结晶化装置中，即便α值(相干因子)设定为相对大的值，也可以产生期望的光强度分布，因而，可以产生具有期望形状的晶粒。
本发明的其他目的和方面将在下面的说明书中陈述，并且部分将通过说明书而变得显而易见，或者可以从本发明的实践中学习。本发明的目的和益处可以通过下文具体指出的结构及组合实现和获得。
附图结合在说明书中并形成其一部分，
当前本发明的优选实施例，并结合前文的概述和下文对优选实施例的详细描述说明本发明的原理。
图1的示意图示出根据本发明一个实施例的结晶化装置的构成；图2的示意图示出图1所示的结晶化装置的照明系统的内部结构；图3的示意图示出图1所示的结晶化装置的光调制元件的部分构成；图4A和4B是当照明系统的出瞳形成环形并且α值设为0.5时，通过使用和图3所示的光强度调制元件类似的光调制元件，在处理目的衬底上形成的光强度分布的解释性视图，其中图4A的示意图示出光调制元件，图4B的示意图示出光强度分布；图5A和5B是是当照明系统的出瞳形成环形并且α值设定成0.6时，通过使用和图3所示的光强度调制元件类似的光调制元件，在处理目的衬底上形成的光强度分布的解释性视图，其中图5A的示意图示出光调制元件，图5B的示意图示出光强度分布；图6是在通过具有周期结构的物体在图像形成光学系统的瞳面上产生的光分布的解释性视图，在该图中，示出了瞳面P的侧视图和平面视图；图7的图示出在相干照明过程中，光强度分布成为图像形成光学系统的瞳面上的网格结构，该图中，示出了瞳面P的侧视图和平面视图；图8示出在部分相干照明的情况下，图像形成光学系统的瞳面上的光强度分布成为这样的分布，其中，照明系统的出瞳的形状叠加图7的元胞点上，该图中，示出了瞳面P的侧视图和平面图；图9的示意图示出，通过利用图3的光调制元件在图4的条件下(α值＝0.5)，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果；
图10的示意图示出，通过利用图3的光调制元件在图5的条件下(α值＝0.6)，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果；图11是产生维格纳-赛茨元胞的方法的解释图；图12A和12B是当在照明系统的出瞳形状形成维格纳-赛茨元胞形状时所获得效果的示意图，其中图12A示出当出瞳的形状设为圆形时的情况，图12B示出当出瞳的形状设为维格纳-赛茨元胞形状的情况；图13示出照明系统的孔径光栏的开口的形状设为如维格纳-赛茨元胞形状的方形；图14的示意图示出，通过利用图3的光调制元件，在照明系统的光瞳形状设为维格纳-赛茨元胞形状，且α值设为0.6时，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果；图15A和图15B是在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状，且α值设为0.6时，通过使用和图3所示的光调制元件相似的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布的解释视图，其中图15A简要地示出光调制元件，图15B简要地示出光强度分布；图16示意性地示出根据变形的光调制元件的构成；图17简要示出在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果；图18简要示出在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在处理目标衬底上获得的光强度分布；图19简要示出在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果；图20简要示出在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布；
图21A到21E的步骤截面图分别示出使用根据本发明的结晶化装置制造电子器件的步骤；图22是传统结晶化技术的示意图。
具体实施例方式
下面参考附图解释根据本发明的实施例。图1的示意图示出根据本发明实施例的结晶化装置。图2的视图简要示出图1的照明系统的内部结构。参考图1和2，根据本实施例的结晶化装置包括如移相器的光调制元件1，其调制入射光(束)的相位以形成具有预定光强度分布的光(束)，照明光调制元件1的照明系统2，图像形成光学系统3和衬底极5，其保持具有如非单晶硅的半导体膜的处理目标衬底4。
稍后解释光调制元件1的结构和功能。照明系统2包括XeC1激态原子激光(束)源2a，其提供波长为如308nm的激光束。或者，可以使用其他的适当光束源，如KrF激态原子激光束源或者YAG激光束源，其具有发射熔融处理目标衬底的照射区域的能量光线的性能。从光束源2a提供的激光束的截面由光束扩散器2b进行扩散，然后该激光束进入第一复眼透镜2c。
结果，在第一复眼透镜2c的后焦点平面形成多个小光源，第二复眼透镜2e的入射平面由通过第一聚光器系统2d以叠加方式来自多个小光源的光束照明。结果，在第二复眼透镜2e的后焦点平面形成多于第一复眼透镜2c的后焦点平面的小光源。光调制元件1被来自多个小光源的光通量照明，这些小光源通过第二聚光器光学系统2f以叠加方式在第二复眼透镜2e的后焦点平面形成。
第一复眼透镜2c和第一聚光器光学系统2d构成第一均化器。该第一均化器相对于光调制元件1上的入射角，对从光源2a发射的激光束进行均化。此外，第二复眼透镜2e和第二聚光器光学系统2f构成第二均化器。该第二均化器相对于光调制元件1上的每个平面内位置的光强度，对来自第一均化器的具有一致入射角的激光束进行均化。
这样，照明系统2用光强度分布总体具有基本一致强度的激光束照射光调制元件1。
在第二复眼透镜2e的发射表面的附近，设置孔径光栏2g，其将来自第二复眼透镜2e的光通量的截面限制为预定的截面形状。即，孔径光栏2定义照射系明2的出瞳的形状或者维度。因此，孔径光栏2g具有设定相干因子，即α值(照明系统2的发射侧数值孔径/图像形成光学系统3的物体侧数值孔径)的功能。照明系统2的出瞳的形状即通过照明系统2的照明光瞳的光束的外边界形状。
经过光调制元件1进行光调制(相位调制)的激光束通过图像形成光学系统3进入处理目标衬底4。这里，光调制元件1的相位模式平面和处理目标衬底4设置在图像形成光学系统3的光学共轭位置。换句话说，处理目标衬底4的照射目标平面设置在与光调制元件1的相位模式平面光学共轭的平面(图像形成光学系统3的图像平面)。
图像形成光学系统3包括光束源侧的前部正透镜组3a，处理目标衬底侧的后部正透镜组3b，和设置在这些透镜组之间的孔径光栏3c。孔径光栏3c(即，图像形成光学系统3的图像侧数值孔径)的开口部分(光透射部分)的大小设置为在处理目标衬底4的半导体膜(照射目标平面)的上表面产生需要的光强度分布。除了上述的折射光学系统外，图像形成光学系统3还可以为反射性的光学系统或者折射/反射性的光学系统。
例如，处理目标衬底4通过在例如液晶显示玻璃衬底上利用化学气相沉积(CVD)方法连续形成底层的绝缘膜、非单晶膜(如非结晶硅膜)和顶层膜。底层绝缘膜和顶层膜可以由如SiO2的绝缘膜形成。当非结晶硅膜和玻璃衬底直接接触时，底层绝缘膜防止如玻璃衬底中的Na等的外部微粒进入非结晶硅膜，并且还防止非结晶硅膜的热量直接传递到玻璃衬底中。
非结晶硅膜是待结晶化的半导体膜。顶层膜由进入非结晶硅膜的部分光束加热，并且存储具有由如此加热实现的温度的热量。当光束入射中断时，非结晶硅膜的照射目标平面的高温部分的温度相对快速地降低。然而，该热存储效应减轻该温度降低梯度，并且利用大的微粒直径协助侧边结晶生长。处理目标衬底4由真空卡盘或者静电卡盘放置并保持在衬底台5上的预定位置。
图3的放大平面视图简要示出图1的结晶化装置的光调制元件的组成示例的主要部分。如图3所示，光调制元件1通过在X方向重复地密集放置单位区域(每个单位区域具有用参考标号1d表示的范围)形成，每个单位区域具有相位调制模式，其中，这些经过面积调制的调制模式放置在X方向。每个重复的单位区域1d包括垂直并平行地密集排列的四方单位元胞1c，这如图中的虚线所示。每个单位元胞1c具有参考相位区域(图中由空白部分示出)1a和长方形的相位调制区域1b(图中由斜线部分示出)，参考相位区域1a具有0度的参考相位值，相位调制区域1b具有例如90度的调制相位值。这由例如石英玻璃形成的透明的平板上的四方凸起和凹陷模式形成。
相位调制区域1b相对于单位元胞1c的面积份额比(比例)D沿X方向在0％到50％的范围内变化。具体而言，相位调制区域1b位于相位模式的重复的单位区域1d的中央的面积份额比D是50％，相位调制区域1b在重复单位区域1d的相对侧的面积份额比D是0％，相位调制区域1b的面积份额比D在中心和相对侧之间单一地变化。这里，面积份额比D定义为，相位调制区域1b在单位元胞1c的面积份额比和参考相位区域(具有0度的相位调制量的相位调制区域)1a在单位元胞1c的面积份额比中的较小值。单位元胞1c具有大小(例如，就图像形成光学系统3的图像平面而言为1μm×1μm)，其不大于图像形成光学系统3的点图像分布范围。
通过该比例调制类型的光调制元件1透射的零次光在图像形成光学系统3的图像平面上产生的光强度I由下式(1)表示I＝|U|2＝(2-2cosθ)D2-(2-2cosθ)D+1(1)其中D是相位调制区域1b在单位元胞1c中的面积份额比(即，0到0.5)，θ是相位调制区域1b的相位调制量(例如，90度)，U是光在图像形成光学系统3的图像平面上的复数幅度。
在本实施例中，在波表面在光的传播方向上跳出(jump out)的情况下，相位调制量θ定义为正。还假定在照明系统2一侧的光调制元件1为平面形状，在图像形成光学系统3一侧的光调制元件1为凸起和凹陷形状。参看公式(1)，可以理解，随着相位调制区域1b的面积份额比D增加，在图像形成光学系统3的图像平面上的相应位置产生的光强度I减小。换句话说，可以适当地设置相位调制区域1b的面积份额比D的变化配置，以在图像形成光学系统3的图像平面上产生需要的光强度分布。
图4A和4B是在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.5时，通过使用和图3所示的光调制元件相似的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布的解释视图。图4A简要地示出光调制元件，图4B简要地示出光强度分布。
在图4B中，在对应于光调制元件1的一个重复单位区域1d的图像形成光学系统3的图像平面上产生的理论光强度分布以光强度的轮廓线(在没有调制时的光强度归一化为1)的形式示出。下文中，在图5B、15、18和20中使用和图4B相同的标号。
为了计算图4B所示的光强度分布，照明系统2的出瞳的形状(即，孔径光栏2g的光透射部分的形状)设为圆形，光的波长设定为308nm，图像形成光学系统3的物体侧数值孔径设定为0.2，照明系统2的发射侧数值孔径设定为0.1，α值设定为0.5(0.1/0.2)。在图4B中，因为α值设定得相对小，在图像形成光学系统3的图像平面上产生基本上理想的V型光强度分布。在上述光强度分布中，从对应于重复单位区域1d的中心的位置到对应于该区域的相对端的位置，光强度I在X方向线性变化。
在结晶化装置中，根据基本上理想的V型光强度分布，在处理目标衬底4的光照射区域的融熔区域产生温度梯度。在具有最低光强度的、V型的低端区域或者该区域附近的区域的第一固化区域或者未融熔区域，形成晶核或者籽晶。此外，晶体在横向从晶核向周边区域沿着V型光强度分布的X方向生长，沿该方向光强度增大。结果，产生期望形状的晶粒而没有在晶体生长中出现不均匀。
图5A和5B是在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.6时，通过使用和图3所示的光调制元件相似的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布的解释视图。图5A简要地示出光调制元件，图5B简要地示出光强度分布。
为了计算图5B所示的光强度分布，和图4B一样，照明系统2的出瞳的形状设为圆形，光的波长设定为308nm，图像形成光学系统3的物体侧数值孔径设为0.2。然而，和图4B不同，照明系统2的发射侧数值孔径设定为0.12，以将α值设为0.6。在本实施例中，光波长为308nm，图像形成光学系统3的物体侧数值孔径为0.2，这是以下的例子共用的。
在图5B的情况下，对应于重复单位区域1d的中心，在图像形成光学系统3的图像平面的区域产生V型的光强度分布。然而，因为α值设定得相对大，在光强度的轮廓线上产生波状波动。具体而言，在每个光强度为0.7的轮廓线和光强度为0.8的轮廓线上，出现相对大的波状波动。我们认识到，该波状波动随着α值增加而扩大。当在V型光强度分布的光强度的轮廓线上产生这种波状波动时，由于该波状波动，晶体的生长不均匀。因而，不能产生具有期望形状的晶粒。
也就是说，凹陷底部面对波状轮廓线中的光强度为0.5的轮廓线，其具有比底部的周边较低的温度。该部分生长较快的晶体具有比周边部分较低的温度。结果，在低温部分形成比普通晶粒粗的晶粒。结果，当粗晶粒和细晶粒共同产生时它们混杂在一起。当在粗晶粒和细晶粒混杂的区域制造TFT时，TFT的电性能波动，这是不便利的。
如上所述，在照明系统2的出瞳为圆形且α值设定得相对大时(如，0.6或更大)，不能产生期望的光强度分布。另一方面，在结晶化装置中，优选地将α值设定得尽可能大。在照明系统2的复眼透镜2e包括垂直和水平密集排列的微透镜元件且微透镜元件具有相等的区域大小时，将α值设定得较大允许使用通过更多数目微透镜元件的光，而且二次光源由更多数目的小光源组成。因此，到光调制元件1的照明光的光强度分布的均匀性增加。
换句话说，在组成二次光源的小光源的数目相等的情况下，将α值设定得较大允许使用较大的微透镜元件制造复眼透镜2e，这样复眼透镜2e更容易制造。对于将光从光源2a引导向复眼透镜2e的光学系统2b到2d，将α值设定得较大允许到复眼透镜2e的光入射区域增加。因此，可以增强光使用效率(当光聚集在宽度区域时，比光聚集在窄的区域更易于有效地引导光)。
下文中，参考图6描述由具有周期结构的物体0(对应于图1的光调制元件1)在图像形成光学系统(对应于图1的图像形成光学系统3)的光瞳表面P上产生的光分布。假定如比例调制类型的光调制元件1的物体0的复数幅度透射率为f(r)，复数幅度透射率f(r)也是周期函数，因此可以得到下式(2)表示的傅立叶变换f(r)＝∫g(q)eiqrdq (2)其中，r是物体0的面内坐标矢量，q是相位梯度矢量，eiqr是透射率分量(即相位调制量)，其在物体0的平面上线性变化，eiqr称为相位梯度，g(q)是相位梯度eiqr的系数。这里，考虑具有波数矢量k1的平面波进入物体0时，相位梯度矢量q的贡献，相位梯度加在该平面波上，以产生具有不同方向的新平面波。
这时，当相位梯度加到平面波上以产生新平面波时，邻近的单位元胞应该具有相等的相位梯度。当邻近的单位元胞不具有相等的相位梯度时，相位有时提前或延迟，这样不产生平面波。邻近的单位元胞具有相等相位梯度的条件要满足下式(3)，并因此满足公式(4)g(q)eiqr＝g(q)eiqr(r+R)(3)以及g(q)＝g(q)eiqR(4)其中R是多个原始变换矢量。
为了让g(q)具有0以外的解，对于所有矢量R必须满足eiqR＝1，并且需要满足下面公式(5)表示的关系。满足该公式(5)的相位梯度矢量q是原始变换矢量R的多个原始倒易点阵矢量qR＝2nπ(n为整数) (5)接下来，考虑由相位梯度矢量q产生的平面波的方向。由波数矢量为k1的平面波在物体0之前产生的光分布I1(r)由下面公式(6)表示。在物体0之后产生的光分布I2(r)通过将相位梯度eiqr应用到光分布I1(r)得到，并且由下面公式(7)表示I1(r)＝eik1r(6)以及
I2(r)＝I1(r)eiqr＝ei(k1+q)r(7)因此，可以理解，由光分布I2(r)产生的波平面的波数矢量的方向余弦矢量(在物体0的平面上)是k1xy+q，其中k1xy是k1的方向余弦矢量。指示新产生的波平面的波数矢量k2的方向余弦矢量k2xy由下面公式(8)表示k2xy＝k1xy+q (8)因此，可以理解，图像形成光学系统的瞳面P的光强度分布由如比例调制类型的光调制元件1的物体0的周期结构的原始变换矢量以及照明系统的出瞳形状确定。也就是说，本实施例的图像形成光学系统3的瞳面P上的光强度分布成为这样的分布，其中照明系统2的出瞳的形状叠加在由比例调制类型的光调制元件1的周期结构的原始变换矢量的倒易点阵决定的元胞点上。该现象在图7和图8中示出。
即，图7示出在相干照明的情况下，图像形成光学系统3的瞳面P上的光强度分布成为由光调制元件1的周期结构的原始变换矢量R的原始倒易点阵矢量q1、q2确定的元胞结构的分布。图8示出在部分相干照明的情况下，图像形成光学系统3的瞳面P上的光强度分布成为这样的分布，其中，作为结合的结果，照明系统2的出瞳的形状(这里为圆形)叠加图7的元胞点上。下面参考图7和图8描述具体例子。
图9的示意图示出，通过利用图3的光调制元件1在图4B的条件下(α值＝0.5)，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。图10的示意图示出，通过利用图3的光调制元件1在图5B的条件下(α值＝0.6)，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。首先，x轴和y轴(对应于图3的x轴和y轴)在比例调制类型的光调制元件1的平面上设定，图像形成光学系统3的光轴设为z轴。因此，光调制元件1的周期结构的原始变换矢量a1和a2由下面的公式(9a)和(9b)表示a1＝(1.0，0.0，0.0)μm(9a)而且a2＝(0.0，1.0，0.0)μm(9b)。
从原始变换矢量a1和a2获得的原始倒易点阵矢量b1和b2分别由下面的公式(10a)和(10b)定义。这时，可以使用和z轴平行并具有例如(0，0，1)的任意大小的矢量a3。
b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3))(10a)以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))(10b)，其中“×”表示矢量的外积，“·”表示矢量的内积。
当将由公式(9a)和(9b)表示的原始变换矢量a1和a2分别代入公式(10a)和(10b)时，原始倒易点阵矢量b1和b2分别由下面的公式(11a)和(11b)表示b1＝2π(1.0，0.0，0.0)μm-1(11a)以及b2＝2π(0.0，1.0，0.0)μm-1(11b).
原始倒易点阵矢量b1和b2除以波数k(＝2π/λλ是光的波长)以获得矢量b1’和b2’，矢量b1’和b2’提取x分量和y分量，获得的矢量b1’和b2’确定图像形成光学系统3的瞳面的元胞结构。因为λ＝0.308μm，矢量b1’和b2’由下面的公式(12a)和(12b)表示b1’＝(1/k)×b1＝(0.0，308，0.0)(12a)以及b2’＝(1/k)×b2＝(0.0，0.0，308)(12b)，其中“×”不是矢量的外积，而是普通的乘法。
此外，在相干照明的情况下，图像形成光学系统3的瞳面P上的光强度分布成为这样的结果，其中照明系统2的出瞳的形状叠加在每个元胞点上作为中心。在图9和10的光强度分布下，光轴AX周围的中心光通量9a、10a对应于来自光调制元件1的零次光，围绕中心光通量9a、10a的八个周边光通量9ba和9bb或者10ba和10bb对应于来自光调制元件1的一次衍射光。可能存在这样的情况，对应于二次衍射光的周边光通量有时从对应于一次衍射光的周边光通量9ba和9bb或者10ba和10bb外部产生。
具体而言，在图9的光强度分布中，中心光通量9a的斜线圆形部分9aa的半径为0.1，这对应于照明系统2的发射侧数值孔径，这是图4B的条件。在八个周边光通量9ba、9bb中，位于图中中心光通量9a的上、下、左、右侧的四个圆形周边光通量9b的半径为0.1，如同中心光通量9a的圆形部分9aa。另外四个周边光通量9bb半径小于0.1，0.1是中心光通量9a和圆形部分9aa的半径。
另一方面，在图10的光强度分布中，中心光通量10a的斜线圆形部分10aa的半径为0.12，这对应于照明系统2的发射侧数值孔径，这是图5B的条件。在八个周边光通量10ba、10bb中，位于图中中心光通量10a的上、下、左、右侧的四个圆形周边光通量10ba的半径为0.12，如同中心光通量10a的圆形部分10aa。另外四个周边光通量10bb半径小于0.12，0.12是中心光通量10a和圆形部分10aa的半径。
图中，中心光通量9a(10a)的圆形部分9aa(10aa)的中心和左边或者右边的周边光通量9ba(10ba)的中心之间的距离是0.308，其对应于原始倒易点阵矢量b1的矢量b1’的x方向分量。图中，中心光通量9a(10a)的圆形部分9aa(10aa)的中心和上边或者下边的周边光通量9ba(10ba)的中心之间的距离是0.308，其对应于对应原始倒易点阵矢量b2的矢量b2’的y方向分量。中心光通量9a(10a)的圆形部分9aa(10aa)的光强度(在无调制情况下的光强度归一化为1，这也适于下面的例子)在0.7到0.8的范围内。中心光通量9a(10a)的每个周边部分9ab(10ab)，以及每个周边光通量9ba(10ba)和9bb(10bb)的光强度在0.1到0.2的范围内。图9和图10中的虚线示出的圆9c、10c是图像形成光学系统3的开口，其由以光轴为中心的圆示出，并且直径为0.2，这对应于图像形成光学系统3的物体侧数值孔径。
参考图9和图10的计算结果(仿真结果)，在中心光通量9a、10a的圆形部分9aa、10aa周围观察到示为周边部分9ab、10ab的弱光模糊区域，其对应于来自光调制元件1的零次光。该弱光的模糊区域9ab、10ab是当比例调制类型的光调制元件1的面积份额比(比例)D改变时产生的调制分量。为了让该调制分量实现强度剃度，需要确定图像形成光学系统3的物体侧数值孔径，以将该光纳入图像形成光学系统3的开口9c、10c(纳入光瞳)。
接下来，描述在图5B的V型光强度分布的光强度轮廓线上产生波状波动的原因。图9示出在利用图4B的条件下(α值＝0.5)，在图像形成光学系统3的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。图9中，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的所有周边光通量9ba和9bb出现在图像形成光学系统3的开口9c外。另一方面，图10示出在利用图5B的条件下(α值＝0.6)，在图像形成光学系统3的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。图10中，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的周边光通量9ba和9bb中的一部分穿过图像形成光学系统3的开口9c，被纳入图像形成光学系统3的光瞳。纳入图像形成光学系统3的光瞳的一次衍射光是光调制元件1的相位调制区域的模式信息。因此，在图5B所示的图像平面的光强度分布中，出现光调制元件1的光学调制区域，这在光强度的轮廓线上形成波状波动。
如上所述，在保留照明系统2的出瞳的必要面积的情况下，出瞳的形状可以从圆形变成其他的适当形状，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的每个光通量的一部分不穿过图像形成光学系统3的开口(不叠加在开口上)。这样，在保留0.6或更大的α值的情况下，可以基本上避免在光强度的轮廓线上产生波状波动。即，在照明光调制元件1的照明系统2的出瞳形状设为非圆形从而使得自光调制元件1的一次衍射光不穿过图像形成光学系统3的光瞳平面开口时，可以基本上避免在光强度的轮廓线上产生波状波动，同时，保持了相对大的α值。在照明系统2的出瞳面积不变的情况下，对入射到光调制元件1上的入射光通量的光强度的均匀作用不变。如上所述，发明人强调比例调制类型的光调制元件的周期结构和照明系统的出瞳形状之间的关系，并且发现，当照明系统的出瞳形状根据光调制元件的周期结构进行优化时，即便α值设定得相对大，也可以获得期望的光强度分布，而没有任何波状波动。
满足对应于来自光调制元件1的一次衍射光的每个光通量的一部分不与图像形成光学系统3的开口重叠的一个解决方案是，照明系统2的出瞳形状在原始倒易点阵矢量(b1，b2)的方向上不形成凸起形状。即，为了满足对应于来自光调制元件1的一次衍射光的每个光通量的一部分不与图像形成光学系统3的开口重叠的条件，重要的是，照明系统2的出瞳形状在朝向从原始变换矢量(a1，a2)获得的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的方向上不是凸起形状的。符合该具体解决方案的形状是原始倒易点阵矢量(b1，b2)的维格纳-赛茨元胞形状。下面参考图11描述产生维格纳-赛茨元胞的方法。应该注意，图11示出原始变换矢量a1、a2不以直角相交的概述示例。
为了产生维格纳-赛茨元胞，首先，画出直线段11a以连接相互邻近的元胞点(在图中由黑圆点示出)。随后，画出直线段11b，其通过每个线段11a的中点并且垂直于线段11a。获得了作为环绕直线11b的最小面积部分的维格纳-赛茨元胞11c。还应该注意，维格纳-赛茨元胞的细节在Kittle的文章“Introduction to Solid Physics(上卷)”(Publishing Division of Maruzen Co.，Ltd.，第七版，第8页)中进行了描述，其原文在此通过引用并入。
图12A和12B示出当在照明系统的出瞳形成维格纳-赛茨元胞形状时(与维格纳-赛茨元胞类似的形状)所获得效果。在图12A中，因为，照明系统2的出瞳形成根据传统技术的圆形，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的每个圆形周边光通量12a的一部分通过图像形成光学系统3的开口12c(图中的虚线)，并且被纳入图像形成光学系统3的光瞳。另一方面，在图12B中，因为照明系统2的出瞳形状设为根据本发明的类似于维格纳-赛茨元胞的形状，所以，对应于来自光调制元件1的一次衍射光并具有维格纳-赛茨元胞形状的所有周边光通量12b出现在图像形成光学系统3的开口12c(图中的虚线)外部，没有被纳入图像形成光学系统3的光瞳。
即，在图12B所示的例子中，形成具有维格纳-赛茨元胞形状的每个周边光通量(一次衍射光区域)12b的外围形状，这样，面对图像形成光学系统3的圆形开口12c的周边光通量的一部分是平的。和圆形周边光通量12a不同，光通量的一部分不以凸起形状朝向图像形成光学系统3的开口12c突出。如上所述，每个圆形周边光通量12a(图12A)的面积等于具有维格纳-赛茨元胞形状的周边光通量12b的面积。然而，圆形周边光通量12a(图12A)的一部分进入图像形成光学系统3的光瞳，而具有维格纳-赛茨元胞形状的周边光通量12b(图12B)完全没有进入图像形成光学系统3的光瞳。
为了解决该问题，根据本实施例，照明系统2的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状，这样，即便α值设定得相对大，例如0.6，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的光通量的一部分不经过图像形成光学系统3的开口。在本实施例中，光调制元件1的原始倒易点阵b1和b2以直角相交并且边相等。因此，将照明系统2的出瞳形状设定为维格纳-赛茨元胞形状意味着照明系统2的出瞳形状设定为方形。
在本实施例中，如图13所示，为了将照明系统2的出瞳形状设定为方形，放置在第二复眼透镜2e(图13未示出)的发射表面的附近的孔径光栏2g(图13未示出)的开口(光透射部分)2ga的形状设为方形而不是通常的圆形。在图13中，构成第二复眼2e的每个微透镜元件的每个正方形区域2ea由虚线示出。
构成第二复眼2e的每个微透镜元件的所有正方形区域2ea不需要具有相同的形状和大小。区域的形状不限于方形，而可以是，例如除了圆形外的三角形状或者多边形形状。这样，只要自光调制元件的一次衍射光基本上不经过图像形成光学系统的瞳面，孔径光栏2g的开口(光透射部分)2ga可以具有除圆形以外的形状。开口可以为，例如，三角形状或者多边形形状。
在照明系统2的出瞳形状为圆形时，如上所述，照明系统2的发射侧数值口径需要设为0.12，照明系统2的圆形出瞳的面积为Sc＝0.045＝(3.14×0.12×0.12)。此外，照明系统2的出瞳形状设为维格纳-赛茨元胞形状时，为了保持照明系统2的出瞳的面积，即，在本实施例中方形形状为0.214×0.214(＝0.045)的形状，可以保证对应于0.6的α值的出瞳。这里，对应于α值为0.6的出瞳意味着出瞳面积等于α值为0.6的圆形出瞳的面积。
图14的示意图示出，通过利用图3的光调制元件1，在照明系统的光瞳形状设为维格纳-赛茨元胞形状，且α值设为0.6时，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。在图14的光强度分布中，以光轴AX为中心的光通量14a对应于来自光调制元件1的零次光，围绕中心光通量14a的八个周边光通量14ba和14bb对应于来自光调制元件1的一次衍射光。中心光通量14a的斜线方形部分14aa的一边长是对应于上述0.214×0.214的方形出瞳的0.214。在八个周边光通量14ba和14bb中，位于图中中心光通量14a的上、下、左、右侧的四个方形周边光通量14ba的每个的边长为0.214，如同中心光通量14a的方形部分14aa。另外四个周边光通量14bb每个的边长小于中心光通量14a的方形部分14aa的边长。
图中，中心光通量14a的方形部分14aa的中心和左边或者右边的周边光通量14ba的中心之间的距离是0.308，其对应于对应原始倒易点阵矢量b1的矢量b1’的x方向分量。图中，中心光通量14a的方形部分14aa的中心和上边或者下边的周边光通量14ba的中心之间的距离是0.308，其对应于对应原始倒易点阵矢量b2的矢量b2’的y方向分量。中心光通量14a的方形部分14aa的光强度在0.7到0.8的范围内。中心光通量14a的每个周边部分14ab，以及每个周边光通量14ba和14bb的光强度在0.1到0.2的范围内。图14中的虚线示出的圆14c是图像形成光学系统3的开口，其由以光轴为中心的圆示出，并且直径为0.2，这对应于图像形成光学系统3的物体侧数值孔径。
参考图14的计算结果(仿真结果)，在中心光通量14a的方形部分14aa周围观察到示为周边部分14ab的弱光模糊区域，其对应于来自光调制元件1的零次光。该弱光的模糊区域14ab是，如上所述，比例调制类型的光调制元件1的面积份额比(比例)D改变时产生的调制分量。确定图像形成光学系统3的物体侧数值孔径，以将该光纳入图像形成光学系统3的开口14c。
图15A和15B是在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状，且α值设为0.6时，通过使用和图3所示的光调制元件相似的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布的解释视图。图15A简要地示出光调制元件，图15B简要地示出光强度分布。
在本实施例中，照明系统2的出瞳形状设为类似如上所述的维格纳-赛茨元胞形状的方形，这样，即便采用相对大的α值0.6，对应于来自光调制元件1的一次衍射光的光通量的一部分不经过图像形成光学系统3的开口。
因此，如图15B所示，在图像形成光学系统3的图像平面上产生基本上理想的V型光强度分布。在上述光强度分布中，从对应于光调制元件1的重复单位区域1d的中心的位置到对应于相对端的位置，光强度I在X方向线性变化，而且，基本上避免在光强度的轮廓线上产生波状波动。还应该注意，在图15B的光强度分布中，在0.8的光强度的轮廓线上出现波状波动。然而，应该理解，该波状波动比图5B所示的小得多。结果，根据本实施例的结晶化装置，即便α值设为相对大的值，也可以产生期望的光强度分布，因此可以产生具有期望形状的晶粒。
在上述实施例中使用的光调制元件1中，相位模式的单位区域1d的重复方向的排列与相位调制区域1b相对于单位元胞1c的面积份额比D变化的方向重合。下面讨论一种变形，其中，使用光调制元件1A，但是该元件1A具有这样的构成，其中相位模式的单重复位区域和相位调制区域1b相对于单位元胞1c的面积份额比D变化的方向形成45度。
图16示意性地示出根据本变形的光调制元件的构成。图16所示的变形的光调制元件1A包括在X方向放置的相位模式的重复单位区域(每个单位区域具有用参考标号1Ad表示的范围)。其中，每个重复的单位区域1Ad由沿和X轴和Y轴形成45度的方向(下文称为“45度倾斜方向”)二维密集排列的方形单位元胞1Ac构成。这如图中的虚线所示。
每个单位元胞1Ac具有参考相位区域(图中由空白部分示出)1Aa和长方形的相位调制区域1Ab(图中由斜线部分示出)，参考相位区域1Aa具有0度的参考相位值，相位调制区域1Ab具有例如90度的调制相位值。相位调制区域1Ab相对于单位元胞1Ac的面积份额比(比例)D沿45度倾斜方向在0％到50％的范围内变化。具体而言，相位调制区域1Ab位于相位模式的重复的单位区域1Ad的中央的面积份额比D是50％，相位调制区域1Ab在重复单位区域1Ad的相对侧的面积份额比D是0％，相位调制区域1Ab的面积份额比D在中心和每边之间沿45度倾斜方向单一地变化。
图17简要示出在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。在图17的光强度分布下，以光轴AX为中心的光通量17a对应于从图像形成光学系统发射的通过光调制元件1A的零次光，围绕中心光通量17a的八个周边光通量对应于来自图像形成光学系统的一次衍射光。中心光通量17a的斜线圆形部分17aa的半径为0.12，这对应于照明系统2的发射侧数值孔径。在八个周边光通量中，位于相对于中心光通量17a 45度倾斜方向的四个圆形周边光通量17b具有0.12的半径，如同中心光通量17a的圆形部分17aa。
中心光通量17a的圆形部分17aa的中心和周边光通量17b的中心之间的距离是0.308，其对应于对应光调制元件1A的原始倒易点阵矢量b1的方向分量。中心光通量17a的圆形部分17aa的光强度(在无调制情况下的光强度归一化为1，这也适于下面的例子)在0.7到0.8的范围内。中心光通量17a的每个周边部分17ab，以及每个周边光通量17b的光强度在0.1到0.2的范围内。图17中的虚线示出的圆17c是图像形成光学系统3的开口，其由以光轴为中心的圆示出，并且直径为0.2，这对应于图像形成光学系统3的物体侧数值孔径。对应于来自光调制元件1A的一次衍射光的周边光通量17b的一部分经过图像形成光学系统3的开口，并且被纳入图像形成光学系统3的光瞳。
图18简要示出在照明系统的出瞳形成为圆形且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在处理目标衬底上获得的光强度分布的计算结果。参看图15B，在对应于光调制元件1A的重复单位区域1Ad的图像形成光学系统3的图像平面的区域上产生V型光强度分布。因为对应于来自光调制元件1A的一次衍射光的周边光通量17b的一部分进入图像形成光学系统3的开口，在光强度的轮廓线上产生波状波动。具体而言，在光强度为0.7、0.8和0.9的轮廓线上出现波状波动。
图19简要示出在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在图像形成光学系统的瞳面上获得的光强度分布的计算结果。即便在使用图16所示的光调制元件的变形中，光调制元件1A的原始倒易点阵矢量以直角相交并且具有相等大小，这和上面实施例相同。因此，将照明系统2的出瞳形状设为维格纳-赛茨元胞形状意味着将照明系统2的出瞳形状设为方形。
在图19的光强度分布中，以光轴AX为中心的光通量19a对应于来自光调制元件1A的零次光，围绕中心光通量19a的八个周边光通量对应于来自光调制元件1A的一次衍射光。中心光通量19a的斜线方形部分19aa的一边长是对应于上述0.214×0.214的方形出瞳的0.214。在八个周边光通量中，位于相对于中心光通量19a 45度倾斜方向的四个方形周边光通量19b的每个的边长为0.214，如同中心光通量19a的方形部分19aa。
此外，中心光通量19a的方形部分19aa的中心和周边光通量19b的中心之间的距离是0.308，如上述实施例，其对应于光调制元件1A的原始倒易点阵矢量的方向分量。中心光通量19a的方形部分19aa的光强度在0.7到0.8的范围内。中心光通量19a的周边部分19ab，每个而且光通量19b的光强度在0.1到0.2的范围内。图19中的虚线示出的圆19c是图像形成光学系统3的开口，其由光轴作为中心的圆示出，并且直径为0.2，这对应于图像形成光学系统3的物体侧数值孔径。根据图19应该理解，对应于来自光调制元件1A的零次光的中心光通量19a被纳入图像形成光学系统3的开口，但是，对应于来自光调制元件1A的一次衍射光的周边光通量19b没有被纳入图像形成光学系统3的开口。
图20简要示出在照明系统的出瞳设为维格纳-赛茨元胞形状且α值设为0.6时，通过使用图16所示的光调制元件，在处理目标衬底上形成的光强度分布。参看图20，对应于来自光调制元件1A的一次衍射光的周边光通量19b完全没有进入图像形成光学系统3的开口19c。因此，在图像形成光学系统3的图像平面上，产生基本上理想的V型光强度分布，在光强度的轮廓线上产生波状波动，从对应于重复单位区域1d的位置到对应于相对端的位置，该光强度线性变化。应该理解，在图20的光强度分布中，在光强度为0.9的轮廓线上出现波状波动，但是其和图18所示的波状波动相比非常小。
图21A到21E的工艺截面图示出使用根据本发明的结晶化装置，在结晶化的区域中制造电子器件的各个步骤。如图21A所示，准备了处理目标衬底5。处理目标衬底5通过在透明绝缘衬底80(由例如碱性玻璃、石英玻璃、塑料或者聚酰亚胺形成)上，利用化学气相沉积方法或者溅射方法，连续形成底层膜81(如，包括膜厚度50nm的SiN和膜厚度100nm的SiO2的分层膜)、非结晶半导体膜82(包括膜厚度为50nm到20nm的Si、Ge或者SiGe的半导体膜)和顶层膜82a(例如厚度为30nm到300nm的SiO2膜)形成。然后，非结晶半导体膜82表面的预定区域使用根据上述的实施例的结晶化方法和装置，临时用激光束83(例如，KrF激态原子激光束或者XeC1激态原子激光束)一次或者多次照射，由此生长上述的具有相似形状的针状晶体。
这样，如图21B所示，具有形状相似的晶体颗粒的多晶半导体膜或者单晶化半导体膜(结晶化区域)84形成在非结晶半导体膜82的照射区域。随后，通过蚀刻从半导体膜84去除顶层82a。之后，如图21C所示，将多晶半导体膜或者单晶化半导体膜84处理成例如多个岛状半导体膜(结晶化的岛状区域)85，其每个作为通过使用光蚀刻技术在其中形成薄膜晶体管的区域。厚度为20nm到100nm的SiO2膜在半导体膜85的表面通过使用化学气相沉积方法或者溅射方法形成栅绝缘膜86。此外，如图21D所示，在栅绝缘膜的一部分上形成栅极电极87(由例如硅化物或者MoW形成)，该栅极电极87用作如箭头所示将掺杂离子88(在N沟道晶体管的情况下为磷，在P沟道晶体管的情况下为硼)植入半导体膜85的掩膜。然后，在氮环境中进行退火处理(例如，在450℃进行一小时)以激活掺杂物，由此在沟道区域90两侧的岛状半导体膜85中形成源极区域91和漏极区域92。这种沟道区域90的位置以这样的方式设置，使得载流子在每个针状或者细长晶体生长的方向移动。然后，如图21E所示，形成覆盖整个产品的中间层绝缘膜89，并且在该中间层绝缘膜89和栅绝缘膜86中形成接触孔，然后在孔中形成栅极电极93和漏极电极94，这样它们分别和栅极区域91和漏极区域92接触。
在上述步骤中，当根据在图21A和21B所示的步骤产生的多晶半导体膜或者单晶化半导体膜84的每个具有大的颗粒直径的平面方向的位置形成栅极电极87时，由此形成栅极电极87下的沟道90。使用上述步骤，可以在单晶化半导体中形成多晶晶体管或者薄膜晶体管(TFT)。由此制造的多晶晶体管或者单晶化晶体管可以用于液晶显示屏(显示屏)或者EL(电致发光)显示屏或者集成电路(如存储器(SARM或者DRAM)或者CPU)的驱动电路。本发明的处理目标不限于在其上形成半导体器件的物体，而且半导体器件不限于TFT。
在上述叙述中，本发明通过使用相位调制类型的光调制元件作为光调制元件而进行。然而，不发明不限于此。本发明可以利用采用其他模式的光调制元件进行，例如，具有预定透射模式的透射类型的光调制元件，或者具有预定反射模式的发射类型的光调制元件，或者是具有第一调制区域和第二调制区域的这些元件的组合的光调制元件，在第一调制区域中，光强度在光调制元件的第一方向上变化的第一光强度分布产生在照射目标平面上，在第一调制区域中，光强度在不同于第一方向的第二方向上变化的第二光强度分布产生在照射目标平面上。
此外，本发明用于使用具有预定光强度分布的光照射非单晶半导体膜以产生上述的结晶化半导体膜的结晶化装置和结晶化方法。然而，本发明不限于此，其可普遍用于通过图像形成光学系统在预定照射目标平面上形成预定光强度分布的光照射装置。
本领域的技术人员很容易就可以想到其他的益处和变形。因此，本发明在宽泛的方面不限于这里所示出并描述的具体细节和代表性实施例。因而，可以进行各种变形而不脱离本由所附的权利要求书及其等价物所定义的普遍创造性概念的精神和范围。
权利要求
1.一种光照射装置，其使用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，包括光调制元件，其具有由原始变换矢量(a1，a2)表示的周期结构的光调制模式；照明系统，其具有出瞳并且用所述光照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成由所述光调制模式获得的所述光的所述预定光强度分布，其中，所述照明系统的所述出瞳的形状类似于利用下面公式从所述原始变换矢量(a1，a2)得到的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的维格纳一赛茨元胞b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3))以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))其中a3是所述光调制元件的光调制模式平面的垂直方向上具有任意大小的矢量，“·”是该矢量的内积，“×”是该矢量的外积。
2.一种光照射装置，其用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，包括光调制元件，其具有由原始变换矢量(a1，a2)表示的周期结构的光调制模式；照明系统，其具有出瞳并且照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成对应于所述光调制模式的所述光的所述预定光强度分布，其中，所述照明系统的所述出瞳的形状相对于利用下面公式从所述原始变换矢量(a1，a2)得到的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的方向而言不是凸起的b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3))以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))其中a3是所述光调制元件的光调制模式平面的垂直方向上具有任意大小的矢量，“·”是该矢量的内积，“×”是该矢量的外积。
3.一种光照射装置，其用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面，包括光调制元件，其光学地调制入射光以发射所述调制光；照明系统，其具有出瞳并且照明所述光调制元件；以及图像形成光学系统，其放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间，以在所述照射目标平面上形成对应于所述调制光的所述光的所述预定光强度分布；以及出瞳形状设定部分，其将所述照明系统的所述出瞳的形状设定为除圆形以外的形状，该形状允许来自所述光调制元件的零次衍射光通过，而且该形状基本上不允许一次衍射光通过所述图像形成光学系统的瞳面的开口。
4.一种利用具有预定光强度分布的光照射一照射目标平面的光照射方法，其通过使用光学地调制入射光的光调制元件和放置在所述光调制元件和所述照射目标平面之间的图像形成光学系统实现，其中照明所述光调制元件的照明系统的出瞳的形状设定为除圆形以外的形状，该形状基本上不允许来自所述光调制元件的光的一次衍射光分量通过所述图像形成光学系统的瞳面的开口。
5.根据权利要求1或者2的光照射装置，其中所述原始变换矢量a1和a2以直角相交。
6.一种结晶化装置，包括根据权利要求1到3的任意一项所述的光照射装置，以及保持非单晶半导体膜的台子，所述照射目标平面设置在该非单晶半导体膜的一个表面上，其中所述非单晶半导体膜的所述一个表面的至少一部分由具有所述预定光强度分布的光照射以形成结晶化的半导体膜。
7.一种结晶化方法，其包括使用根据权利要求1到3的任意一项的所述光照射装置或者根据权利要求4的所述光照射方法，利用具有预定光强度分布的光照射设置在所述照射目标平面上的非单晶半导体膜的至少一部分，以形成结晶化的半导体膜。
8.一种使用根据权利要求6所述的所述结晶化装置制造的半导体器件。
全文摘要
一种光照射装置，其用具有预定光强度分布的光照射目标平面。该装置包括具有由原始变换矢量(a1，a2)表示的周期结构的光调制模式的光调制元件；用所述光照明所述光调制元件的照明系统；以及用于在目标平面上形成由所述光调制模式获得的所述光的所述预定光强度分布的图像形成光学系统。所述照明系统的出瞳的形状类似于利用下面公式从所述原始变换矢量(a1，a2)得到的原始倒易点阵矢量(b1，b2)的维格纳－赛茨元胞b1＝2π(a2×a3)/(a1·(a2×a3))以及b2＝2π(a3×a1)/(a1·(a2×a3))其中a3是所述光调制元件的光调制模式平面的垂直方向上具有任意大小的矢量，“·”是矢量的内积，“×”是矢量的外积。
文档编号H01L21/02GK101038862SQ20071008853
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者谷口幸夫 申请人:株式会社液晶先端技术开发中心