[发明专利]光照射装置及方法、结晶装置及方法、设备和光调制元件

说明书

技术领域

本发明涉及光照射装置、光照射方法、结晶装置、结晶方法、设备和光调制元件。

背景技术

通常在非晶硅层或多晶硅层中形成用于选择例如液晶显示器(LCD)中的显示像素的开关元件等等的薄膜晶体管(TFT)。

多晶硅层具有比非晶硅层更高的电子或空穴的迁移率。因此，当在多晶硅层中形成晶体管时，与在非晶硅层中形成晶体管的情形相比，增加开关速度，并由此增加显示响应速度。另外，因此外围LSI可由薄膜晶体管组成。此外，存在能降低任何其他部件的设计裕度的优点。此外，当这些外围电路结合在显示器中时，能以更高速度操作外围电路，诸如驱动器电路或DAC。

由于多晶硅由晶粒的聚集形成，当例如形成TFT晶体管时，一个晶粒界面或多个晶粒界面存在于该晶体管的沟道区中，以及晶粒界面变为障碍以及与单晶硅相比，降低电子或空穴的迁移率。因此，在形成多晶硅的许多薄膜晶体管的情况下，在各个薄膜晶体管间，在沟道部分中形成的晶粒界面的数量不同，以及这使得晶体管特性变得不均匀和在液晶显示器的情况下，导致显示不规则的问题。因此，近年来，为提高电子和空穴的迁移率以及降低沟道部分中晶粒界面的数量中的不规则性，已经提出了结晶方法，生成具有若干晶粒的结晶硅，晶粒的粒度大到可在每个晶粒中形成一个沟道面积。

作为这种结晶方法，通常称为“相位控制ELA(激元激光器退火)方法，其通过用激元激光照射移相器，生成结晶半导体膜，移相器与非单晶半导体膜，诸如多晶硅半导体膜或非晶半导体膜接近地平行排列。在例如日本的Journal of the Surface Science Society，Vol.21，No.5，pp.278-287，2000中描述过相位控制ELA方法的详细情况。

在相位控制ELA方法中，在对应于移相器的移相部分的点或线处，生成具有反峰值图型((inverse peak pattern))(在中央(最小光强部分)处光强最小以及趋向于外围或在横向方向上，光强突然增加的图型)的光强分布。其中，在中央处光强低于外围处，以及用具有该反峰值形光强分布的光照射非单晶半导体膜以便熔断非单晶半导体膜。因此，根据在照射目标区中的光强分布，在熔断区中生成温度梯度，在根据最小强度部分首先凝固还是不凝固的部分形成晶核，以及晶体在从该晶核趋向外围的横向方向上生长(在下文中，将称为“横向生长”或“横向方向上的生长”)，由此生成具有大的粒度的晶粒。

由H.Ogawa等人著写的、刊载在IDW′03 Proceedings of The 10^thInternational Display Workshopsr“Growth of Large Si Grains at RoomTemperature by Phase-Modulted Excimer-Laser Annealing Method(通过相位调制的激元退火方法在室温下的大Si粒的生长)”提出一种结晶方法，通过具有通过移相器和成像光学系统获得的V形光强分布的光，照射非单晶半导体膜，生成晶粒。该文献公开了期望当其最大值标准化为1.0时，照射非单晶半导体膜的光的强度分布在0.5至1.0的范围内，以V形变化。从每个中央部分(最小光强分布及其附近)看，“具有反峰值图型的光强分布”和“V形光强分布”具有相同的功能。在本发明中，两个光强分布均写为“V形光强分布”。

本发明的发明人在例如日本专利申请No.2003-117486(在下文中将称为“相关申请”)中建议通过结合成像光学系统，能获得V形光强分布的光调制元件。在相关申请中提出的光调制元件是具有0度的参考相位值和90度的调制相位值，即两种调制相位值的“二进制调制型”移相器，当转换成光调制元件上的对应部分时，其具有尺寸不大于成像光学系统的点扩展函数范围的调相。随便提一下，不必说，在相关申请中公开的内容不构成本申请的现有技术。

特别地，如图14所示，在相关申请中提出的典型的光调制元件具有0度的参考相位值的参考相位区(用图中的空白部分表示)10a以及90度的调相值的矩形调相区(用图中的阴影部分表示)10b。在图中，调相区10b与参考相位区10a的占用面积比(占空比)沿水平方向(横向)(沿X截面)在0％和50％间线性改变。具体地，沿水平方向，在相位图的两侧，调相区10b的占用面积比为0％，而在中央，调相区的占用面积比为50％。