(57)【要約】【課題】順次側面結晶化において形成される突起によるムラの発生を防止する。【解決手段】レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を点在または、波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、レーザ光を前記膜に照射して、膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、前記非完全溶融エネルギー領域を点在させるとともに該非完全溶融エネルギー領域間を前記溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化する。非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域とを有するレーザパターンでシリコン膜１０に照射して結晶化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化によって結晶化する結晶化方法において、
レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を点在させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、前記非完全溶融エネルギー領域を点在させるとともに該非完全溶融エネルギー領域間を前記溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とするアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項２】
前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域は、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域の間に位置させることを特徴とする請求項１記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項３】
前記非完全溶融エネルギー領域は、円形または多角形形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項４】
前記非完全溶融エネルギー領域は、同一方向において同一間隔で分布していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項５】
前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域と、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域とを同列に位置させることを特徴とする請求項４記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項６】
前記非完全溶融エネルギー領域の間隔が、結晶化された膜に配置される薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍であることを特徴とする請求項４または５に記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項７】
前記非完全溶融エネルギー領域の間隔が、結晶化した膜を基板として用いるフラットパネルディスプレイの画素間隔の整数倍であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。      
【請求項８】
アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化によって結晶化する結晶化方法において、
レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とするアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項９】
前記非完全溶融エネルギー領域は、一定の周期を有する波形からなることを特徴とする請求項８記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１０】
前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域と、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域とを、振幅方向および波の長さ方向でずれるように位置させることを特徴とする請求項９記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１１】
前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域は、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域間の中心に位置し、かつ前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域に対し、波の長さ方向に半周期ずれるように、位置させることを特徴とする請求項１０記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１２】
前記非完全溶融エネルギー領域は、三角波または正弦波状の波形を有していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１３】
前記波形の周期は、結晶化された膜に配置される薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１４】
前記波形の周期は、結晶化した膜を基板として用いるフラットパネルディスプレイの画素間隔の整数倍であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１５】
前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域とを有するレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のアモルファス膜の結晶化方法。
【請求項１６】
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を前記膜に誘導する光学系と、を備え、前記レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域が点在し、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域とするレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することが可能であることを特徴とする結晶化装置。
【請求項１７】
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を前記膜に誘導する光学系と、を備え、前記レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域が波形になって振幅方向に間隔を置いて並列し、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する波形の溶融エネルギー領域とするレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することが可能であることを特徴とする結晶化装置。
【請求項１８】
前記アモルファス膜と前記レーザ光とを相対的に走査する走査装置を備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の結晶化装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体薄膜であるアモルファスシリコン膜などの膜質を改善するために順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイの基板などに用いられる半導体薄膜では、アモルファス膜を用いるものの他、結晶薄膜を用いるものが知られている。この結晶薄膜に関し、アモルファス膜をアニールして結晶化させることにより製造する方法が提案されている。この他に、エネルギー源をレーザにしてシリコン結晶の側面成長を誘導して巨大な単結晶シリコンを製造するＳＬＳ（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（順次側面結晶化）技術が特許文献１や特許文献２で提案されている。
【０００３】
ＳＬＳ技術は、シリコングレインが液状シリコンと固相シリコンの境界面でその境界面に対して垂直方向で成長するという現象に基づいている。レーザエネルギーの強さとレーザビームの走査範囲の移動を適切に調節して、シリコングレインを所定の長さに側面成長させることで非晶質シリコン薄膜を結晶化させることである。
さらに、従来の装置では、シリコンを結晶化するために順次側面結晶化（ＳＬＳ）方法を利用する時の生産効率の改善した手法を提供することが特許文献３で提案されている。  
【０００４】
従来の技術では、図７（ａ）に示すように光学部材１１４に透過領域１１４ａと遮断領域１１４ｂが横方向で長いスリット（長さＷ）になるように、交互に並列させている。このとき、透過領域１１４ａの縦の長さｄは、側面成長するグレインの最大の長さの２倍またはその以下の長さを持つように構成されている。該光学部材１１４を通してアモルファス膜にレーザ光を照射すると、透過領域１１４ａに応じて、アモルファス膜で細帯状に溶融領域が形成され、両側界面でアモルファス固相から側面成長が生じて結晶化される。この際に、図７（ｂ）に示すように、両側界面から側面成長したグレイン１１６ａ、１１６ｂの境界が液相中間で互いに衝突するまで成長し、この部分で線状の突起１１６ｃが形成される。次いで、図７（ｂ）に示すように２ショット目で、前記アモルファス固相部分１１７に透過領域１１４ａを透過したレーザ光が照射されるように前記光学部材１１４を移動させ、レーザ光の照射により該固相部分を含む領域を溶融させる。すると、その両側界面で結晶化されている固相から側面成長が生じて前記アモルファス固相部分が結晶化される。この際にも液相の中間で線状の突起が形成される。上記工程を位置を変えつつ膜面全般に亘って行うことでアモルファス膜の結晶化がなされる。
【０００５】
特許文献３では、上記工程を効率化するために、図８に示すように、光学部材に透過領域１３０ａ、１３１ａと遮断領域１３０ｂ、１３１ｂを有する２つのブロック１３０、１３１を横に並べて設け、さらに、これらブロックに並べて小さい四角形のスリット１３２ａが多数形成された活性化領域１３２が設けられている。
この手法では、非晶質シリコン薄膜が形成された基板を準備する段階と；非晶質シリコン薄膜が形成された基板の上部に第１エネルギー領域（２つのブロック）と第２エネルギー領域（活性化領域）を持つマスクを位置させる段階と；第１エネルギー領域と第２エネルギー領域を持つ光学部材を通して非晶質シリコン薄膜が形成された基板の第１領域上部にレーザビームを照射して基板の第１領域を光学部材の第１エネルギー領域を通して照射されたレーザビームによって結晶化する段階と；結晶化された基板の第１額域に第２エネルギー領域を通じて照射されたレーザビームによって活性化（アニーリング）する段階を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９７／４５８２７パンフレット
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００１−００４１２９号明細書
【特許文献３】特開２００５−５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の結晶成長方法ではいずれも、レーザビームを複数のラインの形に成形してシリコン薄膜を堆積した被照射物に照射し、シリコン薄膜を溶融している。このため、シリコンが液体から固体になる際に生成する突起が線状になって一定間隔に形成される。しかし、ビーム内のエネルギーの差や焦点位置のズレにより、突起の位置に部分的なズレが生じる場合があり、このズレによりムラが発生する。このムラは、結晶化された薄膜をディスプレイに使用したとき、欠陥として現れる。また、レーザ照射する際にはステージを移動させているが、その際にステージの揺れも同様な原因となり、ムラの原因になってしまう。
【０００８】
この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、結晶の成長を任意的にばらつくようにすることにより、部分的な突起のズレが発生してもムラが発生しないようにできる結晶化方法および結晶化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、アモルファス膜の結晶化方法のうち、第１の本発明は、アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化によって結晶化する結晶化方法において、
レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を点在させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、前記非完全溶融エネルギー領域を点在させるとともに該非完全溶融エネルギー領域間を前記溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とする。
【００１０】
上記本発明によれば、点在した非完全溶融エネルギー領域によって生じる固相部分から順次側面結晶化が起こるため、結果的に形成される突起の位置をランダムに制御することができ、装置や外部影響により突起のずれが生じても規則性がないため、ムラにはならない。
また、非完全溶融エネルギー領域が規則的に点在するようにすれば、形成される突起は主に四角形の角部に生成されることになり、突起が発生する面積が小さくなり、ムラが見えなくなる。
なお、非完全溶融エネルギー領域は、膜が固相状態になるものであればよく、レーザ光が低エネルギーで照射されるもの、レーザ光が遮蔽されるもののいずれであってもよい。
なお、点在する非完全溶融エネルギー領域間の間隔としては、順次側面結晶化が生じる際に、側面成長するグレインの最大の長さの２倍またはその以下の長さを持つように設定するのが望ましい。
また、後のレーザ光照射によって、先のレーザ光照射による固相部を含めて液相化するのは、先のレーザ光照射後、直ちに行っても良く、また、先のレーザ光照射を、一定の方向に沿って連続して長い領域で行った後、後のレーザ光照射を一定の方向に沿って連続して長い領域で行うようにしてもよい。
【００１１】
第２の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第１の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域は、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域の間に位置させることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明によれば、先のレーザ光照射によって固相の状態であった膜の部分が、後のレーザ光照射に際し、非完全溶融エネルギー領域となることなく確実に溶融状態になって結晶化がなされる。
【００１３】
第３の本発明のアモルファス膜の結晶化方法によれば、前記第１または第２の本発明において、前記非完全溶融エネルギー領域は、円形または多角形形状を有していることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明によれば、順次側面結晶化の成長方向を特定の方向に偏ることなく進行させて、形成される突起が広い面積で形成されないようにする。多角形形状は、好適には正多角形である。
【００１５】
第４の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域は、同一方向において同一間隔で分布していることを特徴とする。
【００１６】
第４の本発明によれば、順次側面結晶化を均等に行うことができ、良質な結晶化が可能になる。
【００１７】
第５の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第４の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域と、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域とを同列に位置させることを特徴とする。
【００１８】
上記本発明によれば、先のレーザ光照射によって形成された突起部分を、後のレーザ光照射によって消失させて突起の形成面積を小さくすることができる。
【００１９】
第６の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第４または第５の本発明において、前記非完全溶融エネルギー領域の間隔が、結晶化された膜に配置される薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍であることを特徴とする。
【００２０】
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の間に主として突起が形成されるため、この突起を薄膜トランジスタ間の間隙など、支障のない場所に位置するように薄膜トランジスタの配置位置の設計を行うことができる。
【００２１】
第７の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第４〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域の間隔が、結晶化した膜を基板として用いるフラットパネルディスプレイの画素間隔の整数倍であることを特徴とする。
【００２２】
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の間に主として突起が形成されるため、この突起をフラットパネルディスプレイの画素に支障のない場所に位置するように設計を行うことができる。
【００２３】
第８の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化によって結晶化する結晶化方法において、レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とする。
【００２４】
上記本発明によれば、上記非完全溶融エネルギー領域の形状に応じて形成される固相から、波形状に従って、順次側面結晶化が進むので、結果的に形成される突起部の位置がばらついて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。
【００２５】
第９の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第８の本発明において、前記非完全溶融エネルギー領域は、一定の周期を有する波形からなることを特徴とする。
【００２６】
第１０の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第９の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域と、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域とを、振幅方向および波の長さ方向でずれるように位置させることを特徴とする。
【００２７】
上記本発明によれば、先のレーザ光照射による波形の固相と、後のレーザ光照射による波形の固相の位置をずらして順次側面結晶化を行うので、結果的に形成される突起部の位置をばらつかせて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。
【００２８】
第１１の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第１０の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域は、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域間の中心に位置し、かつ前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域に対し、波の長さ方向に半周期ずれるように、位置させることを特徴とする。
【００２９】
上記本発明によれば、先のレーザ光照射による波形の固相と、後のレーザ光照射による波形の固相の位置を適切にずらして順次側面結晶化を行うことができ、突起部の位置を効果的にばらつかせて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。
【００３０】
第１２の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第９〜第１１の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域は、三角波または正弦波状の波形を有していることを特徴とする。
【００３１】
上記本発明によれば、波形の非完全溶融エネルギー領域にしたがって、順次側面結晶化が異なる向きで所定の方向に進行し、順次側面結晶化を略均等に行うことができ、良質な結晶化が可能になる。
【００３２】
第１３の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第９〜第１２の本発明のいずれかにおいて、前記波形の周期は、結晶化された膜に配置される薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍であることを特徴とする。
【００３３】
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の周期に依存して突起の形成位置が定めるため、突起を薄膜トランジスタ間の間隙など、支障のない場所に位置するように薄膜トランジスタの配置位置の設計を行うことができる。
【００３４】
第１４の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第９〜第１３の本発明のいずれかにおいて、前記波形の周期は、結晶化した膜を基板として用いるフラットパネルディスプレイの画素間隔の整数倍であることを特徴とする。      
【００３５】
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の周期に依存して突起の形成位置が定めるため、突起をフラットパネルディスプレイの画素に支障のない場所に位置するように薄膜トランジスタの配置位置の設計を行うことができる。  
【００３６】
第１５の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第１〜第１４の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域とを有するレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することを特徴とする。
【００３７】
上記本発明によれば、上記で定めた前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域のイメージに従って、アモルファス膜に前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域を与えてレーザ光照射を行うことで、順次側面結晶化を効率よく行うことができる。
なお、前記レーザパターンは、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材や光学系（回折格子など）による成形などにより得ることができる。ただし、本発明としては、レーザパターンを得る手段がこれらに限定されるものではない。
【００３８】
上記本発明によれば、上記レーザ光遮蔽または低透過部およびレーザ光透過部を有するレーザパターンにより所定配置形状で非完全溶融エネルギー領域と溶融エネルギー領域とを膜に与えることができる。先のレーザ光照射と、後のレーザ光照射とで、非完全溶融エネルギー領域の位置を異なるようにするには、先のレーザ光照射と後のレーザ光照射でレーザ光を異なる形状に成形してもよく、また成形したレーザ光をレーザ光照射に際し前記位置が異なる分、相対的に移動させても良い。さらに、例えば、レーザ光に先の照射用と、後の照射用とに位置をずらしてレーザ光遮蔽またはレーザ低透過部とレーザ光透過部とが横方向に並ぶように設けておき、先の照射と後の照射とで、相対的に横方向に移動させて、レーザ光を照射するようにしても良い。
【００３９】
第１６の本発明のアモルファス膜の結晶化装置は、アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を前記膜に誘導する光学系と、を備え、前記レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域が点在し、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域とするレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することが可能であることを特徴とする。
【００４０】
上記本発明によれば、前記した本発明の結晶化方法を確実かつ効率的に実行することができる。
【００４１】
第１７の本発明のアモルファス膜の結晶化装置は、アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を前記膜に誘導する光学系と、を備え、前記レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域が波形になって振幅方向に間隔を置いて並列し、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する波形の溶融エネルギー領域とするレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することが可能であることを特徴とする。
【００４２】
上記本発明によれば、前記した本発明の結晶化方法を確実かつ効率的に実行することができる。
なお、上記レーザパターンは、前記したように結晶化装置に、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材や、光学系（回折格子など）などの成形手段を設けることにより得ることができる。
【００４３】
第１８の本発明のアモルファス膜の結晶化装置は、前記第１６または第１７の本発明において、前記アモルファス膜と前記レーザ光とを相対的に走査する走査装置を備えることを特徴とする。
【００４４】
上記本発明によれば、前記成形手段の相対的な移動や、膜の移動により膜全般に亘る結晶化処理をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００４５】
すなわち、本発明のアモルファス膜の結晶化方法によれば、レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を点在させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、前記非完全溶融エネルギー領域を点在させるとともに該非完全溶融エネルギー領域間を前記溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化するので、結晶成長時に発生する突起を点や多角形に制御することで、装置性能や外乱影響による突起のずれによるムラが発生しない。また、突起が発生する領域が減少するために、結晶化後の表面形状が滑らかになる。さらに開口率を上げることが出来、レーザの遮断による発生する散乱光を減らすことにより、レーザビームの均一性を上げることが出来る。
【００４６】
また、他の発明の結晶化方法によれば、レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化するので、波形の結晶成長時に発生する突起の間隔をランダムに制御することができ、装置性能や外乱影響による突起のずれによるムラが発生しない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態の結晶化装置および光学部材の拡大を示す図及び変更例の光学部材の平面と一部拡大を示す図である。
【図２】同じく、先のレーザ光照射時のシリコン膜の変化を示す図である。
【図３】同じく、後のレーザ光照射時のシリコン膜の変化を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態における光学部材および先のレーザ光照射時のシリコン膜の変化を示す図である。
【図５】同じく、後のレーザ光照射時のシリコン膜の変化を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態における光学部材を示す図である。
【図７】従来の順次側面結晶化に用いる光学部材および後のレーザ光照射時の過程を示す図である。
【図８】他の従来例の順次側面結晶化に用いる光学部材を示す図である。における
【発明を実施するための形態】
【００４８】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明の結晶化装置を示すものであり、シリコン膜１０が形成された基板１を載置するステージ２と、該ステージをＸＹＺ軸方向に移動可能とした移動装置３と、所定波長のレーザ光４ａを出力するレーザ光源４とを備えている。上記シリコン膜１０は、処理前においてアモルファスの状態にある。レーザ光源としては、例えばコヒレント社のレーザ発振器ＬＳ２０００（１）もしくはＬＳＸ３１５（波長３０８ｎｍ、繰り返し発振数３００Ｈｚ）を用いることができる。但し、本発明としてはレーザ光源４が特定のものに限定されるものではない。
レーザ光源４で発振されたレーザ光４ａは、ミラー５、結像レンズ６などにより構成される光学系を通して誘導され、基板１のシリコン膜１０に照射される。また、レーザ光４ａの光路（結像レンズ６の入射側）には、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材７が配置されて、レーザ光４ａの整形がなされ、前記結合レンズ６側に至る。また、前記移送装置３によってステージ２を移動させることで、レーザ光４ａとシリコン膜１０との相対的な位置を変更することができる。したがって、移送装置３は、本発明の走査装置に相当する。なお、この形態では、シリコン膜を処理の対象としているが、本発明は、アモルファス膜を結晶膜に処理するものであり、その材料がシリコンに限定されるものではない。
【００４９】
光学部材７は、図１（ｂ）に示すように、複数の円形のレーザ光遮蔽部７ａが行方向および列方向においてそれぞれ等間隔で、かつ行方向および列方向で直線状に揃うように並列して点在しており、該レーザ光遮蔽部７ａ、７ａ間がレーザ光透過部７ｂとなっている。また、該レーザ光遮蔽部７ａ、７ａの間隔は、アモルファス膜を結晶化させて薄膜トランジスタを配置する際に、該薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍になるように、また、これをフラットパネルディスプレイに用いる際の画素の間隔の整数倍になるように、設定されている。
【００５０】
なお、光学部材としては、必ずしも円形のレーザ光遮蔽部が、行方向および列方向で直線状に位置するように並列していることが必要とされるものではない。
図１（ｃ）は、光学部材の変更例を示すものであり、円形のレーザ光遮蔽部７０ａ…７０ａの配置位置が各行で異なる光学部材７０の平面図と一部拡大図を示している。そして、レーザ光遮蔽部７０ａ以外の部分は、レーザ光透過部７０ｂとなっている。
レーザ光遮蔽部７０ａは、図示行方向、列方向でそれぞれ等間隔（行方向と列方向の間隔は異なる）で配列されており、行方向で直線状に配列されているものの、列方向では各行毎に位置がずれている。そのずれ量は、レーザ光遮蔽部７０ａ、７０ａ間の間隔の半分に設定されている。この結果、レーザ光遮蔽部７０ａは、一行置きに列方向での位置が揃うように配列されている。この例では、隣接するレーザ光遮蔽部７０ａ、７０ａの間隔は、図１（ｃ）で示すようにレーザ光遮蔽部７０ａの径Ａと同じ距離Ａか、これよりも大きな距離Ｂを有している。この間隔設定により先のレーザ光照射と後のレーザ光照射とで非完全溶融エネルギー領域が重ならないようにレーザ光の照射を行うことができる。
なお、前記した光学部材７では、隣接するレーザ光遮蔽部７ａ同士が矩形状の角部に位置することになる。一方、光学部材７０では、隣接するレーザ光遮蔽部７０ａ同士が３角形状の頂点に位置することになる。このため光学部材７では、結晶が固相成長する際、矩形内の対角線上の半分まで成長しなければならずレーザ光遮蔽部７０ａに比べて相対的に距離が長く結晶化されない部分が残りやすいので、レーザ光遮蔽部７ａ同士の間隔を狭くせざるを得ない。一方、光学部材７０では、結晶が固相成長する際に、三角形の中心まで成長すれば良く前記レーザ光遮蔽部７ａに比べて相対的に距離が短く、より結晶化されやすいので、レーザ光遮蔽部７０ａ同士の間隔を前記光学部材７よりも広くすることができる。なお、三角形状に位置する際に、各レーザ光遮蔽部７０ａ同士の間隔が各辺で同一になるように、行間隔を設定するのが望ましい。これにより、各レーザ光遮蔽部７０ａから三角形の中心までの距離が同一になり、固相成長による結晶化がより均一になされる。
ただし、以下では、光学部材７を用いた装置について説明する。
【００５１】
以下、光学部材７を備える上記装置を用いて前記基板１にレーザ光を照射して結晶化させる際の作用について説明する。
【００５２】
上記光学部材７を通して、レーザ光源４から出力されたレーザ光４ａをシリコン膜１０の一部領域に照射する。すると、レーザ光４ａは、レーザ光遮蔽部７ａに相当する非照射域では、シリコン膜１０上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部７ｂに相当する照射領域では、シリコン膜１０上で溶融エネルギー領域となるレーザパターンに成形される。この結果、図２（ａ）に示すように、非完全溶融エネルギー領域はアモルファスの固相１０ａとなり、溶融エネルギー領域では液相１０ｂとなる。レーザ光４ａの照射後、固液相界面において固相１０ａから液相１０ｂにかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図２（ｂ）は、図２（ａ）の部分拡大図であり、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ１０ｃを示している。固相１０ａの周囲でグレインバウンドリ１０ｃが放射状に形成され、該グレインバウンドリ１０ｃの先端に連なる４角形およびその角部に突起が形成されやすくなる。
【００５３】
その後、光学部材７またはステージ２を移動させることで、レーザ光遮蔽部７ａに相当する非照射域を、前記固相１０ａ、１０ａの間で同列に位置させる。また、図２（ｃ）に示すように、光学部材７に先照射用と後照射用にそれぞれレーザ光遮蔽部７ａおよびレーザ光透過部７ｂが横方向に並べておき、光学部材７またはステージ２を移動させることで、レーザ光遮蔽部７ａに相当する非照射域を、前記固相１０ａ、１０ａの間で同列に位置させるようにしてもよい。
【００５４】
上記移動後、レーザ光を照射すると、レーザパターンに従ってレーザ光遮蔽部７ａに相当する非照射域では、シリコン膜１０上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部７ｂに相当する照射領域では、シリコン膜１０上で溶融エネルギー領域となる。この結果、非完全溶融エネルギー領域では、固相１０ｄとなり、溶融エネルギー領域では液相となる。このため、先の照射における固相１０ａも液相となる。レーザ光４ａの照射によって、固液相界面において固相１０ｄから液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。
図３（ａ）は、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ１０ｅを示している。固相１０ｄの周囲でグレインバウンドリ１０ｅが放射状に形成され、該グレインバウンドリ１０ｅの先端に連なる４角形およびその角部に突起が形成されやすくなる。
上記結晶化の結果、図３（ｂ）に示すように、結晶化したシリコン膜１０が得られる。
該結晶化シリコン膜１０では、上記したように突起部が線状に並ぶことはなく、ランダムに、かつ小さい面積で位置しており、位置ずれによるムラの原因になることがない。
【００５５】
（実施形態２）
次に、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材のパターンを変更した他の形態を説明する。
この形態では、図４（ａ）に示すように、光学部材１７に所定の幅で三角波形状をなすレーザ光遮蔽部１７ａを有し、他の領域はレーザ光透過部１７ｂとなっている。
【００５６】
上記光学部材１７を通して、レーザ光光源４から出力されたレーザ光４ａをシリコン膜１０の一部領域に照射する。すると、レーザ光４ａは、レーザ光遮蔽部１７ａに相当する非照射域では、シリコン膜１０上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部１７ｂに相当する領域では、シリコン膜１０上で、溶融エネルギー領域となるレーザパターンに成形される。この結果、図４（ｂ）に示すように、非完全溶融エネルギー領域は三角波形状のアモルファスの固相１００ａとなり、溶融エネルギー領域では液相となる。レーザ光４ａの照射後、固液相界面において固相１００ａから液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図４（ｂ）には、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ１００ｃを示している。そして固相１００ａ、１００ａ間で、波形状の突起１００ｄが形成されている。
【００５７】
次いで、光学部材１７またはステージ２を移動させることで、図４（ａ）に示すように、レーザ光遮蔽部１７ａに相当する波形の非照射域が、前記固相１００ａ、１００ａの間で、波の長さ方向に半周期ずれるように位置させる。また、光学部材１７に先照射用と後照射用にそれぞれレーザ光遮蔽部１７ａおよびレーザ光透過部１７ｂが横方向に並べておき、光学部材１７またはステージ２を移動させることで、レーザ光遮蔽部１７ａに相当する非照射域を、前記固相１００ａ、１００ａの間で、波の長さ方向に半周期ずれるように位置させるようにしてもよい。
【００５８】
上記の状態でレーザ光４ａを照射すると、レーザパターンに従って非照射域に相当して三角波状の固相が残り、光学部材１７を通した他の領域が液相となる。このため、先の照射における固相１００ａも液相となる。レーザ光４ａの照射によって、固液相界面において固相から液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図５は、該結晶化がなされた膜を示すものであり、該膜には結晶化によって先の突起１００ｄとともに三角波状に突起１００ｅが形成されている。すなわち先のレーザ光照射により生成された突起１００ｄの中心に後のレーザ光照射により生成する突起１００ｅが入るようにして結晶化を完成する。
【００５９】
なお、上記形態では、波形の非完全溶融エネルギー領域に応じて三角波形状のレーザ光遮蔽部を光学部材１７に設けたが、三角波形状に変えて正弦波形状とすることもできる。図６は、光学部材２７に所定の幅で正弦波状にレーザ光遮蔽部２７ａを設けたものであり、光学部材２７の他部はレーザ光透過部２７ｂとなっている。この光学部材２７を通してアモルファス膜にレーザ光を照射することで、正弦波形状の固相を基点にして順次側面結晶化を進行させることができる。その後、図６に示すように、光学部材２７またはステージ側を移動させて前記レーザ光遮蔽部２７ａに相当する非照射領域が前記固相部と固相部の間に位置し、かつ波の長さ方向で半周期ずれる（図示で上下反転したもの）ようにしてレーザ光を照射することで、該固相部を含めて結晶化を行うことができる。
【００６０】
そして先のレーザ光照射により生成する突起の中心に、後のレーザ光照射により生成する突起が入るようにして結晶化を完成する。
【符号の説明】
【００６１】
１    基板
２    ステージ
３    移動装置
４    レーザ光源
４ａ  レーザ光
５    ミラー
６    結像レンズ
７    光学部材
７ａ  レーザ光遮蔽部
７ｂ  レーザ光透過部
１０    シリコン膜
１７    光学部材
１７ａ  レーザ光遮蔽部
１７ｂ  レーザ光透過部
２７    光学部材
２７ａ  レーザ光遮蔽部
２７ｂ  レーザ光透過部
７０    光学部材
７０ａ  レーザ光遮蔽部
７０ｂ  レーザ光透過部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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