(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶質の膜を準備する方法において、
（ａ）薄膜が堆積された基板を提供する段階であって、前記膜は、レーザー誘導融解させることができる、基板を提供する段階と、
（ｂ）前記膜を、照射領域内でその厚さ全体に亘って融解させることができるだけのフルエンスを有する連続するレーザーパルスを生成する段階であって、各パルスは、或る長さと幅を有する直線ビームを形成し、前記幅は、前記レーザーパルスによって照射される前記薄膜の部分で固体の核が形成されるのを実質的に防止するに十分である、連続するレーザーパルスを生成する段階と、
（ｃ）前記膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射して第１融解帯域を形成する段階であって、前記第１融解帯域は、その長さに沿って幅が変動しており、最大幅（Ｗmax）と最小幅（Ｗmin）を画定し、ここでＷmaxは２Ｗminより短く、前記第１融解帯域は、冷却すると結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、前記膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射段階と、
（ｄ）前記膜を、横方向成長の方向に、Ｗmaxの半分より長く且つＷminより短い距離だけ横方向に動かす段階と、
（ｅ）前記膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射し、前記第１融解帯域の形状と実質的に同じ形状を有する第２融解帯域を形成する段階であって、前記第２融解帯域は、冷却すると結晶化し、前記第１領域内の１つ又は複数の結晶体の延長部である１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、前記膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射する段階と、から成る方法。
【請求項２】
前記直線ビームは、少なくとも５０の長さ対幅のアスペクト比を有しており、前記幅は、ＷminとＷmaxの平均である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記直線ビームは、２ｘ１０5までの長さ対幅のアスペクト比を有している、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｗmaxは７μｍより短い、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記融解帯域の幅は、ＷminとＷmaxの間で１０％を超えて変動する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記融解帯域の幅は、ＷminとＷmaxの間で５０％まで変動する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ｄ）と（ｅ)は、一回の走査で前記基板の幅に亘って前記膜を結晶化させるだけの回数繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記融解帯域は、前記基板の幅と同じ長さを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記融解帯域は、前記基板の長さと同じ長さを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記融解帯域は、少なくとも前記基板の幅の半分の長さを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記融解帯域は、少なくとも基板の長さの半分の長さを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
（ｄ）と（ｅ)は、一回の走査で前記基板の長さと幅に沿って前記膜を結晶化させるだけの回数繰り返される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
（ｄ）と（ｅ)は、一回の走査で前記基板の長さと幅に沿って前記膜を結晶化させるだけの回数繰り返される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記融解帯域の長さは、前記基板の縁部又はその区分の寸法である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記融解帯域の長さは、１つまたは複数の装置の寸法である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記直線ビームは、前記レーザーパルスを所望の寸法の形状に集束することによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザーパルスは、円筒形の光学系を使って直線ビームに集束される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記直線ビームは、更に、マスク、スリット、又は直線状の縁部から成るグループから選択された整形手段を使って整形される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記直線ビームは、マスク、スリット、又は直線状の縁部から成るグループから選択された整形手段を使って整形される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
マスクが前記直線ビームの幅と長さを画定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
スリットが前記直線ビームの幅を画定し、前記直線ビームの長さは、少なくとも１つの光学要素によって画定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記整形手段は、非直線状の造形を備えた長さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記非直線状の造形は、ぎざぎざ歯である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
多結晶質の膜を準備する方法において、
（ａ）薄膜が堆積されている基板を提供する段階であって、前記膜は、レーザー誘導融解させることができる、基板を提供する段階と、
（ｂ）連続するレーザーパルスを生成する段階であって、各パルスは、所定の長さと幅を有し、前記膜を、照射領域内でその厚さ全体に亘って融解させることができるだけのフルエンスを有する直線ビームを形成する、連続するレーザーパルスを生成する段階と、
（ｃ）前記膜の第１部分を複数のレーザーパルスで照射する段階であって、前記照射された膜は、各レーザーパルスの後で結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、前記膜は、各レーザーパルスの後で、横方向の結晶体の成長の方向に第１距離だけ横方向に動かされ、第１結晶質の領域を形成する、前記膜の第１部分を複数のレーザーパルスで照射する段階と、
（ｄ）前記膜が前記横方向の結晶体の成長の方向に動かされるのを中断することなく、前記膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射する段階であって、前記照射された膜は、各レーザーパルスの後で結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、前記膜は、各レーザーパルスの後で、横方向の結晶体の成長の方向に第２距離だけ横方向に動かされ、第２結晶質の領域を形成する、前記膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射する段階と、を含み、
前記第１距離は、横方向の結晶体の成長を中断させる、横方向の成長の方向に実質的に垂直である、場所的に制御された粒界を有する横方向に成長する結晶体の柱を提供するように選択され、
各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、前記第１距離は、前記融解帯域の幅の半分より長く、前記融解帯域の幅より短く、
前記融解帯域は、その長さに沿う幅の変動を示しており、最大幅（Ｗmax）と最小幅（Ｗmin）を画定し、前記第１距離は、Ｗmaxの半分より長く、Ｗminより短い、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
（ｃ）と（ｄ）を１回又は複数回繰り返す段階を更に含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１と第２の距離は、一定のレーザーパルス率で前記膜の速度を変えることによって実現される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記直線ビームの前記所定の幅は、前記照射パターンによる膜領域の照射で核が形成されるのを回避するように選択されている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２距離は、実質的に前記膜運動の方向に伸張している横方向に成長する結晶体を提供するように選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、前記第２距離は、前記融解帯域の幅の半分より短い、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、前記第１距離は、前記融解帯域の幅の半分より長く、前記融解帯域の幅より短く、前記第２距離は、前記融解帯域の幅の半分より長く、前記融解帯域の幅より短い、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１距離は、ピクセルＴＦＴのチャネル領域に適した第１組の所定の結晶特性を提供するように選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２距離は、集積ＴＦＴのチャネル領域に適した第２組の所定の結晶特性を提供するように選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２部分は、２つの隣接するディスプレイ用の一対の集積領域を収容できるほど幅広い、請求３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記融解帯域は、７μｍより短い幅を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記融解帯域は、１０μｍより短い幅を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記融解帯域の長さは、１０ｍｍから１０００ｍｍである、請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
前記直線ビームは、長さ対幅のアスペクト比が少なくとも１０5である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
前記直線ビームは、前記レーザーパルスを、１つ又は複数の所望の寸法の形状に集束させることによって形成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
前記レーザーパルスは、円筒形の光学系を使って直線ビームに集束される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記直線ビームは、マスク、スリット、又は直線状の縁部から成るグループから選択された整形手段を使って整形される、請求項２４に記載の方法。
【請求項４１】
マスクは、前記照射パターンの幅と長さを画定する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
スリットは、前記照射パターンの幅を画定し、前記照射パターンの長さは、少なくとも１つの光学要素によって画定される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
直線状の縁部が、前記整形される直線ビームの幅を画定する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記整形手段は、非直線状造形を備えた長さを有している、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記非直線状造形は、ぎざぎざ歯である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記結晶体の横方向の成長は、１０回から２００回のレーザーパルス毎に中断される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記結晶体の横方向の成長は、前記膜の横方向の再配置が２０から４００ミクロン毎になるように中断される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
横方向の成長の周期的中断は、レーザービームの１つ又は複数のパルスを遮断することによって実現される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
横方向の成長の周期的中断は、レーザーのスイッチを切ることによって実現される、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
横方向の成長の周期的中断は、レーザーの方向を変えることによって実現される、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜材料を処理することに関しており、より具体的には、線ビームレーザー照射を使って、非晶質又は多結晶質の薄膜から結晶質の薄膜を形成することに関する。特に、本開示は、薄膜を処理して、その中に配置される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の性能を実質的に均一にするためのシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００５年４月６日出願の米国仮特許出願第６０／６６８，９３４号「薄膜の直線走査連続横方向凝固」の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９に基づく恩典を請求している、２００５年１２月２日出願の米国特許出願第１１／２９３，６５５号「薄膜の直線走査連続横方向凝固」の恩典を請求し、参考文献としてそれぞれの全体をここに援用する。
【０００３】
近年、非晶質又は多結晶質の半導体膜を結晶化させるか、又はその結晶化度を改良するための様々な技法が研究されてきた。この技術は、画像センサー及びアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭ−ＬＣＤ）装置の様な様々な装置の製造に用いられている。規則的配列の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、適切な基板上に製作され、各トランジスタは、ピクセルコントローラーとして働く。
【０００４】
シリコン膜の様な結晶質の半導体膜は、液晶ディスプレイにピクセルを提供する。その様な膜は、エキシマレーザーで照射した後で、エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）工程で結晶化されて、処理されてきた。連続横方向凝固（ＳＬＳ）技法の様な、液晶ディスプレイ及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイに使用するために半導体の薄膜を処理するための、更に別の有用な方法とシステムについても説明されている。ＳＬＳは、ガラス及びプラスチックの様な熱に耐えられない基板を含む基板上に結晶膜を作るパルスレーザー結晶化処理である。
【０００５】
ＳＬＳは、制御されたレーザーパルスを使用して、基板上の非晶質又は多結晶質の薄膜の或る領域を融解させる。融解した膜の領域は、次に、横方向に結晶化し、方向性凝固した横方向柱状微細構造又は位置制御された大きな単結晶領域になる。一般に、融解／結晶化処理は、多数のレーザーパルスによって、大きな薄膜の面に亘って連続して繰り返される。処理された基板上の膜は、１つのディスプレイを作るために用いられるか、又は、多数のディスプレイを作るために分割される。
【０００６】
しかしながら、従来のＥＬＡとＳＬＳの技法は、レーザーパルスが一回毎に変化するので制限される。或る領域の膜を融解させるのに用いられる各レーザーパルスは、通常、別の領域の膜を融解させるのに用いられる別のレーザーパルスとは異なるエネルギーフルエンスを有する。するとこれは、そのディスプレイの範囲に亘る再結晶化された膜の領域に僅かに異なる性能を生じさせる。例えば、薄膜の隣接する領域を順次的に照射する間に、第１領域は、第１エネルギーフルエンスを有する第１レーザーパルスによって照射され、第２領域は、第１レーザーパルスのとは少なくとも僅かに異なる第２フルエンスを有する第２レーザーパルスによって照射され、第３領域は、第１及び第２レーザーパルスのとは少なくとも僅かに異なる第３フルエンスを有する第３レーザーパルスによって照射される。照射され、結晶化する第１、第２、及び第３の半導体膜の領域で生じるエネルギー密度は、隣接する領域を照射する順次するビームパルスのフルエンスが変化するため、全て、少なくともある程度は互いに異なる。
【０００７】
膜の各領域を融解させるレーザーパルスのフルエンス及び／又はエネルギー密度が変動すると、結晶化した領域の品質と性能が変動する。その後、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）装置が、異なるエネルギーフルエンス及び／又はエネルギー密度のレーザービームパルスによって照射され、結晶化した区域内で製作されると、性能の差が検出される。このこと自体は、同じ色がディスプレイの隣接するピクセルに提供されても互いに異なる色として現れることで証明される。薄膜の隣接する領域の照射が均一でないことのもう１つの必然的な結果は、これらの領域の中の１つの領域内の１つのピクセルから、次の連続する領域内のピクセルへの移行が、その膜から作られたディスプレイで目に見えることである。これは、隣接する２つの領域の間でエネルギー密度が互いに異なるため、これらの領域の間の境界線における移行が、互いに対照的になるためである。
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１１／２９３，６５５号
【特許文献２】米国仮特許出願第６０／６６８，９３４号
【特許文献３】米国特許第６，３２２，６２５号
【特許文献４】米国特許第６，５７３，５３１号
【特許文献５】米国特許出願第１０／９９４２０５号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
半導体膜基板は、半導体膜の隣接する領域上の継続的なビームパルスのエネルギーフルエンスとエネルギー密度が異なることの影響を低減させる工程で結晶化される。影響が低減すると、隣接する結晶化した領域からの移行がより均一で急激な変化が少なくなったＬＣＤ及びＯＬＥＤディスプレイに使用できる膜を提供することができる。
【００１０】
或る態様では、多結晶質の膜を準備する方法は、（ａ）薄膜が堆積された基板を提供する段階であって、前記膜はレーザー誘導融解させることができる、基板を提供する段階と、（ｂ）膜を、照射領域内でその厚さ全体に亘って融解させることができるだけのフルエンスを有する連続するレーザーパルスを生成する段階であって、各パルスは、或る長さと幅を有する直線ビームを形成し、前記幅は、レーザーパルスによって照射される薄膜の部分で固体の核が形成されるのを実質的に防止するに十分である、連続するレーザーパルスを生成する段階と、（ｃ）膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射して第１融解帯域を形成する段階であって、前記第１融解帯域は、その長さに沿って幅が変動しており、最大幅（Ｗmax）と最小幅（Ｗmin）を画定し、Ｗmaxは２Ｗminより短く、第１融解帯域は、冷却すると結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射する段階と、（ｄ）膜を、横方向成長の方向に、Ｗmaxの約半分より長く且つＷminより短い距離だけ横方向に動かす段階と、（ｅ）膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射し、第１融解帯域の形状と実質的に同じ形状を有する第２融解帯域を形成する段階であって、第２融解帯域は、冷却すると結晶化し、第１領域内の１つ又は複数の結晶体の延長部である１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射する段階と、を含んでいる。１つ又は複数の実施形態では、「核形成を実質的に防止するに十分」な幅は、照射状態の下での、膜の特性的横方向成長長さの約２倍以下である。
【００１１】
１つ又は複数の実施形態では、Ｗmaxは、約７μｍ未満、又は約１０μｍ未満である。融解帯域の幅は、その長さに沿って１０％を超えて、又はその長さに沿って５０％まで変動する。融解帯域の長さは、約１０ｍｍから約１０００ｍｍの範囲にある。
１つ又は複数の実施形態では、融解帯域は、概ね基板の幅又は長さほどの長さを有している。１つ又は複数の実施形態では、融解帯域は、少なくとも基板の幅又は長さの半分の長さを有している。
１つ又は複数の実施形態では、段階（ｄ）と（ｅ）は、一回の走査で基板の幅又は長さに亘って膜を結晶化させるだけの回数繰り返される。
【００１２】
別の態様では、多結晶質の膜を準備する方法は、（ａ）薄膜が堆積されている基板を提供する段階であって、前記膜は、レーザー誘導融解させることができる、基板を提供する段階と、（ｂ）膜を、照射領域内でその厚さ全体に亘って融解させることができるだけのフルエンスを有する連続するレーザーパルスを生成する段階であって、各パルスは、所定の長さと幅を有する直線ビームを形成する、連続するレーザーパルスを生成する段階と、（ｃ）膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射し、第１融解帯域を形成する段階であって、第１融解帯域は、基板の縁部に対して或る角度に配置されており、膜の第１融解帯域は、冷却すると結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射する段階と、（ｄ）膜を、基板の縁部に実質的に平行に或る距離だけ横方向に動かす段階であって、前記距離は、第１レーザーパルスと第２レーザーパルスの間に重複部を提供するように選択されている、膜を横方向に動かす段階と、（ｅ）膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射し、第１融解帯域の形状と実質的に同じ形状を有する第２融解帯域を形成する段階であって、第２融解帯域は、第１領域の横方向に成長する結晶体の一部分と重複し、膜の第２融解帯域は、冷却すると結晶化し、第１領域内の１つ又は複数の結晶体の延長部である１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射する段階と、を含んでいる。
【００１３】
１つ又は複数の実施形態では、角度は、約１−５度、又は約１−２０度の範囲にある。
１つ又は複数の実施形態では、融解帯域は、アクティブマトリックスディスプレイ内のピクセルの柱のための位置に対して或る角度に配置されている。
１つ又は複数の実施形態では、横方向に成長する結晶体は、基板の縁部に対して或る角度に向けられている。
１つ又は複数の実施形態では、レーザーパルスの幅は、レーザーパルスによって照射される薄膜の部分に固体の核が形成されるのを防ぐように選択されている。
１つ又は複数の実施形態では、この方法は、横方向に成長する結晶体の横方向の成長を周期的に中断させる段階と、新しい組の横方向に成長する結晶体の成長を開始させる段階を更に含んでいる。結晶体の横方向の成長は、約１０回から約２００回のレーザーパルス毎に、又は膜の横方向の再配置が約２０ミクロンから約４００ミクロン毎になるように中断される。
【００１４】
別の態様では、多結晶質の膜を準備する方法は、（ａ）薄膜が堆積されている基板を提供する段階であって、前記膜は、レーザー誘導融解させることができる、基板を提供する段階と、（ｂ）連続するレーザーパルスを生成する段階であって、各パルスは、所定の長さと幅を有し、膜を、照射領域内でその厚さ全体に亘って融解させることができるだけのフルエンスを有する直線ビームを形成する、連続するレーザーパルスを生成する段階と、（ｃ）膜の第１部分を複数のレーザーパルスで照射する段階であって、照射された膜は、各レーザーパルスの後で結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、膜は、各レーザーパルスの後で、横方向の結晶体の成長の方向に、レーザーパルスに対して第１距離だけ横方向に動かされ、第１結晶質領域を形成する、膜の第１部分を複数のレーザーパルスで照射する段階と、（ｄ）膜が横方向の結晶体の成長の方向に動かされるのを中断することなく、膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射する段階であって、照射された膜は、各レーザーパルスの後で結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、膜は、各レーザーパルスの後で、横方向の結晶体の成長の方向に、レーザーパルスに対して第２距離だけ横方向に動かされ、第２結晶質領域を形成し、前記第１距離は前記第２距離とは異なっている、膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射する段階と、を含んでいる。
【００１５】
１つ又は複数の実施形態では、膜は、基板の領域に亘り、第１並進距離と第２並進距離を交互に動く。第１と第２の並進距離を実現するために、レーザー繰返し率又はサンプル移動速度の何れかを変えることができる。
１つ又は複数の実施形態では、第１距離は、横方向の結晶体の成長を中断させる、横方向の成長の方向に実質的に垂直である、場所的に制御された粒界を有する横方向に成長する結晶体の柱を提供するように選択される。各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、第１距離は、融解帯域の幅の半分より長く、融解帯域の幅より短い。
１つ又は複数の実施形態では、融解帯域は、その長さに沿う幅の変動を示していて、最大幅（Ｗmax）と最小幅（Ｗmin）を画定し、第１距離は、Ｗmaxの約半分より長く、Ｗminより短い。
１つ又は複数の実施形態では、第２距離は、実質的に膜運動の方向に伸張している横方向に成長する結晶体を提供するように選択される。各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、第２距離は、融解帯域の幅の半分より短い。
１つ又は複数の実施形態では、各レーザーパルスは、融解帯域を形成し、第１距離は、融解帯域の幅の半分より長く、融解帯域の幅より短く、第２距離は、融解帯域の幅の半分より長く、融解帯域の幅より短い。
１つ又は複数の実施形態では、第１距離は、ピクセルＴＦＴのチャネル領域に適した第１組の所定の結晶特性を提供するように選択され、及び／又は、第２距離は、集積ＴＦＴのチャネル領域に適した第２組の所定の結晶特性を提供するように選択され、及び／又は、第２部分は、２つの隣接するディスプレイ用の一対の集積領域を収容できるほど幅広い。
【００１６】
１つ又は複数の実施形態では、直線ビームは、レーザーパルスを所望の大きさの形状に集束させることによって形成され、及び／又はレーザーパルスは、円筒形の光学系を使って直線ビームに集束され、及び／又は直線ビームは、更に、マスク、スリット、又は直線状の縁部から成るグループから選択された整形手段を使って整形される。
１つ又は複数の実施形態では、直線ビームは、マスク、スリット、又は直線状の縁部から成るグループから選択された整形手段を使って形成され、マスクが直線ビームの幅と長さを画定するか、スリットが直線ビームの幅を画定し、直線ビームの長さは少なくとも１つの光学要素によって画定されるか、又は、直線状の縁部が整形されるレーザービームの幅を画定する。整形手段は、非直線造形を含んだ長さを有し、及び／又は、非直線造形はぎざぎざ歯である。
１つ又は複数の実施形態では、直線ビームは、長さ対幅のアスペクト比が５０より大きいか、又は、長さ対幅のアスペクト比が２ｘ１０5までである。
１つ又は複数の実施形態では、融解帯域は、約５μｍより短いか、約１０μｍより短い幅を有しており、及び／又は、融解帯域の長さは、約１０ｍｍから約１０００ｍｍの範囲にある。
【００１７】
別の態様では、アクティブマトリックスディスプレイ用の半導体膜を準備するためのシステムは、約４ｋＨｚより高いパルス周波数を有し、３００Ｗより大きい平均出力を有するレーザーパルスを提供するレーザーソースと、レーザービームを直線ビームに整形するレーザー光学系であって、整形されたレーザービームは、直線ビームの長さに沿って実質的に均一なフルエンスを有する、レーザー光学系と、少なくとも１つの方向に並進することができる、サンプルを支持するためのステージと、一組の指示を記憶するためのメモリと、を含んでおり、指示には、
（ａ）膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射して第１融解帯域を形成することであって、前記第１融解帯域は、その長さに沿って幅が変動していることを示していて、最大幅（Ｗmax）と最小幅（Ｗmin）を画定し、第１融解帯域は、冷却すると結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成する、膜の第１領域を第１レーザーパルスで照射することと、
（ｂ）膜を、横方向成長の方向に、Ｗmaxの約半分より長く、Ｗminより短い距離だけ横方向に動かすことと、
（ｃ）膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射し、第１融解帯域の形状と実質的に同じ形状を有する第２融解帯域を形成することであって、前記第２融解帯域は、冷却すると結晶化し、第１領域内の１つ又は複数の結晶体の延長部である１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、システムのレーザー光学系は、２Ｗminより短いＷmaxを提供する、膜の第２領域を第２レーザーパルスで照射することと、が含まれている。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態では、直線ビームは、ＴＦＴの柱用に意図されている位置に対して或る角度に配置されるか、又は、基板の縁部に対して或る角度に配置される。
別の態様では、アクティブマトリックスディスプレイ用の半導体膜を準備するためのシステムは、約４ｋＨｚより高いパルス周波数を有し、３００Ｗより大きな平均出力を有するレーザーパルスを提供するレーザーソースと、レーザービームを直線ビームに整形するレーザー光学系であって、整形されたレーザービームは、直線ビームの長さに沿って実質的に均一なフルエンスを有する、レーザー光学系と、少なくとも１つの方向に並進することができる、サンプルを支持するためのステージと、一組の指示を記憶するためのメモリと、を含んでおり、指示には、
（ａ）膜の第１領域を複数のレーザーパルスで照射することであって、照射された膜は、各レーザーパルス後に結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、膜は、各レーザーパルス後に、横方向の結晶の成長方向に第１距離だけ横方向に動かされ、第１組の所定の結晶特性を有する第１結晶質領域を形成する、膜の第１領域を複数のレーザーパルスで照射することと、
（ｂ）膜が横方向の結晶体の成長の方向に動くのを中断させることなく、膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射することであって、照射された膜は、各レーザーパルス後に結晶化して１つ又は複数の横方向に成長する結晶体を形成し、膜は、各レーザーパルス後に、横方向の結晶の成長の方向に第２距離だけ横方向に動かされ、第２組の所定の結晶特性を有する第２結晶質領域を形成し、前記第１距離は前記第２距離と異なっている、膜の第２部分を複数のレーザーパルスで照射することと、が含まれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を、以下の図面を参照しながら説明するが、図面は、分かり易くするために呈示したものであり、本発明を制限するものではない。
パルス状の狭くて細長いレーザービームを使った薄膜の結晶化について述べる。レーザー誘導融解後の或る領域の膜の結晶化は、レーザーパルスの特性に関係している。特に、結晶化領域の結晶粒子の品質、寸法、及び形状は、領域を融解させるレーザーパルスのエネルギー、空間的プロフィール、及び／又は時間的プロフィールによって決まる。ディスプレイ装置で使用するための多結晶質基板に関して、様々な照射方式について説明する。
【００２０】
結晶質の半導体膜を作るのに用いられるＳＬＳシステムのパルスの不均一は、所与のレーザーパルス内の不均一性、並びに、連続するパルスの間での変動から生じる。例えば、所与のレーザーパルス内で、空間エネルギー密度のプロフィール（例えば、照射の不均一性）、時間的な強度のプロフィール（例えば、パルス持続時間及び／又は時間的形状）、及び／又は画像化（例えば、フィールドの湾曲及びゆがみ）は変化する。更に、レーザーフルエンスにはパルス対パルスの変動があり、連続するレーザーパルスのエネルギー密度に変化を生じさせる。パルス内又はパルス間でこれらの値が徐々に変化すると、出来上がった薄膜の結晶化領域の１つ又は複数の特性、例えば、結晶化した半導体薄膜の微小構造が徐々に変化することになる。これは、結晶化した膜上に作成されたＴＦＴ装置の特性を徐々に変化させ、従って、隣接するピクセル間の明度が徐々に変化する。更に、一組のピクセルが、レーザービームエネルギーのパルス対パルス変動のために、別の組とは異なる照射特性を有するレーザーパルスを使って処理されると、ピクセルの明度の急激な変化が観察される。
【００２１】
長くて細いビームを採用している半導体薄膜結晶化のパルスレーザーシステム及び処理は、レーザーパルス及び画像化の不均一性の原因の少なくとも幾つかを制御することができるので、結晶化された薄膜上に作成されたＴＦＴ装置には、付随する不均一性は観察されない。半導体膜の品質の欠陥又は変化は、ＴＦＴ装置の品質に影響を及ぼすので、これらの膜の欠陥又は変動の性質と場所を制御すると、出来上がったＴＦＴ装置に対するそれらの影響を軽減することができる。
【００２２】
例えば日本のＪＳＷから入手可能な従来型のＳＬＳシステムは、２次元（２−Ｄ）投影システムを使用して、代表的短軸寸法が〜０．５−２．０ｍｍで、代表的長軸寸法が１５−３０ｍｍの長方形のレーザーパルスを生成する。これらの寸法は、少なくとも１つの寸法が、例えば約２−５μｍの様な横方向の粒子成長の程度でなくてはならないＳＬＳには馴染まないので、レーザービームは、複数の小寸法の小ビームを提供するためマスクされる。短軸の強度などにおける絶対的な変化は、長軸に沿ったものよりは少ない。更に、短軸の方向には、例えば〜５０％の様な、相当な重複があり、不均一性の平均化を助けている。従って、短い寸法での不均一性は、ピクセルの明度の差には大して寄与しない。しかしながら、長軸での不均一性は、より顕著であり、より有害である。長軸はディスプレイの寸法より小さいので、走査毎にピクセルの明度が急激に変化するのは避けられない。更に、長軸に沿った不均一性は、ヒトの目に非常にはっきり見える規模である（例えば、１ｃｍで明度が１０％変わる）。目は、無作為のピクセル対ピクセルの変動、及び非常に大規模（数十ｃｍ）で緩やかなピクセル対ピクセルの変動には無理なく耐えることができるが、ディスプレイの領域間の急激な変化、又は小規模（ｍｍからｃｍ）の緩やかな変動には耐えられない。
【００２３】
直線ビームＳＬＳ処理は、１次元（１Ｄ）投影システムを使用し、長く高いアスペクト比のレーザービーム、通常は長さ１−１００ｃｍ程度の、例えば「直線ビーム」を生成する。長さ対幅のアスペクト比は、約５０又はそれ以上、例えば、１００、５００、１０００、２０００、１００００、又は約２ｘ１０5まで或いはそれ以上の範囲にある。１つ又は複数の実施形態では、幅は、ＷminとＷmaxの平均の幅である。後縁のビームの長さは、直線ビームＳＬＳの幾つかの実施形態ではよく画定されない。例えば、エネルギーは変動し、長さの遙か端部ではゆっくり下落する。ここで言う直線ビームの長さは、ビーム長さに沿って実質的に均一なエネルギー密度、例えば平均エネルギー密度又はフルエンスの５％以内のエネルギー密度を有する直線ビームの長さである。或いは、長さは、ここに述べている融解及び凝固段階を実行できるだけのエネルギー密度を有する直線ビームの長さである。
【００２４】
高いアスペクト比の（長い）照射パターンによって照射される薄膜は、１回の走査がディスプレイ全体に十分な大きさの区域を結晶化するので、均一なピクセル対ピクセル明度を提供するＴＦＴを製作するのに使うことができる。ビーム長さは、少なくとも、概略、液晶又はＯＬＥＤディスプレイの様な１つのディスプレイの寸法、又はその何倍かの寸法であるのが望ましく、或いは、概略、多数のディスプレイを切り出すことができる基板の寸法であるのが望ましい。こうすると、膜の照射された領域の間に境界線が現れるのが減り、又は無くなるので好都合である。膜を横切って何度も走査する必要があるときに生じる縫い目状の瑕疵は、一般的に、所与の液晶又はＯＬＥＤディスプレイの中では目に見えない。このビーム長さは、例えば携帯電話用の対角〜２インチの様な携帯電話のディスプレイ用の基板から、ラップトップ型のディスプレイ（アスペクト比は２：３、３：４、又は他の一般的な比率）用の対角１０−１６インチまでの基板を作成するのに適している。
【００２５】
長くて細いビームによる結晶化は、固有のビーム不均一性を有するビームを扱うときに、利点を提供する。例えば、所与のレーザーパルス内の長軸に沿う不均一性は、本来なだらかなものであり、目が検出できる距離よりも遙かに大きな距離に亘って曖昧になる。長軸の長さを、ピクセル寸法、更には、製作される液晶又はＯＬＥＤディスプレイの寸法より実質的に大きくすることによって、レーザー走査の縁部の急激な変化は、所与の製作されるディスプレイ内では、明らかにならない。
長くて細いビームによる結晶化は、ディスプレイ内の個々のＴＦＴ装置は、少なくとも数パルスで結晶化される区域内に在るので、短軸の不均一性の影響を更に低減させる。つまり、短軸沿いの不均一性の規模は、１つのＴＦＴ装置のそれより小さい規模であり、従って、ピクセルの明度の変動を引き起こさない。更に、パルス対パルス変動は、従来型の２Ｄ  ＳＬＳシステムと同じ様にあまり関係しない。
【００２６】
薄膜をＳＬＳ処理するために直線ビームを使用する代表的な方法について、図１から図３を参照しながら述べる。図１は、半導体膜、例えば非晶質シリコン膜の、「方向性」結晶化の前の領域１４０と、長方形領域１６０内で照射しているレーザーパルスを示している。レーザーパルスは、領域１６０内の膜を融解させる。融解した領域の幅は、融解帯域幅（ＭＺＷ）と呼ばれる。レーザー照射領域１６０は、図１では縮尺を合わせて描かれてはおらず、領域の長さは、線１４５、１４５’で示している様に、幅よりも遙かに長いことに留意されたい。これによって、非常に長い膜の領域、例えば、膜から作られるディスプレイの長さと同じか又はそれより長い領域を照射することができる。実施形態の中には、レーザー照射領域の長さは、幾つかの装置、更には基板の幅又は長さを実質的に跨いでいるものもある。適切なレーザー源と光学系を使うと、例えば、一般的な５つの基板の寸法である１０００ｍｍ又はそれ以上の長さのレーザービームを作り出すこともできる。それに比べて、初期のＳＬＳ技法で照射される膜の領域は、ディスプレイの個々のＴＦＴ装置の寸法程度又はそれより小さかった。一般に、ビームの幅は相当に狭いので、レーザー照射のフルエンスは、放射された領域を完全に融解させるほどに高い。実施形態の中には、ビームの幅が、融解した領域内でその後成長する結晶内で核が生成されるのを避けることができるほど狭いものもある。レーザーパルスによって画定される画像の様なレーザー照射パターンは、ここに述べる技法を使って空間的に整形される。例えば、パルスは、マスク又はスリットによって整形される。代わりに、パルスは、集束光学系を使って整形することもできる。
【００２７】
レーザー照射後に、融解した膜は、領域１６０の固体境界線で結晶化し始め、中央線１８０に向かって内向きに結晶化し続け、代表的な結晶体１８１の様な結晶を形成する。結晶体が成長する距離は、特性的横方向成長長さ（特性的「ＬＧＬ」）とも呼ばれ、膜の組成、膜の厚さ、基板温度、レーザーパルス特性、緩衝層材料、及び、使用している場合は、マスク構成などの関数であり、成長が、過冷液体内で固体の核形成が生じることによってのみ制限されるときに生じるＬＧＬとして定義することができる。例えば、厚さ５０ｎｍのシリコン膜の典型的な特性的横方向成長長さは、約１−５μｍ又は約２．５μｍである。成長が、ここに述べている場合の様に、２つの先端が中央線１８０に近づくと、他方の横方向に成長してくる先端によって制限される場合、ＬＧＬは、特性的ＬＧＬより短くなる。その場合、ＬＧＬは、通常、融解帯域幅の約半分である。
【００２８】
横方向に結晶化した結果、所望の結晶学的方位の粒界及び細長い結晶体の「場所的に制御された成長」が得られる。ここで述べている「場所的に制御された成長」とは、特定のビーム照射段階を使って、粒子と粒界の場所を制御すること、と定義される。
領域１６０が照射され、次に横方向に結晶化した後で、シリコン膜は、結晶体の成長方向に、横方向結晶体の成長長さより短い距離、例えば、横方向成長長さの９０％未満の距離だけ進められる。その後のレーザーパルスは、シリコン膜の新しい区域に向けられる。「方向性」結晶体、例えば、特定の軸に沿って十分に伸びている結晶体を製作するには、次のパルスは、既に結晶化されている区域と実質的に重なるのが望ましい。膜を短い距離だけ進ませることによって、初期のレーザーパルスによって作られた結晶体が、隣接する材料の次の結晶化の種晶として働く。膜を短い距離進ませる処理段階を繰り返し、各段階で膜にレーザーパルスを照射することによって、結晶体が、膜を横切って横方向に、レーザーパルスに対する膜の運動の方向に成長させられる。
【００２９】
図２は、膜の移動とレーザーパルスによる照射を数回繰り返した後の膜の領域１４０を示している。明確に示している通り、数回のパルスによって照射された区域１２０は、照射パターンの長さに実質的に垂直な方向に成長した細長い結晶体を形成している。実質的に垂直であるとは、結晶境界１３０によって形成されている大部分の線が、点線の中央線１８０と交差するように伸張していることを意味している。
【００３０】
図３は、結晶化がほぼ完了した後の膜の領域１４０を示している。結晶体は、照射領域に対する膜の運動の方向に成長し続けて、多結晶質の領域を形成している。膜は、領域１６０の様な、照射される領域に向かって、実質的に等しい距離だけ進み続けるのが望ましい。膜の移動と照射は、照射された区域が、膜の多結晶質領域の縁部に達するまで繰り返される。
【００３１】
数多くのレーザーパルスを使って、或る領域、即ち、レーザーパルスの間の膜の短い並進距離に照射することによって、非常に細長くて欠陥密度が低い粒子を有する膜が作られる。その様な粒子構造は、粒子が、明らかに認識できる方向を向いているので、「方向性」と呼ばれる。更なる詳細については、米国特許第６，３２２，６２５号を参照されたく、その内容全体を、参考文献としてここに援用する。
【００３２】
高アスペクト比のパルスを使った連続的横方向凝固に関する上記方法によれば、複数のパルスを使って１回横方向に基板を横切って走査することで、全サンプル区域が結晶化される。しかしながら、結晶体粒子を連続して伸張させると、結晶体粒子の拡幅によって、局所的テキスチャーが生じることになる。結晶体粒子の拡幅は、一定の結晶学的方位の間の競合的な横方向の成長の結果として起こる。拡幅した粒子自体が、多くの欠陥を作り始め、その種類（例えば、低角度粒界、双粒界、又は無作為の高角度粒界）と密度は、成長の方向における結晶学的方位によって変わる。各粒子は、類似の特性を有する粒子の「ファミリー」に分解される。これらの粒子のファミリーは、例えば、サンプルの構成及び結晶化の状態次第で、非常に幅広に、例えば、１０μｍ、更には５０μｍより幅広になる。ＴＦＴの性能は、粒子の結晶学的方位（例えば、表面方位の関数であるインターフェース欠陥密度の変動を通して）と粒子の欠陥密度の両方に依存するので、この局所的テキスチャーは、ＴＦＴの性能を大きく変動させることになりかねない。従って、時には、領域によっては、粒子の成長を中断させて、局所的テキスチャーの形成と、欠陥密度における関係する領域的変動を回避することが望ましい場合もある。
【００３３】
１つ又は複数の実施形態では、結晶構造は、一連のパルスを中断し、走査方向の横方向の成長を故意に中断することによって更に制御される。従って、１つ又は複数の実施形態によれば、基板表面へのレーザー照射の投影は遮断され、融解と後に続く結晶化が起こらない。この結果、膜内の垂直の粒界が断続的になるので、新しい種の組が作られ、「新鮮な」粒子の組が成長し始める。粒子の成長を中断させると、粒子ファミリー又は局所的なテキスチャーの過剰な拡幅を防ぐことができるが、テキスチャーがＴＦＴ性能と従ってピクセル明度に異なる影響を及ぼすことになるので、望ましく無い面もある。１つ又は複数の実施形態では、横方向の結晶成長は、約１０−２００又は１０−１００パルス毎、或いは、約２０−４００又は２０−２００μｍの繰り返し距離毎に中断される。横方向の結晶成長は、レーザービームを定期的に基板表面から離れる方向に向け直すことによって、又は、１回又は数回のパルスが持続している間に、レーザー経路内にビーム遮断部を配置することによって中断される。これら垂直な粒界の場所は、周知であり、処理によって慎重に制御される。ピクセル及びディスプレイ処理は、これらの領域を回避できるように設計される。
【００３４】
ここでは「均一な粒子の連続横方向凝固」又は「均一なＳＬＳ」と呼ばれている代わりの照射プロトコルが、横方向に細長い結晶体の柱を繰り返すことを特徴とする均一な結晶質の膜を作成するのに用いられる。結晶化プロトコルには、横方向成長長さより長い量、例えば、δ＞ＬＧＬだけ膜を進めることが関わっており、ここに、δは、パルス間の並進距離であり、横方向成長長さの２倍よりは短く、即ち、δ＜２ＬＧＬである。均一な結晶成長について、図４Ａ−図４Ｃを参照しながら説明する。
【００３５】
図４Ａでは、第１照射は、膜上で、幅が狭く、例えば横方向成長長さの２倍より短く、細長い、例えば１０ｍｍより長く１０００ｍｍ以上の、膜を完全に融解させるだけのエネルギー密度を有するレーザービームパルスで実行される。その結果、レーザービームに曝されている膜（図４Ａの領域４００）は、完全に融解し、結晶化する。この場合、粒子は、未照射領域と融解領域の間の界面４２０から横方向に成長する。融解帯域幅が特性的ＬＧＬの約２倍より狭くなるようにレーザーパルス幅を選択することによって、両方の固体／融解界面から成長する粒子は、融解した領域のほぼ中央、例えば中央線４０５で互いに突き当たり、横方向の成長が止まる。２つの融解状態の最前線は、核形成が始まるほど融解温度が低くなる前に、ほぼ中央線４０５で突き当たる。
【００３６】
図４Ｂでは、少なくとも約ＬＧＬより長く、最大でもＬＧＬの２倍より短い所定の距離δだけ変位させた後、基板の第２領域４００’が、第２レーザービームパルスによって照射される。基板の変位δは、所望のレーザービームパルスの重複の程度に関係する。基板の変位が長くなるほど、重複の程度は小さくなる。レーザービームの重複度は、ＬＧＬの約９０％より低く、約１０％より多くなるようにするのが好都合で望ましい。重複領域は、括弧４３０と点線４３５で示されている。第２レーザービームの照射に曝される膜領域４００’は、完全に融解し、結晶化する。この場合、第１照射パルスによって成長した粒子は、第２照射パルスにより成長する粒子の横方向成長の結晶化の種子として作用する。図４Ｃは、横方向成長長さを超えて横方向に伸張した結晶体を有する領域４４０を示している。この様に、細長い結晶体の柱は、平均して２つのレーザービーム照射によって形成される。横方向に伸びる結晶体の柱を形成するのに必要なのは２つの照射パルスだけなので、この処理は、「２ショット」処理とも呼ばれる。基板に亘って照射し続けると、横方向に伸張する多数の柱ができる。図４Ｄは、何度も照射した後の基板の微小構造を示しており、横方向に伸張した結晶体の数個の柱４４０を描いている。
【００３７】
従って、均一なＳＬＳでは、膜は、２回の様な少ない回数のパルスで照射されて融解し、このパルスは、「方向性」膜の場合よりも制限された範囲まで横方向に重なる。融解した領域内で形成される結晶体は、横方向に、同様の方位で成長し、膜の特定の照射された領域内の境界面で互いに出合うのが望ましい。照射パターンの幅は、核が形成されることなく結晶体が成長するように選択されるのが望ましい。その様な場合、粒子は、それほど細長くはないが、寸法と方位は一様である。更なる詳細については、米国特許第６，５７３，５３１号を参照されたく、その内容全体を、参考文献としてここに援用する。
【００３８】
一般に、結晶化の間に膜自体を動かす必要は無く、つまり、照射される領域と膜を相対的に動かすのではなく、レーザービーム又はレーザービームの形状を画定しているマスクに、膜全体を走査させればよい。しかしながら、レーザービームに対して膜を動かすと、後の各照射事象の間に、レーザービームの不均一性を改良することができる。
【００３９】
融解帯域の幅が、その長さに沿って比較的不変である従来型の２Ｄ投影ＳＬＳとは異なり、１Ｄ投影直線ビームレーザーパルスには、非周縁のビームゆがみソースが追加されている。直線走査ＳＬＳ処理の融解帯域幅は、照射される領域の長さに沿って、相当程度変動する。融解帯域幅の変動は、焦点深度限界、レーザービームプロフィールの縁部のぼけ、パルス対パルスエネルギー密度の変動、サンプル内厚さの変動、基板厚さの変動、ステージの平坦度不良、光学要素の屈折の不均一性、反射光学系の不完全さ、理想的なガウスの短軸及びトップハットの長軸の生ビームプロフィールからの強度の偏りなど、多数の要因に依る。これらの影響は、長さ方向のビームのアスペクト比が高いために、照射された領域の長さに沿って更に明白になる。目標の幅からの偏りは、ビームを整形するのを支援し、鋭いエネルギー密度プロフィールを提供するのにマスクが用いられる場合にさえ観察される。幅の偏りは、極めて重要であり、長さに沿う幅の変動は、＋／−１０％が一般的であり、＋／−５０％までの変動が報告されている。
【００４０】
これは、直線ビームレーザーパルスで照射した後の膜の融解領域５００の平面／上面図を描いている図５に、概略的に示されている。長さに沿う幅の変化は、分かり易くするため誇張している。融解領域は、長い周縁５１０と５１０’を含んでおり、それらがビームパルス幅の変動を示している。その幅が最も広い位置で、融解領域の幅はＷmaxである。その幅が最も狭い位置で、融解領域の幅はＷminである。結晶化の間に、結晶体は、長い周縁５１０、５１０’から仮想の中央線５２０に向かって横方向に成長する。融解領域の向かい合う両側から横方向に成長する結晶体は、全体的に、ほぼ中央線で出合うので、中央線が測定位置として用いられる。横方向に成長した最終的な結晶体の長さは、相当に異なっており、その範囲は、Ｗmaxの約半分に相当するＬＧＬmaxからＷminの半分に相当するＬＧＬminに及ぶ。
【００４１】
この様にビームがゆがんでいる状態の下では、平均横方向成長長さ（ＬＧＬavg）より長く、平均横方向成長長さの２倍（２ＬＧＬavg）より短い従来型の歩進距離は、均一な粒子構造を提供しない。これは、図６Ａと図６Ｂに示されている。図６Ａでは、横方向結晶化領域６００が示されており、長さに沿う融解帯域幅のゆがみを示している。粒子は、中央線６１０で出会うまで横方向に成長し、異なる粒子長さの横方向成長結晶体を作る。結晶体６２０は、図６Ａに示している最大粒子長さＬＧＬmaxを有している。結晶体６３０は、これも図６Ａに示している最小粒子長さＬＧＬminを有している。サンプルが、例えば、ＬＧＬavgより長く、ＬＧＬavgの２倍より短い距離だけ動かされると、第２層パルスは、横方向に成長した結晶体領域６００と完全には重ならない。膜の領域は、照射されず、非晶質又は低品質の結晶材料の島６７０ができる。
【００４２】
図６Ｂは、第１領域から、ＬＧＬavgより長く、ＬＧＬavgの２倍より短い距離だけ進められた第２の照射領域６００’を示している。２つの照射領域の間の重複は、括弧６５０と点線６４０によって示されている。領域６７０は、第１又は第２のどちらの照射パルスによっても照射されない。図６Ｃに示している様に、横方向凝固によって、横方向成長長さを超えて横方向に伸張する結晶体を有する領域６６０が形成されているが、非晶質又は多結晶質の島６７０が領域６６０内に残っている。ＴＦＴ装置が、非晶質領域６７０を含む領域６６０の部分を覆って配置されると、ＴＦＴの性能は悪影響を受ける。従って、２ショット処理の歩進距離を判断する際には、ビーム幅のゆがみを考慮しなければならない。１つの融解領域の幅の変動に加えて、例えば焦点又はエネルギー密度におけるパルス対パルスの変動も、融解領域の中で幅に差をつける。従って、ＬＧＬminとＬＧＬmaxは、パルス対パルスの変動によって、実際に小さくなったり大きくなったりして、この増大する範囲も同様に考慮される。
【００４３】
上記例は、第２レーザーパルスが、結晶した領域６００を「行き過ぎ」て、照射されない領域６７０ができるシナリオについて述べている。歩進距離が短すぎるときには、第２レーザーパルスの整列不良のもう１つの例が起こり、第２パルスは、結晶した領域７００に「達しない」ので、２ショット処理が達成されない箇所が生じる。図７Ａに示している様に、レーザーパルス７００’は、領域７００の全長に沿って中央線７１０と交わっていない。重複領域は、括弧７０５と点線７１０によって示されている。第２レーザーパルス７００’が中央線７１０を超えていない部分では、方向性結晶化（均一な結晶化ではない）が起こる。２歩進処理に必要な、第２レーザーパルス６００’が中央線７１０を超える部分では、均一な結晶化が起こる。図７Ｂは、出来上がった結晶粒子構造を示している。
【００４４】
レーザー照射処理のその様な欠陥を回避するために、本発明の１つ又は複数の実施形態では、サンプルは、Ｗmaxの約半分より長く、略Ｗminより短い距離δだけ進められ、即ちＷmax＜δ＜２Ｗminである。先に述べた様に、結果としての横方向に成長した結晶体は変動する。ＬＧＬmaxは、照射及び横方向結晶化後の領域内で最も長い横方向粒子長さであり、Ｗmaxの半分に相当する。同様に、ＬＧＬminは、照射及び横方向結晶化後の領域内で最も短い横方向粒子長さであり、Ｗminに相当する。歩進距離をこの様にして画定することによって、１つの照射作用と次の照射作用が完全に重なり、照射されない基板の島が回避される。δをＷmaxの半分より長くすることによって、第２レーザーパルスは、横方向に結晶した領域の中央線と確実に交差するようになり（図７Ａ−Ｂに関連して先に述べた問題を回避し）、それにより、均一な粒子だけが成長することが保証される。δをＷminより短くすることによって、非晶質材料の島を生じさせる照射の過剰歩進と間隙が回避される（図６Ａ−図６Ｃに関連して先に述べた）。
【００４５】
このことは、図８Ａと図８Ｂに示されており、並進距離δは、第１と第２のレーザー照射パルスが最適に重なるように選択される。図８Ａでは、結晶体８１５と８１８は、融解領域８００から横方向に成長しており、その長さに沿って幅が変動し、様々な長さの結晶体を生じさせている。結晶体８２０は、図８Ａに示されている最大粒子長さＬＧＬmaxを有している。結晶体８３０は、図８Ａに示されている最小粒子長さＬＧＬminを有している。サンプルは、ＬＧＬmaxより長く、ＬＧＬminの２倍より短い（更に、Ｗmaxの半分より長く、Ｗminより短い）距離だけ動かされる。第１と第２位置の間の重複部は、括弧８４０と点線８５０によって示されている。第２レーザービーム照射に曝される膜領域８６０は、融解して結晶化する。この場合。第１照射パルスによって成長した粒子は、レーザーパルスの全長に沿った横方向の成長のための結晶化の種子として作用する。図８Ｂは、横方向成長長さを超えて横方向に伸張している（全てが実質的に同様の長さである）結晶体を有する領域８７０を示している。この様に、均一なＬＧＬの細長い結晶体の柱は、平均して２つのレーザービーム照射によって形成され、歩進距離の超過又は不足が回避される。
【００４６】
ＬＧＬmaxとＬＧＬminは、特定のレーザー条件と基板特性のセットに対する特定の結晶化条件の関数である。ＬＧＬmaxとＬＧＬminの具体的な数値は、サンプルに制御された照射を行い、変動する横方向の成長の長さを、例えば、出来上がった結晶体を高倍率で検査するなどして測定することにより実験的に求めることができる。代わりに、ビーム幅の変動（及び横方向成長長さの対応する変動）を、結晶化に関わる処理変数の影響を定義するプロセスモデルを使って合理的に推定することもできる。膜厚、膜内厚さのばらつき、焦点深度限界、パルス対パルスエネルギー密度の変動などの処理変数を、個別の及び／又は集合的な因子がどの様に作動して結晶化処理に影響するかを理解又は定義するモデルに入力することもできる。この目的の適合させるのに適したモデルについては、先に述べた。Robert  S  Sposili、博士論文第８章「ＳＬＳ処理の数学モデル」コロンビア大学、２００１年を参照されたい。
【００４７】
ビーム幅の変動は、均一な粒子の成長に特に顕著な影響を有するが、方向性直線ビームＳＬＳ用のＳＬＳ処理も、この変動に配慮して設計されている。従って、方向性ＳＬＳ処理の歩進距離は、ＬＧＬminより短くなければならない。方向性粒子成長における歩進距離は、通常は短いので、この要件は、大部分の処理プロトコルと合致する。
【００４８】
本発明の別の態様では、パルスからパルスへの並進距離は、膜の異なる領域で選択された特徴を得るためにレーザーを基板に亘って走査する際に変わる。１つ又は複数の実施形態では、膜は、少なくとも膜の２つの領域が異なるパルス対パルス並進距離を動かされる直線ビームＳＬＳ結晶化に供される。
【００４９】
例えば、膜の第１領域は、膜が、均一な結晶体粒子構造を作ることができるだけのパルス対パルス並進距離、例えば、ＬＧＬmax＜δ＜２ＬＧＬminを提供する速度で動いている状態で、直線ビームＳＬＳ結晶化に供され、膜の第２領域は、膜が、方向性結晶体粒子構造を作ることができるだけのパルス対パルス並進距離、例えば、δ＜ＬＧＬminを提供する速度で動いている状態で、直線ビームＳＬＳ結晶化に供される。パルス対パルス並進距離の変化は、結晶化させている基板又は基板の部分に亘る１回の走査で起こる。
【００５０】
別の例では、膜の第１領域は、膜が、方向性結晶体粒子構造を作ることができるだけの第１パルス対パルス並進距離を提供する速度で動いている状態で、直線ビームＳＬＳ結晶化に供され、膜の第２領域は、膜が、方向性結晶体粒子構造を作ることができるだけの第２パルス対パルス移動距離を提供する速度で動いている状態で、直線ビームＳＬＳ結晶化に供され、第１と第２のパルス対パルス並進距離は異なっている。レーザーの繰返し率は通常一定である。或いは、基板速度は一定で、レーザー繰返し率が変化し、膜の２つの領域内のパルス対パルス並進距離が変わる。
【００５１】
工程を図９に示している。膜サンプル９００は、膜が直線ビームレーザーパルスの下を、矢印９２０によって示されている方向に動くときに、直線ビームレーザーパルス９１０によって照らされる。サンプルは、異なる速度で動くことができるので、パルス対パルス並進距離は変えることができる。別の実施形態では、パルス対パルス並進距離は、レーザーパルス周波数を変えることによって変えられる。膜サンプル９００の区画９３０がレーザー直線ビームの下を移動するときに、膜は、例えば、均一な結晶体成長を得るのに適したパルス対パルス並進距離を提供する第１速度で動く。膜サンプル９００の区画９４０がレーザー直線ビームの下を移動するときに、膜は、例えば、方向性結晶体成長を得るのに適したパルス対パルス並進距離を提供する第２速度で動く。この様にして、異なる結晶構造を有する領域は、パルス状レーザー直線ビームの、膜の１区画を横切る一回の走査で形成される。その区画は、膜サンプルの全長（Ｌ）でもよいし、その一部、例えばＬ／２、Ｌ／４などでもよい。
【００５２】
シリコン膜内の電子の移動度の様な膜の特性は、並進距離が横方向成長長さより短い方向性ＳＬＳ方式において並進距離δが増すにつれて悪化する。同様に、膜の特性は、方向性的に成長した結晶体と均一に成長した結晶体では異なる。方向性的に成長した結晶体は、一般的に、優れた膜特性を示すが、これは、材料処理量が低減するという犠牲を伴う。レーザーが選基板の択された領域を横切って走査するときに膜のパルス対パルス並進距離を変えることによって、リソース（例えば、レーザーエネルギー）を最大にし、所望の膜特性を提供することができる最大並進距離を使って各領域を照射することによって処理量を増やすことができる。これらの異なる結晶質領域の場所は、周知であり、処理によって慎重に制御される。ピクセルとディスプレイの処理は、これらの装置を適切な結晶質領域内に配置できるように設計されている。
【００５３】
別の態様では、異なる膜特性を有する膜領域は、膜領域を選択的に前処理し、所望の膜の特性を付与することによって得られる。膜の品質は、基板の領域を、テキスチャ誘導及び粒子サイズ拡大処理を使って事前結晶化させることによって制御される。続いて、事前結晶化された基板は、均一なＳＬＳの様なＳＬＳによって処理され、異なる結晶特性の領域が得られる。
【００５４】
テキスチャ化された膜には、少なくとも１つの方向に、大部分は同じ結晶学的方位を有する粒子が含まれているが、それらは、表面上に不規則に配置されており、特定のサイズ（微小構造）ではない。より具体的には、多結晶質の薄膜の大部分の晶子の１つの結晶学的軸が、優先的に所与の方向に向いていれば、テキスチャは、単軸テキスチャである。ここに述べた実施形態では、単軸テキスチャの優先方向は、晶子の面に垂直な方向である。従って、「テキスチャ」は、ここで用いる場合は、粒子の単軸表面テキスチャである。テキスチャの程度は、具体的な用例に依って変わる。結晶学的方位は、＜１１１＞方位であり、別の実施形態では、＜１００＞方位であり、別の実施形態では、結晶学的方位には＜１１０＞方位が含まれている。別の実施形態では、膜の異なる領域は、異なる結晶学的方位を含んでいる。
【００５５】
しかしながら、結晶方位の違いは、装置の挙動の違いに繋がる。均一性は、ＳＬＳ処理で成長する粒子の方位を制御することによって改良される。全粒子が、処理される領域内で同じ結晶学的方位を有しているので、その領域内に配置される装置のＴＦＴ均一性が改良される。装置は、選択された方位の領域内に選択的に配置することができる。例えば、スイッチ回路に用いられるＴＦＴとは違って、ドライバ回路に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）には、より高度なテキスチャが望ましい。
【００５６】
異なる結晶質形態と異なる膜特性を有する領域を提供するため、膜の選択された領域は、選択されたテキスチャと大きな粒子サイズをその膜の領域に導入するよう処理される。多くのテキスチャ誘導法が、大きな粒子サイズに繋がっている。特定の方位を有する粒子は、他の粒子を犠牲にして成長するので、粒子の数は減少し、粒子の平均サイズが大きくなる。前駆テキスチャ膜を得る従来の方法には、帯域融解再結晶化（ＺＭＲ）、固相再結晶化、直接堆積技法（化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸発）、表面エネルギー被駆動二次粒子成長（ＳＥＤＳＧＧ）、及びパルスレーザー結晶化（ＳＬＳ、多重パルスＥＬＡ）方法が含まれる。他のテキスチャ誘導方法を、同様の方法で、テキスチャ化された前駆体を作るのに使用することも考えられる。
【００５７】
参考文献としてここに援用する、共同所有されている係属中の米国出願第１０／９９４２０５号「結晶学的方位が制御されているポリシリコン膜を作るためのシステムと方法」に論じられている様に、結晶化した膜の方位は、先ず、確立されたテキスチャ技術を使って所望のテキスチャを膜内に作り、次に、選択されたＳＬＳ結晶化処理を使って所望の結晶質微小構造を作ることにより、得られる。
【００５８】
ディスプレイは、画素（ピクセル）のグリッド（又はマトリックス）で構成されている。これらの数千又は数百万のピクセルは、一つになって、ディスプレイ上に画像を作る。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、各ピクセルを個別に「オン」（明るい）又は「オフ」（暗い）に切り替えるスイッチとして作用する。ＴＦＴは、ディスプレイ上にマトリックス状に配置された能動素子である。最近は、その様な能動マトリックスは、外部駆動回路への接続を要する。最新の開発努力は、ＴＦＴのドライバ回路を同じ半導体膜上に統合することに向けられている。ドライバ回路は、通常、より厳格な性能要件を有しており、例えば、ピクセルＴＦＴの要件よりも、電子移動度が高いこと、漏洩電流が少ないこと、及び閾値電圧が低いことである。直線ビームＳＬＳ処理の並進距離を変えることによって、シリコン膜の結晶粒子構造を変える能力は、開発者が、特定の統合及びディスプレイ用途に合わせて、多結晶質のシリコン膜を特注仕様で作ることができるようにしている。
【００５９】
別の態様では、結晶化の角度は、ディスプレイパネルの様な基板の縁部から僅かにずれている。線走査レーザーパルスがディスプレイパネルの縁部と整列しているときは、パルス対パルス変動を平均化しているにも関わらず、同様の明度のピクセルの柱が生じる場合もある。その様な場合、傾斜した微小構造を作るために、走査の方向を僅かにずらすのが望ましい。傾斜は、同じ一連のレーザーパルスを使って結晶化させたＴＦＴ領域が、間隔を広く空けて配置されるように選択される。１つ又は複数の実施形態では、約１−５°又は約１−２０°の様な小さい傾斜角度が用いられている。
【００６０】
図１０Ａは、或る角度で表面化を実施するための、レーザーとサンプルの配置の概略図である。１つ又は複数の実施形態では、パルスレーザー直線ビーム１０００は、基板１０１０に対して或る角度に整形されている。直線ビームの長さＬlbは、膜サンプルｘの選択された全区画を覆うように選択されている。直線ビーム長さと膜サンプル区画の関係は、Ｌlbｃｏｓθ＝ｘである。サンプルは、矢印１０２０が示す方向に動く。代表的な結晶粒子構造を図１０Ｂに示している。
【００６１】
傾斜した粒界を使用するのは、均一な粒子構造には好都合である。均一な結晶化は、粒界の場所を制御し、周期的な均一の粒子構造を提供するが、周期性は、粒子の長い寸法でのみ制御される。しかしながら、短い粒界同士の間隔を制御することはできない。ＴＦＴを、シリコン基板上に、均一に結晶した膜の長い寸法の粒界に対して或る傾斜角度で配置することが望まれる。米国特許第２００５／００３４６５３号「微小構造の整列不良による多結晶質ＴＦＴの均一性」を参照されたく、同特許を参考文献としてここに援用する。これは、ＴＦＴを傾斜させることによって実現されるが、ＴＦＴ製作プロトコルがこれを難しくしている。１つ又は複数の実施形態によれば、基板縁部に対して或る角度で周期的な均一の粒子構造が提供されている。ＴＦＴは、次に、従来の方法で製造される。
【００６２】
方向性を持って配置される結晶体は、結晶体方位の意図的な傾斜からも利益を得る。方向性を持って配置される多結晶質の膜は、粒子成長の方向に垂直な繰り返す長い粒界を有していないが、均一な多結晶質材料で観察される様に、膜は、膜特性、最も顕著には膜厚さ、の周期的な変動を示す。ＳＬＳ結晶化では、膜厚が波形に又は周期的に変動し、膜の区域に亘って高い領域と低い領域が生じる。装置の特性は、膜厚、表面形態（例えば、表面が凹状又は凸状に湾曲していれば、ゲート誘電体上（従って半導体膜内）を覆う電界の変動を通して）、及び表面の形態（例えば、ゲート誘電体膜の堆積中に、カバーを、傾斜した領域よりも平坦な領域が良くカバーされる）により生じるゲート誘電体の厚さの変動、の関数である。方向性粒子を、基板の縁部及び膜内で製作されるＴＦＴ装置に対して或る傾斜角度に向けることは、各ＴＦＴ装置を厚い領域と薄い領域の両方に架橋して、性能の違いを平均化するのに役立つ。方向性ＳＬＳの傾斜技術も、同じ「粒子ファミリー」に属する多数の隣接するピクセルＴＦＴを持つのを回避する１つの方法である。粒子がピクセルＴＦＴアレイに対して対角線状に成長する場合は、或る粒子のファミリーが、幾つかのＴＦＴの内の唯１つのＴＦＴチャネルと交差することが想像される。
【００６３】
高アスペクト比パルスを使った直線走査結晶化システム２００の概略図を図１１に示している。システムは、例えば、３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ）又は２４８ｎｍ又は３５１ｎｍで作動するレーザーパルスソース２０２を含んでいる。一連のミラー２０６、２０８、２１０は、レーザービームをサンプルのステージ２１２に向け、サンプルステージは、ｘ及びｚ（及び随意的にｙ）方向にサブミクロンの精度を期すことができる。システムは、更に、レーザービームの空間的プロフィールを制御するのに用いられるスリット２２０と、スリット２２０の反射を読み取るのに用いられるエネルギー密度計２１６とを含んでいる。シャッター２２８は、サンプルが無いか、又は照射が不要なときに、ビームを遮断するのに用いられる。サンプル２３０は、処理に備えてステージ２１２上に配置される。
【００６４】
レーザー誘導結晶化は、通常は、膜を融解させるだけの高さのエネルギー密度又はフルエンスを有する、少なくとも部分的には膜によって吸収されるエネルギーの波長を使ったレーザー照射によって実現される。膜は、融解させ再結晶化させ易いどの様な材料で作ることもできるが、ディスプレイの用途にはシリコンが好適な材料である。１つの実施形態では、ソース２０２によって生成されるレーザーパルスは、５０−２００ｍＪ／パルスの範囲のエネルギーと、約４０００Ｈｚ又はそれ以上のパルス繰返し率を有している。カリフォルニア州サンディエゴ市のCymer社から最近発売されたエキシマレーザーは、この出力を実現することができる。エキシマレーザーシステムについて述べているが、少なくとも部分的には所望の膜によって吸収されるレーザーパルスを提供することができる他のソースを使用してもよいものと理解されたい。例えば、レーザーソースは、限定するわけではないが、エキシマレーザー、連続波動レーザー、及び半導体レーザーを含め、どの様な従来型のレーザーソースであってもよい。照射ビームパルスは、別の既知のソースによって生成することもでき、半導体を融解させるのに適した短いエネルギーパルスを用いてもよい。その様な既知のソースは、パルス式半導体レーザー、断続式連続波動レーザー、パルス式電子ビーム、及びパルス式イオンビームなどである。
【００６５】
システムは、レーザーパルスの一時的なプロフィールを制御するのに用いられるパルス持続時間延長器２１４を随意的に含んでいる。レーザービームを延長器２１４に向けるために随意的なミラー２０４を使用してもよく、その場合、ミラー２０６は取り外される。結晶体の成長は、膜に照射するのに用いられるレーザーパルスの持続時間の関数なので、パルス持続時間延長器２１４を用いると、各レーザーパルスの持続時間を長くして、所望のパルス持続時間を実現することができる。パルスの持続時間を延長する方法は既知である。
【００６６】
スリット２２０は、レーザービームの空間的プロフィールを制御するのに用いられる。具体的には、ビームに高アスペクト比のプロフィールを付与するのに用いられる。ソース２０２からのレーザービームは、例えば、ガウスプロフィールを有している。スリット２２０は、ビームの１つの空間寸法を大幅に狭める。例えば、ビームは、スリット２２０の前では、幅が１０から１５ｍｍ、長さが１０から３０ｍｍである。スリットは、例えば、約３００ミクロンの幅よりも相当細いので、その結果、約３００ミクロンの短軸と、スリットによって修正されない長軸を有するレーザーパルスになる。スリット２２０は、比較的幅の広いビームから狭いビームを作る簡単な方法であり、短軸を横切る比較的均一なエネルギー密度を有する「トップハット」空間的プロフィールを提供できるという利点もある。別の実施形態では、スリット２２０を使用する代わりに、焦点距離が非常に短いレンズを用いて、レーザービームの１つの寸法をシリコン膜上にしっかり集束させる。ビームをスリット２２０上に集束させることもできるし、より一般的には、光学要素（例えば、簡単な円筒レンズ）を使って、ソース２０２からのビームの短軸を狭め、スリット２２０を通過する際のエネルギー損失を少なくして、整形を実現してもよい。
【００６７】
次に、レーザービームは、２つの融解石英円筒形レンズ２２０、２２２を使って修正される。負の焦点距離を有するレンズである第１レンズ２２０は、ビームの長軸のサイズを拡大し、そのプロフィールは比較的均一であってもよいし、長軸の長さに亘って明白ではないほどに徐々に変化していてもよい。第２レンズ２２２は、正の焦点距離を有するレンズであり、短軸のサイズを短くする。投影光学系は、レーザービームのサイズを、少なくとも短軸寸法を短くし、それによって、レーザービームが膜を照射するときのレーザーパルスのフルエンスが増大する。投影光学系は、レーザービームの少なくとも短軸寸法のサイズを、例えば１０−３０ｘ倍で短くする多重光学系システムであってもよい。投影光学系は、レーザーパルスの空間収差、例えば球面収差を補正するのにも用いられる。概括的には、スリット２２０、レンズ２２０、２２２、及び投影光学系の組み合わせは、各レーザーパルスが、膜を融解させるだけの高いエネルギー密度と、長軸に沿って、膜の結晶化の変動を最小にするか又は無くするだけの同質性及び長さと、を備えて膜を照射することを保証するのに用いられる。従って、例えば、幅３００ミクロンのビームは、例えば、１０ミクロンの幅に狭められる。もっと狭くすることも考えられる。短軸にホモジナイザーを用いてもよい。
【００６８】
幾つかの実施形態では、直線走査結晶システム２００は、可変減衰器及び／又はホモジナイザーを含んでおり、それらは、レーザービームの長軸に沿う空間的同質性を改良するのに用いられる。可変減衰器は、生成されたレーザービームパルスのエネルギー密度を調整することができる動的範囲を有している。ホモジナイザーは、均一なエネルギー密度プロフィールを有するレーザービームパルスを生成することができる一対又は二対のレンズアレイ（各ビーム軸に２つのレンズアレイ）で構成されている。
【００６９】
直線走査結晶化システムは、長くて狭いレーザービームを作り出すように構成されており、例えば、短軸では約４−１５μｍが測定され、幾つかの実施形態では長軸で５０−１００ミクロンであり、他の実施形態では、長軸で数十センチメートルから１メートル以上である。一般に、ビームのアスペクト比は、照射された領域が「直線」と考えられるほど高い。長さ対幅のアスペクト比は、例えば、約５０から約１ｘ１０5又はそれ以上である。１つ又は複数の実施形態では、短軸の幅は、横方向に凝固する結晶体の特性的横方向成長長さの２倍の幅を超えないので、２つの横方向に成長する区域の間に核を成すポリシリコンは形成されない。これは、「均一な」結晶体の成長及び結晶品質の全体的な改良に役立つ。レーザービームの長軸の所望の長さは、基板の寸法によって決定され、長軸は、実質的に、基板の、製作されるディスプレイ（又はその倍数）の、ディスプレイ内の１つのＴＦＴ装置の、又はディスプレイ周辺のＴＦＴ回路（例えば、ドライバを含む）つまり集積区域の、全長に沿って伸張する。ビームの長さは、実際には、２つの隣接するディスプレイが組み合わされている集積区域の寸法によっても決定される。この様に、薄膜（又はドライバ回路）全体は、望ましくは直線ビームの１回の通過で結晶化する。ビームの長さに沿うエネルギー密度、フルエンス、又は均一性は、均一であるのが望ましく、例えば、その全長に沿う変動が５％未満であるのが望ましい。別の実施形態では、関心事の長さをカバーするビームの長さに沿うエネルギー密度は、一連の重複パルスの内の何れでも、又はその結果として集塊が生じないほど低い数値である。集塊は、膜の崩壊に繋がりかねない高いエネルギー密度が局所化された結果である。
【００７０】
幾つかの実施形態では、この処理は、高周波数高出力のパルスレーザーソースを利用している。高出力レーザーは、照射される領域の長さに亘って適切なエネルギー密度を提供するため、パルスがその領域内の膜を融解させることができるだけのエネルギーをパルス毎に提供する。周波数が高ければ、膜を、商業的に実用的な用途に用いることのできる速度で、走査し、又は照射領域に対して並進させることができる。１つ又は複数の実施形態では、レーザーソースは、約１ｋＨｚより大きいか、又は約９ｋＨｚまでのパルス周波数の能力がある。別の実施形態では、レーザーソースは、１００ｋＨｚ又はそれ以上までのパルス周波数の能力があり、これはパルス半導体レーザーによって作ることができる範囲である。
【００７１】
記載したシステムは、例えば、「方向性」及び／又は「均一な」結晶体膜を作るのに用いることができる。高い処理能力速度は、３０％の光学効率で１ｍｘ６μｍサイズのレーザー直線ビームを作り、７５０ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度に繋がるシステム内の、４ｋＨｚ６００Ｗのレーザーの様な高反復レーザーによって得られる。出来上がった直線ビームは、１−２μｍ進んで「方向性」結晶質シリコン膜を作るときには４０−８０ｃｍ2／ｓの速度で、４−５μｍ進んで「均一な」結晶質シリコン膜を作るときには１６０−２００ｃｍ2／ｓの速度で、膜を結晶化させる。
【００７２】
レーザーソースは、発散度が低く、小さなスポットに集束させることが容易であることを意味している。例えば、レーザーソースは、〜１００μｍまで、更には〜１０μｍまで集束させる能力がある。ビーム幅ではなく横方向成長長さが歩進寸法を決めるので、集束寸法が小さいほど、システムの効率が上がる。幾つかの用途には１μｍの並進移動歩進寸法が用いられているので、細かい集束の方が明らかに有利である。幅が広いビームは、単位面積当たりのパルスを増大させるので、例えば、表面の粗さが増えたり、周囲又は恐らくは緩衝材料から不純物が入ることによって、材料が同等に劣化する。
【００７３】
システムは、密に集束されるビームを提供して、ビームの短軸の寸法を短くする光学系を含んでいる。一般に、本発明の１つ又は複数の実施形態で使用するのに適した長軸の照射パターンを得るのに、ビームをスリット又はマスクで覆う必要はない。しかしながら、マスク又はスリットは、所望のプロフィールのビームパターンを得るために用いられる。特に、マスク又はスリットは、ガウスプロフィールではなく、トップハット空間的プロフィールを作り、ビームに亘るエネルギー密度が更に均一になるのを助ける。「トップハット」プロフィールは、画像が「シャープ」になるほど、縁部が切り立ち良好に画定された融解プールができ、横方向の成長が直ちに進行するので、横方向の成長には望ましい。ガウスプロフィールでは、融解領域は、比較的幅広で、恐らくは照射される領域の一部分を部分的にのみ融解し、結晶体の横方向成長を遅らせる。更に、パルス対パルスエネルギー密度の変動は、ガウスプロフィールが用いられている場合は、融解領域の幅の変動に繋がり、更にはパルス対パルス重複の変動に繋がり、横方向に成長する粒子が不均一になる。更に、トップハットプロフィールの場合、冷却処理を遅らせて、横方向の成長を増大させるために、熱は、融解領域内に均等に分配され、従って、全体的に最大になる。ガウスビームでは、最大加熱は、照射区域の中心に到達するに過ぎず、その結果、蓄積される熱は全体的に少ない。
【００７４】
代表的なマスクは、幅と長さの様な適切なスリット間隔を備えたスリットを含んでいる。マスクは、石英の基板から製作されていて、金属又は誘電性の被膜を含んでおり、被膜は、任意の形状又は寸法の造形を有するマスクを形成するために、従来の技法でエッチングされる。マスク造形の長さは、基板の表面上に製作される装置の寸法と比例するように選定される。マスクの幅は、照射される膜の所望の造形次第で変わる。幾つかの実施形態では、マスクの幅は、融解帯域内の小さな粒子の核形成を回避できるほど短く、且つ、各レーザーパルスの横方向の結晶質の成長を最大にできるほど長くなるように選定される。マスク造形の所望の寸法は、システム内の他の光学系の特性によっても変わる。一例に過ぎないが、マスクの造形は、長軸が約１０から１００ｃｍで、短軸が約２から１０ミクロン又は４−６ミクロンのサンプルにビーム画像を生成することができる。
【００７５】
直線状の不透明な縁部の様な近接マスクは、ビームプロフィールを改良するのに用いられる。直線状の縁部は、ビーム幅を減らし、ビームプロフィールを鋭くし、その両方が、結晶粒子の融解及び横方向成長を改良するのに役立つ。マスク又はスリット造形の縁部は、粗く、即ち滑らかではない。マスク又は近接マスクの縁部は、完全な直線状からずれている。縁部の粗さは、例えば、鋸歯か、約３μｍから５０μｍ又はそれ以上のパターン周波数を有するぎざぎざのパターンである。照射パターンが、波状の非平面融解面を形成するのは、縁部の粗さの影響である。先端部が平坦でない場合、負の湾曲領域近くに位置している粒子は、粒界が発散するので、幅広に成長する傾向がある。逆に、正の湾曲領域に位置する粒子は、収斂し、使い尽くされる。より平行な粒子を、横方向成長の方向に形成するのは、その様な湾曲の影響である。平行な粒子の幅は、縁部の粗さの周期性によって画定される。
【００７６】
有機発光素子を使ったディスプレイ装置が開発されており、ここに述べている結晶質の膜上に製作することができる。ここに述べている方法は、ディスプレイ装置の長さに沿う変動が約５％未満の半導体粒子構造を有する結晶質の膜を提供することができる。典型的なアクティブマトリックス有機発光ダイオード（ＡＭ−ＯＬＥＤ）ディスプレイでは、有機エミッタ層は２つの電極の間に挟まれており、電気エネルギーは、有機分子の励起によって光に変換される。ピクセルが有機発光素子で構成されているディスプレイ装置は、自家発光であり、液晶ディスプレイとは異なり、バックライトとして独立した光源を必要としない。発光装置は、大きな放出区域と、高水準の明度を有している。従って、ＡＭ−ＯＬＥＤディスプレイは、重量が軽く厚さの薄いディスプレイ装置を提供する。
【００７７】
図１２は、有機発光素子を使用する従来型のアクティブマトリックスディスプレイの断面図である。基板３００は、光透過性である。有機発光素子３１３は、ピクセル電極３０３、有機化合物層３０４、及び反対の電極３０５を含んでいる。有機発光素子のピクセル電極は、中間層の絶縁膜３０２の上面と接触しており、接触穴の内側壁は、中間層の絶縁膜を貫通し、制御回路３０１に達している。ピクセル電極は、制御回路の上部とも接触している。制御回路３０１は、少なくともＴＦＴで構成されており、１つの切替ＴＦＴと１つの電流制御ＴＦＴで構成することができる。２つのＴＦＴ構成が最も簡単であるが、もっと複雑な回路を使用してもよい。切替ＴＦＴは、駆動回路の出力により、導電性と非導電性の間で切り替わる。電流制御ＴＦＴには、駆動回路の、ピクセル電極３０３への出力に従って電圧が印加されるので、電流が、反対の電極とピクセル電極の間に流れる。有機化合物層３０４から放出される光の強度は、ピクセル電極と反対の電極の間に流れる電流の量によって変わる。
【００７８】
ＡＭ−ＯＬＥＤ内のピクセル制御回路は、ＡＭ−ＬＣＤ内のピクセル制御回路とは異なる方式で作動する。ＡＭ−ＬＣＤピクセル制御回路では、ＴＦＴは、データに合わせてピクセルを開閉する簡単な切替装置として作動するので、作動の信頼性のために、均一な閾値電圧だけを必要とする。対照的に、ＡＭ−ＯＬＥＤ内のピクセルＴＦＴは、実際に、発光のための電流を提供する。従って、更に均一性の高いキャリア移動度が必要である。従って、実際、ＡＭ−ＯＬＥＤ内のピクセルの明るさは、ＴＦＴでの方がＡＭ−ＬＣＤの場合よりも、半導体結晶の微小構造に対して遙かに敏感である。ＬＣＤ製品には〜１０％の粒子サイズの均一性が用いられるのに対し、ＯＬＥＤ製品には〜４％の粒子サイズの均一性が用いられるのが望ましい。
【００７９】
以上、本発明の例を図示し、説明してきたが、当業者には容易に明白なように、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を施すことができる。従って、本発明は、特許請求の範囲とその等価物によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の１つ又は複数の実施形態による、方向性結晶体を作る直線ビーム連続横方向凝固の或る段階を示している。
【図２】本発明の１つ又は複数の実施形態による、方向性結晶体を作る直線ビーム連続横方向凝固の或る段階を示している。
【図３】本発明の１つ又は複数の実施形態による、方向性結晶体を作る直線ビーム連続横方向凝固の或る段階を示している。
【図４】図４Ａ−図４Ｄは、本発明の１つ又は複数の実施形態による、均一な結晶体を作る直線ビーム連続横方向凝固処理の各工程を示している。
【図５】長さに沿って幅が変わる直線ビームパルスの概略図である。
【図６】図６Ａ−図６Ｃは、従来型の連続横方向凝固処理による、所望の歩進距離を行過ぎる直線ビーム連続横方向凝固の各工程を示している。
【図７】図７Ａと図７Ｂは、従来型の連続横方向凝固加工による、所望の歩進距離に達しない直線ビーム連続横方向凝固の各工程を示している。
【図８】図８Ａと図８Ｂは、本発明の１つ又は複数の実施形態による、所望の歩進を具現化している直線ビーム連続横方向凝固の各工程を示している。
【図９】本発明の１つ又は複数の実施形態による、２つ又はそれ以上のパルス対パルス並進距離を採用しているパルス直線ビームレーザー結晶化処理の概略図である。
【図１０】図１０Ａと図１０Ｂは、本発明の１つ又は複数の実施形態による、基板に対して或る角度で行われるパルス直線ビームレーザー結晶化処理の概略図である。
【図１１】本発明の１つ又は複数の実施形態で使用するための、レーザーシステムの概略図である。
【図１２】従来型のＡＭ−ＯＬＥＤの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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