(57)【要約】【課題】膜を加工するためのシステム及び方法、並びに薄膜を提供する。【解決手段】一部の実施形態では、膜を加工する方法を提供し、本方法は、基板上に配置されてレーザ誘起溶融が可能な膜の内部に、予結晶化される複数の離間した領域を形成する段階と、膜内に固体と液体との混合物を形成し、そこで照射領域内の膜の厚みにわたって膜の一部分が溶融するように選択されたフルエンスを有するレーザビームを発生させる段階と、この複数の離間した領域の第１の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を位置決めする段階と、レーザビームをレーザビームの経路内の少なくとも部分反射性の移動光学要素上に向けて、移動光学要素が、第１の領域の第１の部分をビームで第１の方向に第１の速度で走査するようにビームを向け直し、第１の速度が、ビームがこの第１の領域の前記第１の部分を照射してそこに固体と液体の混合物を形成させるように選択され、第１の領域の第１の部分が、冷却して少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階と、第１の領域の少なくとも第１の部分をレーザ誘起溶融を用いて結晶化させる段階とを含む。【選択図】図２
2009518864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上に配置されてレーザ誘起溶融が可能な膜内に予結晶化される複数の離間した領域を形成する段階、
（ｂ）前記膜に固体と液体との混合物を形成するように選択されたフルエンスを有し、該膜の一部分がその厚みにわたって照射領域で溶融するレーザビームを発生させる段階、 
（ｃ）前記複数の離間した領域の第１の領域を少なくとも部分的に予結晶化する準備のために前記レーザビームに対して前記膜を位置決めする段階、
（ｄ）前記レーザビームを該レーザビームの経路の移動する少なくとも部分反射性の光学要素上に向け、該移動光学要素が、前記第１の領域の第１の部分を該ビームで第１の方向に第１の速度で走査するように該ビームを向け直し、該第１の速度が、該ビームが該第１の領域の該第１の部分を照射してそこに固体と液体との混合物を形成するように選択され、該第１の領域の該第１の部分が、冷却すると少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階、及び
（ｅ）レーザ誘起溶融を用いて前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階、
を含むことを特徴とする、膜を加工する方法。
【請求項２】
前記レーザビームは、連続波であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の離間した領域の第２の領域を少なくとも部分的に予結晶化する準備のために前記レーザビームに対して前記膜を再位置決めする段階と、該第２の領域の第１の部分を該レーザビームで前記第１の方向に前記第１の速度で走査するように前記光学要素を移動し、該第２の領域の該第１の部分が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の速度は、更に、前記ビームによって発生する熱が前記基板を実質的に損傷しないように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記移動光学要素は、前記レーザビームを前記膜上に反射する複数のファセットを含む回転ディスクを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の領域の前記第１の部分を走査するように前記移動光学要素で前記ビームを向け直した後に、該第１の領域の第２の部分を該レーザビームで前記第１の方向に前記第１の速度で走査するように前記膜を該レーザビームに対して第２の方向に平行移動させ、該第１の領域の該第２の部分が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の領域の前記第２の部分は、前記第１の領域の前記第１の部分に部分的に重なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の領域の前記第１及び第２の部分の間に所定量の重なりを与えるように選択された第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させる段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の領域の複数の部分を順次的に照射するように選択された期間にわたって第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させ、該複数の部分の各々が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、前記膜の表面に実質的に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、＜１００＞配向であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、均一順次方式横方向結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記均一順次方式横方向結晶化は、ライン走査順次方式横方向結晶化を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、ドット順次方式横方向結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、制御式超横方向成長結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、ドライバＴＦＴのチャンネル領域に適切な所定の結晶配向を有する結晶を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の領域の少なくとも一方に少なくとも１つの薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも前記第１及び第２の領域に複数の薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の離間した領域を形成する段階は、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図するデバイス又は回路と少なくとも同じくらい大きい幅を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の離間した領域を形成する段階は、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図する薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じくらい大きい幅を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記離間した領域は、アモルファス膜によって分離されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記膜は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板は、ガラスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
集束光学器械を用いて前記レーザビームを成形する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
膜に固体と液体との混合物を形成するように選択されたフルエンスを有し、該膜の一部分が照射領域でその厚みにわたって溶融するレーザビームを供給するレーザ源と、
前記レーザビームの経路を制御可能に向け直すことができる該レーザビームの該経路内の可動で少なくとも部分反射性の光学要素と、
前記膜を支持して少なくとも第１の方向の平行移動が可能なステージと、
（ａ）基板上に配置されてレーザ誘起溶融が可能な前記膜内に予結晶化される複数の離間した領域を形成する段階、
（ｂ）前記複数の離間した領域の第１の領域を少なくとも部分的に予結晶化する準備のために前記レーザビームに対して前記膜を位置決めする段階、及び
（ｃ）前記第１の領域の第１の部分を前記レーザビームで前記第１の方向に第１の速度で走査し、かつ前記膜の一部分がその厚みにわたって該第１の領域の該第１の部分で溶融するように前記可動光学要素を移動し、該第１の速度が、該ビームが該膜に固体と液体との混合物を形成するように選択され、該第１の領域の該第１の部分が、冷却すると少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階、
を含む１組の命令を格納するためのメモリと、
を含むことを特徴とする、膜を加工するためのシステム。
【請求項２９】
前記レーザビームは、連続波であることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記複数の離間した領域の第２の領域を少なくとも部分的に予結晶化する準備のための前記レーザビームに対する前記膜の再位置決めと、該第２の領域の第１の部分を該ビームで前記第１の方向に前記第１の速度で走査するように前記可動光学要素を移動して、該第２の領域の該第１の部分が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成することを更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１の速度は、更に、前記ビームによって発生する熱が前記基板を実質的に損傷しないように選択されることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３２】
前記可動光学要素は、前記レーザビームを前記膜上に少なくとも部分的に反射する複数のファセットを含むディスクを含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓであることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３５】
前記メモリは、前記第１の領域の前記第１の部分を走査するように前記可動光学要素を移動した後に、該第１の領域の第２の部分を前記レーザビームで前記第１の方向に前記第１の速度で走査するように前記膜を該レーザビームに対して第２の方向に平行移動させ、該第１の領域の該第２の部分が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する命令を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３６】
前記メモリは、前記第１の領域の前記第１及び第２の部分を部分的に重ねる命令を更に含むことを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記メモリは、前記第１の領域の前記第１及び第２の部分の間に所定量の重なりを与えるように選択された第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させる命令を更に含むことを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記メモリは、前記第１の領域の複数の部分を順次的に照射して部分的に溶融するように選択された期間にわたって前記第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させ、該複数の部分の各々が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する命令を更に含むことを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記メモリは、少なくとも前記第１の領域で均一順次方式横方向結晶化を実行する命令を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記メモリは、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図する回路のデバイスと少なくとも同じくらい大きい幅を形成するための命令を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記メモリは、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図する薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じくらい大きい幅を形成するための命令を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４２】
前記膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４３】
前記膜は、シリコンを含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
前記基板は、ガラスを含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４５】
前記レーザビームを成形するレーザ光学器械を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項４６】
ＴＦＴの行及び列が予結晶化膜の列に後で組み立てることができるように位置決めされ、かつそのような大きさにされ、かつ少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を含む予結晶化膜の列と、
前記予結晶化膜の列の間の未処理膜の列と、
を含むことを特徴とする薄膜。
【請求項４７】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、膜の表面に実質的に垂直であることを特徴とする請求項４６に記載の膜。
【請求項４８】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、＜１００＞配向であることを特徴とする請求項４６に記載の膜。
【請求項４９】
前記未処理膜の列は、アモルファス膜を含むことを特徴とする請求項４６に記載の膜。
【請求項５０】
（ａ）基板上に配置されてレーザ誘起溶融が可能な膜内に少なくとも１つの領域を形成する段階、
（ｂ）前記膜に固体と液体との混合物を形成するように選択されたフルエンスを有し、該膜の一部分がその厚みにわたって照射領域で溶融するレーザビームを発生させる段階、 
（ｃ）少なくとも部分的に反射性であり、かつ前記レーザビームを前記第１の領域の第１の部分にわたって第１の速度で第１の方向に向ける可動光学要素上に該レーザビームを向ける段階、
（ｄ）前記膜を前記レーザビームに対して第２の方向に第２の速度で移動させて、段階（ｃ）での前記第１の部分のレーザ照射中に該第２の方向に沿って該膜を変位させ、前記第１の領域の該第１の部分が、冷却すると少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成し、前記第１の速度が、該ビームが該膜の該第１の部分を照射してそこに固体と液体との混合物を形成するように選択される段階、及び
（ｅ）前記第１の領域を結晶化させるために、段階（ｃ）及び段階（ｄ）を少なくとも１回繰り返す段階、
を含むことを特徴とする、膜を加工する方法。
【請求項５１】
前記レーザビームは、連続波であることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記複数の離間した領域の第２の領域を少なくとも部分的に予結晶化する準備のために前記レーザビームに対して前記膜を再位置決めする段階と、該第２の領域の第１の部分を該レーザビームで前記第１の方向に前記第１の速度で走査するように前記光学要素を移動し、該第２の領域の該第１の部分が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階とを更に含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の速度は、更に、前記基板を損傷する前記ビームによる熱発生を回避するように選択されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記可動光学要素を誘導する段階が、前記レーザビームを前記膜上に反射する複数のファセットを含むディスクを回転させる段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓであることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５７】
段階（ｃ）及び（ｄ）は、大部分同じ結晶配向を有する前記第１の領域の第１及び第２の部分をもたらし、該第１の領域の該第２の部分は、該第１の領域の該第１の部分と部分的に重なっていることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の領域の前記第１及び第２の部分の間に所定量の重なりを与えるように選択された第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させる段階を含むことを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の領域の複数の部分を順次的に照射して部分的に溶融するように選択された期間にわたって第２の速度で前記膜を前記第２の方向に連続的に平行移動させ、該複数の部分の各々が、冷却すると前記少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階を含むことを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、前記膜の表面に実質的に垂直であることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６１】
前記少なくとも単一方向の前記結晶配向は、＜１００＞配向であることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６２】
前記膜をその後の順次方式横方向結晶化処理にかけて、位置制御された粒子を生成する段階を更に含み、前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階が、均一順次方式横方向結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６３】
前記均一順次方式横方向結晶化は、ライン走査順次方式横方向結晶化を含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、ドット順次方式横方向結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、制御式超横方向成長結晶化を実行する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の領域の少なくとも前記第１の部分を結晶化する段階は、ドライバＴＦＴのチャンネル領域に適切な所定の結晶配向を有する結晶を形成する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１及び第２の領域の少なくとも一方に少なくとも１つの薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６８】
少なくとも前記第１及び第２の領域に複数の薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項６９】
複数の離間した領域を形成する段階が、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図するデバイス又は回路と少なくとも同じくらい大きい幅を形成する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７０】
複数の離間した領域を形成する段階が、各離間した領域について、その領域に後で組み立てることを意図する薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じくらい大きい幅を形成する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７１】
離間した領域が、アモルファス膜によって分離されることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７２】
前記膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７３】
前記膜は、シリコンを含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７４】
前記基板は、ガラスを含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項７５】
集束光学器械を用いて前記レーザビームを成形する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、全内容が本明細書において引用により組み込まれている以下の出願：２００５年１２月５日出願の「ガラス基板及び既存精密ステージに適合する連続波光源を使用する膜の結晶化の手法」という名称の米国特許仮出願出願番号第６０／７４２、２７６号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく恩典を請求するものである。
【０００２】
膜を加工するためのシステム及び方法、並びに薄膜を提供する。
【背景技術】
【０００３】
近年に至って、アモルファス又は多結晶半導体膜の結晶化のため又は結晶性を高めるための様々な技術が研究されている。このような結晶化薄膜は、画像センサ及びアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）デバイスのような様々なデバイスの製造に使用することができる。後者では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の規則的アレイが、適切な透明基板上に製造され、各トランジスタがピクセルコントローラとして機能する。
【０００４】
シリコン膜のような結晶性半導体膜は、エキシマレーザ焼き鈍し（ＥＬＡ）及び順次方式横方向結晶化（ＳＬＳ）法を含む様々なレーザ加工を用いて、液晶ディスプレイのためのピクセルを提供するために加工されている。ＳＬＳは、ＡＭＬＣＤデバイス、並びに有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスに使用される薄膜を加工するのに適している。
【０００５】
ＥＬＡでは、膜のある一定の領域が、この膜を部分的に溶融するためにエキシマレーザによって照射され、それに続き膜は結晶化する。この処理は、基板表面の上に連続的に進行する長く狭いビーム形状を通常使用し、それよりビームは、この表面を横切る単一走査で全体の半導体薄膜を照射可能にすることができる。Ｓｉ膜は複数回照射され、均一な粒径を有するランダム多結晶膜が生成される。ＥＬＡは、小粒子状多結晶膜を生じさせるが、この方法は、微細構造的不均一性の欠点がある場合が多く、それは、パルス間エネルギ密度変動及び／又は不均一なビームプロフィールによって生じる場合がある。図６Ａは、ＥＬＡを用いて取得することができるランダムな微細構造を示している。この図及びそれに続く全ての図は、一定の比率で描かれているという訳ではなく、現実的に説明に役立つことを意図したものである。
【０００６】
ＳＬＳは、パルスレーザ結晶化処理であり、これは、ガラス及びプラスチックのような耐熱性の低い材料を包含する基板上に大きくかつ均一な粒径の高品質多結晶膜を形成させることができる。ＳＬＳは、制御されたレーザパルスを使用して基板上のアモルファス又は多結晶薄膜の領域を完全に溶融する。膜の溶融領域は、次に、横方向に結晶化して、凝固した横方向柱状微細構造又は複数の位置制御大型単結晶領域になる。一般的に、この溶融／結晶化処理は、多数のレーザパルスを用いて、大型の薄膜の表面の上に順次的に反復される。基板上のこの加工された膜は、次に、1つの大型ディスプレイを製造するために使用され、又は更に分割されて複数のディスプレイが形成され、各ディスプレイは、所定のデバイスでの映像出力を提供するのに役立つ。図６Ｂ−図６Ｄは、ＳＬＳを用いて取得することができる様々な微細構造を有する膜内に製造されたＴＦＴの概略図を示している。ＳＬＳ処理は、以下でより詳細に説明する。
【０００７】
商業的利用ためのＳＬＳのシステム及び方法の成功可能性は、それに伴って望ましい微細構造及びテクスチャが製造することができる処理機能に関連する。この微細構造を有する膜を製造するのに要するエネルギ量及び時間も、この膜を製造するコストに関連し、一般的に、より迅速かつより効率的に膜が製造されるほど所定の期間でより多くの膜が製造することができ、より高い生産量、従ってより高い潜在的収益が可能とされる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／７４２、２７６号
【特許文献２】米国特許公開第２００６／０１０２９０１号
【特許文献３】米国特許仮出願第６０／７０７、５８７号
【特許文献４】米国特許第６、３２２、６２５号
【特許文献５】米国特許第６、３６８、９４５号
【特許文献６】米国特許第６、５５５、４４９号
【特許文献７】米国特許第６、５７３、５３１号
【特許文献８】ＰＣＴ特許公開番号ＷＯ２００６／１０７９２６
【特許文献９】ＰＣＴ特許公開番号ＷＯＵＳ０３／２５９４７
【特許文献１０】ＰＣＴ特許公開番号ＷＯ２００３／０８４６８８
【非特許文献１】Ｍ．Ｗ．Ｇｅｉｓ他著「移動ストリップ加熱炉を用いるＳｉ膜の帯域溶融再結晶」、電気化学学会誌、１２９、２８１２（１９８２年）
【発明の開示】
【０００９】
本出願は、薄膜を加工するシステム及び方法、並びに薄膜を説明する。
【００１０】
一部の実施形態では、膜を加工する方法を提供し、本方法は、基板上に配置されてレーザ誘起溶融が可能な膜の内部に、予結晶化される複数の離間した領域を形成する段階と、膜内に固体と液体との混合物を形成し、そこで照射領域内の膜の厚みにわたって膜の一部分が溶融するように選択されたフルエンスを有するレーザビームを発生させる段階と、この複数の離間した領域の第１の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を位置決めする段階と、レーザビームをレーザビームの経路内の少なくとも部分反射性の移動光学要素上に向けて、移動光学要素が、第１の領域の第１の部分をビームで第１の方向に第１の速度で走査するようにビームを向け直し、第１の速度が、ビームがこの第１の領域の前記第１の部分を照射してそこに固体と液体の混合物を形成させるように選択され、第１の領域の第１の部分が、冷却して少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を形成する段階と、第１の領域の少なくとも第１の部分をレーザ誘起溶融を用いて結晶化させる段階とを含む。
【００１１】
一部の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はそれよりも多くを含む。レーザビームは、連続波である。複数の離間した領域の第２の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を再位置決めする段階と、第２の領域の第１の部分をレーザビームで第１の速度で第１の方向に走査するために光学要素を移動させ、第２の領域の第１の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一の方向に有する結晶性粒子を形成する段階とを更に含む。この第１の速度は、ビームによって発生した熱が基板を実質的に損傷しないように更に選択される。移動光学要素は、膜の上にこのレーザビームを反射する複数のファセットを含む回転ディスクを含む。第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓである。第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓである。
【００１２】
請求項１の方法は、第１の領域の第１の部分を走査するために移動光学要素を用いてビームを向け直す段階の後に、第１の領域の第２の部分をレーザビームで第１の速度で第１の方向に走査するために、レーザビームに対して第２の方向に膜を平行移動させ、第１の領域の第２の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一の方向に有する結晶性粒子を形成する段階を更に含む。第１の領域の第２の部分は、第１の領域の第１の部分に部分的に重なる。膜は、第１の領域の第１及び第２の部分の間に所定の量の重なりを提供するように選択された第２の速度で第２の方向に連続的に平行移動される。膜は、第１の領域の複数の部分を順次的に照射するように選択された期間にわたって第２の速度で第２の方向に連続的に平行移動され、この複数の部分は、冷却した時にこの少なくとも単一の方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶性粒子を形成する。この少なくとも単一方向内のこの結晶配向は、膜の表面に実質的に垂直である。この少なくとも単一も方向内のこの結晶配向は、＜１００＞配向である。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、均一な順次方式横方向結晶化を行う段階を含む。均一な順次方式横方向結晶化は、回線走査順次方式横方向結晶化を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、ドット順次方式横方向結晶化を行う段階を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、制御式超横方向成長結晶化を行う段階を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、ドライバＴＦＴのチャンネル領域に適する所定の結晶配向を有する結晶を形成する段階を含む。第１及び第２の領域のうちの少なくとも一方に少なくとも１つの薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含む。少なくとも第１及び第２の領域内に複数の薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含む。複数の離間した領域を形成する段階は、領域内にその後製造されると意図されるデバイス又は回路と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成する段階を含む。複数の離間した領域を形成する段階は、領域内にその後製造されると意図される薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成する段階を含む。離間した領域は、アモルファス膜によって分離される。膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含む。膜は、シリコンを含む。基板は、ガラスを含む。このレーザビームは、集束光学器械を使用して成形される。
【００１３】
一部の実施形態は、膜を加工するためのシステムを提供し、このシステムは、膜内に固体と液体との混合物を形成し、そこで照射領域内の膜の厚みにわたって膜の一部分が溶融するように選択されたフルエンスを有するレーザビームを供給するレーザ源と、レーザビームの経路を制御的に向け直すことができるレーザビームの経路内の少なくとも部分反射性の移動光学要素と、膜を保持して少なくとも第１の方向に平行移動することができるステージと、１組の命令を格納するメモリとを含み、この命令は、基板上に配置されてレーザ誘起溶融可能な膜内部に予結晶化される複数の離間した領域を形成する段階と、この複数の離間した領域の第１の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を位置決めする段階と、ビームを第１の速度で第１の方向内をビームで第１の領域の第１の部分を走査するために移動光学要素を移動させ、第１の速度が、ビームが第１領域内の第１の部分内に固体と液体との混合物を形成させてそこで照射領域内の膜の厚みにわたって膜の一部分が溶融するように選択され、第１の領域のこの第１の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向を少なくとも単一方向に有する結晶粒粒子を形成する段階とを含む。
【００１４】
一部の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はそれよりも多くを含む。レーザビームは、連続波である。複数の離間した領域の第２の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を再位置決めし、かつ第２の領域の第１の部分をレーザビームで第１の速度で第１の方向に走査するために光学要素を移動させ、第２の領域の第１の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を形成する。この第１の速度は、ビームによって発生した熱が基板を損傷しないように更に選択される。移動光学要素は、膜の上にこのレーザビームを反射する複数のファセットを含む回転ディスクを含む。第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓである。第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓである。メモリは、第１の領域の第１の部分を走査するために移動光学要素を移動する段階の後に、第１の領域の第２の部分をレーザビームで第１の速度で第１の方向に走査するために膜をレーザビームに対して第２の方向に平行移動させ、第１の領域の第２の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を形成するための命令を更に含む。メモリは、第１の領域の第１及び第２の部分を部分的に重ねるための命令を更に含む。メモリは、第１の領域の第１及び第２の部分の間に所定の量の重なりを提供するように選択された第２の速度で膜を第２の方向に連続的に平行移動させるための命令を更に含む。メモリは、膜が、第１の領域の複数の部分を順次的に照射して部分溶融させるように選択された期間にわたって第２の速度で第２の方向に連続的に平行移動させ、この複数の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を形成するための命令を更に含む。メモリは、少なくとも第１の領域内で均一な順次方式横方向結晶化を行うための命令を更に含む。メモリは、領域内にその後製造されると意図されるデバイス又は回路と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成するための命令を更に含む。メモリは、領域内にその後製造されると意図される薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成するための命令を更に含む。膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含む。膜は、シリコンを含む。基板は、ガラスを含む。このレーザビームを成形するためのレーザ光学器械を更に含む。
【００１５】
一部の実施形態は、薄膜を提供し、薄膜は予結晶化された膜の列を含み、この列は、ＴＦＴの行及び列が、この予結晶化膜の列内にその後製造することができるような配置及び寸法とされ、この予結晶化膜の列は、大部分同じ結晶配向を少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を備え、かつこの予結晶化膜の列の間に非処理膜の列を含む。
【００１６】
一部の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はそれよりも多くを含む。この少なくとも単一方向内のこの結晶配向は、膜の表面に実質的に垂直である。この少なくとも単一方向内のこの結晶配向は、＜１００＞配向である。無処理膜の列は、アモルファス膜から成る。
【００１７】
一部の実施形態は、膜を加工する方法を提供し、本方法は、基板上に配置されレーザ誘起溶融可能な膜内部に少なくとも１つの領域を形成する段階と、膜内に固体と液体との混合物を形成し、そこで照射領域内の膜の厚みにわたって膜の一部分が溶融するように選択されたフルエンスを有するレーザビームを発生させる段階と、レーザビームをレーザビームの経路内の少なくとも部分反射性の移動光学要素上に向けて、この移動光学要素が、第１の領域の第１の部分を横切って第１の速度で第１の方向にレーザビームを向ける段階と、膜をレーザビームに対して第２の方向にかつ第２の速度で移動させて光学要素が移動する間の第１の部分のレーザ照射の時に膜を第２の方向に沿って変位させ、第１の領域のこの第１の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を形成し、第１の速度が、ビームが膜の第１の部分内に固体と液体との混合物を照射形成させるように選択される段階と、光学要素を移動させかつ膜を移動させる段階を少なくとも１回反復して第１の領域を結晶化させる段階とを含む。
【００１８】
一部の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又はそれよりも多くを含む。レーザビームは、連続波である。複数の離間した領域の第２の領域の少なくとも部分的な予結晶化のためにレーザビームに対して膜を再位置決めする段階と、第２の領域の第１の部分をレーザビームで第１の速度で第１の方向に走査するために光学要素を移動させ、第２の領域の第１の部分が、冷却した時に大部分同じ結晶配向をこの少なくとも単一方向に有する結晶性粒子を形成する段階とを更に含む。この第１の速度は、ビームによる基板を損傷する熱の発生を回避するように更に選択される。移動光学要素を向ける段階は、このレーザビームを膜の上に反射させる複数のファセットを含むディスクを回転させる段階を含む。第１の速度は、少なくとも約０．５ｍ／ｓである。第１の速度は、少なくとも約１ｍ／ｓである。光学要素を移動しかつ膜を移動するこの段階は、大部分同じ結晶配向を有する第１の領域の第１及び第２の部分を提供し、第１の領域の第２の部分は、第１の領域の第１の部分と部分的に重なる。膜は、第１の領域の第１及び第２の部分の間に所定の量の重なりを提供するように選択された第２の速度で第２の方向に連続的に平行移動される。膜は、第１の領域の複数の部分を順次的に照射して部分溶融させるように選択された期間にわたって第２の速度で第２の方向に連続的に平行移動され、この複数の部分は、冷却した時にこの少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する結晶性粒子を形成する。この少なくとも単一方向内のこの結晶配向は、膜の表面に実質的に垂直である。この少なくとも単一方向内のこの結晶配向は、＜１００＞配向である。膜をそれに続く順次方式横方向結晶化処理で処理して制御された粒子を有する区域を生成させる段階を更に含み、第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、均一順次方式横方向結晶化を行う段階を含む。この均一順次方式横方向結晶化は、ライン走査順次方式横方向結晶化を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、ドット順次方式横方向結晶化を行う段階を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、制御式超横方向成長結晶化を行う段階を含む。第１の領域の少なくとも第１の部分を結晶化する段階は、ドライバＴＦＴのチャンネル領域に適する所定の結晶配向を有する結晶を形成する段階を含む。少なくとも第１及び第２の領域のうちの１つ内に少なくとも１つの薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含む。少なくとも第１及び第２の領域内に複数の薄膜トランジスタを組み立てる段階を更に含む。複数の離間した領域を形成する段階は、その領域内にその後製造されると意図されるデバイス又は回路と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成する段階を含む。複数の離間した領域を形成する段階は、その領域内にその後製造されると意図される薄膜トランジスタの幅と少なくとも同じ大きさの幅を各離間した領域について形成する段階を含む。この離間した領域は、アモルファス膜によって分離される。膜は、導体及び半導体のうちの少なくとも一方を含む。膜は、シリコンを含む。基板は、ガラスを含む。このレーザビームは、集束光学器械を使用して成形される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本明細書に説明するシステム及び方法は、制御された結晶テクスチャを有する予結晶化薄膜を提供する。このテクスチャ化膜は、大部分同じ結晶配向を少なくとも単一結晶配向内に有する。薄膜は、ＳＬＳ又は他の横方向成長処理を用いる更に別の加工に好適である。ＳＬＳにおいては、ＳＬＳの間での横方向成長の結晶配向は、この照射領域の境界での材料の配向に依存する。ＳＬＳ実施の前の膜の予結晶化によって、ＳＬＳの間に横方向に成長する結晶は、予結晶化の間に形成された結晶配向を取り入れ、従って、予結晶化なしに成長した結晶粒子と比較して改良された結晶配向を有して成長する。予結晶化されかつ横方向に結晶化した膜は、次にＴＦＴを形成するために加工され、最後には、ディスプレイデバイスとして使用することができる。
【００２０】
多結晶材料が、ＴＦＴを有するデバイスを製造するために使用される時、ＴＦＴチャンネル内のキャリア輸送に対する全抵抗は、所定の電位の影響の下でキャリアが移動する時にそれが横断すべきである障壁の組合せによって影響される。ＳＬＳによって加工された材料内では、多結晶材料の粒子長軸に直角にキャリアが移動する時、それが粒子長軸に平行に移動する時よりも遥かに多くの粒子境界を横断する。従って、一般的に、ＳＬＳ加工された多結晶膜上に製造されたＴＦＴデバイスの性能は、膜の粒子長軸に関連したこのチャンネル内の膜の微細構造に依存する。しかし、ＳＬＳは、それらの粒子の結晶テクスチャを完全に形成することはできず、その理由は、それらが、既存の粒子からエピタキシャル成長し、この既存粒子が、明確な結晶テクスチャをそれ自体必ずしも有していないからである。
【００２１】
薄膜の予結晶化は、それに続く横方向結晶化処理の間に得られる例えばテクスチャである結晶アラインメントを改善することができ、膜のテクスチャと微細構造との分離した制御と最適化とを可能にすることができる。膜の予結晶化は、少なくとも１つの方向で大部分同じ結晶配向を有する結晶粒子を有するテクスチャ化膜を生成する。例えば、多結晶薄膜内の殆どのクリスタライトが所定の方向に支配的に向いている時、膜は、１軸テクスチャを有すると呼ばれる。本明細書に説明する多くの実施形態について、この１軸テクスチャの好ましい方向は、このクリストライトの表面に垂直な方向である。従って、「テクスチャ」は、本明細書で使用される時、粒子の１軸表面テクスチャを称する。一部の実施形態では、このクリストライトは、（１００）テクスチャを有する。テクスチャの度合は、特定の用途によって変えることができる。例えば、高い度合のテクスチャは、駆動回路に使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の性能を改善することができるが、スイッチ回路に使用されるＴＦＴに対しては、それほど顕著な利点は提供しない。
【００２２】
膜の予結晶化に使用することができる１つの方法は、混合相帯域溶融再結晶（ＺＭＲ）であり、一部の実施形態では、本方法は、連続波（ＣＷ）レーザビームを用いてシリコン膜を部分的に溶融し、そのようにして例えば、（１００）テクスチャである望ましいテクスチャを有する膜が生成される。ＺＭＲでは、照射は、膜のある一定の部分を完全に溶融し、その間他の部分は溶融せずに残されて、「遷移領域」が形成され、これは、溶融時のＳｉの反射率の顕著な増大の結果として存在する（半導体−金属遷移）。（１００）テクスチャを有する結晶粒子は、この遷移領域内で形成する。更なる詳細については、全内容が引用により本明細書に組み込まれている「結晶配向を制御されたポリシリコン膜を形成させるシステム及び方法」という名称の米国特許公開第２００６／０１０２９０１号を参照されたい。予結晶化膜のテクスチャは、膜を複数回走査することによって更に改良することができ、好ましく配向した粒子がそうでない粒子を消費して大きくなる。更なる詳細については、全内容が引用により本明細書に組み込まれている米国特許仮出願第６０／７０７、５８７号を参照されたい。ＺＭＲに関する更に別の全般的な詳細については、全内容が引用により本明細書に組み込まれているＭ．Ｗ．Ｇｅｉｓ他著「移動ストリップ加熱炉を用いるＳｉ膜の帯域溶融再結晶」、電気化学学会誌、１２９、２８１２（１９８２年）を参照されたい。
【００２３】
しかし、（１００）大粒子材料を得るための全体のパネルの予結晶化は、通常のＣＷレーザ源の有する出力が限定されているので、時間を消費する場合がある。加えて、ＣＷレーザを用いるシリコン膜の予結晶化は、膜及び下側の基板を連続照射のため顕著に加熱する場合がある。ガラス基板については、基板に湾曲又は溶融さえ生じさせ、基板を損傷するのに十分な熱が発生される場合がある。一般的に、ガラス基板は、損傷を回避するためには、少なくとも約１ｍ／ｓの速度での走査が有利である。しかし、基板寸法が増大するにつれて、この速度は、次第に達成するのが困難になる、例えば、通常モバイル（小型ディスプレイ）用途に使用されるいわゆる低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）技術での最近のパネルサイズは、〜７２０ｍｍ×９３０ｍｍ（これは、４個又はそれよりも多くのデバイスに分割することができる）まで又はそれよりも大きい。現在利用することができるステージ技術は、普通のＳＬＳ処理に使用されるように、数ｃｍ／ｓ又は数十ｃｍ／ｓまでに走査速度が通常限定されている。従って、ＣＷレーザを用いる従来型の予結晶化は、大型の基板に容易には適用されない。耐熱性の基板を使用することができるが、それらは、より高価であって広い面積のエレクトロニクス用途に対しては関心があまりない。
【００２４】
本明細書に説明する予結晶化のシステム及び方法は、膜が高い走査速度で走査されることを可能にし、それは、下側基板への熱損傷を回避するのに役立つ。このシステムは、従来型の（例えば、比較的低速の）取り扱いステージを使用して大型の基板を移動させることができ、同時に約１ｍ／ｓ又は更に高い走査速度を提供することができる。具体的には、取り扱いステージは通常の走査速度で１方向に膜及び基板を移動させ、一方で移動光学器械が非常に速い速度で例えば直交である異なる方向に膜を横切ってレーザビームを走査させる。このステージ及びレーザビームは、膜の所定の領域を予結晶化して他の領域を無処理のままとするように連係される。これは、膜の有効走査速度をその値では基板が損傷するであろう閾値を超えて増大させ、膜の予結晶化の効率を大きく改善する。
【００２５】
このシステム及び方法は、膜を加工する全体の時間を短縮することができる。具体的には、膜は、例えば、最も要求の多い回路構成を含む領域である制御された結晶テクスチャによって利益を得るデバイスが製造される膜の領域内で予結晶化される。一部の実施形態では、これらの領域は、集積化ＴＦＴが製造されるディスプレイの周辺部にある。こうしたデバイスが配置されないか又はデバイスが制御された結晶テクスチャを必要としない膜の領域は、予結晶化されない。一部の実施形態では、パネルが予結晶化される速度は、この予結晶化システム及び方法がそれと組み合わされるＳＬＳシステム及び方法の処理速度にほぼ一致する。
【００２６】
図１は、規定領域内が予結晶化されて他の領域は無処理のままとされるシリコン膜３００の実施形態を示している。この規定領域は、改良された結晶テクスチャによって利益を受けるデバイスが最後にそこに製造されるなどの様々な理由で選択することができる。一部の実施形態では、この規定領域は、ＴＦＴチャンネルに対応する。膜は、予結晶化シリコン３２５の区域及び無処理シリコン３１０の区域を含む。この区域には、ＴＦＴの行と列とが、予結晶化シリコン３２５の区域内部に例えばＳＬＳ及び他の加工段階を用いてその後任意的に製造される。無処理領域３１０は、例えば、アモルファスシリコンである非結晶シリコンとすることができ、又は例えば多結晶シリコンとすることができる。
【００２７】
この無処理及び予結晶化シリコンの区域は、ほぼ同じ幅を有するように示されているが、この区域の幅及び相対的間隔は、ディスプレイの望ましい面積及び統合領域の幅によって変化する場合がある。例えば、統合領域は、数インチの対角長を有することができるディスプレイの場合、幅数ｍｍのみでよい。この場合、予結晶化シリコン列３２５は、無処理区域３１０よりも十分狭く製造することができる。膜の大きい領域は、予結晶化される必要がないことになるので、これは、膜を加工することができる効率を更に改善することになる。一般的に、予結晶領域の幅は、統合回路のための区域を覆うのに十分な長さを要するのみである。
【００２８】
図２は、一部の実施形態による高処理機能予結晶化及び任意的なそれに続くＴＦＴを形成するための膜の加工の方法４００を概略的に示している。最初に、予結晶化される領域が形成される（４１０）。この規定領域は、上述のように、その中にＴＦＴ回路が製造される区域に任意的に対応する。この区域の幅及び間隔は、膜を用いて最後に製造されるデバイスの必要性に従って選択される。
【００２９】
次に、膜は、規定領域内で予結晶化される（４２０）。一部の実施形態では、これは、以下でより詳細に説明するように、連続波（ＣＷ）を用いて行われる。このレーザは、膜を部分的に溶融させ、膜は、望ましいテクスチャを有して結晶化する。このテクスチャ化膜は、少なくとも単一方向に大部分同じ結晶配向を有する粒子を含む。しかし、この粒子は、膜表面にランダムに位置し、特定の寸法のものではない。
【００３０】
次に、膜は、任意的に横方向結晶化される（４３０）。多くの実施形態では、これは、例えば、以下でより詳細に説明するようにＳＬＳ処理を用いて行われる。更なる詳細及び他のＳＬＳ処理に関しては、全内容が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許第６、３２２、６２５号、第６、３６８、９４５号、第６、５５５、４４９号、及び第６、５７３、５３１号を参照されたい。
【００３１】
次に、ＴＦＴがこの規定領域内に任意的に製造される（４４０）。これは、シリコンアイランド形成によって行われ、膜は、ＴＦＴが製造される場所を除いた過剰のシリコンを除去するようにエッチングされる。次に、残りの「アイランド」は、当業技術で公知の技術を用いて加工され、図６Ａに示すようなソース及びドレーン接点を含むアクティブＴＦＴが形成される。
【００３２】
一般的にここで注意すべきは、所定の膜の規定領域が予結晶化されて残りの領域が無処理のままとされた時であっても、ＳＬＳ処理は、予結晶化領域内部だけで行う必要はないことである。例えば、膜全体又はその一部分をＳＬＳを用いて横方向結晶化することができる。次に、ＴＦＴの一部又は全ては、初期予結晶化された領域内部に製造されるようにして、膜の横方向結晶化領域内の望ましい位置に製造することができる。膜の所定の領域に行う段階の判断は、完成デバイスの要求性能に依存する。
【００３３】
図３は、薄膜の予結晶化に使用することができるシステムの実施形態を概略的に示している。このシステムは、レーザビーム波長についてその各々が少なくとも部分反射性である複数のファセットを有する回転ディスクを含む。レーザビームは、このファセットがレーザビームを向け直し、それによってビームが膜を照射するように構成されている回転ディスクに向けられる。このディスクが回転すると、それは、レーザビームに膜の表面を走査させ、従って、膜の一部分が連続的に予結晶化される。このディスクが回転を続けると、レーザビームを反射する各々の新しいファセットは、回転の方向において膜に対するビームの位置を有効に「リセット」し、レーザビームをその方向での膜上のビームの出発点まで戻す。同時に、膜は、例えば、走査方向と直角な別の方向に平行移動され、それによってこのディスクが回転を続けると、新しいファセットは、第２の方向に互いから移動した膜の継続した部分にレーザビームを反射する。従って、薄膜の全体の領域が予結晶化される。
【００３４】
図３に示すように、予結晶化システム５００は、規定領域５２０内で薄膜５１５を結晶化するために使用することができる。例えば、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．」が提供している「１８Ｗ、２ω  Ｎｄ：ＹＶＯ4  Ｖｅｒｄｉ」レーザであるレーザ（図示せず）は、ＣＷレーザビーム５４０を発生する。１つ又はそれよりも多くの光学器械（これも図示せず）がレーザビーム５４０を成形し、それによって薄いラインビームが形成される。一部の実施形態では、ビームは、約１−１５ｍｍの間の長さ、約５−５０μｍの間の幅、及び約１０−１５０Ｗ／ｍｍ（ビーム長さ）のフルエンスを有する。しかし、ここで注意すべきは、ビームは、あらゆる望ましい長さを有することができ、ある場合は非常に大きい長さ対幅のアスペクト比（例えば、５０−１０５）を有する「ラインビーム」とすることができ、更に、照射されるパネルの全長にわたるものであり得ることである。この場合には、所定の領域の全体の長さが一度で照射されるので、膜は、第２の方向に走査されることを要しない。一部の実施形態では、ビームは、長軸に沿ってほぼ均一なエネルギを有するが、他の実施形態では、ガウス型又は正弦波型のような他のエネルギプロフィールを有するであろう。一部の実施形態では、ビームは、短軸に沿って「トップハット」エネルギプロフィール、すなわち、ビームの短軸を横切って実質的に等しいエネルギを有するプロフィールを有し、他の実施形態では、ビームは、短軸に沿って密に集束したガウス型プロフィールを有する。他のエネルギプロフィール及び他のビーム寸法が可能であり、完成デバイスの要求性能に従って選択することができる。全体的なビーム出力並びにビームの寸法は、膜５１５を部分溶融させ、それによって膜が望ましい量のテクスチャを有して再結晶するのに十分なエネルギ密度を提供するように選択される。当業者は、望ましいビームプロフィール、波長、及びエネルギを得るための適切なレーザ及び光学器械を容易に選択することができるであろう。ここで注意すべきは、レーザビームは、ＣＷでなくてもよいことであり、ビームは、例えば、照射領域を部分溶融させるのに十分な長いパルスであるあらゆる適切な時間的プロフィールを有することができ、又は比較的高い繰返し数を有することができる（擬似ＣＷ）。
【００３５】
レーザビームは、複数の少なくとも部分反射性の表面又はファセット５８０を有する回転ディスク５６０に向けられる。ディスク５６０の反射性ファセット５８０は、膜表面にレーザビームを向けるように膜５７５に対して位置決めされる。具体的には、ファセット５８０は、レーザビーム５４０が規定領域５２０内の膜５１５を照射するためにビームを向け直すことができるように構成される。レーザビームが領域５２０を照射する場合、ビームは膜を部分溶融し、米国特許公開第２００６／０１０２９０１号により詳細に説明するように、膜は、冷却されると結晶化する。ディスク５６０は、軸５７０の周りに回転する。この回転は、ファセット５８０をレーザビーム５４０に対して移動させ、それによってそれらは、レーザビームのための移動ミラーとして挙動し、基板を横断するライン内にビームを導く。ファセット５８０の移動は、レーザビーム５４０を膜５１５に対して（−ｙ）方向に迅速に移動させる。（−ｙ）方向での膜５１５に対するビームの相対速度ｖscanは、ディスク５６０の回転の速度によって判断される。ディスクによって与えられるビームの速度は、通常の機械的ステージを用いて基板を移動させることによって生成することができる速度よりもかなり大きい。同時に、ステージ５１８は、膜５１５を（＋ｘ）方向に速度ｖstageでビームの運動の方向と直角に移動させる。従って、膜の所定のポイントに対する合計のビーム速度は、ステージ５１８だけを用いて普通に達成することができる速度よりもかなり大きくすることができる。更に、膜表面の照射パターンは、このステージの走査速度及び方向、並びにこのディスクのこのファセット寸法及び回転速度、同様にこのディスクと膜の間の間隔によって定まる。
【００３６】
図３は、８個のファセット５８０を有するファセット付ディスク５６０を示しているが、ファセットのこの数は一例を意味するに過ぎない。一般的に、高速走査を提供するためにビームを偏向させる他の方法は、例えば、単一可動ミラーが考えられる。あるいは、例えば、望ましい加工速度及び予結晶化領域５２０の寸法に従って他の数のファセットを使用することができる。
【００３７】
図４Ａは、基板６１０に対するレーザビーム５４０の経路の詳細図を示している。ディスク５６０が回転すると、第１のファセット５８０は、ビーム５４０を反射させ、それによってビームは、予結晶化される規定膜領域６２０の第１のエッジ６２１で基板６１０を最初に照射し、この領域の「第１の走査」が開始される。ディスク５６０は、この所定のファセット５８０の回転を継続し、それによってビームは、（−ｙ）方向に速度ｖscanで膜領域６２０を横切って移動する。同時に、ステージ５１８は、基板６１０を（＋ｘ）方向に速度ｖstageで移動させ、結果として斜め結晶化経路がもたらされる。ビーム５４０が規定膜領域６２０を照射すると、ビームは、膜を部分溶融させ、膜は、冷却すると上述のようにテクスチャを有して結晶化する。従って、図６Ａに見られるように、個別の走査領域の幅ｗscanは、その領域内のレーザビームの長さによって形成され、この走査領域のエッジは、以下でより詳細に説明するように、基板に対してｖscan及びｖstageによって形成される「斜め」経路を進む。
【００３８】
ディスク５６０が回転を継続すると、第１のファセット５８０は、もはやそれがビーム５４０を反射しないまでに十分遠く回転する。これが起こると、ビームは、予選択領域６２０を形成する他のエッジに一致する第２のエッジ６２２で規定領域６２０の照射を停止する。ディスク５６０の回転が継続されると、レーザビーム５４０は、第２のファセット５８０上に向けられる。第２のファセット５８０がレーザビーム５４０を向け直し、それによってビームは、規定膜領域６２０の第１のエッジ６２１で基板６１０を照射し、「第２の走査」が開始される。第２の走査の開始の時に、このステージは、基板６１０を所定の距離（ステージ速度に基づく）だけ（＋ｘ）方向に第１の走査の開始があった場所から移動されている。これは、ステージ速度ｖstageによって定まる第１の走査と第２の走査との間での（＋ｘ）のオフセットを生じさせる。このオフセットは、第１の走査と第２の走査の間に望ましい量の重なりを提供するように選択される。上述のように、膜の複数回の予結晶化は、好ましく配向された粒子の寸法を増大させることができ、従って、第１の走査区域と第２の走査区域の間に多量の重なりを提供するために比較的小さいオフセットを使用することが望ましいであろう。
【００３９】
ディスク５６０が回転を継続すると、第２のファセット５８０は、ビーム５４０を領域６２０を横切って（−ｙ）方向に移動させ、ステージ５１８は、基板６１０を（＋ｘ）方向に移動させる。最後に、第２のファセット５８０は、ビーム５４０の経路の外に移動し、第３のファセット５８０がビーム５４０を領域６２０を照射するように反射させ、この場合も先と同様に、（＋ｘ）方向に速度ｖstageによって定まる量だけオフセットが生じる。このようにして、ディスク５６０が回転を継続し、ステージ５１８が基板６１０を移動させると、規定膜領域６２０は、実質的に予結晶化され、一方、基板６１０の他の領域は予結晶化されず、例えば、アモルファスシリコンのままである。領域６２０の予結晶化の完了後に、このステージは、基板６１０を（−ｘ）及び（＋ｙ）又は（−ｙ）方向に移動させ、それによって新しい領域を上述のように予結晶化することができる。
【００４０】
図４Ａは、基板に対するビームの「対角線」運動から生じる規定膜領域６２０の下側での非予結晶化区域を示しているが、この区域は、単に第１の走査を基板のエッジより下で開始することによって予結晶化することができる。代替的に、基板のこの下側を除去することができ、又は単にその特定の区域でＴＦＴが製造されないようにすることができる。
【００４１】
図４Ｂに示すように、（−ｙ）方向のビーム速度ｖscanと（＋ｘ）方向のステージ速度ｖstageとの組合せは、実効走査速度ｖscan、effをもたらす。この速度ｖscan、effは、ビームが、基板６１０を損傷しないように十分速く、しかし、規定膜領域６２０を望ましい度合に部分溶融するのに十分遅く移動するように選択される。
【００４２】
ビーム５４０が１つの方向だけに移動して（それは、双方向性とすることもできるが）連続的に膜を照射すると仮定すれば、走査の周波数ｆscanは、次式：
ｆscan＝ｖscan／ｌscan
によって与えられ、式中、ｖscanは、上述のように走査速度であり、ｌscanは、走査される領域の長さ、すなわち、前処理される区域のｙ−方向寸法である。一例として、１ｍ／ｓの走査速度ｖscan及び４ｍｍの走査長さｌscanについて、走査周波数は２５０Ｈｚになる。
【００４３】
単位面積当たりのある一定の走査数ｎについて、ビーム幅ｗscanは、次式：
ｗscan＝ｎ・ｖstage／ｆscan
から得られ、式中、ｖstageは、このステージの速度である。従って、上述の例示的な数に加え、単位面積当たりｎ＝１０の走査が要求され、ステージ速度ｖstageが約２０ｃｍ／ｓである時、ビーム幅ｗscanは約８ｍｍである。
【００４４】
部分溶融方式の限界内に留まるために、走査速度は、次の例えば正弦波型トレースとは対照的に、実質的に一定に保持される。説明した実施形態では、ディスク５６０は、実質的に一定の速度で回転し、それは、ビーム５４０も実質的に一定の速度で移動させる。このステージの平行移動は、新しい領域が予結晶化されることを可能にする。
【００４５】
一部の実施形態では、半導体膜は、最初に規定領域内で予結晶化され、次に、全域で横方向結晶化される。予結晶化領域は、非予結晶化領域よりも高度に整列した結晶を有するであろうが、膜の全ての領域が横方向結晶化されることになる。予結晶化と横方向結晶化との両方が為された領域は、統合ＴＦＴのような微細構造に特に過敏なデバイスを製造するために使用することができ、非予結晶化領域は、ピクセルＴＦＴのような微細構造に過敏でないが横方向結晶化の利益を受けるデバイスを製造するために使用することができる。改良された結晶アラインメントを必要とする領域内でのみの膜の予結晶化は、半導体膜全体の予結晶化よりも時間及びエネルギを節約することができる。
【００４６】
一部の実施形態では、半導体膜は、予結晶化に引き続いて横方向結晶化される。本明細書で「均一粒子順次方式横方向凝固」又は「均一ＳＬＳ」と呼ばれる1つの適切なプロトコルは、横方向に長い結晶の反復列によって特徴付けられる均一な結晶膜を調製するために使用することができる。均一結晶成長を図７Ａ−図７Ｄに関して説明する。結晶化プロトコルは、膜を例えばδをパルス間の平行移動距離としてδ＞ＬＧＬである固有横方向成長長さよりも大きく、かつ例えばδ＜２ＬＧＬである固有横方向成長長さの２倍よりも小さい量だけ前進させる段階を含む。用語「固有横方向成長長さ」（ＬＧＬ）は、冷却時に結晶が成長する固有距離を称する。ＬＧＬは、膜組成、膜厚み、基板温度、レーザパルス特性、もしあればバッファ層材料、及び光学的構成の関数である。例えば、５０ｎｍ厚みのシリコン膜に関する典型的なＬＧＬは、約１−５μｍ又は約２．５μｍである。実際の成長は、例えば、下記のように２つの面が衝突する場合のような他の横方向成長面によって限定される場合がある。
【００４７】
図７Ａを参照すると、最初の照射は、膜に対して、例えばこの横方向成長長さの２倍未満のように狭くかつ例えば１０ｍｍを超えて１０００ｍｍまで又はそれを超えるように長い膜を完全に溶融するのに十分なエネルギ密度を有するレーザパルスを用いて行われる。結果として、レーザビームを浴びた膜（図７Ａに領域４００として示される）は、完全に溶融し、次に結晶化される。この場合、粒子は、インタフェース４２０から非照射領域と溶融領域との間を横方向に成長する。上述のように、粒子は、溶融領域の両側の固相境界線からエピタキシャル成長する。従って、横方向成長粒子は、上述のように形成された予結晶化膜のテクスチャを取り入れる。溶融帯域幅が固有ＬＧＬの２倍未満であるようにレーザパルス幅を選択することにより、両方の固相／溶融相インタフェースから成長する粒子は、例えば、センターライン４０５でのように溶融領域のほぼ中心で衝突し、横方向成長が停止する。２つの溶融前面は、この溶融相の温度が核生成を誘発するのに十分低くなる前に、ほぼセンターライン４０５で衝突する。
【００４８】
図７Ｂを参照すると、少なくともほぼＬＧＬよりも大きく最大２×ＬＧＬよりも小さい所定の距離δだけ移動された後に、基板の第２の領域４００’は、第２のレーザパルスで照射される。基板の移動量δは、レーザパルスの望ましい重なり度合に関連する。基板の移動量が長くなるほど、この重なり度合は小さくなる。レーザビームのこの重なり度合は、ＬＧＬの約９０％よりも小さく約１０％よりも大きいことが有利かつ好ましい。この重なり領域は、括弧４３０と点線４３５で示している。第２のレーザビーム照射を浴びた膜領域４００’は、完全に溶融して結晶化される。この場合、第１の照射パルスによって成長した粒子は、第２の照射パルスから成長する粒子の横方向成長のための結晶シードとして機能する。図７Ｃは、横方向成長長さを超えて横方向に延びた結晶を有する領域４４０を示している。すなわち、細長い結晶の列が、平均で２つのレーザビーム照射で形成される。２つの照射パルスが、横方向に延びた結晶の列を形成するのに必要な全部であるので、この処理は「２回発射」処理とも称される。基板を横切って照射が継続され、横方向に延びた結晶の複数の列が生成される。図７Ｄは、複数の照射の後での基板の微細構造を示し、横方向に延びた結晶のいくつかの列４４０が表されている。
【００４９】
すなわち、均一ＳＬＳにおいて、膜は、例えば２である少ない数のパルスで照射されて溶融される。溶融領域内部に形成される結晶は、好ましくは横方向に成長して類似の配向を有し、膜の個々の照射領域内の境界で互いに接触する。照射パターンの幅は、核生成なしに結晶が成長するようにして好ましくは選択される。こうした場合には、この粒子は、顕著に長いとは言えないが、それらは、均一な寸法及び配向を有する。均一ＳＬＳ処理の変形の更なる詳細については、全内容が本明細書に引用によって組み込まれている米国特許第６、５７３、５３１号、及び全内容が本明細書に引用によって組み込まれている「薄膜のライン走査順次方式横方向凝固」という名称のＰＣＴ特許公開番号ＷＯ２００６／１０７９２６を参照されたい。比較的短い伸長の結晶粒子を提供する他の横方向結晶化方法、例えば、全内容が本明細書に引用によって組み込まれている米国特許公開第２００６／０１０２９０１号に説明のいわゆる「ドット−ＳＬＳ」法、並びにＰＣＴ特許公開番号ＷＯＵＳ０３／２５９４７に説明の制御式超横方向成長又は「Ｃ−ＳＬＧ」法も適切である。
【００５０】
図５は、一部の実施形態によるＳＬＳシステムを示している。例えば、エキシマレーザ７１０である光源がレーザビームを発生させ、次に、ビームは、ミラー７３０、７４０、７６０、テレスコープ７３５、ホモジナイザ７４５、ビームスプリッタ７５５、及びレンズ７６５のような光学要素を通過する前に、パルス持続時間延長装置７２０及び減衰プレート７２５を通過する。次に、レーザビームパルスは、平行移動ステージ（図示せず）上に置くことができるマスク７７０と、投射光学器械７９５とを通過する。このマスクは、レーザビームを「ラインビーム」に成形するスリットとすることができるが、このシステムは、マスクの選択によってより複雑なビーム形状を作ることができる。投射光学器械は、レーザビームの寸法を縮小させ、同時に望ましい位置で基板７９９に当たる光エネルギの強度を高める。基板７９９は、精密ｘ−ｙ−ｚステージ８００上に設けられ、このステージは、ビームの下に基板７９９を正確に位置決めすることができ、基板の望ましい位置でレーザビームによって生成されたマスク７７０の像の集束又は脱集束を助ける。米国特許公開第２００６／０１０２９０１号に説明するように、レーザの発射は、パルスの位置制御発射をもたらすためにｘ−ｙ−ｚステージ８００の運動に合わせることができる。
【００５１】
以上の説明は、シリコン薄膜の加工に言及しているが、多くの他の種類の薄膜が適合する。薄膜は、半導体又は金属のような導体とすることができる。例示的な金属としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、金、及びモリブデンが挙げられる。例示的な半導体膜としては、シリコン、ゲルマニウム、及びシリコン−ゲルマニウムのような従来型の半導体材料が挙げられる。金属又は半導体膜の下方又は上方に置かれた付加的な層、例えば、酸化珪素、窒化珪素、及び／又は酸化物、窒化物、又は例えば基板を過熱から更に保護する熱遮蔽体又は基板から膜への不純物の拡散を防止する拡散障壁としての使用に適切な他の材料の混合物が考えられている。パルスレーザ誘起溶融及び核生成開始結晶化を使用する制御された結晶配向を有するアルミニウム薄膜を提供する方法及びシステムについては、例えば、ＰＣＴ特許公開番号ＷＯ２００３／０８４６８８を参照されたい。
【００５２】
本発明の原理を適用することができる広範な実施形態に鑑みて、図示の実施形態は、一例に過ぎないと理解すべきであり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】一部の実施形態による高処理機能の予結晶化を用いて予結晶化された領域を有する薄膜を示す図である。
【図２】一部の実施形態による薄膜の高処理機能の予結晶化及びそれに続く任意的なＴＦＴ製造の方法を例示的に示す図である。
【図３】一部の実施形態による薄膜の高処理機能の予結晶化のための装置の概略図である。
【図４Ａ】一部の実施形態による高処理機能の予結晶化装置を用いるＴＦＴ領域の予結晶化を説明する図である。
【図４Ｂ】一部の実施形態による高処理機能の予結晶化装置を用いるＴＦＴ領域の予結晶化を説明する図である。
【図５】一部の実施形態による半導体膜の順次方式横方向結晶化のための装置の概略図である。
【図６Ａ】エキシマレーザ焼き鈍しによって形成された結晶性微細構造を示す図である。
【図６Ｂ】順次方式横方向結晶化によって形成された結晶性微細構造を示す図である。
【図６Ｃ】順次方式横方向結晶化によって形成された結晶性微細構造を示す図である。
【図６Ｄ】順次方式横方向結晶化によって形成された結晶性微細構造を示す図である。
【図７Ａ】一部の実施形態による順次方式横方向結晶化に含まれる処理とこの結晶化によって形成された微細構造とを概略的に示す図である。
【図７Ｂ】一部の実施形態による順次方式横方向結晶化に含まれる処理とこの結晶化によって形成された微細構造とを概略的に示す図である。
【図７Ｃ】一部の実施形態による順次方式横方向結晶化に含まれる処理とこの結晶化によって形成された微細構造とを概略的に示す図である。
【図７Ｄ】一部の実施形態による順次方式横方向結晶化に含まれる処理とこの結晶化によって形成された微細構造とを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
４００  膜の加工の方法
４１０  予結晶化される領域が形成される段階
４２０  膜が規定領域内で予結晶化される段階
【図１】
2009518864.tif 000003
【図２】
2009518864.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2009518864.tif 000006
【図４Ｂ】
2009518864.tif 000007
【図５】
2009518864.tif 000008
【図６Ａ】
2009518864.tif 000009
【図６Ｂ】
2009518864.tif 000010
【図６Ｃ】
2009518864.tif 000011
【図６Ｄ】
2009518864.tif 000012
【図７Ａ】
2009518864.tif 000013
【図７Ｂ】
2009518864.tif 000014
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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