(57)【要約】  本開示は、重ね合わせスキャン要素を用いた単一スキャンラインスキャン結晶化の方法および装置に関する。一つの態様において本発明の方法は、パルス化されたレーザ光源から複数のレーザビームパルスを作りだし、各レーザビームパルスは薄いフィルムを溶融させるとともに、冷却すると、前記薄いフィルムの結晶化を誘導するべく選択された流束量を有する段階、第１のビーム経路を用いて薄いフィルム上に第１のレーザビームパルスを導く段階、薄いフィルムを一定の第１のスキャン速度で第１の方向に前進させる段階、および光学的スキャン要素を用いて第１のビーム経路から第２のビーム経路へと第２のレーザビームパルスを偏向させる段階であって、その偏向が薄いフィルムに対し第１のスキャン速度より小さい第２のスキャン速度のレーザビームパルスを前記フィルムが受けることに結びつく段階とを含む。【選択図】図６
2013527120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄いフィルムを加工する方法であって、
パルス化されたレーザ光源から複数のレーザビームパルスを作りだし、各レーザビームパルスは薄いフィルムを溶融させるとともに、冷却すると、前記薄いフィルムの結晶化を誘導するべく選択された流束量を有する段階、
第１のビーム経路を用いて薄いフィルム上に第１のレーザビームパルスを導く段階、
前記薄いフィルムを一定な第１のスキャン速度で第１の方向に前進させる段階、および
光学的スキャン要素を用いて第１のビーム経路から第２のビーム経路へと第２のレーザビームパルスを偏向させ、その偏向が薄いフィルムに対し第１のスキャン速度より小さい第２のスキャン速度のレーザビームパルスを前記フィルムが受けることに結びつく段階、
を備える方法。
【請求項２】
各レーザビームパルスは、前記薄いフィルムを完全に溶融させるべく選択された流束量を有する請求項１に記載した方法。
【請求項３】
前記結晶化の段階は、逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）プロセスを含む請求項１または２に記載した方法。
【請求項４】
各レーザビームパルスは、薄いフィルムを部分的に溶融させるべく選択された流束量を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載した方法。
【請求項５】
前記結晶化の段階は、ラインビームエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）プロセスを含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載した方法。
【請求項６】
前記光学的スキャン要素は、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される請求項１乃至５のいずれか一項に記載した方法。
【請求項７】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、かつ前記第２のパルスは第１のパルスと同じファセットに導かれる請求項１乃至６のいずれか一項に記載した方法。
【請求項８】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、かつ前記第２のパルスは前記第１のパルスとは異なるファセットに導かれる請求項１乃至７のいずれか一項に記載した方法。
【請求項９】
前記結晶化は単一のスキャンにおいて、完了する請求項１乃至８のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１０】
前記第１のビーム経路を用いて第３のビームパルスを薄いフィルム上に導くことを含む請求項１乃至９のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１１】
薄いフィルムを加工する方法であって、
第１の領域および第２の領域を含む複数の領域を定める段階、
パルス化されたレーザ光源から複数のレーザビームパルスを作りだす段階であって、各レーザビームパルスは前記薄いフィルムを溶融させるとともに、冷却すると、前記薄いフィルムの結晶化を誘導するべく選択された流束量を有する段階、
一定な第１のスキャン速度で薄いフィルムを第１の方向に前進させて第１のスキャン方向とする段階、
前記レーザビームパルスのうちの少なくとも２つを光学的スキャン要素を用いて偏向させる段階であって、前記ビームパルスは、前記第１の領域が完全に処理されるまで、前記第１のスキャン速度より低い第２のスキャン速度で前記フィルムの第１の領域をスキャンする段階、
を備える方法。
【請求項１２】
各レーザビームパルスは、前記薄いフィルムを完全に溶融させるべく選択された流束量を有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１３】
前記結晶化の段階は、逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）プロセスを含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１４】
各レーザビームパルスは、前記薄いフィルムを部分的に溶融させるべく選択された流束量を有する請求項１乃至１３のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１５】
前記結晶化の段階は、ラインビームエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）プロセスを含む請求項１乃至１４のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１６】
前記光学式スキャニングは、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学的要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される請求項１乃至１５のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１７】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスと同じファセットに導かれる請求項１乃至１６のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１８】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスとは異なるファセットに導かれる請求項１乃至１７のいずれか一項に記載した方法。
【請求項１９】
前記結晶化は、単一のスキャンにおいて完了する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載した方法。
【請求項２０】
前記第１の領域が第２のスキャン速度でスキャンされた後、前記第１のスキャン速度で前記第２の領域を照射することを含む請求項１乃至１９のいずれか一項に記載した方法。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか一項に記載した方法にしたがって処理された薄いフィルム。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか一項に記載した方法にしたがって処理された薄いフィルムを備える装置であって、
前記装置は、前記薄いフィルムの複数の結晶化された領域の内部に配置された複数の電子回路を備える装置。
【請求項２３】
前記装置が表示装置を備える請求項１乃至２２のいずれか一項に記載した装置。
【請求項２４】
薄いフィルムを結晶化させるためのシステムであって、
複数のレーザビームパルスを生じさせるパルス化されたレーザ光源であり、前記レーザビームパルスは薄いフィルムを溶融させるべく選択された流速量をそれぞれ有し、冷却すると、薄いフィルムの結晶化を誘導するレーザ光源、
第１のビーム経路を用いて前記薄いフィルム上に前記レーザビームを導くための光学部品、
一定な速度でスキャンする要素であり、前記薄いフィルムを固定するとともに結果として第１のスキャン方向となる第１の方向に一定な第１のスキャン速度で前記薄いフィルムを前進させる要素、および
第１のビーム経路から第２のビーム経路へと前記レーザビームを偏向させる光学的なスキャン要素であり、前記偏向は、前記薄いフィルムに対し第１のスキャン速度より低い第２のスキャン速度の前記レーザビームのパルスを前記フィルムが受けるようにする光学的なスキャン要素、
を備えるシステム。
【請求項２５】
前記光学式スキャニングは、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学的要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される請求項１乃至２４のいずれか一項に記載したシステム。
【請求項２６】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスと同じファセットに導かれる請求項１乃至２５のいずれか一項に記載したシステム。
【請求項２７】
前記光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスとは異なるファセットに導かれる請求項１乃至２６のいずれか一項に記載したシステム。
【請求項２８】
前記結晶化は単一のスキャンにおいて完了する請求項１乃至２７のいずれか一項に記載したシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についてのクロスリファレンス
この出願は、２０１０年６月３日に出願された米国仮出願第６１／３５１，０６５号および２０１０年６月１４日に出願された米国仮出願第６１／３５４，２９９号を基礎とする優先権を主張する。
【０００２】
本願明細書において、引用した全ての特許、特許出願、特許公開公報および刊行物は、その全体が参照によって本願明細書に明示的に組み込まれる。本出願の教示と援用された文書の教示との間に抵触が生じた場合は、本出願の教示が優先するものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来の商業化された薄膜レーザ結晶化法は、完全な結晶化を得るために、フィルムの単位領域に多重のパルス照射を必要としている。そのような方法の実例には、ラインビームによるエキシマーレーザアニール（ＥＬＡ）および逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）が含まれる。処理能力を高めるために、そのようなプロセスは、好ましくはフィルムの各領域を一度だけスキャンするやり方（すなわち、単一スキャンプロセス）で実行される。実際には、これは典型的に、試料をステージ上に装填し、一定の速度でスキャンしつつオーバラップしたビームパルスがフィルムの表面に当たることを意味する。さらにまた、レーザ装置は、パワー出力および処理能力を最大にするために典型的に一定の繰返し速度で作動する。従って、これらの方法においては、パルス間のオーバーラップはフィルムの全体にわたって同じである。例えば、典型的なＥＬＡプロセスにおいては、ビームがフィルムの全体にわたって約９５％オーバーラップする。二次元の投影光学素子を用いる典型的な２ショットＳＬＳプロセス（本願明細書において、用いる２ショットＳＬＳは、フィルムの最大結晶化に到達するために２つのパルスが必要な、言い換えるとフィルムの各単位領域が最大で２つのレーザパルスにより照射されるＳＬＳスキームを指す）においては、ビームがフィルムの全体にわたって約５０％オーバーラップし得る（例えば、米国特許第６，９０８，８３５号「単一スキャン、連続動作逐次的横方向結晶化の方法およびシステム」を参照）。また、典型的なラインスキャンＳＬＳプロセスにおいては、２ショットＳＬＳにおけるビームのオーバーラップはフィルムの全体にわたって５０％未満である（例えば、米国特許第７，０２９，９９６号「逐次的横方向結晶化を用いて均一で大きな結晶粒の結晶粒界の位置を操作した多結晶質薄膜半導体を製造する方法」を参照）。あるいは方向性ＳＬＳにおいては、フィルムの全体にわたって５０％を上回る（例えば、米国特許第６，３２２，６２５号「基板上での半導体フィルム領域の結晶化プロセスおよびそれにより製造された装置」を参照）。
【０００４】
一つの実施例として、２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスの概略図が図１ａに示されている。図１ａは、フィルム１０５上の一連のパルス１００を示している。図１ａに示したように、パルス間のオーバラップは５０％未満である。したがって、４μｍのステップサイズ、すなわち方向１０１において、各パルスが４μｍ移動し、かつパルス反復速度が６ｋＨｚの場合、フィルムを完全に結晶化させるためにステージが２．４ｃｍ／ｓで移動する。従って、所定の横方向成長長さおよび所定のレーザ反復速度を考慮すると、所望の微細構造を適切に生成させるには、スキャン速度が重要である。方向性材料を得るためには（本願明細書において、用いる方向性ＳＬＳは、横方向に成長した粒子の集まりが、横方向に成長する粒子と部分的にオーバラップする更なるレーザパルスによって、反復して特定方位に結晶化して延長するＳＬＳスキームを指す）、スキャン速度はパルス間のオーバラップが５０％を超えて生じるようなものでなければならないが、２ショット微細構造を得るためには、スキャン速度はパルス間のオーバーラップが５０％未満でかつ０％を上回って生じるようなものでなければならない。
【０００５】
このような完全に結晶化させたフィルムは、大面積の電子部品、例えばフラットパネルディスプレイやＸ線センサといった一般的にマトリックスタイプの装置の製造に用いることができる。１つの実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイのためのアクティブマトリックスバックプレーンであり、マトリックスのノードは画素薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）または画素回路に対応する。製造工程においては、画素ＴＦＴ若しくは回路の間のＳｉは透明性のために取り除かれる。従って、結晶化フィルムにおける大きな領域は用いられない。
【０００６】
上述した方法とは対照的に、他のタイプの結晶化スキームである選択領域的結晶化（ＳＡＣ）は、（例えば、基準点若しくは特定の結晶特徴を配置するために光検出を用いる）試料アライメント技術を用いて、フィルムのうち後の装置若しくは回路がマトリックスタイプの大領域電子デバイスに製造される領域だけの選択的な結晶化を可能にする。従って、ビームパルスは、マトリックスの１つ若しくは多数のノード（例えば、単一の列）が後から製造される結晶化領域に導かれる。従って、画素ＴＦＴ若しくは回路だけを選択的に結晶化させるとともにそれらの間の領域をスキップすることにより、試料を結晶化させるために必要なパルスは少なくなり、潜在的により高い処理能力に帰着する。
【０００７】
レーザ反復速度が一定な単一スキャンＳＡＣプロセスは、例えば完全溶融結晶化若しくは部分溶融結晶化のような単一パルスプロセスに対し、容易に実施できる。例えば、パルスの間のスキップ領域に対しステージスキャン速度を増加できる。言い換えると、２つのパルス間の移動距離はビームの幅を上回ることができる（例えば、米国特許出願公開第２００７／００１，０１０４号「基板上のフィルム領域をラインタイプのビームを用いてレーザ結晶化処理するプロセスとシステム、およびそのようなフィルム領域の構造」を参照）。
【０００８】
例えば従来の商業化されたプロセスであるＥＬＡおよびＳＬＳのような多重パルス照射プロセスについては、ＳＡＣは単一スキャンで達成するのは簡単ではない。要するに、処理する必要のない領域は結晶化させない（若しくは不完全に結晶化させる）べく、いくつかのパルスは周期的にオーバラップするが、いくつかのパルスはオーバラップしない（若しくはより小さくオーバーラップする）フィルム表面へのパルスの非周期性の配置が必要とされる。最近、複数のレーザ光源／管を有したシステムを用いるとともにわずかに遅延させて管を起動させる、この技術を効果的に実施する技術が開発されてきている。この遅延は、各パルスシーケンス内における大きなオーバラップ、およびその後に続く各パルスシーケンス間での小さな若しくは全くなしのオーバラップを可能にする短いステージ移動距離に対応する。そのような非周期性のパルスプロセスは、（１）完全な結晶化に到達するために必要なパルスの数が管の数を超えない、また（２）少なくとも単一画素ＴＦＴ若しくは回路を保つために十分に大きい領域において、完全に結晶化させるために、各パルスシーケンスにより処理される領域が十分に大きい場合に、一定の反復速度で作動するレーザ装置を用いる単一スキャンプロセスに用いることができる。一つの例は、二次元投射２ショットＳＬＳプロセスである（例えば、米国特許出願第１２／７７６，７５６号「非周期性パルスによる逐次的横方向結晶化のためのシステムおよび方法」を参照）。この例においては、２つのレーザ光源は、大きくオーバラップした矩形パルスを有するために短いシーケンスで発射できる。このとき、２ショット結晶化領域の幅は、画素ＴＦＴ若しくは回路の全体およびアライメントの不正確さ（例えば数１０から１００若しくは数１００μｍｓ）をまかなうのに適したマージンを保持するために十分に広い。
【０００９】
所望の非周期性でパルスを配置することは、バーストモードで作動する、すなわち非周期性の発射速度で作動するレーザを用いて、若しくは特定の時間間隔で周期的にビームを遮断するビーム遮断装置を用いても実行できる。しかしながら、ＳＡＣのそのような実施は、結果として処理能力の増加にはならず、むしろレーザパルスの使用の減少となるだけである。あるいは、パルスは、その試料の上の若しくは他の試料の上の他の領域に方向を切り換えることができる。図１ｂは、バーストモード若しくはビーム遮断２ショットラインスキャンＳＬＳ法を示している。図１ｂにおいて、レーザが第１の領域１１０を照射するときに、そのレーザは４つのパルスでフィルム１０５を照射する。次いでレーザは、第２の領域１１５を照射するときには消され若しくは遮断され、結果としてフィルム１０５を照射しない。レーザは第３の領域１２０を照射するために再び点火され、４つのパルスがフィルムを照射することに帰着する。最後に、第４の領域１２５を照射するときにはレーザは消される。図示されているスキャンは、２．４ｃｍ／ｓの速度で進行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
いくつかの現在商業化されているパルスレーザベースの低温ポリ結晶Ｓｉプロセスは、一定の反復速度で作動する複数のレーザを用いる単一スキャンＳＡＣプロセスにおける両方の要求を容易に満たさない。例えば、ラインビームＥＬＡは、一般的に単位領域当たり少なくとも１０個若しくは１５個、または均一な２０個のパルス、いくつかの場合は満足がいく程度の材料の均一性に到達するために４０個のパルスを必要とする。非周期性のパルス技術は、（ＰＣＴ／ＵＳ１０／５５１０６「非周期性パルスによる部分溶融フィルム処理ためのシステムおよび方法」に記載されているようにスキャンの数を減少させる点で）ＥＬＡにとって有益ではあるが、１０個若しくはより多くのレーザ光源を有した構造のレーザツールは、結晶化ツールのより複雑で頻繁な保守ばかりでなくパルスを結合するために必要なより複雑な光学的準備の故に、非実用的である。したがって、完全な結晶化に達するためには複数のスキャンが必要である。ひとつのスキャンにおいて、関心事である各領域は、１つ若しくは少数のパルスによって、処理される。次のスキャンにより、完全な結晶化に到達するまで更なるパルスで同一領域が再び加工される。
【００１１】
ＥＬＡとは対照的に、ラインスキャンＳＬＳは、完全な結晶化に到達するために必要な少数パルスの要求を満たす。しかしながら、そのような少数のパルスによって、結晶化される領域は、画素ＴＦＴ若しくは回路のための領域を完全に結晶化させるために十分には広くない。例えば、ラインビームの幅が６μｍであると、横方向成長長さは３μｍ、すなわちビーム幅の１／２となる。約３３％のオーバーラップで２回目を照射すると（ステップ幅４μｍ、ビーム幅６μｍ）、それぞれ約４μｍの長さを有した細長い粒子の列が形成される。これは単一の短チャネルＴＦＴのチャネルを保持するためには十分であるが、長チャネルＴＦＴや、ＴＦＴのソースドレン領域、特定のレイアウトで設計された多数のＴＦＴ（粒子の伸長方向に対して垂直なチャネル方向を有した特定のＴＦＴを含む）、あるいは記憶キャパシタのような他の電子要素を保持するには不十分なものとなる。加えて、アライメント技術は十分な精度を提供し得ず、少なくとも数μｍ、５μｍ、若しくは１０μｍまたは数１０μｍのマージンが必要となり得る。これは、画素ＴＦＴ若しくは回路を保持するべく十分に大きい領域を完全に処理するために、全部で１０個若しくは２０個以上のパルスが必要なことになる。従って、この状態は従来のラインビームＥＬＡの状態と同じになり、単一スキャン、一定反復速度のＳＡＣプロセスは公知の方法によっては容易に実施されない。
【００１２】
これにより、以前に提案されたラインビームＥＬＡ若しくはラインスキャンＳＬＳを含むＳＡＣスキームは、典型的に多数のスキャンを必要とする（例えば、ラインビームＥＬＡについては、ＰＣＴ／ＵＳ１０／５５１０６「非周期性パルス部分溶融フィルム処理のためのシステムおよび方法」、およびラインスキャンＳＬＳについては、米国出願第１２／７７６，７５６号「非周期性パルスによる逐次的横方向結晶化のためのシステムおよび方法」）。ＳＡＣスキームはレーザ光源が一定の反復速度で作動しないところにも存在する。しかしながら、上述したように、（レーザ出力がより低い）そのような動作モードは、処理能力のいかなる増加にも至らず、単にレーザ管の寿命が増加するだけである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一つの態様において、本開示は薄いフィルムを加工する方法に関する。この方法は、パルス化されたレーザ光源から複数のレーザパルスを生成し、各レーザビームパルスは薄いフィルムを溶解させるとともに、冷却すると、薄いフィルムの結晶化を誘導するべく選択された流束量を有する段階、第１のビーム経路を用いて薄いフィルム上に第１のレーザビームパルスを向ける段階、薄いフィルムを一定の第１のスキャン速度で第１の方向に前進させる段階、および光学的スキャン要素を用いて第１のビーム経路から第２のビーム経路へと第２のレーザビームパルスを偏向させ、その偏向が薄いフィルムに対し第１のスキャン速度より小さい第２のスキャン速度のレーザビームパルスをフィルムが受けることに結びつく段階と、を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態において、各レーザビームパルスは、薄いフィルムを完全に溶融させるべく選択された流束量を有する。いくつかの実施形態において、この結晶化の方法は、逐次的な横方向結晶化（ＳＬＳ）のプロセスを含む。いくつかの実施形態において、各レーザビームパルスは、薄いフィルムを部分的に溶融させるべく選択された流束量を有する。いくつかの実施形態において、この結晶化方法は、ラインビームエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）プロセスを含む。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素は、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、かつ第２のパルスは第１のパルスと同じファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、かつ第２のパルスは第１のパルスとは異なるファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、結晶化は単一のスキャンにおいて、完了する。いくつかの実施形態において、この方法は、第１のビーム経路を用いて第３のビームパルスを薄いフィルム上に向けることを含む。
【００１５】
本開示の他の態様は、薄いフィルムを処理する方法に関し、以下の段階を含む。第１の領域および第２の領域を含む複数の領域を定める段階、パルス化されたレーザ光源から複数のレーザビームパルスを作りだし、各レーザビームパルスは薄いフィルムを溶融させるとともに、冷却すると、薄いフィルムの結晶化を誘導するべく選択された流束量を有する段階、一定な第１のスキャン速度で薄いフィルムを第１の方向に前進させて第１のスキャン方向とする段階、レーザビームパルスのうちの少なくとも２つを光学的スキャン要素を用いて偏向させる段階であって、ビームパルスは、第１の領域が完全に処理されるまで、第１のスキャン速度より低い第２のスキャン速度でフィルムの第１の領域をスキャンする段階、を備える。
【００１６】
いくつかの実施形態において、各レーザビームパルスは、薄いフィルムを完全に溶融させるべく選択された流束量を有する。いくつかの実施形態において、この結晶化の方法は、逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）プロセスを含む。いくつかの実施形態において、各レーザビームパルスは、薄いフィルムを部分的に溶融させるべく選択された流束量を有する。いくつかの実施形態において、この結晶化の方法は、ラインビームエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）プロセスを含む。いくつかの実施形態において、光学式スキャンは、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学的要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスと同じファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスとは異なるファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、結晶化は単一のスキャンにおいて、完了する。いくつかの実施形態において、この方法は、第１の領域を第２のスキャン速度でスキャンした後に、第１のスキャン速度で第２の領域を照射する段階を含む。
【００１７】
本開示の他の態様は、上述した方法により加工された薄いフィルムに関する。本開示の他の態様は、上述した方法により加工された薄いフィルムを含む装置に関し、この装置は、薄いフィルムの複数の結晶化領域の内部に配置された複数の電子回路を含む。いくつかの実施形態において、この装置は表示装置とすることができる。
【００１８】
本開示の一つの態様は、薄いフィルムを結晶化させるシステムに関し、このシステムは、複数のレーザビームパルスを生じさせるパルス化されたレーザ光源を含み、各レーザビームパルスは薄いフィルムを溶融させるべく選択された流速量を有し、冷却すると、薄いフィルムの結晶化を誘導し、第１のビーム経路を用いて薄いフィルム上にレーザビームを導くための光学部品、一定な速度でスキャンする要素であって、薄いフィルムを固定すると共に第１のスキャン方向に帰着する第１の方向に一定な第１のスキャン速度で薄いフィルムを前進させる要素、および第１のビーム経路から第２のビーム経路へとレーザビームを偏向させる光学的なスキャン要素であって、前記偏向は、薄いフィルムに対し第１のスキャン速度より低い第２のスキャン速度のレーザビームパルスをフィルムが受けるようにするスキャン要素、とを備える。
【００１９】
いくつかの実施形態において、光学式スキャンは、傾斜ミラー、回転ミラー、直線的に可動な光学的要素およびポリゴンスキャナから成るグループより選択される。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスと同じファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、光学的スキャン要素はポリゴンスキャナを含み、第２のレーザパルスは第１のレーザパルスとは異なるファセットに導かれる。いくつかの実施形態において、結晶化は単一のスキャンで完了する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】従来の２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示す図。
【図１ｂ】バーストモード若しくはビーム遮断２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示す図。
【図２】スキャンの間にｙ方向に直線的にミラーを動かすことによるフィルムのスキャンを示す図であり、本開示の実施形態にしたがって、フィルムが（−ｙ）方向に一定の速度で移動することを示す図。
【図３】本開示の実施形態にしたがう、回転ミラーを用いたフィルムの重ね合わせスキャンを示す図。
【図４】本開示の実施形態にしたがう、薄いフィルムを結晶化させる重ね合わせスキャンのために用いられるシステムの一実施形態を概略的に示す図。
【図５】本開示の実施形態にしたがう、重ね合わせた２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示す図。
【図６】本開示の実施形態にしたがう、重ね合わせた２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示す図。
【図７】本開示の実施形態にしたがう、可変速度スキャン要素によって誘導されたビーム変位の波形と時間を対比して示す図。
【図８】本開示の実施形態にしたがう、薄いフィルムを結晶化させる重ね合わせスキャンに用いるシステムの一実施形態を示す図。
【図９】本開示の実施形態にしたがう、フィルムの重ね合わせスキャンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
したがって、より大きな結晶化の処理能力は、（１）最小限の数のスキャン（好ましくは単一のスキャン）を用いること、および（２）選択領域結晶化スキームを用いつつ、（３）一定の反復速度でレーザを走らせること、によって、達成できる。処理能力を増加させることは、大型パネル（例えば、第８世代マザーガラス、すなわち２．２０×２．５０ｍ2の）を製造するパルス化されたレーザベース低温多結晶Ｓｉ（ＬＴＰ）技術の実施については目下のところ重要な発展と考えられている。そのような技術は、アクティブマトリックスＬＥＤ（AMOLED）ＴＶの製造ばかりでなく超高解像度ＬＣＤ（UDLCD）製造に利益を得ることができる。高性能なバックプレーンは、例えば２４０Ｈｚのリフレッシュレートが必要な３Ｄテレビ用途のために特に必要である。
【００２２】
ここで、ラインビームＥＬＡ若しくはラインスキャンＳＬＳのための、一定のレーザ反復速度で単一スキャン選択領域結晶化を可能にする技術が提示される。以下に説明するように、関心のある領域上にレーザパルスをリダイレクトする能力と結びつけられた周期的なパルスシーケンスを用いて、パルスの非周期的な配置を生じさせることができる。従って、様々なスキャン速度の単一スキャンを説明するが、関心のある領域においては低い有効スキャン速度を用いられ、高い有効スキャン速度がそれらの間の領域に用いられる。本願明細書において、用いる有効なスキャン速度という用語は、フィルムの表面が受ける照射の速度および方向を意味する。
【００２３】
従って、本システムは、様々なスキャン速度の単一スキャンを効果的に生じさせるために２つの重ね合わせスキャン要素を用いる。１つのスキャン要素が従来設定のスキャン速度より高い（例えば、２倍若しくは３倍）一定の速度でビームをスキャンする一方、第２のスキャン要素は、第１の要素に対して平行な方向と逆平行（すなわち、反対方向）な方向で、スキャニングを交互に切り換えることができる。次いでその試料は、逆平行モードでスキャンするときの低い有効スキャン速度および平行モードでスキャンするときの高い有効スキャン速度の２つのスキャン要素のスキャン速度を重ね合わせた結果である、有効なスキャン速度で結晶化される。その上に試料があるステージは重く、したがって十分な速度で加速若しくは減速することが困難であるので、試料ステージを用いた一定速度のスキャンが最も良く実行し得る。これに代えて、試料を静止させるとともに、例えばビーム供給システムのスキャン部分若しくは全体またはレーザをスキャンさせることによりビームをスキャンさせることができる。様々な速度でのスキャンは、移動する光学的要素若しくはビーム偏向要素を用いて実行できる。ビーム偏向要素は、一実施形態においては、例えば回転ミラーと（「シーソー」モードで前後に作動する、例えばマサチューセッツ州レキシントンのCambridge Technologyから入手可能なガルバノメータベースの光学的スキャナ）することができる。他の実施形態において、様々な速度でのスキャンは、特定の光学的要素を移動ステージ上に配置すると共にその光学的要素を前後にスキャンすること、若しくは回転ポリゴンミラーの使用を通してスキャンすることを伴う。そのような技術は、当業者には一般的に知られている。ここで注意しなければならないことは、ビームをスキャンしている間、試料レベルにおけるビーム特性が（少なくとも、低い速度でのスキャンの間は）不変であることである。例えば、焦点を合わせたラインビームを用いる場合、集束エレメントと試料との間のビーム経路は、好ましくは一定のままであり、若しくはビームの焦点深度以下で変化する。回転スキャン（ガルバノメータベースの光学的スキャナまたはポリゴンスキャナ）においては、スキャン角度がかなり大きくなる場合のビーム経路長の変動を補償するために、スキャンレンズ（例えばマサチューセッツ州カントンのBay Photonics LLCから入手可能なレンズ）を用いることができる。
【００２４】
図２は、スキャンの間に（＋ｙ）および（−ｙ）の両方向にミラーを直線的に動かすとともにフィルムを（−ｙ）方向に一定速度で移動させることによるフィルム４００のスキャンを示している。フィルムを（−ｙ）方向に一定な速度で移動させることは、結果として（＋ｙ）方向４１５のスキャンとなり、本願明細書においては長いスキャンと称する。図２ａにおいては、短いスキャン、すなわち様々な速度のスキャン要素を用いたスキャンを開始するために、ミラー４１０をレーザビーム４０５のより近くで（＋ｙ）方向に移動させると、結果としてレーザビームをリダイレクトしてフィルムを位置ａで照射することになる。図２において、ミラー４１０は変化するスキャン要素としての役割を果たし、かつ移動するフィルム１０５は、一定速度のスキャン要素としての役割を果たす。さらに、ミラー４１０（および本願明細書に開示されている任意の可変速度スキャン要素）によって、生じるスキャンは本明細書においては短いスキャンと称し、かつフィルム１０５によるスキャンは本明細書において、長いスキャンと称する。本願明細書において、議論する重ね合わせスキャンは、スキャン速度、スキャン要素および短い／長いスキャンに関して言及される。その開始位置から、ミラーは（一定速度でスキャンするフィルムの長いスキャン方向とは逆平行な）（−ｙ）方向（矢印４０４）に移動して短いスキャンを開始する。図２ｂにおいて、ミラーが中心位置に戻ると、結果としてレーザビームはフィルム上の位置ｂに導かれて照射することになる。図２ｃにおいて、ミラー４１０を((−ｙ）方向４０４において、）レーザビーム４０５から遠ざけると、結果としてレーザビームがフィルム上の位置ｃに導かれて照射することになる。領域ａ，ｂ，ｃの全てが必要なオーバラップ、例えばラインスキャン２ショットＳＬＳプロセスにおいて、２μｍで重なり合う。これは、後のＴＦＴ画素若しくは回路製造のための第１の領域の結晶化を完了させるとともに、短いスキャンが終了する。図２ｄにおいて、フィルムは（−ｙ）方向に移動し続けるが、ミラーは図２ａの開始位置へ移動、すなわちミラーは（＋ｙ）方向若しくは長いスキャン（矢４１７）に平行に移動している。これは、第２の短いスキャンを開始する。レーザビーム４０５に向かう動きは、薄いフィルム上の位置ｄにレーザビームを導いての照射を生じさせ、それはＴＦＴ画素若しくは回路のための第２の領域の第１のパルスであり、かつ第１の領域とは重なり合わない。このプロセスは以前のように継続し、図２ｅにおいてはミラーはその中央位置に戻り、結果としてフィルム上の位置ｅにレーザビームが導かれて照射することになる。
【００２５】
これにより、ミラー４１０は、スキャンの間にビームをｙ方向で前後に交互に切り換える可変速度スキャン要素である。ほとんどの場合、ビームはフィルムに直接当たらず、最初に例えば投影レンズまたは屈折若しくは反射する光学素子といった光学的要素によって、更に成形される。原則として、可変速度スキャン要素は、例えばビームを均質化するために典型的に用いられる小型レンズアレイのようなビームを分割して重ね合わせる要素を越えて配置される限り、光学的ビーム経路のどこにでも配置できる。可変速度スキャン要素の寸法を制限するためには、ラインビームを形成するためにビーム軸のうちの１つを増大させる前の更に上流に（すなわち、レーザ光源により近づけて）配置することが望ましい。
【００２６】
光学的要素は、それに沿って光がシステム内を伝播する光学経路を定める。光学通路は、一般的に、光軸と称される想像線によって、定められる。単体レンズおよびミラーで構成されるシステムにおいては、光軸は、各表面の曲率中心を通過すると共に回転対称な軸に一致する。図２ａ〜図２ｅの全体における点線は、光学通路のそのような光学的要素の光軸を概略的に示している。典型的に、ビーム供給システムにおいて、軸線から外れた移動の結果として生じ得る光学的な歪を最小化するために、ビームは好ましくは光軸に近いビーム経路を通って移動する。可変速度スキャン要素は、光軸から外れたビーム経路上へとビームを偏向する。本願明細書において、用いるビーム経路は、光学的要素によって、定められるとともに光軸によって、説明できる光学通路に沿ってビームが移動する実際の経路である。
【００２７】
可変速度スキャン要素は、スキャン方向を急速に変更できる。これは、平行移動スキャン要素にとっては、例えば大きな質量をある距離を超えて前後に移動させる速度が大きくなったときに厳しいものとなり得る。これに代えて、スキャン要素の回転若しくは傾斜を用いることができる。図３はこの概念を示している。ビームからおよびビームに向かって移動するミラーではなく、このミラーは静止しているが、ビームを光軸から偏向するために矢印方向３０６の軸のまわりに回転する。図３ａにおいて、ビーム４０５は、光軸３０１に対して角度３０２で配置され、したがって光軸から角度３０４へとビームを偏向するミラー３００に導かれる。これは、結果としてフィルム４００の位置ａにビームをリダイレクトして照射することになる。図３ｂは、現在光軸から角度３０７に配置されているミラー３００に導かれ、結果として光軸から偏向しないレーザビームを示している。従って、ビームはフィルム４００上の位置ｂを照射する。図３ｃは、現在は光軸３０１から角度３１２に配置されて光軸から角度３１４でビームを偏向するミラー３００に導かれたビーム４０５を示している。この偏向は、結果としてビームがリダイレクトされてフィルム４００の位置ｃを照射することになる。図３ｄは、必要なオーバラップ、例えばラインスキャン２ショットＳＬＳプロセスにおいて、２μｍで重なり合う領域ａ，ｂおよびｃを示している。これは、後のＴＦＴ画素若しくは回路の製造のための第１の領域の結晶化を完了させる。図３ｄにおいて、図３ａにおいて、角度３０２の第１の位置へミラーが戻ったときに、フィルムは（−ｙ）方向に移動し続ける（矢印３０５。結果として（＋ｙ）方向のフィルムのスキャンになる）。ビームの偏向は、レーザビームを薄いフィルム上の位置ｄに導いて照射するようにするが、それはＴＦＴ画素若しくは回路のための第２の領域における第１のパルスであり、第１の領域とは重なり合わない。このプロセスは以前のように継続し、図３ｅにおいては、ミラーが図３ｂの角度３０７の位置に戻り、結果としてフィルム上の位置ｅにレーザビームを導いて照射することになる。
【００２８】
この回転ミラーは、例えばガルバノメータ若しくはミラーを傾斜させるために用いるいくつかのタイプの線形マイクロアクチュエータにより制御されるが、次の領域を結晶化する前に反対方向のスキャンを必要とする。このような反対方向のスキャンはプロセスの処理能力を代償にして進められる。その時間の間に放出されたパルスが画素ＴＦＴ若しくは回路のための領域のいずれとも重なり合わないからである。そのようなパルスは、無駄なパルスと考えることができる。
【００２９】
図４は、薄いフィルム１０５を結晶化させるための重ね合わせスキャンに用いることができるシステム２００の他の実施形態を略図で示している。この重ね合わせスキャンシステム２００は、それぞれが少なくとも部分的に反射する複数のファセット２１０〜２１７（ポリゴンスキャナ）を有した回転ディスク２０５を備えている。レーザビーム２２０は、レーザビーム２２０がフィルム１０５を照射するようにファセットがレーザビーム２２０をリダイレクトするべく構成された、回転ディスク２０５に導かれる。ディスク２０５が回転すると、フィルム２０５の表面をスキャンするレーザビーム２２０が生じ、フィルム１０５の連続した部分を結晶化させる。ディスク２０５が回転し続けると、レーザビームを効果的に反射する新しいファセットがそれぞれフィルムに対するビームの回転方向における位置を「リセット」し、フィルム上のその方向における最初の位置にレーザビームを戻す。言い換えると、逆スキャンは即時的なものであり、プロセスの処理能力を代償にしない。同時に、フィルムは一定の速度で（−ｙ）方向に平行移動し（結果として一定の速度での（＋ｙ）方向のスキャンになる）、ディスクが回転し続けると、フィルムのその後に続く領域上へと新しいファセットがレーザビームを反射する。図４においては、ポリゴンスキャナ２０５が可変スキャン要素としての役割を果たし、かつ可動ステージ２３０が等速スキャン要素としての役割を果たす。更に、回転ディスク２０５によって、生じるスキャンは本明細書において、短いスキャンと称し、ステージ２３０によるスキャンは本明細書において、長いスキャンと称する。
【００３０】
具体的には、ファセット２１０〜２１７は、パルス化されたレーザビーム２２０をリダイレクトするように構成され、レーザビーム２２０が定められた領域２４０の内部でフィルム１０５を照射するようになっている。レーザビーム２２０は領域２４０を照射するとフィルム１０５を溶融させ、冷却すると即座に結晶化する。ディスク２０５は、軸２４５のまわりで回転する。この回転がファセット２１０〜２１７をレーザビーム２２０に対して移動させると、それらはレーザビーム２２０のための可動ミラーとしてふるまい、フィルム１０５を横切るラインにビーム２２０を案内する。ファセット２１０〜２１７の動きは、レーザビーム２２０をフィルム１０５に対し（−ｙ）方向に移動させる。ビームのフィルム１０５に対して（−ｙ）方向の相対速度Ｖshortscanは、ディスク２０５の回転速度によって定まる。同時に、ステージ２３０は、（＋ｙ）方向、すなわち回転ディスク２０５の短いスキャン方向に対して逆平行な方向のスキャン速度Ｖlongscanに対応し、（−ｙ）方向にフィルム１０５を移動させる。従って、フィルムの所定の点に対する正味のビーム速度は、ＶshortscanとＶlongscanの合計である。したがって、ステージが高い速度、例えば４．８ｃｍ／ｓで移動すると共に、短いスキャンが−２．４ｃｍ／ｓの速度であるときに、結果として２．４ｃｍ／ｓが有効速度になる。さらにまた、フィルム表面の照射パターンは、ステージのスキャン速度および方向、ファセットの寸法およびディスクの回転速度、ディスクとフィルムと間の距離によって定まる。
【００３１】
これにより、一連のパルスはポリゴンミラーが更に回転する前に１つのファセットにより反射される。この回転は、次のシーケンスのパルスが隣接するファセットにより反射されるようにする。このモードは、「ファセットひとつ当たりの短いスキャン」若しくは「ファセット毎のスキャン」と称することができる。１つのファセットの反射から次のファセットの反射へと切り換わる間に、一つ若しくは複数のパルスが２つのファセットの間の角部領域で反射され得る。それらのパルスは、フィルム表面上に正しく画像化されず、ある領域の結晶化に貢献しない無駄なパルスと考えられる。一般的に、ビーム断面の一つの寸法がファセットの長さよりかなり小さくなるように制限することによって、無駄になるパルスの数を最小化することが好ましい。
【００３２】
図４が８つのファセットを有したディスク２０５を示しているが、ファセットのこの数は単なる例証であることを意味している。一般的に、高速スキャンをもたらすために、例えば単一可動ミラーといったビームを偏向する他の方法もまた考えられる。あるいは、例えば、所望の処理速度およびフィルムの寸法にしたがって、他の数のファセットを用いることができる。
【００３３】
図５は、本開示の実施形態にしたがう、フィルム全体にわたる重ね合わせ２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示している。ｙ軸は、距離である。矢印１０１ａ，１０１ｂ，１３２ａ，１３２ｂおよび１３４ａ，１３４ｂは、２つのレーザパルスの間の時間間隔において、フィルムを横切って移動する距離を示しており、したがってスキャンの相対速度と互いに関連している。スキャンは、フィルム１０５を前進させて（＋ｙ）方向１３２ａ，ｂにおいて、一定な速度の長いスキャンを生じさせることを含んでいる（長いスキャンの速度は、この一定の速度で（−ｙ）方向にフィルムを移動させる結果である）。長いスキャン１３２ａ，ｂの速度は例えば４．８ｃｍ／ｓとすることができる。同時に、スキャン１３０の第１の領域においては、短いスキャンが逆平行の方向、すなわち（−ｙ）方向において、実行される。逆平行の方向の短いスキャンの速度１３４ａは、例えば−２．４ｃｍ／ｓとすることができる。これにより、有効スキャン速度１０１ａは、長いスキャンの速度１３２ａと短いスキャンの速度１３４ａの合計であり、第１の領域１３０において、２．４ｃｍ／ｓ（４．８ｃｍ／ｓ＋−２．４ｃｍ／ｓ）の速度で進む。したがって、第１の領域１３０は、図１ａおよび図１ｂのプロセスと同様な２ショットＳＬＳプロセスを受けることができるが、ステージはより高い速度、すなわち４．８ｃｍ／ｓで移動する。第２の領域１３５は、パラレルスキャンを示しており、短いスキャン速度１３４ｂおよび長いスキャン速度は同じ（＋ｙ）方向である。したがって、有効なスキャンは、２．４ｃｍ／ｓの短いスキャン速度１３４ｂと４．８ｃｍ／ｓの長いスキャン速度１３２ｂの合計であり、トータルの有効スキャン速度は７．２ｃｍ／ｓである。短いスキャン要素の使用により、このパラレルスキャンは、結果として一つ若しくは複数の外れパルス（１４１、１４２）、すなわち２ショット結晶化領域を生じさせないパルスに結びつくことができる。第３の領域１４０は、他の逆平行のスキャンを示している。したがって、平行および逆平行のスキャンの組み合わせを用いると、フィルムのうち選択した部分（第１の領域１３０および第３の領域１４０）だけが２ショットＳＬＳを受け、スキャンの処理能力を増加させることができる。逆平行のスキャンは、スキャン要素の速度（すなわち、前後方宇野動き若しくはミラーの回転）に比例した速度でビームを（−ｙ）方向にリダイレクトする短いスキャン要素から生じる。パラレルスキャンは、短いスキャンの「リセット」から生じる。短いスキャンが（−ｙ）方向において、完了すると、ビームは短いスキャンの最初、すなわち第一の平行移動位置（図２）、ファセット毎のスキャン（図３）の次のファセット、ファセット毎のパルスにおける第１のファセット（図８）、またはガルバノメータ若しくはマイクロアクチュエータで制御されるミラーの第一の位置に導かれる。開始位置に対するビームのこの動きは、結果として（＋ｙ）方向のパラレルスキャンとなる。
【００３４】
図６は、本開示の実施形態にしたがう、重ね合わせた２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスを示している。図６は図５と相違しており、可変速度ビームスキャナは、２本の矢印１５４ａ，１５４ｂの間の異なる距離で示されるように、平行スキャンにおいて、逆平行スキャンより高い速度を有している。逆平行スキャンの間、図６は−４．８ｃｍ／ｓの短いスキャン速度１５４ａ（２つのパルス間において、−８μｍの変位）と、７．２ｃｍ／ｓの長いスキャン速度１５２ａ（２つのパルス間において、１２μｍの変位）を示している。したがって、逆平行スキャン領域１５０、１６０においては、有効なスキャン速度は再び２．４ｃｍ／ｓである。他方、平行スキャン領域１５５においては、可変速度スキャン要素による２つのパルス間の変位は、右側の矢印１５４ｂであり、２４μｍである。それらのパルス間における短いスキャン速度の平均は１４．４ｃｍ／ｓであり、正味のビーム速度１０１ｂは２１．６ｃｍ／ｓである。パラレルスキャンの間における可変速度スキャナによるこれらのパルス間の変位は、線形である必要はなく、速度が一定である必要はない。図６に示したように、平行スキャン領域１５５において、増加した有効スキャン速度１０１ｂは、図６の平行スキャン領域１５５においてはパルスがフィルムを照射しないように十分に大きいが、図５の平行スキャン領域１４０においては一つ若しくは複数の照射がある。図１ａ  図１ｂ、図５および図６は、図示のために少数のパルスを示した、例示的なスキャンである。パルスの数および画素ピッチは、典型的なシリコン処理用途において、より大きなものとすることができる。
【００３５】
可変速度スキャン要素によって、達成可能なスキャン速度の範囲に応じて、画素の間の領域は完全ではないが結晶化できる。例えばパラレルスキャンは、十分に速いものとして、図６に示したように２つの連続的なパルスの間の関心がある次の領域にビームが到達できるようにすることができる。または、それらの間の領域にパルスがまだ当たるが、図５に示したように領域が完全には結晶化されないような不十分なオーバラップとなるように、遅いものとすることができる。
【００３６】
図７は、（垂直軸の原点で示される）中央位置の周辺のかつ可変速度スキャン要素により誘導されたビーム変位の波形（ｙ軸）と時間（ｘ軸）を示している。中央位置は、光学的な歪を最小化するように、好ましくは光軸に一致している。図３および図９に用いる可変速度ビームスキャナは、（逆平行および平行スキャンにそれぞれ用いる）前方および後方のスキャン速度が対称であって、図７ａの三角波形を有することができ、その結果は例えば図５に示したようなものとなる。図３および図９に用いる可変速度ビームスキャナは、前方及び後方のスキャン速度が非対称であって、図７ｂのような非対称な波形で実施することができ、その結果は例えば図６に示したようなものとなる。図４に用いる可変速度ビームスキャナは、前方および後方のスキャン速度が非対称であって、図７ｃの鋸波形に対応できる。図８に用いる可変速度ビームスキャナは、図７ｄのような星状の波形に対応できる。図７ｃおよび図７ｄの水平軸上の垂直線は、図６の実施形態に対応するレーザパルスのタイミングを示している。それは、これら全ての波形が、正味のビームスキャン速度が必要な値（上記の実施例においては２．４ｃｍ／ｓ）となる、逆平行のスキャンにおける望ましいスキャン速度の十分な実施例であることは図７から明らかである。この技術は、それらの間に領域において、パルスを回避し、および／または無駄になるパルスの数を減少させてレーザ管の寿命を増加させるために、バーストモード作動若しくはビーム遮断と組み合わせることができる。
【００３７】
処理能力を最大にするためには、ほとんどの時間において、可動要素が逆平行スキャンモード（すなわち、結晶化のために有用な低速スキャン）で作動するように、平行スキャンモード（すなわち、高速スキャン）の期間を最小化することが好ましい。ガルバノメータベースのスキャナは、一方向のスキャンが遅くかつ線形であり、逆方向のスキャンが急速かつ（図７ｂおよび図３に示した）正弦波であるように用いることができる。ガルバノメータベースのスキャナは、ガルバノメータ、ミラーおよびシステムを制御するサーボドライバボードの３つの部品を備える。ガルバノメータは、ミラーを操作するアクチュエータと、ミラー位置情報をもたらす一体型の位置検出器とを備える。ミラーは、典型的にスキャンの必要な角度範囲にわたって必要なビーム直径を保持できるミラーである。サーボ回路は、ガルバノメータを駆動してミラーの位置を制御する。ミラーの制御された動きにより、入力したレーザビームは制御された方法でフィルムの全体をスキャンすることができる。
【００３８】
そのような非対称スキャン速度は、低周波レーザベースのシステム、例えば日本製鋼所（日本）からのラインビームＥＬＡ装置に使用するレーザには適用できるが、例えば薄いビームラインスキャン結晶化装置に用いる（カリフォルニア州サンディエゴの）ＴＣＺからの高周波レーザベースのシステムには実行可能ではない。そのような高周波レーザについては、可変速度スキャン要素の反復速度がより高くなり、図７ｂのような非対称スキャン速度は、後方および前方にスキャンするいかなる光学的要素を用いても達成が困難である。そのような運動は、逆方向の運動に追従する加速および減速を必要とする。そのような前後運動の反復速度は、画素ＴＦＴ若しくは回路の列を完全に結晶化させるために必要なパルスの数およびレーザ反復速度に応じて定まる。例示すると、ステップ幅が４μｍのラインスキャンＳＬＳプロセスを用いて２００μｍ幅の列を処理するためには、５０個のパルスが必要である。次いで、例えば６ｋＨｚのレーザによると、逆平行スキャンの期間は０．００８３秒である。また、対称的なスキャン速度についての反復速度は約６０Ｈｚであり、逆方向のスキャンをより高い速度で実行できる場合には最高で約１００Ｈｚである。
【００３９】
他の実施形態においては、回転光学要素は、ビームの鋸歯状の運動（図７ｃ）を生じさせるためにファセット付きのミラー（ポリゴンミラー、例えばアリゾナ州フェニックスのLincoln Laser Companyからの）と共に用いられる。回転光学要素の利点は、それが一定の速度で動き、加速および減速の必要性を省くことができることである。そのような光学要素の類似の使用は、ステージのスキャン速度を制限した連続発振レーザをスキャニングプロセスにおいて、きわめて高いスキャン速度（例えば、約１ｍ／ｓ）を得るためのスキームにおいて、既に開示されている（ＷＯ２００７／０６７５４１「フィルムを加工するためのシステム及び方法と薄いフィルム」）を参照）。そこにおいては、回転光学要素は、より高い速度の垂直スキャン方向を生成するために用いられている。大面積エレクトロニクスにおいて、用いられる耐熱性が低い基板が損傷することを防止するためには、きわめて高い、すなわち１ｍ／ｓのスキャン速度が連続波（ｃｗ）レーザには必要である。従って、きわめて高いスキャン速度を垂直方向に重ね合わせることによって、許容されるステージ速度より非常に高い速度でＣＷレーザをスキャンするために、可変速度スキャン要素が用いられた。ここで、我々は、逆平行のスキャン方向のスキャン速度を低下させるために類似の要素を用いている。これにより、各ファセットは、１つの領域を完全に処理するために試料の表面に重ね合わされる短いシーケンスのパルス（例えば、図６の４つのパルス）により照射される。さらに本発明の方法は、連続波レーザプロセスではなくパルスレーザベースのプロセスに、かつステージの動きに対して平行ではなくその長軸がステージの動きに対して垂直なラインビームに関連している。一実施形態においては、ポリゴンミラースキャナにより、スキャンは、一方向に直線的に進行すると共に、各ファセットの端部において、次のファセットの開始位置へと急激にリダイレクトされる。一つ若しくは複数のパルスがファセット間に端部上で浪費され得る。バーストモード動作は、そのような無関係なパルスを防止するために用いることができる。さらにまた、スキャン速度の不正確さによるドリフチングを防止するため、システムの残りの部分、例えばレーザのパルストリガーにスキャナの速度を制御し同期させることができるようにエンコーダを用いることができる。
【００４０】
単一ファセットを用いて短いスキャンをすることに加えて（「ファセット毎のスキャン」）、短いスキャンはパルス毎に１つのファセットを用いて確立できる。そこにおいて、（前の段落における回転ファセットに対して垂直な方向がスキャン方向となるように）例えばスキャナの回転軸に対して傾斜角を有するファセットを研磨することによって、各ファセットは所望の位置へと各パルスを導く（「ファセット毎のパルス」）。図８は、レーザビーム２６２を反射する８つのファセットを有した回転ポリゴンミラー２６０を示している。この回転ポリゴンミラー２６０は、短いスキャンを生じさせるために、本開示の一実施形態において、用いることができる。その利点は、より安定したスキャンに結びつくより高い回転速度を用い得ることにある。ファセットは、連続的である必要はなく、３つおきのファセットとすることができる。例えば１０個のファセットを有したポリゴンミラーは、以下の順番のファセットを有することができる：１−４−７−１０−３−６−９−２−５−８−１。ファセットは、単一回転から離れた複数のものとすることができる。一般的に、全てのファセットは、ポリゴンミラーの回転軸に対し異なる角度で配置される。例えば、ファセットの半分を正の角度で傾斜させ、かつファセットの残り半分を負の角度で傾斜させることができる。図８に示されているポリゴンミラーは、１〜８の順番で照射される８つのファセットを有している。図８における８つのファセットは、ポリゴンミラーの回転軸に対してそれぞれ異なる角度で傾斜している。これによって、（矩形の断面を有し得る）ミラーの回転面に対して垂直（すなわち、ミラーを回転させるスキャナの軸に平行）な方向である（−ｙ）方向１０３へのビームのスイープが生じる。次いで、ビームは、例えば図示されている発散レンズ２６５を単純に用いてラインビームに成形できる。一つの発散レンズのみが図２ａに示されているが、処理システムは、レーザビームを集束させ、導き、平行にする、他のより高性能な光学素子を含むことができる。試料が静止している、すなわち長いスキャンがない場合は、結果として領域Ａ、ＢおよびＣを照射することになるが、それらは、スキャン速度に応じて、図示したような分離した照射若しくは重なり合う照射とすることができる。しかしながら、長いスキャンの速度がゼロではなく、かつ（例えば試料を（−ｙ）方向１０１に移動させることによって、）ビームが（＋ｙ）方向にスキャンするときは、所望の有効スキャン速度１０３に２つのスキャン速度を追加できる。例えば、図示したように２ショットラインスキャンＳＬＳプロセスにおいて、４μｍのステップ幅を達成する：領域ａ、ｂおよびｃ。
【００４１】
本開示のシステムおよび方法は、選択領域結晶化の用途を有する。マトリックスタイプ電子部品のためのＳｉ膜の選択的な領域結晶化においては、画素ＴＦＴ若しくは回路の列に対応する領域が結晶化される。領域の幅は電子部品の寸法によって決まり、かつ列のピッチ（中心と中心の間隔）は所望の表示解像度によって決まる。結晶化する領域間のピッチは（（短いスキャンのためのパルスの数）／レーザ周波数））＊（ステージ速度）であり、例えば図１ｄにおいては、４つのパルス＊（７．２ｃｍ／ｓ）／６０００Ｈｚ＝４８μｍである。レーザ周波数が固定パラメータである場合、より大きなピッチはステージ速度、すなわち長いスキャン速度の増大を必要とする。レーザパルスの間に好ましいオーバラップを維持するためには、有効なスキャン速度が同一となるように、短いスキャン速度の増大も必要である。同じ実施形態においては、８０μｍのピッチを得るために、ステージ速度を１２ｃｍ／ｓに増加させることができる。可変スキャン速度要素は、関心のある領域における有効スキャン速度を所望の２．４ｃｍ／ｓとするために、−９．６ｃｍ／ｓでビームをスキャンする。平行移動スキャナにおいては、前後方向のスキャン運動の出力レベルを増加させるとともに、周波数を同一に保つ、したがって速度を上げることによって、達成できる。回転スキャナにおいては、可変スキャン速度要素の速度を上げる一つの方法はより大きい角度でビームをスキャンすることである。ガルバノメータベースのスキャナを用いるときは、同じ反復速度を保ちつつ要素をより高い速度でスキャンすることができ、これによって、長いスイープとする（より大きい角度での回転）。ビームをスキャンするためにポリゴンスキャナを用いるときは（「ファセット毎のスキャン」）、より少ない数のファセットを有してより高い速度で回転するポリゴンミラーを用いることができる。例えば−４．８ｃｍ／ｓの代わりに−９．６ｃｍ／ｓでスキャンするためには、回転速度を２倍としつつ半分の数のファセットを用いることができる。ポリゴンスキャナを「ファセット毎のパルス」モードで用いるときには、ポリゴンミラーは、回転軸に対してより大きい角度を有したファセットと共に用いることができる。より大きい角度でビームをスキャンすることに代えて（それはファセット付きミラーの置き換えを含み得るが）、短いスキャンの速度を増加するために他の光学的な解決策、例えば可変速度スキャナの下流にある光学要素の間の距離の変更を用いることができる。
【００４２】
他方、等しいピッチのより広い結晶化領域が必要な場合、より遅いスキャン速度を用いることができる。例えば４８μｍのピッチの６つのパルスが必要な場合、ステージ速度は０．００４８ｃｍ＊６０００Ｈｚ／６＝４．８ｃｍ／ｓでなければならない。上記したようなより大きいピッチのためには、短いスキャンのスキャン速度を、しかるべく調製できる。
【００４３】
より大きなピッチおよびより広い結晶化領域を生じさせる前述した実施形態は、それぞれ、無駄になるパルスがないものとしているが、それは典型的なケースではない。パルスが短いスキャンの間に無駄になる場合、式は以下の通りである：（（短いスキャンのバルスの数＋短いスキャンの間に無駄になるパルスの数）／（レーザ周波数）＊（ステージ速度）。従って、図５においては、（４つのパルス＋２つのパルス）＊（（４．８ｃｍ／ｓ）／（６０００Ｈｚ））＝４８μｍである。スキャン速度の範囲が限られている（最適化されている）試料ステージを用いる場合は、結晶化領域の幅を減少させ若しくは結晶化領域の間のピッチを増加させるために、無駄になるパルスの数を増加させ（結晶化領域の間にパルスを有することにより（図５）若しくは必要以上の結晶化領域を有することにより）、またはレーザ反復速度を減少させる必要がある。
【００４４】
短いスキャンを実行するために単一のファセットを用いるときには（「ファセット毎のスキャン」）、ポリゴンスキャナでビームがリダイレクトされる角度が、小さなピッチでの照射（例えば、４μｍ幅の２ショットラインスキャンＳＬＳプロセス若しくは２μｍ幅の方向性ラインスキャンＳＬＳプロセス）を可能にするには大きすぎることがある。例えば、１２個のファセットを有したポリゴンミラーは、３０度以上の角度でビームをスイープする。高い角速度は、結果としてパルスの適切なオーバラップのためには何倍も大きい短いスキャン速度となる。そのかわりに、角度を減少させるために互いにスキャンする２つのスキャナを用いることができる。例えば、米国特許第５，１９８，９１９号「狭い領域若しくは視野のスキャナ」を参照。
【００４５】
ここで留意されるべきことは、逆平行にスキャンする際の有効スキャン速度は、正であり若しくは一定速度のスキャンのように同じ方向である必要がないことである。例えば、有効なスキャンの方向は逆、負の方向とすることができ、あるいは有効なスキャン速度は０若しくはほぼ０とすることができる。有効スキャン速度がゼロであることは、全てのノード（若しくはノードの列）をカバーするために十分なビーム幅を有しているラインビームＥＬＡプロセスにとって有用である。これにより、多数のバルスが同一領域に導かれる（すなわち１００％重なり合う）。パルスの端部により照射されない中央領域の幅は、単一ビームのトップハット部分と同じ幅に最大化される。この領域においては、ビーム端部の回避は結果としてより一様な結晶化領域となる。ポリゴンスキャナが「ファセット毎のパルス」に用いられる場合、所望のパルスエネルギーシーケンス、例えば更なる累積的なＥＬＡプロセスのために最適な特性を有した小さい粒子の多結晶体を生じさせるためのより低い初期パルスエネルギー密度を達成するために、ファセットの反射率を最適化できる。また、結晶粒界における突起がより顕著でないより滑らかなフィルム表面を生じさせる表面溶融を誘導するために、最後のパルス若しくは最後の数パルスはより低いエネルギー密度とすることができる。
【００４６】
これにより、逆平行なスキャンの間に短いスキャン速度が長いスキャン速度と同じ大きさであるとき、ビームは表面上で静止する。以前に認められたことは、同じビームを移動させることなしに反復的に照射すると、そのビームにおける不均一性が効果を増幅させ、結果として材料が不均一となることである。ここで留意されるべきことは、ビームが１００％重なっても、それらは実際のところ（光軸から偏向した）異なる経路を通じて移動し、光学部品の不完全さからのあらゆる光学的な歪が常に変化することである。言い換えると、光学的な歪から生じるいかなるビーム非均一性も、光学要素の異なる部分を用いるビームによって、平均化される。加えて、レーザパルスのシステム的な不均一性に起因するビームの不均一性を更に平均化するためには、実際のところゼロではない小さな（すなわち、結果として１００％未満、例えば９８％＞、９５％若しくは９０％のオーバラップとなる）スキャン速度を有することが好ましい。
【００４７】
いくつかの実施形態において、短いスキャン速度は長いスキャン速度の方向に対して垂直な成分を有する。この垂直な成分は、結果として短いスキャンの間にビームが横方向に移動することになる。図９は、長いスキャン速度９１０の方向に対して垂直な成分を有する斜めの短いスキャン速度９２５を用いた、薄いフィルム４００の重ね合わせスキャンを示している。図９に示したスキャンは、結果としてフィルムの斜めに有効なスキャンとなる。図９に示したスキャンは、ミラーおよび光学部品がビーム４０５を長いスキャン速度９１０の対角線方向に偏向するように設計されている点を除いて、図３に示したスキャンと実質的に同様である。短いスキャン速度の平行な成分が、パルス間に所望のオーバラップが確立するために未だ必要であることに留意されたい。これにより、この短いスキャン速度９２５は、垂直な成分を有しないケース（図２、図３、図４、図８）の短いスキャン速度より一般的に高い。
【００４８】
図９ａにおいて、ビーム４０５は、光軸９０１に対して角度９０２で配置されしたがって光軸から角度９０４でビームを偏向するミラー９００に導かれる。これは、結果としてフィルム４００の位置ａにビームが導かれてそこを照射することになる。図９ｂは、現在は光軸から角度９０７に配置されたミラー９００に導かれ、結果として光軸９０１から偏向しないレーザビームを示している。従って、ビームはフィルム４００上の位置ｂを照射する。図９ｃは、現在は光軸９０１から角度９１２に配置されしたがってビームを光軸から角度９０９で偏向するミラー９００に導かれているビーム４０５を示している。この偏向は、結果としてフィルム４００の位置ｃにビームがリダイレクトされてそこを照射することになる。図９ｄが示す領域ａ，ｂおよびｃは、全て重なり合い、ラインスキャン２ショットＳＬＳプロセスにおいて、例えば４μｍの必要なオーバラップと共に、斜めに互い違いになっている。これは、後のＴＦＴ画素若しくは回路を製造するための第１の領域の結晶化を完了させる。図９ｄにおいては、フィルムは（−ｙ）方向に移動し続けるが、ミラー移動して図９ａの開始位置に戻っている。レーザビーム４０５に向かう動きは、薄いフィルム上の位置ｄにレーザビームが導かれてそこを照射するようにする。それはＴＦＴ画素若しくは回路のための第２の領域における第１のパルスであり、かつ第１の領域とは重ならない。このプロセスは以前のように継続して、図９ｅにおいて、ミラーは図９ｂのファセットへと回転し、結果としてフィルム上の位置ｅにレーザビームが導かれてそこを照射することになる。
【００４９】
マルチスキャン斜めプロセスを開示する米国特許出願第１０／０５６９９０号「薄いフィルムを結晶化させるシステムおよび方法」に開示されているようなラインビームの横方向の変位は、光学的歪からの若しくはビームに由来する不均一性を平均化する際に有効である。逆平行のスキャンの間における長いスキャンの方向に沿った有効なスキャン速度がゼロである場合、ビームの動きは完全に、スキャン方向に対して垂直な方向にある。
【００５０】
本発明の方法は、ラインビーム結晶化技術を用いてＳＡＣを実行するのには有効であるが、パルスの非周期的な配置が時間領域において、最も良く達成されてステージの揺れおよびビーム歪の有害な影響がより少ないという利益を有する２次元投射ＳＬＳには適していない。本願明細書において、用いる、ステージ揺れは、スキャン方向に対し垂直な方向において、支配的なパルスの間におけるステージの誤った動きを指す。ステージ揺れの影響は、オーバラップするパルス間の時間間隔を減少させることによって、低下させることができる。ラインタイプの（すなわち、スキャン方向に対して垂直な方向に均一なビームを有する）結晶化スキームにおいては、その垂直な成分が結晶化について影響しないので、ステージ揺れの問題は大幅に低下する。加えて、反復速度がかなり高い（例えば３ｋＨｚ，６ｋＨｚ若しくはより高いｋＨｚまたは数１０ｋＨｚ）レーザを典型的に用いるラインスキャンＳＬＳは、パルス間のステージ誤差がすでに最小化されている。
実施例
【００５１】
画素ＴＦＴ若しくは回路領域の全体を処理するために３０パルスを必要とする６ｋＨｚラインスキャンＳＬＳプロセスにおいては、毎秒２００回のスキャンが実行される。例えば８つのファセットを有するポリゴンミラーを用いて、１つのスキャンを単一のファセットで実行する場合、これは２５Ｈｚ＝１５００回転／分のミラー回転速度を必要とする。各照射が単一のファセットによって、なされる場合、７５０Ｈｚ＝４５，０００回転／分のスキャナが必要である。ファセット毎のパルスにおいて、より大きい数のファセット例えば２０を用いると、３００Ｈｚ＝１８，０００回転／分で回転させなければならない。３００回転数／分以下の速度のスキャナモータは商業的に入手可能であるが、より一般的には１ｋを超えるとともに最大で数万ｒｐｍ、例えば５５００ｒｐｍのものがLincoln Laser Companyから入手可能である。
【００５２】
領域全体を処理するために１５パルスを必要とする６００ＨｚのＥＬＡプロセスにおいては、毎秒４０回のスキャンが実行される。ポリゴンミラーのファセット毎スキャンを用いてこれを実行することは、回転速度がきわめて低い（例えば８つのファセットミラーで５Ｈｚ若しくは３００回転／分）ので、魅力的ではない。例えば、ガルバノメータベースのスキャナを用いることができる。他の実施形態において、ポリゴンスキャナは、ファセット毎パルスに用いることができる。また平行移動スキャナもまた用いることができる。
【００５３】
本発明の実施形態を図面とともに説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更や修正をなし得ることは当業者にとって明らかである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ−２ｅ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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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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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【国際調査報告】
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