(57)【要約】薄膜サンプル（１７０）を処理する方法及び装置を提供する。特に、ビーム発生器（１１０）を、少なくとも一つのビームパルス（１１１）を放出するように制御することができる。ビームパルス（１１１）は、少なくとも一つのマスクビームを生成するようにマスクされ、マスクビームは、薄膜サンプル（１７０）の少なくとも一部分を照射するのに用いられる。少なくとも一つのマスクビームパルス（１６４）によって、薄膜サンプル（１７０）の一部（５１０）は、そのような部分を後に結晶化するのに十分な強度で照射される。薄膜サンプル（１７０）のこの部分（５１０）を、第１領域（５１８）及び第２領域（５１５）から構成されるように結晶化することができる。その結晶化に応じて、第１領域（５１８）は、第１セットの粒子を含み、第２領域（５１５）は、少なくとも一つの特性が第１セットの粒子の少なくとも一つの特性と異なる第２セットの粒子を含む。第１領域（５１８）は、第２領域を包囲し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（６１０）の活性領域を所定の距離で設けることができるように構成される。
2006516356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜サンプルを処理する方法であって、
（ａ）少なくとも一つのビームパルスを出射するようビーム発生器を制御するステップと、
（ｂ）少なくとも一つのマスクビームパルスを生成するために前記少なくとも一つのビームパルスをマスクし、前記少なくとも一つのマスクビームパルスを、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を照射するのに用いるステップと、
（ｃ）前記少なくとも一つのマスクビームパルスによって、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を、前記少なくとも一部を後に結晶化するのに十分な強度で照射するステップと、
（ｄ）前記薄膜サンプルの少なくとも一部を結晶化できるようにし、結晶化された少なくとも一部が、第１領域及び第２領域から構成され、結晶化の際に、前記第１領域が第１セットの粒子を有し、前記第２領域が第２セットの粒子を有し、前記第１セットの粒子の少なくとも一つの特徴が、前記第２セットの粒子の少なくとも一つの特徴と異なるステップとを具え、
前記第１領域が、前記第２領域を包囲し、電子装置の活性領域を所定の距離で設けることができるように形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記マスクビームパルスが、前記薄膜サンプルの少なくとも一部の厚さ全体に亘って完全に溶融する強度を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マスクビームパルスが、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を部分的に溶融する強度を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
ＴＦＴの活性領域を前記第２領域内に配置することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第２領域が少なくとも１画素に対応することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第２領域が、ＴＦＴの全ての部分を設ける断面を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第２領域に対する前記第１領域のサイズ及び位置を、前記第１領域がＴＦＴのパフォーマンスに全く影響を及ぼさず又は無視しうる影響しか及ぼさないように設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
（ｅ）ステップ（ｄ）の後に、ＴＦＴの活性領域の配置を回避するような前記第１領域の位置を決定するステップを更に具えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つのビームパルスが複数のビームレットを有し、前記第１及び第２領域が前記ビームレットによって照射されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記薄膜サンプルをシリコン薄膜サンプルとすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜サンプルをシリコンとゲルマニウムのうちの少なくとも一方によって構成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜サンプルが、約１００Åと約１０，０００Åとの間の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１領域に設けられた粒子の第１セットを、横方向に成長する粒子とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記第１領域の横方向に成長する粒子を等軸粒子とすることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記電子装置を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜サンプルを半導体薄膜サンプルとすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
薄膜サンプルを処理する装置であって、
（ａ）少なくとも一つのビームパルスを出射するようビーム発生器を制御し、
（ｂ）少なくとも一つのマスクビームパルスを生成するために前記少なくとも一つのビームパルスをマスクし、前記少なくとも一つのマスクビームパルスを、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を照射するのに使用し、
（ｃ）前記少なくとも一つのマスクビームパルスによって、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を、前記少なくとも一部を後に結晶化するのに十分な強度で照射するように構成され、
前記薄膜サンプルの少なくとも一部を結晶化できるようにし、結晶化された少なくとも一部が、第１領域及び第２領域から構成され、結晶化の際に、前記第１領域が第１セットの粒子を有し、前記第２領域が第２セットの粒子を有し、前記第１セットの粒子の少なくとも一つの特徴が、前記第２セットの粒子の少なくとも一つの特徴と異なり、
前記第１領域が、前記第２領域を包囲し、電子装置の活性領域を所定の距離で設けることができるように形成することを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記マスクビームパルスが、前記薄膜サンプルの少なくとも一部の厚さ全体に亘って完全に溶融する強度を有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記マスクビームパルスが、前記薄膜サンプルの少なくとも一部を部分的に溶融する強度を有することを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
ＴＦＴの活性領域を前記第２領域内に配置したことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
前記第２領域が少なくとも１画素に対応することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２２】
前記第２領域が、ＴＦＴの全ての部分を設ける断面を有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２３】
前記第２領域に対する前記第１領域のサイズ及び位置を、前記第１領域がＴＦＴのパフォーマンスに全く影響を及ぼさず又は無視しうる影響しか及ぼさないように設定することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２４】
（ｅ）手順（ｄ）の後に、ＴＦＴの活性領域の配置を回避するような前記第１領域の位置を決定することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも一つのビームパルスが複数のビームレットを有し、前記第１及び第２領域が前記ビームレットによって照射されることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２６】
前記薄膜サンプルをシリコン薄膜サンプルとすることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２７】
前記薄膜サンプルをシリコンとゲルマニウムのうちの少なくとも一方によって構成することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２８】
前記薄膜サンプルが、約１００Åと約１０，０００Åとの間の厚さを有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２９】
前記第１領域に設けられた粒子の第１セットを、横方向に成長する粒子とすることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項３０】
前記第１領域の横方向に成長する粒子を等軸粒子とすることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記電子装置を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とすることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項３２】
前記薄膜サンプルを半導体薄膜サンプルとすることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項３３】
薄膜サンプルであって、
照射して後に結晶化するように構成された少なくとも一つのビームパルスによって照射される少なくとも一区分を具え、
前記薄膜サンプルの少なくとも一部が、第１領域及び第２領域を有するように結晶化され、
結晶化の際に、前記第１領域が第１セットの粒子を有し、前記第２領域が第２セットの粒子を有し、前記第１セットの粒子の少なくとも一つの特徴が、前記第２セットの粒子の少なくとも一つの特徴と異なり、
前記第１領域が、前記第２領域を包囲し、電子装置の活性領域を所定の距離で設けることができるように形成することを特徴とする薄膜サンプル。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は、２００２年８月１９日に出願された米国分割出願第６０／４０５，０８５号の権利を主張し、参照することによって組み込まれる。
【政府の権利の通知】
【０００２】
米国政府は、防衛高等研究計画局賞番号Ｎ６６００１−９８−１−８９１３の条項に従って本発明の所定の権利を有することができる。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、薄膜処理の技術に関し、更に詳しくは、薄膜の結晶化領域の一様でないエッジ領域を減少して、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような電子装置の少なくとも活性領域をそのような一様でないエッジ領域から離間して配置することができる半導体薄膜の処理技術に関する。
【背景技術】
【０００４】
シリコンフィルムのような半導体フィルムは、液晶表示装置及び有機発光ダイオードディスプレイに対して画素を設けるために用いられることが知られている。そのようなフィルムは、特に、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ）法によって予め処理されている（すなわち、エキシマレーザによって照射されて結晶化される。）。しかしながら、そのようなＥＬＡ法を用いて処理される半導体フィルムは、しばしば、エッジ効果(edge effect)のような微構造的な非一様性を被り、それは、そのようなフィルムに製造された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の一様でないパフォーマンスを行う際に表れる。
【０００５】
エッジ領域のそのような非一様性は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機発光ダイオードディスプレイ上の半導体薄膜の照射され及び結晶化された領域に対応する互いに隣接する画素間の視覚的な遷移が所望の通りに円滑でなく不所望な所定の場合に可視になるときに特に問題となる。この理由は、エッジ領域が設けられたＴＦＴ装置の低パフォーマンスがエッジ効果によって促進されるからである。
【０００６】
半導体薄膜の結晶化領域の非一様性を減少又は除去する試みにおいて、（ラインビームＥＬＡとしても知られている）「従来の」ＥＬＡの洗練化(refinement)にかなりの努力がなされた。例えば、参照することによって開示の全体をここに組み込むMaegawa等に付与した米国特許番号大５，７６６，９８９号は、多結晶薄膜を形成するＥＬＡ方法及び薄膜トランジスタの製造方法を記載している。この刊行物は、基板に亘る特性の非一様性の問題に焦点を当て、そのような非一様性を明らかに抑制する所定のオプションを提供する。しかしながら、以前のアプローチの詳細によって、（典型的には１００μｍと１０００μｍとの間又はそれ以上の）エッジ領域から導入された非一様性を完全に除去することができない。したがって、ＴＦＴデバイスを配置することができる半導体薄膜の部分の断面領域は、これらの部分と境界をなす一様でないエッジ領域が増大するそのような不都合のために大幅に減少する。
【０００７】
例えば、そのような従来のＥＬＡの一つは、図１１Ａ及び１１Ｂに示すような長くて狭い形状のビーム８００を用いる。このビーム８００のフルエンスは、その中央部分８１０で溶融レベルより上であり、このビーム８００のサイド領域８２０は、そのエッジで徐々に減少するフルエンスを有する。ビーム８００の中央部分８１０の幅を１ｃｍとすることができ、その長さを３０ｃｍとすることができる。このようにして、ビームは、半導体薄膜を１回横切る間にその全体を照射することができる。図１１Ｂに示すように、ビーム８００のサイド領域８２０の一部８３０を、溶融レベルと結晶化しきい値との間に設けることができる。したがって、ビーム８００が、半導体薄膜の特定部分を照射してそれを結晶化するとき、そのような部分はエッジ領域を有するようであり、広い一様でない領域を有するようである半導体薄膜のそのように照射され及び結晶化された領域は、ビーム８００の部分８３０に空間的に対応する。エッジ領域は、ＴＦＴ装置を（特に活性領域に）配置するのに不都合があることが知られている。
【０００８】
半導体フィルムの照射され及び結晶化された部分のエッジ効果（すなわち、エッジ領域に非一様性）を除去する試みが行われている。Maegawa等に与えられた米国特許番号大５，５９１，６６８号は、レーザアニール法を用いて互いに重なり合う（４５°回転されるとともに丸みを帯びた(rounded)ピークを有するほぼ方形ビームを用いることによってこれらエッジ領域を最小にすることを試みている。しかしながら、そのような従来の手順は、同一領域のビームパルスによる複数の照射を必要とし、半導体フィルムの処理が幾分遅くなる。
【０００９】
したがって、そのようなエッジ効果で生じる問題を、ビームパルスのプロファイルを明確に規定することによって除去するように、ビームパルスをマスクを通じてビームパルスを放出することによって半導体フィルムの領域の少なくとも一部を照射し及び結晶化するのが好ましい。そのような領域を離間して設けることができるようにエッジ領域に関連した空間的なスケールを著しく減少するのが望ましい。したがって、半導体フィルムの同一領域の複数回の照射はもはや必要でない。
【発明の開示】
【００１０】
したがって、本発明の目的の一つは、半導体薄膜の結晶化された領域のエッジ領域を比較的小さくする（例えば、そのような領域の一つを、互いに隣接するＴＦＴ装置間の距離より小さくする）ことができる向上した方法及び装置を提供することである。したがって、ＴＦＴ装置の活性領域を半導体薄膜上でこれらエッジ領域から離間して配置することができる。本発明の他の目的は、液晶ディスプレイ及び／又は有機発光ダイオードディスプレイに用いられる半導体フィルムを処理する速度を増大することである。本発明の更に別の目的は、半導体薄膜の照射された領域が結晶化される間に半導体薄膜の領域に照射するためのビームパルスの種々の特徴を利用できるようにすることである。
【００１１】
これら目的及び以下の説明を参照して明らかになる他の目的の少なくとも一部によれば、半導体薄膜の照射され及び結晶化された領域のエッジ領域のサイズの減少がエッジ効果を減少するのに有利であることが決定された。さらに、そのような領域のエッジ領域に設けられた粒子が例えば半導体薄膜の互いに離間した二つのエッジ領域間に配置された領域の粒子と異なることが確認された。さらに、ビームパルスが通過する２次元マスクを用いることによって、結果的に得られるマスクビームパルスのプロファイルが非常に良好に形成されることが決定され、したがって、不所望なエッジ効果が生じうる漸進減少影響レベル(gradually-reducing fluence level)を有するビームパルスの部分を減少又は除去する。
【００１２】
本発明の典型的な一実施の形態によって、半導体薄膜サンプルを処理する方法及び装置を提供する。特に、ビーム発生器を、少なくとも一つのビームパルスを放出するように制御することができる。ビームパルスは、少なくとも一つのビームパルスを生成するようにマスクされ、それは、半導体薄膜サンプルの少なくとも一部を照射するのに用いられる。少なくとも一つのマスクビームパルスを用いることによって、フィルムサンプルの一部は、後に結晶化するためにそのような部分に対して十分な強度で照射される。フィルムサンプルのこの部分を、第１領域及び第２領域から構成されるように結晶化することができる。その結晶化に応じて、第１領域が第１セットの粒子を有し、第２領域が第２セットの粒子を有し、第２セットの粒子の少なくとも一つの特徴は、第１セットの粒子の少なくとも一つの特徴と異なる。第１領域は、第２領域を包囲し、そこから所定の距離で薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性領域を設けることができるように形成される。
【００１３】
本発明の他の実施の形態において、マスクビームパルスは、半導体薄膜サンプルの照射部分をその厚さに亘って完全に溶融（又はその部分を部分的に溶融）するのに十分な強度を有することができる。ＴＦＴの活性領域を、第２領域内に配置することができる。第２領域は、少なくとも１画素に対応することができる。第２領域は、ＴＦＴの全ての部分を製造する断面を有する。第２領域に対する第１領域のサイズ及び位置は、第１領域がＴＦＴのパフォーマンスに全く影響を及ぼさず又は無視できる程度の影響しか及ぼさないように設定される。
【００１４】
本発明の更に別の実施の形態によれば、ＴＦＴの活性領域の配置を回避するように第１領域の位置を決定することができる。ビームパルスは、複数のビームレット(beamlet)を有することができ、第１及び第２領域をビームレットによって照射することができる。半導体薄膜サンプルを、シリコン薄膜サンプルとすることができる。半導体薄膜を、シリコンとゲルマニウムのうちの少なくとも一方によって構成することができ、約１００Åから約１０，０００Åまでの間の厚さを有する。第１領域に設けられた粒子の第１セットを、横方向に成長する粒子とすることができる。
【００１５】
本発明の更に別の実施の形態によれば、半導体薄膜サンプルは、少なくとも一つのマスクビームパルスによって照射される少なくとも一つの区分を有し、そのマスクビームパルスは、後の結晶化のためにサンプルの少なくとも一部に照射するよう形成される。薄膜サンプルの照射部分は、第１領域及び第２領域を有するように結晶化される。その結晶化の際に、第１領域は第１セットの粒子を含み、第２領域は第２セットの粒子を含み、第２セットの粒子の少なくとも一つの特徴は、第１セットの粒子の少なくとも一つの特徴と異なる。第１領域は、第２領域を包囲し、そこから所定の距離で薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性領域を設けることができるように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この開示の一部を構成する添付図面は、本発明の好適な実施の形態を示し、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１７】
半導体（例えば、シリコン）フィルム上の一つ以上の部分のエッジ領域を減少するためにこれらの部分をマスクし、照射し及び結晶化するとともに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性領域をそのような部分のエッジ領域から離間して配置するために本発明による種々の装置を利用できると理解すべきである。結果的に得られる結晶化された半導体薄膜のそのような領域を達成するための装置及び方法の典型的な実施の形態を、以下詳細に説明する。しかしながら、本発明がここで説明する半導体薄膜の処理装置の典型的な実施の形態に制約されるものでないことを理解すべきである。
【００１８】
特に、図１Ａは、エッジ領域を最小にする半導体薄膜の特定の領域のマスクされた照射、固化及び結晶化を促進するためにマスク照射ビームパルスによって照射される非結晶シリコン薄膜を有するサンプル１７０で用いられる本発明による装置を示す。典型的な装置は、照射ビーム（例えば、レーザビーム）を放出するビーム源１１０（例えば、Lambda Physik model LPX-3151 XeClパルスエキシマレーザ）と、レーザビームのエネルギー密度を変調する可制御ビームエネルギー密度変調器１２０と、ミコラス２プレート可変減衰器(MicroLas two plate variable attenuator)１３０と、ビーム操作ミラー１４０，１４３，１４７，１６０及び１６２と、ビーム拡大及びコリメートレンズ(beam expanding and collimating lens)１４１及び１４２と、ビームホモジェナイザ(beam homogenizer)１４４と、コンデンサレンズ１４５と、フィールドレンズ１４８と、（図示しない）移動ステージに装着される投影マスク１５０と、４×〜６×アイピース１６１と、可制御シャッタ１５２と、サンプル移動ステージ１８０に装着して処理すべき半導体薄膜を有するサンプル１７０に放射ビームパルス１６４を収束するマルチエレメント対物レンズ１６３と、自己水平装置(self-leveling system)１９１，１９２，１９３及び１９４と、ビーム源１１０、ビームエネルギー密度変調器１２０、可変減衰器１３０、シャッタ１５２及びサンプル移動ステージ１８０を制御するように結合した演算装置１００（例えば、本発明によるプログラムを実行する汎用コンピュータ又は専用コンピュータ）とを有する。
【００１９】
サンプル移動ステージ１８０は、好適にはＸ−Ｙ平面及びＺ軸でサンプル１７０を移動するために演算装置１００によって制御される。このようにして、演算装置１００は、照射ビームパルス１６４に対してサンプル４０の相対位置を制御する。放射ビームパルス１６４の繰り返し及びエネルギー密度もコンピュータ１００によって制御される。ビーム源１１０（例えば、パルスエキシマレーザ）の代わりに、後に説明するようなサンプル１７０の半導体（例えば、シリコン）薄膜の選択した領域の厚さ全体に亘って完全に溶融するのに適した短エネルギーパルスの他の既知のソースによって放射ビームパルスを発生させることができることは、当業者によって理解される。そのような既知のソースを、パルス固体状態レーザ(pulsed solid state laser)、チョップ連続波レーザ(chopped continuous wave laser)、パルス電子ビーム及びパルスイオンビーム等とする。典型的には、ビーム源１１０によって発生した放射ビームパルスは、１０ｍＪ／ｃｍ３〜１Ｊ／ｃｍ３（例えば、５００ｍＪ／ｃｍ２）のビーム強度、１０〜１０３ｎｓｅｃの範囲のパルス持続時間（ＦＷＨＭ）及び１０Ｈｚ〜１０４Ｈｚの範囲のパルス繰返し率を提供する。
【００２０】
図１Ａに示す装置の典型的な実施の形態における演算装置１００が、本発明によるサンプル１７０の半導体薄膜の処理を実施するサンプルステージ１８０を通じたサンプル１７０の移動を制御する間、演算装置１００を、（描写の簡単のために図示しない）適切なマスク／レーザビーム移動ステージに装着されたマスク１５０及び／又はビーム源１１０の移動を制御するように適合させて、サンプル１７０の半導体薄膜に対する照射ビームパルス１６４の強度パターンを、制御されたビーム経路に沿ってシフトすることもできる。照射ビームパルスの強度パターンをシフトする他のあり得る方法は、コンピュータ１００がビーム操作ミラーを制御することである。図１の典型的な装置は、後に詳細に説明するようなサンプル１７０のシリコン薄膜の処理を実行する。マスク１５０を本発明による装置から除外することができる。ビーム源１１０、エネルギー密度変調器、ビーム減衰器及び／又は本発明による装置の他の構成要素をマスク１５０なしで用いて、サンプル１７０の半導体薄膜の選択された部分に当たって照射するようにビーム１４９を成形することができる。
【００２１】
図１Ｂに示すように、サンプル１７０の半導体薄膜１７５は、例えばガラス基板１７２の上に直接配置され、又はこれらの間の一つ以上の中間層１７７の上に設けることができる。半導体薄膜１７５は、少なくとも所定の必要な領域を厚さ全体に亘って完全に溶融できる限り１００Å〜１０，０００Å（１μｍ）の間の厚さを有する。本発明の典型的な実施の形態によれば、半導体薄膜１７５は、シリコン、ゲルマニウム及び／又はシリコンゲルマニウム（ＳｅＧｅ）から構成され、これらの全ては、好適には低レベルの不純物を有する。半導体薄膜１７５に対して他の元素又は半導体材料を利用することもできる。半導体薄膜１７５の下に直接配置された中間層は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン及び／又はサンプル１７０の半導体薄膜１７５の指定された領域内の核の発生(nucleation)及び小さい粒成長を促進するのに適切な酸化物、窒化物若しくは他の材料の混合物から構成される。ガラス基板１７２の温度を、室温と８００℃の間とする。ガラス基板１７２の温度を、基板１７２を予め加熱することによって高くすることができ、これによって、ガラス基板１７２が薄膜１７５に近接することに起因するサンプル１７０の半導体薄膜１７５の核発生し、再び固化し及び結晶化された領域において、粒子を更に大きく成長させることができる。
【００２２】
図２は、サンプル１７０の半導体薄膜１７５（例えば、非結晶シリコン薄膜）の典型的な実施の形態の拡大図と、サンプル１７０の位置に対するビームパルス１６４の相対移動経路とを示す。この典型的なサンプル１７０は、典型的にはＹ方向の４０ｃｍ及びＸ方向の３０ｃｍの大きさを有する。サンプル１７０を、概念的には複数のコラム（例えば、第１の概念的なコラム２０５、第２の概念的なコラム２０６、第３の概念的なコラム２０７等）に細分することができる。概念的なコラムの各々の位置／サイズは、演算装置１００の記憶装置に格納され、後にサンプル１７０の移動及び／又は半導体薄膜１７５のそのような相対位置若しくは格納された位置に基づく他の位置にビーム源１１０からのビームの照射を制御するための演算装置１００によって利用される。概念的なコラム２０５，２０６，２０７等の各々は、例えば、Ｙ方向で１／２ｃｍ及びＸ方向で３０ｃｍの寸法に設定される。したがって、サンプル１７０がＹ方向で４０ｃｍに設定される場合、サンプル１５０は、概念的には８０コラムに細分される。サンプル１７０も概念的には他の寸法（例えば、３０ｃｍのコラムによって１ｃｍ、３０ｃｍのコラムによって２ｃｍ等）のコラムに細分される。実際には、マスクビームパルス１６４がそのようなコラムの半導体薄膜１７５の所定の領域を照射して、そのような領域内で結晶化を促進できる間は、サンプル１７０の概念的なコラムの寸法には全く制約がない。
【００２３】
特に、本発明によれば、ＴＦＴ装置の少なくとも活性領域を非常に小さいエッジ領域から離間して配置できるように薄膜サンプル１７５のこれら領域の周辺に比較的小さいエッジ領域を設けることが重要である。小さいサイズのエッジ領域は、主にマスクビームパルス１６４のようなビーム１１１の先鋭なプロファイルを発生するようなマスク１５０の使用に起因する。概念的なコラムの各々の位置／寸法及びその配置は、演算装置１００の記憶装置に格納され、ビームパルス１６４に対する移動ステージ１８０の移動及び／又は半導体薄膜サンプルのこれらの位置又は他の位置へのビーム源１１０によるビーム１１１の照射を制御するこのような演算装置１００によって利用される。
【００２４】
例えば、半導体薄膜１７５はビームパルス１６４によって照射され、そのプロファイルは、図３に示すような本発明の第１の典型的な実施の形態によるマスク１５０を用いて規定される。第１の典型的なマスク１５０は、断面領域がマスクビームパルス１６４の断面領域のサイズより大きくなるようにサイズが設定される。このようにして、マスク１５０は、マスク１５０の開口又は透明領域によって導かれる形状及びプロファイルを有するようにパルスビームをパターン化する。これは、一般的には「２次元投影」と称され、一般的にはビームの形状であり、全ての方向においてそのような形状を減少する。そのような投影は、マスクを有さずに単にビームを成形してビームを１方向で減少する単軸投影と僅かに異なる。図１２は、パルス１４９がマスク１５０を通過する際のマスクビームパルス１６４の好適なプロファイル８５０を示す。プロファイル８５０は、半導体薄膜１７５の照射部分の周辺に設けられたエッジ領域を最小にするよう良好に規定される。
【００２５】
図３に示すこの典型的な実施の形態において、マスク１５０は、ビームブロック部１５５及び開口又は透明部１５７を有する。ビームブロック部１５５は、ビームブロック部１５５に当たるパルスビームのこれら領域が照射されるのを防止し、したがって、サンプル１７０に設けられた半導体薄膜１７５の対応する領域に照射するために図１に示す本発明の典型的な装置の光学系への更なる入射を防止する。それに対して、開口又は透明部１５７によって、断面が開口又は透明部１５７の断面に対応するビームパルス１６４の部分は、本発明による装置の光学系に入射するとともに半導体薄膜１７５の対応する領域を照射することができる。このようにして、マスク１５０は、後に説明するようにサンプル１７０の半導体薄膜の予め設定された部分に当たるようにビームパルス１６４をパターン化することができる。
【００２６】
本発明によれば、マスクビームパルス１６４は、種々のエネルギーフルエンスを有する。例えば、そのようなマスクビームパルス１６４のフルエンス(fluence)を、小さいが結晶化を著しく促進するものとすることができる。ビームパルス１６４のフルエンスを、半導体薄膜１７５の照射部分の部分的な溶融及びその部分の結晶化を促進する小さいフルエンスより大きくすることができる。さらに、フルエンスを、半導体薄膜１７５の一部をほぼ完全に溶融できるように部分的な溶融を促進するフルエンスより高くすることができる。さらに、マスクビームパルス１６４のフルエンスを、薄膜１７５の上記照射された部分を完全に溶融するのに十分高くすることができる。要約すると、フルエンスを、半導体薄膜１７５の照射部分がマスクビームパルス１６４によって照射された後に結晶化できる程度に十分高くする必要がある。
【００２７】
本発明による方法の第１の典型的な実施の形態を、図４Ａ〜４Ｆに示すようなサンプル１７０の半導体薄膜１７５の照射を参照しながら説明する。本発明のこの典型的な方法において、ビームパルス１４９が、図３の典型的なマスク１５０によって成形され、サンプル１７０の半導体薄膜１７５への典型的な照射及び／又は当たることを、図２に示す。例えば、サンプル１７０を、サンプル１７０の半導体薄膜１７５の選択領域への照射を行うためにマスク１５０又はサンプル移動ステージ１８０によってビームパルス１６４に対して移動することができる。上記の目的のために、レーザビーム１４９の長さ及び幅を、Ｘ方向の１ｃｍ×Ｙ方向の１／２ｃｍ（例えば、矩形）より大きくして、図３のマスク１５０によってそれを成形することができる。しかしながら、パルスレーザビーム１４９は、そのような形状及びサイズに限定されるものではない。実際には、当業者には既知のように他の形状及び／又はサイズのレーザビーム１４９（例えば、方形、三角形、円形等）を当然達成することができる。
【００２８】
サンプル１７０が概念的にコラム２０５，２０６，２０７等に細分された後、パルスレーザビーム１１１は、演算装置１００を用いてビーム源１１０を駆動し又はシャッタ１３０を開くことによって）出射され、半導体薄膜１７５から離間した第１位置２２０に当たるパルスレーザビームレット１７４を生成する。サンプル１７０は、演算装置１００の制御の下でＸ方向に移動され及び加速されて、ビームレットが、固定位置に対して予め設定された速度で第１ビーム経路２２５に到達する。
【００２９】
本発明の方法の一つの典型的な変更において、パルスビームレット１６４は、好適にはパルスレーザビーム１４９に対するサンプル１７０の移動速度が予め設定された速度に到達するときにサンプル１７０の第１エッジ２１０’に到達する。その後、サンプル１７０は、連続的に（すなわち、停止することなく）予め設定された速度でＸ方向に移動され、その結果、パルスビームレット１６４は、第２ビーム経路２３０の全長に対してサンプル１７０の連続的な部分を照射し続ける。
【００３０】
第１エッジ２１０’を通過した後、ビームパルス１６４は、好適には図４Ａに示すように結晶化が促進されるように第１領域３１０を照射するのに十分な強度で半導体薄膜１７５の第１領域に当たり及び第１領域を照射する。マスクビームパルス１６４のフルエンスを、好適には半導体薄膜１７５の照射部分の結晶化を促進する程度に十分大きくする必要がある。その後、図４Ｂに示すように、この第１領域３１０を結晶化することができ、これによって、二つの領域−第１中央領域３１５及び第１最小エッジ領域３１８を形成する。第１中央領域３１５は、マスクビームパルス１６４による第１領域３１０の照射後に形成される。この中央領域３１５の寸法は、第１領域３１０を照射するマスクビームパルス１６４の寸法より僅かに小さくし、第１中央領域３１５は、第１エッジ領域３１８によって包囲される（その詳細は後に説明する。）。また、第１エッジ領域３１８のサイズは、ビームパルス１４９のマスキングに起因して最小化されて、好適には図１２に示すようなプロファイル８５０を有するマスクビームパルス１６４となる。第１中央領域３１５の粒子の特徴（例えば、長さ、配向等）及び第１エッジ領域３１８の特徴とは互いに相違し、そのような相違は、エッジ領域の減少の主な理由の一つである。
【００３１】
第１エッジ領域３１８を、半導体薄膜１７５の照射されていない部分と第１の照射領域３１０との間の境界から横方向に粒子が斉唱することによって形成する。これは、マスクビームパルス１６４が第１領域３１０を完全に溶融するフルエンスを有するときに当てはまる。第１中央領域３１８の粒子は、これら境界から第１溶融領域の中央に向かって予め設定された小さい距離だけ成長して第１中央領域３１５に到達し、これらの間に境界を形成する。当然、マスクビームパルス１６４が、第１領域を完全に溶融するのに十分な強度を有しない場合、粒子は、いずれにせよ第１エッジ領域に形成される。一般に、第１中央領域３１５の粒子は、第１エッジ領域３１８の粒子より大きい。これは、マスクビームパルス１６４の強度がその中央ではエッジより大きいので好適である。予め設定された距離は小さい。その理由は、ビームパルス１４９がマスク１４９を通じて照射されて徐々に減少する大きなエッジ部分（例えば、図１１Ａ及び１１Ｂに示すような従来のビームパルス８００の部分８２０）を有しないマスクビームパルス１６４を形成するとともに実際には図１２に示すような強度パターン８５０を有するからである。例えば、予め設定された距離を１μｍとし、それと同時に第１中央領域の幅を１ｃｍより僅かに小さくする。したがって、第１エッジ領域３１８は、それを包囲する第１中央領域３１５より僅かに小さい。本発明の目的のために、そのようなエッジ領域にＴＦＴ装置の活性領域を配置するのは望ましくなく、その結果、活性領域（及び可能な場合にはＴＦＴ装置全体）は、これらエッジ領域から離間して配置される。
【００３２】
その後、図４Ｃに示すように、サンプル１７０は、第１領域３１０に対して既に説明したようにビームパルス１６４が半導体薄膜１７５の第２領域を照射するように移動し続け（又はマスク１５０が調整され）る。この第２領域３２０を、第１の概念的なコラム２０５における＋Ｘ方向沿いの直後の領域とする。
【００３３】
第１領域３１０と同様に、第２領域３２０は、第２中央領域３２５及び第２エッジ領域２３８で結晶化し、これらは、第１領域３１５及び第１エッジ領域３１８の特徴及び寸法にそれぞれ対応する。第２領域３２０の照射中（及びそれを完全に溶融する典型的なケースの場合）、マスクビームパルス１６４が第１エッジ領域３１８に僅かに重なり合うと、結晶化の際に、この領域の粒子３１８が、第１エッジ領域３１８に隣接する完全に溶融された第２領域３２０の部分にシードし及び横方向に成長する。このようにして、第２エッジ領域３２８の隣接部分は、粒子が横方向に成長するために第１横方向成長領域３１８によってシードされる。それにもかかわらず、第２エッジ領域３２８は、第２中央領域３２５に比べて非常に小さい（例えば、１μｍ）。結果的に生じる結晶化された第２領域３２０を図４Ｄに示す。それも、結晶化された第１領域３１０から所定の距離で設けられた第２領域３２０に対して本発明の範囲内にある。このように第２領域３２０が完全に溶融する場合には、結晶化された第１の横方向成長領域３１８に最も近接して配置された第２エッジ領域３２８の部分を、第１領域３１０と第２領域との間の非照射部分からの粒子によってシードすることができる。
【００３４】
好適には、第１エッジ領域３１８及び／又は第２エッジ領域３２８を、その断面領域が第１中央領域３１５に配置されたＴＦＴ装置（特に、その活性領域）と第２中央領域に配置されたＴＦＴ装置との間の距離より小さくなるようにサイズ設定する。
【００３５】
半導体薄膜１７５の第１の概念的なコラム２０５の移動及び照射は、図４Ｅに示すようにパルスビームレット１６４がサンプル１７０の第２エッジ２１０”に到達するまでこの第１の概念的なコラム２０５の全ての領域３１０，３２０，．．．，３８０，３９０（及び各中央領域３１５，３２５，．．．，３８５，３９５及びエッジ領域３１８，３２８，．．．，３８８，３９８）が継続されるまで継続する。第１の概念的なコラム２０５に沿った領域３１０，３２０，．．，３８０，３９０の結晶化は、十分な繰返しで行われる。ビームパルス１６４が第２エッジ２１０”を通過すると、（第３ビーム経路における）マスクビームパルス１６４に対するサンプル１７０の移動速度は、第２位置２４０（図２参照）に到達するために低下する。マスクビームパルス１６４がサンプル１７０の第２エッジ２１０”を交差した後にパルスビーム１１１をシャットダウンする必要はない。その理由は、それはもはやサンプル１７０を照射しないからである。
【００３６】
サンプル１７０及び第２エッジ２１０”から離間する間、サンプルは、第２の概念的なコラム２０６に沿って半導体薄膜１７５の一部に照射できるように第４ビーム経路を通じてＹ方向で第３位置２４７に移動される。その後、サンプル１７０は、サンプル１７０が第３位置２４７に移動されたときに生じることがあるサンプル１７０の任意の振動を止めることができるように位置２４７に定めることが許容される。実際には、サンプル１７０が第２の概念的なコラム２０６に到達するために、それは、（Ｙ方向において）１／２ｃｍの幅を有するコラムに対して約１／２ｃｍ移動される。その後、サンプル１７０は、Ｘ方向において第４ビーム経路２５０を通じて予め設定された速度まで加速され、その結果、ビームパルス１６４が半導体薄膜１７５に到達し、第２エッジ２１０”をバイパスする。
【００３７】
その後、サンプル１７０は、第５ビーム経路２５５に沿って移動され、第１コラム２０５の照射に対して既に説明したような典型的なプロセスが、領域４１０，４２０、各中央領域４１５，４２５及びエッジ領域４１８，４２８を更に照射するために第２の概念的なコラム２０６に対して繰り返され、その間、サンプルを＋Ｘ方向に移動する。このようにして、サンプル１７０の全ての概念的なコラムが適切に照射される。また、ビームパルス１６４が第１エッジ２１０’に到達すると、サンプル１７０の移動は、第４位置に到達するために第６ビームパルス２６０に沿って減速される。そのポイントにおいて、サンプル１７０は、ビームパルスの第７ビーム経路２７０に沿った−Ｙ方向でサンプル１７０の周辺の外側に移動して第５位置に到達し、サンプル１７０の移動を、サンプル１７０からの任意の振動を除去するために停止することができる。その後、サンプル１７０を、第８ビーム経路２７５に沿った−Ｘ方向で加速し、その結果、ビームパルス１６４は、サンプル１７０の第１エッジ２１０’に到達してそこを通過し、ビームパルス１６４は、（例えば、部分的又は完全に溶融するために）第３の概念的なコラム２０７の所定の領域を照射し、その結果、それは、第１の概念的なコラム２０５の領域３１０，３２０，．．．，３８０，３９０及び第２の概念的なコラム２０６の領域４１０，４２０，．．．に対して既に説明したのとほぼ同様にして結晶化することができる。
【００３８】
この手順を、必ずとも概念的なコラムに細分する必要がない薄膜１７５の特定の区分の選択的なコラムについて、半導体フィルム１７５の全ての概念的なコラムに対して繰り返すことができる。さらに、（例えば、ビームパルス間の予め設定された期間を設定し又はパルスの持続期間を設定することによって半導体薄膜１７５への照射を行う代わりに、）演算装置１００は、演算装置１００の記憶装置に格納された予め規定された位置に基づいてビーム源１１０からのビーム１１１の出射を制御することができる。例えば、演算装置１００は、ビーム１１１を発生するとともに薄膜１７５の所定の領域の予め設定された位置のみ対応するビームパルス１６４で照射するためにビーム源１１０を制御して、これらの位置を、ビーム１１１の出射を開始するために演算装置１００によって格納し及び使用することができ、その結果、これらの領域がビームパルス１６４の経路の直接配置されるようにサンプル１７０を移動するときのみビームパルスによる照射が行われる。ビーム源１１０は、Ｘ方向の位置の座標に基づいて演算装置１００により出射を行うことができる。
【００３９】
さらに、ビームパルス１６４の照射の経路が、溶融され及び結晶化される半導体薄膜１７５の領域を指定するとき、連続的にする必要なくサンプル１７０を移動することができる。したがって、サンプル１７０の移動をサンプル１７０の中間で停止することができ、この場合、中間領域が照射され及び結晶化される。その後、サンプル１７０を、半導体薄膜１７５の他の区分がビームパルス１６４の経路に配置されるように移動して、サンプルの移動が再び停止され、特定の区分を、既に説明した方法の典型的な実施の形態及び後に説明する方法の実施の形態に従って照射し及び完全に溶融することができる。
【００４０】
本発明によれば、ここで説明され及び示された並びに参照によってここに開示が組み込まれえる米国特許出願番号０９／３９０，５３５号に図示されたような任意のマスクを、本発明による方法及び装置に用いることができる。例えば、半導体薄膜１７５を投光照射(flood-irradiate)することができる図３に示すようなマスクを用いる代わりに、図５Ａに示すようなマスク１５０’の第２の典型的な実施の形態を利用することができる。単一の開口又は透明領域１５７を有する図３のマスク１５０に対して、マスク１５０’は、ビームブロック領域４５５によって互いに分離された複数の開口又は透明領域４５０を有する。マスク１５０’の開口又は透明領域４５０を、「スリット」とも称することができる。これらスリットによって、小さいビームパルス（又はビームレット）は、半導体薄膜１７５の領域を照射し、それが当たった領域を完全に溶融する。スリット４５０の拡大図を図５Ｂに示し、これは、スリット４５０の大きさを０．５μｍ×０．５μｍとすることができることを示す。他の大きさのスリットも可能であり、それは本発明の範囲内にある。例えば、スリットは、矩形状、円形状、三角形状、山形状、ダイヤモンド形状等を有することができる。スリットを十分大きくし、これによって形成されたパルスビームレット１６４が半導体薄膜１７５の特定領域を照射し及び結晶化するときに、ＴＦＴ装置（又は少なくともその活性領域）を配置するように中央部（すなわち、非エッジ領域）が形成されるようにする。配置されたＴＦＴ装置の活性領域がビームレット照射及び結晶化領域のエッジ領域より長く離間した距離を有するのは重要である。
【００４１】
図６Ａ〜６Ｄは、本発明による方法の第２の実施の形態の典型的な経過を示し、この場合、半導体薄膜１７５の第１の概念的なコラム２０５に沿った複数の連続的な領域が、図５Ａのマスク１５０’によって形成された（ビームレットを具える）マスクビームパルス１６４によって照射される。ビームパルス１６４によって当てられるサンプル１７０の移動は、図４Ａ〜４Ｆを参照して説明した移動とほぼ同一である。図３のマスク１５０によって成形されたビームパルス１６４による領域３１０，３２０，．．，３８０，３９０，４１０，４２０の照射とマスク１５０’によって成形されたビームパルス１６４による領域３６０，４７０の照射との差は、領域３１０，３２０，．．．，３８０，３９０，４１０，４２０のほぼ全体が照射され及び結晶化されるのに対して、領域４６０，４７０の所定の小さい部分４６２のみが照射され及び結晶化される。
【００４２】
図４Ａの領域３１０と同様に、領域４６０の部分４６２は、図６Ａに示されるように照射される。その後、部分４６２は結晶化されて、図４Ｂに示すように中央領域４６５及びエッジ領域４６８を形成する。第１中央領域３１５と同様に、各部分４６２の中央領域４６５は、エッジ領域４６８の粒子と異なる粒子を融資、それは、ＴＦＴ装置の少なくとも活性領域（可能な場合にはＴＦＴ領域全体）をエッジ領域４６８から離間できるようにサイズが設定される。図６Ｃに示すように、Ｘ方向におけるサンプル１７０の移動に応じて、領域４７０の部分４７２は、部分４６２とほぼ同様にして照射され及び結晶化される。したがって、領域４７０の中央領域４７５及びエッジ領域４７８が形成される。
【００４３】
さらに、ビーム１４９をパターン化してビームパルス１６４に成形するために長くて狭い開口又は透明領域４９０を有する図７に示すような本発明によるマスク１５０”の第３の実施の形態を利用することができる。例えば、領域４９０の長さを０．５ｃｍとし、その幅を０．１ｍｍとする。このようにして、図２に示すサンプル１７０の概念的なコラムはそれぞれ、このマスク１５０”により成形されるビームパルス１６４によって照射される。さらに、領域４９０の長さを３０ｃｍとすることができる。半導体薄膜１７５を複数の概念的なコラムに細分するとともに各コラムを個別に照射する代わりに、サンプル１７０を−Ｙ方向でサンプル１７０の一方のエッジからその逆のエッジまで移動することによって半導体薄膜１７５の選択された部分を照射し及び結晶化することができる。そのような処理を用いて中央領域を形成して各ＴＦＴ装置の活性領域をエッジ領域から所定の距離に保持することは、重要である。
【００４４】
図８Ａは、図４Ｄの第１及び第２領域３１０，３２０及び／又は図６Ｄの領域４６０の互いに隣接する部分４６２に対応する第１及び第２の照射及び結晶化領域５１０及び５２０を示す。特に、図８Ａは、ＴＦＴ装置６１０及び６２０をエッジ領域５１８，５２８，６５０から離間し、好適には領域５１０，５２０の各中央領域内に配置できることを示す。領域５１０の中央領域５１５に配置された第１ＴＦＴ６１０は、ゲート６１２、ドレイン６１４、ソース６１６及び活性領域６１８を有し、これらの全ては、エッジ領域５１８から離間して配置されている。同様に、第２ＴＦＴ装置６１０に対して、そのゲート６２２、ドレイン６２４、ソース６２６及び活性領域６２８もエッジ領域５２８，６５０から離間して配置されて、これらが、領域５２０のエッジ領域５２８及び中央領域５１５，５２５間に設けられたエッジ領域６５０に重なり合わないようにする。
【００４５】
図８Ｂは、ＴＦＴ装置６１０，６２０’を有する図６Ｄの領域４６０の隣接部４６２に対応する第１及び第２照射及び結晶化領域５１０及び５２０を示す。この典型的な実施の形態において、領域５１０，５２０の各活性領域６１８’，６２８’のみエッジ領域５１８，５２８，６５０から離間して設けられるとともに領域５１０，５２０の一様な中央領域５１５，５２５内にそれぞれ設けられ、ＴＦＴ装置６１０’，６２０’の他の部分は、領域５１０，５２０の各エッジ領域５１８，５２８及びその間に設けられたエッジ領域に配置される。特に、第１ＴＦＴ装置６１０’は、全体が領域５１０の中央領域５１５に配置された活性領域６１８’を有し、ＴＦＴ装置６１０’のゲート６１２’，ドレイン６１４’及びソース６１６’は、エッジ領域５１８に重なる。同様に、第２ＴＦＴ装置６１０’に対して、その活性領域６２８’は、領域５２０の中央領域５２５内にそれぞれ配置され、第２ＴＦＴ装置６２０’のゲート６２２’、ドレイン６２４’及びソース６２６は、領域５２０の各エッジ領域５２８の上に直接設けられる。また、領域５１０の中央領域５１５と領域５２０の中央領域５２５との間の境界領域５１５（すなわち、領域５１０，５２０間のエッジ領域６５０）にはゲート６２２’が設けられている。ゲート６１２，６１２’，６２２，６２２’、ドレイン６１４，６１４’，６２４，６２４’及びソース６１６，６１６’，６２６，６２６’のうちのいずれか一つを、エッジ領域５１８，５２８及び境界領域５００に設けることができる。
【００４６】
本発明のこの典型的な実施の形態を用いることによって、エッジ領域５００及び／又はそのようなエッジ領域５００に関連したエッジ領域５１８，５２８の幅を１μｍまで減少することができ、それは、従来の装置及び方法を用いて得られるエッジ領域より約１／１００〜１／１０，０００小さい。したがって、中央領域５１５，５２５にＴＦＴ装置６１０，６２０全体を配置して、図８Ａに示すようにこれらの間の距離がエッジ領域５００より大きくなるようにすることができる。各ＴＦＴ装置６１０’，６２０’の活性領域６１８’，６２８’間の距離がエッジ領域５００の幅より大きくなるようにした点を除いて、図８Ｂに示すようなＴＦＴ装置６１０’，６２０’の配置に対して同様なことを適用する。
【００４７】
図９は、図４Ａ〜４Ｆ及び６Ａ〜６Ｄの本発明の技術を用いて図１Ａの演算装置の少なくとも一部の制御の下で本発明の第１の典型的な処理手順を表す流れ図である。ステップ１０００において、ビーム源１１０や、エネルギービーム変調器１２０や、ビーム減衰器や、シャッタ１３０のような図１Ａの装置のハードウェア素子は、演算装置１００によって少なくとも部分的に最初に初期化される。ステップ１００５において、サンプル１７０がサンプル移動ステージ１８００に装着される。そのような装着を、演算装置１００の制御の下で既知のサンプル装着装置を用いて手動で又は自動的に行うことができる。次に、ステップ１０１０において、サンプル移動ステージ１８０は、好適には演算装置１００の制御の下で初期位置に移動される。必要な場合には、ステップ１０１５において、装置の他の種々の光学素子は、適切な収束及び整列のために演算装置１００の制御の下で手動で又は自動的に調整され及び／又は整列される。ステップ１０２０において、照射／レーザビーム１１１は、予め設定されたパルスエネルギーレベル、パルス持続時間及び繰返し率で安定化される。ステップ１０２４において、各ビームパルスが十分なエネルギーを有して、半導体薄膜の部分が照射されて結晶化されるか否かを好適に決定する。結晶化されない場合、ステップ１０２５において、ビーム１１の減衰が、演算装置１００の制御の下でビーム源１００によって調整され、半導体薄膜の部分が結晶化されるのに十分なエネルギーが存在するか否かを決定するためにステップ１０２４が再び実行される。
【００４８】
ステップ１０２７において、サンプルを配置して、半導体薄膜の第１コラムに当たるようビームパルス１６４を指示する。その後、ステップ１０３０において、半導体薄膜の部分は、マスクされた強度パターン（例えば、マスクされたビームパルス１６４）を用いて照射される。その後、半導体薄膜の照射された部分は、エッジ領域が最小となるように結晶化されて、ＴＦＴ装置の少なくとも活性領域をそのようなエッジ領域から離間して配置できるようにする。ステップ１０３５において、ビームパルスによる現在のコラムに対する照射が完了したか否かを決定する。決定されない場合、ステップ１０４０において、次のビームパルス１６４でサンプルを照射し続ける。しかしながら、ステップ１０３５において、現在のコラムの照射及び結晶化を完了すると、ステップ１０４０において、サンプルの更に別のコラムを処理すべきであるか否か決定する。そうである場合、プロセスがステップ１０５０で継続して、本発明によって処理するためにビームパルスが次のコラムに指示されるようサンプルが移動される。そうでない場合、ステップ１０５５において、典型的な処理がサンプル１７０に対して完了し、図１Ａに示すようなハードウェア素子及びビーム１１１を、プロセス終了に従ってシャットダウンすることができる。
【００４９】
図１０は、ビーム１１１をマスクするのに好適である図４Ａ〜４Ｆ及び６Ａ〜６Ｄの本発明の技術を用いて図１Ａの演算装置の少なくとも部分的な制御の下で本発明の第２の典型的な処理手順を表す流れ図である。この典型的な手順のステップ１１００〜１１２０は、図９の手順のステップ１０００〜１０２０とほぼ同一であり、したがって、ここでは詳細に説明しない。しかしながら、ステップ１１２４において、各パルスが半導体薄膜１７５の少なくとも一部を照射するのに十分なエネルギーを有して、照射された部分が結晶化されるか否かが決定される。そうでない場合、ステップ１１２５において、ビームパルスに対する減衰が調整され、エネルギーフルエンスが再び確認される。ビームパルスのエネルギーフルエンスの確認の下で、サンプルは、サンプル１７０の第１コラムに当たるように移動される。
【００５０】
次に、ステップ１１３０において、結果的に生じたビーム１４９をマスク１５９に通過させて、ビームパルスを成形するとともに、結果的に生じたパルスのエッジ部分を成形する。その後、ステップ１１３５において、サンプル１７０を現在のコラムにそって連続的に移動する。ステップ１１４０において、サンプル１７０の移動中、半導体薄膜の部分は、マスクされた強度パターンのビームパルスを用いて照射されるとともに少なくとも部分的に溶融されて、照射された部分を結晶化できるようにする。ビームパルスが、演算装置１００によって予め割り当てられたサンプル上の特定の位置に到達するとき、半導体薄膜１７５のこれらの部分の照射を行うことができる。したがって、ビーム源を、ビームパルスに対するこれらの位置にサンプルが到達する際に起動することができる。その後、固化した(solidified)部分の所定の領域に核をなすとともに一様な材料を有するように半導体薄膜の照射された部分を結晶化して、ＴＦＴ装置の少なくとも活性領域間の距離がそのように照射された領域のエッジ領域より大きくすることができる。そのような処理は、半導体薄膜１７５の現在のコラムの端部に到達するまで継続される。ステップ１１４５において、サンプルの他の処理すべきコラムが存在するか否か決定される。コラムが存在する場合、処理は、本発明によって処理すべき次のコラムに対してビームパルスが指示される位置までサンプルが移動されるステップ１１５０に進む。コラムが存在しない場合、図９のステップ１０５５とほぼ同一のステップ１１５５が実行される。
【００５１】
これまで本発明の原理を説明した。上記実施の形態の種々の変形及び変更は、ここの教示から当業者に明らかである。例えば、上記実施の形態を、半導体薄膜の照射及び結晶化に関連して説明したが、上記実施の形態を、参照することによって全開示をここに組み込むことができる国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／１２７９９、米国特許出願第０９／３９０，５３５、米国特許出願第０９／３９０，５３７号及び米国特許出願第０９／５２６，５８５号に記載されたものを含む微細加工技術や、フォトアブレーション技術や、微細パターニング技術のような他の材料処理技術に適用することができる。上記特許出願に記載した種々のマスクパターン及びビーム強度パターンを、本発明の方法及び装置とともに利用することができる。したがって、当業者は、ここに明確に図示又は記載されていなくても、本発明の原理を実施し、したがって、本発明の範囲内にある種々の装置及び方法を開発することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】サンプルの半導体薄膜の特定の領域に照射してこれらの領域が比較的小さいエッジ領域を有するようにした本発明による照射装置の典型的な実施の形態の線形ブロック図である。
【図１Ｂ】半導体薄膜を有するサンプルの拡大断面図である。
【図２】半導体薄膜を有する概念的に細分されたサンプルの典型的な実施の形態の分解組立図であり、本発明による方法が、図１Ａの典型的な例を用いて半導体薄膜の表面領域全体に亘って実施される。
【図３】一つの開口又は透明領域を包囲するビームブロック領域を有し、レーザビーム源によって発生したビームパルスをマスクしてパターン化されたビームパルスにするために図１Ａの典型的なシステムを用いて、そのようなマスクビームパルスが半導体フィルム上の特定領域を照射し、これによってそのような領域の周辺に設けたエッジ領域を減少するようにした本発明によるマスクの第１の典型的な実施の形態の上面図である。
【図４Ａ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、特定部分のエッジ領域が著しく減少する本発明の方法による典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図４Ｂ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、特定部分のエッジ領域が著しく減少する本発明の方法による典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図４Ｃ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、特定部分のエッジ領域が著しく減少する本発明の方法による典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図４Ｄ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、特定部分のエッジ領域が著しく減少する本発明の方法による典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図４Ｅ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、図４Ａ〜４Ｄの第１の概念のコラムから続く本発明の方法による処理の二つの典型的な順次の段階でサンプルの第２の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化及び結晶化である。
【図４Ｆ】図３のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、図４Ａ〜４Ｄの第１の概念のコラムから続く本発明の方法による処理の二つの典型的な順次の段階でサンプルの第２の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化及び結晶化である。
【図５Ａ】複数の小さい開口又は透明領域又はスリットを包囲するビームブロック領域を有し、ビーム源によって発生したビームパルスをマスクしてパターン化されたビームレットにするために図１Ａの典型的なシステムを用いて、そのようなマスクビームレットが半導体フィルム上の特定領域を照射し、そのエッジ領域を減少するようにした本発明によるマスクの第２の典型的な実施の形態の上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示したマスクの第２の実施の形態のビームレットの拡大図である。
【図６Ａ】図５のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、本発明の方法による第１の典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図６Ｂ】図５のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、本発明の方法による第１の典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図６Ｃ】図５のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、本発明の方法による第１の典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図６Ｄ】図５のマスクによってマスクされた放射ビームパルスによる照射と、本発明の方法による第１の典型的な実施の形態の種々の順次の段階のサンプルの第１の典型的な概念のコラムに対してサンプルに設けられた半導体フィルムの特定部分の再固化(re-solidfication)及び結晶化である。
【図７】サンプル上に設けられ、長くて狭い開口又は透明領域を包囲するビームブロック領域を有するマスクによってパターン化された断面を有するビームパルスによって照射され、図１Ａの典型的なシステムで用いることができる半導体薄膜を示す。
【図８Ａ】図４Ｄ及び６Ｄに対応する照射され、再び固まり及び結晶化された領域の二つの特定領域を示し、これら領域の各々のエッジ領域が、ＴＦＴ装置全体から離間して設けられる。
【図８Ｂ】図４Ｄ及び６Ｄに対応する照射され、再び固まり及び結晶化された領域の二つの特定領域を示し、これら領域の各々のエッジ領域が、ＴＦＴ装置全体から離間して設けられるとともに、他の領域がそのようなエッジ領域に設けられる。
【図９】図４Ａ〜４Ｆ及び６Ａ〜６Ｄの本発明による典型的な技術を用いた図１Ａの演算装置の少なくとも部分的な制御の下での本発明の典型的な処理手順を表す流れ図である。
【図１０】図４Ａ〜４Ｆ及び６Ａ〜６Ｄの本発明による典型的な技術を用いた図１Ａの演算装置の少なくとも部分的な制御の下での本発明の他の典型的な処理手順を表す流れ図であり、図１Ａのビーム源は、ビームが当たる半導体フィルムの部分に基づいてトリガがかけられる。
【図１１Ａ】従来の装置及び方法を用いた投影照射によって成形された長くて狭いビームのプロファイルの斜視切り出し図である。
【図１１Ｂ】従来の装置及び方法によって発生したビームの空間プロファイルに対する図１１Ａのビームの影響のグラフである。
【図１２】本発明による装置及び方法によって発生したビームの空間プロファイルに対する図１１Ａのビームの影響のグラフであり、これによって、そのようなビームによって照射された半導体薄膜の特定部分のエッジ領域を減少する。
【図１Ａ】
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【図３】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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