JP4267585B2 - 結晶化膜の形成方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光による結晶化膜の形成方法及びその装置に関するものであり、特にフラットパネルに用いられる薄膜トランジスターのための結晶化シリコン膜の製造に好適の結晶化膜の形成方法及びその装置に関するものである。

この種の従来の方法として、特許文献１に記載されるものが知られている。これは、基板上の薄膜の材料にパルス状のレーザを露光して、前記材料の一部を材料の厚さ方向の全体にわたつて溶融し、露光されていない領域との境界から横方向に凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を横方向成長部分として形成し、この横方向成長部分を次に行う処理に対する直前の部分とし、該直前の部分から結晶の横方向成長長さよりも短い距離だけ移動した位置にてパルス状のレーザを露光し、該直前の部分を種結晶として横方向に成長させて結晶粒を延長する結晶化膜の形成方法である。

この結晶化膜の形成方法は、実際には、矩形状のレーザを用い、大形の薄膜の材料に対して長軸オーバーラップ領域を与える結晶化膜の形成方法となる。すなわち、図６（Ｂ）に示すようにＡ×Ｂの大きさの矩形状の半導体製の材料１０７に対し、図６（Ａ）に示すレーザのラインビーム２０（ビーム長さ（２１）：Ｌ×幅（２２）：Ｗ）を照射して結晶化することになり、Ｌ＜Ａを満たしている。

先ず、ラインビーム２０をＷよりも十分に短い距離でＷと平行な方向（矢印２３方向）へ移動しながら第１段のスキャン照射をして第１段の結晶部分Ｍを形成し、次に、ラインビームをＬと平行な縦方向（矢印２４方向）へ移動して第２段のスキャン照射を第１段のスキャン照射と同様に行つて第２段の結晶部分Ｎを形成し、これを多段に継続する結晶化膜の形成方法となる。このとき、第２段のスキャン照射による第２段の結晶部分Ｎには、第１段のスキャン照射による第１段の結晶部分Ｍに対して重ね合う位置（長軸オーバーラップ領域２５）が発生する。しかして、Ａ×Ｂの大きさの材料１０７の大部分はスキャン方向に横方向成長した結晶が生成するため、結晶粒界２６はスキャン方向とほぼ平行であるが、長軸オーバーラップ領域２５の結晶は、スキャン方向と直交方向に成長して形成されスキャン方向と平行な結晶が全く生成されない。
特許第３２０４９８６号公報

しかして、特許文献１に記載されるレーザ光による結晶化膜の形成方法及びその装置にあつては、次のような技術的課題が存在していた。

すなわち、図７（Ａ）に示すＬ×Ｗの方形のパターンからなるラインビーム２０を材料に多段に露光する場合、１つのラインビーム２０の照射によつて幅：Ｗの左右２つの境界３２及び長さ：Ｌの上下２つの境界３１の両者から結晶が成長するが、Ｗの境界３２より成長する結晶は、Ｌの境界３１より成長する結晶と成長する方向が直交しているため、長軸オーバラップ領域２５の結晶の結晶粒界３３は、その他の大部分の領域３４の粒界２６と直交する。このようにして、材料１０７に薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を同じパターンで多数形成すると、ＴＦＴのソース−ドレイン電極間の結晶粒界密度が、長軸オーバラップ領域２５と他の大部分の領域３４とで大きく異なり、僅かの長軸オーバラップ領域２５の存在がＴＦＴの電気特性を著しく異ならしてしまうという課題があつた。これは、結晶粒界は電子の移動を妨げるために、電子移動度は、ソース−ドレイン間の粒界の数に反比例するためである。

例えば、Ａ×Ｂの材料１０７でＯＥＬＤ（有機ＥＬディスプレイ）を作ると、長軸オーバラップ領域２５と他の領域３４とで、画面の輝度が異なり、ディスプレイに輝度の異なる線が発生する。このような技術的課題は、結晶部分Ｍ，Ｎを多段に形成する場合のみならず、第１段の結晶部分Ｍのみを形成する場合にも有している。

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、基板上の薄膜の材料１０７にパルス状のレーザを露光して、前記材料１０７の一部を溶融し、露光されていない領域との境界１３，１７から凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を有する横方向成長部分１０を形成し、
この横方向成長部分１０に一部が重なるように移動して次のパルス状のレーザを露光し、横方向に成長する結晶粒を形成する結晶化膜の形成方法であつて、
パルス状のレーザのパターン１１が、
本体部１１ａと、
本体部１１ａの縦方向の一端部に接続して形成され、横方向から傾斜する傾斜長さ部１２を有する突出部１１ｂとを有し、
本体部１１ａの境界１３と平行な縦方向をＹ、垂直な横方向をＸとして、先に露光するレーザのパターン１４に対する次に露光するレーザのパターン１５の本体部１１ａの境界１３及び突出部１１ｂの境界１７が平行をなす状態でのパターン１１のスキャンによる移動距離が、
Ｙ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとして、
ｐ≧ａ及びｑ≦ｌを満たし、
ｌが、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の前記境界１３からの横方向長さであり、ａが、横方向長さｌの箇所を結ぶ線１６，１３の縦方向に延長する線１６ａ，１３上における先に露光するレーザのパターン１４による突出部１１ｂの結晶部分の縦方向長さであり、
本体部１１ａに横方向成長する結晶部分を形成し、かつ、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる突出部１１ｂの部分に、横方向成長に近似する結晶部分を形成することを特徴とする結晶化膜の形成方法である。
請求項２の発明は、前記境界１３が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５によつて第１の結晶部分４２を形成した後、第１の結晶部分４２の上に、第１の結晶部分４２の境界１３とは平行をなさない境界１３を与える状態で、境界１３が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５による第２の結晶部分４３を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法である。
請求項３の発明は、前記境界１３が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５によつて第１の結晶部分４２を形成した後、第１の結晶部分４２の上に、第１の結晶部分４２の境界１３と直交する境界１３を与える状態で、境界１３が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５による第２の結晶部分４３を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法である。
請求項４の発明は、前記本体部１１ａの縦方向の一端部に形成される突出部１１ｂと点対称をなす突出部１１ｂが本体部１１ａの縦方向の他端部に形成されると共に、
前記境界１３が平行をなす状態でのスキャン露光を、本体部１１ａの境界１３を基板上の薄膜の材料１０７の一辺から４５°の方向に傾斜させて基板上の薄膜の材料１０７に与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５によつて第１の結晶部分４２を形成した後、第１の結晶部分４２の上に、第１の結晶部分４２の境界１３と直交する境界１３を与える状態で、境界１３が平行をなす状態でのスキャンを反対の方向に相対移動させながら与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５，４３による第２の結晶部分４３を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法である。
請求項５の発明は、基板上の薄膜の材料１０７にパルス状のレーザを露光して、前記材料１０７の一部を溶融し、露光されていない領域との境界１３，１７から凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を有する横方向成長部分１０を形成し、
この横方向成長部分１０に一部が重なるように移動して次のパルス状のレーザを露光し、横方向に成長する結晶粒を形成する結晶化膜の形成装置であつて、
パルス状のレーザのパターン１１が、
本体部１１ａと、
本体部１１ａの縦方向の一端部に接続して形成され、横方向から傾斜する傾斜長さ部１２を有する突出部１１ｂとを有し、
本体部１１ａの境界１３と平行な縦方向をＹ、垂直な横方向をＸとして、先に露光するレーザのパターン１４に対する次に露光するレーザのパターン１５の本体部１１ａの境界１３及び突出部１１ｂの境界１７が平行をなす状態でのパターン１１のスキャンによる移動距離が、
Ｙ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとして、
ｐ≧ａ及びｑ≦ｌを満たし、
ｌが、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の前記境界１３からの横方向長さであり、ａが、横方向長さｌの箇所を結ぶ線１６，１３の縦方向に延長する線１６ａ，１３上における先に露光するレーザのパターン１４による突出部１１ｂの結晶部分の縦方向長さであり、
本体部１１ａに横方向成長する結晶部分を形成し、かつ、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる突出部１１ｂの部分に、横方向成長に近似する結晶部分を形成することを特徴とする結晶化膜の形成装置である。
但し、長さｌは、最大で、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の２つの境界１３の間の横方向長さ、つまりレーザのパターン１４のＸ方向の長さであり、ａは、最大で、先に露光するレーザのパターン１４による突出部１１ｂの結晶部分の縦方向（Ｙ方向）の長さである。また、本体部１１ａ及び突出部１１ｂの少なくともスキャン移動方向の後側の境界１３，１７が、スキャン移動方向の後側に向けて凸をなす湾曲線によつて形成されていてもよく、この場合、突出部１１ｂの境界１７の方が本体部１１ａの境界１３よりも大きな曲率の曲線を形成していてもよい。

以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る結晶化膜の形成方法及びその装置によれば、基板上の薄膜の材料に多数のスキャン照射を行えば、本体部に形成する横方向成長する結晶部分と、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる箇所の突出部の部分に形成する横方向成長に近似する結晶部分とが次々に形成されることになる。その結果、レーザのパターンの露光による結晶化部分の電気特性を広くほぼ同じにすることができ、例えば、ＴＦＴの電気特性が良好になる。

特に、スキャン照射を多数行つて多段の結晶部分を形成するとき、長軸オーバラップ領域にＹ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる箇所の突出部の部分に形成する横方向成長に近似する結晶部分を存在させることにより、長軸オーバラップ領域と他の大部分の領域とで結晶粒界密度をほぼ同じとする結晶化膜を得ることができる。その結果、長軸オーバラップ領域と他の大部分の領域とで電気特性がほぼ同じになり、ＴＦＴの電気特性が良好な結晶化膜を得ることができる。

請求項３，４に係る発明によれば、先にスキャンしたときのパターンの境界と、次にスキャンしたときのパターンの境界とがほぼ直交するように回動してスキャン露光することになるので、先にスキャンして生成した横方向成長した第１の結晶部分が種結晶になつて直交方向に横方向成長して大粒の結晶が生成することになる。その結果、長軸オーバラップ領域と他の大部分の領域とで結晶粒界密度をほぼ同じとしながら、結晶化に伴つて生ずる結晶粒界を少なくして電子移動度を小さくし、電気特性を向上させることができる。

図１〜図３は、本発明に係る結晶化膜の形成装置の１実施の形態を示す。図２中において符号１０１はパルス状のＹＡＧレーザを発生させるレーザ発振器を示し、レーザ発振器１０１で生じさせたレーザ１０２をホモジナイザー１０３に通し、ラインビーム１０４に整形して強度分布を均一化させ、このラインビーム１０４からなるレーザをマスク１０５に照射し、所定形状となしたものを投影レンズ１０６でもつて基板上の半導体製の薄膜の材料１０７に第１のラインビーム１１９として縮小投影し、露光する。

この基板はガラス上に薄いａ−Ｓｉ（アモルファス・シリコン）膜を薄膜の材料１０７として形成したもので、このａ−Ｓｉ膜にラインビーム１１９を照射することで、ａ−Ｓｉ膜を結晶化して薄いｐ−Ｓｉ（ポリ・シリコン）膜とする。

露光するパルス状のラインビーム１１９について図１を参照して説明する。
ラインビーム１１９のパターン１１は、図１（Ａ）に示すように、矩形状をなす本体部１１ａと、本体部１１ａの縦方向の端部に形成され、横方向から傾斜する傾斜長さ部１２を有する突出部１１ｂとを有する。傾斜長さ部１２を有する突出部１１ｂは、このパターン１１では点対称をなすように本体部１１ａの縦方向の各端部に形成されている。

矩形状をなす本体部１１ａは、図１（Ａ）上で上側の境界１３（パターン１１のスキャン移動方向の後側の本体部１１ａの境界１３）と下側の境界１３とによつて区画されている。また、突出部１１ｂは、傾斜長さ部１２を一部に有する傾斜辺からなる傾斜する境界１７と下側の境界１３とで区画されて三角形状をなしている。この突出部１１ｂは、少なくとも本体部１１ａの縦方向の一端部、つまり少なくとも先に段状に露光するパターン１１，１４，１５（第１段のスキャン照射の部分）と次に段状に露光するパターン１１，１４，１５（第２段のスキャン照射の部分）との重ね合う位置（長軸オーバーラップ領域２５）に形成する。

しかして、本体部１１ａは、図１（Ａ）上で上下の境界１３，１３によつて区画されている。また、突出部１１ｂは、傾斜する境界１７と下側の境界１３とで区画されて直角三角形状をなしている。

また、傾斜長さ部１２に対応して示す長さａは、境界１３（パターン１１のスキャン移動方向の後側の本体部１１ａの境界１３）に平行で、境界１３からの横方向成長部分１０の長さｌだけ離れた位置にある線１６，１６ａと、該境界１３より片側に傾斜して接続する突出部１１ｂの傾斜する境界１７（パターン１１のスキャン移動方向の後側の突出部１１ｂの傾斜する境界１７）との交点１９から、境界１３から境界１７に転じる点１８までの後記するＹ方向の距離と定義した。従つて、ａは、傾斜長さ部１２のＹ方向の長さである。但し、線１６は、本体部１１ａの薄膜の材料１０７が１つのパターン１１の照射によつて溶融後に固化する際、完全には溶融しなかつた上下の境界１３から凝固を開始し、固化後に中央に生ずることになる微細な粒子からなる多結晶領域を示し、線１６ａは線１６の延長線を示す。

すなわち、ａは、横方向成長部分１０の長さｌの先端箇所を結ぶ線１６の縦方向に延長する線１６ａ上における先に露光するレーザのパターン１４の突出部１１ｂの結晶部分の縦方向長さであり、突出部１１ｂに形成される長さａは、必然的にａ＞０である。また、長さｌは、傾斜長さ部１２の後記するＸ方向の長さである。従つて、ｌは、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の境界１３から線１６，１６ａまでの横方向長さである。

そして、ｐ≧ａ及びｑ≦ｌを満たすように設定する。
ここで、長さｐ及び長さｑは、次のように規定する。本体部１１ａの境界１３と平行な縦方向をＹ、垂直な横方向をＸとし、先に露光するラインビーム１１９のパターン１４に対する次に露光するラインビーム１１９のパターン１５のスキャン移動方向の後側の本体部１１ａの境界１３及び本体部１１ａの境界１３に接続する突出部１１ｂの境界１７が平行をなす状態でのパターン１１，１４，１５のスキャンによる移動距離を、Ｙ方向の移動距離とＸ方向の移動距離とに分解し、Ｙ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとする。

基板上の薄膜の材料１０７にラインビーム１１９からなるパルス状のレーザの１つのパルスを露光すると、露光部分の全体が溶融した後に急速に冷却・固化され、結晶が成長する。この結晶の成長は、１つのパルスのパターン１１の境界１３，１７から開始されて伸展するため、本体部１１ａでは２つの境界１３から結晶が横方向成長する。また、突出部１１ｂでは、２つの境界１３，１７から結晶が成長し、一方の境界１３からは横方向成長し、他方の境界１７からは横方向から若干傾斜する方向に成長する。但し、２つの境界１３，１７の交点２０２の付近では、僅かに縦方向成長するが無視できる程度である。境界１３及び１７の方向の違いを小さくすれば、ほぼ同一方向に結晶粒界２０１が生成されるため、結晶粒界の方向が材料１０７の全体でほぼ同じ方向になる。ａ＞０であるから、２つの境界１３，１７からの結晶成長方向が直交することはない。

かくして、ラインビーム１１９のパターン１４の露光により、特に本体部１１ａから図上左側の線１６，１６ａより上の部分において、横方向成長又は横方向成長に近似して成長する少なくとも１個の結晶部分を横方向成長部分１０（第１の結晶部分）として形成することができ、横方向成長部分１０では結晶が事実上横方向成長している。横方向成長に近似して成長する結晶部分は、縦方向から傾斜する方向に成長する結晶部分であり、傾斜する境界１７にほぼ直交する方向に成長する結晶部分である。なお、線１６，１６ａより下側でも事実上横方向成長する結晶部分が形成され、図上右側の突出部１１ｂでも、図上左側の突出部１１ｂと同様に横方向成長に近似して成長する結晶部分を形成する。

次に、先に露光するラインビーム１１９のパターン１４に対してＹ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとしてラインビーム１１９を薄膜の材料１０７に対して平行移動させた露光により、図１（Ｂ）に示すように次に露光する１つのパルスのパターン１５が得られる。

いま、ｐ≧ａ及びｑ≦ｌの関係に設定してあるから、先に露光するパターン１４の本体部１１ａ及びその左側の線１６，１６ａより上の部分の結晶が、事実上横方向成長している結晶部分として残されて、次に露光するパターン１５が得られる。すなわち、線１６，１６ａより上の部分の本体部１１ａの結晶は、事実上横方向成長している先に露光するパターン１４の部分として残され、また、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる箇所の突出部１１ｂの部分は、横方向成長に近似する結晶部分として残され、これらの結晶部分が種結晶となつて横方向成長していく。

この次に露光するパターン１５についても、更に次に露光するパターンを上記関係で得ることにより、本体部１１ａから左側の線１６，１６ａより上の部分の結晶が事実上横方向成長している先に露光するパターン１５の結晶部分を種結晶として残して、事実上横方向成長している結晶部分が得られる。

かくして、先に露光するパターン１４の上に次に露光するパターン１５を形成する作業を次々に行うことにより、結晶が事実上横方向成長している先に露光するパターン１４の結晶部分つまり横方向成長部分１０のみが形成されて行く。基板上の薄膜の材料１０７にパルス状のレーザを露光して、材料１０７の一部を溶融し、露光されていない領域との境界１３，１７から横方向に凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を横方向成長部分１０として次々に形成し、横方向に成長する結晶粒を延長することができる。

このパターン１４，１５の移動するスキャン方向は、図１（Ｃ）に示すようにＹ方向の速度成分Ｖｙ及びＸ方向の速度成分Ｖｘを有する速度Ｖを与えて、Ｉ方向になる。このＩ方向を材料１０７の長さＢの方向に一致させれば、Ａ×Ｂの大きさの材料１０７を効果的に結晶化させることができる。パターン１４，１５の移動は、換言すれば、線１６，１６ａと境界１３より片側に傾斜して接続する突出部１１ｂの境界１７との交点１９を次に露光するパターン１５によつて覆うことになる平行移動である。

図６（Ｂ）に示すようにＡ×Ｂの大きさの矩形状の半導体製の材料１０７に対し、レーザのラインビーム１１９を照射して結晶化する際には、境界１３，１７が平行をなす状態で、ラインビーム１１９を連続的に移動して第１段のスキャン照射を行い、多数のレーザのパターン１４，１５によつて第１段の結晶部分Ｍを形成した後、次にラインビーム１１９をＩと直角な方向（図６（Ｃ）に示す矢印２４方向）へ移動して、第２段のスキャン照射を行つて第２段の結晶部分Ｎ（図６（Ｄ）に示す）を形成することになる。

第２段のスキャン照射のとき、第１段のスキャン照射に対して重ね合う位置（長軸オーバーラップ領域２５）を発生させる。このとき長軸オーバーラップ領域２５に、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる突出部１１ｂの部分を位置させ、図１上で右側の突出部１１ｂによる結晶部分を消失させながら、横方向成長に近似する結晶部分を長軸オーバーラップ領域２５に形成させることができる。これにより、長軸オーバーラップ領域２５の結晶についても、結晶粒界２０１は横方向に近似する方向になる。

かくして、材料１０７に多段にスキャン照射を行えば、本体部１１ａに形成する横方向成長する結晶部分と、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる箇所の突出部１１ｂの部分に形成する横方向成長に近似する結晶部分とが形成されることになるため、長軸オーバラップ領域２５と他の大部分の領域とで結晶粒界密度がほぼ同じの結晶化膜を得ることができる。その結果、長軸オーバラップ領域２５と他の大部分の領域とで、電気特性がほぼ同じになり、例えば、ＴＦＴの電気特性が良好になる。

尚、ｑ≦ｌの関係に設定してもｐ＜ａに設定すると、パターン１１の先端の交点２０２を含む帯状部分でパターン１４，１５が重ならないため、結晶の連続成長が得られない。但し、ｑ＞ｌに設定しても、ｐを突出部１１ｂのＹ方向長さよりも大きく設定すれば、パターン１１の先端の交点２０２でパターン１４，１５が重なるため、多結晶領域からなる線１６が再結晶化されないままで残り、前に横方向成長した結晶の全部を種結晶に使用できなくなり、結晶が連続して成長しないが、線１６の上下部分を幅広に結晶化させることができる。従つて、線１６，１６ａの残存を許容すれば、長さｌは、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の２つの境界１３の間の横方向長さとなり、ａは、先に露光するレーザのパターン１４による突出部１１ｂの結晶部分の縦方向長さとなり、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を有する横方向成長部分１０は、パターン１１の全体になる。

結晶粒界はできるだけ少ない方がＴＦＴの電子移動度が大きくなり、電気特性が向上する。結晶粒界を少なくするために、前記方法でスキャン露光した後、先にスキャンしたときのパターン１１，１４，１５の境界１３又は１７と、次にスキャンしたときのパターン１１，１４，１５の境界１３又は１７とがほぼ直交するように回動してスキャン露光することで、先にスキャンして生成した横方向成長した第１の結晶部分が種結晶になつて直交方向に横方向成長するため大粒径が生成することになり、結晶粒界が更に少なくなる。

更に、突出部１１ｂがほぼ直角二等辺三角形をなすラインビーム１１９のパターン１１を準備し、図３（Ａ）に示すように、境界１３を薄膜の材料１０７の１辺に対して４５°傾斜させてＩ方向にスキャン露光して第１の結晶部分４２を形成し、次に、図３（Ｂ）に示すように、先のパターンの境界１３から９０°回転した境界のパターン１４，１５でもつて、最初のスキャン方向と反対の方向（反Ｉ方向）にスキャン露光し、第２の結晶部分４３を形成すると、１往復のスキャン照射により容易に結晶粒界の少ない結晶を材料１０７に無駄なく得ることができる。

このように先の第１の結晶部分４２に対して次の第２の結晶部分４３を形成するとき、パターン１１に突出部１１ｂを点対称をなすように各端部に形成させておくことにより、図１上で右側の他方の突出部１１ｂによつてＹ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる箇所の突出部１１ｂの部分に横方向成長に近似する結晶部分が形成されることになる。

要するに、境界１３，１７が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５によつて第１の結晶部分４２を形成した後、第１の結晶部分４２の上に、第１の結晶部分４２の境界１３又は１７と直交する境界１３又は１７を与える状態で、境界１３，１７が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５による第２の結晶部分４３を第１の結晶部分４２に重ね合わせて形成すれば、全体として結晶粒界の少ない結晶を得ることができる。なお、突出部１１ｂの薄膜の材料１０７が１つのパターン１１の照射によつて溶融後に固化する際、完全には溶融しなかつた上下の境界１７，１３から凝固を開始し、固化後に中央に生ずることになる微細な粒子からなる多結晶領域（線１６）を薄膜の材料１０７上に残存させたとしても、それによる悪影響は僅かである。

なお、境界１３，１７同士を直交させて第２の結晶部分４３を第１の結晶部分４２に重ね合わせて形成することに加え、第１の結晶部分４２の境界１３又は１７と直交以外の平行をなさない境界１３又は１７を与える状態で、第２の結晶部分４３を形成することでも、結晶粒界の比較的少ない結晶を得ることができる。すなわち、境界１３，１７が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５によつて第１の結晶部分４２を形成した後、第１の結晶部分４２の上に、第１の結晶部分４２の境界１３又は１７とは平行をなさない境界１３又は１７を与える状態で、境界１３，１７が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン１１，１４，１５による第２の結晶部分４３を第１の結晶部分４２に重ね合わせて形成すればよい。

実施例として、ＹＡＧレーザ発振器１０１により、第２高調波５３２ｎｍ、パルスエネルギー：６ｍＪ、パルス幅：３００ｎｓ、繰り返し周波数：４０ｋＨｚのレーザ１０２を発生し、ホモジナイザー１０３により２１０ｍｍ×１２５μｍの大きさのラインビーム１０４に整形して図４（Ａ）に示すマスク１０５に照射し、これを０．２倍の投影レンズ１０６でもつて基板上に図４（Ｂ）に示す第２のラインビーム１２０として縮小投影し、Ａ×Ｂ＝３００×４００ｍｍのガラス基板上に形成したａ−Ｓｉ膜１０７に図５に示すようにスキャン露光した。

マスク１０５は、長軸１１１：２００ｍｍ×短軸１１２：３０μｍ、突出部１１ｂに相当する部分の角度：２α＝２×２８°の開口１１０を有する。従つて、投影レンズ１０６によつて縮小したラインビーム１２０は、長軸１２１（ビーム長さ：Ｌ）：４０ｍｍ×短軸：６μｍであり、短軸の半分の長さ１２２：３μｍである。ラインビーム１２０の短軸の半分の長さ１２２は、長さｌに相当し、先に露光するレーザのパターン１４による本体部１１ａの結晶部分の境界１３からの横方向長さになる。なお、マスク１０５の形状ひいてはラインビーム１２０の突出部１１ｂは上下対称形状をなし、その挟み角度は、２α＝２８°×２＝５６°になつている。

ラインビーム１２０による露光により、ａ−Ｓｉ膜（基板上の薄膜の材料１０７）は、ラインビーム１２０の境界１２５より横方向成長し、横方向長さはラインビームの短軸幅Ｗ／２に等しく３μｍの結晶が得られた。従つて、ａ＝３μｍ／t ａｎ（２８°）＝５．６４μｍで、上記関係ｐ≧ａ及びｑ≦ｌより、スキャンの条件は、ｐ≧５．６４μｍ、ｑ≦３μｍとなるため、レーザの繰返し周波数＝４０ｋＨｚより、図４（Ｃ）に示すＸ方向の速度１３２：Ｖｘ＜３μｍ×４０ｋＨｚ＝１２０ｍｍ／ｓ、Ｙ方向の速度１３１：Ｖｙ＞５．６４μｍ×４０ｋＨｚ＝２２５．６ｍｍ／ｓであつた。

上記の条件を満たすため、Ｖｘ＝８０ｍｍ／ｓ，Ｖｙ＝２５０ｍｍ／ｓを選定し、よつて図４（Ｄ）に示すスキャン速度：Ｖ＝２６２ｍｍ／ｓ，角度：β＝１７．７°で、スキャン速度：Ｖの方向がスキャン方向つまりＩ方向となるようにＢ：４００ｍｍの方向へスキャン露光し、第１段のスキャン照射によつて第１段の結晶部分を得た。このスキャン速度：Ｖの方向は、Ｙ方向と角度：βをなし、この方向を薄膜の材料１０７の辺Ｂに沿う方向に一致させることにより、突出部１１ｂの２つの境界の交点２０２ａが露出することなく第１段のスキャン照射を行うことができる。

次に、スキャン方向と垂直方向へ１２ｍｍ移動し、前記同様にスキャン露光し、第２段のスキャン照射によつて第２段の結晶部分を得、これを順次繰り返すことで、３００×４００ｍｍのａ−Ｓｉ膜全面を結晶化した。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により長軸オーバラップ領域を観察したところ、オーバラップしていない領域と同方向と見なし得る粒界が得られたことを確認した。

本発明の１実施の形態に係る結晶化膜の形成方法に使用するラインビームのパターンを示し、図１（Ａ）は１つのラインビームのパターンを示す平面図、図１（Ｂ）は２つのラインビームのパターンの重ね合わせを示す平面図、図１（Ｃ）は多数のラインビームのパターンの重ね合わせを一部省略して示す平面図。 同じく結晶化膜の形成装置を示す概略図。 同じく結晶化膜の形成方法を示し、図３（Ａ）は第１段のスキャン照射を一部省略して示す説明図、図３（Ｂ）は第２段のスキャン照射を一部省略して示す説明図。 本発明の１実施例に係るマスク及びラインビームを示し、図４（Ａ）はマスクを示す平面図、図４（Ｂ）はラインビームのパターンを示す平面図、図４（Ｃ）はスキャン速度を示す説明図、図４（Ｄ）はパターンの移動速度を示す説明図。 同じく結晶化膜の形成方法を示す概略図。 従来の結晶化膜の形成方法を示し、図６（Ａ）は１つのラインビームのパターンを示す平面図、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、ラインビームのパターンの重ね合わせを順次に示す平面図。 同じく従来の結晶化膜の形成方法を示し、図７（Ａ）は１つのラインビームのパターンを示す平面図、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、それぞれラインビームのパターンの重ね合わせを示す平面図。

符号の説明

１０：横方向成長部分
１１，１４，１５：レーザのパターン
１１ａ：本体部
１１ｂ：突出部
１２：傾斜長さ部
１３，１７：境界
１６，１６ａ：線
４２：第１の結晶部分
４３：第２の結晶部分
１２：
１０７：薄膜の材料
ａ：突出部の結晶部分の縦方向長さ
ｌ：本体部の結晶部分の境界からの横方向長さ
ｐ：Ｙ方向の移動距離
ｑ：Ｘ方向の移動距離
Ｘ：横方向
Ｙ：縦方向

Claims (5)

1. 基板上の薄膜の材料（１０７）にパルス状のレーザを露光して、前記材料（１０７）の一部を溶融し、露光されていない領域との境界（１３，１７）から凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を有する横方向成長部分（１０）を形成し、
   この横方向成長部分（１０）に一部が重なるように移動して次のパルス状のレーザを露光し、横方向に成長する結晶粒を形成する結晶化膜の形成方法であつて、
   パルス状のレーザのパターン（１１）が、
   本体部（１１ａ）と、本体部（１１ａ）の縦方向の一端部に接続して形成され、横方向から傾斜する傾斜長さ部（１２）を有する突出部（１１ｂ）とを有し、
   本体部（１１ａ）の境界（１３）と平行な縦方向をＹ、垂直な横方向をＸとして、先に露光するレーザのパターン（１４）に対する次に露光するレーザのパターン（１５）の本体部（１１ａ）の境界（１３）及び突出部（１１ｂ）の境界（１７）が平行をなす状態でのパターン（１１）のスキャンによる移動距離が、
   Ｙ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとして、
   ｐ≧ａ及びｑ≦ｌを満たし、
   ｌが、先に露光するレーザのパターン（１４）による本体部（１１ａ）の結晶部分の前記境界（１３）からの横方向長さであり、ａが、横方向長さｌの箇所を結ぶ線（１６，１３）の縦方向に延長する線（１６ａ，１３）上における先に露光するレーザのパターン（１４）による突出部（１１ｂ）の結晶部分の縦方向長さであり、
   本体部（１１ａ）に横方向成長する結晶部分を形成し、かつ、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる突出部（１１ｂ）の部分に、横方向成長に近似する結晶部分を形成することを特徴とする結晶化膜の形成方法。
2. 前記境界（１３）が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５）によつて第１の結晶部分（４２）を形成した後、第１の結晶部分（４２）の上に、第１の結晶部分（４２）の境界（１３）とは平行をなさない境界（１３）を与える状態で、境界（１３）が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５）による第２の結晶部分（４３）を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法。
3. 前記境界（１３）が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５）によつて第１の結晶部分（４２）を形成した後、第１の結晶部分（４２）の上に、第１の結晶部分（４２）の境界（１３）と直交する境界（１３）を与える状態で、境界（１３）が平行をなす状態でのスキャンを与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５）による第２の結晶部分（４３）を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法。
4. 前記本体部（１１ａ）の縦方向の一端部に形成される突出部（１１ｂ）と点対称をなす突出部（１１ｂ）が本体部（１１ａ）の縦方向の他端部に形成されると共に、
   前記境界（１３）が平行をなす状態でのスキャン露光を、本体部（１１ａ）の境界（１３）を基板上の薄膜の材料（１０７）の一辺から４５°の方向に傾斜させて基板上の薄膜の材料（１０７）に与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５）によつて第１の結晶部分（４２）を形成した後、第１の結晶部分（４２）の上に、第１の結晶部分（４２）の境界（１３）と直交する境界（１３）を与える状態で、境界（１３）が平行をなす状態でのスキャンを反対の方向に相対移動させながら与え、多数のレーザのパターン（１１，１４，１５，４３）による第２の結晶部分（４３）を形成することを特徴とする請求項１の結晶化膜の形成方法。
5. 基板上の薄膜の材料（１０７）にパルス状のレーザを露光して、前記材料（１０７）の一部を溶融し、露光されていない領域との境界（１３，１７）から凝固させ、横方向に成長する少なくとも１個の結晶を有する横方向成長部分（１０）を形成し、
   この横方向成長部分（１０）に一部が重なるように移動して次のパルス状のレーザを露光し、横方向に成長する結晶粒を形成する結晶化膜の形成装置であつて、
   パルス状のレーザのパターン（１１）が、
   本体部（１１ａ）と、本体部（１１ａ）の縦方向の一端部に接続して形成され、横方向から傾斜する傾斜長さ部（１２）を有する突出部（１１ｂ）とを有し、
   本体部（１１ａ）の境界（１３）と平行な縦方向をＹ、垂直な横方向をＸとして、先に露光するレーザのパターン（１４）に対する次に露光するレーザのパターン（１５）の本体部（１１ａ）の境界（１３）及び突出部（１１ｂ）の境界（１７）が平行をなす状態でのパターン（１１）のスキャンによる移動距離が、
   Ｙ方向の移動距離をｐ、Ｘ方向の移動距離をｑとして、
   ｐ≧ａ及びｑ≦ｌを満たし、
   ｌが、先に露光するレーザのパターン（１４）による本体部（１１ａ）の結晶部分の前記境界（１３）からの横方向長さであり、ａが、横方向長さｌの箇所を結ぶ線（１６，１３）の縦方向に延長する線（１６ａ，１３）上における先に露光するレーザのパターン（１４）による突出部（１１ｂ）の結晶部分の縦方向長さであり、
   本体部（１１ａ）に横方向成長する結晶部分を形成し、かつ、Ｙ方向の移動距離ｐとＸ方向の移動距離ｑとで囲まれる突出部（１１ｂ）の部分に、横方向成長に近似する結晶部分を形成することを特徴とする結晶化膜の形成装置。

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