JP4230538B2 - レーザビームを用いる電子デバイスの製造方法及びレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマ基板上の半導体膜にレーザ処理（例えば、膜を結晶成長させる）を行う薄膜回路を具える電子デバイスの製造方法に関するものである。このデバイスは大面積イメージセンサ、又はフラットパネルデイスプレイ（例えば、液晶デイスプレイ）、又は他の形式の大面積電子デバイス（例えば、薄膜データ記憶、メモリデバイス、又は熱画像デバイス）とすることができる。本発明はこのような方法に用いるのに好適なレーザ装置にも関するものである。
現在、大面積電子装置の用途として安価な絶縁性基板上に薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと称する）及び／又は他の半導体回路素子を有する薄膜回路の開発が注目されている。これらの回路素子はアモルファス多結晶半導体膜の個別の半導体アイランドを用いて形成され、例えば米国特許第５１３０８２９号明細書に記載されているフラットパネルデイスプレイのセルマトリックスのスイッチィング素子を構成することができ、その内容は本明細書において参考として記載する。
最近の開発には、例えばこのセルマトリックス用の集積化した駆動回路のような薄膜回路の製造及び集積化（しばしば、多結晶シリコンを用いる）が含まれている。回路速度を高くするため、これらの回路のＴＦＴの薄膜アイランド部用に良好な結晶品質及び高移動度の半導体材料を用いることが有益である。
例えば米国特許第４０５９４６１号及び４３０９２２５号並びにＩＥＥＥトランザクションズ“エレクトロン デバイスイズ”の第４０巻、Ｎo.２（１９９３年２月）第４０７頁〜４１３頁に掲載されたＳ．Ｄ．ブラザートン、Ｄ．Ｊ．マカロッチ等による文献及び「雑誌“ソリッド ステート フェノーメナ”第３７〜３８巻（１９９４年）第２９９〜３０４頁に掲載された文献から、アモルファス材料又は低結晶化材料の半導体膜を形成し、この膜の一部の領域にレーザからのエネルギービームを照射することにより高い結晶化度の材料を形成することが知られている。これら米国特許及び文献の内容は本明細書において参考として記載する。また、薄膜の回路の製造において、半導体膜にイオン注入され及び／又は拡散した不純物をアニールするためのレーザビーム処理を利用することも既知である。
上記米国特許及び文献に記載されているように、堆積した膜を有する基板は、レーザビームを入射させる透明窓を有するサンプルチャンバ（“セル”とも称する）内に装着される。セルは基板／膜サンプルの周囲に制御された雰囲気（例えば、不活性ガス又は真空）を形成している。一般的に、基板／膜のサンプルはレーザビームにより走査され、この走査はレーザ装置内でサンプルセルを機械的に移動させることにより行なわれている。
多くの大面積電子装置の場合、低コスト、低重量及び／又は物理的可撓性の理由により基板としてポリマ材料を用いることが望まれている。アモルファスシリコン材料の堆積の結晶性材料の堆積よりも低い温度で行なうことができるので、最高許容温度の観点よりポリマ基板を用いるのが有利である。これらのポリマについての温度は、一般にガラス基板について最高使用可能温度よりも低い。ポリイミドは大面積電子装置の基板の一般的なポリマ材料である。ポリイミドの最高使用可能温度は一般に約２８０℃である。ポリマ材料の最高使用可能温度は、ポリマ材料が処理期間中に維持されると共に例えば可撓性及び電気的絶縁性能のようなポリマ特性を保持できる最高温度を意味する。デバイス基板として使用できる他の適当なポリマ材料の例及びその最高使用温度は以下の通りである。
ポリエチルサルフォン （ＰＥＳ） ２００℃
ポリアクリレート （ＰＡＲ） １８０℃
ポリエチルイミド （ＰＥＩ） １７０℃
ポリエチレンナフタレート （ＰＥＮ） １５０℃
ポリエチレンテレフタレート （ＰＥＴ） １３０℃
レーザ処理中に半導体膜は極めて高い温度（例えば、１２００℃以上）に達するので、この膜は一般的にポリマ基板上に１個又はそれ以上の中間層上に堆積される。これらの中間層は、（熱的及び空気的）絶縁性材料及び／又は半導体膜の厚さにわたって浸透するいかなるレーザ光をも吸収する材料及び／又はポリマ基板に対する半導体膜の接着性を改善できる材料とすることができる。これらの考えにもかかわらず、本願人は、ポリマ基板上の（ガラス基板に比較して）半導体膜のレーザ処理の結果デバイスの製造について満足し得ない程の均一性を欠く半導体材料が生ずる傾向があることを見い出した。例えば、レーザ処理が結晶成長させるように作用する場合、本願人は、走査中レーザビームが均一に維持されているにもかかわらず、結晶化した材料中に顕著な不均一性が膜の走査方向に生ずることを見い出した。これらの不均一性は、結晶の大きさ及び品質並びに半導体膜の表面領域の粗さの差異を含み、不均一性の範囲は異なる膜区域を用いて形成される薄膜デバイスに異なるデバイス特性が生ずるのに十分なものである。さらに、種々の不都合を回避するための中間層が形成されているにもかかわらず、半導体膜の種々の区域が基板から離脱し及び／又は消滅し、ポリマ基板の種々の部分が熱損傷を受けてしまう。
本発明の目的は、この不均一生及び損傷を除去し又は少なくとも軽減することを目的とする。
本発明は、レーザビームにより走査されたポリマ基板の局部的な歪みは基板加熱に起因して発生（少なくとも一時的に）し、ポリマ基板上のレーザ処理された半導体膜の損傷及び不十分な均一性の原因になるという本発明者の認識に基づいている。本発明者は、この局部的な歪みが基板／膜サンプルから反射したレーザ光を集束し、集束したレーザ光が反射して同一の区域に戻ると過剰加熱されたスポットが発生することを発見した。本発明は、反射したレーザ光が反射して再び膜に戻らないように又は少なくとも反射して膜の同一区域に再び入射しないように出射させることにより不均一性の原因を除去する。
従って、本発明の一見地に立てば、本発明は、ポリマ基板上の半導体膜にレーザビームを用いてレーザ処理し、前記レーザビームを窓を透過させて前記半導体膜に入射させ、入射したレーザビームが前記半導体膜により反射し、レーザビームの経路中において前記窓及びポリマ基板を互いに傾斜させて前記反射したレーザビームが前記半導体膜に入射するのを防止する電子デバイスの製造方法にある。
本発明の別の概念によれば、レーザ処理に用いるのに適するレーザ装置であって、半導体膜を有するポリマ基板を収納しレーザ処理を行うためのセルと、前記ポリマ基板を支持し、ポリマ基板の上方のセル窓を介して前記半導体膜にレーザビームを照射するための前記セル内の支持手段とを具え、前記セル窓及びポリマ基板用の支持手段がビームの経路中において互いに傾斜して反射したビームが再び半導体膜に入射するのを阻止するように構成したレーザ装置を提供する。
セルの窓から膜に向けての再反射の防止は、少なくともその区域において窓を傾斜させ及び／又は基板自身を傾斜させることにより行うことができる。
ビーム経路における窓に対する垂線及び／又は基板は２０°〜６０°の範囲の角度で傾斜させることができ、好ましくは約３５°〜４５°の範囲の角度で傾斜させる。最高の使用可能な角度は、高さが増大したセルを収納するレーザ装置で利用できる高さ及び傾斜した窓の前面におけるレーザビームの反射の減少及び／又は傾斜した基板におけるレーザビームの焦点深度に依存する。最低の使用できる角度は、窓及び基板の一方又は両方が傾斜しているか否か及びレーザビーム照射された膜／基板の区域からの反射したビームの適切に偏向が得られるか否かに依存する。適切な偏向を構成するものは、セルの内部形状及び反射ビームが入射する特定の区域に依存する。窓及び基板の両方がビームの経路に対して反対方向に傾斜している場合、小さい角度（例えば、２０〜３０°の範囲）を用いることができる。
特開平３−６２９２４号の英語の要約から、ビームを１個又はそれ以上の傾斜したガラスプレート（基板と称する）を通過させることによりレーザ照射に対する戻り光の影響を防止することが既知である。これらのプレートはレーザ光源とレーザ処理が行われるサンプルにレーザビームを入射させる全反射ミラーとの間に配置されている。これらのプレートは保護されるレーザ光源と対向する側に反射防止層を有しているので、レーザ光はこの側では反射しない。反対側（すなわち、全反射ミラーと対向する側）は反射防止コート層を有さず、ビームに対するプレートの傾斜角は、この反対側で反射したビームが入射ビームの経路から離れるように設定されている。このような構成は、サンプルに対する局部的な過剰加熱効果を防止するための手段が講じられている本発明では採用されないものである。
本発明はこのような過剰加熱を防止すると共に、基板上の半導体膜が入射レーザビームにより加熱される区域においてポリマ材料に凹面状の歪みが生ずる（少なくとも一時的に）特に厳格な場合においても熱歪み可能なポリマ材料のデバイス基板を有するサンプルについてレーザ処理できるようにする。ビームは窓を経てサンプルに入射し、レーザビームは基板の凹面状の歪みにより集束し反射する。一方、この集束し反射したレーザビームはレーザビームにより加熱された膜の区域に再び入射するのが阻止される。この理由は、凹面状の歪みが形成された区域における窓及び／又はサンプルが互いに傾斜するように傾いているてからである。
この本発明の構成は窓及び基板／膜の斜めに対向する表面に形成される反射防止コート層が不要になり、これらの表面に反射防止コート層を形成し維持することによる課題が解消される。この場合、例えばセルの窓の反射防止コーティングはセル中で行われるレーザ処理の反応生成物及び残留物により汚染され損傷を受けるおそれがあり、このコーティングをクリーニングし及び／又は取り替えることは不便であり且つ高価なものになってしまう。サンプルに反射防止コーティングを形成することは、所望の処理及び基板上の膜構造体の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。この場合、例えば反射防止コーティングと共にレーザ結晶化される半導体膜の表面は、このコーティングの存在により著しく粗い面となるおそれがある。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は本発明による製造方法に用いるのに好適な本発明によるレーザ装置の線図である。
図２ａ及び２ｂはポリマ基板上の半導体膜の線図的断面図であり、レーザビーム照射区域で発生する局部的な歪み及び本発明の装置の効果を示す。
図３〜５は本発明によるレーザ装置用の種々のセル装置の線図的断面図である。図６ａ及び６ｂはポリマ基板上の半導体膜の線図的断面図であり、レーザビーム照射区域で発生する局部的な歪み及び従来技術の装置の効果を示す。
図１〜６は線図的であり、スケール通りに表示されていない。これら図面の部材の相対的な寸法及び比率は、図面を明瞭にするため拡大され又は縮小されている。また、種々の実施例において対応する部材又は同様な部材には同一符号を付して説明する。
図１は大面積電子装置の製造におけるポリマ基板２上の半導体膜１を結晶化する本発明の製造方法用いることができる本発明によるレーザ装置を示す。膜１は、例えば１００℃と２５０℃との間のような低温度のプラズマ−エンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）のような既知の方法により堆積する。典型的には、膜１は例えばα−Ｓｉ：Ｈのように表示される水素含有アモルファスシリコン材料とすることができる。シリコン膜１の厚さは、典型的には０．１μｍ以下とし、例えば約０．０５μｍ又はそれ以下とすることができる。ポリマ基板２は既知の材料とすることができ、例えばポリイミド又は大面積電子デバイスに用いるのに好適なものとして前述した他のポリマ材料とすることができる。典型的には、ポリマ基板２は２００μｍ以下の厚さの自己支持性フィルムとすることができる。典型的な場合、シリコン膜１を堆積する前に、前述した界面層がポリマ基板２上に形成される。この界面層は、図面を明瞭にするため図示しないものとする。
図１〜５は本発明による方法及び装置による薄いポリマ基板２上への膜１のレーザ結晶化を示す。レーザ結晶化装置は、本発明によるサンプルセル２０の特別な光学装置を除いて、前述した米国特許及び文献に記載された装置と同様の装置とすることができる。好ましくは、エキシマレーザ１１で発生した紫外波長のパルス状のレーザビーム１０を用いる。紫外波長のレーザビーム１０は膜１の半導体材料中での吸収深さを制御できる既知の利点がある。特有の実施例として、図１は、雑誌「ソリッド ステート フェノーメナ」に記載された文献「ビーム シェイプ イフェクツ ウイズ エキシマ レーザ クリスタライゼーション オブ プラズマ エンハンスド アンドロー プレッシャ ケミカル ベーパー デポジッティド アモルファス シリコン」、（１９８４）第２９９ページ〜３０４ページの第１図の装置と同様なレーザ結晶化装置を示す。
従って、図１のレーザ装置はビーム１０の主経路に沿って、減衰器１２と、ビーム１０全体を偏向する全反射ミラー１３と、ビーム形状を必要に応じて変更する選択的なホモジナイザ１４と、少なくとも１個の開口１５と、ＣＣＤカメラ３１によりビーム形状を観察することができるようにする選択的な半反射性ガラスプレート１６と、コンデンサレンズ１７と、パルスエネルギー測定器１９によりビームエネルギーを測定／監視するための半反射性ガラスプレート１８と、観察用の可視光を用いて膜１の照射区域を選択的に観察するための半反射性ガラスプレートを有する別の選択的なＣＣＤカメラ（図１及びソリッド ステートフェノメナの文献には記載されていない）と、膜／基板１，２が装着されるセル２０と具える。
セル２０は膜／基板サンプル１，２の周りに制御された周囲雰囲気を形成し、そのために少なくとも１個のガスインレット／アウトレットポート２１を有する。従って、既知の方法では、周囲ガスをポート２１を介して封入し又は抜き出すことができる。あるレーザ処理（例えば、レーザビーム１０が化学エッチング、化学堆積、又は膜１を用いる他のの化学処理を開始させ又は補助するような場合）においては、周囲雰囲気は１個又はそれ以上の化学的に活性な元素を含むことができる。一方、多くのレーザ処理（例えば、膜の結晶化又は不純物注入のアニール）においては、化学的に不活性な雰囲気が望まれ、例えば真空又は例えば窒素ガスのような不活性ガス流が望まれている。
セル２０は膜／基板サンプル１，２をレーザビーム１０の経路中に取り付けるための装着手段２５も具える。前述した米国特許及び雑誌に掲載された文献のガラス基板の場合、基板装着手段（例えば、米国特許第４３０９２２５号において）を用いて基板を加熱することができる。この装置のセル２０では、ポリマ基板２を低含水量に維持するためある程度の低温加熱が望まれる。或いは、膜１をレーザビームにより加熱する場合、装着手段２５に温度制御手段２９を含ませることを利用して基板２を低温に維持することができる。温度制御手段２９は一例として図３及び４のマウントに図示する。
セル２０はレーザビーム１０の下側で膜１を走査する。この走査は、ビーム１０に対してセル２０を移動することにより（例えば、Ｘ及びＹの両方向について）及び／又はセル２０内で基板装着手段２５を移動させることにより行うことができる。
レーザビーム１０はセル２０の対面窓２２を介して半導体膜１に入射する。上記米国特許及び文献の既知のレーザ装置においては、窓２２は薄膜１に平行でレーザビーム１０に対して直交している。図２及び６は、本発明者により発見された薄いポリマ基板２上の半導体膜１を用いる場合に発生し多重反射による不均一性の問題（図６参照）を発生する歪みの課題を図示する。半導体膜１が入射エネルギービーム１０を吸収する位置において、半導体膜は極めて高い温度（例えば、１２００℃以上）に加熱され典型的にはこの区域おいて溶融する。本発明者は、この局部的な膜１の加熱により、膜１がレーザパルスの照射期間に集束性ミラーとして作用し薄いポリマ材料をビームのもとで一時的に歪ませる傾向にあるものと考えている。本発明者は、このポリマ基板２の局部的な歪みは永久的ではなく、局部的な熱が放散すれば消滅することを見出している。１０ｎ秒又はそれ以下のレーザパルスによりシリコン膜１に生ずる加熱パルスの期間は１００ｎ秒程度である。ポリマ材料の緩和時間は一般的により長いものである。図２及び６にライン１０ａで示すように、レーザ光１０の一部は膜１で反射する。この反射したビームは基板２及び膜１の凹面状の歪みによる集束効果により集中する。図２及び６は歪んだ膜の区域で反射した３本の光線だけを示し、反射した光線１０ａが焦点１００に入射する状態を示す。実際には、膜１の歪んだ表面は真の球面の一部ではないので、歪んだ膜区域からのビーム１０の全ての反射した光線１０ａは同一の焦点に入射することはない。それにも関わらず、反射したビーム１０ａはソフトな焦点として集中する。
本発明者は、焦点１００は、歪んだ反射性の膜区域からセル窓２２と膜／基板１，２との間の距離にあることを見出した。典型的な場合、セル窓から膜／基板１，２までの距離は約１ｃｍ又はそれ以上である。ポリマ基板２の歪みはレーザビームの幅よりも広い（例えば、０．７ｃｍのビーム幅に対して約１ｃｍである）。約２００μｍ又はそれ以下の厚さの基板２の歪みは、その中心区域において約０．０５ｃｍ（５００μｍ）の深さを有しているように思われる。本発明者は、この歪みを測定することができなかった。しかしながら、この反射性歪みによる焦点距離の結果として、反射した光線１０ａは窓２２の近傍に集束している。
図６ａ及び６ｂは、対向窓２２及び膜／基板１，２が平行な従来技術の状態を示す。この場合、集束した反射光１０ａはセルの窓２２により再反射してサンプル表面に戻る（図６ａ及び６ｂのライン１０ｂ）。図６ａは、焦点１００が窓２２の前側表面を超える最悪の状態を示す。この場合、窓２２で反射した光線１０ｂはオリジナルの入射ビーム１０により照射された区域よりも小さい（及びその範囲に含まれる）膜１の区域に集中する。焦点１００が膜１と窓２２との間に存在するような歪みの場合、窓２２で反射した光線は膜１の一層広い区域に入射する。しかしながら、これらの両方の場合において、膜１上においてオリジナルの入射ビーム１０と反射したビーム１０ｂとのオーバラップ（つまり、増強された加熱効果）が存在する。さらに、オーバラップした区域内においても、真に球面ではない膜１の反射性歪み表面に起因する反射光１０ｂのさらに別の局部的な集中が発生するおそれがある。さらに、図６ａ及び６ｂの従来技術の装置においては、窓２２で反射した光線１０ｂは歪んだ膜１により光線１０ｃとしてさらに反射し、これらの光線１０ｃは対向窓２２により再び膜１に向けて再反射するおそれがある。従って、歪んだ膜１と対向窓２２とによる多重反射により、レーザ光は膜１の表面において微小で強度のあるスポットに集中するおそれがある。この等方性でない再反射した光１０ｂ，１０ｄにより生じた微小で強いスポットは結晶化した半導体膜１に対する不均一性の原因となり、ポリマ基板２に対して局部的な損傷を与えるおそれがある。
上記米国特許及び文献に記載された従来のレーザ装置において、集束したレーザ光１０ａ、１０ｃは、膜／基板サンプル１、２と直接対抗する平行なセル窓２２により再反射してサンプル表面に戻る（ライン１０ｂ）。この課題は、反射したビーム１０ａが再び膜１に入射するのを防止するのに十分な角度になるようにセル窓２２及び／又は膜／基板１、２を傾けることにより本発明に基づいて解決する。この構成により、図１ａ、２ｂ、３、４及び５に示すように、膜１においてホットスポット多重露光を生ずる多重反射が抑制される。
従って、図２ａ及び２ｂは、ビーム１０に対して膜／基板１、２が直交するように維持しながら、セル窓２２をレーザ１０に対して３５°〜４５°の範囲の角度θだけ傾ける簡単な構成を示す。この角度θは、窓２２の反射面の法線と反射する前のビーム経路との間の角度である。図２ａは、膜／基板１、２から見た場合に焦点１００が窓２２の後方に位置する状態を示し、従来技術の６ａ図と比較することができる。図２ｂは、焦点１００が窓２２と膜／基板１、２との間に位置する状態を示し、従来技術の図６ｂと比較することができる。図２ａ及び２ｂの両方の状態において、焦点１００は窓２２の近傍に位置する。ビーム１０が膜１の照射区域全体にわたって良好に規定されるように集束し、膜１の入射区域の良好に規定されたビーム１０の範囲内においてパルスエネルギーが最大となるように膜／基板１、２をビーム１０に対してほぼ直交するように維持することが有益である。
窓２２の傾斜に関して角度θをほぼ４５°となるように選択することにより、窓２２で反射するビーム１０ｂを膜１から離間させる最大の偏向が得られる。この場合、窓２２の斜めに対向する表面により反射したビーム１０ｂはセル２０の内側表面から離れるように偏向し、一般に吸収及び／又は消滅する。反射した光１０ｂがセル２０の壁部を加熱するように吸収するのではなく、反射光１０ｂがスペックルを形成しない態様で散乱させる表面３０を有することが望ましい。吸収又は散乱のいずれを利用するにせよ、反射光１０ｂがスペックルを形成する態様で反射することはない。従って、窓２２を除き、セル２０の内側表面３０は例えばレーザ光と散乱させるのに十分な研磨されていない機械加工されたステンレススチールとすることができる。窓２２自身は、例えばレーザ光に透明な高品質のシリカ材料とすることができる。
勿論、窓２２及び／又は膜／基板１、２を上述したように傾斜させることにより、窓２２及び膜１の対向する表面に反射防止コーティングを形成する必要はない。本発明者は、シリコン膜１上に例えば酸化シリコンの反射防止コーティングを形成することは、レーザ結晶化中に膜１の表面を粗くすることができることを銘記している。さらに、このようなコーティングを膜１上に形成しても、ポリマ基板１の加熱歪みの性質に起因する局部的な歪み／集束の課題は防止されない。従って、反射防止コーティングは、良好なことに不要にすることができる。さらに、セル窓２２の内側表面上に反射防止層を形成することはセル内での処理材料による汚染が生ずる可能性があり、しかもセル２０におけるレーザ処理中に損傷を受けるおそれもある。従って、このセル窓の内側のコーティングは定期的に交換する必要があり、コストが高価になり、除外することが望ましい。一般的に、反射防止コーティングはセル窓２２の外側表面に形成することができる。さらに、窓２２及び膜１の対向する表面にコーティングを形成することは、本発明の範囲から除外されるものではない。従って、例えば特有のデバイス構造体において（例えば、トップ絶縁ゲートを有するデバイス構造）、レーザ処理中にシリコン膜１上に絶縁膜を存在させておくことが望ましく（例えば、アニーリングにより不純物を注入してゲートに整列し、不純物添加されたソース及びドレインを形成する）、この絶縁膜はレーザビームに対して反射防止特性に持たせることができる。
従って、本発明による製造方法及びレーザ装置について種々の実施例が可能である。
図３は、セル２０が図２ａ及び２ｂの傾斜角θの単一の傾斜窓２２を有する実施例を示す。膜１で反射した集束性レーザ光１０ａは、傾斜した窓２２により膜１から離れるビーム１０ｂとして反射するので、この反射ビームは膜１に再び入射しない。この場合、セル２０内で傾斜した窓２２により反射したレーザ光１０ｂはセル２０の壁部３０に向けて反射し、散乱及び／又は吸収される。図３に示す実施例において、窓２２のサンプル１、２の走査方向の長さはサンプル１、２の長さよりも短くする。この状態において、サンプル１、２はセル２０内で移動し、レーザビーム１０は薄い膜１を走査する。この移動は、サンプル１、２が装着されているローラ２６ａ及び２６ｂを回転させることにより行なうことができる。これらローラ２６ａと２６ｂとの間のサンプル１、２の長さ部分は、例えばステンレススチールの背面プレート２５上に装着する。サンプルがレーザビーム１０により走査された後、サンプル１、２のレーザ処理された部分は回転するローラ２６ｂ上に巻き取ることができ、処理されるべき次の部分は回転するローラ２６ａから巻き戻される。
図４は、セル２０が一連の並置した傾斜窓２０ａを有し、これら傾斜窓を介してサンプル１、２の全長をレーザビーム１０により走査できる変形例を示す。この場合、サンプル１、２は周辺クランプフレーム２７により背面プレート２５上にクランプする。ビーム１０の下側でセル２０を移動させることにより、セル１０がビーム走査中に移動するにしたがって（例えば、Ｘ及びＹ方向に）窓２２ａがビーム１０の下側で順次移動する。これらの窓２２ａの各々は、ビーム１０に対して図２ａ及び２ｂの傾斜角θで傾斜する。
図５は窓２２が傾斜せず、サンプル１、２が傾斜する別の実施例を示す。膜／基板サンプル１、２用の装着手段２５は垂直方向にずれて配置したガイドローラ２５ａ及び２５ｂを含む一連のローラで構成する。レーザビーム走査は、基板２が装着されているローラを回転することにより行なう。このようにして、サンプル１、２がローラにより供給されセル２０内で連続的に移動する。ガイドローラ２５ａ及び２５ｂを垂直方向においてずれて配置したことにより、窓２２を介してレーザビーム１０が照射されるサンプル１、２の長さ部分は、ローラ２５ａと２５ｂとの間で傾斜する。ビーム１０とサンプル１、２の傾いた垂線との間の傾斜角は、３５°〜４５°の範囲とすることができる。この状態において、膜１から反射した集束したレーザ光１０ａは窓２２に向けて反射せずセル２０の側壁３０に入射し、散乱及び／又は吸収されることになる。この場合、傾斜したサンプル１、２からの反射光１０ａは、窓２２によりレーザ加熱された膜１に向けて反射しない。
レーザ結晶化処理の特有の実施例において、パルスドＫｒＦレーザからの２４８ｎｍの波長のレーザ光を用い、パルス当たり１００〜３００ｍＪ．ｃｍ^-1の範囲のレーザエネルギーを膜１に入射させる。パルス期間はｎ秒程度とすることができる。単一パルス照射を用いて膜１を結晶化することができ、或いは多重パルス（例えば、５個又は１０個のパルス）照射を用いることもできる。このレーザ処理により膜１のアモルファルシリコン材料は他結晶シリコン材料に変換される。この多結晶材料は、本発明により典型的なものとして０．１〜０．３μｍの結晶 界サイズを有すると共に良好な均一性を有している。セル２０中の雰囲気は、例えば約２×１０^-5トールの真空とすることができる。
図１、３、４又は５のレーザ装置で半導体膜１を結晶化した後、ポリマ基板２上の半導体膜１を既知の方法でさらに処理して所望の電子装置用の薄膜回路素子を形成することができる。この場合、例えばＴＦＴ又は薄膜ダイオードをポリマ基板上の膜１の回路素子アイランドに形成することができる。
本発明においては、１９９５年１０月２５日に本願人から出願された英国特許出願第９５２１８５５．５号に開示去れている処理工程を１個又はそれ以上の中間層と共に用いて結晶化した膜１とポリマ基板２上の中間層との接着性を改善するのが有益である。この処理は以下の通りである。
（ａ）ポリマ基板２を伸長状の加熱により予備収縮させる
（ｂ）予備収縮したポリマ基板２上に第１の絶縁性中間層を工程（ａ）の伸長状加熱の温度よりも低い温度で堆積して歪みを低下させると共に良好な接着を形成し、第１の絶縁層上にマスキング層を基板表面上で連続する層として堆積する。
（ｃ）半導体膜１についてレーザビーム処理（本願の図１、２、３、４及び５）すると共に、マスキング層を基板表面上に連続する層として存在させてレーザビーム１０の照射に対してポリマ基板２をマスクする。
（ｄ）その後、薄膜回路素子用の個別の半導体アイランドが膜１により形成されている部分を除いてポリマ基板２の大部分の表面から絶縁性のマスキング層構造を除去する。
半導体膜１はマスキング層を形成することができる。一方、特にレーザ処理の前に回路素子のアイランドが形成される場合、別個のマスキング層を第１の絶縁性中間層と第２の絶縁性中間層との間にはさむように形成することができる。低温で堆積した第１の絶縁層は不十分な電気的絶縁能を有しているが、半導体膜１をマスキング層上に高温度で堆積することができる第２の絶縁層上に形成して半導体アイランドの下側に極めて良好な電気的絶縁性を与えることができる。
本発明の範囲内において種々の変形や変更が可能である。例えば本発明はレーザ結晶化装置に特に有益であるが、例えばレーザビーム１０を用いて膜１に注入された不純物をアニールし及び／又は膜１に不純物を熱拡散させる場合、他のレーザ装置においてもサンプル１、２及び／又は窓２２を傾斜させて反射したレーザ光を膜１から離れるように出射させることができる。
本願の開示内容から当業者にとって種々の変形や変更が可能である。これらの変形や変更は、当該技術分野において既知の技術事項及び本明細書で開示した構成の変わりに用いることができ或いは付加することができる技術的事項を含むことができる。

Claims (9)

1. ポリマ基板上の半導体膜にレーザビームを用いてレーザ処理して電子デバイスを製造するに当たり、前記レーザビームを、前記レーザビームに対して傾斜した窓を透過させて前記半導体膜に入射させ、入射した前記レーザビームが前記半導体膜により反射し、前記レーザビームの経路中において前記窓と前記ポリマ基板とを互いに対して傾斜させ、前記反射したレーザビームが前記半導体膜に再び入射するのを回避させる電子デバイスの製造方法。
2. レーザビームを窓を透過させてポリマ基板上の半導体膜に入射させ、ポリマ基板上の半導体膜にレーザビームを用いてレーザ処理して電子デバイスを製造するに当たり、前記基板を、入射した前記レーザビームにより前記半導体膜が加熱される領域に少なくとも一時的に凹面状の歪み区域が形成される熱歪み可能なポリマ材料とし、前記入射したレーザビームが前記凹面状の歪み区域において前記半導体膜により反射し、反射した前記レーザビームが、前記レーザビームの経路中に互いに傾斜するように配置した前記窓及び前記基板により再び反射して前記半導体膜の加熱された区域に再び入射するのを防止することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記窓を、レーザ処理のためにポリマ基板が装着されているセルの窓とし、レーザ処理中に前記レーザビームの下で前記セルを移動させることにより前記レーザビームが前記半導体膜を走査する方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記窓を、ビーム走査中に前記セルが移動するに従って前記レーザビームの下で順次移動する一連の並んで配置された窓で構成し、これらの並んで配置された窓が前記レーザビームに対して傾斜している方法。
5. 請求項１又は２に記載の方法において、前記窓を、レーザ処理のためにポリマ基板が装着されているセルの窓とし、レーザ処理中に前記セル内で前記ポリマ基板を移動させることにより前記レーザビームが前記半導体膜を走査する方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記レーザビームの経路中に配置した前記ポリマ基板が、前記レーザビームに対して傾斜している方法。
7. 請求項５から６までのいずれか１項に記載の方法において、前記ポリマ基板を前記セル内のローラに装着し、前記ローラを回転することにより前記ポリマ基板を前記セル内で移動させる方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法において、前記レーザビームの経路の区域において前記窓及び／又は前記ポリマ基板に対する垂線が前記レーザビームに対して２０°〜６０°の範囲の角度で傾いている方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の方法に用いるレーザ処理用セル装置であって、
   レーザ処理する前記半導体膜を有する前記ポリマ基板を収納するためのセルと、
   前記セル内にあり、前記ポリマ基板を支持して、前記ポリマ基板の上方にある前記窓を通して前記半導体膜にレーザビームを照射するための支持手段とを具え、
   前記支持手段によって支持される前記ポリマ基板が前記窓に対して傾斜して、前記半導体膜上で反射した前記レーザビームが再び前記半導体膜に入射するのを阻止するように構成したレーザ処理用セル装置。

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