JP2007067020A - Projection mask, laser-machining method, laser machining apparatus, and thin-film transistor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照射対象物にレーザ光を照射して結晶化させるときに用いられる投影マスク、レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関し、さらに結晶化された照射対象物に形成される薄膜トランジスタ素子に関する。 The present invention relates to a projection mask, a laser processing method, and a laser processing apparatus used when crystallizing an irradiation object by irradiating it with laser light, and further relates to a thin film transistor element formed on a crystallized irradiation object.
半導体デバイスは、基板を兼ねて構成される単結晶シリコン(Si)またはガラス基板上に成層されるシリコン薄膜に形成される。このような半導体デバイスは、イメージセンサおよびアクティブマトリクス液晶表示装置などに用いられる。液晶表示装置に用いられる半導体デバイスは、透明な基板上にたとえば薄膜トランジスタ(略称:TFT)素子の規則的なアレイが形成されることによって構成され、各TFT素子は画素コントローラとして機能している。液晶表示装置に用いられているTFT素子は、非晶質シリコン膜に形成されているけれども、電子移動度の低い非晶質シリコン膜に代えて、電子移動度の高い多結晶シリコン膜にTFT素子を形成することによって、TFT素子のスイッチング特性を向上し、消費電力が低くて応答速度が高い液晶表示装置が製造されるようになってきている。 The semiconductor device is formed on a single crystal silicon (Si) configured as a substrate or a silicon thin film formed on a glass substrate. Such semiconductor devices are used in image sensors, active matrix liquid crystal display devices, and the like. A semiconductor device used in a liquid crystal display device is configured by, for example, a regular array of thin film transistor (abbreviation: TFT) elements formed on a transparent substrate, and each TFT element functions as a pixel controller. Although the TFT element used in the liquid crystal display device is formed on an amorphous silicon film, the TFT element is formed on a polycrystalline silicon film having a high electron mobility instead of an amorphous silicon film having a low electron mobility. By forming the liquid crystal display device, a switching characteristic of the TFT element is improved, and a liquid crystal display device with low power consumption and high response speed has been manufactured.
多結晶シリコン膜は、基板上に堆積している非晶質シリコンまたは微結晶シリコン膜にエキシマレーザから発せられるレーザ光、たとえば線長が200mm以上400mm未満で、かつ線幅が0.2mm以上1.0mm未満である線状のレーザ光を照射して溶融し、凝固過程においてシリコンを結晶化(Excimer Laser Crystallization;略称:ELC)させる方法(以下、「ELC法」という場合がある)によって形成される。 The polycrystalline silicon film is a laser beam emitted from an excimer laser on an amorphous silicon or microcrystalline silicon film deposited on a substrate, for example, a line length of 200 mm or more and less than 400 mm, and a line width of 0.2 mm or more and 1 It is formed by a method (hereinafter referred to as “ELC method”) in which silicon is crystallized (Excimer Laser Crystallization; abbreviated as ELC) in the solidification process by irradiating and melting a linear laser beam having a thickness of less than 0.0 mm. The
ELC法では、レーザ光を照射した部分の半導体膜を厚み方向全域にわたって溶融するのではなく、半導体膜の一部の領域を残して溶融する。ELC法によって半導体膜を単に溶融凝固させるだけでは、未溶融領域と溶融領域との界面の全面において、至る所に結晶核が発生し、半導体膜の最表層に向かって結晶が成長して、異なる大きさでかつ異なる結晶方位を有する多数の結晶粒が形成される。したがって結晶粒径は非常に小さく、具体的には100nm以上200nm未満となる。多数の小さな結晶粒が形成されると、結晶粒同士の接触界面である結晶粒界が多数形成され、この結晶粒界が、電子を捕獲して電子移動の障壁となるので、結晶粒界が少ない、つまり結晶粒径が比較的大きい多結晶シリコン膜に比べて電子移動度が低くなる。 In the ELC method, the portion of the semiconductor film irradiated with the laser beam is not melted over the entire thickness direction, but is melted while leaving a partial region of the semiconductor film. When the semiconductor film is simply melted and solidified by the ELC method, crystal nuclei are generated everywhere on the entire surface of the interface between the unmelted region and the molten region, and crystals grow toward the outermost layer of the semiconductor film. A large number of crystal grains having sizes and different crystal orientations are formed. Therefore, the crystal grain size is very small, specifically, 100 nm or more and less than 200 nm. When a large number of small crystal grains are formed, a large number of crystal grain boundaries, which are contact interfaces between crystal grains, are formed, and these crystal grain boundaries capture electrons and become barriers to electron transfer. The electron mobility is lower than that of a polycrystalline silicon film that is small, that is, has a relatively large crystal grain size.
また大きさおよび方位が異なる小さな結晶内においては、電子移動度が結晶毎にそれぞれ異なるので、換言すれば異なる動作性能を備えるTFT素子が多数形成されることになるので、各TFT素子の相互間で構造の不均一性が生じるとともに、TFTアレイにスイッチング特性の不均一性が生じる。このような不均一性が生じると、液晶表示装置において、一表示画面中に応答速度の高い画素と応答速度の低い画素とが並存するという問題が生じる。したがって液晶表示装置のさらなる性能向上のためには、スイッチング特性の均一化されたTFTアレイが形成される必要があり、TFT素子のスイッチング特性を均一化するためには、TFT素子を形成する多結晶シリコン膜の結晶化領域を広くするとともに、多結晶シリコン膜の品質を向上する、つまり結晶化される結晶粒径を可能な限り大きくすること、および結晶方位を制御することなどが必要とされる。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン膜を得るための種々の技術が提案されている。 Also, in small crystals of different sizes and orientations, the electron mobility is different for each crystal, so in other words, a large number of TFT elements having different operating performances are formed. As a result, nonuniformity of the structure occurs, and nonuniformity of the switching characteristics occurs in the TFT array. When such non-uniformity occurs, there is a problem in the liquid crystal display device that pixels with a high response speed and pixels with a low response speed coexist in one display screen. Therefore, in order to further improve the performance of the liquid crystal display device, it is necessary to form a TFT array with uniform switching characteristics. In order to uniformize the switching characteristics of the TFT elements, a polycrystal forming the TFT elements is required. It is necessary to widen the crystallization region of the silicon film and improve the quality of the polycrystalline silicon film, that is, to increase the crystal grain size to be crystallized as much as possible and to control the crystal orientation. . Therefore, various techniques for obtaining a polycrystalline silicon film having performance close to that of single crystal silicon have been proposed.
図17は、第1の従来技術のレーザ加工装置1の構成を示す図である。図18は、半導体素子8の構成を示す断面図である。図19は、半導体膜17における結晶の成長過程を模式的に示す図である。第1の従来技術は、ラテラル成長法に分類されるレーザ結晶化技術であり、レーザ加工装置1によって、結晶の成長方向に方位の揃った長細状の結晶を形成する。レーザ加工装置1は、パルス状のレーザ光12を発することが可能な光源2、可変減衰器3、光源2から発せられるレーザ光12を反射してその方向を変化させる複数のミラー4、可変焦点視野レンズ5、可変焦点視野レンズ5を透過したレーザ光を所定のパターンに限定して通過させる投影マスク6、投影マスク6を通過したレーザ光を後述する半導体素子8の一表面部に結像させる結像レンズ7、半導体素子8を載置して半導体素子8を矢符11で示す方向に移動可能なステージ9、ならびに光源2の出力制御およびステージ9の矢符11で示す方向への駆動制御を行う制御部10を含んで構成される。光源2は、たとえばエキシマレーザによって実現される。光源2であるエキシマレーザから発せられたレーザ光12は、可変減衰器3、ミラー4、可変焦点視野レンズ5、投影マスク6、結像レンズ7を経由して、ステージ9に載置された半導体素子8の一表面部に照射される。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of the
半導体素子8は、図18に示すように、光透過性を有する透明基板15、透明基板15上に形成される下地膜16および下地膜16上に形成される半導体膜17を含む。下地膜16上の半導体膜17の延設方向、図18では矢符Aで示す方向に沿って結晶領域を形成するにあたり、まず半導体膜17の矢符Bで示す領域(以下、「領域B」という場合がある)以外の領域をマスキングし、エキシマレーザから発せられるレーザ光12を半導体膜17の領域Bに照射することで半導体膜17に熱を誘導する。これによって領域Bに照射されたレーザ光12のエネルギが熱エネルギに変換されて、半導体膜17の領域Bに熱を誘導することができるとともに、半導体膜17をその厚み方向にわたって溶融することができる。
As shown in FIG. 18, the
次に、領域Bが溶融されている半導体膜17を冷却することによって凝固させ、図19(1)に示すように、領域Bとそれ以外の領域との境界B1,B2から、領域Bの中心に向かうように結晶を成長させる。さらに、図19(2)に示すように、領域Bにおいて結晶が形成されていない部分が含まれるように、領域Bと隣り合う新たな領域Cを設定し、前記手順と同様に領域Cを溶融する。そして、領域Cで溶融されている半導体膜17を凝固させ、図19(3)に示すように、領域Cに結晶を形成する。このような手順を繰返して、所望の結晶を半導体膜17の延設方向Aに沿って段階的に成長させる。これによって、図19(4)に示すように、多結晶構造の半導体結晶を拡大させることができ、結晶粒の大きい多結晶シリコン膜を形成することができる(たとえば、特許文献1参照)。
Next, the
前述の第1の従来技術では、ステージ9の移動速度が低く、半導体膜17の結晶化に長時間を要する。この問題点を解決するために第2の従来技術がある。第2の従来技術では、マスクのスリットを複数のブロックに分割し、基板全面で結晶を成長させずに、部分的に成長させた結晶を並べるようにして多結晶シリコン膜を形成するように構成される(たとえば、特許文献2参照)。
In the first prior art described above, the moving speed of the stage 9 is low, and it takes a long time to crystallize the
前述のように結晶化した半導体膜を有する基板上に形成されるTFT素子は、可能な限り実装密度を高くするために、または回路配置の都合のために必ずしも一方向に固定されて配設されるわけではなく、表示素子などのアレイ構造にも依存して配設される。つまり、TFT素子は、図19(4)に模式的に示すように、ソースSからドレインDに流れる電流の方向、つまり矢符Jで示す電流が流れる方向と結晶の成長方向とが平行となるように配設される場合と、前記電流が流れる方向と結晶の成長方向とが垂直となるように配設される場合とがある。電流が流れる方向と結晶の成長方向とが平行である場合のTFT素子のスイッチング特性は良好であるけれども、電流が流れる方向と結晶の成長方向とが垂直である場合のTFT素子のスイッチング特性には不均一性が生じるという問題がある。 As described above, a TFT element formed on a substrate having a crystallized semiconductor film is arranged in a fixed manner in one direction in order to increase the mounting density as much as possible or for the convenience of circuit arrangement. However, it is arranged depending on the array structure such as a display element. That is, in the TFT element, as schematically shown in FIG. 19 (4), the direction of the current flowing from the source S to the drain D, that is, the direction of the current indicated by the arrow J is parallel to the crystal growth direction. In some cases, the current flow direction and the crystal growth direction are perpendicular to each other. Although the switching characteristics of the TFT element are good when the current flow direction and the crystal growth direction are parallel, the switching characteristics of the TFT element when the current flow direction and the crystal growth direction are perpendicular are There is a problem that non-uniformity occurs.
この問題点を解決すべく第3の従来技術では、結晶の成長方向を予め定める方向に沿って延びる軸線から45度傾けるように構成され、また多結晶シリコン同士の境界エリアを無くすためにマスクを用いる試みがなされている(たとえば、特許文献3参照)。しかし第3の従来技術では、結晶の成長方向を傾斜させてもTFT素子のスイッチング特性が必ずしも均一にならないという問題、および結晶粒の境界を少なくするための前記マスクの設計が困難であるという問題がある。さらにスイッチング特性の均一化のためには、結晶の成長方向の傾け角度を45度近傍で試験を行い、適正な角度を決定する必要があるうえ、レーザ光の照射パターンを変更するたびに再調整が必要となるので、量産の支障となっている。第2の従来技術でも、水玉マスクを用いて結晶の成長方向のばらつきを低減し、結晶粒の大きさおよび方位を均一にする試みがなされているが、多結晶シリコンを製造するときのプロセス条件を決定することが困難であり、量産の支障となっている。 In order to solve this problem, in the third prior art, the crystal growth direction is inclined by 45 degrees from an axis extending along a predetermined direction, and a mask is used to eliminate the boundary area between the polycrystalline silicons. Attempts have been made (see, for example, Patent Document 3). However, in the third prior art, even if the crystal growth direction is inclined, the switching characteristics of the TFT element are not necessarily uniform, and the mask design for reducing the boundaries of crystal grains is difficult. There is. Furthermore, in order to make the switching characteristics uniform, it is necessary to test the tilt angle in the crystal growth direction in the vicinity of 45 degrees to determine an appropriate angle, and readjust each time the laser light irradiation pattern is changed. Is a hindrance to mass production. Even in the second prior art, an attempt has been made to reduce the variation in crystal growth direction by using a polka dot mask and to make the size and orientation of crystal grains uniform. However, the process conditions for manufacturing polycrystalline silicon It is difficult to determine and has become an obstacle to mass production.
本発明の目的は、照射対象物を均一に結晶化させることができる投影マスク、レーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することであり、また照射対象物に形成したときの電気的特性を均一にすることができる薄膜トランジスタ素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a projection mask, a laser processing method, and a laser processing apparatus capable of uniformly crystallizing an irradiation object, and to make the electrical characteristics uniform when formed on the irradiation object. It is an object of the present invention to provide a thin film transistor element that can be used.
本発明は、照射対象物を結晶化させるための光を透過する光透過パターンが形成される投影マスクであって、
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、光透過パターンの延び方向をそれぞれ傾斜させるように形成されることを特徴とする投影マスクである。
The present invention is a projection mask in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
The projection mask is characterized in that the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.
また本発明は、照射対象物を結晶化させるための光を透過する光透過パターンが形成される投影マスクであって、
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、光透過パターンの延び方向がそれぞれ傾斜される複数のマスク部を含むことを特徴とする投影マスクである。
Further, the present invention is a projection mask in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
The projection mask includes a plurality of mask portions in which the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.
また本発明は、前記光透過パターンは、予め定める第1方向に延びる第1光透過パターンと、第1方向に直交する第2方向に延びる第2光透過パターンとを有することを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the light transmissive pattern includes a first light transmissive pattern extending in a predetermined first direction and a second light transmissive pattern extending in a second direction orthogonal to the first direction.
また本発明は、複数のマスク部のうち一方のマスク部には、予め定める第1方向に延びる第1光透過パターンが形成され、他方のマスク部には、第1方向に直交する第2方向に延びる第2光透過パターンが形成されることを特徴とする。 In the present invention, a first light transmission pattern extending in a predetermined first direction is formed in one of the plurality of mask portions, and a second direction orthogonal to the first direction is formed in the other mask portion. A second light transmission pattern extending in the direction is formed.
また本発明は、前記第1光透過パターンと第2光透過パターンとは、互いに連結しない態様で形成されることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are formed so as not to be connected to each other.
また本発明は、前記第1および第2光透過パターンは、各延び方向の両端部が、投影マスクの厚み方向に見て先細状に形成されることを特徴とする。 According to the present invention, the first and second light transmission patterns are formed such that both end portions in each extending direction are tapered when viewed in the thickness direction of the projection mask.
また本発明は、前記第1および第2光透過パターンの延び方向の長さ寸法は、照射対象物に形成される薄膜トランジスタ素子のチャンネル長の4分の3未満であることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the length dimension of the first and second light transmission patterns in the extending direction is less than three quarters of the channel length of the thin film transistor element formed on the irradiation object.
また本発明は、照射対象物である非晶質材料から成る層にレーザ光を照射して結晶化させるレーザ加工方法であって、
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるようにレーザ光を照射し、前記非晶質材料を結晶化する結晶化工程を有することを特徴とするレーザ加工方法である。
Further, the present invention is a laser processing method for crystallization by irradiating a layer made of an amorphous material as an irradiation object with laser light,
A laser comprising a crystallization step of crystallizing the amorphous material by irradiating a laser beam so as to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. It is a processing method.
また本発明は、照射対象物を、レーザ光を発する光源に対して相対移動させる移動工程をさらに有することを特徴とする。 The present invention is further characterized by further including a moving step of moving the irradiation object relative to the light source that emits laser light.
また本発明は、結晶化工程と移動工程とを繰返す繰返し工程を、さらに有することを特徴とする。 The present invention is further characterized by further comprising a repeating step of repeating the crystallization step and the moving step.
また本発明は、結晶化工程は、
一の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射する第1照射段階と、
前記一の発振波長のレーザ光を照射するとともに、前記一の発振波長とは異なる他の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射する第2照射段階とを有することを特徴とする。
In the present invention, the crystallization step includes
A first irradiation step of irradiating an irradiation object with a laser beam having one oscillation wavelength;
And a second irradiation step of irradiating the irradiation target with laser light having another oscillation wavelength different from the one oscillation wavelength.
また本発明は、照射対象物である非晶質材料から成る層にレーザ光を照射して結晶化させるレーザ加工装置であって、
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるようにレーザ光を照射する光源を有することを特徴とするレーザ加工装置である。
Further, the present invention is a laser processing apparatus for crystallizing a layer made of an amorphous material, which is an irradiation object, by irradiating the layer with a laser beam,
A laser processing apparatus comprising a light source that irradiates a laser beam so that an extending direction of an irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which an irradiation object is to be crystallized.
また本発明は、前記レーザ加工装置を用いて結晶化された照射対象物に形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ素子である。 Further, the present invention is a thin film transistor element formed on an irradiation object crystallized using the laser processing apparatus.
本発明によれば、照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射対象物を結晶化させるための光を透過する光透過パターンの延び方向をそれぞれ傾斜させるように投影マスクが形成される。前述のように形成される投影マスクに光を照射し、投影マスクに形成される光透過パターンを透過した光を照射対象物に照射することによって、光透過パターンの形状の光が照射された照射対象物を溶融し、ほぼ均一に結晶化させることが可能となる。 According to the present invention, the projection mask is formed so that the extending direction of the light transmission pattern that transmits light for crystallizing the irradiation object is inclined with respect to the plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. The Irradiation in which light having a shape of a light transmission pattern is irradiated by irradiating light onto the projection mask formed as described above and irradiating the irradiation object with light transmitted through the light transmission pattern formed on the projection mask The object can be melted and crystallized almost uniformly.
このようにほぼ均一に結晶化された照射対象物に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向をほぼ同一にすることができる。これによって照射対象物に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性をほぼ同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性をほぼ均一にすることができる。 For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized substantially uniformly in this way, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the arrangement of the other TFT element are arranged. Even when the installation direction is different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made substantially the same. Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object, specifically, the switching characteristics can be made substantially the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made substantially uniform.
また本発明によれば、投影マスクは、照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射対象物を結晶化させるための光を透過する光透過パターンの延び方向がそれぞれ傾斜される複数のマスク部を含む。前述の複数のマスク部にそれぞれ光を照射し、複数のマスク部に形成される光透過パターンを透過した光をそれぞれ照射対象物に照射することによって、光透過パターンの形状の光が照射された照射対象物を溶融し、ほぼ均一に結晶化させることが可能となる。 According to the invention, the projection mask has a plurality of directions in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing the irradiation object is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object should be crystallized. Including the mask part. By irradiating each of the plurality of mask portions with light and irradiating the irradiation object with light that has passed through the light transmission patterns formed on the plurality of mask portions, light having the shape of the light transmission pattern was irradiated. The irradiation object can be melted and crystallized almost uniformly.
このようにほぼ均一に結晶化された照射対象物に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向をほぼ同一にすることができる。これによって照射対象物に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性をほぼ同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性をほぼ均一にすることができる。 For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized substantially uniformly in this way, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the arrangement of the other TFT element are arranged. Even when the installation direction is different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made substantially the same. Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object, specifically, the switching characteristics can be made substantially the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made substantially uniform.
また本発明によれば、光透過パターンは、予め定める第1方向に延びる第1光透過パターンと、第1方向に直交する第2方向に延びる第2光透過パターンとを有する。前述のように延び方向が互いに直交する第1および第2光透過パターンが形成される投影マスクに光を照射し、投影マスクに形成される第1および第2光透過パターンを透過した光を照射対象物に照射することによって、第1および第2光透過パターンの形状の光が照射された照射対象物を溶融し、均一に結晶化させることができる。 According to the invention, the light transmissive pattern has a first light transmissive pattern extending in a predetermined first direction and a second light transmissive pattern extending in a second direction orthogonal to the first direction. As described above, light is irradiated to the projection mask on which the first and second light transmission patterns whose extending directions are orthogonal to each other are formed, and light transmitted through the first and second light transmission patterns formed on the projection mask is irradiated. By irradiating the object, the irradiation object irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns can be melted and uniformly crystallized.
このように均一に結晶化された照射対象物に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって照射対象物に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を均一にすることができる。 For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on the irradiation object that is uniformly crystallized in this way, the arrangement direction of one TFT element and the arrangement of the other TFT element with respect to the irradiation object are arranged. Even when the directions are different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.
また本発明によれば、複数のマスク部のうち一方のマスク部には、予め定める第1方向に延びる第1光透過パターンが形成され、他方のマスク部には、第1方向に直交する第2方向に延びる第2光透過パターンが形成される。複数のマスク部にそれぞれ光を照射し、一方のマスク部に形成される第1光透過パターンを透過した光を照射対象物に照射するとともに、他方のマスク部に形成される第2光透過パターンを透過した光を照射対象物に照射することによって、第1および第2光透過パターンの形状の光が照射された照射対象物を溶融し、均一に結晶化させることができる。 According to the invention, the first light transmission pattern extending in the predetermined first direction is formed in one mask part among the plurality of mask parts, and the first mask part orthogonal to the first direction is formed in the other mask part. A second light transmission pattern extending in two directions is formed. A plurality of mask portions are respectively irradiated with light, and the light that has passed through the first light transmission pattern formed on one mask portion is irradiated on the irradiation target, and the second light transmission pattern formed on the other mask portion. By irradiating the irradiation object with the light transmitted through the irradiation object, the irradiation object irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns can be melted and crystallized uniformly.
このように均一に結晶化された照射対象物に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって照射対象物に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を均一にすることができる。 For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on the irradiation object that is uniformly crystallized in this way, the arrangement direction of one TFT element and the arrangement of the other TFT element with respect to the irradiation object are arranged. Even when the directions are different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.
また本発明によれば、第1光透過パターンと第2光透過パターンとは、互いに連結しない態様で形成される。仮に、第1光透過パターンと第2光透過パターンとが互いに連結する態様で形成された投影マスクを介して、照射対象物に光を照射した場合、照射対象物における第1および第2光透過パターンの形状の光が照射された部分、さらに具体的には第1光透過パターンと第2光透過パターンとの連結部分における結晶の成長方向は、連結部分以外の部分における結晶の成長方向と異なる。 According to the present invention, the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are formed in a manner that they are not connected to each other. If the irradiation target is irradiated with light through a projection mask formed in such a manner that the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are connected to each other, the first and second light transmissions in the irradiation target are performed. The crystal growth direction in the portion irradiated with the light of the pattern shape, more specifically, in the connection portion between the first light transmission pattern and the second light transmission pattern is different from the crystal growth direction in the portion other than the connection portion. .
このように結晶の成長方向が異なって結晶化された照射対象物に、複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合では、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向にばらつきが生じ、TFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性が不均一になってしまう。 When a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized in such a manner that the crystal growth directions are different, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the other TFT When the element arrangement direction is different, the direction of the current flowing through each of the TFT elements with respect to the crystal growth direction varies, and the electrical characteristics of the TFT elements, specifically, the switching characteristics become non-uniform. End up.
これに対して本発明では、第1および第2光透過パターンが互いに連結しない態様で形成される投影マスクを介して、照射対象物に光を照射することによって、第1および第2光透過パターンの形状の光が照射された部分、さらに具体的には第1光透過パターンと第2光透過パターンとの形状の光の重畳部分における結晶の成長方向は、重畳部分以外の部分における結晶の成長方向と同一になる。 In contrast, in the present invention, the first and second light transmission patterns are irradiated by irradiating the irradiation object with light through a projection mask formed in a manner in which the first and second light transmission patterns are not connected to each other. The crystal growth direction in the portion irradiated with the light of the shape, more specifically, in the overlapping portion of the light in the shape of the first light transmission pattern and the second light transmission pattern, is the crystal growth in the portion other than the overlapping portion. It becomes the same as the direction.
したがって照射対象物に複数のTFT素子を形成するとき、一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向が異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。 Therefore, when a plurality of TFT elements are formed on the irradiation target, even if the arrangement direction of one TFT element is different from the arrangement direction of the other TFT element, the current flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction is different. The direction can be the same. As a result, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.
また本発明によれば、第1および第2光透過パターンは、各延び方向の両端部が、投影マスクの厚み方向に見て先細状に形成される。したがって長方形状などのように先細状に形成されない光透過パターンとは異なり、第1および第2光透過パターンの形状の光が照射された照射対象物の照射領域で、延び方向および照射対象物の厚み方向に垂直な方向の両端部から成長する結晶が衝突してできる突起部が、前記照射領域の延び方向の両端部にまで形成される。これによって照射対象物に複数のTFT素子を形成するとき、複数のTFT素子が形成される照射対象物をより均一に結晶化することができる。 According to the invention, the first and second light transmission patterns are formed such that both end portions in the extending directions are tapered as viewed in the thickness direction of the projection mask. Therefore, unlike a light transmission pattern that is not formed in a tapered shape such as a rectangular shape, the extension direction and the irradiation target of the irradiation target are irradiated in the irradiation region of the irradiation target irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns. Protrusions formed by collision of crystals growing from both ends in the direction perpendicular to the thickness direction are formed up to both ends in the extending direction of the irradiation region. Accordingly, when a plurality of TFT elements are formed on the irradiation object, the irradiation object on which the plurality of TFT elements are formed can be crystallized more uniformly.
したがって照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向が異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。それ故、複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。 Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. Therefore, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.
また本発明によれば、第1および第2光透過パターンの延び方向の長さ寸法を、照射対象物に形成される薄膜トランジスタ素子のチャンネル長の4分の3未満にすることによって、照射対象物において第1光透過パターンおよび第2光透過パターンの形状の光が照射されて結晶化された部分が、薄膜膜トランジスタ(略称:TFT素子)のチャンネル部分に含まれるように、照射対象物にTFT素子を形成することができる。 Further, according to the present invention, the length dimension in the extending direction of the first and second light transmission patterns is less than three quarters of the channel length of the thin film transistor element formed on the irradiation object, so that the irradiation object In the TFT, the irradiation object is TFT so that the portion crystallized by irradiation with the light in the shape of the first light transmission pattern and the second light transmission pattern is included in the channel portion of the thin film transistor (abbreviation: TFT element). An element can be formed.
したがって照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向が異なる場合でも、各TFT素子のチャンネル部分の結晶化形状を同一にすることができ、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子の各チャンネルを流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。 Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element and the arrangement direction of the other TFT element with respect to the irradiation object are different, the crystallization shape of the channel portion of each TFT element can be made the same, and the crystal growth direction The direction of the current flowing through each channel of the plurality of TFT elements can be made the same. As a result, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.
また本発明によれば、結晶化工程において、照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるように、照射対象物である非晶質材料から成る層にレーザ光を照射することによって、前記非晶質材料を均一に結晶化させることができる。このように均一に結晶化された非晶質材料から成る層(以下、「非晶質材料層」という場合がある)に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、非晶質材料層に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって非晶質材料層に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を均一にすることができる。 Further, according to the present invention, in the crystallization step, the layer made of the amorphous material that is the irradiation object is arranged so that the extending direction of the irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. By irradiating with laser light, the amorphous material can be crystallized uniformly. For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviations: TFT elements) are formed in a layer made of an amorphous material uniformly crystallized in this way (hereinafter sometimes referred to as “amorphous material layer”), Even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the crystalline material layer is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. . As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed in the amorphous material layer can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.
また本発明によれば、移動工程において、照射対象物を、レーザ光を発する光源に対して相対移動させることによって、照射対象物の所望の領域にレーザ光を照射させることができ、所望する形状になるように結晶化させることができる。 Further, according to the present invention, in the moving step, the target object can be irradiated with the laser beam by moving the target object relative to the light source that emits the laser beam. It can be crystallized to
また本発明によれば、繰返し工程において、照射対象物である非晶質材料を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるように、非晶質材料から成る層(以下、「非晶質材料層」という場合がある)にレーザ光を照射し、前記非晶質材料を結晶化する結晶化工程と、非晶質材料を、レーザ光を発する光源に対して相対移動させる移動工程とを繰返すことによって、照射対象物の所望の領域に所望の大きさの結晶粒を確実に形成することができる。 Further, according to the present invention, in the repetition process, the layer made of the amorphous material (in order to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the amorphous material to be irradiated is crystallized) Hereinafter, the amorphous material layer is sometimes irradiated with a laser beam to crystallize the amorphous material, and the amorphous material is relative to the light source emitting the laser beam. By repeating the moving step of moving, crystal grains having a desired size can be reliably formed in a desired region of the irradiation object.
また本発明によれば、結晶化工程の第1照射段階において、一の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射し、結晶化工程の第2照射段階において、前記一の発振波長とは異なる他の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射する。前述のように第1照射段階で一の発振波長のレーザ光が照射され、溶融状態である照射対象物に対して、他の発振波長のレーザ光を照射するので、溶融状態の照射対象物の冷却速度を低下させることができる。 According to the present invention, the irradiation object is irradiated with laser light having one oscillation wavelength in the first irradiation stage of the crystallization process, and is different from the one oscillation wavelength in the second irradiation stage of the crystallization process. Irradiation target is irradiated with laser light having another oscillation wavelength. As described above, the laser beam having one oscillation wavelength is irradiated in the first irradiation stage, and the irradiation target object in the molten state is irradiated with the laser beam having the other oscillation wavelength. The cooling rate can be reduced.
これによって照射対象物を結晶化するにあたり、比較的大きな結晶粒に成長させることができる。比較的大きな結晶粒に成長させることによって、照射対象物の電子移動度を比較的高くすることができ、電子移動度の比較的高い照射対象物に薄膜トランジスタ(略称:TFT素子)を形成することによって、TFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を向上することができる。 Thus, when the object to be irradiated is crystallized, it can be grown into relatively large crystal grains. By growing to relatively large crystal grains, the electron mobility of the irradiation object can be made relatively high, and by forming a thin film transistor (abbreviation: TFT element) on the irradiation object having a relatively high electron mobility. The electrical characteristics of the TFT element, specifically, the switching characteristics can be improved.
また本発明によれば、光源によって、照射対象物である非晶質材料を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるように、非晶質材料から成る層にレーザ光を照射することによって、前記非晶質材料を均一に結晶化させることができる。このように均一に結晶化された非晶質材料から成る層(以下、「非晶質材料層」という場合がある)に、たとえば複数の薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)を形成するとき、非晶質材料層に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって非晶質材料層に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を均一にすることができる。 Further, according to the present invention, the laser beam is applied to the layer made of the amorphous material so that the extending direction of the irradiation region is inclined with respect to the plurality of directions in which the amorphous material that is the irradiation target is crystallized by the light source. By irradiating with light, the amorphous material can be uniformly crystallized. For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviations: TFT elements) are formed in a layer made of an amorphous material uniformly crystallized in this way (hereinafter sometimes referred to as “amorphous material layer”), Even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the crystalline material layer is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. . As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed in the amorphous material layer can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.
また光源から発せられるレーザ光を照射対象物に前述のように照射することによって、投影マスクを用いることなく照射対象物を均一に結晶化させることができる。したがってレーザ加工装置の部品点数を削減することができる。これによってレーザ加工装置の構造を簡単化して小型化を図ることができるとともに、レーザ加工装置の製造コストの低減化を図ることができる。 Further, by irradiating the irradiation object with the laser light emitted from the light source as described above, the irradiation object can be uniformly crystallized without using a projection mask. Therefore, the number of parts of the laser processing apparatus can be reduced. As a result, the structure of the laser processing apparatus can be simplified to reduce the size, and the manufacturing cost of the laser processing apparatus can be reduced.
また本発明によれば、レーザ加工装置を用いて、照射対象物にレーザ光を照射することによって照射対象物を均一に結晶化し、その均一に結晶化した照射対象物に薄膜トランジスタ素子(略称:TFT素子)が形成される。したがって均一に結晶化された照射対象物に複数のTFT素子を形成するとき、照射対象物に対する一方のTFT素子の配設方向と他方のTFT素子の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。 Further, according to the present invention, the irradiation object is uniformly crystallized by irradiating the irradiation object with laser light using a laser processing apparatus, and the uniformly crystallized irradiation object is thin film transistor element (abbreviation: TFT). Element) is formed. Therefore, when a plurality of TFT elements are formed on a uniformly crystallized irradiation object, even if the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object is different from the arrangement direction of the other TFT element, crystal growth The direction of current flowing in each of the plurality of TFT elements with respect to the direction can be made the same.
これによって照射対象物に形成する複数のTFT素子の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子のスイッチング特性を均一にすることができる。前述のように照射対象物に対するTFT素子の配設方向に依らず、TFT素子のスイッチング特性を均一にすることができるので、TFT素子を用いた表示装置などの設計の自由度を高めることができる。 As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform. As described above, since the switching characteristics of the TFT elements can be made uniform regardless of the direction in which the TFT elements are arranged with respect to the irradiation object, the degree of freedom in designing a display device using the TFT elements can be increased. .
以下に、本発明を実施するための複数の形態について説明する。以下の説明において、先行して説明している事項に対応する部分については同一の参照符を付し、重複する説明を省略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している部分と同様とする。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the present invention will be described. In the following description, portions corresponding to the matters described in advance are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as the parts described in advance.
図1は、本発明の第1の実施の形態であるレーザ加工装置20の構成を示す図である。図2は、半導体素子27の構成を示す断面図である。図3は、投影マスク25を模式的に示す平面図である。本発明の第1の実施の形態であるレーザ加工方法は、レーザ加工装置20によって実施される。レーザ加工装置20は、光源21、可変減衰器22、ミラー23、可変焦点視野レンズ24、投影マスク25、結像レンズ26、ステージ28および制御部29を含んで構成される。光源21は、パルス状のレーザ光を発することが可能であり、たとえば波長が308nmの塩化キセノン(XeCl)を用いたエキシマレーザ発振器によって実現される。本実施の形態では、エキシマレーザ発振器から、パルス幅が30nsであるレーザ光が発せられる。光源とエキシマレーザ発振器とは実質的に同一であるので、以下の説明では「光源21」を「エキシマレーザ発振器21」という場合がある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
可変減衰器22は、光源21から発せられたレーザ光31の透過率を設定可能に構成される。可変減衰器22で透過率を変えることによって、光源21から発せられたレーザ光31の照度を調整することができる。ミラー23は、光源21から発せられたレーザ光31を反射してその方向を変化させる。可変焦点視野レンズ24は、光源21から発せられて入射したレーザ光31を集光して焦点を調整するレンズである。投影マスク25には、照射対象物を結晶化させるための光を透過する光透過パターンが形成される。可変焦点視野レンズ24を透過したレーザ光は、投影マスク25に形成される所定の光透過パターンを透過する。結像レンズ26は、投影マスク25を透過したレーザ光を後述する半導体素子27の厚み方向一表面部に結像させる。ステージ28は、予め定める第1移動方向(図1では紙面の左右方向)Xと、第1移動方向Xおよびステージ28の厚み方向にそれぞれ垂直な方向である第2移動方向(図1では紙面に垂直な方向)Yとにそれぞれ移動可能に構成される。ステージ28上には、照射対象物である半導体素子27が載置される。
The
制御部29は、中央演算処理装置(Central Processing Unit;略称:CPU)を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路である。制御部29には、光源21およびステージ28が電気的に接続されている。制御部29は、光源21の出力を制御、具体的には光源21から発せられるレーザ光31の発振パルス時間および周期を制御するとともに、ステージ28の第1移動方向Xおよび第2移動方向Yへの駆動制御、具体的にはステージ28上に載置される半導体素子27の位置を制御する。レーザ光の発振パルス時間および周期の制御は、制御部29が、たとえば半導体素子27の結晶化処理条件毎に予め定められる発振パルス時間および周期を関連情報として対応表を生成し、その対応表が記憶される記憶部を制御部29に設け、記憶部から読出した前記対応表の関連情報に基づく制御信号を光源21に与えることによって実現される。ステージ28の駆動制御は、予め制御部29に与えられる情報に基づいて数値制御(Numerical Control;略称:NC)を行うように構成してもよいし、半導体素子27の位置を検出する位置センサを設け、位置センサからの検出出力に応答して制御を行うように構成してもよい。
The
制御部29からの制御信号に従って光源21から発せられるレーザ光31は、図1に示すように、可変減衰器22、可変焦点視野レンズ24、投影マスク25を経由し、結像レンズ26によって半導体素子27の厚み方向一表面部に照射される。
As shown in FIG. 1, a
半導体素子27は、図2に示すように、光透過性を有する透明基板35、下地膜36および半導体膜37を含み、透明基板35上に下地膜36および半導体膜37が順次積層されて構成される。下地膜36として用いられる材料は、二酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiON)、窒化珪素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)などの誘電体材料である。下地膜36は、蒸着、イオンプレーティング、またはスパッタリングなどによって透明基板35上に積層される。下地膜36上には、半導体膜37であるアモルファスシリコン膜が積層される。半導体膜37は、プラズマエンハンスド化学気相堆積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;略称:PECVD)、蒸着またはスパッタリングなどによって下地膜36上に積層される。この時点で、半導体膜37は、アモルファス(非晶質)の状態である。本実施の形態では、下地膜36の膜厚は100nmであり、半導体膜37の膜厚は50nmである。
As shown in FIG. 2, the
投影マスク25は、たとえば合成石英基板(以下、単に「基板」という場合がある)にクロム薄膜をパターニングすることによって形成される。投影マスク25には、基板の厚み方向に貫通し、照射対象物である半導体素子27の半導体膜37を結晶化させるための光を透過する複数の第1光透過パターン25aおよび第2光透過パターン25bが形成されている。投影マスク25の第1および第2光透過パターン25a,25b以外の部分は、光を透過しない非透過部25cである。本実施の形態の投影マスク25は、図3に示すように、大略的に長方形状である。投影マスク25は、第1領域、第2領域、第3領域および第4領域の4つの領域に分割されている。換言すると投影マスク25は、第1領域に対応する第1ブロックBA、第2領域に対応する第2ブロックBB、第3領域に対応する第3ブロックBCおよび第4領域に対応する第4ブロックBDを含む。以下の説明では、第1領域を第1ブロックBA、第2領域を第2ブロックBB、第3領域を第3ブロックBCおよび第4領域を第4ブロックBDと称する場合がある。第1ブロックBA、第2ブロックBB、第3ブロックBCおよび第4ブロックBDは、この順で投影マスク25の長手方向に一列に並んで設けられる。第1〜第4ブロックBB〜BDは、投影マスク25の短手方向に延びる長方形状である。
The
第1および第2ブロックBA,BBには、複数の第1光透過パターン25aが形成されている。複数の第1光透過パターン25aは、投影マスク25の長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第1光透過パターン25aは、投影マスク25の長手方向に沿って延びる第1軸線と、投影マスク25の短手方向に沿って延びる第2軸線とを含む平面内において、予め定める第1方向、本実施の形態では第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に45度傾斜した方向に延びている。ここで、前記周方向一方とは、投影マスク25のレーザ光の入射側平面において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として反時計まわりに角変位する方向をいう。
A plurality of first
第3および第4ブロックBC,BDには、複数の第2光透過パターン25bが形成されている。複数の第2光透過パターン25bは、投影マスク25の長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第2光透過パターン25bは、前記第1および第2軸線を含む平面内において、予め定める第2方向、本実施の形態では前記第1方向に直交する方向に延びている。第1光透過パターン25aおよび第2光透過パターン25bは、略六角形状である。本実施の形態において、略六角形状は、六角形状を含む。
A plurality of second
次にレーザ加工装置20によって、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37を結晶化する工程について、図1〜図3を参照して説明する。半導体素子27の下地膜36上の半導体膜37の延設方向、図2では矢符Eで示す方向に沿って結晶領域を形成するにあたり、まず結晶化工程において、半導体膜37の矢符Fで示す領域(以下「領域F」という場合がある)以外の領域をマスキングし、エキシマレーザ発振器21から発せられるレーザ光31を半導体膜37の領域Fに照射することによって半導体膜37に熱を誘導する。これによって領域Fに照射されたレーザ光31のエネルギが熱エネルギに変換されて、半導体膜37の領域Fに熱を誘導することができるとともに、半導体膜37をその厚み方向にわたって溶融することができる。領域Fが溶融されている半導体膜37を冷却することによって凝固させて結晶化する。
Next, a step of crystallizing the
そして移動工程において、制御部29がステージ28を駆動制御することによって、ステージ28を第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動させる。ステージ28を移動させることによって、ステージ28上に載置される半導体素子27を、第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動させることができる。これによって、投影マスク25に形成される複数の第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光31が半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に照射される新たな領域は、第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動した領域となる。前記新たな領域は、移動前の領域と一部分が重複している。ステージ28を第1移動方向X一方に移動させるときの前記所定の距離は、投影マスク25の第1〜第4ブロックBA〜BDの短手方向寸法Wである。
In the moving process, the
図4は、結晶化工程で形成される結晶40の状態を模式的に示す図である。図4では、理解を容易にするために、ステージ28を予め定める基準位置から移動させない状態で、前記投影マスク25の第1光透過パターン25aを透過したレーザ光を半導体膜37の厚み方向一表面部に照射することによって形成される結晶40の状態を示している。結晶40の形状は、第1光透過パターン25aの形状と同一の形状、具体的には六角形状であり、半導体膜37の厚み方向一方から見て、結晶40の延び方向に直交する方向(以下、「結晶の幅方向」という場合がある)の両端部から、結晶40の幅方向中央部に向かうようにして段階的に成長する。そして結晶40の幅方向中央部で、幅方向一方側から成長した結晶と幅方向他方側から成長した結晶とが衝突して、半導体膜37の厚み方向一方に突出する突起部41が形成される。突起部41は、半導体膜37の厚み方向一方から見て、六角形状の前記結晶40の第1頂点42および第2頂点43を結ぶ線分上に形成される。さらに述べると、突起部41は、半導体膜37の厚み方向一方から見て、照射領域の延び方向に平行に形成される。図4では、照射領域の幅方向両端部から成長した複数の結晶同士の境界部分44を示している。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the state of the
図5は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図6は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図5および図6では、理解を容易にするために半導体膜37に形成される結晶化領域46の一部を示している。本実施の形態では、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の長手方向の参照符号として、ステージ28の第1移動方向と同一の参照符号「X」を付し、半導体膜37の短手方向の参照符号として、ステージ28の第2移動方向と同一の参照符号「Y」を付して説明する。
FIG. 5 is a plan view showing a
本実施の形態では、繰返し工程において、前述の結晶化工程と移動工程とを交互に繰返すことによって、照射対象物である半導体膜37を結晶化する。具体的に述べると、繰返し工程では、光源21から発せられ、投影マスク25の第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光31を、照射対象物である半導体膜37に対して照射し、照射された領域を結晶化する結晶化工程を4回行うとともに、ステージ28を第1移動方向X一方に、前記第1〜第4ブロックBA〜BDの短手方向寸法Wに相当する距離だけ移動させる移動工程を3回行う。
In the present embodiment, in the repetition process, the above-described crystallization process and the movement process are alternately repeated to crystallize the
このような繰返し工程を行うことによって、図5および図6に示すように、第1光透過パターン25aの形状に結晶化された領域(以下、「第1結晶化領域」という場合がある)46aと、第2光透過パターン25bの形状に結晶化された領域(以下、「第2結晶化領域」という場合がある)46bとが、半導体膜37の短手方向Yに、連続的に交互に屈曲した波形状に並ぶ結晶化領域46が形成される。また結晶化領域46は、第1結晶化領域46aおよび第2結晶化領域46bが延在する第1延在方向に垂直な方向(以下、「第2延在方向」という場合がある)に関して、第2延在方向一方に突出する凸部分の山と山とが一致し、第2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。
By performing such a repeated process, as shown in FIGS. 5 and 6, a region crystallized in the shape of the first
図5では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の長手方向X一方から他方に向かうにつれて、ソースS、ゲートGおよびドレインDの順に並ぶように、前記半導体膜37に薄膜トランジスタ素子(以下、「TFT素子」という場合がある)47を形成した状態を示している。図6では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の短手方向Y一方から他方に向かうにつれて、ドレインD、ゲートGおよびソースSの順に並ぶように、前記半導体膜37にTFT素子47を形成した状態を示している。以下の実施の形態の説明において、半導体膜37の長手方向X一方から他方に向かうにつれて、ソースS、ゲートGおよびドレインDの順に並ぶように、半導体膜37に形成されるTFT素子47の配設方向を第1配設方向と称し、半導体膜37の短手方向Y一方から他方に向かうにつれて、ドレインD、ゲートGおよびソースSの順に並ぶように、半導体膜37に形成されるTFT素子47の配設方向を第2配設方向と称する。
In FIG. 5, the thin film transistor element (hereinafter referred to as the following) is arranged in the
ここで、第1および第2光透過パターン25a,25bの延び方向の長さ寸法、つまり図4および図5に示すように、第1および第2光透過パターン25bの形状のレーザ光が照射されて形成された結晶40の延び方向一端部P1から延び方向他端部P2までの長さ寸法をaとし、図5に示すようにTFT素子47のチャンネル長をLとする。このとき、半導体膜37に対して第1配設方向に配設されるTFT素子47のチャンネル部分と、第2配設方向に配設されるTFT素子47のチャンネル部分とのそれぞれに含まれる結晶化領域46の形状が完全に同一になるようにするためには、前記長さ寸法aとチャンネル長Lとの大小関係が、以下に示す式(2)を満足すればよい。つまり、「2」の平方根を「2」で除した値に、チャンネル長Lを乗じた値よりも、長さ寸法aが小さくなるように、長さ寸法aおよびチャンネル長Lが規定される。
(2×a)<L×√2 …(1)
より、
a<L×(√2/2)≒L×(3/4) …(2)
Here, as shown in FIGS. 4 and 5, the laser beam having the shape of the first and second
(2 × a) <L × √2 (1)
Than,
a <L × (√2 / 2) ≈L × (3/4) (2)
前述のように本実施の形態によれば、照射対象物である半導体膜37を結晶化させるべき複数の方向に対し、前記第1軸線および第2軸線を含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に45度傾斜した第1方向に延びる複数の第1光透過パターン25aと、前記平面内において前記45度傾斜した第1方向に直交する第2方向に延びる複数の第2光透過パターン25bとが形成される投影マスク25に光を照射し、前記投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光を半導体膜37に照射することによって、第1および第2光透過パターン25a,25bの形状のレーザ光が照射された半導体膜37を溶融し、均一に結晶化させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the first axis and the first axis in the plane including the first axis and the second axis with respect to a plurality of directions in which the
このように均一に結晶化された半導体膜37に、たとえば複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向が第1配設方向、他方のTFT素子47の配設方向が第2配設方向というように、TFT素子47の配設方向が異なる場合でも、各配設方向に配設される各TFT素子47のチャンネル部分に含まれる結晶化領域の形状を同一にすることができる。換言すると、結晶化領域46が形成される半導体膜37に対する複数のTFT素子47の配設方向が第1配設方向および第2配設方向のいずれの場合であっても、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースSからドレインDに流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって半導体膜37に形成する複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。
For example, when a plurality of
また本実施の形態によれば、第1および第2光透過パターン25a,25bの延び方向の長さ寸法aを、TFT素子47のチャンネル長Lの3/4未満にすることによって、換言すれば前記延び方向の長さ寸法aおよびTFT素子47のチャンネル長Lの値として、式(2)を満足する値を選ぶことによって、前記第1配設方向に配設されるTFT素子47のチャンネル部分と、第2配設方向に配設されるTFT素子47のチャンネル部分とのそれぞれに含まれる結晶化領域46の形状を完全に同一にすることができる。
In addition, according to the present embodiment, the length dimension a in the extending direction of the first and second
したがって半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向と他方のTFT素子47の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースSからドレインDに流れる電流の方向を確実に同一にすることができる。これによって複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子47のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。
Therefore, even when the arrangement direction of one
図7は、投影マスクに形成される光透過パターン49を示す図である。図8は、図7に示す光透過パターン49が形成される投影マスクを透過したレーザ光を照射して形成した結晶50の状態を示す図である。図9は、投影マスク25に形成される第1光透過パターン25aおよび第2光透過パターン25bを示す図である。図10は、図9に示す第1および第2光透過パターン25a,25bが形成される投影マスク25を透過したレーザ光を照射して形成した結晶51の状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a
図7に示すように、第1光透過パターン25aと第2光透過パターン25bとが連結して略V字状に形成された光透過パターン49が形成される投影マスクを介して、照射対象物である半導体膜37にレーザ光を照射した場合を想定する。本実施の形態において、略V字状は、V字状を含む。半導体膜37における光透過パターン49の形状のレーザ光が照射されて形成された結晶50のうち、半導体膜37の厚み方向一方から見た結晶50の屈曲部50a以外の部分に形成される突起部41の形成方向S1は、結晶50の延び方向に平行になるけれども、半導体膜37の厚み方向一方から見た結晶50の屈曲部50aに形成される突起部41の形成方向S2は、結晶50の延び方向に対して平行にならない。換言すると結晶50の延び方向一端部、つまり前記結晶50の屈曲部50aにおける結晶の成長方向と、結晶50の延び方向一端部よりも延び方向他端部側の部分、つまり前記結晶50の屈曲部50a以外の部分における結晶の成長方向とが異なる。
As shown in FIG. 7, the object to be irradiated is passed through a projection mask in which a first
このように結晶の成長方向が異なって結晶化された半導体膜37に、複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向と他方のTFT素子47の配設方向とが異なると、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースからドレインに流れる電流の方向にばらつきが生じてしまう。
When a plurality of
具体的に述べると、TFT素子47のソースからドレインに流れる電流の方向が結晶の成長方向に平行、つまり前記電流の方向が突起部41に対して垂直な方向である場合には、TFT素子47の電気的特性は良好となるが、前記電流の方向が結晶の成長方向に垂直、つまり前記電流の方向が突起部41に対して平行な方向である場合には、TFT素子47の電気的特性が悪化してしまう。したがって前述のように不均一に結晶化された半導体膜37にTFT素子47を形成すると、TFT素子47の配設方向によっては、TFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性が不均一になってしまう場合がある。
More specifically, when the direction of the current flowing from the source to the drain of the
そこで本実施の形態では、図9に示すように、第1および第2光透過パターン25a,25bが互いに連結しない態様で形成される投影マスク25を用いて、照射対象物である半導体膜37にレーザ光を照射する。これによって第1および第2光透過パターン25a,25bの形状のレーザ光が照射されて形成された結晶51のうち、半導体膜37の厚み方向一方から見た、第1光透過パターン25aの形状のレーザ光と第2光透過パターン25bの形状のレーザ光との重畳部51a以外の部分に形成される突起部41の形成方向T1は、結晶51の延び方向に平行になる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
また半導体膜37の厚み方向一方から見た前記重畳部51aに形成される突起部41の形成方向T2も、結晶51の延び方向に平行になる。換言すると、結晶51の延び方向一端部、つまり前記重畳部51aにおける結晶の成長方向と、結晶51の延び方向一端部よりも延び方向他端部側の部分、つまり前記重畳部51a以外の部分における結晶の成長方向とが同一になる。
In addition, the formation direction T2 of the
したがって半導体膜37に複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向と他方のTFT素子47の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースからドレインに流れる電流の方向を同一にすることができる。これによって複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子47のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。
Therefore, when a plurality of
また本実施の形態によれば、第1および第2光透過パターン25a,25bは、各延び方向の両端部が、投影マスク25の厚み方向に見て先細状に形成される。したがって長方形状などのように先細状に形成されない光透過パターンとは異なり、第1および第2光透過パターン25a,25bの形状のレーザ光が照射された半導体膜37の照射領域で、延び方向および半導体膜37の厚み方向に垂直な方向の両端部から成長する結晶が衝突してできる突起部41が、延び方向の両端部の先細状の部分にまで形成される。
Further, according to the present embodiment, the first and second
これによって半導体膜37に複数のTFT素子47を形成するとき、複数のTFT素子47が形成される半導体膜37をより均一に結晶化することができる。したがって半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向と他方のTFT素子47の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47にそれぞれ流れる電流の方向を同一にすることができる。それ故、半導体膜37に形成される複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を確実に同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子47のスイッチング特性を確実に均一にすることができる。
Thus, when the plurality of
次に本発明の第2の実施の形態であるレーザ加工装置およびレーザ加工方法について説明する。図11は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図12は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図11および図12では、理解を容易にするために半導体膜37の一部に形成される結晶化領域46の一部を示している。本実施の形態では、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の長手方向の参照符号として、ステージ28の第1移動方向と同一の参照符号「X」を付し、半導体膜37の短手方向の参照符号として、ステージ28の第2移動方向と同一の参照符号「Y」を付して説明する。
Next, a laser processing apparatus and a laser processing method according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a plan view showing a
本実施の形態では、第1の実施の形態の投影マスク25に代えて、以下に説明する投影マスクを用いて照射対象物である半導体膜37を結晶化する。本実施の形態の投影マスクは、第1の実施の形態の投影マスク25と同様に、第1〜第4領域の4つの領域に分割されている。具体的に述べると、投影マスクは、第1領域に対応する第1ブロックBA、第2領域に対応する第2ブロックBB、第3領域に対応する第3ブロックBCおよび第4領域に対応する第4ブロックBDに分割されている。
In the present embodiment, instead of the
第1および第2ブロックBA,BBには、複数の第1光透過パターン25aが形成されている。複数の第1光透過パターン25aは、投影マスクの長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第1光透過パターン25aは、予め定める第1方向、本実施の形態では投影マスクの長手方向に沿って延びる第1軸線と、投影マスクの短手方向に沿って延びる第2軸線とを含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に15度傾斜した方向に延びている。ここで、前記周方向一方とは、投影マスクのレーザ光の入射側平面において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として反時計まわりに角変位する方向をいう。
A plurality of first
第3および第4ブロックBC,BDには、複数の第2光透過パターン25bが形成されている。複数の第2光透過パターン25bは、投影マスクの長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第2光透過パターン25bは、予め定める第2方向、本実施の形態では前記第1および第2軸線を含む平面内において、前記第1方向に直交する方向に延びている。第1光透過パターン25aおよび第2光透過パターン25bは、略六角形状である。本実施の形態において、略六角形状は、六角形状を含む。
A plurality of second
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、光源21から発せられ、投影マスク25の第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光31を照射対象物である半導体膜37に対して照射し、照射された領域を結晶化する結晶化工程を4回行うとともに、ステージ28を第1移動方向X一方に、前記第1〜第4ブロックBA〜BDの短手方向寸法Wに相当する距離だけ移動させる移動工程を3回行う。
In the present embodiment, as in the first embodiment, a semiconductor that is an object to be irradiated with
このような繰返し工程を行うことによって、図11および図12に示すように、第1光透過パターン25aの形状に結晶化された領域(以下、「第1結晶化領域」という場合がある)46aと、第2光透過パターン25bの形状に結晶化された領域(以下、「第2結晶化領域」という場合がある)46bとが連続的に交互に屈曲した波形状に並ぶ結晶化領域46が形成される。また結晶化領域46は、第1結晶化領域46aおよび第2結晶化領域46bが延在する第1延在方向に垂直な方向(以下、「第2延在方向」という場合がある)に関して、第2延在方向一方に突出する凸部分の山と山とが一致し、第2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。
By performing such a repeating process, as shown in FIGS. 11 and 12, a region crystallized in the shape of the first
図11では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の長手方向X一方から他方に向かうにつれて、ソースS、ゲートGおよびドレインDの順に並ぶように、前記半導体膜37にTFT素子47を形成した状態を示している。図12では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の短手方向Y一方から他方に向かうにつれて、ドレインD、ゲートGおよびソースSの順に並ぶように、前記半導体膜37にTFT素子47を形成した状態を示している。
In FIG. 11,
前述のように本実施の形態によれば、前記第1軸線および第2軸線を含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に15度傾斜した第1方向に延びる複数の第1光透過パターン25aと、前記平面内において前記15度傾斜した第1方向に直交する第2方向に延びる複数の第2光透過パターン25bとが形成される投影マスク25を用いて、照射対象物である半導体膜37に光を照射する。つまり、前記投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光を半導体膜37に照射することによって、第1および第2光透過パターン25a,25bの形状のレーザ光が照射された半導体膜37を溶融し、均一に結晶化させることができる。
As described above, according to the present embodiment, in the plane including the first axis and the second axis, the predetermined value is 15 in one predetermined circumferential direction from the second axis around the intersection of the first axis and the second axis. A plurality of first
このように均一に結晶化された半導体膜37に、たとえば複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向が第1配設方向、他方のTFT素子47の配設方向が第2配設方向というように、TFT素子47の配設方向が異なる場合でも、各配設方向に配設される各TFT素子47のチャンネル部分に含まれる結晶化領域46の形状を同一にすることができる。換言すると、結晶化領域46が形成される半導体膜37に対する複数のTFT素子47の配設方向が第1配設方向および第2配設方向のいずれの場合であっても、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースSからドレインDに流れる電流の方向を同一にすることができる。
For example, when a plurality of
これによって半導体膜37に形成する複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一、つまり複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。
Thereby, the electrical characteristics of the plurality of
次に本発明の第3の実施の形態であるレーザ加工装置およびレーザ加工方法について説明する。図13は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図14は、半導体膜37に形成される結晶化領域46と、結晶化領域46が形成された半導体膜37に形成される薄膜トランジスタ素子47とを示す平面図である。図13および図14では、理解を容易にするために半導体膜37の一部に形成される結晶化領域46の一部を示している。本実施の形態では、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の長手方向の参照符号として、ステージ28の第1移動方向と同一の参照符号「X」を付し、半導体膜37の短手方向の参照符号として、ステージ28の第2移動方向と同一の参照符号「Y」を付して説明する。
Next, a laser processing apparatus and a laser processing method according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a plan view showing a
本実施の形態では、第1の実施の形態の投影マスク25に代えて、以下に説明する投影マスクを用いて照射対象物である半導体膜37を結晶化する。本実施の形態の投影マスクは、第1の実施の形態の投影マスク25と同様に、第1〜第4領域の4つの領域に分割されている。具体的に述べると、投影マスクは、第1領域に対応する第1ブロックBA、第2領域に対応する第2ブロックBB、第3領域に対応する第3ブロックBCおよび第4領域に対応する第4ブロックBDに分割されている。
In the present embodiment, instead of the
第1および第2ブロックBA,BBには、複数の第1光透過パターン25aが形成されている。複数の第1光透過パターン25aは、投影マスクの長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第1光透過パターン25aは、予め定める第1方向、本実施の形態では投影マスクの長手方向に沿って延びる第1軸線と、投影マスクの短手方向に沿って延びる第2軸線とを含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に60度傾斜した方向に延びている。ここで、前記周方向一方とは、投影マスクのレーザ光の入射側平面において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として反時計まわりに角変位する方向をいう。
A plurality of first
第3および第4ブロックBC,BDには、複数の第2光透過パターン25bが形成されている。複数の第2光透過パターン25bは、投影マスクの長手方向および短手方向のそれぞれの方向に間隔をあけて形成されている。第2光透過パターン25bは、予め定める第2方向、本実施の形態では前記第1および第2軸線を含む平面内において、前記第1方向に直交する方向に延びている。第1光透過パターン25aおよび第2光透過パターン25bは、略六角形状である。
A plurality of second
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、光源21から発せられ、投影マスク25の第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光31を照射対象物である半導体膜37に対して照射し、照射された領域を結晶化する結晶化工程を4回行うとともに、ステージ28を第1移動方向X一方に、前記第1〜第4ブロックBA〜BDの短手方向寸法Wに相当する距離だけ移動させる移動工程を3回行う。このような繰返し工程を行うことによって、図13および図14に示すように、第1光透過パターン25aの形状に結晶化された第1結晶化領域46aと、第2光透過パターン25bの形状に結晶化された第2結晶化領域46bとが連続的に交互に屈曲した波形状に並ぶ結晶化領域46が形成される。また結晶化領域46は、第1結晶化領域46aおよび第2結晶化領域46bが延在する第1延在方向に垂直な第2延在方向に関して、第2延在方向一方に突出する凸部分の山と山とが一致し、第2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。
In the present embodiment, as in the first embodiment, a semiconductor that is an object to be irradiated with
図13では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の長手方向X一方から他方に向かうにつれて、ソースS、ゲートGおよびドレインDの順に並ぶように、前記半導体膜37にTFT素子47を形成した状態を示している。図14では、結晶化領域46が形成された半導体膜37の短手方向Y一方から他方に向かうにつれて、ドレインD、ゲートGおよびソースSの順に並ぶように、前記半導体膜37にTFT素子47を形成した状態を示している。
In FIG. 13,
前述のように本実施の形態によれば、前記第1軸線および第2軸線を含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に60度傾斜した第1方向に延びる複数の第1光透過パターン25aと、前記平面内において前記60度傾斜した第1方向に直交する第2方向に延びる複数の第2光透過パターン25bとが形成される投影マスク25を用いて、照射対象物である半導体膜37に光を照射する。つまり、前記投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bを透過したレーザ光を半導体膜37に照射することによって、第1および第2光透過パターン25a,25bの形状のレーザ光が照射された半導体膜37を溶融し、均一に結晶化させることができる。
As described above, according to the present embodiment, in the plane including the first axis and the second axis, the predetermined distance from the second axis to the predetermined
このように均一に結晶化された半導体膜37に、たとえば複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向が第1配設方向、他方のTFT素子47の配設方向が第2配設方向というように、TFT素子47の配設方向が異なる場合でも、各配設方向に配設される各TFT素子47のチャンネル部分に含まれる結晶化領域の形状を同一にすることができる。換言すると、結晶化領域46が形成される半導体膜37に対する複数のTFT素子47の配設方向が第1配設方向および第2配設方向のいずれの場合であっても、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースSからドレインDに流れる電流の方向を同一にすることができる。
For example, when a plurality of
これによって半導体膜37に形成する複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一、つまり複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。
Thereby, the electrical characteristics of the plurality of
図15は、本発明の第4の実施の形態であるレーザ加工装置60の構成を示す図である。本発明の第4の実施の形態であるレーザ加工方法は、レーザ加工装置60によって実施される。レーザ加工装置60は、第1の実施の形態のレーザ加工装置20と類似しているので、対応する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。レーザ加工装置60は、第1光源61、可変減衰器22、ミラー23、可変焦点視野レンズ24、投影マスク25、結像レンズ26、第2光源62、均一照射光学系63、ステージ28および制御部29を含んで構成される。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a
第1光源61は、紫外域の波長、具体的には308nmの第1レーザ光65を発することが可能なエキシマレーザ発振器によって実現される。第2光源62は、可視域から赤外域までの波長の第2レーザ光66を発することが可能なレーザ発振器によって実現される。具体的に述べると、第2光源62は、波長が534nmの第2レーザ光66を発することが可能なYAG高調波レーザ発振器、波長が1064nmの第2レーザ光66を発することが可能なYAGレーザ発振器および波長が10.6μmの第2レーザ光66を発することが可能な炭酸ガスレーザ発振器によって実現される。
The
第1レーザ光65は、第2レーザ光66に比べて、溶融状態よりも固体状態にある半導体膜37への吸収率が高い。また第1レーザ光65は、固体状態にある半導体膜37であるアモルファスシリコン膜を溶融させるに足るエネルギ量を有することが好ましい。このエネルギ量は、半導体膜37の材質の種類、膜厚および結晶化領域の面積などの各条件によって変化し、一義的に定めることはできない。したがって半導体膜37の前記各条件に応じて適当なエネルギ量を有する第1レーザ光65を用いることが望ましい。具体的には、半導体膜37であるアモルファスシリコン膜を、全膜厚において融点以上の温度に加熱することができるエネルギ量を有する第1レーザ光65を用いることが推奨される。このことは、アモルファスシリコン膜に代えて他の種類の半導体膜37を結晶化する場合も同様である。
Compared with the
第2レーザ光66は、第1レーザ光65に比べて、固体状態よりも溶融状態にある半導体膜37への吸収率が高い。第2レーザ光66は、固体状態にある半導体膜37を溶融させるに足るエネルギ量未満であることが好ましい。このエネルギ量は、半導体膜37の材質の種類、膜厚および結晶化領域の面積などの各条件によって変化し、一義的に定めることはできない。したがって半導体膜37の前記条件に応じて適当なエネルギ量を有する第2レーザ光66を用いることが望ましい。具体的には、半導体膜37を融点以上の温度に加熱するに足るエネルギ量未満である第2レーザ光66を用いることが推奨される。このことは、アモルファスシリコン膜に代えて他の種類の半導体膜37に適用する場合も同様である。
Compared with the
制御部10からの制御信号に従って第1光源61から発せられる第1レーザ光65は、可変減衰器22、ミラー23、可変焦点視野レンズ24、投影マスク25、結像レンズ26を経由して、ステージ28上に載置される半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に照射される。第2光源62から発せられる第2レーザ光66は、第2レーザ光を照射対象物である半導体膜37に均一に照射させるための均一照射光学系63およびミラー23を経由して、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に照射される。レーザ加工装置60では、第1レーザ光65を、半導体膜37の厚み方向一表面部に対して垂直な方向から入射させることができるとともに、第2レーザ光66を、半導体膜37の厚み方向一表面部に対して斜め方向から入射させることができる。
The
第1光源61は、第1レーザ光65を発することが可能で、かつ半導体膜37を溶融することが可能であるレーザ発振器であればよく、特にエキシマレーザ発振器に限定されない。第1光源61は、紫外域の波長のレーザ光を発することが可能なレーザ発振器、たとえばエキシマレーザ発振器およびYAGレーザ発振器に代表される固体レーザ発振器であることが望ましい。また第1光源61を構成するレーザ発振器としては、パルス状のレーザ光を発することが可能で、波長が308nmの第1レーザ光65を発することが可能なエキシマレーザ発振器が特に好ましい。第2光源62を構成する発振器としては、溶融状態の半導体膜37に吸収される波長の第2レーザ光66を発することができるレーザ発振器であることが望ましい。
The
図16は、第1レーザ光65および第2レーザ光66を発する時間と出力との関係を示すグラフである。グラフの横軸は時間を表し、グラフの縦軸は第1および第2レーザ光65,66の出力、具体的には第1および第2レーザ光65,66の単位面積あたりのエネルギ量を表す。図16に破線で示す曲線V1は、エキシマレーザ発振器などの第1光源61から発せられる第1レーザ光65の出力特性を表している。図16に実線で示す曲線V2は、炭酸ガスレーザ発振器などの第2光源62から発せられる第2レーザ光66の出力特性を表している。第1レーザ光65の出力、換言すれば単位面積あたりのエネルギ量は、たとえば200mJ/cm2以上1000mJ/cm2未満である。第2レーザ光66の出力、換言すれば単位面積あたりのエネルギ量は、たとえば100mJ/cm2以上1000mJ/cm2未満である。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the output time of the
本実施の形態では、図16に示すように、第2レーザ光66は、時刻t0から時刻t3にわたって第2光源62から発せられ、第1レーザ光65は、時刻t0の後の時刻t1から時刻t3より前の時刻t2にわたって第1光源61から発せられる。第1レーザ光65が発せられている時間は、第2レーザ光66が発せられている時間に比べて短く、第2レーザ光66が発せられている時間の1/100以下、具体的には第2レーザ光66が発せられている時間の1/1000程度である。さらに具体的に述べると、時刻t0から時刻t3までの時間は、たとえば100μsであり、時刻t1から時刻t2までの時間は、たとえば100nsである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the
本実施の形態では、曲線V1で示すように、第1レーザ光65の出力の立上がりおよび立下りは比較的急峻であり、時刻t1の経過後に比較的短時間で出力が最大値に到達し、その後に比較的短時間で出力を低下させるようにしている。また曲線V2で示すように、時刻t0の経過後に比較的短時間で出力が最大値に到達し、時刻t2が経過するまで出力を最大値に保持する。時刻t2の経過後の第2レーザ光66の出力の立下りは、立上がりに比べて緩やかであり、時刻t3が経過するまで徐々に出力を低下させるようにしている。第1レーザ光65および第2レーザ光66を発する時間と出力との関係は、図16のグラフに示す関係に限定されないが、図16のグラフに示す関係と同様の関係にあることが好ましい。時刻t1から時刻t3までの間において、半導体膜37であるアモルファスシリコン膜は溶融状態にある。
In the present embodiment, as shown by the curve V1, the rise and fall of the output of the
本実施の形態において、照射対象物である半導体膜37に対して時刻t0から時刻t1までの間、および時刻t2から時刻t3までの間に第2レーザ光66を照射する段階は、結晶化工程における第1照射段階に相当する。また照射対象物である半導体膜37に対して時刻t1から時刻t2までの間に、第1レーザ光65および第2レーザ光66を照射する段階は、結晶化工程における第2照射段階に相当する。
In the present embodiment, the step of irradiating the
次にレーザ加工装置60によって、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37を結晶化する工程について説明する。まず結晶化工程において、図16の曲線V1に示すようなタイミングで、具体的には時刻t1から時刻t2までの間に第1光源61から発せられる第1レーザ光65を、投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bを透過して、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に画される第1領域に照射する。また図16の曲線V2に示すようなタイミングで、具体的には時刻t0から時刻t3までの間に第2光源62から発せられる第2レーザ光66を、前記半導体膜37の厚み方向一表面部に照射する。第1および第2レーザ光65,66の照射によって、前記第1領域の半導体膜37を溶融し、溶融した第1領域の半導体膜37を凝固させて結晶化する。
Next, a process of crystallizing the
次に移動工程において、制御部29がステージ28を駆動制御することによって、ステージ28を第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動させる。ステージ28を第1移動方向X一方に移動させることによって、ステージ28上に載置される半導体素子27を、第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動させることができる。これによって、投影マスク25に形成される複数の第1および第2光透過パターン25a,25bを透過した第1レーザ光65が半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に照射される新たな領域は、第1移動方向X一方に所定の距離だけ移動した領域となる。前記新たな領域は、移動前の領域と一部分が重畳している。ステージ28を第1移動方向X一方に移動させるときの前記所定の距離は、投影マスク25の第1〜第4ブロックBA〜BDの短手方向寸法Wである。
Next, in the moving step, the
移動工程において所定の距離だけ移動した後は、再度結晶化工程において、図16の曲線V1に示すようなタイミングで第1光源61から発せられる第1レーザ光65を、投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bを透過して、ステージ28に載置される半導体素子27の半導体膜37の厚み方向一表面部に画される第2領域に照射する。第2領域は、前記第1領域と一部分が重畳している。また第1回目の結晶化工程と同様に、図16の曲線V2に示すようなタイミングで第2光源62から発せられる第2レーザ光66も、前記半導体膜37の厚み方向一表面部に照射する。第1および第2レーザ光65,66の照射によって、前記第2領域の半導体膜37を溶融し、溶融した第2領域の半導体膜37を凝固させて結晶化する。さらに繰返し工程において、前記半導体膜37の結晶化される領域が所定の大きさに達するまで、前述の結晶化工程と移動工程とを交互に行う。これによって、たとえば前述の図5、図6および図11〜図14に示す結晶化領域46を形成することができる。
After moving by a predetermined distance in the moving step, the
前述のように本実施の形態によれば、レーザ加工装置60を用いて、照射対象物である半導体膜37に第1および第2レーザ光65,66を照射することによって、半導体膜37を均一に結晶化し、その均一に結晶化した半導体膜37にTFT素子47が形成される。したがって均一に結晶化された半導体膜37に複数のTFT素子47を形成するとき、半導体膜37に対する一方のTFT素子47の配設方向と他方のTFT素子47の配設方向とが異なる場合でも、結晶の成長方向に対する複数のTFT素子47のソースSからドレインDに流れる電流の方向を同一にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
これによって半導体膜37に形成する複数のTFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を同一にすることができる。換言すれば、複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。また半導体膜37に対するTFT素子47の配設方向に依らず、TFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができるので、TFT素子47を用いた表示装置などの設計の自由度を高めることができる。
As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of
また本実施の形態によれば、溶融状態にある半導体膜37に対して、結晶化工程における第2照射段階において、第1レーザ光65に加えて第2レーザ光66を照射することによって、前記溶融状態の半導体膜37の冷却速度を低下させることができる。これによって溶融状態の半導体膜37が凝固するまでの時間を延長することができる。したがって溶融状態にある半導体膜37であるアモルファスシリコン膜が凝固することによって形成される半導体多結晶のラテラル成長の距離を大幅に延ばすことができる。
Further, according to the present embodiment, the
それ故、半導体膜37を結晶化するにあたり、比較的大きな結晶粒に成長させることができる。比較的大きな結晶粒に成長させることによって、結晶化された半導体膜37の電子移動度を比較的高くすることができ、電子移動度の比較的高い半導体膜37にTFT素子47を形成することによって、TFT素子47の電気的特性、具体的にはスイッチング特性を向上することができる。
Therefore, when the
前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、発明の範囲内において構成を変更することができる。前述の各実施の形態では、前記第1軸線および第2軸線を含む平面内において、第1軸線と第2軸線との交点を中心として第2軸線から予め定める周方向一方に45度、15度および60度のうちいずれか1つの角度だけ傾斜した第1方向に延びる複数の第1光透過パターン25aと、前記平面内において前記第1方向に直交する第2方向に延びる複数の第2光透過パターン25bとが形成される投影マスク25を用いて、半導体膜37を結晶化する場合について述べたが、投影マスク25に形成される第1および第2光透過パターン25a,25bは、これらに限定されない。
Each above-mentioned embodiment is only illustration of this invention, and can change a structure within the scope of the invention. In each of the above-described embodiments, in a plane including the first axis and the second axis, 45 degrees and 15 degrees in a predetermined circumferential direction from the second axis about the intersection of the first axis and the second axis. And a plurality of first
本発明の他の実施の形態では、前記第2軸線から予め定める周方向一方に15度以上30度未満の範囲、および60度以上75度未満の範囲の角度のうち、任意の角度だけ傾斜した第1方向に延びる複数の第1光透過パターン25aと、前記第1軸線および第2軸線を含む平面内において前記第1方向に直交する第2方向に延びる複数の第2光透過パターン25bとが形成される投影マスクを用いてもよい。この場合でも前述の各実施の形態と同様の効果、つまり照射対象物である半導体膜37を均一に結晶化させることができ、半導体膜37に形成される複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。
In another embodiment of the present invention, one of the predetermined angles in the circumferential direction from the second axis is tilted by an arbitrary angle out of the range of 15 degrees to less than 30 degrees and the range of 60 degrees to less than 75 degrees. A plurality of first
また前述の各実施の形態では、第1および第2光透過パターン25a,25bが形成される一の投影マスク25を備えるレーザ加工装置20,60を用いて照射対象物である半導体膜37を結晶化する場合の構成について述べたが、複数のマスク部を含む投影マスクを備えるレーザ加工装置を用いてもよい。たとえば、第1光透過パターンが形成される一方のマスク部を透過したレーザ光を照射対象物に照射するとともに、第2光透過パターンが形成される他方のマスク部を透過したレーザ光を照射対象物に照射することによって、照射対象物である半導体膜37を結晶化するようにしてもよい。この場合でも、一の投影マスク25を用いた場合と同様に、半導体膜37を均一に結晶化することができ、半導体膜37に形成される複数のTFT素子47のスイッチング特性を均一にすることができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the
前述の各実施の形態では、投影マスク25を用いて照射対象物である半導体膜37を結晶化する場合について述べたが、光源に対してステージ28を相対移動させて、照射対象物である半導体膜37を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるようにレーザ光を照射することによって、投影マスク25を用いることなく、半導体膜37を結晶化することが可能となる。このように投影マスク25を用いることなく半導体膜37を結晶化することによって、レーザ加工装置の部品点数を削減することができるとともに、レーザ加工装置の構造を簡素化することができる。
In each of the above-described embodiments, the case where the
前述の各実施の形態では、半導体膜37としてアモルファスシリコン膜を適用した場合について説明したが、これに限定されることなく、非晶質のゲルマニウムおよびそれらの合金でもよい。
In each of the above-described embodiments, the case where an amorphous silicon film is applied as the
20,60 レーザ加工装置
21 光源(エキシマレーザ発振器)
22 可変減衰器
23 ミラー
24 可変減焦点視野レンズ
25 投影マスク
25a 第1光透過パターン
25b 第2光透過パターン
25c 非透過部
26 結像レンズ
27 半導体素子
28 ステージ
29 制御部
31 レーザ光
35 透明基板
36 下地膜
37 半導体膜
40,50,51 結晶
41 突起部
46 結晶化領域
47 薄膜トランジスタ素子(TFT素子)
49 光透過パターン
61 第1光源
62 第2光源
63 均一照射光学系
65 第1レーザ光
66 第2レーザ光
BA 第1ブロック(第1領域)
BB 第2ブロック(第2領域)
BC 第3ブロック(第3領域)
BD 第4ブロック(第4領域)
20, 60
DESCRIPTION OF
49
BB 2nd block (2nd area)
BC 3rd block (3rd area)
BD 4th block (4th area)
Claims (13)
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、光透過パターンの延び方向をそれぞれ傾斜させるように形成されることを特徴とする投影マスク。 A projection mask on which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
A projection mask formed so that the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、光透過パターンの延び方向がそれぞれ傾斜される複数のマスク部を含むことを特徴とする投影マスク。 A projection mask on which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
A projection mask comprising: a plurality of mask portions in which the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるようにレーザ光を照射し、前記非晶質材料を結晶化する結晶化工程を有することを特徴とするレーザ加工方法。 A laser processing method of irradiating a layer made of an amorphous material, which is an object to be irradiated, with laser light to cause crystallization,
A laser comprising a crystallization step of crystallizing the amorphous material by irradiating a laser beam so as to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. Processing method.
一の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射する第1照射段階と、
前記一の発振波長のレーザ光を照射するとともに、前記一の発振波長とは異なる他の発振波長のレーザ光を照射対象物に照射する第2照射段階とを有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1つに記載のレーザ加工方法。 The crystallization process is
A first irradiation step of irradiating an irradiation object with a laser beam having one oscillation wavelength;
9. A second irradiation step of irradiating the irradiation target with laser light having another oscillation wavelength different from the one oscillation wavelength while irradiating the laser light with the one oscillation wavelength. The laser processing method as described in any one of 10-10.
照射対象物を結晶化させるべき複数の方向に対し、照射領域の延び方向を傾斜させるようにレーザ光を照射する光源を有することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus that irradiates a layer made of an amorphous material that is an irradiation object with laser light to crystallize the layer,
A laser processing apparatus comprising a light source that irradiates a laser beam so that an extending direction of an irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which an irradiation object is to be crystallized.
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