JP2019129231A - レーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法 - Google Patents

レーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法 Download PDF

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Abstract

【課題】チャネル領域に照射されるレーザ光の特性の偏りを低減させ、形成されるポリシリコン薄膜のばらつきを低減させることにより、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能なレーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射する投影レンズと、投影レンズに配置され、レーザ光を透過させる複数の開口部を含む投影マスクと、を備え、複数の開口部の各々の周縁部には、レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、薄膜トランジスタの形成に関するものであり、特に、基板に被膜されたアモルファスシリコン薄膜にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成するためのレーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法に関する。
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとして、アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用したものが存在する。ただ、アモルファスシリコン薄膜は電子移動度が小さいため、当該アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用すると、薄膜トランジスタにおける電荷の移動度が小さくなるという難点があった。
そこで、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域をレーザ光により瞬間的に加熱することで多結晶化し、電子移動度の高いポリシリコン薄膜を形成して、当該ポリシリコン薄膜をチャネル領域に使用する技術が存在する。
例えば、特許文献１には、チャネル領域にアモルファスシリコン薄膜形成し、その後、このアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、短時間での溶融凝固によって、ポリシリコン薄膜に結晶化させる処理を行うことが開示されている。特許文献１には、当該処理を行うことにより、薄膜トランジスタのソースとドレイン間のチャネル領域を、電子移動度の高いポリシリコン薄膜とすることが可能となり、トランジスタ動作の高速化が可能になる旨が記載されている。
特開２０１６−１００５３７号公報
特許文献１に記載の薄膜トランジスタでは、ソースとドレイン間のチャネル領域にレーザ光を照射してレーザアニール化しているが、照射されるレーザ光の強度が一定とならずに、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が該チャネル領域内において偏ってしまう場合がある。特に、レーザ光が投影マスクを介して照射された場合には、該投影マスクの形状によって、チャネル領域に照射されるレーザ光の強度が一定とならない場合があり、その結果、チャネル領域における結晶化の程度が偏ってしまう。
そのため、形成されるポリシリコン薄膜の特性が均一とならない場合があり、それによってガラス基板に含まれる個々の薄膜トランジスタの特性に偏りが生じる可能性がある。その結果、ガラス基板を用いて作成された液晶に、表示むらが生じるという問題が生じてしまう。
本発明の目的は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、チャネル領域に照射されるレーザ光の特性の偏りを低減させ、形成されるポリシリコン薄膜のばらつきを低減させることにより、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能なレーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法を提供することである。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射する投影レンズと、投影レンズに配置され、レーザ光を透過させる複数の開口部を含む投影マスクと、を備え、複数の開口部の各々の周縁部には、レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とする。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、所定のパターンは、所定の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンであることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、所定の大きさは、マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、所定のパターンは、正弦波又は矩形波であり、正弦波又は矩形波の波長及び振幅は、マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、複数の開口部の各々は略長方形であり、長方形の長辺又は短辺の少なくとも一方の周縁部に所定のパターンが形成されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態における投影マスクは、レーザ光を照射する投影レンズに配置される投影マスクであって、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、投影レンズからのレーザ光を透過させる複数の開口部と、を含み、複数の開口部の各々の周縁部には、レーザ光の回析を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とする。
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、所定のパターンは、所定の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンであることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、所定の大きさは、マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、所定のパターンは、正弦波又は矩形波であり、正弦波又は矩形波の波長及び振幅は、マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、複数の開口部の各々は略長方形であり、長方形の長辺又は短辺の少なくとも一方の周縁部に所定のパターンが形成されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射方法は、レーザ光を発生する発生ステップと、投影レンズに配置され、レーザ光を透過させる複数の開口部を含む投影マスクによって、レーザ光を透過させる透過ステップと、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、投影マスクを介してレーザ光を照射する投影ステップと、を含み、複数の開口部の各々の周縁部には、レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴としてもよい。
本発明によれば、チャネル領域に照射されるレーザ光の特性の偏りを低減させ、形成されるポリシリコン薄膜のばらつきを低減させることにより、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能な、レーザ照射装置、投影マスク及びレーザ照射方法を提供することである。
本発明の第１の実施形態における、レーザ照射装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における所定の領域がアニール化された薄膜トランジスタの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における投影マスクの構成例を示す図である。 投影マスクに含まれる開口部の構成例を示す図である。 図５に例示する投影マスクを用いてレーザ光を照射した場合の、チャネル領域における当該レーザ光のエネルギの状態を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態におけるレーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部の構成例を示す図である。 図７に例示する投影マスクを用いてレーザ光を照射した場合の、チャネル領域における当該レーザ光のエネルギの状態を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態におけるレーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部の他の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるレーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部の他の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置の構成例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例を示す図である。
本発明の第１の実施形態において、レーザ照射装置１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体装置の製造工程において、例えば、チャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射してアニール処理し、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。
レーザ照射装置１０は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、基板３０上にＡｌ等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。そして、低温プラズマＣＶＤ法により、基板３０上の全面にＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン薄膜を形成する。すなわち、基板３０の全面にアモルファスシリコン薄膜が形成（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する。そして、図１に例示するレーザ照射装置１０により、アモルファスシリコン薄膜のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタにおいてチャネル領域となる領域）にレーザ光１４を照射してアニール処理し、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。なお、基板３０は、例えばガラス基板であるが、基板３０は必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材の基板であってもよい。
図１に示すように、レーザ照射装置１０において、レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、カップリング光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。レーザ光源１１は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光を、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。なお、波長は、これらの例に限られず、どのような波長であってもよい。
その後、レーザ光は、マイクロレンズアレイ１３上に設けられた投影マスク１５の複数の開口部を透過し、複数のレーザ光１４に分離され、基板３０に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射される。基板３０に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光１４が照射されると、当該アモルファスシリコン薄膜が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜となる。
ポリシリコン薄膜は、アモルファスシリコン薄膜に比べて電子移動度が高いため電流が流れやすく、薄膜トランジスタにおいて、ソースとドレインとを電気的に接続させるチャネル領域に用いることができる。
なお、図１の例では、マイクロレンズアレイ１３を用いた例を示しているが、必ずしもマイクロレンズアレイ１３を用いる必要はなく、１個の投影レンズを用いてレーザ光１４を照射してもよい。なお、第１の実施形態では、マイクロレンズアレイ１３を用いてレーザ光１４を基板３０に照射する場合を例にして説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態における所定の領域がアニール化された薄膜トランジスタ２０の例を示す図である。なお、薄膜トランジスタ２０は、最初にポリシリコン薄膜２１が形成され、その後、形成されたポリシリコン薄膜２１（すなわち、チャネル領域）の両端にソース２２とドレイン２３を設けることで、作成される。図２に示す薄膜トランジスタは、レーザアニール処理の結果、ソース２２とドレイン２３との間に、少なくとも一本のポリシリコン薄膜２１が形成される。図２のように、ソース２２とドレイン２３とが、電子移動度の高いポリシリコン薄膜２１により接続されることで、両者は電気的に接続され、薄膜トランジスタ２０としての機能を発揮できる。
図３は、本発明の第１の実施形態におけるマイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。図３に示すように、マイクロレンズアレイ１３は、複数のマイクロレンズ１７を含む。マイクロレンズアレイ１３の一行（基板の移動方向に平行な方向の一行）には、例えば、２０個のマイクロレンズ１７が含まれる。また、マイクロレンズアレイ１３の一列（基板の移動方向に垂直な方向の一列）には、例えば、８３個のマイクロレンズ１７が含まれる。なお、これらの数はあくまでも例示であって、マイクロレンズアレイ１３の一行又は一列に含まれるマイクロレンズ１７の数は、いくつであってもよい。
レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３に含まれる複数のマイクロレンズ１７を順次用いて、基板３０上の所定の領域にレーザ光１４を照射する。ここでは、基板３０上の複数の所定の領域のうち、ある１つの所定の領域（所定の領域Ａとする。なお、所定の領域Ａは図示していない。）がレーザを照射される状況を説明する。所定の領域Ａは、マイクロレンズアレイ１３の一番左側の行のマイクロレンズ１７を用いて、レーザアニール処理される領域とする。なお、基板３０上の複数の所定の領域の各々は、マイクロレンズアレイ１３の複数の行（図３の例では、８３行ある）のうち、いずれかの行（図３の例では、８３行のうちのいずれかの行）に含まれるマイクロレンズ１７によりレーザアニール処理される。
まず、所定の領域Ａは、マイクロレンズアレイ１３の一番左側の行のＴ列のマイクロレンズ１７によって、レーザアニール処理される。その後、基板３０は、所定の距離だけ移動する。所定の距離は、例えば、隣接するマイクロレンズ１７の間隔（あるいは、当該間隔に対応する距離）である。基板３０の移動後、所定の領域Ａは、今度はマイクロレンズアレイ１３の一番左側の行のＳ列のマイクロレンズ１７によって、レーザアニール処理される。これを繰り返すことにより、所定の領域Ａは、マイクロレンズアレイ１３の一行（基板の移動方向の一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７により、レーザ光１４が照射されることになる。すなわち、１つの所定の領域に対して、２０回（２０ショット）のレーザ光１４が照射されることになる。
このように、１つの所定の領域に対して、２０回（２０ショット）のレーザ光１４を照射することによって、当該所定の領域のレーザアニール処理を確実に実行し、ポリシリコン薄膜の結晶を成長させることが可能となる。
図４は、本発明の第１の実施形態における投影マスク１５の構成例を示す図である。図４に例示するように、投影マスク１５は、複数の開口部１５０を含む。投影マスク１５に含まれる複数の開口部１５０の位置は、図３に例示するマイクロレンズアレイ１３に含まれるマイクロレンズ１７の位置に対応する。そのため、図４に例示するように、投影マスク１５の一行（基板の移動方向の一行）に含まれる開口部１５０の数は２０個であり、当該投影マスク１５の一列に含まれる開口部１５０の数は８３個である。なお、当該開口部１５０の数はいくつであってもよい。
図４に例示するように、投影マスク１５に含まれる複数の開口部１５０の各々は、略長方形状である。複数の開口部１５０の各々は、基板３０上における所定の領域の形状に対応しており、所定の領域の形状が略長方形状であれば、複数の開口部１５０の各々の形状も略長方形状となる。なお、複数の開口部１５０の各々の形状は、必ずしも略長方形状である必要はなく、所定の領域の形状に対応していれば、どのような形状であってもよい。
図５は、投影マスク１５に含まれる開口部１５０の構成例である。なお、図５に例示する開口部１５０は、周縁部に“レーザ光の回折を低減可能な所定のパターン”が形成されていない場合の開口部１５０である。
図５に示すように、投影マスク１５は、レーザ光を透過する開口部１５０と、レーザ光を遮光する遮光領域（開口部以外の領域）とを含む。レーザ光は、投影マスクに含まれる開口部１５０を透過して、基板３０上の所定の領域に照射される。開口部１５０の長辺の長さは約１００［μｍ］であり、短辺の長さは約５０［μｍ］である。ただし、これらの長さは例示であって、どのような長さであってもよい。なお、マイクロレンズアレイ１３は、投影マスク１５の開口部１５０を例えば５分の１に縮小して、基板３０上に照射する。すなわち、開口部１５０を透過したレーザ光は、基板３０上において、当該開口部１５０の５分の１の範囲に対して照射される。すなわち、基板３０上の所定の領域は、長辺の長さが約２０［μｍ］、短辺の長さが約１０［μｍ］となる。なお、マイクロレンズアレイ１３の縮小率は、５分の１に限られず、どのような縮小率であってもよい。
図６は、図５に例示する投影マスク１５を用いて、レーザ光１４を照射した場合の、当該レーザ光１４のエネルギの状態を示すグラフである。図６（ｂ）のグラフは、図６（ａ）の投影マスクの開口部１５０の短辺に平行な直線Ｘ−Ｘ’に対応する位置のエネルギの状態を示す。図６のグラフにおいて、横軸は位置であり、縦軸はレーザ光１４のエネルギである。なお、図６の例は、あくまでも一例であって、レーザ光１４の照射エネルギや、開口部１５０の大きさなどによって、該レーザ光１４のエネルギの状況は変化しうる。
図６（ｂ）に示すように、チャネル領域となる部分に照射している場合、開口部１５０の周縁部（エッジ部分）を通過したレーザ光１４のエネルギが、他の箇所を通過したレーザ光１４のエネルギに比べて高くなっている。これは、開口部１５０の周縁部において、レーザ光１４が回析するためである。このように、レーザ光１４の照射するエネルギが高いと、基板３０上のアモルファスシリコン薄膜がポリシリコン薄膜となり、当該ポリシリコン薄膜が結晶化する速度が速くなる。そのため、基板３０上の所定の領域における、開口部１５０の周縁部に対応する部分（所定の領域の周縁部）の結晶化（ポリシリコン薄膜の結晶化）の速度が、他の部分（所定の領域の中央部分など）に比べて早くなってしまう。
そのため、所定の領域（チャネル領域となる部分）において、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が偏ってしまい、当該所定の領域においてポリシリコン薄膜の特性が均一とならない。そのため、最終的に作成される薄膜トランジスタの特性に偏りが生じることになる。その結果、基板を用いて作成された液晶に、表示むらが生じるという問題が生じてしまう。
そこで、図７に示すように、本発明の第１の実施形態の開口部１５０は、当該開口部１５０の周縁部に、レーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンを設ける。所定のパターンは、例えば、所定の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンである。多角形は、例えば、三角形や四角形など、どのような多角形であってもよい。
なお、所定の大きさは、マイクロレンズアレイ１３に含まれるマイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下であることが望ましい。所定のパターンに含まれる円弧や多角形がマイクロレンズ１７の解像力（解像度）よりも大きいと、レーザ光１４の照射によって、当該所定のパターンが基板３０上に再現されてしまうからである。ただし、所定の大きさは、必ずしもマイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下である必要はなく、当該解像力（解像度）より大きくてもよい。
なお、マイクロレンズ１７の解像力（解像度）は、例えば、当該マイクロレンズ１７を透過したレーザ光１４を用いて加工可能な大きさの最小値によって示される。マイクロレンズアレイ１３に含まれるマイクロレンズ１７の解像力（解像度）は、例えば、２［μｍ］である。この場合、所定のパターンは、例えば、２［μｍ］以下の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンであることが望ましい。なお、マクロレンズ１７の解像力（解像度）は、２［μｍ］に限られず、どのような値であってもよい。
また、所定のパターンは、必ずしも同じ多角形が連続している必要はなく、所定のパターンには異なる複数の多角形が含まれていてもよい。
図７は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部１５０の構成例を示す図である。図７に例示するように、開口部１５０の周縁部には、所定の大きさの三角形が連続した所定のパターンが設けられる。なお、所定のパターンに含まれる三角形の大きさは、マイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下の大きさであることが望ましい。
図７に例示するように、開口部１５０の周縁部に三角形状の所定のパターンが設けられると、当該周縁部において、隣接する一方の三角形の一辺により回析するレーザ光１４と、他方の三角形の一辺により回析するレーザ光１４とが互いに干渉しあって、打ち消し合う。そのため、開口部１５０の周縁部により回析するレーザ光１４が低減される。
なお、図７の例では、開口部１５０の周縁部の一方（例えば、図７に示す開口部１５０の長辺の左側の周縁部）に設けられる所定のパターンと、当該開口部１５０の周縁部の他方（例えば、図７に示す開口部１５０の長辺の右側の周縁部）に設けられる所定のパターンとは、同位相であってもよいし、逆位相であってもよい。また、両者の所定のパターンの位相は、互いに任意の角度ずれていてもよい。
図８は、図７に例示する投影マスク１５を用いて、レーザ光１４を照射した場合の、チャネル領域のおける当該レーザ光１４のエネルギの状態を示すグラフである。図８（ｂ）のグラフは、チャネル領域において、図８（ａ）の投影マスクの開口部１５０の短辺に平行な直線Ｘ−Ｘ’に対応する位置のエネルギの状態を示す。図８のグラフにおいて、横軸はチャネル領域における位置であり、縦軸はレーザ光１４のエネルギ（チャネル領域おけるエネルギ）である。なお、図８の例についても、図６と同様に、あくまでも一例であって、レーザ光１４の照射エネルギや、開口部１５０の大きさなどによって、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギの状況は変化しうる。
図８（ｂ）に示すように、チャネル領域において、開口部１５０を通過したレーザ光１４のエネルギは、どの部分においても均一になっている。図６（ｂ）の場合には、開口部１５０の周縁部においてレーザ光１４の照射エネルギが、他の部分よりも大きくなっているのに対して、図８（ｂ）の場合には、開口部１５０の周縁部と他の部分とで、レーザ光１４の照射エネルギに大きな差はなく概ね均一となっている。図８の例では、開口部１５０の周縁部に設けられた所定のパターンによって、レーザ光１４の回析が低減されるためである。
このように、所定の領域（チャネル領域となる部分）におけるレーザ光１４の照射エネルギが均一であると、当該所定の領域において、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が偏らず、当該ポリシリコン薄膜の特性が略均一となる。そのため、最終的に作成される薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制することが可能となり、結果として、基板を用いて作成された液晶に表示むらが生じることを抑制することができる。
図９は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部１５０の他の構成例を示す図である。上述したように、開口部１５０の周縁部に設けられる所定のパターンは、図９（ａ）に例示するように、所定の大きさの円弧が連続するものであってもよい。なお、所定のパターンに含まれる円弧の大きさは、マイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下の大きさであることが望ましい。
また、所定のパターンは、例えば、図９（ｂ）に示す正弦波や、図９（ｃ）に示す矩形波などであってもよい。正弦波や矩形波の振幅はどのような振幅であってもよいし、正弦波や矩形波の波長はどのような波長であってもよい。なお、正弦波や矩形波の振幅や波長は、マイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下であることが望ましい。ただし、正弦波や矩形波の振幅や波長は、必ずしもマイクロレンズ１７の解像力（解像度）以下である必要はなく、当該解像力（解像度）より大きくてもよい。また、図９（ｂ）の正弦波や図９（ｃ）の矩形波において、開口部１５０の周縁部の一方に設けられる波形と、当該開口部１５０の周縁部の他方に設けられる波形とは、同位相であっても、逆位相であっても、互いに任意の角度ずれていてもよい。
図１０は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた開口部１５０の他の構成例を示す図である。図１０（ａ）に示すように、開口部１５０の周縁部に設けられる所定のパターンは、当該開口部１５０の長辺に加えて、短辺の周縁部に設けられてもよい。これによって、開口部１５０の短辺の周縁部においても、レーザ光１４の回析を低減することができ、レーザ光１４の照射エネルギを均一にすることができる。また、図１０（ｂ）に示すように、開口部１５０の周縁部に設けられる所定のパターンは、当該開口部１５０の周縁部だけに設けられてもよい。すなわち、開口部１５０の長辺又は短辺の少なくとも一方の周縁部に所定のパターンを形成してもよい。
なお、開口部１５０の短辺の周縁部の一方に設けられる所定のパターンと、他方に設けられる所定のパターンとは、同位相であっても、逆位相であっても、互いに任意の角度ずれた位相であってもよい。また、開口部１５０の短辺の周縁部に設けられる所定のパターンは、図１０の例に限られず、円弧や多角形が連続したものや、正弦波、矩形波などであってもよいし、複数の多角形が組み合わされたものであってもよい。
次に、レーザ照射装置１０によって、レーザ光を照射する方法について説明する。図１１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０の動作例を示すフローチャートである。
図１１に示すように、まず、レーザ照射装置１０のレーザ光源１１が、レーザ光を発生する（Ｓ１０１）。続いて、マイクロレンズアレイ１３に配置され、当該レーザ光を透過させる複数の開口部１５０を含む投影マスク１５に、発生したレーザ光を透過させる（Ｓ１０２）。なお、当該複数の開口部１５０の各々の周縁部には、レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されている。最後に、マイクロレンズアレイ１３が、基板３０に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射する（Ｓ１０３）。
なお、基板３０は、１つのマイクロレンズ１７によりレーザ光１４が照射されるごとに、所定の距離だけ移動する。所定の距離は、隣接する所定の領域（チャネル領域）間の長さ（例えば、「Ｈ」）である。なお、レーザ照射装置１０は、基板３０を当該所定の距離移動させる間、レーザ光１４の照射を停止してもよいし、レーザ光１４を照射し続けてもよい。
上記のとおり、本発明の第１の実施形態では、投影マスク１５の複数の開口部１５０の各々の周縁部に、レーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンを設けることにより、レーザ光１４の照射エネルギの偏りを解消する。そのため、基板３０上の所定の領域におけるポリシリコン結晶の結晶化の程度が偏らず、当該ポリシリコン薄膜の特性が略均一となる。その結果、基板３０に形成される複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制することが可能となり、基板３０を用いて作成された液晶に表示むらが生じることを防止することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、マイクロレンズアレイ１３の代わりに、１個の投影レンズ１８を用いて、レーザアニール処理を行う場合の実施形態である。
図１２は、本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例を示す図である。図１２に示すように、本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置１０は、レーザ光源１１と、カップリング光学系１２と、投影マスク１５と、投影レンズ１８とを含む。なお、レーザ光源１１と、カップリング光学系１２とは、図１に示す第１の実施形態におけるレーザ光源１１と、カップリング光学系１２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
レーザ光は、投影マスク１５の複数の開口部を透過し、投影レンズ１８により、基板３０に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射される。その結果、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、アモルファスシリコン薄膜の一部がポリシリコン薄膜となる。
ここで、第２の実施形態において、投影マスク１５は、図７、９及び１０に例示するような、開口部の周縁部にレーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが設けられた投影マスク１５である。所定のパターンは、例えば、図７に例示するように所定の大きさの三角形が連続するものや、図９（ａ）に例示するように所定の大きさの円弧が連続するものであってもよい。なお、所定のパターンに含まれる三角形や円弧の大きさは、投影レンズ１８の解像力（解像度）以下の大きさであることが望ましい。また、所定のパターンは、例えば、図９（ｂ）に示す正弦波や、図９（ｃ）に示す矩形波などであってもよい。なお、正弦波や矩形波の振幅や波長（又は半波長）は、投影レンズ１８の解像力（解像度）以下であることが望ましい。
本発明の第２の実施形態においても、レーザ照射装置１０は所定の周期でレーザ光１４を照射し、レーザ光１４が照射されていない時間に基板３０を移動させ、次のアモルファスシリコン薄膜の箇所に当該レーザ光１４が照射されるようにする。
ここで、投影レンズ１８を用いる場合、レーザ光１４が照射される領域は、当該投影レンズ１８の光学系の倍率で換算される。すなわち、基板３０上でレーザアニール処理される所定の領域は、投影マスク１５に含まれる開口部１５０が、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算された領域となる。投影マスク１５の開口部１５０は、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算され、基板３０上の所定の領域がレーザアニール処理される。投影レンズ１８の光学系の倍率は約２倍であるため、投影マスク１５の開口部１５０は、約１／２（０．５）倍され、基板３０の所定の領域（チャネル領域となる部分）がレーザアニール処理される。そのため、基板３０上における所望の所定の領域の大きさを基準として、投影レンズ１８の光学系の倍率に基づいて、開口部１５０の大きさを設定する必要がある。なお、投影レンズ１８の光学系の倍率は、約２倍に限られず、どのような倍率であってもよい。例えば、投影レンズ１８の光学系の倍率が４倍であれば、投影マスク１５の開口部１５０は、約１／４（０．２５）倍され、基板３０の所定の領域がレーザアニール処理される。
なお、投影レンズ１８が倒立像を形成する場合、基板３０に照射される投影マスク１５の開口部１５０の縮小像は、投影レンズ１８のレンズの光軸を中心に１８０度回転したパターンとなる。一方、投影レンズ１８が正立像を形成する場合、基板３０に照射される投影マスク１５の開口部１５０の縮小像は、当該投影マスク１５の開口部１５０そのままとなる。図１２の例では、正立像を形成する投影レンズ１８を用いているため、投影マスク１５の開口部１５０が、基板３０上にそのまま縮小されている。
上記のとおり、本発明の第２の実施形態では、投影レンズ１８を用いる場合において、投影マスク１５に含まれる複数の開口部１５０の各々の周縁部に、レーザ光１４の回折を低減可能な所定のパターンを設けることにより、レーザ光１４の照射エネルギの偏りを解消する。そのため、基板３０上の所定の領域におけるポリシリコン結晶の結晶化の程度が偏らず、当該ポリシリコン薄膜の特性が略均一となる。その結果、基板３０に形成される複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制することが可能となり、基板３０を用いて作成された液晶に表示むらが生じることを防止することができる。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「垂直」「平行」「平面」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上記実施の形態に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。
１０ レーザ照射装置
１１ レーザ光源
１２ カップリング光学系
１３ マイクロレンズアレイ
１４ レーザ光
１５ 投影マスク
１５０ 開口部
１７ マイクロレンズ
１８ 投影レンズ
２０ 薄膜トランジスタ
２１ ポリシリコン薄膜
２２ ソース
２３ ドレイン
３０ 基板

Claims (11)

  1. レーザ光を発生する光源と、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に前記レーザ光を照射する投影レンズと、
    前記投影レンズに配置され、前記レーザ光を透過させる複数の開口部を含む投影マスクと、を備え、
    前記複数の開口部の各々の周縁部には、前記レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とするレーザ照射装置。
  2. 前記所定のパターンは、所定の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 前記投影レンズは、前記レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、
    前記所定の大きさは、前記マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射装置。
  4. 前記投影レンズは、前記レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、
    前記所定のパターンは、正弦波又は矩形波であり、
    前記正弦波又は矩形波の波長及び振幅は、前記マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
  5. 前記複数の開口部の各々は略長方形であり、前記長方形の長辺又は短辺の少なくとも一方の周縁部に前記所定のパターンが形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
  6. レーザ光を照射する投影レンズに配置される投影マスクであって、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記投影レンズからの前記レーザ光を透過させる複数の開口部と、を含み、
    前記複数の開口部の各々の周縁部には、前記レーザ光の回析を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とする投影マスク。
  7. 前記所定のパターンは、所定の大きさの円弧又は多角形が連続するパターンであることを特徴とする請求項６に記載の投影マスク。
  8. 前記投影レンズは、前記レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、
    前記所定の大きさは、前記マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴とする請求項７に記載の投影マスク。
  9. 前記投影レンズは、前記レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、
    前記所定のパターンは、正弦波状のパターン又は矩形波状のパターンであり、
    前記正弦波又は矩形波の波長及び振幅は、前記マイクロレンズアレイの解像力以下であることを特徴とする請求項６に記載の投影マスク。
  10. 前記複数の開口部の各々は略長方形であり、前記長方形の長辺又は短辺の少なくとも一方の周縁部に前記所定のパターンが形成されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の投影マスク。
  11. レーザ光を発生する発生ステップと、
    投影レンズに配置され、前記レーザ光を透過させる複数の開口部を含む投影マスクによって、前記レーザ光を透過させる透過ステップと、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記投影マスクを介して前記レーザ光を照射する投影ステップと、を含み、
    前記複数の開口部の各々の周縁部には、前記レーザ光の回折を低減可能な所定のパターンが形成されることを特徴とするレーザ照射方法。
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