JP4405902B2 - レーザーマスク、レーザー結晶化方法、及び表示素子の製造方法 - Google Patents

レーザーマスク、レーザー結晶化方法、及び表示素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法に関し、より詳しくは、シリコン薄膜の結晶化特性を向上させることができるレーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法に関する。
最近、情報ディスプレイへの関心が高まり、携帯可能な情報媒体を利用しようとする要求が高まることによって、既存の表示装置であるブラウン管（Cathode Ray Tube；CRT）を代替する、軽量の薄膜型平板表示装置（Flat Panel Display；FPD）に関する研究及び商業化が重点的に行われている。特に、このような平板表示装置のうち液晶表示装置（Liquid Crystal Display；LCD）は、液晶の光学的異方性を利用してイメージを表示する装置であって、解像度、カラー表示及び画質などに優れており、ノートブックやデスクトップモニタなどに活発に適用されている。
前記液晶表示装置に主に用いられる駆動方式である能動マトリックス（Active Matrix；AM）方式は、非晶質シリコン薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；TFT）をスイッチング素子として使用して画素部の液晶を駆動する方式である。
非晶質シリコン薄膜トランジスタ技術は、１９７９年英国のＬｅＣｏｍｂｅｒなどにより概念が確立され、１９８６年に３インチ液晶の携帯用テレビとして実用化され、最近、５０インチ以上の大面積の薄膜トランジスタ液晶表示装置が開発された。
しかしながら、前記非晶質シリコン薄膜トランジスタの電気的移動度（＜１ｃｍ２／Ｖｓｅｃ）としては、１Ｍｈｚ以上の高速動作を要求する周辺回路に利用するのには限界がある。これにより、前記非晶質シリコン薄膜トランジスタに比べて電界効果移動度の大きい、多結晶シリコン薄膜トランジスタを利用して、ガラス基板上に画素部と駆動回路部を同時に集積する研究が活発に進行している。
多結晶シリコン薄膜トランジスタ技術は、１９８２年に液晶カラーテレビが開発された以来、カムコーダのような小型モジュールに適用されており、低い感光度及び高い電界効果移動度を有しており、駆動回路を基板に直接製作できるという利点がある。
移動度の増加は、駆動画素数を決定する駆動回路部の動作周波数を向上させることができ、これにより、表示装置の高精細化が容易になる。且つ、画素部の信号電圧の充電時間の減少により伝達信号の歪曲が減り、画質の向上を期待することができる。
一方、このような多結晶シリコン薄膜トランジスタを製作する方法としては、多結晶シリコン薄膜を基板上に直接蒸着する方法、及び基板上に非晶質シリコン薄膜を蒸着した後に熱処理して結晶化する方法などがある。特に、低価のガラス基板を使用するためには低温工程が要求され、駆動回路部の素子に利用するためには薄膜トランジスタの電界効果移動度を向上させる方法が要求される。
このとき、非晶質シリコン薄膜を結晶化する熱処理方法としては、固相結晶化（Solid Phase Crystallization；SPC）方法、及びエキシマレーザーアニール（Eximer Laser Annealing；ELA）方法などがある。
前記固相結晶化は、例えば、６００℃内外の温度で多結晶シリコン薄膜を形成するための方法であって、ガラス基板上に非晶質シリコン薄膜を形成した後、約６００℃で数時間〜数十時間の間加熱処理を施すことにより、非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法である。前記固相結晶化方法により得られた多結晶シリコン薄膜は、通常、数μｍ水準の比較的大きいグレイン（粒径）を有するが、前記グレイン内に欠陥が多く形成されるという欠点がある。このような欠陥は、多結晶シリコン薄膜トランジスタのグレイン境界としては悪くないが、薄膜トランジスタの性能に良くない影響を及ぼすことが知られている。
エキシマレーザーアニール方法は、低温で多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する核心的な方法であって、高いエネルギーを有するレーザービームを非晶質シリコン薄膜に数十ｎｓｅｃ照射することにより、前記非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法である。非常に短い時間に非晶質シリコンの溶融及び結晶化がなされるので、ガラス基板が全く損傷を受けないという利点がある。
また、エキシマレーザーを利用して製作された多結晶シリコン薄膜は、他の一般的な熱処理方法により製作された多結晶シリコン薄膜より電気的特性が優れているという利点がある。例えば、一般的に、非晶質シリコン薄膜トランジスタの電界効果移動度は、０．１〜０．２ｃｍ２／Ｖｓｅｃ程度で、一般的な熱処理方法により製作された多結晶シリコン薄膜トランジスタの電界効果移動度は、１０〜２０ｃｍ２／Ｖｓｅｃ程度であるのに対し、前記エキシマレーザーを利用して製作された多結晶シリコン薄膜トランジスタは、１００ｃｍ２／Ｖｓｅｃを超える電界効果移動度を有する（IEEE Trans. Electron Devices, vol.３６, no.１２, p.２８６８, １９８９）。
以下、レーザーを利用した結晶化方法について詳細に説明する。
図１７は、照射されるレーザーエネルギー密度に対する結晶化したシリコン薄膜のグレインサイズを示すグラフである。
図に示すように、第１領域I及び第２領域ＩＩでは、レーザーエネルギー密度が増加するほど、結晶化した多結晶シリコン薄膜のグレインサイズが増加していることが分かる（IEEE Electron Dev. Lett., DEL-７, ２７６, １９８６）。しかしながら、第３領域ＩＩＩ（特定のエネルギー密度Ｅｃ以上のエネルギーが照射される領域）では、結晶化した多結晶シリコン薄膜のグレインサイズが急激に減少することが分かる。
即ち、照射されるレーザーエネルギー密度によってシリコン薄膜の結晶化メカニズムが異なるということが分かり、これを詳細に説明すると次のようになる。
図１８〜図２０は、図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図で、各レーザーエネルギー密度による結晶化過程を順次示している。
このとき、レーザーアニールによる非晶質シリコンの結晶化メカニズムは、レーザー照射条件（レーザーエネルギー密度、照射圧力、基板温度など）、及び非晶質シリコン薄膜の物性的、幾何学的特性（吸収係数、熱伝導度、質量、不純物含有度、厚さなど）など、様々な要因により影響を受ける。
まず、図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７に示すグラフの第１領域Ｉに対するシリコン結晶化メカニズムを順次示す断面図であって、前記第１領域Ｉは、部分溶融領域であり、非晶質シリコン薄膜１２は、点線部分まで結晶化がなされ、このとき形成されるグレイン３０のサイズは、数百Å程度である。
即ち、バッファ層１１が形成された基板１０上の非晶質シリコン薄膜１２に第１領域Ｉのレーザーが照射されると、前記非晶質シリコン薄膜１２は溶けるが、レーザービームに直接露出する非晶質シリコン薄膜１２の表面には強いレーザーエネルギーが照射され、非晶質シリコン薄膜１２の下部には相対的に弱いレーザーエネルギーが照射されることによって、非晶質シリコン薄膜１２の一定部分のみが溶融されて部分的な結晶化が起こる。
このとき、レーザー結晶化による結晶成長過程は、第１過程がレーザーの照射による非晶質シリコン表面層の１次溶融で、第２過程が１次溶融層の固相化による潜熱の発生及びこれによる下部層の２次溶融で、第３過程が固相化を通しての結晶成長で、以下にこのような結晶成長過程について詳細に説明する。
レーザーが照射された非晶質シリコン薄膜は、溶融温度（１０００℃）を上回るようになって液相状態に１次溶融される。次いで、前記１次溶融層は、下部シリコン及び基板との高い温度差が発生して固相核生成及び固相化が発生するまで急激に冷却される。レーザーの照射による溶融層は、固相核生成及び固相化が起こるまで維持され、このような溶融状態は、蒸発が起こらない範囲では、レーザーエネルギー密度が高いほど、または外部への熱放出が少ないほど長い間持続する。また、１次溶融層は、結晶質シリコンの溶融温度（１４００℃）より低い温度（１０００℃）で溶融されるので、前記溶融層は、冷却されて相変化以下の温度に下がる過冷却状態に維持され、このような過冷却状態が大きいほど、即ち、薄膜の溶融温度が低いか、または冷却速度が速いほど、固相化時における核生成率の増加をもたらし、微細な結晶成長をなすようになる。
１次溶融層が冷却されて固相化が開始すると、結晶核を中心に上方に結晶成長がなされ、このとき、１次溶融層の液相から固相への相変化による潜熱が放出されて、固体状態の下部非晶質シリコン薄膜を２次溶融させ、再び固相化を通してのこのような過程が繰り返されて結晶が成長する。このとき、下部の２次溶融層は、１次溶融層に比べて、さらに過冷却された状態で核生成率が増加して結晶のサイズが小さくなる。
従って、レーザーアニールによる結晶化時に結晶化特性を向上させるためには、固相化による冷却速度を遅らせることが効果的な方法であり、これにより、基板の加熱、二重ビームの照射、バッファ絶縁層の挿入などのように、吸収されたレーザーエネルギーの外部への熱放出を抑制して冷却速度を遅らせる方法を用いることができる。
図１９Ａ〜図１９Ｃは、図１７に示すグラフの第２領域ＩＩに対するシリコン結晶化メカニズムを順次示す断面図であって、前記第２領域ＩＩは、準完全溶融領域を示す。
図に示すように、３０００〜４０００Å程度の比較的大きいサイズのグレイン３０Ａ〜３０Ｃを有する多結晶シリコン薄膜が下部バッファ層１１の界面まで形成されている。
即ち、完全な溶融エネルギーでないほぼ完全な溶融エネルギーを非晶質シリコン薄膜１２に照射すると、バッファ層１１と近接した領域まで非晶質シリコン薄膜１２が溶融される。このとき、前記溶融された非晶質シリコン薄膜１２´とバッファ層１１との界面に溶けない固体シード３５が存在して、前記シードが結晶化核として作用して側面成長を誘導することにより、比較的大きいグレイン３０Ａ〜３０Ｃが形成される（J. Appl. Phys. ８２, ４０８６）。
しかしながら、前記結晶化は、溶けない固体シード３５がバッファ層１１との界面に残っているようなレーザーエネルギーを照射しなければ可能でない方法であるので、製法する手段が非常に狭いという欠点を有する。且つ、前記固体シード３５が不均一に生成されるため、結晶化した多結晶シリコン薄膜のグレイン３０Ａ〜３０Ｃが互いに異なる結晶化方向、即ち、互いに異なる結晶化特性を有するようになるという欠点を有する。
最後に、図２０Ａ〜図２０Ｃは、図１７に示すグラフの第３領域ＩＩＩに該当する完全溶融領域に対する結晶化メカニズムを示す断面図である。
図に示すように、前記第３領域ＩＩＩに該当するエネルギー密度では、非常に小さいサイズのグレイン３０が不規則に形成されている。
即ち、レーザーエネルギー密度が一定水準（Ｅｃ）以上になるときは、非晶質シリコン薄膜１２に充分なエネルギーが加えられて、前記非晶質シリコン薄膜１２が全て溶融され、グレインに成長することができる固体シードが残らないようになる。その後、強いエネルギーのレーザーの照射により溶融されたシリコン薄膜１２´は、急激な冷却過程を経ながら多数の均一な核３５が生成され、その結果、微細なグレイン３０が形成されるようになる。
一方、前記レーザー結晶化としては、パルス状のレーザーを利用したエキシマレーザーアニール方法が主に用いられるが、近来、グレインを横方向に成長させて結晶化特性を画期的に向上させた順次的横方向結晶化（Sequential Lateral Solidification；SLS）方法が提案されて広く研究されている。
前記順次的横方向結晶化は、グレインが、液相シリコンと固相シリコンとの境界面で、前記境界面に対し垂直方向に成長することを利用したもので（Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.４５２, ９５６〜９５７, １９９７）、レーザーエネルギーの大きさ及びレーザービームの照射範囲を適宜調節して、グレインを所定の長さだけ側面成長させることにより、シリコングレインのサイズを向上させることができる結晶化方法である。
このような順次的横方向結晶化は、横方向結晶化の一例であり、以下に前記横方向結晶化に対する結晶化メカニズムについて図を参照して説明する。
図２１Ａ〜図２１Ｃは、一般的な横方向結晶化による結晶化過程を順次示す断面図である。
まず、図２１Ａに示すように、非晶質シリコン薄膜１１２が完全に溶融されるエネルギー密度以上（即ち、前述の図１７における第３領域ＩＩＩ）のレーザーが照射されると、前記レーザーの照射を受けた部分の非晶質シリコン薄膜１１２は、完全に溶融される。
このとき、レーザーが照射される照射領域と照射されない非照射領域とは、予めパターン化されたマスクを利用することで可能になる。
このとき、図２１Ｂ及び図２１Ｃに示すように、非晶質シリコン薄膜１１２に充分なエネルギーのレーザーが照射されるため、前記非晶質シリコン薄膜１１２を完全に溶かすが、一定の間隔のビームを用いて溶かすため、レーザーが照射されない非照射領域のシリコン薄膜１１２と溶融されたシリコン薄膜１１２´との境界面に存在する固相シリコンを核として結晶が成長するようになる。
即ち、レーザーエネルギーの照射が終わった直後から、溶融されたシリコン薄膜１１２´は、左右面、即ち、レーザーが照射されない非照射領域を通して冷却されるようになる。これは、シリコン薄膜１１２、１１２´下部のバッファ層１１１またはガラス基板１１０より、左右面の固相非晶質シリコン薄膜１１２がさらに大きな熱伝導度を有するためである。
従って、溶融されたシリコン薄膜１１２´は、中央部より左右の固相と液相との界面で優先的に核形成温度に到達し、その部分で結晶核が形成される。結晶核が形成された後は、温度の低い側から高い側に、即ち、界面から中央部にグレイン１３０Ａ、１３０Ｂの横方向成長が起こる。
このような側面結晶成長により、大きいグレイン１３０Ａ、１３０Ｂが形成され、且つ、第３領域ＩＩＩのエネルギーで工程を進行するので、製法手段が広いという利点を有する。
しかしながら、このような順次的横方向結晶化においては、グレインのサイズを増加させるために、マスクまたはステージを複数回繰り返して微少移動させて結晶化を進行させるため、所望の領域全体に対し結晶化をなすためには、結晶化に多大な時間を要し、これにより、全体工程時間が増加して工程収率が減少するという問題点があった。
本発明は、このような問題を解決するためのもので、従来に比べて同面積に対する結晶化をさらに迅速に進行させることにより、生産収率を向上させることができるレーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップが一部で生じた場合に、ショットマークが発生しないように結晶化工程を改善することによって、レーザーのオーバーラップによるショットマークが除去されて、均一な結晶化特性を有する薄膜を得ることができるレーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、前述の結晶化方法を用いて製作した結晶化特性が向上したシリコン薄膜を備えた液晶表示素子及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明によるレーザーマスクは、複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成され、これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、前記複数の透過領域は、円形状を有し、各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有することを特徴とする。
そして、前記のレーザーマスクを利用したレーザー結晶化方法は、半導体膜が形成されている基板を提供する段階と、複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成され、これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、前記複数の透過領域は、円形状に形成され、各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有することを特徴とするマスクを前記基板上に位置させる段階と、前記第１のブロックを介して、前記半導体膜上に１次レーザービームを照射することで円形状の１次結晶を形成する段階と、前記第２のブロックを介して、前記１次結晶が形成された半導体膜上に２次レーザービームを照射することで、前記１次結晶の円周を開始点として前記第２のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、２次結晶を形成する段階と、前記第３のブロックを介して、前記１次結晶および前記２次結晶が形成された半導体膜上に３次レーザービームを照射することで、前記１次結晶または前記第２の結晶と前記第３のブロックのマスクパターンとが重なる部分を開始点として前記第３のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、３次結晶を形成する段階とを含み、照射される前記１次レーザービーム、前記２次レーザービーム、および前記３次レーザービームのそれぞれは、完全溶融領域のエネルギー密度を有し、前記半導体膜を順次的横方向結晶化方法により結晶化することで、前記１次結晶、前記２次結晶、および前記３次結晶を、ショットマークがなく、放射状に成長した均一なグレインを有するように形成する。
また、前記表示素子の製造方法は、基板上に、交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインを形成する段階と、前記ゲートラインとデータラインとの交差領域に薄膜トランジスタを形成する段階とを含む表示素子の製造方法であって、前記薄膜トランジスタを形成する段階は、前記基板上に、半導体膜を形成する段階、前記基板上に、複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成され、これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、前記複数の透過領域は、円形状に形成され、各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有することを特徴とするマスクを前記基板上に位置させる段階と、前記第１のブロックを介して、前記半導体膜上に１次レーザービームを照射することで円形状の１次結晶を形成する段階と、前記第２のブロックを介して、前記１次結晶が形成された半導体膜上に２次レーザービームを照射することで、前記１次結晶の円周を開始点として前記第２のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、２次結晶を形成する段階と、前記第３のブロックを介して、前記１次結晶および前記２次結晶が形成された半導体膜上に３次レーザービームを照射することで、前記１次結晶または前記第２の結晶と前記第３のブロックのマスクパターンとが重なる部分を開始点として前記第３のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、３次結晶を形成する段階とを含み、照射される前記１次レーザービーム、前記２次レーザービーム、および前記３次レーザービームのそれぞれは、完全溶融領域のエネルギー密度を有し、前記半導体膜を順次的横方向結晶化方法により結晶化することで、前記１次結晶、前記２次結晶、および前記３次結晶を、ショットマークがなく、放射状に成長した均一なグレインを有するように形成する。
本発明によるレーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法においては、一定のパターンを有するスリットをマスクに適用し、このようなスリットの反復性を考慮してレーザー結晶化を進行させることによって、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップ、即ち、ショットマークが除去されて結晶化特性が向上した多結晶シリコン薄膜が得られる。
また、このように結晶化特性が向上した多結晶シリコン薄膜を利用して液晶表示素子を製作する場合は、アクティブ層の結晶化特性の向上により、素子の特性及び信頼性が向上するという効果が得られる。
また、前記ショットマークの除去により、液晶表示パネルの画質が改善するという効果が得られる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１Ａは、本発明の順次的横方向結晶化に使用されるレーザーマスクを示す例示図で、一般的な結晶化工程に比べて結晶化時間を短縮できるように設計されたマスクを示す。
図に示すように、レーザーマスク２７０は、縦方向及び横方向に所定の長さを有する矩形状の透過領域２７３を有するスリット状のパターン２７５を含んでいる。
前記レーザーマスク２７０は、光を透過させる矩形状の２つの透過領域２７３と、光を遮断する遮断領域２７４とからなり、前記スリット２７５の透過領域２７３を透過したレーザービームは、透過領域２７３の形状（即ち、矩形）に従って、所定のシリコン薄膜を結晶化する。
しかしながら、図１Ｂに示すように、このように結晶化したシリコン薄膜のエッジ部Ｅは、レーザービームの回折により、実質的にマスクパターン、即ち、スリット２７５状に結晶化することなくラウンド状を有するようになるが、以下にこれを詳細に説明する。
参考として、図１Ｂにおいて、結晶化したシリコン薄膜のエッジ部Ｅ内の点線は、前記結晶化に使用されたマスク２７０のスリット２７５の形状を示している。
図２は、図１Ｂに示す結晶化したシリコン薄膜のエッジ部Ｅを拡大して示す平面図で、図に示すように、前記エッジ部Ｅの中央であるＡ領域には、シリコン薄膜を十分に溶かす程度の完全溶融エネルギーが照射されて、スリット２７５と類似した形状に結晶化パターンが形成されるが、前記エッジ部Ｅの角部であるＢ領域に対応するスリット２７５のエッジ部には、レーザービームの回折により、シリコン薄膜を十分に溶かすことができる部分溶融エネルギー以下のレーザービームが照射されることとなり、結果的に、エッジ部Ｅは、凸状のラウンド状を有するようになる。
これは、前記ラウンド状を有する結晶化したシリコン薄膜のエッジ部Ｅにおけるグレインが、前記ラウンド状に溶融された境界面に位置した非晶質シリコン薄膜を核として成長するので、第１グレイン２３０Ａと異なる方向に成長した第２グレイン２３０Ｂが形成されるためである。即ち、前記第２グレイン２３０Ｂは、第１グレイン２３０Ａと異なる結晶化特性を有し、その結果、結晶化したシリコン薄膜内に不連続的な領域が存在するようになる。
このとき、前記結晶化したシリコン薄膜の凸状のエッジ部Ｅである不連続領域は、その幅Ｗだけ異なる結晶化特性を有するので、前記シリコン薄膜を液晶表示素子に適用するためには、前記不連続領域の幅Ｗを減らすことが重要である。
以下、このようなマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する結晶化工程を説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは、図１Ａに示すマスク２７０を用いてシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す平面図である。
まず、図３Ａに示すように、前述の図１Ａに示すマスク２７０を基板２１０上に位置させ１次レーザービームを照射して、前記基板２１０上に蒸着された非晶質シリコン薄膜２１２の結晶化を進行させる。
このとき、結晶化する領域は、前記マスク２７０の透過領域２７３に対応する部分であり、マスク２７０の透過領域が２つであると、横方向に所定の長さを有して２つの結晶化領域が形成される。
即ち、矩形状のスリット２７５が形成されているマスク２７０を適用して、基板２１０の表面に１次レーザービームを照射すると、前記スリット２７５を通してレーザーが照射されたシリコン薄膜は、上下境界面に位置した非晶質シリコン薄膜２１２を核として横方向に成長した第１グレイン２３０Ａを有するようになる。
このとき、前記結晶化したシリコン薄膜２１２´のエッジ部は、前述したように、レーザービームの回折により、実質的にマスクパターン、即ち、スリット２７５の形状に結晶化することなくラウンド状を有するようになるが、前記ラウンド状を有する結晶化したシリコン薄膜２１２´のエッジ部では、前記ラウンド状に溶融された境界面に位置した非晶質シリコン薄膜２１２を核として成長するので、前記第１グレイン２３０Ａと異なる方向に成長した第２グレイン２３０Ｂが形成される。
即ち、前記第２グレイン２３０Ｂは、第１グレイン２３０Ａと異なる結晶化特性を有し、結晶化したシリコン薄膜に不連続的な領域が存在するようになる。
このような１次結晶化が完了すると、前記基板２１０が載置されたステージ（図示せず）またはマスク２７０を、前記マスク２７０パターン（即ち、スリット２７５パターン）の横方向の長さより短く移動させた後、２次レーザービームを照射して、連続的にＸ軸方向への結晶化を進行させる。
例えば、前記ステージをＸ軸方向に移動させて、前記スリット２７５パターンが結晶化したシリコン薄膜２１２´の不連続領域２８０に重なるようにし、基板２１０の表面に２次レーザービームを照射すると、図３Ｂに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜２１２´パターンと同一の２次結晶化パターン２１２´´が、前記１次結晶化シリコン薄膜２１２´の不連続領域２８０と重なるようにＸ軸方向に形成される。
その後、前記基板２１０の表面に同一の方法で３次レーザービームを照射すると、前記２次結晶化により結晶化したシリコン薄膜２１２´´パターンと同一の３次結晶化パターン２１２´´´が、前記２次結晶化シリコン薄膜２１２´´の不連続領域２８０と重なるように形成される。
このとき、前記不連続領域２８０の幅Ｗが広いほど、次のショットのためのレーザービームのオーバーラップ領域が広くなり、その結果、全体結晶化時間が増加するという問題点が発生する。前記結晶化したシリコン薄膜２１２´、２１２´´、２１２´´´の不連続領域２８０は、互いに異なる結晶化特性を有し、且つ、前記不連続領域２８０周囲のシリコン薄膜２１２は、結晶化することなく非晶質状態で残っているため、次のショットは、前記不連続領域２８０が重なるようにオーバーラップさせるべきである。
次いで、前述の方法によるＸ軸方向への結晶化が完了すると、前記マスク２７０またはステージをＹ軸方向に（ステージを移動させる場合は−Ｙ軸方向に）所定距離移動させる。
その後、図３Ｃに示すように、１次結晶化工程が終わった部分から再びＸ軸方向へのレーザー照射工程を進行する。
前述の結晶化を繰り返して進行させると、多結晶シリコン薄膜は、定常状態のグレインを有する複数の第１領域Ｐ１と、これらの第１領域Ｐ１間に存在し、結晶化特性が異なる不連続領域である第２領域Ｐ２とが存在するようになるという問題点がある。
即ち、前述の結晶化特性が異なる不連続領域の存在は、前記結晶化した薄膜を利用して製作した液晶表示素子の特性不均一をもたらし、その結果、液晶表示装置の質を低下させるという問題が発生する。
また、前記不連続領域周囲のシリコン薄膜は、結晶化することなく非晶質シリコン状態で残っているため、次のショットは、前記不連続領域が重なるようにオーバーラップさせるべきである。一方、前記不連続領域が重なったオーバーラップ領域（即ち、Ｘ−オーバーラップ領域）は、前述のレーザー結晶化工程によるショットマークで、液晶表示装置や有機ＥＬ（Organic Light Emitting Diodes；OLED）の素子への適用時に画質不良や素子特性不均一をもたらすという問題を発生させる。
一方、前記の結晶化には適用していないが、前記グレインをＹ軸方向に成長させてグレインサイズを増加させるために、マスクをＹ軸方向にオーバーラップさせて繰り返して結晶化を進行させることもできるが、このとき、Ｙ軸方向へのオーバーラップ領域（即ち、Ｙ−オーバーラップ）によるショットマークが問題となり得る。
また、前述のショットマークの問題は、前述した移行方式を利用するレーザーマスクパターンだけでなく、図４に示すシングルスキャン方式のレーザーマスク３７０の場合にも重要な問題となっている。
即ち、前記ショットマークの問題は、レーザービームがオーバーラップする全ての結晶化方法において解決すべき問題である。
従って、本発明においては、前記レーザービームがオーバーラップする部分をマスクパターンの周期性を利用して除去したレーザーマスク及びこれを利用した結晶化方法を提供する。
即ち、一定の周期性を有するスリットパターンをレーザーマスクに３つのブロックに分けて構成し、前記パターンの反復性を利用してレーザービームを３−ショットで照射するが、このとき、前記３−ショットにより結晶化したシリコン薄膜は、前記パターンの周期性により、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップのない均一な結晶化特性を有するようになる。
前記３つのブロックに分けられるマスクパターンは、３−ショットにより、ショットマークのない放射状の均一なグレインが成長されるが、以下にこれを詳細に説明する。
まず、前述したような周期性を有するパターン、及びこれを本発明によるレーザーマスクに構成する方法について説明する。
図５は、本発明によるレーザーマスクに周期性を有するパターンを構成する方法を示す例示図である。このとき、本発明によるレーザーマスクは、周期性を有する３種のパターンに区分される３−ブロックから構成することができる。
図に示すように、本発明によるレーザーマスクは、ショットマークを除去するために、前記レーザーマスクに円形状のビーム通過領域Ａ、Ｂ、Ｃを構成する場合において、レーザーマスクを大きく３つに分け、第１のブロックには、Ａ位置を有するレーザービーム通過領域（即ち、円形状のマスクパターン）４７５Ａを形成し、第２のブロックには、ＢまたはＣの位置を有するビーム通過領域４７５Ｂまたはビーム通過領域４７５Ｃを形成する。
また、第３のブロックには、残りのＣまたはＢ位置（前記第２のブロックが、Ｂ位置を有する場合はＣ位置、Ｃ位置を有する場合はＢ位置）を有するビーム通過領域４７５Ｃまたはビーム通過領域４７５Ｂを形成する。即ち、円形状のマスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃを、レーザー結晶化マスクに３つのブロックに分けて形成する。
一方、図５においては、Ｃ位置のビーム通過領域４７５Ｃを基準に（即ち、前記Ｃ位置のビーム通過領域４７５Ｃを中心に）、本発明によるレーザーマスクにパターンを構成する方法を示しているが、Ａ位置のビーム通過領域４７５ＡまたはＢ位置のビーム通過領域４７５Ｂを基準にすることもできる。基準点の前記ビーム通過領域４７５Ｃを中心にその周囲には、基準点の前記ビーム通過領域４７５Ｃを除いたＡ位置のビーム通過領域４７５Ａ及びＢ位置のビーム通過領域４７５Ｂが構成されている。
また、前記の３種のパターン４７５Ａ〜４７５Ｃを有するレーザーマスクを用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化した場合、前記隣接する３種のマスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃが１つずつ集まって１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって、図に示すように正六角形のパターンをなして結晶化する。
即ち、前記正六角形パターンの中心は、第２のブロックに形成される、即ち、Ｃ位置のマスクパターン４７５ＣまたはＢ位置のマスクパターン４７５Ｂが中心に位置し、その周囲に前記パターンと異なるパターン（即ち、パターンの中心にＣ位置のマスクパターン４７５Ｃが位置する場合は、Ａ位置のマスクパターン４７５Ａ及びＢ位置のマスクパターン４７５Ｂ）が位置する。
且つ、前記３種のパターン４７５Ａ〜４７５Ｃを順に用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化した場合、前記隣接する３種のマスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃは、それぞれ前記正三角形の頂点に位置する。
一方、本発明において、ショットマークなしに３−ショットにより全ての領域を結晶化するために、前記ビーム通過領域であるマスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃは、前記マスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃのサイズと、各マスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃ間の間隔間に所定の関係式を満足すべきであるが、以下にこれを図に基づいて説明する。
図６は、図５において、本発明によるレーザーマスクのビーム通過領域の大きさを示す例示図で、Ａ位置のビーム通過領域を示している。
図に示すように、各ビーム通過領域（ここでは、Ａ位置のビーム通過領域４７５Ａ）の半径をＲとし、前記ビーム通過領域４７５Ａの中心間の距離をＬとすると、ビーム通過領域４７５Ａの半径Ｒは、全体領域を結晶化するために次の数式を満足すべきである。
Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２ （１）
ここで、ビーム通過領域、即ち、マスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃの半径Ｒは、３−ショットにより全体領域が結晶化するようにＬ／３より大きいか等しく、各マスクパターン４７５Ａ〜４７５Ｃが互いに接する条件であるＬ／２より小さい。
以下、このように構成された円形状のマスクパターンを３つのブロックに分けてレーザー結晶化マスクに構成した実施形態を詳細に説明する。
まず、図７は、図５における本発明によるレーザーマスクを用いて、３−ブロックに区分されるマスクパターンを構成する方法を示す例示図である。
図に示すように、図５に示す正六角形のパターンから、前記正六角形を構成する正三角形の角部に沿って各マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃを順に延長して位置させる。即ち、第１行において、マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃは、Ａ位置のマスクパターン５７５Ａ、Ｃ位置のマスクパターン５７５Ｃ、Ｂ位置のマスクパターン５７５Ｂの順に、Ｘ軸方向に反復的に位置する。
このとき、第２行においては、前記第１行に位置するマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃから、正三角形の辺の長さＬ´の１／２に該当する位置だけＸ軸に移動して、前記正三角形を構成するマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃと異なるマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃが位置するようになる。
即ち、前記第２行において、マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃは、Ｘ軸方向にＬ´／２だけ移動して、Ｂ位置のマスクパターン５７５Ｂ、Ａ位置のマスクパターン５７５Ａ、Ｃ位置のマスクパターン５７５Ｃの順に、Ｘ軸方向に反復的に位置する。且つ、前記第２行の３種のマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃは、それぞれ前記第１行の隣接する二種のマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃと共に正三角形を構成する。
また、前記第１行及び第３行（即ち、奇数行）は互いに同様に構成され、前記第２行及び第４行（即ち、偶数行）は互いに同様に構成される。
一方、各列には、同一種類のマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃが反復的に位置するが、Ｘ軸方向にＡ位置のマスクパターン５７５Ａ、Ｂ位置のマスクパターン５７５Ｂ、Ｃ位置のマスクパターン５７５Ｃの順に反復的に位置し、このとき、偶数列は、奇数列からＹ軸方向にＬ／２（即ち、前記各マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃの中心間の距離Ｌの１／２）だけ移動して位置する。
前述したような周期性を有する３種のマスクパターンをブロック別に分けレーザーマスクに適用して３−ショットで結晶化すると、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップのない多結晶シリコン層が得られるが、以下にこれを詳細に説明する。
図８Ａ〜図８Ｃは、図７に示すパターン構成方法により製作した３−ブロックレーザーマスクの一部を各ブロック別に示す例示図で、第２のブロックにはＣ位置を有するマスクパターン５７５Ｃにより構成し、第３のブロックにはＢ位置を有するマスクパターン５７５Ｂにより構成した場合を示している。
即ち、図に示すように、前記各ブロック５８０´〜５８０´´´は、光を透過させる複数個の円形状の透過領域５７３Ａ〜５７３Ｃと、光を遮断する遮断領域５７４Ａ〜５７４Ｃとからなっている。
前記第１のブロック５８０´は、図７に示す第１行で言えば第１、第４及び第７列に位置したＡ位置のマスクパターン５７５Ａにより構成され、第２のブロック５８０´´は、第１行で言えば第３、第６及び第９列に位置したＣ位置のマスクパターン５７５Ｃにより構成され、第３のブロック５８０´´´は、第１行で言えば第２、第５及び第８列に位置したＢ位置のマスクパターン５７５Ｂにより構成される。
このとき、図においては、前記マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃが円形状に構成された場合を示しているが、本発明は、これに限定されず、正三角形、正四角形、正六角形、正八角形などのような正多角形状に構成することもできる。
また、図においては、前記円形状のマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃを、その半径Ｒが前記各マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃの中心間の距離Ｌの１／３になるように構成したが、本発明は、これに限定されず、前述の数式（１）を満足するように構成すればよい。
一方、図９Ａ〜図９Ｃは、図８Ａ〜図８Ｃに示すレーザーマスクを順に適用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図で、前述したような周期性を有する３−ブロックマスクを使用して結晶化した結果、ショットマークのない均一な結晶化特性を有する薄膜が得られる。
まず、図９Ａに示すように、図８Ａの第１のブロック５８０´を適用して基板５１０に１次結晶化を進行させると、前記第１のブロック５８０´に形成されたＡ位置のマスクパターン５７５Ａ（即ち、前記マスクパターン５７５Ａの透過領域５７３Ａ）を通してレーザーが照射されたシリコン薄膜５１２は、円周の境界面に位置した非晶質シリコン薄膜５１２を核として、円形状のマスクパターン５７５Ａの中心側に成長して、放射状のグレインを有する１次結晶である多結晶シリコン薄膜５１２´が形成される。
一方、１次結晶化により結晶化する領域は、前記マスクの透過領域５７３Ａに対応する部分であり、図９Ａにおいては所定の半径を有する８つの多結晶シリコン薄膜５１２´が形成される。
前記１次結晶化が完了すると、前記１次多結晶シリコン薄膜５１２´が形成された基板５１０に図８Ｂの第２のブロック５８０´´を適用し、２次レーザービームを照射して２次結晶化を進行させる。
このとき、前記２次結晶化は、Ｃ位置のマスクパターン５７５Ｃが形成された第２のブロック５８０´´に、ＸまたはＹ方向へのステッピングなしに、第２レーザーショットを照射して進行するが、前記の結晶化の結果、図９Ｂに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜５１２´パターンの円周を開始点として、第２のブロック５８０´´のマスクパターン５７５Ｃの中心側に結晶が成長して、２次結晶である多結晶シリコン薄膜５１２´´が形成される。
即ち、前記２次結晶５１２´´のそれぞれの周囲には、１次結晶化により結晶化した３つの１次結晶５１２´が位置するが、２次ショットによるＣ位置のマスクパターン５７５Ｃと前記３つの１次結晶５１２´との重なる領域５２０´から２次結晶化が開始し、その結果、前記Ｃ位置のマスクパターン５７５Ｃの中心側に成長した２次結晶５１２´´が形成される。
次いで、Ｂ位置のマスクパターン５７５Ｂが形成された第３のブロック５８０´´´を介して、２次結晶化が進行した基板５１０上に第３レーザーショットを照射して３次結晶化を進行させると、図９Ｃに示すように、２次結晶化により結晶化したシリコン薄膜５１２´´パターンと前記Ｂ位置のマスクパターン５７５Ｂとの重なる領域５２０´´を開始点として、第３のブロック５８０´´´のマスクパターン５７５Ｂの中心側に結晶が成長して、３次結晶である多結晶シリコン薄膜５１２´´´が形成されて、全ての領域が結晶化するようになる。
このように、周期性を有する３−ブロックからなるマスクを適用して３−ショット結晶化を進行させた結果、図に示すように、基板５１０の全領域のシリコン薄膜５１２がＸ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップなしに、即ち、ショットマークなしに結晶化される。
このとき、前記３−ショットによりそれぞれ形成された１次結晶５１２´、２次結晶５１２´´及び３次結晶５１２´´´は、マスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃと同一の円形状を有し、これにより、放射状に成長した均一なグレインを有する結晶化したシリコン薄膜５１２´〜５１２´´´が得られる。
以下、前述のマスクパターンを構成する方法を利用して設計したレーザーマスク、及びこれを利用した結晶化工程について説明する。
図１０Ａは、本発明の第１実施形態によるレーザーマスクを構成する方法を示す例示図で、前述したように、第２のブロックにＣ位置のマスクパターンを位置させ、第３のブロックにＢ位置のマスクパターンを位置させる場合を示している。
図に示すように、四角形の実線で示す第１のブロック６８０´には、Ａ位置のマスクパターン６７５Ａを位置させ、第２のブロック６８０´´には、Ｃ位置のマスクパターン６７５Ｃを位置させ、第３のブロック６８０´´´には、Ｂ位置のマスクパターン６７５Ｂを位置させる。
このとき、前記マスクパターン６７５Ａ〜６７５Ｃは、図５または図７に示す本発明のパターン構成方法によって、マスクにブロック６８０´〜６８０´´´別に設定されるが、第１のブロック６８０´には、１２個の円形状のマスクパターン６７５ＡがＡ位置に形成されている。
一方、Ｃ位置のマスクパターン６７５Ｃは、第１のブロック６８０´において三角形の図形が位置するＣ位置に形成され、前述したＡ位置のマスクパターン６７５Ａと同様に、第２のブロック６８０´´に１２個が形成される。
また、Ｂ位置のマスクパターン６７５Ｂは、第１のブロック６８０´において四角形の図形が位置するＢ位置に形成され、第３のブロック６８０´´´に１２個が形成される。
このように、前記各マスクパターン６７５Ａ〜６７５Ｃが形成される位置は、前述の本発明のパターン構成方法によるが、即ち、第２のブロック６８０´´に位置したＣ位置のマスクパターン６７５Ｃのうち、１行×１列に位置したパターン６７５Ｃを基準にみると、前記１行×１列に位置したＣ位置のマスクパターン６７５Ｃ（以下、基準パターンという）に対応する第１のブロック６８０´の１行×１列に位置したＡ位置のマスクパターン６７５Ａは、基準パターンに対し同一ブロックに構成した場合、左側に一列が移動されて（即ち、点線で示す小さい正三角形の一辺の長さだけ移動されて）位置しており、第３のブロック６８０´´´の１行×１列に位置したＢ位置のマスクパターン６７５Ｂは、基準パターンに対し右側に一列が移動されて位置している。
このように、第１のブロック６８０´のマスクパターン６７５Ａ、及び第３のブロック６８０´´´のマスクパターン６７５Ｂは、同一ブロックに構成した場合、第２のブロック６８０´´の基準パターンを中心にそれぞれ左右側に所定の距離（即ち、正三角形の一辺の長さ）だけ移動して位置することを除いては、前記３つのブロック６８０´〜６８０´´´にそれぞれ形成される前記３種のマスクパターン６７５Ａ〜６７５Ｃは、全て同一形状に配列される。
一方、図においては、実線で示す前記３つのブロック６８０´〜６８０´´´領域の外部にもマスクパターン６７５Ａ〜６７５Ｃが形成されている。これは、前記ブロック６８０´〜６８０´´´は、レーザーマスクに周期性を有するパターン６７５Ａ〜６７５Ｃを構成するために設定した仮想の領域であって、実際のマスクには、前述のパターン構成方法により形成されたパターン６７５Ａ〜６７５Ｃが、レーザー装置及び光学システムなどの条件によって配列される。
また、前記ブロック６８０´〜６８０´´´は、Ｘ軸方向のステッピングのための移動距離（即ち、Ｘ−ステップ距離Ｄｘ）、及びＹ軸方向のステッピングのための移動距離（即ち、Ｙ−ステップ距離Ｄｙ）の基準となり得る。即ち、前記各ブロック６８０´〜６８０´´´を示す四角形の２つの辺中、Ｘ軸方向の辺の長さは、Ｘ−ステッピングのためのＸ−ステップ距離Ｄｘに該当し、Ｙ軸方向の辺の長さは、Ｙ−ステッピングのためのＹ−ステップ距離Ｄｙに該当する。
このとき、前記Ｘ−ステッピングのためのＸ−ステップ距離Ｄｘは、Ｘ軸方向への３−ショットのためのマスクまたはステージの移動距離を意味し、前記Ｙ−ステッピングのためのＹ−ステップ距離Ｄｙは、Ｘ軸方向へのレーザービームの照射を完了した後、基板のＹ軸方向への結晶化を進行させるためのＹ軸方向へのマスクまたはステージの移動距離を意味する。
且つ、前記Ｙ−ステップ距離Ｄｙは、前記Ｘ軸方向への結晶化の間に、３−ショットのレーザービームの照射を受けていないシリコン薄膜の下方領域を、完全な３−ショット条件で結晶化するための、Ｙ軸方向へのマスクまたはステージの移動距離を意味する。
また、前記Ｘ−ステッピングのためのＸ−ステップ距離Ｄｘ、及びＹ−ステッピングのためのＹ−ステップ距離Ｄｙは、それぞれＸ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップをなくすために、前記ブロック６８０´〜６８０´´´が有する周期性を考慮して設定される。
以下、前述の特徴を有するようにパターンが構成されたマスクについて説明する。
図１０Ｂは、図１０Ａに示すレーザーマスク構成方法により製作したレーザーマスクを示す例示図で、前述したように、前記第１実施形態によるマスク構成方法により構成したレーザーマスク６７０は、Ａ位置のマスクパターン６７５Ａ、Ｃ位置のマスクパターン６７５Ｃ、及びＢ位置のマスクパターン６７５Ｂが順に形成された３つのブロックからなっている。
このとき、前記３つのブロックから構成されるレーザーマスク６７０は、一定の周期性を有して形成されたマスクパターン５７５Ａ〜５７５Ｃの透過領域を除いた遮断領域に入射する全てのレーザービームを遮断する役割をし、このとき、前記レーザーマスク６７０の材質としては、クロム系金属、光を遮断できる全ての金属、またはレーザービームの遮断効果及び反射率のよいアルミニウム系金属を使用することができる。
一方、図においては、３−ブロックから構成されたレーザーマスク６７０の各ブロックに１２個の円形状の透過領域が形成され、周期性を有するパターン６７５Ａ〜６７５Ｃが構成されているが、本発明は、これに限定されず、レーザー装置や光学システムの条件によって、１２個以上の多数個の透過領域が形成されたパターン６７５Ａ〜６７５Ｃに構成することもできる。
以下、前述のレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を、図を参照して説明する。図１１Ａ〜図１１Ｈは、図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。
このとき、図においては、説明の便宜のために、実線で３つのブロックを示し、左側から、Ａ位置のマスクパターンが位置した第１のブロック６８０´、Ｃ位置のマスクパターンが位置した第２のブロック６８０´´、及びＢ位置のマスクパターンが位置した第３のブロック６８０´´´の順に配列されていることを示している。
まず、図１１Ａに示すように、非晶質シリコンが蒸着されている基板上に、前述の図１０Ｂに示すレーザーマスクを適用して、１次結晶化を進行させる。
このとき、照射されるレーザーは、前述した完全溶融領域のエネルギー密度を有するレーザーで、前記レーザービームの照射を受けた前記非晶質シリコン薄膜は、円周の境界面に位置した非晶質シリコン薄膜を核として円の中心に結晶が成長し、その結果、放射状のグレインを有する１次結晶である多結晶シリコン薄膜６１２´が１次照射領域Ｐ１上に形成される。
一方、前記１次照射領域Ｐ１の全てのシリコン薄膜が多結晶シリコン薄膜６１２´に結晶化するものではなく、マスク６７０に形成されたパターンの形状によって円形状の１次結晶６１２´が複数個形成される。
即ち、前記１次結晶化により結晶化される領域は、前記マスク６７０の透過領域に対応する部分であり、マスク６７０の透過領域が３−ブロック６８０´〜６８０´´´を全て含んで３６個と仮定すると、結晶化領域も、所定の半径を有する３６個の多結晶シリコン薄膜６１２´が形成されることとなる。
前記１次結晶化が完了すると、前記基板が載置されたステージ（図示せず）またはマスク６７０を、前記マスク６７０に形成されたブロック６８０´〜６８０´´´のＸ軸方向の辺の長さ、即ち、Ｘ−ステップ距離ＤｘだけＸ軸方向に移動した後、２次レーザービームを照射する。
即ち、前記ステージを−Ｘ軸方向にＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、例えば、１次結晶化による第２のブロックであるＣ位置の結晶化したシリコン薄膜６１２´が、第３のブロックであるＢ位置のマスクパターンに重なるようにした後、基板の表面に２次レーザービームを照射すると、図１１Ｂに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜６１２´パターンと同一の２次結晶化パターン６１２´´が、Ｘ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して前記１次結晶６１２´の一部と重なって形成される。
このとき、前記１次レーザーショットと２次レーザーショットとが重なる、即ち、１次照射領域Ｐ１と２次照射領域Ｐ２とが重なる中央の二つの領域は、２−ショットのレーザービームの照射を受けるようになり、前記１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜６１２´パターンの円周を開始点として、２次ショットのマスク６７０パターンの中心側に結晶が成長して、２次結晶である多結晶シリコン薄膜６１２´´が形成される。
即ち、前記２次結晶６１２´´の周囲には、３つの１次結晶化により結晶化した１次結晶６１２´が位置するが、２次ショットによるマスクパターンと前記３つの１次結晶６１２´との重なる領域６２０´から２次結晶化が開始し、その結果、前記マスクパターンの中心側に成長した２次結晶６１２´´が形成される（図９Ｂ参照）。
一方、図１１Ｂにおいて、前記マスク６７０の第１のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜６１２´は、２次レーザーショットにより２次結晶が形成されるのでなく、新しい１次結晶６１２´が形成されるようになる。
次いで、前記基板が載置されたステージまたはマスク６７０を、再びＸ軸方向にＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、３次レーザービームを照射することにより、連続的にＸ軸方向への結晶化を進行させることができる。
例えば、１次レーザーショットにより１次結晶化が進行した後、２次レーザーショットにより２次結晶化が進行した、即ち、１次結晶化による第１のブロックであるＡ位置の結晶化したシリコン薄膜６１２´が、第３のブロックであるＢ位置のマスクパターンに重なるようにした後、基板の表面に３次レーザービームを照射すると、図１１Ｃに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜６１２´パターンと同一の３次結晶化パターン６１２´´´が、Ｘ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、前記１次結晶６１２´及び２次結晶６１２´´の一部と重なって形成される。
このとき、前記１次レーザーショットと２次レーザーショットと３次レーザーショットとが重なる、即ち、１次照射領域Ｐ１と２次照射領域Ｐ２と３次照射領域Ｐ３とが重なる中央領域（即ち、３次レーザーの照射のためのマスク６７０の第３のブロックに対応する領域）は、３−ショットのレーザービームの照射を受けるようになり、前記２次結晶化により結晶化したシリコン薄膜６１２´´パターンの円周を開始点として、３次ショットのマスク６７０パターンの中心側に結晶が成長して、３次結晶である多結晶シリコン薄膜６１２´´´が形成される。
即ち、前記３次結晶６１２´´´の周囲には、３つの２次結晶化により結晶化した２次結晶６１２´´が位置するが、３次ショットによるマスクパターンと前記３つの２次結晶６１２´´との重なる領域６２０´´から３次結晶化が開始し、その結果、前記マスクパターンの中心側に成長した３次結晶６１２´´´が形成される（図９Ｃ参照）。
このように、周期性を有する３−ブロックからなるマスクを適用して３−ショット結晶化を進行させた結果、図に示すように、３−ショット領域がＸ−オーバーラップなしに、即ち、ショットマークなしに結晶化する。
即ち、１次結晶６１２´、２次結晶６１２´´及び３次結晶６１２´´´が全て形成されている領域が、ショットマークなしに結晶化した３−ショット結晶領域に該当する。
一方、図１１Ｃにおいて、前記マスク６７０の第２のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜６１２´´は、３次レーザーショットにより３次結晶が形成されるのでなく、前記２次レーザーショットによる１次結晶化の後に新しい３次レーザーショットの照射で２次結晶６１２´´が形成され、前記マスク６７０の第１のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜６１２´は、３次レーザーショットにより３次結晶が形成されるのでなく、新しい１次結晶６１２´が形成されるようになる。
次いで、図１１Ｄに示すように、続けてＸ軸方向にマスク６７０をＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して４次レーザービームを照射すると、３−ショットにより、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップのない均一な結晶化特性を有する３−ショット結晶領域Ｐが中央に形成される。
前記３−ショット結晶領域Ｐは、前述したように、３次結晶６１２´´´領域が形成されており、全ての領域がＸ−オーバーラップなしに、即ち、ショットマークなしに結晶化した領域に該当する。
一方、このような結晶化過程をＸ軸方向に繰り返して進行させると、図１１Ｅ及び図１１Ｆに示すように、ショットマークのない３−ショット結晶領域Ｐが、Ｘ軸方向に増加しながら形成される。
前記３−ショット結晶領域Ｐは、ショットマークのない均一な結晶化領域であり、レーザービームがオーバーラップする部分をそれぞれのブロックが周期性のあるパターンを有する３つのブロックからなるレーザーマスクを利用して除去することによって得られる。
一方、前記結晶化したシリコン薄膜６１２´〜６１２´´´の下方領域は、他の領域に対し２−ショットまたは３−ショットのレーザービームの照射を完全には受けることができないが、その理由は、前記下方領域が前記領域に対応する３種のマスクパターンを完全に構成できないためであり、前述したようなＸ軸方向へのステッピングによるレーザー照射だけでは、前記マスクパターンを通して完全な３−ショットの照射を受けることができなくなる。
次いで、前述の方法をＸ軸方向に繰り返して進行させて、前記Ｘ軸方向へのレーザーショットが全て行われると、図１１Ｇに示すように、前記マスク６７０またはステージをＹ軸方向に（ステージを移動する場合は−Ｙ軸方向に）所定の距離（即ち、Ｙ−ステップ距離Ｄｙ）だけ移動した後、１回目の前記Ｘ軸方向の結晶化工程が終わった部分から開始して、−Ｘ軸方向への結晶化工程を進行させる。
このとき、前記Ｘ軸方向への結晶化と同一のマスク６７０のブロックを適用して結晶化するが、前記マスク６７０の上部パターン（即ち、ブロック領域よりも上方に形成されたパターン）は、前述した１回目のＸ軸方向への結晶化の結果、完全なレーザーの照射を受けることができていない下方領域に対応して位置することになる。従って、この下方領域は、−Ｘ軸方向への結晶化工程により、Ｙ−オーバーラップなしに、完全な（即ち、前記下方領域よりも上方の領域と同一の）レーザーショットの照射を受けるようになる。
このように、Ｘ軸方向にレーザーマスク６７０の周期性を有するパターンを考慮して、Ｘ−ステップ距離ＤｘだけＸ軸方向に移動させて、３−ショットで結晶化を進行させた後、マスク６７０の反復パターンを考慮してマスク６７０またはステージをＹ軸方向に移動させて、再び−Ｘ軸方向にスキャニングを進行させると、１次スキャニングした結晶化表面とＹ−オーバーラップなしに結晶化できるようになる。
その後、前述の方法を繰り返してＸ軸及びＹ軸方向への結晶化を進行させると、図１１Ｈに示すように、任意の領域全体に対し結晶化を完了することができる。
特に、前記３−ショット結晶領域Ｐは、本実施形態による３−ショットのレーザーの照射により、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップなしに結晶化された領域であり、レーザービームのオーバーラップによるショットマークが除去されると共に、前述したように、放射状のグレインを有する結晶の形成により均一な結晶化特性を示すようになる。
前記実施形態では、３−ブロックのマスクを用いて３−ショットで結晶化を進行させて、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップのない結晶化したシリコン薄膜が得られる。このとき、前記各ブロックには、円形状のマスクパターンが一定の周期性を有して形成されている。しかしながら、本発明は、前述したパターンの形状に限定されるものでなく、正三角形、正四角形、正六角形、正八角形などのような正多角形状に構成してもよい。
また、本実施形態では、各ブロックに１２個の円形状の透過領域が形成されたパターンを利用して結晶化したが、本発明は、これに限定されず、前記個数に関係なく本発明を適用することができる。
また、前記実施形態では、前記円形状のマスクパターンを、その半径が前記各マスクパターンの中心間距離の１／２になるように構成したが、本発明は、これに限定されず、前述の数式（１）を満足するように構成すればよい。
一方、本実施形態では、前記マスクの３つのブロックに、Ａ位置のマスクパターン、Ｃ位置のマスクパターン及びＢ位置のマスクパターンを順に位置させて前記マスクを構成したが、本発明は、これに限定されない。例えば、前記３つのマスクパターンの順序を同様に維持しながら、最初にＡ位置でないＣまたはＢ位置のマスクパターンを位置させて構成してもよい。
また、前記３つのブロックに、Ａ位置のマスクパターン、Ｂ位置のマスクパターン及びＣ位置のマスクパターンが順に位置するように構成することができ、これを次の実施形態を通して詳細に説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態によるレーザーマスクに周期性を有するパターンを構成する方法を示す例示図である。
図に示すように、本発明によるレーザーマスクは、ショットマークを除去するために、前記レーザーマスクに円形状のビーム通過領域Ａ、Ｂ、Ｃを構成する場合において、レーザーマスクを大きく３つに分け、第１のブロックには、Ａ位置を有するレーザービーム通過領域（即ち、円形状のマスクパターン）７７５Ａを形成し、第２のブロックには、Ｂ位置を有するビーム通過領域７７５Ｂを形成する。また、第３のブロックには、残りのＣ位置を有するビーム通過領域７７５Ｃを形成する。
即ち、前述したように、円形状のマスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃを、レーザー結晶化マスクに大きく３つのブロックに分けて繰り返して形成する。
一方、前記正六角形の中心に、Ｂ位置のマスクパターン７７５Ｂが位置しているが、本発明は、これに限定されない。このように位置した基準点７７５Ｂを中心に周囲には、前記基準点のビーム通過領域７７５Ｂを除いたＡ位置のビーム通過領域７７５Ａ及びＣ位置のビーム通過領域７７５Ｃを構成する。
即ち、前記正六角形パターンの中心は、第３のブロックに形成される、即ち、Ｂ位置のマスクパターン７７５Ｂが中心に位置し、その周囲に、前記パターンと異なるパターン（即ち、Ａ位置のマスクパターン７７５Ａ及びＣ位置のマスクパターン７７５Ｃ）が位置する。
一方、本発明において、ショットマークなしに３−ショットにより全ての領域を結晶化するために、前記ビーム通過領域であるマスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃは、前記マスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃのサイズと、各マスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃ間の間隔間に、前述の数式１を満足すべきである。
以下、前述のマスクパターンを構成する方法を利用して設計したレーザーマスク及びこれを利用した結晶化工程について説明する。
図１３Ａは、本発明の第２実施形態によるレーザーマスクを構成する方法を示す例示図で、前述したように、第２のブロックにＢ位置のマスクパターンを位置させ、第３のブロックにＣ位置のマスクパターンを位置させる場合を示している。
このとき、前記第２実施形態は、第２のブロック及び第３のブロックにＢまたはＣ位置のマスクパターンを位置させる順序を除いては、図１０Ａに示す第１実施形態のレーザーマスクと同様に構成されている。
図に示すように、四角形の実線で示す第１のブロック７８０´には、Ａ位置のマスクパターン７７５Ａを位置させ、第２のブロック７８０´´には、Ｂ位置のマスクパターン７７５Ｂを位置させ、第３のブロック７８０´´´には、Ｃ位置のマスクパターン７７５Ｃを位置させる。
このとき、前記マスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃは、図１２に示すパターン構成方法によって、マスクにブロック７８０´〜７８０´´´別に設定されるが、第１のブロック７８０´には、１２個の円形状のマスクパターン７７５ＡがＡ位置に形成されている。
一方、Ｂ位置のマスクパターン７７５Ｂは、第１のブロック７８０´において四角形の図形が位置するＢ位置に形成され、前述したＡ位置のマスクパターン７７５Ａと同様に、第２のブロック７８０´´に１２個が形成される。
また、Ｃ位置のマスクパターン７７５Ｃは、第１のブロック７８０´において三角形の図形が位置するＣ位置に形成され、第３のブロック７８０´´´に１２個が形成される。
このように、前記各マスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃが形成される位置は、前述の本発明のパターン構成方法によるが、即ち、第２のブロック７８０´´に位置したＢ位置のマスクパターン７７５Ｂのうち、１行×１列に位置したパターン７７５Ｂ（即ち、点線で示す小さい正三角形の頂点に位置したパターン７７５Ｂ）を基準にみると、前記１行×１列に位置したＢ位置のマスクパターン７７５Ｂ（以下、基準パターンという）に対応する第１のブロック７８０´の１行×１列に位置したＡ位置のマスクパターン７７５Ａは、基準パターンに対し同一ブロックに構成した場合、前記正三角形の左側下辺の頂点に位置しており、第３のブロック７８０´´´の１行×１列に位置したＣ位置のマスクパターン７７５Ｃは、基準パターンに対し前記正三角形の右側下辺の頂点に位置している。
このように、第１のブロック７８０´のマスクパターン７７５Ａ、及び第３のブロック７８０´´´のマスクパターン７７５Ｃは、同一ブロックに構成した場合、第２のブロック７８０´´の基準パターンを中心にそれぞれ左右側下方に所定の距離（即ち、左右側には、それぞれ正三角形の一辺の長さの１／２、下方には、前記正三角形の高さ）だけ移動して位置することを除いては、前記３つのブロック７８０´〜７８０´´´にそれぞれ形成される前記３つのマスクパターン７７５Ａ〜７７５Ｃは、全て同一形状に配列される。
このとき、本実施形態によるレーザーマスクの構成方法は、第１実施形態によるレーザーマスクの構成方法に比べて、前述したような第２のブロックに位置させるマスクパターンの種類、即ち、Ｂ位置のマスクパターンであるか、Ｃ位置のマスクパターンであるかによって、異なるマスク設計デザインを有するようになる。
以下、前述の特徴を有するようにパターンが構成されたマスクについて説明する。
図１３Ｂは、図１３Ａに示すレーザーマスク構成方法により製作したレーザーマスクを示す例示図で、前述したように、前記第２実施形態によるマスク構成方法により構成したレーザーマスク７７０は、Ａ位置のマスクパターン７７５Ａ、Ｂ位置のマスクパターン７７５Ｂ、及びＣ位置のマスクパターン７７５Ｃが順に形成された３つのブロックからなっている。
一方、図においては、３−ブロックから構成されたレーザーマスク７７０の各ブロックに１２個の円形状の透過領域が形成され、周期性を有するパターン７７５Ａ〜７７５Ｃが構成されているが、本発明は、これに限定されず、レーザー装置や光学システムの条件によって、１２個以上の多数個の透過領域が形成されたパターン７７５Ａ〜７７５Ｃに構成することもできる。
以下、前述のレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を、図を参照して説明する。図１４Ａ〜図１４Ｈは、図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。
このとき、図においては、説明の便宜のために、実線で３つのブロックを示し、左側から、Ａ位置のマスクパターンが位置した第１のブロック７８０´、Ｂ位置のマスクパターンが位置した第２のブロック７８０´´、及びＣ位置のマスクパターンが位置した第３のブロック７８０´´´の順に配列されていることを示している。
まず、図１４Ａに示すように、非晶質シリコンが蒸着されている基板上に、前述の図１３Ｂに示すレーザーマスクを適用して、１次結晶化を進行させる。
このとき、照射されるレーザーは、前述した完全溶融領域のエネルギー密度を有するレーザーで、前記レーザービームの照射を受けた前記非晶質シリコン薄膜は、円周の境界面に位置した非晶質シリコン薄膜を核として円の中心に結晶が成長し、その結果、放射状のグレインを有する１次結晶である多結晶シリコン薄膜７１２´が１次照射領域Ｐ１上に形成される。
前記１次結晶化が完了すると、前記基板が載置されたステージ（図示せず）またはマスク７７０を、前記マスク７７０に形成されたブロック７８０´〜７８０´´´のＸ軸方向の辺の長さＤｘだけＸ軸方向に移動した後、２次レーザービームを照射する。
即ち、前記ステージを−Ｘ軸方向にＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、例えば、１次結晶化による第２のブロックであるＢ位置の結晶化したシリコン薄膜７１２´が、第３のブロックであるＣ位置のマスクパターンに重なるようにした後、基板の表面に２次レーザービームを照射すると、図１４Ｂに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜７１２´パターンと同一の２次結晶化パターン７１２´´が、Ｘ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して前記１次結晶７１２´の一部と重なって形成される。
このとき、前記１次レーザーショットと２次レーザーショットとが重なる、即ち、１次照射領域Ｐ１と２次照射領域Ｐ２とが重なる中央の二つの領域は、２−ショットのレーザービームの照射を受けるようになり、前記１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜７１２´パターンの円周（詳しくは、２次ショットによるマスクパターンと前記１次結晶７１２´とが重なる領域７２０´）を開始点として、２次ショットのマスク７７０パターンの中心側に結晶が成長して、２次結晶である多結晶シリコン薄膜７１２´´が形成される（図９Ｂ参照）。
一方、図１３Ｂにおいて、前記マスク７７０の第１のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜７１２´は、２次レーザーショットにより２次結晶が形成されるのでなく、新しい１次結晶７１２´が形成されるようになる。
次いで、前記基板が載置されたステージまたはマスク７７０を、再びＸ軸方向にＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、３次レーザービームを照射することにより、連続的にＸ軸方向への結晶化を進行させることができる。
例えば、１次レーザーショットにより１次結晶化が進行した後、２次レーザーショットにより２次結晶化が進行した、即ち、１次結晶化による第１のブロックであるＡ位置の結晶化したシリコン薄膜７１２´が、第３のブロックであるＣ位置のマスクパターンに重なるようにした後、基板の表面に３次レーザービームを照射すると、図１４Ｃに示すように、１次結晶化により結晶化したシリコン薄膜７１２´パターンと同一の３次結晶化パターン７１２´´´が、Ｘ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して、前記１次結晶７１２´及び２次結晶７１２´´の一部と重なって形成される。
このとき、前記１次レーザーショットと２次レーザーショットと３次レーザーショットとが重なる、即ち、１次照射領域Ｐ１と２次照射領域Ｐ２と３次照射領域Ｐ３とが重なる中央領域（即ち、３次レーザーの照射のためのマスク７７０の第３のブロックに対応する領域）は、３−ショットのレーザービームの照射を受けるようになり、前記２次結晶化により結晶化したシリコン薄膜７１２´´パターンの円周（詳しくは、３次ショットによるマスクパターンと前記２次結晶７１２´´とが重なる領域７２０´´）を開始点として、３次ショットのマスク７７０パターンの中心側に結晶が成長して、３次結晶である多結晶シリコン薄膜７１２´´´が形成される（図９Ｃ参照）。
このように、周期性を有する３−ブロックからなるマスクを適用して３−ショット結晶化を進行させた結果、図に示すように、全ての領域がＸ−オーバーラップなしに、即ち、ショットマークなしに結晶化した領域が得られる。
一方、図１４Ｃにおいて、前記マスク７７０の第２のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜７１２´´は、３次レーザーショットにより３次結晶が形成されるのでなく、前記２次レーザーショットによる１次結晶化の後に新しい３次レーザーショットの照射で２次結晶７１２´´が形成され、前記マスク７７０の第１のブロックに対応して結晶化されるシリコン薄膜７１２´は、３次レーザーショットにより３次結晶が形成されるのでなく、新しい１次結晶７１２´が形成されるようになる。
次いで、図１４Ｄに示すように、続けてＸ軸方向にマスク７７０をＸ−ステップ距離Ｄｘだけ移動して４次レーザービームを照射すると、３−ショットにより、Ｘ−オーバーラップ及びＹ−オーバーラップのない均一な結晶化特性を有する３−ショット結晶領域Ｐが中央に形成される。
前記３−ショット結晶領域Ｐは、前述したように、３次結晶７１２´´´領域が形成されており、全ての領域がＸ−オーバーラップなしに、即ち、ショットマークなしに結晶化した領域に該当する。
一方、このような結晶化過程をＸ軸方向に繰り返して進行させると、図１４Ｅ及び図１４Ｆに示すように、ショットマークのない３−ショット結晶領域Ｐが、Ｘ軸方向に増加しながら形成される。
前記３−ショット結晶領域Ｐは、ショットマークのない均一な結晶化領域であり、レーザービームがオーバーラップする部分をそれぞれのブロックが周期性のあるパターンを有する３つのブロックからなるレーザーマスクを利用して除去することによって得られる。
次いで、前述の方法をＸ軸方向に繰り返して進行させて、前記Ｘ軸方向へのレーザーショットが全てなされると、前記マスク７７０またはステージをＹ軸方向に（ステージを移動する場合は−Ｙ軸方向に）所定の距離（即ち、Ｙ−ステップ距離Ｄｙ）だけ移動した後、１回目の前記Ｘ軸方向の結晶化工程が終わった部分から開始して、−Ｘ軸方向への結晶化工程を進行させる。
このとき、前記Ｘ軸方向への結晶化と同一のマスク７７０のブロックを適用して結晶化するが、前記マスク７７０の上部パターン（即ち、ブロック領域よりも上方に形成されたパターン）は、前述した１回目のＸ軸方向への結晶化の結果、完全なレーザーの照射を受けることができていない下方領域に対応して位置することになる。従って、この下方領域は、−Ｘ軸方向への結晶化工程により、Ｙ−オーバーラップなしに、完全な（即ち、前記下方領域よりも上方の領域と同一の）レーザーショットの照射を受けるようになる。
このように、Ｘ軸方向にレーザーマスク７７０の周期性を有するパターンを考慮して、Ｘ−ステップ距離ＤｘだけＸ軸方向に移動させて、３−ショットで結晶化を進行させた後、マスク７７０の反復パターンを考慮してマスク７７０またはステージをＹ軸方向に移動させて、再び−Ｘ軸方向にスキャニングを進行させると、１次スキャニングした結晶化表面とＹ−オーバーラップなしに結晶化できるようになる。
その後、前述の方法を繰り返してＸ軸及びＹ軸方向への結晶化を進行させると、図１４Ｇに示すように、任意の領域全体に対し結晶化を完成することができる。
このとき、前記第２実施形態では、前記マスクの３つのブロックに、Ａ位置のマスクパターン、Ｂ位置のマスクパターン及びＣ位置のマスクパターンを順に位置させて前記マスクを構成したが、本発明は、これに限定されない。例えば、前記３つのマスクパターンの順序を同様に維持しながら、最初にＡ位置でないＢまたはＣ位置のマスクパターンを位置させて構成してもよい。
一方、前記第１及び第２実施形態で説明したように、マスクの３つのブロックに形成されたパターン、即ち、Ａ位置のマスクパターン、Ｂ位置のマスクパターン及びＣ位置のマスクパターンを介してレーザービームを照射して、結果的に、３−ショットレーザーの照射により、順に、１次ショット（ここでは、前記ショットに特定の順序があるのでなく、選択された何れか１つのショットを意味する）による１次結晶の形成、２次ショット（ここで、２次ショットは、１次ショットにより１次結晶化した領域に照射されるショットを意味する）による前記１次結晶を経た後の２次結晶の形成、及び３次ショット（ここで、３次ショットは、前記２次ショットにより２次結晶化した領域に照射されるショットを意味する）による前記２次結晶を経た後の３次結晶の形成により、３−ショットの照射を受けた全面積が結晶化するようになる。
ここで、前記１次結晶の形成、２次結晶の形成及び３次結晶の形成は、順序にその意味があるのでなく、１次結晶の形成による２次結晶の形成及び３次結晶の形成が順次行われることを意味する。
また、前記１次結晶は、１次レーザーの照射による円形状のパターンの周囲、即ち、円周の境界面に位置した非晶質シリコン薄膜を核として、円の中心側に結晶が成長して形成され、前記２次結晶及び３次結晶は、それぞれ前記１次結晶化及び２次結晶化により結晶化したシリコン薄膜パターンの円周を開始点として、２次ショット及び３次ショットのマスクパターンの中心側に結晶が成長して形成される。
以下、本発明により結晶化特性が向上したシリコン薄膜を利用して液晶表示素子を製作する方法を説明する。
まず、図１５は、一般的な液晶表示パネルの構造を概略的に示す平面図で、アレイ基板に駆動回路部を集積させた駆動回路一体型液晶表示パネルを示している。
図に示すように、駆動回路一体型液晶表示パネルは、大きく、アレイ基板８２０と、カラーフィルタ基板８３０と、前記アレイ基板８２０とカラーフィルタ基板８３０との間に形成された液晶層（図示せず）とからなっている。
前記アレイ基板８２０は、複数の単位画素がマトリックス状に配列された画像表示領域の画素部８２５と、前記画素部８２５の外郭に位置したゲート駆動回路部８２４及びデータ駆動回路部８２３により構成された駆動回路部とからなっている。
このとき、図には示していないが、前記アレイ基板８２０の画素部８２５は、基板８２０上に縦横に配列されて複数個の画素領域を定義する複数個のゲートライン及びデータラインと、前記ゲートラインとデータラインとの交差領域に形成されたスイッチング素子の薄膜トランジスタと、前記画素領域に形成された画素電極とから構成される。
前記薄膜トランジスタは、画素電極に信号電圧を印加及び遮断するスイッチング素子であり、電界によって電流の流れを調節する一種の電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；FET）である。
一方、アレイ基板８２０の駆動回路部８２３、８２４は、カラーフィルタ基板８３０に比べて突出した、前記アレイ基板８２０の長辺の一側にデータ駆動回路部８２３が位置し、前記アレイ基板８２０の短辺の一側にゲート駆動回路部８２４が位置する。
このとき、前記ゲート駆動回路部８２４及びデータ駆動回路部８２３は、入力される信号を適宜出力させるために、インバータであるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の薄膜トランジスタを用いる。
参考として、前記ＣＭＯＳは、高速信号処理が要求される駆動回路部の薄膜トランジスタに用いられるＭＯＳ構造からなる集積回路の一種で、Ｐチャネル及びＮチャネルのトランジスタを必要とし、速度及び密度の特性は、ＮＭＯＳとＰＭＯＳとの中間形態を示す。
前記ゲート駆動回路部８２４及びデータ駆動回路部８２３は、それぞれゲートライン及びデータラインを介して画素電極に走査信号及びデータ信号を供給するための装置であって、外部信号入力端（図示せず）に連結されており、前記外部信号入力端を通して入力される外部信号を調節して前記画素電極に出力する役割をする。
一方、図には示していないが、前記カラーフィルタ基板８３０の画像表示領域８２５には、カラーを実現するカラーフィルタと、前記アレイ基板８２０に形成された画素電極の対向電極である共通電極が形成されている。
このように構成された前記アレイ基板８２０とカラーフィルタ基板８３０とは、スペーサにより所定間隔離隔するようにセルギャップが設けられ、画像表示領域の外郭に形成されたシールパターンにより貼り合わされて、単位液晶表示パネルをなす。このとき、前記両基板の貼り合わせは、アレイ基板またはカラーフィルタ基板に形成された貼り合わせキーを通して行われる。
一方、このように、多結晶シリコン薄膜を利用した駆動回路一体型液晶表示パネルは、素子特性に優れており、画像品質が優秀で高精細化が可能で電力の消費が少ないという利点を有する。
以下、このように構成された駆動回路一体型液晶表示パネルに使用される、本発明により製作された結晶化したシリコン薄膜を利用したＣＭＯＳ液晶表示素子について、その製造工程を通して詳細に説明する。
図１６は、本発明の結晶化方法により結晶化したシリコン薄膜を利用して製作したＣＭＯＳ液晶表示素子を示す例示図である。
このとき、画素部に形成される薄膜トランジスタは、ＮタイプとＰタイプの両方とも可能であり、駆動回路部は、前記画素部と同一のＮタイプ薄膜トランジスタまたはＰタイプ薄膜トランジスタの何れか１つのタイプも可能で、前記Ｎタイプ薄膜トランジスタとＰタイプ薄膜トランジスタの両方とも形成されたＣＭＯＳ構造も可能であるが、図においては、便宜上、ＣＭＯＳ液晶表示素子が製作されている場合を示している。
以下、このように構成されるＣＭＯＳ液晶表示素子の製造方法を説明する。
まず、ガラスのような透明な絶縁物質からなる基板８２０上に、シリコン酸化膜（SiO２）により構成されるバッファ層８２１を形成する。
次いで、前記バッファ層８２１が形成された基板８２０上に、多結晶シリコンからなるアクティブ層８２４Ｎ、８２４Ｐを形成する。
前記アクティブ層８２４Ｎ、８２４Ｐは、基板８２０の全面に非晶質シリコン薄膜を蒸着した後、本発明の周期性を有するパターンが形成された３−ブロックレーザーマスクを利用して、前記周期性を利用して３−ショットで横方向結晶化することにより、ショットマークなしに均一な結晶化特性を有する多結晶シリコン薄膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ工程を通して前記結晶化した多結晶シリコン薄膜をパターニングすることにより、それぞれＮＭＯＳ及びＰＭＯＳ領域に形成される。
その後、アクティブ層８２４Ｎ、８２４Ｐが形成された基板８２０の全面にゲート絶縁膜８２５Ａを蒸着する。
次いで、前記ゲート絶縁膜８２５Ａが蒸着された基板８２０の所定領域（即ち、アクティブ層８２４Ｎ、８２４Ｐのチャネル形成領域）上に、モリブデン（Mo）、アルミニウム（Al）またはアルミニウム合金などから構成されるゲート電極８５０Ｎ、８５０Ｐを形成する。
前記ゲート電極８５０Ｎ、８５０Ｐは、ゲート絶縁膜８２５Ａが形成された基板８２０の全面にゲートメタルを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を通して形成される。
次いで、Ｎドーピング工程及びＰドーピング工程を順次施して、それぞれＮタイプの薄膜トランジスタ（即ち、アクティブ層８２４Ｎの所定領域にＮ+イオンが注入されてソース／ドレイン領域８２２Ｎ、８２３Ｎが形成された薄膜トランジスタ）及びＰタイプの薄膜トランジスタを形成する。
このとき、Ｎタイプの薄膜トランジスタのソース領域８２２Ｎ及びドレイン領域８２３Ｎは、電子を供与できる燐（P）などの５族元素を注入して形成される。
また、Ｐタイプの薄膜トランジスタのソース／ドレイン領域８２２Ｐ、８２３Ｐは、正孔を供与できるホウ素（B）などの３族元素を注入して形成する。
次いで、前記基板８２０の全面に層間絶縁膜８２５Ｂを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を通して、ソース／ドレイン領域８２２Ｎ、８２２Ｐ、８２３Ｎ、８２３Ｐの一部を露出させるコンタクトホール（図示せず）を形成する。
最後に、前記コンタクトホールを介してソース／ドレイン領域８２２Ｎ、８２２Ｐ、８２３Ｎ、８２３Ｐと電気的に接続するソース／ドレイン電極８５１Ｎ、８５１Ｐ、８５２Ｎ、８５２Ｐを形成すると、図に示すようにＣＭＯＳ液晶表示素子が完成する。
一方、前記実施形態では、本発明により結晶化したシリコン薄膜を利用して、液晶表示素子及び液晶表示パネルを製作する方法について説明しているが、本発明は、これに限定されず、有機ＥＬなどの素子にも適用可能である。
順次的横方向結晶化に使用されるレーザーマスクの一例を示す例示図である。 図１Ａに示すマスクを使用して結晶化したシリコン薄膜を概略的に示す平面図である。 図１Ｂに示す結晶化したシリコン薄膜のエッジ部Ｅを拡大して示す平面図である。 図１Ａに示すマスクを使用してシリコン薄膜を結晶化する工程を順次示す平面図である。 図１Ａに示すマスクを使用してシリコン薄膜を結晶化する工程を順次示す平面図である。 図１Ａに示すマスクを使用してシリコン薄膜を結晶化する工程を順次示す平面図である。 順次的横方向結晶化に使用されるレーザーマスクの他の例を示す例示図である。 本発明によるレーザーマスクに周期性を有するパターンを構成する方法を示す例示図である。 図５において、本発明によるレーザーマスクのビーム通過領域の大きさを示す例示図である。 図５における本発明によるレーザーマスクを用いて３−ブロックに区分されるマスクパターンを構成する方法を示す例示図である。 図７に示すパターン構成方法により製作した３−ブロックレーザーマスクの一部を各ブロック別に示す例示図である。 図７に示すパターン構成方法により製作した３−ブロックレーザーマスクの一部を各ブロック別に示す例示図である。 図７に示すパターン構成方法により製作した３−ブロックレーザーマスクの一部を各ブロック別に示す例示図である。 図８Ａ〜Ｃに示すレーザーマスクを順に適用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図８Ａ〜Ｃに示すレーザーマスクを順に適用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図８Ａ〜Ｃに示すレーザーマスクを順に適用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 本発明の第１実施形態によるレーザーマスクを構成する方法を示す例示図である。 図１０Ａに示すレーザーマスク構成方法により製作したレーザーマスクを示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１０Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 本発明の第２実施形態によるレーザーマスクに周期性を有するパターンを構成する方法を示す例示図である。 本発明の第２実施形態によるレーザーマスクを構成する方法を示す例示図である。 図１３Ａに示すレーザーマスク構成方法により製作したレーザーマスクを示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 図１３Ｂに示すレーザーマスクを利用してシリコン薄膜を結晶化する過程を順次示す例示図である。 液晶表示パネルの構造を概略的に示す平面図である。 本発明による結晶化方法により結晶化したシリコン薄膜を利用して製作した液晶表示素子を示す例示図である。 照射されるレーザーエネルギー密度に対する結晶化したシリコン薄膜のグレインサイズを示すグラフである。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 図１７に示したレーザーエネルギー密度によるシリコン結晶化メカニズムを示す断面図である。 一般的な横方向結晶化による結晶化過程を順次示す断面図である。 一般的な横方向結晶化による結晶化過程を順次示す断面図である。 一般的な横方向結晶化による結晶化過程を順次示す断面図である。
符号の説明
４７５Ａ、４７５Ｂ、４７５Ｃ 通過領域、５１０ 基板、５１２ 非結晶シリコン薄膜、５１２´、５１２´´、５１２´´´ 多結晶シリコン薄膜、５７３Ａ、７５３Ｂ、７５３Ｃ 透過領域、５７４Ａ、７５４Ｂ、７５４Ｃ 遮断領域、５７５Ａ、５７５Ｂ、５７５Ｃ マスクパターン、５８０´ 第１のブロック、５８０´´ 第２のブロック、５８０´´´ 第３のブロック、６１２´、６１２´´、６１２´´´ 多結晶シリコン薄膜、６７０ マスク、６７５Ａ、６７５Ｂ、６７５Ｃ マスクパターン、６８０´ 第１のブロック、６８０´´ 第２のブロック、６８０´´´ 第３のブロック、７１２´、７１２´´、７１２´´´ 多結晶シリコン薄膜、７７０ マスク、７７５Ａ、７７５Ｂ、７７５Ｃ マスクパターン。

Claims (19)

  1. 複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成されたレーザーマスクであって、
    これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、
    前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、
    前記複数の透過領域は、円形状を有し、
    各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有する
    ことを特徴とするレーザーマスク。
  2. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内でＮ行×Ｍ列（Ｎ、Ｍは整数）のマトリックス状に配列されることを特徴とする請求項１に記載のレーザーマスク。
  3. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内で奇数列と偶数列とが互いにずれるように配列されることを特徴とする請求項２に記載のレーザーマスク。
  4. 前記レーザーマスクは、クロム系金属またはアルミニウム系金属からなる金属物質により構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザーマスク。
  5. 半導体膜が形成されている基板を提供する段階と、
    複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成され、これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、前記複数の透過領域は、円形状に形成され、各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有することを特徴とするマスクを前記基板上に位置させる段階と、
    前記第１のブロックを介して、前記半導体膜上に１次レーザービームを照射することで円形状の１次結晶を形成する段階と、
    前記第２のブロックを介して、前記１次結晶が形成された半導体膜上に２次レーザービームを照射することで、前記１次結晶の円周を開始点として前記第２のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、２次結晶を形成する段階と、
    前記第３のブロックを介して、前記１次結晶および前記２次結晶が形成された半導体膜上に３次レーザービームを照射することで、前記１次結晶または前記第２の結晶と前記第３のブロックのマスクパターンとが重なる部分を開始点として前記第３のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、３次結晶を形成する段階と
    を含み、
    照射される前記１次レーザービーム、前記２次レーザービーム、および前記３次レーザービームのそれぞれは、完全溶融領域のエネルギー密度を有し、前記半導体膜を順次的横方向結晶化方法により結晶化することで、前記１次結晶、前記２次結晶、および前記３次結晶を、ショットマークがなく、放射状に成長した均一なグレインを有するように形成する
    ことを特徴とするレーザー結晶化方法。
  6. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内でＮ行×Ｍ列のマトリックス状に配列されることを特徴とする請求項５に記載のレーザー結晶化方法。
  7. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内で奇数列と偶数列とが互いにずれるように配列されることを特徴とする請求項６に記載のレーザー結晶化方法。
  8. 前記マスクは、クロム系金属またはアルミニウム系金属からなる金属物質により形成することを特徴とする請求項５に記載のレーザー結晶化方法。
  9. 前記１次結晶を形成する段階から前記３次結晶を形成する段階までの段階は、
    前記マスクを介して前記１次レーザービームを照射して、所定の幅を有する１次結晶化領域を形成する段階と、
    前記基板を前記所定の幅以下の距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記２次レーザービームを照射して、２次結晶化領域を形成する段階と、
    前記基板を前記所定の幅以下の距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記３次レーザービームを照射して、３次結晶化領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする請求項５に記載のレーザー結晶化方法。
  10. 前記基板を前記所定の幅の１／３の距離だけ移動させることを特徴とする請求項９に記載のレーザー結晶化方法。
  11. 前記１次結晶を形成する段階から前記３次結晶を形成する段階までの段階は、
    前記マスクを介して前記１次レーザービームを照射して、１次結晶化領域を形成する段階と、
    前記マスクを前記１つのブロックの距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記２次レーザービームを照射して、２次結晶化領域を形成する段階と、
    前記マスクを前記１つのブロックの距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記３次レーザービームを照射して、３次結晶化領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする請求項５に記載のレーザー結晶化方法。
  12. 基板上に、交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインを形成する段階と、
    前記ゲートラインとデータラインとの交差領域に薄膜トランジスタを形成する段階と
    を含む表示素子の製造方法であって、
    前記薄膜トランジスタを形成する段階は、
    前記基板上に、半導体膜を形成する段階、前記基板上に、複数の透過領域及び１つの遮断領域を含む周期性パターンを有する３つのブロックにより構成され、これらのブロックのうち、第１のブロックの周期性パターンは第１の位置を有し、第２のブロックの周期性パターンは第２の位置を有し、第３のブロックの周期性パターンは第３の位置を有し、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンのそれぞれの透過領域の形状および周期は同一であり、これらの位置は互いに所定量分異なり、前記第１のブロックの周期性パターン、前記第２のブロックの周期性パターン、および前記第３のブロックの周期性パターンからなる３種の周期性パターンを１つのブロックに適用する場合に、前記３種の周期性パターンのうちの互いに隣接する透過領域は、一部が重なるように形成され、前記３種の周期性パターンのそれぞれが隣接する透過領域は、１つの正三角形をなし、前記正三角形が６つ集まって正六角形パターンをなし、前記複数の透過領域は、円形状に形成され、各ブロックの周期性パターンにおいて、互いに隣接する透過領域の中心間の距離（Ｌ）と円形状の透過領域の半径（Ｒ）とは、Ｌ／３≦Ｒ＜Ｌ／２の関係式を有することを特徴とするマスクを前記基板上に位置させる段階と、
    前記第１のブロックを介して、前記半導体膜上に１次レーザービームを照射することで円形状の１次結晶を形成する段階と、
    前記第２のブロックを介して、前記１次結晶が形成された半導体膜上に２次レーザービームを照射することで、前記１次結晶の円周を開始点として前記第２のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、２次結晶を形成する段階と、
    前記第３のブロックを介して、前記１次結晶および前記２次結晶が形成された半導体膜上に３次レーザービームを照射することで、前記１次結晶または前記第２の結晶と前記第３のブロックのマスクパターンとが重なる部分を開始点として前記第３のブロックのマスクパターンの中心側に結晶が成長するようにして、３次結晶を形成する段階と
    を含み、
    照射される前記１次レーザービーム、前記２次レーザービーム、および前記３次レーザービームのそれぞれは、完全溶融領域のエネルギー密度を有し、前記半導体膜を順次的横方向結晶化方法により結晶化することで、前記１次結晶、前記２次結晶、および前記３次結晶を、ショットマークがなく、放射状に成長した均一なグレインを有するように形成する
    ことを特徴とする表示素子の製造方法。
  13. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内でＮ行×Ｍ列（Ｎ、Ｍは整数）のマトリックス状に配列されることを特徴とする請求項１２に記載の表示素子の製造方法。
  14. 前記複数の透過領域は、前記各ブロック内で奇数列と偶数列とが互いにずれるように配列されることを特徴とする請求項１３に記載の表示素子の製造方法。
  15. 前記マスクは、クロム系金属またはアルミニウム系金属からなる金属物質により形成されることを特徴とする請求項１２に記載の表示素子の製造方法。
  16. 前記１次結晶を形成する段階から前記３次結晶を形成する段階までの段階は、
    前記マスクを介して前記１次レーザービームを照射して、所定の幅を有する１次結晶化領域を形成する段階と、
    前記基板を前記所定の幅以下の距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記２次レーザービームを照射して、２次結晶化領域を形成する段階と、
    前記基板を前記所定の幅以下の距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記３次レーザービームを照射して、３次結晶化領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の表示素子の製造方法。
  17. 前記基板を前記所定の幅の１／３の距離だけ移動させることを特徴とする請求項１６に記載の表示素子の製造方法。
  18. 前記１次結晶を形成する段階から前記３次結晶を形成する段階までの段階は、
    前記マスクを介して前記１次レーザービームを照射して、１次結晶化領域を形成する段階と、
    前記マスクを前記１つのブロックの距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記２次レーザービームを照射して、２次結晶化領域を形成する段階と、
    前記マスクを前記１つのブロックの距離だけ移動させる段階と、
    前記マスクを介して前記３次レーザービームを照射して、３次結晶化領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の表示素子の製造方法。
  19. 前記表示素子は、液晶表示素子または有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１２に記載の表示素子の製造方法。
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