WO2007026722A1

WO2007026722A1 - 投影マスク、レーザ加工方法、レーザ加工装置および薄膜トランジスタ素子

Info

Publication number: WO2007026722A1
Application number: PCT/JP2006/317018
Authority: WO
Inventors: Junichiro Nakayama; Hiroshi Tsunasawa; Ikumi Itsumi; Masashi Maekawa
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-03-08
Also published as: JP2007067020A; TW200720836A

Abstract

　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とともに、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が提供される。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、光源２１から発せられるレーザ光３１を照射し、前記第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。

Description

明細書

投影マスク、レーザ加工方法、レーザ加工装置および薄膜トランジスタ素子

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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!/、る。

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. Omm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。

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ぐ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力つて結晶が成長して、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ぐ具体的には lOOnm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。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〖こなるので、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、液晶表示装置にぉ、て、一表示画面中に応答速度の高、画素と応答速度の低、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ヽる。

図 17は、第 1の従来技術のレーザカ卩ェ装置 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 19A〜図 19D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。レーザカ卩ェ装置 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力も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。

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、エキシマレーザ力も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。これによつて領域 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 1 7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つて溶融することができる。

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 Aに示すように、領域 Bとそれ以外の領域との境界 Bl, 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 19B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 19C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。これによつて、図 19D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、特表 2000— 505241号公報 (第 15〜16頁、第 1図)参照)。

前述の第 1の従来技術では、ステージ 9の移動速度が低ぐ半導体膜 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、特表 2003 - 509844号公報 (第 9図）参照)。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ぐ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 19D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。

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力も 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、米国特許第 6, 7 06, 545号明細書 (Fig. 6〜Fig. 8)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、とヽぅ問題、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、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力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。

発明の開示

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。

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。

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。

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。

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。

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!、態様で形成されることを特徴とする。

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。

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。

また本発明は、照射対象物である非晶質材料力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。

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。

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。

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。

また本発明は、照射対象物である非晶質材料力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。

図面の簡単な説明

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

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。

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 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 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。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 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 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。

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。

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 19A〜図 19D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。

発明を実施するための最良の形態

以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

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 V、て、先行して説明して、る事項に対応する部分につ!、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。

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。

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 3 1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魏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。

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 2 1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、制御部 29に予め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、し、半導体素子 27の位置を検出する位置センサを設け、位置センサ力もの検出出力に応答して制御を行うように構成してもよ、。

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。

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（SiO )、酸化窒

2 化珪素（SiON)、窒化珪素（SiN)、窒化アルミニウム (A1N)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、プラズマェンノヽンスドィ匕学気相堆積 (Plasma Enhan ced Chemical Vapor Deposition;略称： PECVD)、蒸着またはスパッタリングなどによつて下地膜 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 lOOnmであり、半導体膜 37 の膜厚は 50nmである。

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ユ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 BA〜BDは、投影マスク 25の短手方向に延びる長方形状である。

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。

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。

次にレーザカ卩ェ装置 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」 t 、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。これによつて領域 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。

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—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—方に所定の距離だけ移動させることができる。これによつて、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—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、る。ステージ 28を第 1移動方向 X—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。

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力も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力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の厚み方向一方力も見て、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力も成長した複数の結晶同士の境界部分 44を示している。

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。

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—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 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ー致し、第 2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とがー致するような形状に形成される。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—方カゝ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」ヽぅ場合がある) 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— 方から他方に向力うにつれて、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—方力も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—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。

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のチャンネル長をしとする。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とチヤンネル長 Lとの大小関係力以下に示す式（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 X a) <L X 2

より、

a<L X (^2/2) =L X (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 2 5b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。

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、ずれの場合であつても、結晶の成長方向に対する複数の TF T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のスィツチング特性を均一にすることができる。

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 3Z4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 4 7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。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。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。

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。

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 4 7のソース力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。

具体的に述べると、 TFT素子 47のソース力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の電気的特性が悪ィ匕してしまう。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つてしまう場合がある。

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、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。これによつて第 1および第 2光透過パターン 2 5a, 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。

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。

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。これによつて複数の 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。

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力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。

これによつて半導体膜 37に複数の TFT素子 47を形成するとき、複数の TFT素子 4 7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。

次に本発明の第 2の実施の形態であるレーザカ卩ェ装置およびレーザカ卩ェ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 1 1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。

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 ΒΑ、第 2領域に対応する第 2ブロック ΒΒ、第 3領域に対応する第 3ブロック Β C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。

第 1および第 2ブロック ΒΑ, ΒΒ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。

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。

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—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 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ー致し、第 2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とがー致するような形状に形成される。

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—方力も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—方力も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。

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軸線力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。

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、ずれの場合であつても、結晶の成長方向に対する複数の T FT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。これによつて半導体膜 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。

次に本発明の第 3の実施の形態であるレーザカ卩ェ装置およびレーザカ卩ェ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 1 3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。

第 1および第 2ブロック ΒΑ, ΒΒ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。

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—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 25 a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ー致し、第 2延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とがー致するような形状に形成される。

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—方力も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—方力も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。

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軸線力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 1、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。

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、ずれの場合であつても、結晶の成長方向に対する複数の TF T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。これによつて半導体膜 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。

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カ卩ェ方法は、レーザ加工装置 60によつて実施される。レーザカ卩ェ装置 60は、第 1の実施の形態のレーザカ卩ェ装置 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 2 8および制御部 29を含んで構成される。

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. 6 m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。

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。

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ェ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。

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力も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。

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ぐ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ヽ。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、。

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 VI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 6 6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 200mjZcm²以上 lOOOmjZcm²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 lOOmjZcm²以上 lOOOiujZcm²未満である。

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 tO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 tOの後の時刻 tlから時刻 t3より前の時刻 t2にわたつて第 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ぐ第 2レーザ光 66が発せられている時間の 1Z100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 1Z1000程度である。さらに具体的に述べると、時刻 tOから時刻 t3までの時間は、たとえば 100 sであり、時刻 tlから時刻 t2までの時間は、たとえば 10 0nsである。

本実施の形態では、曲線 VI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 tl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 tO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 tl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。

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 tOから時刻 t 1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 tl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。

次にレーザカ卩ェ装置 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 VIに示すようなタイミングで、具体的には時刻 tlから時刻 t2までの間に第 1光源 6 1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 tO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。

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—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—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—方に所定の距離だけ移動させることができる。これによつて、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—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。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 1 6の曲線 VI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。これによつて、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。

前述のように本実施の形態によれば、レーザカ卩ェ装置 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力ドレイン Dに流れる電流の方向を同一にすることができる。

これによつて半導体膜 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。

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。

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、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。

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軸線力予め定める周方向一方に 45度、 15度および 60度のうちいずれ力 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力投影マスク 2 5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。本発明の他の実施の形態では、前記第 2軸線力も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、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ょ、。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。

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を備えるレーザカ卩ェ装置 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カ卩ェ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。

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っヽて述べたが、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を用いることなぐ半導体膜 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。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ぐ非晶質のゲルマニウムおよびそれらの合金でもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴力逸脱することなぐ他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

産業上の利用可能性

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。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。これによつ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素子のスィツチング特性をほぼ均一にすることができる。

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。

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。これによつ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素子のスィツチング特性をほぼ均一にすることができる。

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。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。これによつて照射対象物に形成する複数の TFT素子の電気的特性、具体的にはスィ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。

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。

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。これによつて照射対象物に形成する複数の TFT素子の電気的特性、具体的にはスィ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。

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。

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。

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。

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。これによつて複数の 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さる。

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。これによつ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ィ匕することができる。

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。

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。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。これによつて複数の 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。

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力も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力成る層（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: T FT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 TF T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。これによつ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。

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。

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、非晶質材料力も成る層（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。

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。

これによつ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。

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力も成る層（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。これによつ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。

また光源力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つて、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。したがってレーザカ卩ェ装置の部品点数を削減することができる。これによつてレーザカロェ装置の構造を簡単ィ匕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ィ匕を図ることができる。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これによつ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素子のスイツ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。

Claims

請求の範囲

[1] 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。

[2] 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。

[3] 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請求項 1記載の投影マスク。

[4] 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請求項 2記載の投影マスク。

[5] 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請求項 3記載の投影マスク。

[6] 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請求項 3〜5のいずれか 1つに記載の投影マスク。

[7] 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請求項 3記載の投影マスク。

[8] 照射対象物である非晶質材料力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。

[9] 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請求項 8記載のレーザ加工方法。

[10] 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請求項 8記載のレーザ加工方法。

[11] 結晶化工程は、

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つに記載のレーザカ卩ェ方法。

[12] 照射対象物である非晶質材料力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。

[13] 請求項 12記載の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。