WO2019035342A1 - レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び投影マスク - Google Patents

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laser
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水村　通伸
畑中　誠
敏成 新井
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株式会社ブイ・テクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to the formation of a thin film transistor, and more particularly to a laser irradiation apparatus for forming a polysilicon thin film by irradiating an amorphous silicon thin film with laser light, a method of manufacturing the thin film transistor, and a projection mask.
  • a thin film transistor having a reverse stagger structure there is one using an amorphous silicon thin film in a channel region.
  • the amorphous silicon thin film has a small electron mobility
  • using the amorphous silicon thin film for the channel region has a drawback that the mobility of the charge in the thin film transistor becomes small.
  • a polycrystalline silicon film is formed by instantaneously heating a predetermined region of an amorphous silicon thin film by laser light to form a polycrystalline silicon thin film having high electron mobility and the polysilicon thin film is used for a channel region.
  • Patent Document 1 an amorphous silicon thin film is formed on a substrate, and then the amorphous silicon thin film is irradiated with a laser beam such as an excimer laser and laser annealing is performed to melt polysilicon in a short time. It is disclosed to perform a process of crystallizing a thin film. According to Patent Document 1, by performing the process, the channel region between the source and the drain of the thin film transistor can be made to be a polysilicon thin film having high electron mobility, and it is possible to speed up the transistor operation. Have been described.
  • the channel region between the source and the drain is formed of one (one) polysilicon thin film. Therefore, the characteristics of the thin film transistor depend on one (one) polysilicon thin film.
  • the energy density of a laser beam such as an excimer laser varies with each irradiation (shot), so that the electron mobility of a polysilicon thin film formed using the laser beam also varies. Therefore, the characteristics of the thin film transistor formed using the polysilicon thin film also depend on the dispersion of the energy density of the laser light.
  • the characteristics of the plurality of thin film transistors included in the substrate may vary.
  • the object of the present invention is made in view of such problems, and provides a laser irradiation apparatus, a thin film transistor manufacturing method, and a projection mask capable of suppressing the dispersion of the characteristics of a plurality of thin film transistors included in a substrate. is there.
  • a laser irradiation apparatus includes a light source for generating laser light, a projection lens for irradiating the laser light to a predetermined region of an amorphous silicon thin film deposited on a substrate, and the projection lens. And a projection mask pattern provided with a plurality of openings so that the laser light is irradiated to a predetermined region of the amorphous silicon thin film, and the projection lens is provided in a predetermined direction.
  • the laser beam is irradiated to a predetermined region of the amorphous silicon thin film on the moving substrate through the projection mask pattern, and the projection mask pattern is at least adjacent to one row orthogonal to the moving direction
  • the areas of the openings are different from each other.
  • the projection lens is a plurality of microlenses included in a microlens array capable of separating the laser light
  • the projection mask pattern is orthogonal to the moving direction
  • the openings corresponding to a row of microlenses may be characterized in that the areas of at least the adjacent openings are different from one another.
  • the laser light emitted from the light source is irradiated onto a predetermined region of the amorphous silicon thin film through the microlens corresponding to the orthogonal row in one irradiation.
  • the projection lens irradiates laser beams of different irradiation ranges to at least the adjacent predetermined regions of the predetermined regions of the amorphous silicon thin film included in one row orthogonal to the moving direction. May be characterized.
  • a total area of a plurality of openings corresponding to microlenses corresponding to one row of the moving direction is set to a predetermined value. It may be a feature.
  • the laser irradiation apparatus is characterized in that, in the openings corresponding to a row of microlenses in the moving direction, at least the areas of the adjacent openings differ from one another in the projection mask pattern. Good.
  • the projection lens irradiates the amorphous silicon thin film deposited in a region corresponding to a position between the source electrode and the drain electrode included in the thin film transistor with laser light
  • a silicon thin film may be formed.
  • a projection mask pattern including a plurality of openings is provided in a first step of generating a laser beam and a predetermined region of an amorphous silicon thin film deposited on a substrate.
  • the laser beam is irradiated through the projection mask pattern in which areas of at least adjacent openings in one row orthogonal to the moving direction are different from each other.
  • the projection lens is a plurality of microlenses included in a microlens array capable of separating the laser light, and in the second step, it is orthogonal to the moving direction
  • the laser beam may be irradiated through the projection mask pattern in which the areas of at least the adjacent openings are different from each other in the openings corresponding to a row of microlenses.
  • the laser light emitted from the light source is irradiated onto a predetermined region of the amorphous silicon thin film through the microlens corresponding to the orthogonal row in one irradiation.
  • the laser light is emitted differently to at least the predetermined region adjacent to the predetermined region of the amorphous silicon thin film included in one row orthogonal to the moving direction.
  • a range of laser light may be irradiated.
  • a projection mask in which a total area of a plurality of openings corresponding to microlenses corresponding to one row of the moving direction is set to a predetermined value.
  • Laser light may be irradiated to a predetermined region of the amorphous silicon thin film through a pattern.
  • the laser irradiation method in the second step, at the openings corresponding to one row of microlenses in the moving direction, at least the areas of the adjacent openings are different from each other via projection mask patterns.
  • the laser beam may be irradiated to a predetermined region of the amorphous silicon thin film.
  • laser light is applied to a predetermined region of an amorphous silicon thin film deposited in a corresponding region between a source electrode and a drain electrode included in a thin film transistor.
  • a polysilicon thin film is formed by the second step.
  • the projection mask in one embodiment of the present invention is a projection mask disposed on a projection lens that emits laser light generated from a light source, and the projection mask is deposited on a substrate that moves in a predetermined direction.
  • a plurality of openings are provided so that the laser light is irradiated to a predetermined region of the amorphous silicon thin film, and each of the plurality of openings is at least adjacent in a row orthogonal to the predetermined direction.
  • the areas of the openings may be different from each other.
  • FIG. 2 is a view showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus 10;
  • FIG. 2 is a view showing an example of the configuration of a microlens array 13; It is a schematic diagram which shows the example of the thin-film transistor 20 by which the predetermined area
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the other example of the board
  • FIG. FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of a projection mask pattern 15 provided in the microlens array 13;
  • FIG. 10 is a schematic view showing another configuration example of the projection mask pattern 15 provided in the microlens array 13;
  • FIG. 6 is a view showing another configuration example of the laser irradiation device 10;
  • FIG. 1 is a view showing an example of the arrangement of a laser irradiation apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser irradiation device 10 performs, for example, annealing treatment by irradiating the channel region formation planned region with laser light. It is an apparatus for polycrystallizing a channel region formation scheduled region.
  • the laser irradiation device 10 is used, for example, when forming a thin film transistor of a pixel such as a peripheral circuit of a liquid crystal display device.
  • a gate electrode made of a metal film such as Al is patterned on the substrate 30 by sputtering.
  • a gate insulating film made of a SiN film is formed on the entire surface of the substrate 30 by low temperature plasma CVD.
  • an amorphous silicon thin film 21 is formed on the gate insulating film, for example, by plasma CVD. That is, the amorphous silicon thin film 21 is formed (deposited) on the entire surface of the substrate 30.
  • a silicon dioxide (SiO 2 ) film is formed on the amorphous silicon thin film 21.
  • the laser irradiation device 10 illustrated in FIG. 1 applies a laser beam 14 to a predetermined region (a region to be a channel region in the thin film transistor 20) on the gate electrode of the amorphous silicon thin film 21 to perform annealing treatment.
  • the region is polycrystallized and polysiliconized.
  • the substrate 30 is, for example, a glass substrate, but the substrate 30 is not necessarily a glass material, and may be a substrate of any material such as a resin substrate formed of a material such as a resin.
  • the beam system of the laser light 14 emitted from the laser light source 11 is expanded by the coupling optical system 12, and the luminance distribution is made uniform.
  • the laser light source 11 is an excimer laser which emits, for example, laser light 14 having a wavelength of 308 nm or 248 nm at a predetermined repetition cycle.
  • the laser beam 14 is separated into a plurality of laser beams 14 by a plurality of openings (transmission regions) of a projection mask pattern 15 (not shown) provided on the microlens array 13, and a predetermined amount of amorphous silicon thin film 21 is obtained. It is irradiated to the area of The microlens array 13 is provided with a projection mask pattern 15, and the projection mask pattern 15 irradiates a predetermined area with the laser light 14. Then, a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 is instantaneously heated and melted, and a part of the amorphous silicon thin film 21 becomes a polysilicon thin film 22.
  • the projection mask pattern 15 may be called a projection mask.
  • the polysilicon thin film 22 has electron mobility higher than that of the amorphous silicon thin film 21 and is used in the thin film transistor 20 as a channel region for electrically connecting the source 23 and the drain 24.
  • the example using the micro lens array 13 is shown, it is not necessary to necessarily use the micro lens array 13, and the laser beam 14 may be irradiated using one projection lens. .
  • the case where the polysilicon thin film 22 is formed using the microlens array 13 will be described as an example.
  • FIG. 2 is a view showing a configuration example of the microlens array 13 used for the annealing process.
  • the microlens array 13 As shown in FIG. 2, in the microlens array 13, twenty microlenses 17 are disposed in one column (or one row) in the scanning direction.
  • the laser irradiation apparatus 1 uses at least a portion of the twenty microlenses 17 included in one column (or one row) of the microlens array 13 with respect to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 to form a laser beam 14. Irradiate.
  • the number of microlenses 17 in one column (or one row) included in the microlens array 13 is not limited to 20, but may be any number.
  • the microlens array 13 includes twenty microlenses 17 in one column (or row), but includes, for example, 83 microlenses 17 in one row (or one column). Incidentally, it is needless to say that 83 pieces are examples and any number may be used.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of the thin film transistor 20 in which a predetermined region is annealed.
  • the thin film transistor 20 is formed by first forming the polysilicon thin film 22 and then forming the source 23 and the drain 24 at both ends of the formed polysilicon thin film 22.
  • a polysilicon thin film 22 is formed between the source 23 and the drain 24.
  • the laser irradiation apparatus 10 uses, for example, twenty microlenses 17 included in one column (or one row) of the microlens array 13 shown in FIG. 3 with respect to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21. Irradiate. That is, the laser irradiation apparatus 10 irradiates 20 shots of laser light 14 to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21. As a result, in the region to be the thin film transistor 20, the predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 is instantaneously heated and melted to form the polysilicon thin film 22.
  • FIG. 4 is a schematic view showing an example of the substrate 30 on which the laser irradiation apparatus 10 irradiates the laser light 14.
  • the substrate 30 is not necessarily a glass material, and may be a substrate of any material such as a resin substrate formed of a material such as a resin.
  • the substrate 30 includes a plurality of pixels 31, and each of the pixels 31 includes a thin film transistor 20.
  • the thin film transistor 20 executes transmission control of light in each of the plurality of pixels 31 by electrically turning ON / OFF.
  • An amorphous silicon thin film 21 is provided on the entire surface of the substrate 30.
  • the predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 is a portion to be a channel region of the thin film transistor 20.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates a predetermined region (a region to be a channel region in the thin film transistor 20) of the amorphous silicon thin film 21 with the laser light.
  • the laser irradiation device 10 irradiates the laser light 14 with a predetermined cycle, moves the substrate 30 during the time when the laser light 14 is not irradiated, and the laser light 14 is moved to a predetermined region of the next amorphous silicon thin film 21.
  • the amorphous silicon thin film 21 is disposed on the entire surface of the substrate 30.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates the laser light 14 to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 disposed on the substrate 30 at a predetermined cycle.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates the laser light 14 to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 on the substrate using the microlens array 13.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates, for example, the region A of the amorphous silicon thin film 21 provided (deposited) on the entire surface of the substrate 30 as shown in FIG.
  • the laser irradiation apparatus 10 also irradiates the laser beam 14 to the region B shown in FIG. 4 of the amorphous silicon thin film 21 provided (deposited) on the entire surface of the substrate 30.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates the laser beam 14 using each of the twenty microlenses 17 included in one row (or one row) of the microlens array 13 shown in FIG. 2 in order to perform the annealing process. It is possible to do.
  • the region A in FIG. 4 of the amorphous silicon thin film 21 provided (deposited) on the entire surface of the substrate 30 is a first microlens included in the microlens array 13 shown in FIG.
  • the laser beam 14 is irradiated using 17a.
  • the substrate 30 is moved by a predetermined interval "H".
  • the laser irradiation apparatus 10 may stop the irradiation of the laser light 14.
  • the region A of FIG. 4 in the amorphous silicon thin film 21 uses the second microlens 17 b included in the microlens array 13 shown in FIG. It is irradiated.
  • the laser irradiation apparatus 10 may stop the irradiation of the laser beam 14 while the substrate 30 is moving, or may irradiate the laser beam 14 to the substrate 30 which is moving continuously.
  • the irradiation head (that is, the laser light source 11, the coupling optical system 12, the microlens array 13, and the projection mask pattern 15) of the laser irradiation apparatus 10 may move relative to the substrate 30.
  • the laser irradiation apparatus 10 repeatedly executes this, and finally, with respect to the region A of FIG. 4 in the amorphous silicon thin film 21, the microlenses 17 t of the microlens array 13 shown in FIG.
  • the laser beam 14 is irradiated using 17).
  • the region A of the amorphous silicon thin film 21 is irradiated with the laser beam 14 using each of the twenty microlenses 17 included in one row (or one row) of the microlens array 13 shown in FIG. become.
  • the laser irradiation apparatus 10 also applies to the region B in FIG. 4 of the amorphous silicon thin film 21 of the twenty microlenses 17 included in one column (or one row) of the microlens array 13 shown in FIG. Each is used to emit a laser beam 14.
  • the region B is different in position from the region A by “H” in the moving direction of the substrate, the timing of the irradiation of the laser beam 14 is delayed by one irradiation. That is, when the region A is irradiated with the laser beam 14 using the second microlens 17 b, the region B is irradiated with the laser beam 14 using the first microlens 17 a.
  • the region B uses the one nineteenth nineteenth microlens 17 s. Laser light is emitted. Then, in the region B, laser light is emitted using the twentieth micro lens 17 t (that is, the last micro lens 17) at the timing of the next laser light irradiation.
  • the region A and the region B in FIG. 4 are different from each other in the laser beam 14 emitted last.
  • the stability between pulses is about 0.5%. That is, the laser irradiation apparatus 10 causes about 0.5% variation in the energy density of the laser beam 14 for each shot. Therefore, the electron mobility of the polysilicon thin film 22 formed by the laser irradiation apparatus 10 may also vary.
  • the electron mobility of the polysilicon thin film 22 formed by the irradiation of the laser beam 14 is the energy density of the laser beam 14 finally irradiated to the polysilicon thin film 22, ie, the energy density of the last shot. Dependent.
  • the laser light to be irradiated last is different, so the electron mobility of the formed polysilicon thin film 22 is different from each other.
  • the electron mobility of the formed polysilicon thin film 22 is It will be the same.
  • the electron mobility of the formed polysilicon thin film 22 is the same. That is, on the substrate, the electron mobility is different between adjacent regions, but the predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 in the same region has the same electron mobility.
  • the laser light 14 is irradiated in the different irradiation areas.
  • the irradiation ranges of the laser light 14 irradiated to the predetermined area of the adjacent amorphous silicon thin film 21 are different from each other.
  • the electron mobility of the adjacent polysilicon thin films 22 is different from each other.
  • the characteristics of the adjacent thin film transistors 20 also differ.
  • the characteristics of the thin film transistors 20 adjacent to each other in the entire substrate 30 are different from each other, and the difference in display (for example, the difference in light and shade of color) due to the difference in the characteristics does not appear "linearly". Therefore, in the liquid crystal screen, the display unevenness does not become a “line”, and the display unevenness can be prevented from being emphasized.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the presence or absence of the occurrence of display unevenness due to the thin film transistors 20 adjacent to each other on the substrate 30.
  • the characteristics of the plurality of thin film transistors 20 in the region A are the same in the characteristic A
  • the characteristics of the plurality of thin film transistors 20 in the region B are the same in the characteristic B.
  • the thin film transistor 20 of the characteristic A and the thin film transistor 20 of the characteristic B butt at the “linear” boundary between the region A and the region B, and the difference in display due to the difference in characteristics is “linear”. And it will appear. Therefore, the display unevenness is emphasized as "stripes" on the liquid crystal screen.
  • the laser irradiation apparatus 10 sets the irradiation range of the laser light 14 irradiated to a predetermined area of the amorphous silicon thin film 21 to a predetermined area. Each shall be different from each other.
  • the irradiation ranges of the laser light 14 irradiated to the predetermined area of the adjacent amorphous silicon thin film 21 become different from each other. That is, among a plurality of amorphous silicon thin films 21 included in the same region (for example, in the region A), at least predetermined regions of the adjacent amorphous silicon thin film 21 are irradiated with the laser beam 14 in different irradiation ranges. It will be.
  • the irradiation ranges of the laser beam 14 finally irradiated to the predetermined area of the adjacent amorphous silicon thin film 21 are also different from each other.
  • the electron mobility of the adjacent polysilicon thin films 22 will be different from each other.
  • the adjacent openings are made to have different shapes (or areas).
  • the shapes (areas, sizes and / or sizes) of the adjacent openings in the projection mask pattern 15 are configured to be different from each other.
  • FIG. 6 is a view showing a configuration example of the opening 16 (transmission region) of the projection mask pattern 15 in the first embodiment of the present invention.
  • the openings 16 illustrated in FIG. 6 are configuration examples of the openings 16 in the region corresponding to the A row of the microlens array 13 illustrated in FIG. 2 in the projection mask pattern 15.
  • the projection mask pattern 15 is provided with an opening 16 (transmission region) through which the laser beam 14 is transmitted.
  • the laser beam 14 passes through the transmission region 16 and is projected onto a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21.
  • the openings 16 (transmission regions) adjacent to each other among the openings 16 (transmission regions) included in one row of the projection mask pattern 15 are different from each other It is configured to be shaped (area, size and / or size).
  • the openings 16A adjacent to each other and the openings 16B have different shapes (area, size, and / or size) from each other.
  • the openings 16B and the openings 16C adjacent to each other also differ in their shapes (area, size and / or size).
  • the shapes (area, size and / or size) of the adjacent openings 16 are configured to be different from each other.
  • Each of the openings 16 provided in the projection mask pattern 15 illustrated in FIG. 6 has, for example, a substantially rectangular or substantially trapezoidal shape, and the long side is about 100 ⁇ m.
  • the width of the opening 16 differs at least between the adjacent openings 16 (for example, the opening 16A and the opening 16B), and is set, for example, in the range of 25 to 50 ⁇ m.
  • the shape, area, size and / or size of the opening 16 of the projection mask pattern 15 is an example, and any size may be used as long as it corresponds to the size of the microlens 17. .
  • the shape of the opening 16 is also an example, and the shape is not limited to a rectangle or a trapezoid, and any shape may be used.
  • the long sides of the openings 16 have substantially the same length in any of the openings 16, but the lengths of the long sides may be different.
  • the lengths of the openings 16 may be different between the openings 16A and the openings 16B.
  • FIG. 7 is another view showing a configuration example of the projection mask pattern 15.
  • the projection mask pattern 15 is provided with an opening 16 so as to correspond to each of the microlenses 17 included in the microlens array 13 illustrated in FIG. 2.
  • twenty openings 16 are provided in one row (ie, the region I or the region X).
  • in one row (for example, row A or row B) of the projection mask pattern 15 at least the openings 16 adjacent to each other have different shapes (area, size, and / or dimensions) from one another. .
  • the shapes (areas, sizes, and / or dimensions) of the openings 16 in the regions X and Z, which are the openings 16 adjacent to each other, are different from each other.
  • the shapes (areas, sizes, and / or dimensions) of the openings 16 in the area X and the area Z, which are the openings 16 adjacent to each other, are different from each other.
  • the shapes (area, size and / or size) of the openings 16 adjacent in the direction orthogonal to the scanning direction of the substrate 30 are configured to be different from each other.
  • the shapes (area, size, and / or size) of the openings 16 adjacent to each other in the direction parallel to the scanning direction of the substrate 30 are different from each other. It is also good.
  • the openings 16 in one row (for example, row A and row B in region I) adjacent to each other in one row (for example, region I in FIG. 7) of the projection mask pattern 15 are
  • the shapes (area, size and / or size) may be different from one another.
  • the shapes (areas, sizes and / or dimensions) of the openings 16 in rows B and C may be different from each other.
  • the total area of the twenty openings 16 is set to a predetermined value (predetermined area) in one line of the projection mask pattern 15 (area I or area X in FIG. 7). That is, the total area of the openings 16 in rows A to T of the region I of the projection mask pattern 15 illustrated in FIG. 7 and the total area of the openings 16 in the rows A to T of the region X are all predetermined. It is set to a value (predetermined area). As a result, even if any “row” of the projection mask pattern 15 is used, the total of the irradiation area of the laser beam 14 irradiated to the predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 becomes constant.
  • the total area of the twenty openings 16 in one line of the projection mask pattern 15 does not necessarily have to be set to a predetermined value (predetermined area), and laser light
  • the irradiation area of 14 may differ by "row”.
  • the opening (transmission region) 16 of the projection mask pattern 15 is provided to be orthogonal to the moving direction (scanning direction) of the substrate 30.
  • the opening (transmission region) 16 of the projection mask pattern 15 does not have to be orthogonal to the moving direction (scanning direction) of the substrate 30, and is parallel (substantially parallel) to the moving direction (scanning direction). May be provided.
  • the laser irradiation apparatus 10 irradiates the substrate 30 illustrated in FIG. 4 with the laser light 14 using the projection mask pattern 15 shown in FIG. 7.
  • a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 in the region X is formed of twenty microlenses 17 masked by the rows A to T of the region X illustrated in FIG.
  • the laser beam 14 is irradiated using this.
  • the thin film transistor 20 in the area Z next to the area Z is irradiated with the laser light 14 by using twenty microlenses 17 masked by the rows A to T of the area X illustrated in FIG.
  • predetermined regions of the amorphous silicon thin film 21 in the adjacent regions in the regions in the scan direction are micro lenses 17 in different rows.
  • the laser beam 14 is irradiated. Therefore, in the substrate 30 illustrated in FIG. 4, the thin film transistors 20 in adjacent regions have different characteristics in the region in the scan direction (that is, the region X and the region Z).
  • the laser beam 14 to be irradiated is different between the regions (exemplified in FIG. 4) region A and the region B orthogonal to the scanning direction, so that the thin film transistors 20 in the adjacent regions have different characteristics. Become.
  • adjacent thin film transistors 20 have different characteristics in the entire substrate 30. Therefore, the difference in display (for example, the difference in light and shade of color) due to the difference in the characteristics of the thin film transistor 20 is dispersed, and does not appear linearly. Therefore, in the liquid crystal screen, the display unevenness does not become a “line”, and the display unevenness can be prevented from being emphasized.
  • the substrate 30 moves by a predetermined distance each time the laser light 14 is irradiated by one microlens 17.
  • the predetermined distance is a distance "H" between the plurality of thin film transistors 20 on the substrate 30, as illustrated in FIG.
  • the laser irradiation apparatus 10 stops the irradiation of the laser beam 14 while moving the substrate 30 by the predetermined distance.
  • the laser irradiation device 10 After moving the substrate 30 by the predetermined distance “H”, the laser irradiation device 10 irradiates the laser light 14 using the microlenses 17 included in the microlens array 13.
  • the projection mask pattern 15 shown in FIG. 7 since the projection mask pattern 15 shown in FIG. 7 is used, irradiation ranges of shapes (area, size and / or dimensions) different from each other for one amorphous silicon thin film 21
  • the laser beam 14 is irradiated by the twenty microlenses 17 of the above.
  • the source 23 and the drain 24 are formed in the thin film transistor 20.
  • the characteristics of the thin film transistors 20 adjacent to each other in the entire substrate 30 are different from each other, and the difference in display due to the difference in the characteristics (for example, the difference in color contrast etc.) Does not appear “linearly”. Therefore, in the liquid crystal screen, the display unevenness does not become a “line”, and the display unevenness can be prevented from being emphasized.
  • the second embodiment of the present invention is an embodiment in which laser annealing is performed using one projection lens 18 instead of the microlens array 13.
  • FIG. 8 is a view showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • the laser irradiation apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention includes a laser light source 11, a coupling optical system 12, a projection mask pattern 15, and a projection lens 18.
  • the laser light source 11 and the coupling optical system 12 have the same configuration as the laser light source 11 and the coupling optical system 12 in the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is omitted.
  • the projection mask pattern has the same configuration as the projection mask pattern in the first embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.
  • the projection mask pattern 15 is, for example, the projection mask pattern 15 illustrated in FIGS. 6 and 7.
  • the mask pattern of the projection mask pattern 15 is converted by the magnification of the optical system of the projection lens 18, what is the shape (area, size and / or size) of the projection mask pattern illustrated in FIG. It may be different.
  • the laser light passes through the opening 16 (transmission region) of the projection mask pattern 15 and is irradiated onto a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 by the projection lens 18.
  • a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 is instantaneously heated and melted, and a part of the amorphous silicon thin film 21 becomes the polysilicon thin film 22.
  • the laser irradiation device 10 irradiates the laser light 14 with a predetermined cycle, moves the substrate 30 during the time when the laser light 14 is not irradiated, and the next amorphous silicon thin film 21 is formed.
  • the laser beam 14 is irradiated to the portion.
  • the amorphous silicon thin film 21 is disposed on the entire surface of the substrate 30. Then, the laser irradiation apparatus 10 irradiates the laser light 14 to a predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 disposed on the substrate 30 at a predetermined cycle.
  • the laser beam 14 is converted by the magnification of the optical system of the projection lens 18. That is, the pattern of the projection mask pattern 15 is converted by the magnification of the optical system of the projection lens 18, and a predetermined region of the (deposited) amorphous silicon thin film 21 formed on the substrate 30 is laser annealed. .
  • the mask pattern of the projection mask pattern 15 is converted by the magnification of the optical system of the projection lens 18, and a predetermined region of the (deposited) amorphous silicon thin film 21 formed on the substrate 30 is laser annealed.
  • Ru for example, when the magnification of the optical system of the projection lens 18 is about twice, the mask pattern of the projection mask pattern 15 is multiplied by about 1/2 (0.5) and the predetermined region of the substrate 30 is laser annealed .
  • the magnification of the optical system of the projection lens 18 is not limited to about twice, and may be any magnification.
  • the mask pattern of the projection mask pattern 15 is laser-annealed in a predetermined region on the substrate 30 in accordance with the magnification of the optical system of the projection lens 18.
  • the mask pattern of the projection mask pattern 15 is multiplied by about 1/4 (0.25) and formed on the substrate 30 (deposited A predetermined region of the amorphous silicon thin film 21 is laser annealed.
  • the reduced image of the projection mask pattern 15 irradiated to the amorphous silicon thin film 21 formed (deposited) on the substrate 30 is the same as that of the lens of the projection lens 18.
  • the pattern is rotated 180 degrees around the optical axis.
  • the projection lens 18 forms an erect image
  • the reduced image of the projection mask pattern 15 irradiated to the amorphous silicon thin film 21 formed (deposited) on the substrate 30 is the projection mask pattern 15 as it is. It becomes.
  • the characteristics of the thin film transistors 20 adjacent to each other in the entire substrate 30 are mutually different.
  • the difference in display for example, the difference in light and shade of color
  • the display unevenness does not become a “line”, and the display unevenness can be prevented from being emphasized.

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Abstract

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、基板上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、投影レンズ上に設けられ、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対してレーザ光が照射されるように、複数の開口部が設けられた投影マスクパターンと、を備え、投影レンズは、所定の方向に移動する基板上のアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して、投影マスクパターンを介してレーザ光を照射し、投影マスクパターンは、移動する方向に直交する一列において、少なくとも隣接する開口部の面積が互いに異なることを特徴とする。

Description

レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び投影マスク
　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、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、薄膜トランジスタの製造方法及び投影マスクに関する。
　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、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成し、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が、一か所（一本）のポリシリコン薄膜により形成されている。そのため、薄膜トランジスタの特性は、一か所（一本）のポリシリコン薄膜に依存することになる。
　ここで、エキシマレーザ等のレーザ光のエネルギ密度は、その照射（ショット）ごとにばらつきが生じるため、当該レーザ光を用いて形成されるポリシリコン薄膜の電子移動度にもばらつきが生じる。そのため、当該ポリシリコン薄膜を用いて形成される薄膜トランジスタの特性も、レーザ光のエネルギ密度のばらつきに依存してしまう。
　その結果、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性には、ばらつきが生じてしまう可能性がある。
　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、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、薄膜トランジスタの製造方法及び投影マスク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、基板上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、前記投影レンズ上に設けられ、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して前記レーザ光が照射されるように、複数の開口部が設けられた投影マスクパターンと、を備え、前記投影レンズは、所定の方向に移動する前記基板上の前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して、前記投影マスクパターンを介して前記レーザ光を照射し、前記投影マスクパターンは、前記移動する方向に直交する一列において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異な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は、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、前記投影マスクパターンは、前記移動する方向に直交する一列のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異な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は、前記光源から照射されたレーザ光は、一回の照射において、前記直交する一列に対応するマイクロレンズを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射され、前記投影レンズは、前記移動する方向に直交する一列に含まれる前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域のうち、少なくとも隣接する前記所定の領域に対して、異なる照射範囲のレーザ光を照射す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は、前記投影マスクパターンは、前記移動する方向の一行に対応するマイクロレンズに対応する複数の開口部の総面積が、所定の値に設定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装置は、前記投影マスクパターンは、前記移動する方向の一行のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異な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は、前記投影レンズは、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に対応する領域に被着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第１のステップと、基板上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、複数の開口部を含む投影マスクパターンが設けられた投影レンズを用いて、前記レーザ光を照射する第２のステップと、前記レーザ光が照射されるごとに、前記基板を所定の方向に移動する第３のステップと、を含み、第２のステップにおいて、前記移動する方向に直交する一列において少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる前記投影マスクパターンを介して、前記レーザ光を照射す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方法は、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、第２のステップにおいて、前記移動する方向に直交する一列のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる前記投影マスクパターンを介して、前記レーザ光を照射す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、前記光源から照射されたレーザ光は、一回の照射において、前記直交する一列に対応するマイクロレンズを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射され、前記第２のステップにおいて、前記レーザ光は、前記移動する方向に直交する一列に含まれる前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域のうち、少なくとも隣接する前記所定の領域に対して、異なる照射範囲のレーザ光を照射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、第２のステップにおいて、前記移動する方向の一行に対応するマイクロレンズに対応する複数の開口部の総面積が、所定の値に設定される投影マスクパターンを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対してレーザ光を照射す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、第２のステップにおいて、前記移動する方向の一行のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる投影マスクパターンを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対してレーザ光を照射す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、前記第２のステップにおいて、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に対応する領域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して、ポリシリコン薄膜を形成す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、光源から発生されたレーザ光を照射する投影レンズ上に配置される投影マスクであって、前記投影マスクは、所定の方向に移動する基板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対して前記レーザ光が照射されるように複数の開口部が設けられ、前記複数の開口部の各々は、前記所定の方向に直交する一列において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なることを特徴とする。
　本発明によれば、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、薄膜トランジスタの製造方法及び投影マスクを提供することである。
レーザ照射装置１０の構成例を示す図である。 マイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。 所定の領域がアニール処理された薄膜トランジスタ２０の例を示す模式図である。 レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射する基板３０の例を示す模式図である。 レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射する基板３０の他の例を示す模式図である。 マイクロレンズアレイ１３に設けられた投影マスクパターン１５の構成例を示す模式図である。 マイクロレンズアレイ１３に設けられた投影マスクパターン１５の他の構成例を示す模式図である。 レーザ照射装置１０の他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）２０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２１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２１が形成（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜２１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２１のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタ２０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１４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１４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。
　その後、レーザ光１４は、マイクロレンズアレイ１３上に設けられた投影マスクパターン１５（図示しない）の複数の開口部（透過領域）により、複数のレーザ光１４に分離され、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に照射される。マイクロレンズアレイ１３には、投影マスクパターン１５が設けられ、当該投影マスクパターン１５によって所定の領域にレーザ光１４が照射される。そして、アモルファスシリコン薄膜２１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２１の一部がポリシリコン薄膜２２となる。なお、投影マスクパターン１５は、投影マスクと呼称されてもよい。
　ポリシリコン薄膜２２は、アモルファスシリコン薄膜２１に比べて電子移動度が高く、薄膜トランジスタ２０において、ソース２３とドレイン２４とを電気的に接続させるチャネル領域に用いられる。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、実施形態１では、マイクロレンズアレイ１３を用いて、ポリシリコン薄膜２２を形成する場合を例にして説明する。
　図２は、アニール処理に用いるマイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。図２に示すように、マイクロレンズアレイ１３において、スキャン方向の１列（又は１行）には、２０個のマイクロレンズ１７が配置される。レーザ照射装置１は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、マイクロレンズアレイ１３の１列（又は１行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の少なくとも一部を用いて、レーザ光１４を照射する。なお、なお、マイクロレンズアレイ１３に含まれる一列（又は一行）のマイクロレンズ１７の数は、２０個に限られず、いくつであってもよい。
　図２に示すように、マイクロレンズアレイ１３は、その一列（または一行）にマイクロレンズ１７を２０個含むが、一行（または一列）には例えば８３個含む。なお、８３個は例示であって、いくつであってもよいことは言うまでもない。
　図３は、所定の領域がアニール処理された薄膜トランジスタ２０の例を示す模式図である。なお、薄膜トランジスタ２０は、最初にポリシリコン薄膜２２を形成し、その後、形成されたポリシリコン薄膜２２の両端にソース２３とドレイン２４を形成することで、作成される。
　図３に示すように、薄膜トランジスタ２０は、ソース２３とドレイン２４との間に、ポリシリコン薄膜２２が形成されている。レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、図３に示したマイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に含まれる例えば２０個のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を照射する。すなわち、レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、２０ショットのレーザ光１４を照射する。その結果、薄膜トランジスタ２０となる領域において、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜２２となる。
　図４は、レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射する基板３０の例を示す模式図である。なお、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４に示すように、基板３０は、複数の画素３１を含み、当該画素３１の各々に薄膜トランジスタ２０を備える。薄膜トランジスタ２０は、複数の画素３１の各々における光の透過制御を、電気的にＯＮ／ＯＦＦすることにより実行するものである。基板３０には、その全面にアモルファスシリコン薄膜２１が設けられている。当該アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、薄膜トランジスタ２０のチャネル領域となる部分である。
　レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域（薄膜トランジスタ２０においてチャネル領域となる領域）にレーザ光１４を照射する。ここで、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２１の所定の領域に当該レーザ光１４が照射されるようにする。図４に示すように、基板３０は、その全面にアモルファスシリコン薄膜２１が配置される。そして、レーザ照射装置１０は、所定の周期で、基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に、レーザ光１４を照射する。
　そして、レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３を用いて、基板上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、レーザ光１４を照射する。レーザ照射装置１０は、例えば、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４に示す領域Ａに対して、レーザ光１４を照射する。また、レーザ照射装置１０は、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４に示す領域Ｂに対しても、レーザ光１４を照射する。
　ここで、レーザ照射装置１０は、アニール処理を行うために、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４を照射することが考えられる。
　この場合、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａは、まず、図２に示すマイクロレンズアレイ１３に含まれる第１のマイクロレンズ１７ａを用いて、レーザ光１４を照射される。その後、基板３０を所定の間隔「Ｈ」だけ移動させる。基板３０が移動している間、レーザ照射装置１０は、レーザ光１４の照射を停止してもよい。そして、基板３０が「Ｈ」だけ移動した後、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａは、図２に示すマイクロレンズアレイ１３に含まれる第２のマイクロレンズ１７ｂを用いて、レーザ光１４を照射される。なお、レーザ照射装置１０は、基板３０が移動している間レーザ光１４の照射を停止してもよいし、移動し続けている当該基板３０に対してレーザ光１４を照射してもよい。
　なお、レーザ照射装置１０の照射ヘッド（すなわち、レーザ光源１１、カップリング光学系１２、マイクロレンズアレイ１３及び投影マスクパターン１５）が、基板３０に対して移動してもよい。
　レーザ照射装置１０は、これを繰り返し実行して、最後に、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａに対して、図２に示すマイクロレンズアレイ１３のマイクロレンズ１７ｔ（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いて、レーザ光１４を照射する。その結果、アモルファスシリコン薄膜２１のうち領域Ａは、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４を照射されることになる。
　同様にして、レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ｂに対しても、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４を照射する。ただ、領域Ｂは、領域Ａに比べて基板の移動方向に対して「Ｈ」だけ位置が異なるため、レーザ光１４が照射されるタイミングが、１照射分だけ遅れる。すなわち、領域Ａが第２のマイクロレンズ１７ｂを用いてレーザ光１４を照射される時に、領域Ｂは、第１のマイクロレンズ１７ａを用いてレーザ光１４を照射される。そして、領域Ａが第２０のマイクロレンズ１７ｔ（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いてレーザ光１４を照射される時には、領域Ｂは、一つ前の第１９のマイクロレンズ１７ｓを用いて、レーザ光が照射されることになる。そして、領域Ｂは、次のレーザ光の照射のタイミングで、第２０のマイクロレンズ１７ｔ（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いて、レーザ光が照射されることになる。
　つまり、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａと、領域Ｂとは、最後に照射されるレーザ光１４が異なることになる。
　ここで、エキシマレーザにおいて、パルス間の安定性は、０．５％程度である。すなわち、レーザ照射装置１０は、１ショットごとに、そのレーザ光１４のエネルギ密度に０．５％程度のばらつきを生じさせる。そのため、レーザ照射装置１０によって形成されるポリシリコン薄膜２２の電子移動度にも、ばらつぎが生じてしまう可能性がある。そして、レーザ光１４を照射されたことにより形成されたポリシリコン薄膜２２の電子移動度は、当該ポリシリコン薄膜２２に最後に照射されたレーザ光１４のエネルギ密度、すなわち最後のショットのエネルギ密度に依存する。
　そのため、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域のうち領域Ａと、領域Ｂとは、最後に照射されるレーザ光が異なるため、形成されるポリシリコン薄膜２２の電子移動度が互いに異なることになる。
　一方で、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域のうち領域Ａどうしは、最後に照射されたレーザ光１４は同じであるため、領域Ａ内においては、形成されるポリシリコン薄膜２２の電子移動度は同じとなる。これは、領域Ｂに含まれるアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域どうしでも同様であり、領域Ｂ内においては、形成されるポリシリコン薄膜２２の電子移動度は同じとなる。すなわち、基板上において、互いに隣接する領域間では電子移動度が互いに異なるが、同じ領域内のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域どうしは電子移動度が同一となる。
　このことは、液晶画面において、表示むらが発生する原因となる。図５（ａ）に例示するように、領域Ａと領域Ｂとの境界が“線状”であるため、互いに異なる特性の薄膜トランジスタ２０が、当該“線上”の境界において突き合うことなり、その特性の違いによる表示の違い（例えば色の濃淡などの違い）が“線”となって表れてしまう。その結果、液晶画面において表示むらが“すじ”となってしまい、無視できない程度に強調されてしまう。
　そこで、本発明の第１の実施形態では、図４に示す同一領域内（例えば領域Ａ内）に含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域のうち、少なくとも隣接するアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域が、互いに異なる照射範囲でレーザ光１４を照射されるようにする。その結果、同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接するアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に照射されるレーザ光１４の照射範囲が互いに異なることになる。その結果、同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接するポリシリコン薄膜２２の電子移動度が、互いに異なることとなる。そうすると、同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接する薄膜トランジスタ２０の特性も異なることになる。そうすると、基板３０全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ２０の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い（例えば色の濃淡などの違い）が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
　図５は、基板３０において隣接する薄膜トランジスタ２０による、表示むらの発生の有無を説明するための図である。図５（ａ）において、領域Ａ内の複数の薄膜トランジスタ２０の特性は特性Ａで同一であり、領域Ｂ内の複数の薄膜トランジスタ２０の特性は特性Ｂで同一である。その結果、領域Ａと領域Ｂの“線状”の境界において、特性Ａの薄膜トランジスタ２０と、特性Ｂの薄膜トランジスタ２０とが突き合うことになり、特性の違いによる表示の違いが、“線状”になって表れてしまう。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”となって強調されてしまう。
　一方、図５（ｂ）において、同一領域内（領域Ａ／領域Ｂ）の隣接する薄膜トランジスタ２０が、互いに異なる特性であるため、特性の違いによる表示の違いが分散され、特性の違いによる表示の違いが“線状”になって表れない。そのため、液晶画面において表示むらを低減することが可能となる。
　上述した内容を実現するために、本発明の第１の実施形態において、レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して照射されるレーザ光１４の照射範囲を、所定の領域ごとに互いに異なるものとする。
　その結果、図３に示す同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接するアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して照射されるレーザ光１４の照射範囲が、互いに異なるものとなる。すなわち、同一領域内（例えば領域Ａ内）に含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜２１のうち、少なくとも隣接するアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、互いに異なる照射範囲でレーザ光１４が照射されることになる。その結果、同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接するアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に最後に照射されるレーザ光１４の照射範囲も、互いに異なることになる。その結果、同一領域内（例えば領域Ａ内）において、隣接するポリシリコン薄膜２２の電子移動度は、互いに異なることとなる。
　上記のように、レーザ光１４の照射範囲を異ならせるために、本発明の第１の実施形態では、マイクロレンズアレイ１３上に設けられる投影マスクパターン１５の開口部（透過領域）のうち、少なくとも隣接する開口部の各々が、互いに異なる形状（又は面積）となるようにする。言い換えると、投影マスクパターン１５において隣接する開口部の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が、互いに異なるものとなるように構成する。
　図６は、本発明の第１の実施形態における、投影マスクパターン１５の開口部１６（透過領域）の構成例を示す図である。図６に例示する開口部１６は、投影マスクパターン１５において、図２に例示するマイクロレンズアレイ１３のＡ列に対応する領域の開口部１６の構成例である。
　図６に示すように、投影マスクパターン１５には、レーザ光１４が透過する開口部１６（透過領域）が設けられている。レーザ光１４は、当該透過領域１６を透過し、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に投射される。図６に例示するように、本発明の第１の実施形態において、投影マスクパターン１５の一列に含まれる開口部１６（透過領域）のうち互いに隣接する開口部１６（透過領域）が、互いに異なる形状（面積、大きさ及び／又は寸法）となるように構成される。具体的には、図６に例示するように、互いに隣接する開口部１６Ａと、開口部１６Ｂとは、その形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が互いに異なる。また、互いに隣接する開口部１６Ｂと開口部１６Ｃも、その形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が互いに異なる。このように、投影マスクパターン１５の一列において、少なくとも隣接する開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が互いに異なるように構成される。
　図６に例示する投影マスクパターン１５に設けられる開口部１６の各々は、例えば、その形状が略長方形又は略台形であり、その長辺は約１００［μｍ］である。一方、開口部１６の幅は、少なくとも隣接する開口部１６（例えば、開口部１６Ａと開口部１６Ｂ）とで異なり、例えば２５～５０［μｍ］の範囲で設定される。なお、投影マスクパターン１５の開口部１６の形状や面積、大きさ及び／又は寸法は例示であって、マイクロレンズ１７の大きさに対応していれば、どのような大きさであってもよい。また、開口部１６の形状も例示であって、長方形や台形に限られず、どのような形状であってもよい。
　なお、図６の例では、開口部１６の長辺は、いずれの開口部１６においても略同一の長さであるが、当該長辺の長さは異なるものであってもよい。例えば、図６において、開口部１６Ａと開口部１６Ｂにおいて、開口部１６の長さは異なってもよい。
　図７は、投影マスクパターン１５の構成例を示す他の図である。図７に示すように、投影マスクパターン１５は、図２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の各々に対応するように開口部１６が設けられる。例えば、投影マスクパターン１５は、１行（すなわち、領域Ｉや領域Ｘ）に２０個の開口部１６が設けられる。そして、図７に例示するように、投影マスクパターン１５の一列（例えばＡ列やＢ列）において、少なくとも互いに隣接する開口部１６は、その形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が互いに異なる。例えば、図７において、Ａ列において、互いに隣接する開口部１６である領域Ｘと領域Ｚの開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）は、互いに異なる。また、図７において、Ｂ列において、互いに隣接する開口部１６である領域Ｘと領域Ｚの開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）は、互いに異なる。このように、投影マスクパターン１５において、基板３０のスキャン方向と直交する方向に隣接する開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が、互いに異なるように構成される。なお、投影マスクパターン１５において、基板３０のスキャン方向と平行な方向（すなわち、スキャン方向）に隣接する開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が、互いに異なるように構成されてもよい。
　また、図７に例示するように、投影マスクパターン１５の一行（例えば、図７の領域Ｉ）において、互いに隣接する一列（例えば、領域ＩにおけるＡ列とＢ列）の開口部１６は、その形状（面積、大きさ及び／又は寸法）が互いに異なっていてもよい。例えば、図７において、領域Ｘにおいて、Ｂ列とＣ列の開口部１６の形状（面積、大きさ及び／又は寸法）は互いに異なっていてもよい。
　なお、投影マスクパターン１５の一行（図７の領域Ｉや領域Ｘ）において、２０個の開口部１６の総面積は、所定の値（所定の面積）に設定することが望ましい。すなわち、図７に例示する投影マスクパターン１５の領域ＩのＡ列～Ｔ列の開口部１６の総面積や、領域ＸのＡ列～Ｔ列の開口部１６の総面積は、いずれも所定の値（所定の面積）に設定される。その結果、投影マスクパターン１５のいずれの「行」を用いたとしても、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に照射されるレーザ光１４の照射面積の総和は一定になる。なお、投影マスクパターン１５の一行（図７の領域Ｉや領域Ｘ）において、２０個の開口部１６の総面積は、必ずしも所定の値（所定の面積）に設定される必要はなく、レーザ光１４の照射面積が「行」によって異なってもよい。
　図７の例では、基板３０の移動方向（スキャン方向）に対して、投影マスクパターン１５の開口部（透過領域）１６は、直交するように設けられる。なお、投影マスクパターン１５の開口部（透過領域）１６は、基板３０の移動方向（スキャン方向）に対して必ずしも直交する必要はなく、該移動方向（スキャン方向）に対して平行（略平行）に設けられていてもよい。
　レーザ照射装置１０は、図７に示す投影マスクパターン１５を用いて、図４に例示する基板３０にレーザ光１４を照射する。その結果、図４に例示する基板３０において、例えば領域Ｘのアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、図７に例示する領域ＸのＡ列～Ｔ列によってマスクされた２０個のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４が照射される。一方、その隣の領域Ｚの薄膜トランジスタ２０は、図７に例示する領域ＸのＡ列～Ｔ列によってマスクされた２０個のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４が照射される。その結果、図４に例示する基板３０において、スキャン方向の領域（すなわち、領域Ｉや領域ＩＩ）において、隣接する領域のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、互いに異なる列のマイクロレンズ１７により、レーザ光１４が照射される。そのため、図４に例示する基板３０において、スキャン方向の領域（すなわち、領域Ｘや領域Ｚ）において、隣接する領域の薄膜トランジスタ２０は、互いに異なる特性となる。
　また、スキャン方向に直交する領域（図４に例示）領域Ａや領域Ｂ）間では、上述したように、照射されるレーザ光１４が異なるため、隣接する領域の薄膜トランジスタ２０は、互いに異なる特性となる。
　その結果、基板３０全体において、隣接する薄膜トランジスタ２０は、互いに異なる特性となる。そのため、薄膜トランジスタ２０の特性の違いによる表示の違い（例えば色の濃淡などの違い）が分散され、線状に表われなくなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
　本発明の第１の実施形態において、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、図４に例示するように、基板３０における複数の薄膜トランジスタ２０間の距離「Ｈ」である。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の照射を停止する。
　基板３０が所定の距離「Ｈ」を移動した後、レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３に含まれるマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を照射する。なお、本発明の第１の実施形態では、図７に示す投影マスクパターン１５を用いるため、１つのアモルファスシリコン薄膜２１に対して、互いに異なる形状（面積、大きさ及び／又は寸法）の照射範囲の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。
　そして、基板３０のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に、レーザアニールを用いてポリシリコン薄膜２２を形成した後、別の工程において、当該薄膜トランジスタ２０に、ソース２３とドレイン２４とが形成される。
　このように、本発明の第１の実施形態では、基板３０全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ２０の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い（例えば色の濃淡などの違い）が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調され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、レーザアニールを行う場合の実施形態である。
　図８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８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、投影マスクパターン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に示す本発明の第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、詳細な説明は省略される。また、投影マスクパターンは、本発明の第１の実施形態における投影マスクパターンと同様の構成であるため、詳細な説明は省略される。
　第２の実施形態において、投影マスクパターン１５は、例えば、図６や図７に例示する投影マスクパターン１５である。ただし、投影マスクパターン１５のマスクパターンは、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算されるため、図６や図７に例示する投影マスクパターンの形状（面積、大きさ及び／又は寸法）とは異なるものであってもよい。レーザ光は、投影マスクパターン１５の開口部１６（透過領域）を透過し、投影レンズ１８により、アモルファスシリコン薄膜２１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２１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２１の一部がポリシリコン薄膜２２となる。
　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２１の箇所に当該レーザ光１４が照射されるようにする。第２の実施形態においても、図３に示すように、基板３０は、その全面にアモルファスシリコン薄膜２１が配置される。そして、レーザ照射装置１０は、所定の周期で、基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に、レーザ光１４を照射する。
　ここで、投影レンズ１８を用いる場合、レーザ光１４が、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、投影マスクパターン１５のパターンが、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算され、基板３０上に形成されている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域がレーザアニールされる。
　すなわち、投影マスクパターン１５のマスクパターンは、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算され、基板３０上に形成されている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ１８の光学系の倍率が約２倍であると、投影マスクパターン１５のマスクパターンは、約１／２（０．５）倍され、基板３０の所定の領域がレーザアニールされる。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。投影マスクパターン１５のマスクパターンは、投影レンズ１８の光学系の倍率に応じて、基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ１８の光学系の倍率が４倍であれば、投影マスクパターン１５のマスクパターンは、約１／４（０．２５）倍され、基板３０に形成されている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域がレーザアニールされる。
　また、投影レンズ１８が倒立像を形成する場合、基板３０に形成されている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１に照射される投影マスクパターン１５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に形成されている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１に照射される投影マスクパターン１５の縮小像は、当該投影マスクパターン１５そのままとなる。
　上記のとおり、本発明の第２の実施形態では、１個の投影レンズ１８を用いて、レーザアニールを行った場合であっても、基板３０全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ２０の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い（例えば色の濃淡などの違い）が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調され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」「直交」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」「直交」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」「実質的に直交」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　投影マスクパターン
　１６　開口部（透過領域）
　１７　マイクロレンズ
　１８　投影レンズ
　２０　薄膜トランジスタ
　２１　アモルファスシリコン薄膜
　２２　ポリシリコン薄膜
　２３　ソース
　２４　ドレイン
　３０　基板

Claims (13)

  1. 　レーザ光を発生する光源と、
    　基板上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、
    　前記投影レンズ上に設けられ、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して前記レーザ光が照射されるように、複数の開口部が設けられた投影マスクパターンと、を備え、
    　前記投影レンズは、所定の方向に移動する前記基板上の前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して、前記投影マスクパターンを介して前記レーザ光を照射し、
    　前記投影マスクパターンは、前記移動する方向に直交する一列において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる
    ことを特徴とするレーザ照射装置。
  2. 　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、
    　前記投影マスクパターンは、前記移動する方向に直交する一列のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 　前記光源から照射されたレーザ光は、一回の照射において、前記直交する一列に対応するマイクロレンズを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射され、
    　前記投影レンズは、前記移動する方向に直交する一列に含まれる前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域のうち、少なくとも隣接する前記所定の領域に対して、異なる照射範囲のレーザ光を照射する
    ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射装置。
  4. 　前記投影マスクパターンは、前記移動する方向の一行に対応するマイクロレンズに対応する複数の開口部の総面積が、所定の値に設定される
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ照射装置。
  5. 　前記投影マスクパターンは、前記移動する方向の一行のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる
    ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
  6. 　前記投影レンズは、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に対応する領域に被着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
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
  7. 　光源からレーザ光を発生させる第１のステップと、
    　基板上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、複数の開口部を含む投影マスクパターンが設けられた投影レンズを用いて、前記レーザ光を照射する第２のステップと、
    　前記レーザ光が照射されるごとに、前記基板を所定の方向に移動する第３のステップと、を含み、
    　第２のステップにおいて、前記移動する方向に直交する一列において少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる前記投影マスクパターンを介して、前記レーザ光を照射する
    ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  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、
    　第２のステップにおいて、前記移動する方向に直交する一列のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる前記投影マスクパターンを介して、前記レーザ光を照射する
    ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  9. 　前記光源から照射されたレーザ光は、一回の照射において、前記直交する一列に対応するマイクロレンズを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射され、
    　前記第２のステップにおいて、前記レーザ光は、前記移動する方向に直交する一列に含まれる前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域のうち、少なくとも隣接する前記所定の領域に対して、異なる照射範囲のレーザ光を照射される、
    ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  10. 　第２のステップにおいて、前記移動する方向の一行に対応するマイクロレンズに対応する複数の開口部の総面積が、所定の値に設定される投影マスクパターンを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対してレーザ光を照射する
    ことを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  11. 　第２のステップにおいて、前記移動する方向の一行のマイクロレンズに対応する開口部において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる投影マスクパターンを介して、前記アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対してレーザ光を照射する
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  12. 　前記第２のステップにおいて、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に対応する領域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して、ポリシリコン薄膜を形成する
    ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  13. 　光源から発生されたレーザ光を照射する投影レンズ上に配置される投影マスクであって、
    　前記投影マスクは、
    　所定の方向に移動する基板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対して前記レーザ光が照射されるように複数の開口部が設けられ、
    　前記複数の開口部の各々は、前記所定の方向に直交する一列において、少なくとも隣接する前記開口部の面積が互いに異なる
    ことを特徴とする投影マスク。
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