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JP2018137302A - レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法およびプログラム - Google Patents

レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法およびプログラム Download PDF

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JP2018137302A JP2017029889A JP2017029889A JP2018137302A JP 2018137302 A JP2018137302 A JP 2018137302A JP 2017029889 A JP2017029889 A JP 2017029889A JP 2017029889 A JP2017029889 A JP 2017029889A JP 2018137302 A JP2018137302 A JP 2018137302A
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Abstract

【課題】レーザ光が投影マスクを介して照射された場合には、該投影マスクの形状によって、チャネル領域に照射されるレーザ光の強度が一定とならない場合があり、その結果、チャネル領域における結晶化の程度が偏ってしまう。
【解決手段】本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に前記レーザ光を照射する投影レンズと、前記投影レンズに配置され、所定の投影パターンで前記レーザ光を透過させる投影マスクパターンと、を備え、前記投影マスクパターンは、前記所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられ、前記レーザ光を透過する補助パターンを含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜トランジスタの形成に関するものであり、特に、薄膜トランジスタ上の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およびプログラムに関する。
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとして、アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用したものが存在する。ただ、アモルファスシリコン薄膜は電子移動度が小さいため、当該アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用すると、薄膜トランジスタにおける電荷の移動度が小さくなるという難点があった。
そこで、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域をレーザ光により瞬間的に加熱することで多結晶化し、電子移動度の高いポリシリコン薄膜を形成して、当該ポリシリコン薄膜をチャネル領域に使用する技術が存在する。
例えば、特許文献１には、チャネル領域にアモルファスシリコン薄膜形成し、その後、このアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、短時間での溶融凝固によって、ポリシリコン薄膜に結晶化させる処理を行うことが開示されている。特許文献１には、当該処理を行うことにより、薄膜トランジスタのソースとドレイン間のチャネル領域を、電子移動度の高いポリシリコン薄膜とすることが可能となり、トランジスタ動作の高速化が可能になる旨が記載されている。
特開２０１６−１００５３７号公報
特許文献１に記載の薄膜トランジスタでは、ソースとドレイン間のチャネル領域にレーザ光を照射してレーザアニール化しているが、照射されるレーザ光の強度が一定とならずに、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が該チャネル領域内において偏ってしまう場合がある。特に、レーザ光が投影マスクを介して照射された場合には、該投影マスクの形状によって、チャネル領域に照射されるレーザ光の強度が一定とならない場合があり、その結果、チャネル領域における結晶化の程度が偏ってしまう。
そのため、形成されるポリシリコン薄膜の特性が均一とならない場合があり、それによってガラス基板に含まれる個々の薄膜トランジスタの特性に偏りが生じる可能性がある。その結果、ガラス基板を用いて作成された液晶に、表示むらが生じるという問題が生じてしまう。
本発明の目的は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、チャネル領域に照射されるレーザ光の特性の偏りを低減させ、ガラス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およびプログラムを提供することである。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射する投影レンズと、投影レンズに配置され、所定の投影パターンでレーザ光を透過させる投影マスクパターンと、を備え、投影マスクパターンは、所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられ、レーザ光を透過する補助パターンを含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、投影マスクパターンに含まれる複数のマスクの各々は、複数のマイクロレンズの各々に対応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において、投影マスクパターンは、略長方形の透過領域に加えて、当該透過領域の長辺方向又は短辺方向に沿って設けられ、当該透過領域よりも狭い幅である略長方形の補助パターンを含むことを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影マスクパターンは、略長方形の透過領域の長辺方向に沿った第１の補助パターンに加えて、当該透過領域の短辺方向に沿って設けられた第２の補助パターンを含むことを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影マスクパターンは、レーザ光の所定の領域におけるエネルギに基づいて、補助パターンの幅又は大きさが決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において、投影マスクパターンは、透過領域の長辺方向又は短辺方向において、当該透過領域内のエッジ領域にレーザ光を遮光する複数の遮光部分が設けら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において、投影マスクパターンは、透過領域の長辺方向及び短辺方向において、当該透過領域内のエッジ領域にレーザ光を遮光する複数の遮光部分が設けられ、当該長辺方向のエッジ領域と、当該短辺方向のエッジ領域とにおいて、設けられた当該遮光部分の密度が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において、投影マスクパターンは、レーザ光の所定の領域におけるエネルギに応じて、透過領域内に設けられた遮光部分の密度が決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薄膜トランジスタの製造方法は、レーザ光を発生する発生ステップと、投影レンズに配置され、所定の投影パターンでレーザ光を透過させる透過ステップと、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、所定の投影パターンを透過したレーザ光を照射する照射ステップと、を含み、透過ステップにおいて、所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられた補助パターンを介して、レーザ光を透過させることを特徴とする。
本発明の一実施形態におけるプログラムは、コンピュータに、レーザ光を発生する発生機能と、投影レンズに配置され、所定の投影パターンでレーザ光を透過させる透過機能と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、所定の投影パターンを透過したレーザ光を照射する照射機能と、を含み、透過機能において、所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられた補助パターンを介して、レーザ光を透過させることを実行させる。
本発明によれば、チャネル領域に照射されるレーザ光の特性の偏りを低減させ、ガラス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およびプログラムを提供することである。
本発明の第１の実施形態における、レーザ照射装置１０の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、所定の領域がアニール化された薄膜トランジスタ２０の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射するガラス基板３０の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、マイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。 投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０の構成例を示す図である。 チャネル領域のおける当該レーザ光１４のエネルギの状況を示すグラフである。 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に含まれる投影マスク１５０の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、チャネル領域のレーザ光１４のエネルギの状況を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態における、透過領域１５１の幅方向にも補助パターン１５３を設けた場合における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。 本発明の第４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。
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、ガラス基板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、ガラス基板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。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にレーザ光１４を照射してアニールし、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。
図１に示すように、レーザ照射装置１０において、レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、カップリング光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。レーザ光源１１は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光を、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
その後、レーザ光は、マイクロレンズアレイ１３上に設けられた投影マスクパターン１５の複数の開口（透過領域１５０）を透過し、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。
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、所定の領域がアニール化された薄膜トランジスタ２０の例を示す図である。なお、薄膜トランジスタ２０は、最初にポリシリコン薄膜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２に示す薄膜トランジスタは、レーザアニールの結果、ソース２３とドレイン２４との間に、一本のポリシリコン薄膜２２が形成される。なお、レーザ照射装置１０は、１つの薄膜トランジスタ２０に対して、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、１つの薄膜トランジスタ２０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。レーザ照射装置１０は、なお、マイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に含まれるマイクロレンズ１７の数は、２０に限られず、複数であればいくつであってもよい。
図３は、レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射するガラス基板３０の例を示す図である。図３に示すように、ガラス基板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、複数に画素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。図３に示すように、ガラス基板３０には、所定の間隔「Ｈ」で、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の部分は、薄膜トランジスタ２０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ガラス基板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。図３に示すように、ガラス基板３０は、移動方向に対して、所定の間隔「Ｈ」で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、ガラス基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の部分に、レーザ光１４を照射する。
図４は、マイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。図４に示すように、レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３に含まれる複数のマイクロレンズ１７を順次用いて、薄膜トランジスタ２０の所定の領域にレーザ光１４を照射し、当該所定の領域をポリシリコン薄膜２２とする。図４に例示するように、マイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に含まれるマイクロレンズ１７の数は２０個である。そのため、１つの薄膜トランジスタに対して、２０個のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光が照射される。なお、マイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に含まれるマイクロレンズ１７は、２０個に限られず、いくつであってもよい。また、マイクロレンズアレイ１３の一行（又は一列）に含まれるマイクロレンズ１３の数は、図４に例示した８３個に限られず、いくつであってもよい。
レーザ照射装置１０は、まず、図４の領域Ａにある複数のアモルファスシリコン薄膜２１に対して、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１７を用いて、レーザ光１４を照射する。その後、ガラス基板３０を所定の間隔「Ｈ」だけ移動させる。ガラス基板３０が移動している間、レーザ照射装置１０は、レーザ光１４の照射を停止する。そして、ガラス基板３０が「Ｈ」だけ移動した後、レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３に含まれる第２のマイクロレンズ１７を用いて、図４の領域Ｂにある複数のアモルファスシリコン薄膜２１に対して、レーザ光１４を照射する。この場合に、図４の領域Ａにある複数のアモルファスシリコン薄膜２１は、マイクロレンズアレイ１３において第１のマイクロレンズ１７に隣接する第２のマイクロレンズ１７によって、レーザ光１４が照射される。レーザ光１４を照射する。このように、ガラス基板３０に含まれるアモルファスシリコン薄膜２１は、マイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に該当する複数のマイクロレンズ１７により、レーザ光１４を照射される。
なお、レーザ照射装置１０は、ガラス基板３０が「Ｈ」だけ移動した後、一旦停止した当該ガラス基板３０に対してレーザ光１４を照射してもよいし、移動し続けている当該ガラス基板３０に対してレーザ光１４を照射してもよい。
図５は、投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０の構成例である。投影マスク１５０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に対応する。図５の例では、投影マスク１５０は、透過領域１５１と、遮光領域１５２を含む。レーザ光１４は、投影マスクパターンの透過領域１５１を透過して、薄膜トランジスタ２０のチャネル領域に照射される。投影マスク１５０の透過領域１５１は、その幅（短辺の長さ）が約５０［μｍ］である。なお、幅の長さは、あくまでも例示であって、どのような長さであってもよい。また、投影マスク１５０の長辺の長さは、例えば、約１００［μｍ］である。なお、長辺の長さについても、あくまでも例示であって、どのような長さであってもよい。
また、マイクロレンズアレイ１３は、投影マスク１５０を例えば５分の１に縮小して照射する。その結果、投影マスク１５０を透過したレーザ光１４は、チャネル領域では約２［μｍ］の幅に縮小される。なお、マイクロレンズアレイ１３の縮小率は、５分の１に限られず、どのような縮尺であってもよい。
なお、投影マスクパターン１５は、図５に例示する投影マスク１５０が少なくともマイクロレンズ１７の個数分だけ並べて形成される。
図６は、図５に例示する投影マスク１５０を用いて、レーザ光１４を照射した場合の、チャネル領域のおける当該レーザ光１４のエネルギの状況を示すグラフである。図６のグラフにおいて、ｘ軸は位置であり、ｙ軸はレーザ光１４のエネルギ（チャネル領域おけるエネル）である。なお、図６の例は、あくまでも一例であって、レーザ光１４の照射した際のエネルギや、投影マスク１５０の大きさなどによって、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギの状況が変化することは言うまでもない。
図６に示すように、チャネル領域において、投影マスク１５０の周辺部分（エッジ部分）を通過したレーザ光１４のエネルギが、他の箇所を通過したレーザ光１４のエネルギに比べて高くなっていることが分かる。レーザ光１４の照射するエネルギが高いと、アモルファスシリコン２１が結晶化する速度が速くなる。そのため、チャネル領域の周辺部分（エッジ部分）の結晶化（アモルファスシリコンの結晶化）の速度が、他の部分に比べて早くなってしまう。言い換えると、チャネル領域の周辺部分（エッジ部分）が、他の部分よりも早く結晶化してしまう。
そのため、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が該チャネル領域内において偏ってしまい、形成されるポリシリコン薄膜の特性が均一とならず、ガラス基板に含まれる個々の薄膜トランジスタの特性に偏りが生じる。その結果、ガラス基板を用いて作成された液晶に、表示むらが生じるという問題が生じてしまう。
そこで、本発明の第１の実施形態の投影マスク１５０は、透過領域１５１の両端に、他の透過領域（補助パターン）１５３を設ける。
図７は、補助パターン１５３が設けられた場合における、投影マスク１５０の構成例を示す模式図である。図７に示すように、補助パターン１５３は、例えば、透過領域１５１の長辺（長手方向）に沿った細いスリットである。なお、補助パターン１５３の形状は、細いスリット形状に限られず、どのような形状であってもよく、投影マスク１５０の形状に合わせて好適な形状とすることができる。
補助パターン１５３は、その長さ（長辺）は透過領域１５１と同様であるが、その幅は、例えば透過領域１５１の１／１０程度である。例えば、透過領域１５１の幅（短辺の長さ）が約５０［μｍ］であれば、補助パターン１５３の幅（短辺の長さ）は、約５［μｍ］である。なお、補助パターン１５３の幅（短辺の長さ）は、透過領域１５１のエッジ部分を通過するレーザ光１４のエネルギを低減可能な長さであれば、どのような長さであってもよく、透過領域１５１の１０分の１の長さに限られない。
図８は、補助パターン１５３を設けた投影マスク１５０を用いて、レーザ光１４を照射した場合の、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの状況を示すグラフである。図８のグラフにおいて、ｘ軸は位置であり、ｙ軸はレーザ光１４のエネルギである。なお、図８の例はあくまでも一例であって、図６と同様、レーザ光１４の照射した際のエネルギや、投影マスク１５０の大きさなどによって、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギの状況が変化することは言うまでもない。
図８に示すように、チャネル領域において、補助パターン１５３を設けた投影マスク１５０を通過したレーザ光１４のエネルギは、他の箇所を通過したレーザ光１４のエネルギと比べても、同じ程度のエネルギとなっていることが分かる。すなわち、補助パターン１５０を設けた投影マスク１５０を通過したレーザ光１４のエネルギは、該投影マスク１５０のエッジ部分が他の部分に比べて大きくならない。すなわち、補助パターン１５３を設けた投影マスク１５０を用いることにより、チャネル領域に照射されるレーザ光１４のエネルギが均一化されることになる。その結果、チャネル領域に対して均一なエネルギのレーザ光１４を照射することが可能となり、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化される。そのため、ガラス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することができる。
なお、補助パターン１５３は、透過領域１５１の幅方向（短辺方向）にも設けることができる。
図９は、透過領域１５１の幅方向にも補助パターン１５３を設けた場合における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。透過領域１５１の幅方向においても、該透過領域１５１のエッジ領域を通過したレーザ光１４のエネルギは、他の領域を通過したレーザ光１４のエネルギに比べて高くなる。そのため、そのため、チャネル領域の周辺部分（エッジ部分）の結晶化（アモルファスシリコンの結晶化）の速度が、他の部分に比べて早くなってしまう。言い換えると、チャネル領域の周辺部分（エッジ部分）が、他の部分よりも早く結晶化することにより、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が該チャネル領域内において偏る。
そこで、図９に示すように、投影マスク１５０において、透過領域１５１の幅方向にも補助パターン１５３を設け、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの偏りを解消し、均一なエネルギのレーザ光１４を照射させる。その結果、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化され、ガラス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することができる。
次に、レーザ照射装置１０を用いて、図２に例示する本発明の第１の実施形態における薄膜トランジスタ２０を作成する方法について、説明する。
まず、レーザ照射装置１０は、図７に例示される投影マスク１５０を含む投影マスクパターン１５に割り当てられた一のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を薄膜トランジスタ２０のチャネル領域に照射する。その結果、薄膜トランジスタ２０のチャネル領域のアモルファスシリコン薄膜２１が、瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜２２となる。
ガラス基板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２に例示するように、ガラス基板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、ガラス基板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。
ガラス基板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に含まれる他のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を、一のマイクロレンズ１７で照射されたチャネル領域に再度照射する。その結果、薄膜トランジスタ２０のチャネル領域のアモルファスシリコン薄膜２１が、瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜２２となる。
上記工程を繰り返し、投影マスクパターン１５に割り当てられた２０個のマイクロレンズ１７の各々を順次用いて、チャネル領域に２０ショット分のレーザ光１４を照射する。その結果、ガラス基板３０の薄膜トランジスタ２０の所定の領域に、ポリシリコン薄膜２２が形成される。
その後、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。
上記のとおり、本発明の第１の実施形態では、投影マスク１５１において、透過領域１５１の周辺に、補助パターン１５３を設けることにより、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの偏りを解消する。そのため、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化され、ガラス基板３０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することが可能となる。その結果、ガラス基板３０を用いて作成された液晶に、表示むらが生じることを防止することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、投影マスク１５０の周辺領域（エッジ領域）に、複数の遮光部分１５４を設けることにより、該周辺領域を通過するレーザ光１４の一部を遮光する。これにより、投影マスク１５０の周辺領域におけるレーザ光１４のエネルギが低減されるため、チャネル領域全体においてレーザ光１４のエネルギを均一化することができる。
第２の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例は、図１に例示する第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０と同様であるため、詳細な説明は省略される。
遮光部分１５４を設けずにレーザ光１４を照射すると、図６に例示するように、チャネル領域において、透過領域１５１のエッジ領域を通過するレーザ光１４のエネルギが大きくなり、該エッジ領域の結晶化の速度が早まる原因となる。そこで、第２の実施形態では、投影マスク１５０の透過領域１５１のエッジ領域に、レーザ光１４を遮光する遮光部分１５４を設け、当該エッジ領域を通過するレーザ光１４の量（大きさ）を調整する。なお、遮光部分１５４を設けるのは、透過領域１５１のエッジ領域に限られず、レーザ光１４の量（大きさ）が他の領域に比べて大きい領域であれば、どのような領域に設けてもよい。
図１０は、第２の実施形態における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。
図１０に例示するように、投影マスク１５０は、その周辺領域（エッジ領域）に、複数の遮光部分１５４を設ける。図１０の例では、遮光部分１５４は、透過領域１５１の幅方向のエッジ領域（領域α）、および、長さ方向のエッジ領域（領域β）に、配列されて設けられる。図１０の例では、例えば、領域αにおいては、互いに約１［μｍ］の間隔をあけて、４列で配置される。また、領域βにおいては、互いに約２［μｍ］の間隔をあけて、２列で配置される。なお、これらの遮光部分１５４の配置は、あくまでも例示であって、どのように配置されてもよい。
また、遮光部分１５４は、例えば一辺が約１［μｍ］の四角形である。なお、遮光部分１５４は、約１［μｍ］の四角形に限られず、マイクロレンズアレイ１３の解像力未満であれば、どのような大きさや形状であってもよい。
また、投影マスク１５０に設けられる遮光部分１５４の数は、レーザ光１４の透過率に基づいて、決定されてもよい。図１０の例では、透過領域１５１の幅方向のエッジ領域（領域α）の遮光部分１５４の数が、長さ方向のエッジ領域（領域β）の数に比べて多くなっている。言い換えると、透過領域１５１の幅方向の遮光部分１５４の密度が、長さ方向のエッジ領域の当該通過部分１５４の密度よりも大きくなっている。このように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの偏りに応じて、遮光部分１５４の数（密度）を調整することができる。
また、図１０の例では、透過領域１５１のエッジ領域全体に、遮光部分１５４を設けているが、例えば、長さ方向のエッジ領域（領域β）だけに該遮光部分１５４を設けてもよいし、逆に幅方向のエッジ領域（領域α）だけに設けてもよい。
上記のとおり、本発明の第２の実施形態では、投影マスク１５０の透過領域１５１に、遮光部分１５４を設けることにより、該透過領域１５１を通過するレーザ光１４の一部を遮光することができる。その結果、チャネル領域に照射されるレーザ光１４を調整することが可能となる。そのため、例えば、レーザ光１４の照射のエネルギが他に比べて大きい部分に、遮光部分１５４を設けることで、チャネル領域全体としてレーザ光１４のエネルギを均一化することができる。そのため、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化され、ガラス基板３０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することが可能となる。その結果、ガラス基板３０を用いて作成された液晶に、表示むらが生じることを防止することができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、投影マスク１５０に補助パターン１５３を設けるとともに、透過部分１５１内に遮光部分１５４も設けることによって、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化する。
第３の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例は、図１に例示する第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０と同様であるため、詳細な説明は省略される。
図１１は、第３の実施形態における、投影マスク１５０の構成例を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、投影マスク１５０は、透過領域１５１の長辺方向に沿って、補助パターン１５３を設けるとともに、該透過領域１５１の幅方向のエッジ領域（領域α）に遮光部分１５４を設ける。
透過領域１５１の長辺方向については、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
透過領域１５１の幅方向について、エッジ領域（領域α）に遮光部分１５４が設けられているので、レーザ光１４が通過する量（大きさ）を調整することができ、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギを低減させることができる。
上記のとおり、図１１（ａ）に例示する投影マスク１５０を用いて、レーザ光１４を照射することにより、チャネル領域に対して均一なエネルギのレーザ光１４を照射することが可能となり、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化される。そのため、ガラス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することができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、投影マスク１５０は、透過領域１５１の幅方向に沿って、補助パターン１５３を設けるとともに、該透過領域１５１の長辺方向のエッジ領域（領域β）に遮光部分１５４を設けてもよい。
透過領域１５１の幅方向については、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
また、透過領域１５１の長辺方向について、エッジ領域（領域β）に遮光部分１５４が設けられているので、レーザ光１４が通過する量（大きさ）を調整することができ、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギを低減させることができる。
上記のとおり、図１１（ｂ）に例示する投影マスク１５０を用いて、レーザ光１４を照射することにより、チャネル領域に対して均一なエネルギのレーザ光１４を照射することが可能となり、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化される。そのため、ガラス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することができる。
また、図１１（ｃ）に示すように、投影マスク１５０は、透過領域１５１の幅方向および長辺方向に沿って、補助パターン１５３を設けるとともに、さらに、該透過領域１５１の長辺方向のエッジ領域（領域β）に遮光部分１５４を設けてもよい。
透過領域１５１の幅方向及び長辺方向について、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
また、透過領域１５１の長辺方向について、エッジ領域（領域β）に遮光部分１５４が設けられているので、レーザ光１４が通過する量（大きさ）を調整することができ、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギを低減させることができる。
ここで、遮光部分１５４は、その大きさや数によって、レーザ光１４のエネルギを微調整することが可能となる。図１１（ｃ）の例では、長辺方向について、補助パターン１５３及び遮光部分１５４を設けているため、補助パターン１５３によりレーザ光１４の照射のエネルギを大きく調整した後、さらに、遮光部分１５４を適宜設けることで、該レーザ光１４のエネルギを微調整することができるようになり、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの均一化をより向上させることが可能となる。
また、図１１（ｄ）に示すように、投影マスク１５０は、透過領域１５１の幅方向および長辺方向に沿って、補助パターン１５３を設けるとともに、さらに、該透過領域１５１の幅方向のエッジ領域（領域α）に遮光部分１５４を設けてもよい。
透過領域１５１の幅方向及び長辺方向について、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
また、透過領域１５１の幅方向について、エッジ領域（領域α）に遮光部分１５４が設けられているので、レーザ光１４が通過する量（大きさ）を調整することができ、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギを低減させることができる。
そして、図１１（ｄ）では、幅方向について、補助パターン１５３及び遮光部分１５４を設けているため、補助パターン１５３によりレーザ光１４の照射のエネルギを大きく調整した後、さらに、遮光部分１５４を適宜設けることで、該レーザ光１４のエネルギを微調整することができるようになり、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの均一化をより向上させることが可能となる。
さらに、図１１（ｅ）に示すように、投影マスク１５０は、透過領域１５１の幅方向および長辺方向に沿って、補助パターン１５３を設けるとともに、さらに、該透過領域１５１の幅方向および長辺方向のエッジ領域（領域αおよび領域β）に遮光部分１５４を設けてもよい。
透過領域１５１の幅方向及び長辺方向について、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
また、透過領域１５１の幅方向及び長辺方向について、エッジ領域（領域αおよび領域β）に遮光部分１５４が設けられているので、レーザ光１４が通過する量（大きさ）を調整することができ、チャネル領域における該レーザ光１４のエネルギを低減させることができる。
そして、図１１（ｅ）では、幅方向及び長辺方向について、補助パターン１５３及び遮光部分１５４を設けているため、補助パターン１５３によりレーザ光１４の照射のエネルギを大きく調整した後、さらに、遮光部分１５４を適宜設けることで、該レーザ光１４のエネルギを微調整することができるようになり、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギの均一化をより向上させることが可能となる。
上記のとおり、本発明の第３の実施形態は、投影マスク１５０に補助パターン１５３を設けるとともに、透過部分１５１内に遮光部分１５４も設けることによって、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化する。そのため、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化され、ガラス基板３０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することが可能となる。その結果、ガラス基板３０を用いて作成された液晶に、表示むらが生じることを防止することができる。
（第４の実施形態）
本発明の第４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１２は、本発明の第４の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例を示す図である。図１２に示すように、本発明の第４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。
レーザ光は、投影マスクパターン１５（図示しない）の複数の開口（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。
ここで、第４の実施形態において、投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０は、図７に例示するように、透過領域１５１の周辺に補助パターン１５３が設けられた投影マスク１５０である。このように、透過領域１５１の長辺方向について、補助パターン１５３を設けているため、図８に例示するように、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化させることが可能となる。
また、第４の実施形態において、投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０は、その周辺領域（エッジ領域）に、複数の遮光部分１５４が設けられたものであってもよい。例えば、図１０の例では、遮光部分１５４は、透過領域１５１の幅方向のエッジ領域（領域α）、および、長さ方向のエッジ領域（領域β）に、配列されて設けられる。その結果、チャネル領域に照射されるレーザ光１４を調整することが可能となる。そのため、例えば、レーザ光１４の照射のエネルギが他に比べて大きい部分に、遮光部分１５４を設けることで、チャネル領域全体としてレーザ光１４のエネルギを均一化することができる。
また、第４の実施形態において、投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０は、図１１（ａ）乃至（ｅ）に例示する投影マスク１５０であってもよい。このように、投影マスク１５０に補助パターン１５３を設けるとともに、透過部分１５１内に遮光部分１５４も設けることによって、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化することが可能となる。
本発明の第４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ガラス基板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、ガラス基板３０は、移動方向に対して、所定の間隔「Ｈ」で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、ガラス基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の部分に、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、ガラス基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。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、ガラス基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。投影レンズ１８の光学系の倍率は約２倍であるため、投影マスクパターン１５のマスクパターンは、約１／２（０．５）倍され、ガラス基板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、ガラス基板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、ガラス基板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が倒立像を形成する場合、ガラス基板３０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、ガラス基板３０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。図１０の例では、正立像を形成する投影レンズ１８を用いているため、投影マスクパターン１５のパターンが、ガラス基板３０上にそのまま縮小されている。
上記のとおり、本発明の第４の実施形態では、投影レンズ１８を用いる場合において、投影マスクパターン１５に含まれる投影マスク１５０が、透過領域１５１の周辺に補助パターン１５３が設けられたものや、周辺領域（エッジ領域）に、複数の遮光部分１５４が設けられたもの、それら両方を兼ね備えたもの、を用いることができる。そのため、投影レンズ１８を用いた場合であっても、チャネル領域におけるレーザ光１４のエネルギを均一化することが可能となる。そのため、ポリシリコン結晶の結晶化の程度が均一化され、ガラス基板３０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することが可能となる。その結果、ガラス基板３０を用いて作成された液晶に、表示むらが生じることを防止することができる。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「垂直」「平行」「平面」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上記実施の形態に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。
１０ レーザ照射装置
１１ レーザ光源
１２ カップリング光学系
１３ マイクロレンズアレイ
１４ レーザ光
１５ 投影マスクパターン
１５０ 投影マスク
１５１ 透過領域
１５２ 遮光領域
１５３ 補助パターン
１５４ 遮光部分
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 ガラス基板

Claims (10)

  1. レーザ光を発生する光源と、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に前記レーザ光を照射する投影レンズと、
    前記投影レンズに配置され、所定の投影パターンで前記レーザ光を透過させる投影マスクパターンと、を備え、
    前記投影マスクパターンは、前記所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられ、前記レーザ光を透過する補助パターンを含む
    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に含まれる前記複数のマスクの各々は、前記複数のマイクロレンズの各々に対応することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 前記投影マスクパターンは、略長方形の前記透過領域に加えて、当該透過領域の長辺方向又は短辺方向に沿って設けられ、当該透過領域よりも狭い幅である略長方形の補助パターンを含む
    ことを特徴とする請求項１又は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、略長方形の前記透過領域の長辺方向に沿った第１の補助パターンに加えて、当該透過領域の短辺方向に沿って設けられた第２の補助パターンを含む
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ照射装置。
  5. 前記投影マスクパターンは、前記レーザ光の前記所定の領域におけるエネルギに基づいて、前記補助パターンの幅又は大きさが決定される
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザ照射装置。
  6. 前記投影マスクパターンは、前記透過領域の長辺方向又は短辺方向において、当該透過領域内のエッジ領域に前記レーザ光を遮光する複数の遮光部分が設けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ照射装置。
  7. 前記投影マスクパターンは、前記透過領域の長辺方向及び短辺方向において、当該透過領域内のエッジ領域に前記レーザ光を遮光する複数の遮光部分が設けられ、当該長辺方向のエッジ領域と、当該短辺方向のエッジ領域とにおいて、設けられた当該遮光部分の密度が異なる
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザ照射装置。
  8. 前記投影マスクパターンは、前記レーザ光の前記所定の領域におけるエネルギに応じて、前記透過領域内に設けられた前記遮光部分の密度が決定される
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ照射装置。
  9. レーザ光を発生する発生ステップと、
    投影レンズに配置され、所定の投影パターンで前記レーザ光を透過させる透過ステップと、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記所定の投影パターンを透過した前記レーザ光を照射する照射ステップと、を含み、
    前記透過ステップにおいて、前記所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられた補助パターンを介して、前記レーザ光を透過させる
    ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  10. コンピュータに、
    レーザ光を発生する発生機能と、
    投影レンズに配置され、所定の投影パターンで前記レーザ光を透過させる透過機能と、
    薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記所定の投影パターンを透過した前記レーザ光を照射する照射機能と、を含み、
    前記透過機能において、前記所定の領域に対応する透過領域に加えて、当該透過領域の周辺に設けられた補助パターンを介して、前記レーザ光を透過させる
    ことを実行させるプログラム。
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