JP2007067020A - Projection mask, laser-machining method, laser machining apparatus, and thin-film transistor element - Google Patents

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純一郎 中山
Hiroshi Tsunasawa
啓 綱沢
Ikumi Kashiwagi
郁未 柏木
Shinji Maekawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection mask, a laser-machining method, and a laser-machining apparatus wherein an object to be irradiated can be uniformly crystallized, and to provide a thin-film transistor element capable of uniformizing the electrical characteristics, when being formed on the object to be irradiated. <P>SOLUTION: A plurality of first optical transparent patterns 25a and a plurality of second optical transparent patterns 25b are formed on a projection mask 25. Each first optical transparent pattern extends in a first direction, inclined at 45°with respect to one of a predetermined peripheral directions from a second axis with an intersection as the center between a first axis and the second axis in a flat plane including the first axis and the second axis, with respect to a plurality of directions in which a semiconductor film 37 as an object to be irradiated should be crystallized. Each second optical transparent pattern 25b extends in a second direction perpendicular to the first direction, inclined at 45° in the foregoing flat plane. The projection mask is irradiated with a laser light 31 emitted from a light source 21, and furthermore, the semiconductor film 37 is irradiated with the laser light transmitted through the first and second optical transparent patterns 25a, 25b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a projection mask, a laser processing method, and a laser processing apparatus used when crystallizing an irradiation object by irradiating it with laser light, and further relates to a thin film transistor element formed on a crystallized irradiation object.

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いる。   The semiconductor device is formed on a single crystal silicon (Si) configured as a substrate or a silicon thin film formed on a glass substrate. Such semiconductor devices are used in image sensors, active matrix liquid crystal display devices, and the like. A semiconductor device used in a liquid crystal display device is configured by, for example, a regular array of thin film transistor (abbreviation: TFT) elements formed on a transparent substrate, and each TFT element functions as a pixel controller. Although the TFT element used in the liquid crystal display device is formed on an amorphous silicon film, the TFT element is formed on a polycrystalline silicon film having a high electron mobility instead of an amorphous silicon film having a low electron mobility. By forming the liquid crystal display device, a switching characteristic of the TFT element is improved, and a liquid crystal display device with low power consumption and high response speed has been manufactured.

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１.０ｍｍ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。   The polycrystalline silicon film is a laser beam emitted from an excimer laser on an amorphous silicon or microcrystalline silicon film deposited on a substrate, for example, a line length of 200 mm or more and less than 400 mm, and a line width of 0.2 mm or more and 1 It is formed by a method (hereinafter referred to as “ELC method”) in which silicon is crystallized (Excimer Laser Crystallization; abbreviated as ELC) in the solidification process by irradiating and melting a linear laser beam having a thickness of less than 0.0 mm. The

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く、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かって結晶が成長して、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く、具体的には１００ｎｍ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。   In the ELC method, the portion of the semiconductor film irradiated with the laser beam is not melted over the entire thickness direction, but is melted while leaving a partial region of the semiconductor film. When the semiconductor film is simply melted and solidified by the ELC method, crystal nuclei are generated everywhere on the entire surface of the interface between the unmelted region and the molten region, and crystals grow toward the outermost layer of the semiconductor film. A large number of crystal grains having sizes and different crystal orientations are formed. Therefore, the crystal grain size is very small, specifically, 100 nm or more and less than 200 nm. When a large number of small crystal grains are formed, a large number of crystal grain boundaries, which are contact interfaces between crystal grains, are formed, and these crystal grain boundaries capture electrons and become barriers to electron transfer. The electron mobility is lower than that of a polycrystalline silicon film that is small, that is, has a relatively large crystal grain size.

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になるので、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、液晶表示装置において、一表示画面中に応答速度の高い画素と応答速度の低い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いる。   Also, in small crystals of different sizes and orientations, the electron mobility is different for each crystal, so in other words, a large number of TFT elements having different operating performances are formed. As a result, nonuniformity of the structure occurs, and nonuniformity of the switching characteristics occurs in the TFT array. When such non-uniformity occurs, there is a problem in the liquid crystal display device that pixels with a high response speed and pixels with a low response speed coexist in one display screen. Therefore, in order to further improve the performance of the liquid crystal display device, it is necessary to form a TFT array with uniform switching characteristics. In order to uniformize the switching characteristics of the TFT elements, a polycrystal forming the TFT elements is required. It is necessary to widen the crystallization region of the silicon film and improve the quality of the polycrystalline silicon film, that is, to increase the crystal grain size to be crystallized as much as possible and to control the crystal orientation. . Therefore, various techniques for obtaining a polycrystalline silicon film having performance close to that of single crystal silicon have been proposed.

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１９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。レーザ加工装置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から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。   FIG. 17 is a diagram showing a configuration of the laser processing apparatus 1 of the first conventional technique. FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor element 8. FIG. 19 is a diagram schematically showing a crystal growth process in the semiconductor film 17. The first prior art is a laser crystallization technique classified as a lateral growth method, and a long crystal having an orientation aligned in the crystal growth direction is formed by the laser processing apparatus 1. The laser processing apparatus 1 includes a light source 2 that can emit a pulsed laser beam 12, a variable attenuator 3, a plurality of mirrors 4 that reflect the laser beam 12 emitted from the light source 2 and change its direction, a variable focus. The projection mask 6 that allows the laser light that has passed through the field lens 5 and the variable focus field lens 5 to pass in a predetermined pattern, and the laser light that has passed through the projection mask 6 is imaged on one surface portion of the semiconductor element 8 to be described later. The imaging lens 7 and the semiconductor element 8 are placed on the stage 9 which can move the semiconductor element 8 in the direction indicated by the arrow 11, and the output control of the light source 2 and the drive control of the stage 9 in the direction indicated by the arrow 11. It is comprised including the control part 10 which performs. The light source 2 is realized by, for example, an excimer laser. A laser beam 12 emitted from an excimer laser, which is a light source 2, passes through a variable attenuator 3, a mirror 4, a variable focus field lens 5, a projection mask 6, and an imaging lens 7, and a semiconductor placed on the stage 9. One surface of the element 8 is irradiated.

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、エキシマレーザから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。これによって領域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１７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って溶融することができる。   As shown in FIG. 18, the semiconductor element 8 includes a transparent substrate 15 having optical transparency, a base film 16 formed on the transparent substrate 15, and a semiconductor film 17 formed on the base film 16. In forming the crystal region along the extending direction of the semiconductor film 17 on the base film 16, the direction indicated by the arrow A in FIG. 18, first, the region indicated by the arrow B (hereinafter referred to as “region B”) of the semiconductor film 17. The region other than the above is masked, and heat is induced in the semiconductor film 17 by irradiating the region B of the semiconductor film 17 with the laser beam 12 emitted from the excimer laser. As a result, the energy of the laser beam 12 applied to the region B is converted into thermal energy, so that heat can be induced in the region B of the semiconductor film 17 and the semiconductor film 17 can be melted in the thickness direction. .

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（１）に示すように、領域Ｂとそれ以外の領域との境界Ｂ１,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１９（２）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１９（３）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。これによって、図１９（４）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、特許文献１参照）。   Next, the semiconductor film 17 in which the region B is melted is solidified by cooling, and as shown in FIG. 19 (1), from the boundary B1, B2 between the region B and other regions, the center of the region B is obtained. Grow crystals to head towards. Further, as shown in FIG. 19 (2), a new region C adjacent to the region B is set so that a portion where the crystal is not formed in the region B is included, and the region C is melted in the same manner as the above procedure. To do. Then, the semiconductor film 17 melted in the region C is solidified to form crystals in the region C as shown in FIG. By repeating such a procedure, a desired crystal is grown stepwise along the extending direction A of the semiconductor film 17. As a result, as shown in FIG. 19 (4), a semiconductor crystal having a polycrystalline structure can be enlarged, and a polycrystalline silicon film having large crystal grains can be formed (see, for example, Patent Document 1).

前述の第１の従来技術では、ステージ９の移動速度が低く、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、特許文献２参照）。   In the first prior art described above, the moving speed of the stage 9 is low, and it takes a long time to crystallize the semiconductor film 17. In order to solve this problem, there is a second conventional technique. In the second prior art, the slit of the mask is divided into a plurality of blocks, and the polycrystalline silicon film is formed by arranging the partially grown crystals without growing the crystals on the entire surface of the substrate. (For example, refer to Patent Document 2).

特表２０００−５０５２４１号公報（第１５〜１６頁、第１図）JP 2000-505241 A (pages 15-16, FIG. 1) 特表２００３−５０９８４４号公報（第９図）Japanese translation of PCT publication No. 2003-509844 (FIG. 9) 米国特許第６，７０６，５４５号明細書（Ｆｉｇ．６〜Ｆｉｇ．８）US Pat. No. 6,706,545 (FIG. 6 to FIG. 8)

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く、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１９（４）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。   As described above, a TFT element formed on a substrate having a crystallized semiconductor film is arranged in a fixed manner in one direction in order to increase the mounting density as much as possible or for the convenience of circuit arrangement. However, it is arranged depending on the array structure such as a display element. That is, in the TFT element, as schematically shown in FIG. 19 (4), the direction of the current flowing from the source S to the drain D, that is, the direction of the current indicated by the arrow J is parallel to the crystal growth direction. In some cases, the current flow direction and the crystal growth direction are perpendicular to each other. Although the switching characteristics of the TFT element are good when the current flow direction and the crystal growth direction are parallel, the switching characteristics of the TFT element when the current flow direction and the crystal growth direction are perpendicular are There is a problem that non-uniformity occurs.

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から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、特許文献３参照）。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いという問題、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いう問題がある。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が、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。   In order to solve this problem, in the third prior art, the crystal growth direction is inclined by 45 degrees from an axis extending along a predetermined direction, and a mask is used to eliminate the boundary area between the polycrystalline silicons. Attempts have been made (see, for example, Patent Document 3). However, in the third prior art, even if the crystal growth direction is inclined, the switching characteristics of the TFT element are not necessarily uniform, and the mask design for reducing the boundaries of crystal grains is difficult. There is. Furthermore, in order to make the switching characteristics uniform, it is necessary to test the tilt angle in the crystal growth direction in the vicinity of 45 degrees to determine an appropriate angle, and readjust each time the laser light irradiation pattern is changed. Is a hindrance to mass production. Even in the second prior art, an attempt has been made to reduce the variation in crystal growth direction by using a polka dot mask and to make the size and orientation of crystal grains uniform. However, the process conditions for manufacturing polycrystalline silicon It is difficult to determine and has become an obstacle to mass production.

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。   An object of the present invention is to provide a projection mask, a laser processing method, and a laser processing apparatus capable of uniformly crystallizing an irradiation object, and to make the electrical characteristics uniform when formed on the irradiation object. It is an object of the present invention to provide a thin film transistor element that can be used.

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。 The present invention is a projection mask in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
The projection mask is characterized in that the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.

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。 Further, the present invention is a projection mask in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
The projection mask includes a plurality of mask portions in which the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized.

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。   In the invention, it is preferable that the light transmissive pattern includes a first light transmissive pattern extending in a predetermined first direction and a second light transmissive pattern extending in a second direction orthogonal to the first direction.

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。   In the present invention, a first light transmission pattern extending in a predetermined first direction is formed in one of the plurality of mask portions, and a second direction orthogonal to the first direction is formed in the other mask portion. A second light transmission pattern extending in the direction is formed.

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、互いに連結しない態様で形成されることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are formed so as not to be connected to each other.

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。   According to the present invention, the first and second light transmission patterns are formed such that both end portions in each extending direction are tapered when viewed in the thickness direction of the projection mask.

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。   In the invention, it is preferable that the length dimension of the first and second light transmission patterns in the extending direction is less than three quarters of the channel length of the thin film transistor element formed on the irradiation object.

また本発明は、照射対象物である非晶質材料から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。 Further, the present invention is a laser processing method for crystallization by irradiating a layer made of an amorphous material as an irradiation object with laser light,
A laser comprising a crystallization step of crystallizing the amorphous material by irradiating a laser beam so as to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. It is a processing method.

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。   The present invention is further characterized by further including a moving step of moving the irradiation object relative to the light source that emits laser light.

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。   The present invention is further characterized by further comprising a repeating step of repeating the crystallization step and the moving step.

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。 In the present invention, the crystallization step includes
A first irradiation step of irradiating an irradiation object with a laser beam having one oscillation wavelength;
And a second irradiation step of irradiating the irradiation target with laser light having another oscillation wavelength different from the one oscillation wavelength.

また本発明は、照射対象物である非晶質材料から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。 Further, the present invention is a laser processing apparatus for crystallizing a layer made of an amorphous material, which is an irradiation object, by irradiating the layer with a laser beam,
A laser processing apparatus comprising a light source that irradiates a laser beam so that an extending direction of an irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which an irradiation object is to be crystallized.

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。   Further, the present invention is a thin film transistor element formed on an irradiation object crystallized using the laser processing apparatus.

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。   According to the present invention, the projection mask is formed so that the extending direction of the light transmission pattern that transmits light for crystallizing the irradiation object is inclined with respect to the plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. The Irradiation in which light having a shape of a light transmission pattern is irradiated by irradiating light onto the projection mask formed as described above and irradiating the irradiation object with light transmitted through the light transmission pattern formed on the projection mask The object can be melted and crystallized almost uniformly.

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。これによっ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素子のスイッチング特性をほぼ均一にすることができる。   For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized substantially uniformly in this way, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the arrangement of the other TFT element are arranged. Even when the installation direction is different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made substantially the same. Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object, specifically, the switching characteristics can be made substantially the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made substantially uniform.

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。   According to the invention, the projection mask has a plurality of directions in which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing the irradiation object is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object should be crystallized. Including the mask part. By irradiating each of the plurality of mask portions with light and irradiating the irradiation object with light that has passed through the light transmission patterns formed on the plurality of mask portions, light having the shape of the light transmission pattern was irradiated. The irradiation object can be melted and crystallized almost uniformly.

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。これによっ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素子のスイッチング特性をほぼ均一にすることができる。   For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized substantially uniformly in this way, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the arrangement of the other TFT element are arranged. Even when the installation direction is different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made substantially the same. Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object, specifically, the switching characteristics can be made substantially the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made substantially uniform.

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。   According to the invention, the light transmissive pattern has a first light transmissive pattern extending in a predetermined first direction and a second light transmissive pattern extending in a second direction orthogonal to the first direction. As described above, light is irradiated to the projection mask on which the first and second light transmission patterns whose extending directions are orthogonal to each other are formed, and light transmitted through the first and second light transmission patterns formed on the projection mask is irradiated. By irradiating the object, the irradiation object irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns can be melted and uniformly crystallized.

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。これによっ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素子のスイッチング特性を均一にすることができる。   For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on the irradiation object that is uniformly crystallized in this way, the arrangement direction of one TFT element and the arrangement of the other TFT element with respect to the irradiation object are arranged. Even when the directions are different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.

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。   According to the invention, the first light transmission pattern extending in the predetermined first direction is formed in one mask part among the plurality of mask parts, and the first mask part orthogonal to the first direction is formed in the other mask part. A second light transmission pattern extending in two directions is formed. A plurality of mask portions are respectively irradiated with light, and the light that has passed through the first light transmission pattern formed on one mask portion is irradiated on the irradiation target, and the second light transmission pattern formed on the other mask portion. By irradiating the irradiation object with the light transmitted through the irradiation object, the irradiation object irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns can be melted and crystallized uniformly.

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。これによっ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素子のスイッチング特性を均一にすることができる。   For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on the irradiation object that is uniformly crystallized in this way, the arrangement direction of one TFT element and the arrangement of the other TFT element with respect to the irradiation object are arranged. Even when the directions are different, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.

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。   According to the present invention, the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are formed in a manner that they are not connected to each other. If the irradiation target is irradiated with light through a projection mask formed in such a manner that the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are connected to each other, the first and second light transmissions in the irradiation target are performed. The crystal growth direction in the portion irradiated with the light of the pattern shape, more specifically, in the connection portion between the first light transmission pattern and the second light transmission pattern is different from the crystal growth direction in the portion other than the connection portion. .

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。   When a plurality of thin film transistor elements (abbreviation: TFT elements) are formed on an irradiation object crystallized in such a manner that the crystal growth directions are different, the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object and the other TFT When the element arrangement direction is different, the direction of the current flowing through each of the TFT elements with respect to the crystal growth direction varies, and the electrical characteristics of the TFT elements, specifically, the switching characteristics become non-uniform. End up.

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。   In contrast, in the present invention, the first and second light transmission patterns are irradiated by irradiating the irradiation object with light through a projection mask formed in a manner in which the first and second light transmission patterns are not connected to each other. The crystal growth direction in the portion irradiated with the light of the shape, more specifically, in the overlapping portion of the light in the shape of the first light transmission pattern and the second light transmission pattern, is the crystal growth in the portion other than the overlapping portion. It becomes the same as the direction.

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。これによって複数の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。   Therefore, when a plurality of TFT elements are formed on the irradiation target, even if the arrangement direction of one TFT element is different from the arrangement direction of the other TFT element, the current flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction is different. The direction can be the same. As a result, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.

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。これによっ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化することができる。   According to the invention, the first and second light transmission patterns are formed such that both end portions in the extending directions are tapered as viewed in the thickness direction of the projection mask. Therefore, unlike a light transmission pattern that is not formed in a tapered shape such as a rectangular shape, the extension direction and the irradiation target of the irradiation target are irradiated in the irradiation region of the irradiation target irradiated with the light in the shape of the first and second light transmission patterns. Protrusions formed by collision of crystals growing from both ends in the direction perpendicular to the thickness direction are formed up to both ends in the extending direction of the irradiation region. Accordingly, when a plurality of TFT elements are formed on the irradiation object, the irradiation object on which the plurality of TFT elements are formed can be crystallized more uniformly.

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。   Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. Therefore, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.

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。   Further, according to the present invention, the length dimension in the extending direction of the first and second light transmission patterns is less than three quarters of the channel length of the thin film transistor element formed on the irradiation object, so that the irradiation object In the TFT, the irradiation object is TFT so that the portion crystallized by irradiation with the light in the shape of the first light transmission pattern and the second light transmission pattern is included in the channel portion of the thin film transistor (abbreviation: TFT element). An element can be formed.

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。これによって複数の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。   Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element and the arrangement direction of the other TFT element with respect to the irradiation object are different, the crystallization shape of the channel portion of each TFT element can be made the same, and the crystal growth direction The direction of the current flowing through each channel of the plurality of TFT elements can be made the same. As a result, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements, specifically, the switching characteristics can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform uniformly.

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から成る層（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。これによっ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。   Further, according to the present invention, in the crystallization step, the layer made of the amorphous material that is the irradiation object is arranged so that the extending direction of the irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. By irradiating with laser light, the amorphous material can be crystallized uniformly. For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviations: TFT elements) are formed in a layer made of an amorphous material uniformly crystallized in this way (hereinafter sometimes referred to as “amorphous material layer”), Even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the crystalline material layer is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. . As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed in the amorphous material layer can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.

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。   Further, according to the present invention, in the moving step, the target object can be irradiated with the laser beam by moving the target object relative to the light source that emits the laser beam. It can be crystallized to

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、非晶質材料から成る層（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。   Further, according to the present invention, in the repetition process, the layer made of the amorphous material (in order to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the amorphous material to be irradiated is crystallized) Hereinafter, the amorphous material layer is sometimes irradiated with a laser beam to crystallize the amorphous material, and the amorphous material is relative to the light source emitting the laser beam. By repeating the moving step of moving, crystal grains having a desired size can be reliably formed in a desired region of the irradiation object.

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。   According to the present invention, the irradiation object is irradiated with laser light having one oscillation wavelength in the first irradiation stage of the crystallization process, and is different from the one oscillation wavelength in the second irradiation stage of the crystallization process. Irradiation target is irradiated with laser light having another oscillation wavelength. As described above, the laser beam having one oscillation wavelength is irradiated in the first irradiation stage, and the irradiation target object in the molten state is irradiated with the laser beam having the other oscillation wavelength. The cooling rate can be reduced.

これによっ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。   Thus, when the object to be irradiated is crystallized, it can be grown into relatively large crystal grains. By growing to relatively large crystal grains, the electron mobility of the irradiation object can be made relatively high, and by forming a thin film transistor (abbreviation: TFT element) on the irradiation object having a relatively high electron mobility. The electrical characteristics of the TFT element, specifically, the switching characteristics can be improved.

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から成る層（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。これによっ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。   Further, according to the present invention, the laser beam is applied to the layer made of the amorphous material so that the extending direction of the irradiation region is inclined with respect to the plurality of directions in which the amorphous material that is the irradiation target is crystallized by the light source. By irradiating with light, the amorphous material can be uniformly crystallized. For example, when a plurality of thin film transistor elements (abbreviations: TFT elements) are formed in a layer made of an amorphous material uniformly crystallized in this way (hereinafter sometimes referred to as “amorphous material layer”), Even when the arrangement direction of one TFT element with respect to the crystalline material layer is different from the arrangement direction of the other TFT element, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements with respect to the crystal growth direction can be made the same. . As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed in the amorphous material layer can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform.

また光源から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って、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。したがってレーザ加工装置の部品点数を削減することができる。これによってレーザ加工装置の構造を簡単化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化を図ることができる。   Further, by irradiating the irradiation object with the laser light emitted from the light source as described above, the irradiation object can be uniformly crystallized without using a projection mask. Therefore, the number of parts of the laser processing apparatus can be reduced. As a result, the structure of the laser processing apparatus can be simplified to reduce the size, and the manufacturing cost of the laser processing apparatus can be reduced.

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。   Further, according to the present invention, the irradiation object is uniformly crystallized by irradiating the irradiation object with laser light using a laser processing apparatus, and the uniformly crystallized irradiation object is thin film transistor element (abbreviation: TFT). Element) is formed. Therefore, when a plurality of TFT elements are formed on a uniformly crystallized irradiation object, even if the arrangement direction of one TFT element with respect to the irradiation object is different from the arrangement direction of the other TFT element, crystal growth The direction of current flowing in each of the plurality of TFT elements with respect to the direction can be made the same.

これによっ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素子のスイッ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。   As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements formed on the irradiation object can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements can be made uniform. As described above, since the switching characteristics of the TFT elements can be made uniform regardless of the direction in which the TFT elements are arranged with respect to the irradiation object, the degree of freedom in designing a display device using the TFT elements can be increased. .

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。以下の説明において、先行して説明している事項に対応する部分につい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。   Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the present invention will be described. In the following description, portions corresponding to the matters described in advance are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as the parts described in advance.

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。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus 20 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor element 27. FIG. 3 is a plan view schematically showing the projection mask 25. The laser processing method according to the first embodiment of the present invention is performed by the laser processing apparatus 20. The laser processing apparatus 20 includes a light source 21, a variable attenuator 22, a mirror 23, a variable focal field lens 24, a projection mask 25, an imaging lens 26, a stage 28, and a control unit 29. The light source 21 can emit pulsed laser light, and is realized, for example, by an excimer laser oscillator using xenon chloride (XeCl) having a wavelength of 308 nm. In this embodiment, laser light having a pulse width of 30 ns is emitted from an excimer laser oscillator. Since the light source and the excimer laser oscillator are substantially the same, the “light source 21” may be referred to as “excimer laser oscillator 21” in the following description.

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３１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を集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。   The variable attenuator 22 is configured so that the transmittance of the laser light 31 emitted from the light source 21 can be set. The illuminance of the laser beam 31 emitted from the light source 21 can be adjusted by changing the transmittance with the variable attenuator 22. The mirror 23 reflects the laser beam 31 emitted from the light source 21 and changes its direction. The variable focus field lens 24 is a lens that adjusts the focus by condensing the laser beam 31 emitted from the light source 21 and incident. A light transmission pattern that transmits light for crystallizing the irradiation object is formed on the projection mask 25. The laser light transmitted through the variable focus field lens 24 is transmitted through a predetermined light transmission pattern formed on the projection mask 25. The imaging lens 26 forms an image of the laser light transmitted through the projection mask 25 on one surface in the thickness direction of a semiconductor element 27 described later. The stage 28 has a predetermined first movement direction X (left and right direction in FIG. 1 in FIG. 1), and a second movement direction (in FIG. 1, on the paper surface) that is perpendicular to the first movement direction X and the thickness direction of the stage 28. (Vertical direction) Y and movable respectively. On the stage 28, the semiconductor element 27 which is an irradiation object is mounted.

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２１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、予め制御部２９に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いし、半導体素子２７の位置を検出する位置センサを設け、位置センサからの検出出力に応答して制御を行うように構成してもよい。   The control unit 29 is a processing circuit realized by a microcomputer including a central processing unit (abbreviation: CPU). A light source 21 and a stage 28 are electrically connected to the control unit 29. The control unit 29 controls the output of the light source 21, specifically, the oscillation pulse time and period of the laser light 31 emitted from the light source 21, and moves the stage 28 in the first movement direction X and the second movement direction Y. , Specifically, the position of the semiconductor element 27 placed on the stage 28 is controlled. For controlling the oscillation pulse time and period of the laser light, the control unit 29 generates a correspondence table using the oscillation pulse time and period predetermined for each crystallization processing condition of the semiconductor element 27 as related information, for example. The storage unit to be stored is provided in the control unit 29, and a control signal based on the related information in the correspondence table read from the storage unit is provided to the light source 21. The drive control of the stage 28 may be configured to perform numerical control (abbreviation: NC) based on information given to the control unit 29 in advance, or a position sensor that detects the position of the semiconductor element 27 may be used. It may be configured to perform control in response to the detection output from the position sensor.

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。   As shown in FIG. 1, a laser beam 31 emitted from a light source 21 in accordance with a control signal from a control unit 29 passes through a variable attenuator 22, a variable focal field lens 24, and a projection mask 25, and is then formed into a semiconductor element by an imaging lens 26. 27 is irradiated to one surface portion in the thickness direction.

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（ＳｉＯ２）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）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、プラズマエンハンスド化学気相堆積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；略称：ＰＥＣＶＤ）、蒸着またはスパッタリングなどによって下地膜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１００ｎｍであり、半導体膜３７の膜厚は５０ｎｍである。 As shown in FIG. 2, the semiconductor element 27 includes a transparent substrate 35 having optical transparency, a base film 36, and a semiconductor film 37, and the base film 36 and the semiconductor film 37 are sequentially stacked on the transparent substrate 35. The The material used for the base film 36 is a dielectric material such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (SiN), or aluminum nitride (AlN). The base film 36 is laminated on the transparent substrate 35 by vapor deposition, ion plating, sputtering, or the like. On the base film 36, an amorphous silicon film, which is a semiconductor film 37, is stacked. The semiconductor film 37 is stacked on the base film 36 by plasma enhanced chemical vapor deposition (abbreviation: PECVD), vapor deposition, sputtering, or the like. At this time, the semiconductor film 37 is in an amorphous state. In the present embodiment, the film thickness of the base film 36 is 100 nm, and the film thickness of the semiconductor film 37 is 50 nm.

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ニ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ＢＢ〜ＢＤは、投影マスク２５の短手方向に延びる長方形状である。   The projection mask 25 is formed, for example, by patterning a chromium thin film on a synthetic quartz substrate (hereinafter sometimes simply referred to as “substrate”). The projection mask 25 penetrates in the thickness direction of the substrate and transmits a plurality of first light transmission patterns 25a and second light transmission patterns that transmit light for crystallizing the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 that is the irradiation target. 25b is formed. The portions other than the first and second light transmission patterns 25a and 25b of the projection mask 25 are non-transmission portions 25c that do not transmit light. The projection mask 25 of the present embodiment is generally rectangular as shown in FIG. The projection mask 25 is divided into four regions, a first region, a second region, a third region, and a fourth region. In other words, the projection mask 25 includes the first block BA corresponding to the first area, the second block BB corresponding to the second area, the third block BC corresponding to the third area, and the fourth block BD corresponding to the fourth area. including. In the following description, the first area may be referred to as a first block BA, the second area as a second block BB, the third area as a third block BC, and the fourth area as a fourth block BD. The first block BA, the second block BB, the third block BC, and the fourth block BD are provided in a line in the longitudinal direction of the projection mask 25 in this order. The first to fourth blocks BB to BD have a rectangular shape extending in the short direction of the projection mask 25.

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。   A plurality of first light transmission patterns 25a are formed in the first and second blocks BA and BB. The plurality of first light transmission patterns 25 a are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask 25. The first light transmission pattern 25a has a predetermined first direction in a plane including a first axis extending along the longitudinal direction of the projection mask 25 and a second axis extending along the short direction of the projection mask 25. In the present embodiment, it extends in a direction inclined 45 degrees from the second axis to one of the predetermined circumferential directions around the intersection of the first axis and the second axis. Here, the one circumferential direction refers to a direction of angular displacement counterclockwise about the intersection of the first axis and the second axis on the laser beam incident side plane of the projection mask 25.

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。   A plurality of second light transmission patterns 25b are formed in the third and fourth blocks BC and BD. The plurality of second light transmission patterns 25 b are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask 25. The second light transmission pattern 25b extends in a predetermined second direction, in the present embodiment, in a direction orthogonal to the first direction, in a plane including the first and second axes. The first light transmission pattern 25a and the second light transmission pattern 25b are substantially hexagonal. In the present embodiment, the substantially hexagonal shape includes a hexagonal shape.

次にレーザ加工装置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」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。これによって領域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。   Next, a step of crystallizing the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28 by the laser processing apparatus 20 will be described with reference to FIGS. In forming the crystal region along the extending direction of the semiconductor film 37 on the base film 36 of the semiconductor element 27, the direction indicated by the arrow E in FIG. 2, first, in the crystallization step, the arrow F of the semiconductor film 37 is used. The region other than the region shown (hereinafter may be referred to as “region F”) is masked, and the semiconductor film 37 is irradiated with laser light 31 emitted from the excimer laser oscillator 21 to induce heat in the semiconductor film 37. . As a result, the energy of the laser beam 31 applied to the region F is converted into thermal energy, so that heat can be induced in the region F of the semiconductor film 37 and the semiconductor film 37 can be melted in the thickness direction. . The semiconductor film 37 in which the region F is melted is solidified by cooling and crystallized.

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一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一方に所定の距離だけ移動させることができる。これによって、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一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。   In the moving process, the control unit 29 drives and controls the stage 28 to move the stage 28 in the first moving direction X by a predetermined distance. By moving the stage 28, the semiconductor element 27 placed on the stage 28 can be moved in the first movement direction X by a predetermined distance. Accordingly, a new region in which the laser light 31 transmitted through the plurality of first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25 is irradiated to one surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27. Is a region moved by a predetermined distance in one direction of the first movement direction X. The new area partially overlaps the area before the movement. The predetermined distance when the stage 28 is moved in the first movement direction X is the transverse dimension W of the first to fourth blocks BA to BD of the projection mask 25.

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から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か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の厚み方向一方から見て、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から成長した複数の結晶同士の境界部分４４を示している。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the state of the crystal 40 formed in the crystallization process. In FIG. 4, in order to facilitate understanding, the laser light transmitted through the first light transmission pattern 25 a of the projection mask 25 is transferred to one surface in the thickness direction of the semiconductor film 37 without moving the stage 28 from a predetermined reference position. The state of the crystal 40 formed by irradiating the part is shown. The shape of the crystal 40 is the same as the shape of the first light transmission pattern 25a, specifically, a hexagonal shape, and is a direction orthogonal to the extending direction of the crystal 40 when viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37 (hereinafter referred to as the crystal 40). In some cases, the crystal 40 grows stepwise from both ends of the crystal 40 in the direction of the width of the crystal toward the center of the crystal 40 in the width direction. Then, the crystal grown from one side in the width direction and the crystal grown from the other side in the width direction collide with each other at the center in the width direction of the crystal 40 to form a protrusion 41 protruding in one thickness direction of the semiconductor film 37. . The protrusion 41 is formed on a line segment connecting the first vertex 42 and the second vertex 43 of the hexagonal crystal 40 when viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37. More specifically, the protrusion 41 is formed in parallel with the extending direction of the irradiation region when viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37. FIG. 4 shows a boundary portion 44 between a plurality of crystals grown from both ends in the width direction of the irradiation region.

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。   FIG. 5 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 6 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. 5 and 6 show part of the crystallized region 46 formed in the semiconductor film 37 for easy understanding. In the present embodiment, as the reference symbol in the longitudinal direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28, the same reference symbol “X” as in the first movement direction of the stage 28 is given, and the semiconductor film 37. The same reference numeral “Y” as that of the second movement direction of the stage 28 will be described as a reference numeral in the short direction.

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一方に、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。   In the present embodiment, in the repetition process, the above-described crystallization process and the movement process are alternately repeated to crystallize the semiconductor film 37 that is the irradiation object. Specifically, in the repetition process, the laser light 31 emitted from the light source 21 and transmitted through the first and second light transmission patterns 25a and 25b of the projection mask 25 is applied to the semiconductor film 37 that is the irradiation object. The crystallization process for irradiating and crystallizing the irradiated region is performed four times, and the stage 28 corresponds to the transverse direction dimension W of the first to fourth blocks BA to BD in the first movement direction X. The moving process for moving the distance is performed three times.

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一致し、第２延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。   By performing such a repeated process, as shown in FIGS. 5 and 6, a region crystallized in the shape of the first light transmission pattern 25a (hereinafter sometimes referred to as “first crystallized region”) 46a. And regions 46b crystallized in the shape of the second light transmission pattern 25b (hereinafter sometimes referred to as “second crystallized regions”) 46b alternately in the lateral direction Y of the semiconductor film 37. Crystallized regions 46 arranged in a bent wave shape are formed. The crystallized region 46 is related to a direction perpendicular to the first extending direction in which the first crystallized region 46a and the second crystallized region 46b extend (hereinafter sometimes referred to as “second extending direction”). It is formed in such a shape that the peak and the peak of the convex part protruding to the one side in the second extending direction coincide with each other and the valley and the valley of the convex part protruding to the other side in the second extending direction.

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一方か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」という場合がある）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一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、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一方か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、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一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。   In FIG. 5, the thin film transistor element (hereinafter referred to as the following) is arranged in the semiconductor film 37 so that the source S, the gate G, and the drain D are arranged in this order from one side to the other in the longitudinal direction X of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. This shows a state in which 47 (sometimes referred to as “TFT element”) is formed. In FIG. 6, TFT elements 47 are arranged on the semiconductor film 37 so that the drain D, the gate G, and the source S are arranged in this order from one side to the other side of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. The formed state is shown. In the following description of the embodiment, the arrangement of the TFT elements 47 formed in the semiconductor film 37 so that the source S, the gate G, and the drain D are arranged in this order from one side to the other in the longitudinal direction X of the semiconductor film 37. The direction of the TFT element 47 formed in the semiconductor film 37 is referred to as a first arrangement direction, and the drain D, the gate G, and the source S are arranged in this order from one side to the other in the short direction Y of the semiconductor film 37. The arrangement direction is referred to as a second arrangement direction.

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Ｌ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とチャンネル長Ｌとの大小関係が、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×ａ）＜Ｌ×√２ …（１）
より、
ａ＜Ｌ×（√２／２）≒Ｌ×（３／４） …（２） Here, as shown in FIGS. 4 and 5, the laser beam having the shape of the first and second light transmission patterns 25b is irradiated with the length dimension in the extending direction of the first and second light transmission patterns 25a and 25b. The length dimension from the one end P1 in the extending direction of the formed crystal 40 to the other end P2 in the extending direction is a, and the channel length of the TFT element 47 is L as shown in FIG. At this time, the crystal included in each of the channel portion of the TFT element 47 arranged in the first arrangement direction with respect to the semiconductor film 37 and the channel portion of the TFT element 47 arranged in the second arrangement direction. In order to make the shape of the conversion region 46 completely the same, the magnitude relationship between the length dimension a and the channel length L only needs to satisfy the following expression (2). That is, the length dimension a and the channel length L are defined such that the length dimension a is smaller than the value obtained by multiplying the value obtained by dividing the square root of “2” by “2” by the channel length L.
(2 × a) <L × √2 (1)
Than,
a <L × (√2 / 2) ≈L × (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２５ｂ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。   As described above, according to the present embodiment, the first axis and the first axis in the plane including the first axis and the second axis with respect to a plurality of directions in which the semiconductor film 37 that is the irradiation target is to be crystallized. A plurality of first light transmission patterns 25a extending in a first direction inclined by 45 degrees in a predetermined circumferential direction from the second axis around the intersection with the two axes, and in the first direction inclined by 45 degrees in the plane The projection mask 25 formed with a plurality of second light transmission patterns 25b extending in a second direction orthogonal to each other is irradiated with light, and transmitted through the first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25. By irradiating the semiconductor film 37 with the irradiated laser light, the semiconductor film 37 irradiated with the laser light in the shape of the first and second light transmission patterns 25a and 25b is melted and crystallized uniformly. It can be.

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配設方向のいずれの場合であっても、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のスイッチング特性を均一にすることができる。   For example, when a plurality of TFT elements 47 are formed on the uniformly crystallized semiconductor film 37 as described above, the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is the first arrangement direction, and the other TFT element 47 is arranged. The shape of the crystallization region included in the channel portion of each TFT element 47 arranged in each arrangement direction even when the arrangement directions of the TFT elements 47 are different such that the arrangement direction of the TFT is the second arrangement direction. Can be the same. In other words, regardless of the arrangement direction of the plurality of TFT elements 47 with respect to the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed, whichever is the first arrangement direction and the second arrangement direction, The direction of the current flowing from the source S to the drain D of the plurality of TFT elements 47 can be made the same. As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37 can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform.

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３／４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の形状を完全に同一にすることができる。   In addition, according to the present embodiment, the length dimension a in the extending direction of the first and second light transmission patterns 25a and 25b is set to be less than 3/4 of the channel length L of the TFT element 47, in other words. The channel portion of the TFT element 47 arranged in the first arrangement direction is selected by selecting a value satisfying the expression (2) as the value of the length dimension a in the extending direction and the channel length L of the TFT element 47. And the shape of the crystallization region 46 included in each of the channel portions of the TFT elements 47 arranged in the second arrangement direction can be made completely the same.

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。   Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is different from the arrangement direction of the other TFT element 47, the current flowing from the source S to the drain D of the plurality of TFT elements 47 with respect to the crystal growth direction. It is possible to ensure that the directions are the same. As a result, the electrical characteristics, more specifically, the switching characteristics, of the plurality of TFT elements 47 can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform uniformly.

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。   FIG. 7 is a diagram showing a light transmission pattern 49 formed on the projection mask. FIG. 8 is a diagram showing a state of the crystal 50 formed by irradiating the laser beam that has passed through the projection mask on which the light transmission pattern 49 shown in FIG. 7 is formed. FIG. 9 is a diagram showing a first light transmission pattern 25a and a second light transmission pattern 25b formed on the projection mask 25. As shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a state of the crystal 51 formed by irradiating the laser beam transmitted through the projection mask 25 on which the first and second light transmission patterns 25a and 25b shown in FIG. 9 are formed.

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。   As shown in FIG. 7, the object to be irradiated is passed through a projection mask in which a first light transmission pattern 25a and a second light transmission pattern 25b are connected to form a light transmission pattern 49 formed in a substantially V shape. Assume that the semiconductor film 37 is irradiated with laser light. In the present embodiment, the substantially V shape includes a V shape. Of the crystal 50 formed by irradiating the semiconductor film 37 with the light transmission pattern 49 in the shape of the laser beam, a protrusion formed on a portion other than the bent portion 50a of the crystal 50 as viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37. Although the formation direction S1 of 41 is parallel to the extending direction of the crystal 50, the formation direction S2 of the protrusion 41 formed on the bent portion 50a of the crystal 50 viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37 is It is not parallel to the direction of extension. In other words, one end portion of the crystal 50 in the extending direction, that is, the crystal growth direction in the bent portion 50a of the crystal 50, and a portion on the other end side in the extending direction from one end portion in the extending direction of the crystal 50, that is, the bent portion of the crystal 50. The direction of crystal growth in the portion other than 50a is different.

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４７のソースから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。   When a plurality of TFT elements 47 are formed on the semiconductor film 37 crystallized in such a way that the crystal growth directions are different, the arrangement direction of one TFT element 47 and the arrangement of the other TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 are arranged. If the installation direction is different, the direction of the current flowing from the source to the drain of the plurality of TFT elements 47 with respect to the crystal growth direction will vary.

具体的に述べると、ＴＦＴ素子４７のソースから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の電気的特性が悪化してしまう。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ってしまう場合がある。   More specifically, when the direction of the current flowing from the source to the drain of the TFT element 47 is parallel to the crystal growth direction, that is, when the current direction is perpendicular to the protrusion 41, the TFT element 47 In the case where the direction of the current is perpendicular to the crystal growth direction, that is, the direction of the current is parallel to the protrusion 41, the electrical characteristics of the TFT element 47 are good. Will get worse. Therefore, when the TFT element 47 is formed on the non-uniformly crystallized semiconductor film 37 as described above, depending on the arrangement direction of the TFT element 47, the electrical characteristics of the TFT element 47, specifically, the switching characteristics are not uniform. It may become.

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が互いに連結しない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。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the projection mask 25 formed in such a manner that the first and second light transmission patterns 25a and 25b are not connected to each other is used to form the semiconductor film 37 that is an irradiation object. Irradiate with laser light. As a result, the shape of the first light transmission pattern 25a viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37 among the crystals 51 formed by irradiating the laser beams having the shapes of the first and second light transmission patterns 25a and 25b. The formation direction T1 of the protrusion 41 formed in a portion other than the overlapping portion 51a of the laser light and the laser light having the shape of the second light transmission pattern 25b is parallel to the extending direction of the crystal 51.

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。   In addition, the formation direction T2 of the protrusion 41 formed on the overlapping portion 51a viewed from one side in the thickness direction of the semiconductor film 37 is also parallel to the extending direction of the crystal 51. In other words, at one end of the crystal 51 in the extending direction, that is, at the growth direction of the crystal in the overlapping portion 51a and at the other end side in the extending direction from the one end of the extending direction of the crystal 51, that is, at a portion other than the overlapping portion 51a. The direction of crystal growth is the same.

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。   Therefore, when a plurality of TFT elements 47 are formed on the semiconductor film 37, even if the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is different from the arrangement direction of the other TFT element 47, a plurality of TFT elements 47 in the crystal growth direction are formed. The direction of current flowing from the source to the drain of the TFT element 47 can be made the same. As a result, the electrical characteristics, more specifically, the switching characteristics, of the plurality of TFT elements 47 can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform uniformly.

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から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。   Further, according to the present embodiment, the first and second light transmission patterns 25 a and 25 b are formed so that both end portions in the extending direction are tapered as viewed in the thickness direction of the projection mask 25. Therefore, unlike the light transmission pattern that is not formed in a tapered shape such as a rectangular shape, the extending direction and the irradiation direction of the semiconductor film 37 irradiated with the laser light in the shape of the first and second light transmission patterns 25a and 25b Protrusions 41 formed by collision of crystals growing from both ends in the direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor film 37 are formed up to the tapered portions at both ends in the extending direction.

これによって半導体膜３７に複数のＴＦＴ素子４７を形成するとき、複数のＴＦＴ素子４７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。   Thus, when the plurality of TFT elements 47 are formed on the semiconductor film 37, the semiconductor film 37 on which the plurality of TFT elements 47 are formed can be crystallized more uniformly. Therefore, even when the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is different from the arrangement direction of the other TFT element 47, the directions of currents flowing through the plurality of TFT elements 47 with respect to the crystal growth direction are made the same. be able to. Therefore, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37 can be reliably made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform uniformly.

次に本発明の第２の実施の形態であるレーザ加工装置およびレーザ加工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１１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。   Next, a laser processing apparatus and a laser processing method according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 12 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. 11 and 12, a part of the crystallization region 46 formed in a part of the semiconductor film 37 is shown for easy understanding. In the present embodiment, as the reference symbol in the longitudinal direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28, the same reference symbol “X” as in the first movement direction of the stage 28 is given, and the semiconductor film 37. The same reference numeral “Y” as that of the second movement direction of the stage 28 will be described as a reference numeral in the short direction.

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に分割されている。   In the present embodiment, instead of the projection mask 25 of the first embodiment, the semiconductor film 37 that is an irradiation object is crystallized using a projection mask described below. The projection mask according to the present embodiment is divided into four areas of first to fourth areas, similarly to the projection mask 25 according to the first embodiment. More specifically, the projection mask includes a first block BA corresponding to the first area, a second block BB corresponding to the second area, a third block BC corresponding to the third area, and a fourth block corresponding to the fourth area. It is divided into 4 blocks BD.

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。   A plurality of first light transmission patterns 25a are formed in the first and second blocks BA and BB. The plurality of first light transmission patterns 25a are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask. The first light transmission pattern 25a is a plane including a predetermined first direction, a first axis extending along the longitudinal direction of the projection mask in the present embodiment, and a second axis extending along the lateral direction of the projection mask. In the inside, it extends in the direction inclined 15 degrees from the second axis to one of the predetermined circumferential directions around the intersection of the first axis and the second axis. Here, the one circumferential direction refers to a direction of angular displacement counterclockwise around the intersection of the first axis and the second axis on the laser beam incident side plane of the projection mask.

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。   A plurality of second light transmission patterns 25b are formed in the third and fourth blocks BC and BD. The plurality of second light transmission patterns 25b are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask. The second light transmission pattern 25b extends in a direction perpendicular to the first direction in a predetermined second direction, in the present embodiment, in a plane including the first and second axes. The first light transmission pattern 25a and the second light transmission pattern 25b are substantially hexagonal. In the present embodiment, the substantially hexagonal shape includes a hexagonal shape.

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一方に、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。   In the present embodiment, as in the first embodiment, a semiconductor that is an object to be irradiated with laser light 31 emitted from the light source 21 and transmitted through the first and second light transmission patterns 25a and 25b of the projection mask 25. The crystallization process for irradiating the film 37 and crystallizing the irradiated region is performed four times, and the stage 28 is moved in the first movement direction X in the short direction of the first to fourth blocks BA to BD. The moving process of moving the distance corresponding to the dimension W is performed three times.

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一致し、第２延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。   By performing such a repeating process, as shown in FIGS. 11 and 12, a region crystallized in the shape of the first light transmission pattern 25a (hereinafter, also referred to as “first crystallization region”) 46a. And a crystallized region 46 arranged in a wave shape in which regions 46b crystallized in the shape of the second light transmission pattern 25b (hereinafter sometimes referred to as “second crystallized region”) 46b are alternately bent. It is formed. The crystallized region 46 is related to a direction perpendicular to the first extending direction in which the first crystallized region 46a and the second crystallized region 46b extend (hereinafter sometimes referred to as “second extending direction”). It is formed in such a shape that the peak and the peak of the convex part protruding to the one side in the second extending direction coincide with each other and the valley and the valley of the convex part protruding to the other side in the second extending direction.

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一方か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一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、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。   In FIG. 11, TFT elements 47 are formed in the semiconductor film 37 so that the source S, the gate G, and the drain D are arranged in this order from one side to the other in the longitudinal direction X of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. Shows the state. In FIG. 12, the TFT elements 47 are arranged on the semiconductor film 37 so that the drain D, the gate G, and the source S are arranged in this order from one side to the other side of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. The formed state is shown.

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軸線から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。   As described above, according to the present embodiment, in the plane including the first axis and the second axis, the predetermined value is 15 in one predetermined circumferential direction from the second axis around the intersection of the first axis and the second axis. A plurality of first light transmission patterns 25a extending in a first direction inclined at a degree and a plurality of second light transmission patterns 25b extending in a second direction perpendicular to the first direction inclined at 15 degrees in the plane are formed. The projection mask 25 is used to irradiate light onto the semiconductor film 37 that is the object to be irradiated. That is, by irradiating the semiconductor film 37 with laser light that has passed through the first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25, the shape of the first and second light transmission patterns 25a and 25b is improved. The semiconductor film 37 irradiated with the laser light can be melted and crystallized uniformly.

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配設方向のいずれの場合であっても、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同一にすることができる。   For example, when a plurality of TFT elements 47 are formed on the uniformly crystallized semiconductor film 37 as described above, the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is the first arrangement direction, and the other TFT element 47 is arranged. Even if the arrangement direction of the TFT elements 47 is different such that the arrangement direction of the TFT elements 47 is different from the arrangement direction of the TFT elements 47, the crystallization regions 46 included in the channel portions of the TFT elements 47 arranged in the respective arrangement directions. The shape can be the same. In other words, regardless of the arrangement direction of the plurality of TFT elements 47 with respect to the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed, whichever is the first arrangement direction and the second arrangement direction, The direction of the current flowing from the source S to the drain D of the plurality of TFT elements 47 can be made the same.

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、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。   Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37, specifically, the switching characteristics can be made the same, that is, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform.

次に本発明の第３の実施の形態であるレーザ加工装置およびレーザ加工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１３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。   Next, a laser processing apparatus and a laser processing method according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 14 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in the semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. 13 and 14 show a part of the crystallization region 46 formed in a part of the semiconductor film 37 for easy understanding. In the present embodiment, as the reference symbol in the longitudinal direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28, the same reference symbol “X” as in the first movement direction of the stage 28 is given, and the semiconductor film 37. The same reference numeral “Y” as that of the second movement direction of the stage 28 will be described as a reference numeral in the short direction.

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に分割されている。   In the present embodiment, instead of the projection mask 25 of the first embodiment, the semiconductor film 37 that is an irradiation object is crystallized using a projection mask described below. The projection mask according to the present embodiment is divided into four areas of first to fourth areas, similarly to the projection mask 25 according to the first embodiment. More specifically, the projection mask includes a first block BA corresponding to the first area, a second block BB corresponding to the second area, a third block BC corresponding to the third area, and a fourth block corresponding to the fourth area. It is divided into 4 blocks BD.

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。   A plurality of first light transmission patterns 25a are formed in the first and second blocks BA and BB. The plurality of first light transmission patterns 25a are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask. The first light transmission pattern 25a is a plane including a predetermined first direction, a first axis extending along the longitudinal direction of the projection mask in the present embodiment, and a second axis extending along the lateral direction of the projection mask. In the inside, it extends in the direction inclined by 60 degrees from the second axis to one of the predetermined circumferential directions around the intersection of the first axis and the second axis. Here, the one circumferential direction refers to a direction of angular displacement counterclockwise around the intersection of the first axis and the second axis on the laser beam incident side plane of the projection mask.

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。   A plurality of second light transmission patterns 25b are formed in the third and fourth blocks BC and BD. The plurality of second light transmission patterns 25b are formed at intervals in the longitudinal direction and the short direction of the projection mask. The second light transmission pattern 25b extends in a direction perpendicular to the first direction in a predetermined second direction, in the present embodiment, in a plane including the first and second axes. The first light transmission pattern 25a and the second light transmission pattern 25b are substantially hexagonal.

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一方に、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２５ａ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一致し、第２延在方向他方に突出する凸部分の谷と谷とが一致するような形状に形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, a semiconductor that is an object to be irradiated with laser light 31 emitted from the light source 21 and transmitted through the first and second light transmission patterns 25a and 25b of the projection mask 25. The crystallization process for irradiating the film 37 and crystallizing the irradiated region is performed four times, and the stage 28 is moved in the first movement direction X in the short direction of the first to fourth blocks BA to BD. The moving process of moving the distance corresponding to the dimension W is performed three times. By performing such a repeating process, as shown in FIGS. 13 and 14, the first crystallized region 46a crystallized into the shape of the first light transmission pattern 25a and the shape of the second light transmission pattern 25b are obtained. Crystallized regions 46 are formed in a wave shape in which the crystallized second crystallized regions 46b are continuously and alternately bent. Further, the crystallization region 46 is a convex portion protruding in one direction in the second extending direction with respect to the second extending direction perpendicular to the first extending direction in which the first crystallization region 46a and the second crystallization region 46b extend. Are formed in such a shape that the peaks and the peaks coincide with each other and the valleys and valleys of the protruding portions protruding in the other direction in the second extending direction match.

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一方か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一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、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。   In FIG. 13, TFT elements 47 are formed in the semiconductor film 37 so that the source S, the gate G, and the drain D are arranged in this order from one side to the other in the longitudinal direction X of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. Shows the state. In FIG. 14, the TFT elements 47 are arranged on the semiconductor film 37 so that the drain D, the gate G, and the source S are arranged in this order from one side to the other side of the semiconductor film 37 in which the crystallized region 46 is formed. The formed state is shown.

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軸線から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、前記平面内において前記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。   As described above, according to the present embodiment, in the plane including the first axis and the second axis, the predetermined distance from the second axis to the predetermined circumferential direction 60 around the intersection of the first axis and the second axis. A plurality of first light transmission patterns 25a extending in a first direction inclined by 60 degrees and a plurality of second light transmission patterns 25b extending in a second direction orthogonal to the first direction inclined by 60 degrees in the plane are formed. The projection mask 25 is used to irradiate light onto the semiconductor film 37 that is the object to be irradiated. That is, by irradiating the semiconductor film 37 with laser light that has passed through the first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25, the shape of the first and second light transmission patterns 25a and 25b is improved. The semiconductor film 37 irradiated with the laser light can be melted and crystallized uniformly.

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配設方向のいずれの場合であっても、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同一にすることができる。   For example, when a plurality of TFT elements 47 are formed on the uniformly crystallized semiconductor film 37 as described above, the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is the first arrangement direction, and the other TFT element 47 is arranged. The shape of the crystallization region included in the channel portion of each TFT element 47 arranged in each arrangement direction even when the arrangement directions of the TFT elements 47 are different such that the arrangement direction of the TFT is the second arrangement direction. Can be the same. In other words, regardless of the arrangement direction of the plurality of TFT elements 47 with respect to the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed, whichever is the first arrangement direction and the second arrangement direction, The direction of the current flowing from the source S to the drain D of the plurality of TFT elements 47 can be made the same.

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、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。   Thereby, the electrical characteristics of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37, specifically, the switching characteristics can be made the same, that is, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform.

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加工方法は、レーザ加工装置６０によって実施される。レーザ加工装置６０は、第１の実施の形態のレーザ加工装置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２８および制御部２９を含んで構成される。   FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus 60 according to the fourth embodiment of the present invention. The laser processing method according to the fourth embodiment of the present invention is performed by a laser processing apparatus 60. Since the laser processing apparatus 60 is similar to the laser processing apparatus 20 of the first embodiment, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The laser processing apparatus 60 includes a first light source 61, a variable attenuator 22, a mirror 23, a variable focal field lens 24, a projection mask 25, an imaging lens 26, a second light source 62, a uniform irradiation optical system 63, a stage 28, and a control unit. 29.

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１０.６μｍ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。   The first light source 61 is realized by an excimer laser oscillator capable of emitting a first laser beam 65 having a wavelength in the ultraviolet region, specifically, 308 nm. The second light source 62 is realized by a laser oscillator capable of emitting the second laser light 66 having a wavelength from the visible range to the infrared range. Specifically, the second light source 62 is a YAG harmonic laser oscillator capable of emitting a second laser beam 66 having a wavelength of 534 nm, and a YAG laser capable of emitting a second laser beam 66 having a wavelength of 1064 nm. This is realized by an oscillator and a carbon dioxide laser oscillator capable of emitting the second laser light 66 having a wavelength of 10.6 μm.

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。   Compared with the second laser beam 66, the first laser beam 65 has a higher absorption rate into the semiconductor film 37 in the solid state than in the molten state. The first laser beam 65 preferably has an energy amount sufficient to melt the amorphous silicon film that is the semiconductor film 37 in the solid state. This amount of energy varies depending on various conditions such as the type of material of the semiconductor film 37, the film thickness, and the area of the crystallization region, and cannot be uniquely determined. Therefore, it is desirable to use the first laser beam 65 having an appropriate amount of energy in accordance with the above conditions of the semiconductor film 37. Specifically, it is recommended to use the first laser beam 65 having an energy amount capable of heating the amorphous silicon film as the semiconductor film 37 to a temperature equal to or higher than the melting point in the entire film thickness. The same applies to the case where another type of semiconductor film 37 is crystallized instead of the amorphous silicon film.

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エ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。   Compared with the first laser beam 65, the second laser beam 66 has a higher absorption rate into the semiconductor film 37 in the molten state than in the solid state. The second laser light 66 is preferably less than the amount of energy sufficient to melt the semiconductor film 37 in the solid state. This amount of energy varies depending on various conditions such as the type of material of the semiconductor film 37, the film thickness, and the area of the crystallization region, and cannot be uniquely determined. Therefore, it is desirable to use the second laser beam 66 having an appropriate amount of energy according to the conditions of the semiconductor film 37. Specifically, it is recommended to use the second laser light 66 having an energy amount less than that sufficient to heat the semiconductor film 37 to a temperature equal to or higher than the melting point. This is the same when applied to other types of semiconductor films 37 in place of the amorphous silicon film.

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から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。   The first laser light 65 emitted from the first light source 61 in accordance with the control signal from the control unit 10 passes through the variable attenuator 22, the mirror 23, the variable focal field lens 24, the projection mask 25, and the imaging lens 26, and the stage. The semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the surface 28 is irradiated to one surface portion in the thickness direction. The second laser light 66 emitted from the second light source 62 is applied to the stage 28 via the uniform irradiation optical system 63 and the mirror 23 for uniformly irradiating the semiconductor film 37 as the irradiation object with the second laser light. One surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 to be placed is irradiated. In the laser processing apparatus 60, the first laser beam 65 can be incident from a direction perpendicular to the one surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37, and the second laser beam 66 is input in the thickness direction of the semiconductor film 37. The light can be incident on the surface portion from an oblique direction.

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く、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しい。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しい。   The first light source 61 may be any laser oscillator that can emit the first laser light 65 and can melt the semiconductor film 37, and is not particularly limited to an excimer laser oscillator. The first light source 61 is desirably a laser oscillator capable of emitting laser light having a wavelength in the ultraviolet region, for example, a solid-state laser oscillator typified by an excimer laser oscillator and a YAG laser oscillator. As the laser oscillator constituting the first light source 61, an excimer laser oscillator capable of emitting a pulsed laser beam and capable of emitting the first laser beam 65 having a wavelength of 308 nm is particularly preferable. The oscillator constituting the second light source 62 is preferably a laser oscillator that can emit the second laser light 66 having a wavelength that is absorbed by the molten semiconductor film 37.

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Ｖ１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６６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２００ｍＪ／ｃｍ２以上１０００ｍＪ／ｃｍ２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１００ｍＪ／ｃｍ２以上１０００ｍＪ／ｃｍ２未満である。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the output time of the first laser beam 65 and the second laser beam 66 and the output. The horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis of the graph represents the output of the first and second laser beams 65 and 66, specifically the amount of energy per unit area of the first and second laser beams 65 and 66. . A curve V1 indicated by a broken line in FIG. 16 represents output characteristics of the first laser light 65 emitted from the first light source 61 such as an excimer laser oscillator. A curve V2 indicated by a solid line in FIG. 16 represents the output characteristic of the second laser light 66 emitted from the second light source 62 such as a carbon dioxide laser oscillator. The output of the first laser beam 65, in other words, the amount of energy per unit area is, for example, 200 mJ / cm 2 or more and less than 1000 mJ / cm 2 . Amount of energy per unit area output, in other words of the second laser beam 66 is less than for example 100 mJ / cm 2 or more 1000 mJ / cm 2.

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ｔ０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ｔ０の後の時刻ｔ１から時刻ｔ３より前の時刻ｔ２にわたって第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く、第２レーザ光６６が発せられている時間の１／１００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１／１０００程度である。さらに具体的に述べると、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの時間は、たとえば１００μｓであり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、たとえば１００ｎｓである。   In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the second laser light 66 is emitted from the second light source 62 from time t0 to time t3, and the first laser light 65 is timed from time t1 after time t0. It is emitted from the first light source 61 over a time t2 before t3. The time during which the first laser beam 65 is emitted is shorter than the time during which the second laser beam 66 is emitted, and is 1/100 or less of the time during which the second laser beam 66 is emitted. This is about 1/1000 of the time during which the second laser beam 66 is emitted. More specifically, the time from time t0 to time t3 is, for example, 100 μs, and the time from time t1 to time t2 is, for example, 100 ns.

本実施の形態では、曲線Ｖ１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ｔ１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ｔ０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ｔ１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。   In the present embodiment, as shown by the curve V1, the rise and fall of the output of the first laser beam 65 are relatively steep, and the output reaches the maximum value in a relatively short time after the lapse of time t1, Thereafter, the output is reduced in a relatively short time. Further, as indicated by the curve V2, the output reaches the maximum value in a relatively short time after the elapse of time t0, and the output is held at the maximum value until the time t2 elapses. The fall of the output of the second laser light 66 after the elapse of time t2 is gradual compared to the rise, and the output is gradually reduced until the time t3 elapses. The relationship between the time for emitting the first laser beam 65 and the second laser beam 66 and the output is not limited to the relationship shown in the graph of FIG. 16, but it is preferable that the relationship is similar to the relationship shown in the graph of FIG. Between the time t1 and the time t3, the amorphous silicon film which is the semiconductor film 37 is in a molten state.

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ｔ０から時刻ｔ１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ｔ１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。   In the present embodiment, the step of irradiating the second laser light 66 to the semiconductor film 37 that is the irradiation object from time t0 to time t1 and from time t2 to time t3 is a crystallization process. This corresponds to the first irradiation stage. In addition, the step of irradiating the semiconductor film 37 as the irradiation target with the first laser beam 65 and the second laser beam 66 between the time t1 and the time t2 corresponds to the second irradiation step in the crystallization process. .

次にレーザ加工装置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Ｖ１に示すようなタイミングで、具体的には時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に第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ｔ０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。   Next, a process of crystallizing the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28 by the laser processing apparatus 60 will be described. First, in the crystallization step, the first laser beam 65 emitted from the first light source 61 is formed on the projection mask 25 at the timing shown by the curve V1 in FIG. 16, specifically, from the time t1 to the time t2. The first and second light transmission patterns 25 a and 25 b are transmitted to irradiate a first region defined on one surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28. In addition, the second laser light 66 emitted from the second light source 62 at the timing shown by the curve V2 in FIG. 16, specifically, from the time t0 to the time t3, is applied to one surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37. Irradiate. By irradiation of the first and second laser beams 65 and 66, the semiconductor film 37 in the first region is melted, and the melted semiconductor film 37 in the first region is solidified and crystallized.

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一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一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一方に所定の距離だけ移動させることができる。これによって、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一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。   Next, in the moving step, the control unit 29 drives and controls the stage 28 to move the stage 28 in the first movement direction X by a predetermined distance. By moving the stage 28 in the first movement direction X, the semiconductor element 27 placed on the stage 28 can be moved by a predetermined distance in the first movement direction X. As a result, the first laser light 65 transmitted through the plurality of first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25 is irradiated to one surface portion in the thickness direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27. This region is a region moved by a predetermined distance in the first movement direction X. The new area partially overlaps the area before the movement. The predetermined distance when the stage 28 is moved in the first movement direction X is the transverse dimension W of the first to fourth blocks BA to BD of the projection mask 25.

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１６の曲線Ｖ１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。これによって、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。   After moving by a predetermined distance in the moving step, the first laser beam 65 emitted from the first light source 61 is formed on the projection mask 25 at the timing shown by the curve V1 in FIG. The first and second light transmission patterns 25 a and 25 b are transmitted, and the second region defined on one surface in the thickness direction of the semiconductor film 37 of the semiconductor element 27 placed on the stage 28 is irradiated. The second region partially overlaps the first region. Similarly to the first crystallization step, the second laser beam 66 emitted from the second light source 62 is also irradiated to one surface in the thickness direction of the semiconductor film 37 at the timing shown by the curve V2 in FIG. . By irradiation of the first and second laser beams 65 and 66, the semiconductor film 37 in the second region is melted, and the melted semiconductor film 37 in the second region is solidified and crystallized. Further, in the repeated process, the crystallization process and the moving process are alternately performed until the region to be crystallized of the semiconductor film 37 reaches a predetermined size. Thereby, for example, the crystallization region 46 shown in FIGS. 5 and 6 and FIGS. 11 to 14 can be formed.

前述のように本実施の形態によれば、レーザ加工装置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。   As described above, according to the present embodiment, the semiconductor film 37 is uniformly formed by irradiating the semiconductor film 37 that is the irradiation object with the first and second laser beams 65 and 66 using the laser processing apparatus 60. The TFT element 47 is formed on the uniformly crystallized semiconductor film 37. Therefore, when a plurality of TFT elements 47 are formed on the uniformly crystallized semiconductor film 37, even if the arrangement direction of one TFT element 47 with respect to the semiconductor film 37 is different from the arrangement direction of the other TFT element 47, The direction of current flowing from the source S to the drain D of the plurality of TFT elements 47 with respect to the crystal growth direction can be made the same.

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。   As a result, the electrical characteristics, specifically the switching characteristics, of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37 can be made the same. In other words, the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 can be made uniform. In addition, since the switching characteristics of the TFT element 47 can be made uniform regardless of the direction in which the TFT element 47 is disposed with respect to the semiconductor film 37, the degree of freedom in designing a display device using the TFT element 47 can be increased. .

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。   Further, according to the present embodiment, the semiconductor film 37 in the molten state is irradiated with the second laser beam 66 in addition to the first laser beam 65 in the second irradiation stage in the crystallization step. The cooling rate of the molten semiconductor film 37 can be reduced. As a result, the time until the molten semiconductor film 37 is solidified can be extended. Therefore, the distance of lateral growth of the semiconductor polycrystal formed by solidifying the amorphous silicon film which is the semiconductor film 37 in the molten state can be greatly extended.

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い半導体膜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。   Therefore, when the semiconductor film 37 is crystallized, it can be grown into relatively large crystal grains. By growing to relatively large crystal grains, the electron mobility of the crystallized semiconductor film 37 can be made relatively high, and by forming the TFT element 47 in the semiconductor film 37 having a relatively high electron mobility. The electrical characteristics of the TFT element 47, specifically, the switching characteristics can be improved.

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軸線から予め定める周方向一方に４５度、１５度および６０度のうちいずれか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が、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は、これらに限定されない。   Each above-mentioned embodiment is only illustration of this invention, and can change a structure within the scope of the invention. In each of the above-described embodiments, in a plane including the first axis and the second axis, 45 degrees and 15 degrees in a predetermined circumferential direction from the second axis about the intersection of the first axis and the second axis. And a plurality of first light transmission patterns 25a extending in a first direction inclined by any one angle of 60 degrees and a plurality of second light transmissions extending in a second direction orthogonal to the first direction in the plane. Although the case where the semiconductor film 37 is crystallized using the projection mask 25 on which the pattern 25b is formed has been described, the first and second light transmission patterns 25a and 25b formed on the projection mask 25 are not limited thereto. Not.

本発明の他の実施の形態では、前記第２軸線から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を用いてもよい。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。   In another embodiment of the present invention, one of the predetermined angles in the circumferential direction from the second axis is tilted by an arbitrary angle out of the range of 15 degrees to less than 30 degrees and the range of 60 degrees to less than 75 degrees. A plurality of first light transmission patterns 25a extending in the first direction and a plurality of second light transmission patterns 25b extending in a second direction orthogonal to the first direction in a plane including the first axis and the second axis. A projection mask to be formed may be used. Even in this case, the same effect as in each of the above-described embodiments, that is, the semiconductor film 37 that is an irradiation target can be uniformly crystallized, and the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37 are uniform. Can be.

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を備えるレーザ加工装置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加工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。   Further, in each of the above-described embodiments, the semiconductor film 37 that is an irradiation object is crystallized using the laser processing apparatuses 20 and 60 including the one projection mask 25 on which the first and second light transmission patterns 25a and 25b are formed. However, a laser processing apparatus including a projection mask including a plurality of mask portions may be used. For example, the irradiation target is irradiated with laser light that has passed through one mask portion where the first light transmission pattern is formed, and the irradiation target is irradiated with laser light that has passed through the other mask portion where the second light transmission pattern is formed. By irradiating the object, the semiconductor film 37 that is the object to be irradiated may be crystallized. Even in this case, similarly to the case where one projection mask 25 is used, the semiconductor film 37 can be uniformly crystallized, and the switching characteristics of the plurality of TFT elements 47 formed on the semiconductor film 37 can be made uniform. Can do.

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ついて述べたが、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を用いることなく、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。   In each of the above-described embodiments, the case where the semiconductor film 37 that is the irradiation target is crystallized using the projection mask 25 has been described. However, the stage 28 is moved relative to the light source, and the semiconductor that is the irradiation target. The semiconductor film 37 can be crystallized without using the projection mask 25 by irradiating the laser beam so that the extending direction of the irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which the film 37 should be crystallized. Become. By crystallizing the semiconductor film 37 without using the projection mask 25 in this way, the number of parts of the laser processing apparatus can be reduced and the structure of the laser processing apparatus can be simplified.

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く、非晶質のゲルマニウムおよびそれらの合金でもよい。   In each of the above-described embodiments, the case where an amorphous silicon film is applied as the semiconductor film 37 has been described. However, the present invention is not limited to this, and amorphous germanium and alloys thereof may be used.

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。It is a figure which shows the structure of the laser processing apparatus 20 which is the 1st Embodiment of this invention. 半導体素子２７の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor element 27. FIG. 投影マスク２５を模式的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing a projection mask 25. FIG. 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。It is a figure which shows typically the state of the crystal | crystallization 40 formed in a crystallization process. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。It is a figure which shows the light transmissive pattern 49 formed in a projection mask. 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。It is a figure which shows the state of the crystal | crystallization 50 formed by irradiating the laser beam which permeate | transmitted the projection mask in which the light transmissive pattern 49 shown in FIG. 7 is formed. 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。It is a figure which shows the 1st light transmission pattern 25a and the 2nd light transmission pattern 25b which are formed in the projection mask 25. FIG. 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。It is a figure which shows the state of the crystal | crystallization 51 formed by irradiating the laser beam which permeate | transmitted the projection mask 25 in which the 1st and 2nd light transmissive pattern 25a, 25b shown in FIG. 9 is formed. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。2 is a plan view showing a crystallization region 46 formed in a semiconductor film 37 and a thin film transistor element 47 formed in the semiconductor film 37 in which the crystallization region 46 is formed. FIG. 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。It is a figure which shows the structure of the laser processing apparatus 60 which is the 4th Embodiment of this invention. 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。It is a graph which shows the relationship between the time which emits the 1st laser beam 65 and the 2nd laser beam 66, and an output. 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。It is a figure which shows the structure of the laser processing apparatus 1 of the 1st prior art. 半導体素子８の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor element 8. FIG. 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。6 is a diagram schematically showing a crystal growth process in a semiconductor film 17; FIG.

符号の説明Explanation of symbols

２０，６０ レーザ加工装置
２１ 光源（エキシマレーザ発振器）
２２ 可変減衰器
２３ ミラー
２４ 可変減焦点視野レンズ
２５ 投影マスク
２５ａ 第１光透過パターン
２５ｂ 第２光透過パターン
２５ｃ 非透過部
２６ 結像レンズ
２７ 半導体素子
２８ ステージ
２９ 制御部
３１ レーザ光
３５ 透明基板
３６ 下地膜
３７ 半導体膜
４０，５０，５１ 結晶
４１ 突起部
４６ 結晶化領域
４７ 薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ素子）
４９ 光透過パターン
６１ 第１光源
６２ 第２光源
６３ 均一照射光学系
６５ 第１レーザ光
６６ 第２レーザ光
ＢＡ 第１ブロック（第１領域）
ＢＢ 第２ブロック（第２領域）
ＢＣ 第３ブロック（第３領域）
ＢＤ 第４ブロック（第４領域） 20, 60 Laser processing equipment 21 Light source (Excimer laser oscillator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Variable attenuator 23 Mirror 24 Variable defocus field lens 25 Projection mask 25a 1st light transmission pattern 25b 2nd light transmission pattern 25c Non-transmission part 26 Imaging lens 27 Semiconductor element 28 Stage 29 Control part 31 Laser light 35 Transparent substrate 36 Base film 37 Semiconductor film 40, 50, 51 Crystal 41 Projection 46 Crystallized region 47 Thin film transistor element (TFT element)
49 Light Transmission Pattern 61 First Light Source 62 Second Light Source 63 Uniform Irradiation Optical System 65 First Laser Light 66 Second Laser Light BA First Block (First Area)
BB 2nd block (2nd area)
BC 3rd block (3rd area)
BD 4th block (4th area)

Claims (13)

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。 A projection mask on which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
A projection mask formed so that the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. 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。 A projection mask on which a light transmission pattern that transmits light for crystallizing an irradiation object is formed,
A projection mask comprising: a plurality of mask portions in which the extending direction of the light transmission pattern is inclined with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. 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。   2. The projection according to claim 1, wherein the light transmissive pattern includes a first light transmissive pattern extending in a predetermined first direction and a second light transmissive pattern extending in a second direction orthogonal to the first direction. mask. 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。   A first light transmission pattern extending in a predetermined first direction is formed in one of the plurality of mask portions, and a second light extending in a second direction orthogonal to the first direction is formed in the other mask portion. The projection mask according to claim 2, wherein a transmission pattern is formed. 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。   4. The projection mask according to claim 3, wherein the first light transmission pattern and the second light transmission pattern are formed so as not to be connected to each other. 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。   6. The first and second light transmissive patterns are formed such that both end portions in each extending direction are tapered when viewed in the thickness direction of the projection mask. Projection mask. 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。   4. The projection mask according to claim 3, wherein a length dimension in the extending direction of the first and second light transmission patterns is less than three-fourths of a channel length of a thin film transistor element formed on the irradiation object. . 照射対象物である非晶質材料から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。 A laser processing method of irradiating a layer made of an amorphous material, which is an object to be irradiated, with laser light to cause crystallization,
A laser comprising a crystallization step of crystallizing the amorphous material by irradiating a laser beam so as to incline the extending direction of the irradiation region with respect to a plurality of directions in which the irradiation object is to be crystallized. Processing method. 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。   The laser processing method according to claim 8, further comprising a moving step of moving the irradiation object relative to a light source that emits laser light. 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。   The laser processing method according to claim 8, further comprising a repeating step of repeating the crystallization step and the moving step. 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請求項８〜１０のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。 The crystallization process is
A first irradiation step of irradiating an irradiation object with a laser beam having one oscillation wavelength;
9. A second irradiation step of irradiating the irradiation target with laser light having another oscillation wavelength different from the one oscillation wavelength while irradiating the laser light with the one oscillation wavelength. The laser processing method as described in any one of 10-10. 照射対象物である非晶質材料から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。 A laser processing apparatus that irradiates a layer made of an amorphous material that is an irradiation object with laser light to crystallize the layer,
A laser processing apparatus comprising a light source that irradiates a laser beam so that an extending direction of an irradiation region is inclined with respect to a plurality of directions in which an irradiation object is to be crystallized. 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。   A thin film transistor element formed on an object to be crystallized using the laser processing apparatus according to claim 12.
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