JP2007207896A - Laser beam projection mask, laser processing method using same, laser processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば半導体デバイスなどに半導体材料として用いられる非晶質材料をレーザビーム照射によって結晶化するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for crystallizing an amorphous material used as a semiconductor material for a semiconductor device or the like by laser beam irradiation.
一般的に、半導体デバイスの製造方法として、単結晶シリコン（Ｓｉ）材料を用いる方法があるが、この製造方法の他にもガラス基板上にシリコン薄膜を形成したシリコン薄膜を用いる製造方法がある。ガラス基板上に形成したシリコン薄膜を用いることによって製造された半導体デバイスは、イメージセンサやアクティブマトリクス液晶表示装置の一部として用いられる。 In general, as a method for manufacturing a semiconductor device, there is a method using a single crystal silicon (Si) material. In addition to this manufacturing method, there is a manufacturing method using a silicon thin film in which a silicon thin film is formed on a glass substrate. A semiconductor device manufactured by using a silicon thin film formed on a glass substrate is used as a part of an image sensor or an active matrix liquid crystal display device.
ここで、液晶表示装置において、半導体デバイスは、透明な基板上に規則的なアレイとして配列されるＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）として用いられる。そして、上記ＴＦＴの各トランジスタは、液晶表示装置における画素コントローラとして作用する。なお、従来、液晶表示装置のＴＦＴは、非晶質シリコン膜により形成されている。 Here, in the liquid crystal display device, the semiconductor device is used as a TFT (Thin Film Transistor) arranged as a regular array on a transparent substrate. Each transistor of the TFT functions as a pixel controller in the liquid crystal display device. Conventionally, a TFT of a liquid crystal display device is formed of an amorphous silicon film.
ところが、近年、電子の移動度の低い非晶質シリコン膜の代わりに、電子の移動度の高い多結晶シリコン膜を用いて、ＴＦＴのスイッチング特性を増強し、表示速度を高速化したＴＦＴ液晶表示装置が製造されるようになってきている。ここで、多結晶シリコン膜を製造する方法として、例えば、基板上に堆積している非晶質または微結晶シリコン膜にエキシマレーザを照射して結晶化（ＥＬＣ；Excimer Laser Crystallization）する方法がある。 However, in recent years, a TFT liquid crystal display that uses a polycrystalline silicon film with high electron mobility instead of an amorphous silicon film with low electron mobility to enhance the switching characteristics of the TFT and increase the display speed. Devices are being manufactured. Here, as a method of manufacturing a polycrystalline silicon film, for example, there is a method of crystallizing (ELC: Excimer Laser Crystallization) by irradiating an amorphous or microcrystalline silicon film deposited on a substrate with an excimer laser. .
上記ＥＬＣ法は、サンプルに対し、一定速度で走査しながら、長さ２００〜４００ｍｍ、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状レーザビームを半導体膜上に連続的に照射する方法が一般的である。このときレーザを照射した部分の半導体膜は、厚さ方向全域にわたって溶融するのではなく、一部の半導体膜領域を残したまま溶融する。このため、未溶融領域／溶融領域界面全域において、いたるところに結晶核が発生し、半導体膜最表層に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成されるため、結晶粒径は１００〜２００ｎｍと非常に小さくなる。 The ELC method is generally a method of continuously irradiating a semiconductor film with a linear laser beam having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm while scanning a sample at a constant speed. It is. At this time, the portion of the semiconductor film irradiated with the laser does not melt over the entire thickness direction, but melts while leaving a part of the semiconductor film region. For this reason, crystal nuclei are generated everywhere in the whole area of the unmelted region / melted region interface, the crystal grows toward the outermost layer of the semiconductor film, and crystal grains with random orientation are formed. It becomes very small as 100 to 200 nm.
多結晶シリコン膜の結晶粒界には、不対電子が多数存在するためポテンシャル障壁を形成し、キャリアの強い散乱体として作用する。したがって結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜で形成されたＴＦＴほど、一般に電荷移動度は高くなる。 A large number of unpaired electrons are present in the crystal grain boundary of the polycrystalline silicon film, so that a potential barrier is formed and acts as a strong carrier scatterer. Accordingly, in general, the charge mobility of a TFT formed of a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size is higher.
しかしながら、従来のＥＬＣ法では、上述のように、未溶融領域／溶融領域界面のランダムな位置において結晶化が起こる縦方向結晶成長であり、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることは難しいため、電荷移動度の高いＴＦＴを得ることが困難であった。また、ランダムに結晶化するため、各ＴＦＴ相互間で構造の不均一性が生じると共に、ＴＦＴアレイにスイッチング特性の不均一性が生じてしまうという不具合が生じていた。さらに、このような不具合により、ＴＦＴ液晶表示装置において、１つの表示画面中に表示速度の速い画素と表示速度の遅い画素とが並存するという問題が生じていた。 However, in the conventional ELC method, as described above, it is the longitudinal crystal growth in which crystallization occurs at random positions at the unmelted region / melted region interface, and it is difficult to obtain a polycrystalline silicon film having a large grain size. Therefore, it has been difficult to obtain a TFT with high charge mobility. In addition, since the crystallization is random, nonuniformity of the structure occurs between the TFTs, and nonuniformity of the switching characteristics occurs in the TFT array. Further, due to such a problem, there has been a problem in the TFT liquid crystal display device that pixels having a high display speed and pixels having a low display speed coexist in one display screen.
さらに高性能なＴＦＴ液晶表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくすることや、シリコン結晶の方位を制御することなどが必要である。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ことを目的として、数多くの提案がなされている。
In order to obtain a higher performance TFT liquid crystal display device, it is necessary to increase the crystal grain size of the polycrystalline silicon film and to control the orientation of the silicon crystal. Therefore,
Many proposals have been made for the purpose of obtaining a polycrystalline silicon film having performance close to that of single crystal silicon.
その中でも特に、「ラテラル成長法」に分類されるレーザ結晶化技術は、結晶の成長方向に方位の揃った長結晶が得られるため、注目を集めている（たとえば、特許文献１を参照。）。 Among them, laser crystallization techniques classified as “lateral growth methods” are particularly attracting attention because long crystals having a uniform orientation in the crystal growth direction can be obtained (see, for example, Patent Document 1). .
従来の典型的な結晶化方法は、たとえば、図１１に示すようなレーザ加工装置によって、微細幅のパルスレーザを半導体に照射し、半導体膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固させて結晶化を行なうものである。図１１に示す例のレーザ加工装置によれば、たとえば、光源１１１から出射したエキシマレーザが、可変減衰器１１２、焦点視野レンズ１１３、レーザビーム投影マスク１１４および結像レンズ１１５を順次通過後、ステージ１１６上に載置された半導体素子１０１の上面に照射される。また、レーザ光の照射は、コントローラ１１７によって制御されるように構成される。ここで、半導体素子１０１は、たとえば、図１２に示すように透明基板１０２上に積層された下地膜１０３および半導体膜１０４で構成されたものを用いる。
A typical conventional crystallization method is, for example, using a laser processing apparatus as shown in FIG. 11 to irradiate a semiconductor with a pulse laser having a small width and melt and solidify the semiconductor film over the entire thickness direction of the laser irradiation region. Crystallizing. According to the laser processing apparatus of the example shown in FIG. 11, for example, the excimer laser emitted from the
以下、上記方法の手順を示す、まず、図１２に示すように、透明基板１０２の半導体膜１０４の延設方向（図１２中ＡＢ方向）に沿って結晶領域を形成するにあたり、半導体膜１０４内の領域Ｃを加熱する。具体的には、半導体膜１０４の領域Ｃ以外の領域をマスキングした後、半導体膜１０４をレーザ露光することにより行なわれる。これにより、領域Ｃに照射されたレーザ光のエネルギーが熱エネルギーに変換され、半導体膜１０４内の領域Ｃを、その厚さにわたって溶融することができる。
Hereinafter, the procedure of the above method will be described. First, as shown in FIG. 12, in forming the crystal region along the extending direction (AB direction in FIG. 12) of the
次に、領域Ｃにて溶融されている半導体膜１０４を冷却することにより凝固させると、図１３（ａ）に示すように、領域Ｃとそれ以外の領域との境界から、領域Ｃの中心に向かうようにして、結晶が成長する。なお、図１３（ａ）は、図１２における半導体膜１０４の上面図である。
Next, when the
さらに、図１３（ｂ）に示すように、領域Ｃ内の結晶が形成されていない部分が含まれるように、領域Ｃと隣り合う新たな領域Ｄを設定し、上記手順と同様に領域Ｄを溶融する。そして、上記同様、領域Ｄにて溶融されている半導体膜１０４を凝固させると、図１３（ｃ）に示すように、領域Ｄ内に結晶が成長する。
Further, as shown in FIG. 13B, a new region D adjacent to the region C is set so that a portion in the region C where no crystal is formed is included. Melt. Similarly to the above, when the
このような手順を繰り返し、所望の結晶を半導体膜１０４に延設方向に沿って段階的に形成させることで、図１３（ｄ）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る。これにより、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。
By repeating such a procedure and forming a desired crystal in the
他にも、たとえば、特許文献２、３においては、少なくとも２本のレーザビームを用い、第１のレーザはアモルファスシリコンを溶融・再結晶させ、第２のレーザは、第１のレーザよりもアモルファスシリコン膜への吸収が小さく、ガラス基板を加熱・保温することを目的として照射し、第１のレーザ照射によるアモルファスシリコン膜の溶融時間を長くすることで、多結晶シリコンの結晶粒径を大きくすることを目的とした技術が開示されている。
入射されるレーザ光のエネルギーは、理想的には、図１４に示すようにレーザビームは均一光学系によって均一なビーム形状に変形されて入射され、レーザビーム投影マスクに形成されるスリット形状（特にスリット幅）は、図１５（ａ）、図１６（ａ）に示すように均一に形成され、これらにより均一な結晶粒長を得る（図１５（ｂ）、図１６（ｂ））ことで、等速もしくは等幅のステップ移動が可能となっている。 As shown in FIG. 14, the energy of the incident laser beam is ideally a slit beam (particularly, a slit beam formed on the laser beam projection mask after the laser beam is transformed into a uniform beam shape by a uniform optical system). (Slit width) is uniformly formed as shown in FIGS. 15 (a) and 16 (a), thereby obtaining a uniform crystal grain length (FIG. 15 (b) and FIG. 16 (b)). Step movement with constant speed or width is possible.
しかしながら、上述した先行技術には、以下のような問題がある。レーザビームは均一光学系によって均一なビーム形状に変形されて入射されることにより、均一な結晶粒長を得るように設計されているが、結晶化そのものに関わるパラメータはレーザによって発生した熱であり、結晶化領域を引き継ぐために高速で走査すると、結晶化領域上での光の分布と温度の分布が必ずしも一致せず均一な結晶粒長が得られないという問題点がある。特に、少なくとも２本のレーザビームを用い、第１のレーザはアモルファスシリコンを溶融・再結晶化させ、第２のレーザは、第１のレーザよりもアモルファスシリコン膜への吸収が小さく、ガラス基板を加熱・保温することを目的として照射し、第１のレーザ照射によるアモルファスシリコン膜の溶融時間を長くすることで、多結晶シリコンの結晶粒径を大きくする方法を用いた場合においては、結晶化領域を引き継ぐための高速走査時に、光の分布と温度の分布とが一致せず、均一な結晶粒長が得られないという問題がさらに顕著に現れる。 However, the above-described prior art has the following problems. The laser beam is designed to obtain a uniform crystal grain length by being transformed into a uniform beam shape by a uniform optical system, and the parameter related to crystallization itself is the heat generated by the laser. When scanning at high speed to take over the crystallized region, there is a problem in that the light distribution on the crystallized region and the temperature distribution do not always match and a uniform crystal grain length cannot be obtained. In particular, at least two laser beams are used, the first laser melts and recrystallizes amorphous silicon, the second laser absorbs less in the amorphous silicon film than the first laser, and the glass substrate In the case of using a method of increasing the crystal grain size of polycrystalline silicon by irradiating for the purpose of heating and heat retention and extending the melting time of the amorphous silicon film by the first laser irradiation, the crystallization region During high-speed scanning for taking over, the light distribution and the temperature distribution do not coincide with each other, and a problem that a uniform crystal grain length cannot be obtained appears more remarkably.
具体的に例示すると、図１７（ａ）に示すような強度分布が均一な第１のレーザ光と、必要に応じて第１のレーザ光よりもアモルファスシリコン膜への吸収が小さく、ガラス基板を加熱・保温するための第２のレーザ光とを、図１７（ｂ）に示す投影マスクによるスリットを用いて、スリットの長さ方向（図中Ａの方向）に、図中（１）〜（４）で構成されているスリット群１つ分の幅ｄだけ基板のステップ移動を行って結晶化を行なう。この際、（１）〜（４）のスリット群で構成された領域は、それぞれレーザ照射回数が異なることになる。すなわち、スリット群（４）で構成された領域は、既に（１）〜（３）のスリット群により照射された後に照射されるため、これらの熱影響を受けた状態での照射となる。したがって、レーザビームの強度分布が均一に照射されても、基板上の温度分布としては不均一になることがある。図１７（ｃ）は、上記方法を用いて結晶化を行った際の、各スリット群によりレーザ照射された基板上の領域における、温度分布を表したものである。図１７（ｃ）より、各スリット群により照射された領域において基板温度が異なっており、重ね合わせ回数の増加に伴い基板温度は上昇し、これに伴い結晶粒長も増加することが分かる。図１８は基板温度と結晶粒長との関係を示している。図１７（ｃ）のスリット群（１）を通じて照射された領域の基板温度Ｔ１付近と、スリット群（４）を通じて照射された領域の基板温度Ｔ４付近とでは、結晶粒長が著しく異なり、レーザ照射領域内で均一な結晶粒長が得られなくなる。 Specifically, the first laser beam having a uniform intensity distribution as shown in FIG. 17 (a) and, if necessary, the absorption into the amorphous silicon film is smaller than that of the first laser beam. The second laser beam for heating and heat insulation is used in the slit length direction (direction A in the figure) using the slits by the projection mask shown in FIG. Crystallization is performed by performing step movement of the substrate by a width d corresponding to one slit group configured in 4). At this time, the number of times of laser irradiation is different in the regions configured by the slit groups (1) to (4). That is, since the region constituted by the slit group (4) is already irradiated after being irradiated by the slit groups of (1) to (3), the irradiation is performed in a state affected by these heat effects. Therefore, even if the intensity distribution of the laser beam is irradiated uniformly, the temperature distribution on the substrate may be non-uniform. FIG. 17C shows a temperature distribution in a region on the substrate irradiated with laser by each slit group when crystallization is performed using the above method. From FIG. 17C, it can be seen that the substrate temperature is different in the region irradiated by each slit group, the substrate temperature increases with an increase in the number of overlays, and the crystal grain length increases with this. FIG. 18 shows the relationship between the substrate temperature and the crystal grain length. The crystal grain length is remarkably different between the vicinity of the substrate temperature T1 in the region irradiated through the slit group (1) in FIG. 17C and the vicinity of the substrate temperature T4 in the region irradiated through the slit group (4). A uniform crystal grain length cannot be obtained in the region.
また、均一な結晶粒長が得られない場合は、引継ぎを問題なく行なうためにスリット幅を結晶粒長の最小値に合わせる必要があるが、この状態で結晶粒長が拡大されると結晶表面の凹凸が激しくなる、結晶方位が乱れるなど、結晶性が悪くなるという問題点がある。 If a uniform crystal grain length cannot be obtained, it is necessary to adjust the slit width to the minimum value of the crystal grain length in order to take over without any problem. There is a problem that the crystallinity deteriorates, such as the unevenness of the crystal becomes intense and the crystal orientation is disturbed.
本発明は、非晶質材料からなる層に、レーザビーム投影マスクによって投影された第１のレーザビームと該マスクによって投影されない第２のレーザビームを同時照射して前記非晶質材料を結晶化させるレーザ加工方法に用いられるレーザビーム投影マスクであって、当該レーザ加工方法は、非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対し第１のレーザビームを照射して、第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化した後、第１のレーザビームが照射されるべき領域を予め定められる方向に予め定めされる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照
射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化し、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう方法であり、当該マスクは、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものである、レーザビーム投影マスクを提供する。
The present invention crystallizes the amorphous material by simultaneously irradiating the layer made of the amorphous material with the first laser beam projected by the laser beam projection mask and the second laser beam not projected by the mask. A laser beam projection mask used in a laser processing method to be performed, wherein the laser processing method irradiates a first laser beam in a predetermined first region on a layer made of an amorphous material, After the amorphous material in the first region is melted and the amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized, the region to be irradiated with the first laser beam is set in a predetermined direction. A new second region is defined on the layer made of an amorphous material so as to move a predetermined distance and partially overlap with the immediately preceding first region, and the first laser beam is irradiated into the second region. Amorphous material in the first region The amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized, and the first layer on the layer made of amorphous material is crystallized until the crystallized region of the amorphous material reaches a desired size. In this method, the irradiation of the first laser beam and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are repeatedly performed, and the mask has a mask transmittance that increases and changes with respect to the moving direction of the irradiation region. A laser beam projection mask having a formed transmission area is provided.
本発明のレーザビーム投影マスクは、その透過エリアが、（１）マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して段階的に増加して変化するように形成されたものであるか、または、（２）マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して徐々に増加して変化するように形成されたものであることが、好ましい。 The laser beam projection mask of the present invention is formed such that the transmission area thereof is changed in a stepwise manner with respect to the moving direction of the laser beam irradiation region in which (1) the mask transmittance is determined in advance. Or (2) It is preferable that the mask transmittance is formed so as to gradually increase and change with respect to a predetermined moving direction of the laser beam irradiation region.
本発明のレーザビーム投影マスクは、透過エリアが複数の短矩状スリットで構成されていることが、好ましい。 In the laser beam projection mask of the present invention, it is preferable that the transmission area is composed of a plurality of short rectangular slits.
また本発明のレーザビーム投影マスクは、透過エリアを構成する複数の短矩状スリットはいずれも大きさが等しく設定され、かつ透過エリア内をレーザ光の解像限界以下のパターンにより形成することで、前記短矩状スリットの透過率を変化させるように形成されたものであることが、好ましい。 In the laser beam projection mask of the present invention, the plurality of short rectangular slits constituting the transmissive area are all set to have the same size, and the transmissive area is formed with a pattern less than the resolution limit of the laser beam. It is preferable to be formed so as to change the transmittance of the short rectangular slit.
本発明はまた、非晶質材料からなる層に、レーザビーム投影マスクによって投影された第１のレーザビームと該マスクによって投影されない第２のレーザビームを同時照射することによって、前記非晶質材料を結晶化させるレーザ加工方法であって、前記非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対して第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化した後、第１のレーザビームが照射されるべき領域を予め定められる方向に予め定められる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化し、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層の表面上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう方法であり、レーザビーム投影マスクとして、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものを用いることを特徴とするレーザ加工方法をも提供する。 The present invention also provides the amorphous material by simultaneously irradiating the layer made of the amorphous material with the first laser beam projected by the laser beam projection mask and the second laser beam not projected by the mask. Is a laser processing method for crystallizing an amorphous material in a first region by irradiating a first laser beam on a predetermined first region on the layer made of the amorphous material. And the amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized, and then the region to be irradiated with the first laser beam is moved in a predetermined direction by a predetermined distance, A new second region is defined on the layer made of the amorphous material so as to partially overlap the first region, and the first laser beam is irradiated into the second region to irradiate the amorphous region in the first region. Melt material, amorphous in melted first region First laser beam irradiation and first laser on the surface of the layer made of the amorphous material until the material is solidified and crystallized, and the crystallized region of the amorphous material reaches a desired size. This is a method of repeatedly moving a region to be irradiated with a beam, and a laser beam projection mask having a transmission area formed so that the mask transmittance is increased and changed with respect to the moving direction of the irradiation region. There is also provided a laser processing method characterized by being used.
本発明のレーザ加工方法において用いられるレーザビーム投影マスクは、その透過エリアが、（１）マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して段階的に増加して変化するように形成されたものであるか、または、（２）マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して徐々に増加して変化するように形成されたものであることが、好ましい。 The transmission area of the laser beam projection mask used in the laser processing method of the present invention is changed such that (1) the mask transmittance increases stepwise with respect to the moving direction of the laser beam irradiation area determined in advance. It is preferable that it is formed, or (2) that the mask transmittance is formed so as to gradually increase and change with respect to a predetermined moving direction of the laser beam irradiation region.
本発明のレーザ加工方法においては、前記マスクの透過エリアが複数の短矩状スリットで構成されているレーザビーム投影マスクを用いることが、好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable to use a laser beam projection mask in which the transmission area of the mask is composed of a plurality of short rectangular slits.
また本発明のレーザ加工方法は、前記マスクの透過エリアを構成する複数の短矩状スリットはいずれも大きさが等しく設定され、かつ透過エリア内をレーザ光の解像限界以下のパターンにより形成することで、前記短矩状スリットの透過率を変化させるように形成されたものであることが、好ましい。 In the laser processing method of the present invention, the plurality of short rectangular slits constituting the transmission area of the mask are all set to have the same size, and the inside of the transmission area is formed with a pattern less than the resolution limit of the laser beam. Thus, it is preferable that the light source is formed so as to change the transmittance of the short rectangular slit.
本発明のレーザ加工方法は、以下の（１）または（２）であることがより好ましい。
（１）繰り返し行なう第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動が直線状に行なわれる第１の移動工程を有し、所望の位置で改行および折返しを行ない、第１の移動工程の方向と反対方向に第２の移動工程を有し、前記移動工程、改行および折返しが繰り返し行なわれる往復移動を行なう工程を有し、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して段階的に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して段階的に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いる、
（２）繰り返し行なう第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動が直線状に行なわれる第１の移動工程を有し、所望の位置で改行および折返しを行ない、第１の移動工程の方向と反対方向に第２の移動工程を有し、前記移動工程、改行および折返しが繰り返し行なわれる往復移動を行なう工程を有し、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して徐々に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して徐々に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いる。
The laser processing method of the present invention is more preferably the following (1) or (2).
(1) It has a first movement process in which the irradiation of the first laser beam and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are performed linearly, and a line feed and a turn are performed at a desired position. A second moving step in a direction opposite to the direction of the first moving step, and a step of reciprocating in which the moving step, line feed and folding are repeated, and laser processing is performed in the first moving direction. When performing the laser processing in the second movement direction using the first laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask increases stepwise with respect to the first movement direction. Uses a second laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask increases stepwise with respect to the second movement direction,
(2) having a first moving step in which the first laser beam irradiation and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are performed linearly, and a line feed and a turn are performed at a desired position; A second moving step in a direction opposite to the direction of the first moving step, and a step of reciprocating in which the moving step, line feed and folding are repeated, and laser processing is performed in the first moving direction. When performing the laser processing in the second movement direction using the first laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask gradually increases with respect to the first movement direction. The second laser beam projection mask is used in which the transmittance of the laser beam projection mask gradually increases with respect to the second movement direction.
本発明はまた、上述した好ましい本発明のレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置であって、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第１のレーザビーム投影マスクと、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第２のレーザビーム投影マスクの２種類のマスクを保持する保持手段と、前記第１のレーザビーム投影マスクと前記第２のレーザビーム投影マスクを切り換えるための移動手段とを備える、レーザ加工装置をも提供する。 The present invention is also a laser processing apparatus used in the above-described preferred laser processing method of the present invention, wherein the first laser beam projection mask used when performing laser processing in the first moving direction, and the first Holding means for holding two kinds of masks of a second laser beam projection mask used when performing laser processing in two moving directions, the first laser beam projection mask and the second laser beam projection mask; There is also provided a laser processing apparatus comprising a moving means for switching.
本発明のレーザビーム投影マスクによれば、形成された透過エリアの透過率が照射領域の移動方向に対して、高くなるように変化していることを特徴としているので、基板上の全てのレーザビーム照射領域において均一な結晶粒長が得られる。このことにより、このような本発明のレーザビーム投影マスクを用いた本発明のレーザ加工方法では、結晶表面の凹凸が低減し、結晶方位が均一となるため、結晶性が非常に良好な半導体薄膜を得ることができる。 According to the laser beam projection mask of the present invention, the transmittance of the formed transmission area is changed so as to increase with respect to the moving direction of the irradiation region. A uniform crystal grain length can be obtained in the beam irradiation region. As a result, in the laser processing method of the present invention using such a laser beam projection mask of the present invention, the unevenness of the crystal surface is reduced and the crystal orientation is uniform, so that the semiconductor thin film having very good crystallinity Can be obtained.
また、本発明の好ましいレーザ加工方法では、繰り返し行なう第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動が直線状に行なわれる第１の移動工程を有し、所望の位置で改行および折返しを行ない、第１の移動工程の方向と反対方向に第２の移動工程を有し、前記移動工程、改行および折返しが繰り返し行なわれる往復移動を行なう工程を有するレーザ加工方法において、前記第１の移動方向に対して高くなる第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して高くなる第２のレーザビーム投影マスクを用いることで、加工時間を短縮できるため、半導体薄膜の製造効率をさらに向上させることが可能となる。 Further, the preferred laser processing method of the present invention includes a first moving step in which the first laser beam irradiation and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are performed linearly. In a laser processing method, comprising a step of performing a line feed and a turn at a position, having a second movement step in a direction opposite to the direction of the first movement step, and performing a reciprocating movement in which the movement step and the line feed and the turn are repeated When the first laser beam projection mask that is higher than the first movement direction is used and laser processing is performed in the second movement direction, the transmittance of the laser beam projection mask is the second movement. Since the processing time can be shortened by using the second laser beam projection mask that becomes higher with respect to the direction, the manufacturing efficiency of the semiconductor thin film can be further improved.
本発明のレーザビーム投影マスクは、非晶質材料からなる層に、レーザビーム投影マスクによって投影された第１のレーザビームと該マスクによって投影されない第２のレーザビームを同時照射して前記非晶質材料を結晶化させるレーザ加工方法に用いられるものである。当該レーザ加工方法は、まず、非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対し第１のレーザビームを照射して、第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化する。次に、第１のレーザビームが照射される
べき領域を予め定められる方向に予め定めされる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化する。そうして、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう。
In the laser beam projection mask of the present invention, the amorphous layer is formed by simultaneously irradiating the layer made of an amorphous material with the first laser beam projected by the laser beam projection mask and the second laser beam not projected by the mask. It is used in a laser processing method for crystallizing a material. In the laser processing method, first, a first laser beam is irradiated to a predetermined first region on a layer made of an amorphous material to melt the amorphous material in the first region, The amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized. Next, the region to be irradiated with the first laser beam is moved by a predetermined distance in a predetermined direction, and on the layer made of an amorphous material so as to partially overlap the immediately preceding first region. A new second region is defined, the first region is irradiated with the first laser beam to melt the amorphous material in the first region, and the melted amorphous material in the first region is solidified. Crystallize. Thus, until the region where the amorphous material is crystallized reaches a desired size, the irradiation with the first laser beam and the region to be irradiated with the first laser beam on the layer made of the amorphous material Repeat the move.
図２は、上述したレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置の好ましい一例を模式的に示す図である。図２に示す装置においては、第１のレーザ発振器１１より出射された第１のレーザビーム１８がレーザビーム投影マスク１４によって投影されて半導体素子１の上面に照射され、また第２のレーザ発振器２０により出射された第２のレーザビーム１９は前記マスク１４を通過することなく半導体素子１の上面に照射されるように構成される。図３に示す例の装置において、第１のレーザビーム１８は、第１のレーザ発振器１１より出射された後、可変減衰器１２、焦点視野レンズ１３を通過後、レーザビーム投影マスク１４を通り、結像レンズ１５を通って、半導体素子１の表面に対し垂直な方向から入射するように構成される。本発明では、このレーザビーム投影マスク１４として、後述する本発明のレーザビーム投影マスクを用いる。また図２の例では、第２のレーザビーム１９は、斜方向より半導体素子１に入射するように構成される。レーザビームの照射は、コントローラ１７によって制御されるように構成される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a preferred example of a laser processing apparatus used in the laser processing method described above. In the apparatus shown in FIG. 2, the
第１のレーザビーム１８は、第２のレーザビーム１９よりも固体状態にある半導体膜への吸収率が高い範囲の波長を有するものを用いることが好ましい。より具体的には、第１のレーザビーム１８は、紫外域の波長を有することが好ましい。たとえば、波長３０８ｎｍのエキシマレーザパルスが挙げられる。また、第１のレーザビーム１８は、固体状態にある半導体膜を溶融させるエネルギー量を有することが好ましい。このエネルギー量は、半導体膜の材質の種類、半導体膜の膜厚、結晶化領域の面積などにより変化し、一義的に定めることはできないため、適宜適当なエネルギー量を有する第１のレーザ光１８を用いることが望ましい。具体的には、半導体膜を、全膜厚において融点以上の温度に加熱することのできるエネルギー量を有する第１のレーザビーム１８を用いることが推奨される。
As the
さらに、第２のレーザビーム１９は、第１のレーザビーム１８よりも液体状態にあるこの半導体膜への吸収率が高い範囲の波長を有することが好ましい。具体的には、第２のレーザビーム１９は、可視域から赤外域の波長を有することが好ましい。たとえば、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザなどが挙げられる。また、第２のレーザビーム１９は、固体状態にある半導体膜を溶融させないエネルギー量を有することが好ましい。このエネルギー量は、半導体膜の材質の種類、半導体膜の膜厚、結晶化領域の面積などにより変化し、一義的に定めることはできないため、適宜適当なエネルギー量を有する第２のレーザ光１９を用いることが望ましい。具体的には、第２のレーザビーム１９を単独で照射した場合には、半導体膜を、融点以上の温度に加熱することのできないエネルギー量を有する第２のレーザビーム１９を用いることが推奨される。
Furthermore, it is preferable that the
第１のレーザ発振器１１は、レーザビームを放出し、シリコンを溶融することが可能であるレーザ発振器であれば、特に限定されるものではないが、たとえば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザに代表される各種固体レーザなどの紫外域の波長を有するレーザ発振器であることが望ましい。なお、これらの中でも、パルス放射可能な波長３０８ｎｍのエキシマレーザ発振器が特に好ましい。第２のレーザ発振器２０は、溶融シリコンをはじめとする溶融状態の半導体膜に吸収される波長を有するレーザビーム１９を放射することができることが望ましい。
The
ここで、第１のレーザビーム１８は、たとえば所定のパターンを形成したマスクの像を半導体膜上に第１のレーザビーム１８の照射領域として縮小投影するように照射されてもよい。この際、第２のレーザビーム１９の照射領域は、第１のレーザ光１８の照射領域を包含する、第１のレーザビーム１８の照射領域より広い面積を有する照射領域であることが好ましい。さらに、この場合には、第２のレーザビーム１９は、少なくとも半導体膜が溶融している間にも照射することが望ましい。
Here, the
図３は、本発明における第１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射時刻と出力との関係の一例を模式的に示すグラフである。第１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射時刻と出力との関係は、図３に示す関係と同様の関係にあることが好ましいが、特にこのような関係にあることを限定するものではない。ここで、第１のレーザビームのパルス波形２１は、時刻ｔ＝ｔ１に第１のレーザビームの照射を開始することを示し、第２のレーザビームのパルス波形２２は、第２のレーザビームが、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ２において放射されることを示している。なお、時刻ｔ１〜ｔ２において、半導体膜は溶融状態にある。この液体状態にある半導体膜（前駆体半導体膜）に対し、第１のレーザビームに加えて第２のレーザビームの照射を行なうことにより、前駆体半導体膜の温度低下速度を低下させることができ、固化するまでの時間を延長することができるため、液体状態にある前駆体半導体膜の固化により生成する半導体多結晶のラテラル成長距離を大幅に延ばすことができる。
FIG. 3 is a graph schematically showing an example of the relationship between the irradiation time and the output of the first laser beam and the second laser beam in the present invention. The relationship between the irradiation time of the first laser beam and the second laser beam and the output is preferably the same as the relationship shown in FIG. 3, but it is not particularly limited to such a relationship. Absent. Here, the
しかし、ラテラル成長距離を大幅に延ばすためにはレーザ照射時の温度が高くなり、これに伴って複数回照射後の温度分布が大きくなる。たとえば、図４（ａ）は第１のレーザビームとしてエキシマレーザを用い、第２のレーザビームとして炭酸ガスレーザを用いた場合のそれぞれのビーム形状を示している。図４（ａ）に示す例において、第２のレーザビームである炭酸ガスレーザのビーム形状は、単独では半導体膜を融点以上の温度に加熱することのできないエネルギー量を有しており、エキシマレーザの照射領域を包含する、エキシマレーザの照射領域より広い面積を有する照射領域としている。 However, in order to extend the lateral growth distance significantly, the temperature at the time of laser irradiation becomes high, and accordingly, the temperature distribution after multiple irradiations becomes large. For example, FIG. 4A shows the respective beam shapes when an excimer laser is used as the first laser beam and a carbon dioxide gas laser is used as the second laser beam. In the example shown in FIG. 4A, the beam shape of the carbon dioxide gas laser that is the second laser beam has an energy amount that alone cannot heat the semiconductor film to a temperature higher than the melting point. The irradiation area including the irradiation area is larger than that of the excimer laser irradiation area.
上記照射領域内で、スリットが形成された投影マスクを通じて、エキシマレーザ光を照射し半導体膜の溶融・再結晶化を行なう。しかしながら、たとえば図１７（ｂ）に示したようなスリットの長さ方向（図中Ａの方向）に、図中（１）〜（４）のスリット群で構成されたような従来例のレーザビーム投影マスクを用いた場合、スリット群１つ分の幅ｄだけ基板のステップ移動を行ない結晶化を行なうため、（１）〜（４）のスリット群で構成された領域は、それぞれレーザ照射回数が異なることになる。すなわち、図４（ａ）に示したビーム形状の位置方向に対して概略１／４ずつ照射領域が移動されるため、スリット群（４）で構成された領域は、既に（１）〜（３）のスリット群により照射された後に照射され、これらの熱影響を受けた状態での照射となる。したがって、レーザビームの強度分布が均一に照射されても、基板上の温度分布としては不均一となる。 Within the irradiation region, excimer laser light is irradiated through a projection mask in which slits are formed to melt and recrystallize the semiconductor film. However, for example, a laser beam of a conventional example constituted by slit groups (1) to (4) in the figure in the length direction of the slit (direction A in the figure) as shown in FIG. When the projection mask is used, the substrate is stepped by a width d corresponding to one slit group to perform crystallization. Therefore, each region formed by the slit groups (1) to (4) has a laser irradiation frequency. Will be different. That is, since the irradiation region is moved by approximately 1/4 with respect to the position direction of the beam shape shown in FIG. 4A, the region configured by the slit group (4) has already been (1) to (3 ) Is irradiated after being irradiated by the slit group, and the irradiation is performed under the influence of these heat effects. Therefore, even if the intensity distribution of the laser beam is uniformly irradiated, the temperature distribution on the substrate is not uniform.
図４（ｂ）はこれにより生じる照射エリアの概略温度分布を示しており、照射エリアの位置、すなわちスリット群が照射される位置に対して温度分布が非常に大きくなっている。図４（ｃ）は、この温度分布に対してラテラル成長距離がどのように変化するかを示している。図４（ｂ），（ｃ）より、温度の上昇に伴いラテラル成長距離は増加しており、スリット群によってラテラル成長距離が異なることが分かる。このとき、引継ぎを問題なく行なうためにスリット幅をラテラル成長距離の２倍の最小値に合わせる必要がある。すなわち、図１７（ｂ）に示すレーザビーム投影マスクを用いた場合、スリット群（１）でのラテラル成長距離の２倍のスリット幅に設定する必要があるが、この状態でラテラル成長距離が拡大されると結晶性が悪くなるという問題点がある。すなわち、スリット群（４）での結晶性が低下し均一な半導体薄膜を作成することが困難となる。 FIG. 4B shows a schematic temperature distribution of the irradiation area caused by this, and the temperature distribution is very large with respect to the position of the irradiation area, that is, the position where the slit group is irradiated. FIG. 4C shows how the lateral growth distance changes with respect to this temperature distribution. 4B and 4C, it can be seen that the lateral growth distance increases as the temperature increases, and the lateral growth distance varies depending on the slit group. At this time, it is necessary to adjust the slit width to a minimum value that is twice the lateral growth distance in order to carry out the handover without problems. That is, when the laser beam projection mask shown in FIG. 17B is used, it is necessary to set the slit width to twice the lateral growth distance in the slit group (1). In this state, the lateral growth distance is increased. If so, there is a problem that the crystallinity deteriorates. That is, the crystallinity at the slit group (4) is lowered, and it becomes difficult to produce a uniform semiconductor thin film.
本発明のレーザビーム投影マスクは、上記問題を解決することができるものであり、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものであることを特徴とする。このような本発明のレーザビーム投影マスクによれば、基板上の全てのレーザビーム照射領域において均一な結晶粒長が得られる。このことにより、このような本発明のレーザビーム投影マスクを用いた本発明のレーザ加工方法では、結晶表面の凹凸が低減し、結晶方位が均一となるため、結晶性が非常に良好な半導体薄膜を得ることができる。 The laser beam projection mask of the present invention can solve the above-described problem, and has a transmission area formed so that the mask transmittance increases and changes with respect to the moving direction of the irradiation region. It is characterized by that. According to such a laser beam projection mask of the present invention, a uniform crystal grain length can be obtained in all laser beam irradiation regions on the substrate. As a result, in the laser processing method of the present invention using such a laser beam projection mask of the present invention, the unevenness of the crystal surface is reduced and the crystal orientation is uniform, so that the semiconductor thin film having very good crystallinity Can be obtained.
本発明のレーザビーム投影マスクの好ましい一例として、その透過エリアが、マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して段階的に増加して変化するように形成された場合が挙げられる。図１（ａ）は、本発明の好ましい一例のレーザビーム投影マスクを模式的に示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すマスクを用いた場合の位置と透過率との関係を示すグラフである。 As a preferred example of the laser beam projection mask of the present invention, the transmission area is formed so that the mask transmittance is increased and changed stepwise with respect to the moving direction of the laser beam irradiation region that is determined in advance. It is done. FIG. 1A is a diagram schematically showing a laser beam projection mask as a preferred example of the present invention, and FIG. 1B shows the position and transmittance when the mask shown in FIG. 1A is used. It is a graph which shows the relationship.
図１（ａ）に示す例のレーザビーム投影マスクは、各スリット群でのラテラル成長距離が等しくなるように、スリット群ごとにレーザ光の透過率を変化させたスリットで形成されてなる。具体的には、図１（ａ）中に示すＡの方向に照射領域を移動させる場合、スリット群（１）の透過率が最も高く、次いでスリット群（２）、（３）、（４）の順に透過率を低下させる。さらに具体的には、各スリット群でのラテラル成長距離を等しくするため、各スリット群のスリット幅ｄを等しくし（たとえば、照射面上において３〜１０μｍ）、透過部の領域をエキシマレーザ光の解像限界以下のパターン、ハーフトーン状のパターンにより形成することで、図１（ａ）に示すように各スリット群の透過率を段階的に変化させたレーザビーム投影マスクを形成することができる。図１（ａ）に示した例のレーザビーム投影マスクとしては、たとえば、スリット群（１）として透過率が１００％、スリット群（２）として透過率が９０％、スリット群（３）として透過率が８０％、スリット群（４）として透過率が６０％である場合を例示できる。当該マスクにおけるレーザ光の透過率は、各スリットにおける｛（スリット幅×スリット長さ）−（ハーフトーンパターンの面積）｝／（スリット幅×スリット長さ）、すなわち、各スリットにおける開口率で算出することができる。 The laser beam projection mask of the example shown in FIG. 1A is formed by slits in which the transmittance of laser light is changed for each slit group so that the lateral growth distance in each slit group becomes equal. Specifically, when the irradiation region is moved in the direction A shown in FIG. 1A, the slit group (1) has the highest transmittance, and then the slit groups (2), (3), (4). In this order, the transmittance is lowered. More specifically, in order to make the lateral growth distance in each slit group equal, the slit width d of each slit group is made equal (for example, 3 to 10 μm on the irradiation surface), and the region of the transmission part is made of the excimer laser beam. By forming a pattern below the resolution limit or a halftone pattern, a laser beam projection mask in which the transmittance of each slit group is changed stepwise as shown in FIG. 1A can be formed. . As the laser beam projection mask of the example shown in FIG. 1A, for example, the slit group (1) has a transmittance of 100%, the slit group (2) has a transmittance of 90%, and the slit group (3) has a transmittance. A case where the transmittance is 80% and the transmittance of the slit group (4) is 60% can be exemplified. The transmittance of laser light in the mask is calculated by {(slit width × slit length) − (area of halftone pattern)} / (slit width × slit length) in each slit, that is, the aperture ratio in each slit. can do.
本発明のレーザビーム投影マスクは、その透過エリアであるスリットの形状は特に制限されるものではないが、図１（ａ）に示した例のように、透過エリアが複数の短矩状スリットで構成されていることが、好ましい。このように透過エリアが複数の短矩状スリットで構成されていることで、他の形状のスリットで透過エリアを形成した場合と比較して、スリットの幅方向と平行に、ラテラル成長が一様に行われ、この方向に沿って半導体デバイスのチャネルを形成することで、非常に特性の高い半導体デバイスを作製することができるという利点があるためである。 In the laser beam projection mask of the present invention, the shape of the slit which is the transmission area is not particularly limited, but the transmission area is composed of a plurality of short rectangular slits as in the example shown in FIG. It is preferable that it is comprised. Since the transmission area is composed of a plurality of short rectangular slits as described above, the lateral growth is uniform in parallel with the width direction of the slit as compared with the case where the transmission area is formed with slits of other shapes. This is because, by forming the channel of the semiconductor device along this direction, there is an advantage that a semiconductor device having very high characteristics can be manufactured.
また、本発明のレーザビーム投影マスクは、該マスクの透過エリアを構成する複数の短矩状スリットはいずれも大きさが等しく設定され、かつ透過エリア内をレーザ光の解像限界以下のパターンにより形成することで、前記短矩状スリットの透過率を変化させるように形成されたものであることが、好ましい。これにより、各スリットにおけるラテラル成長距離が等しくなり、これによって結晶表面の凹凸が低減し、結晶方位が基板全面において均一となるため、結晶性が非常に良好な半導体薄膜を得ることができるという利点があるためである。 In the laser beam projection mask of the present invention, the plurality of short rectangular slits constituting the transmission area of the mask are all set to have the same size, and the transmission area has a pattern less than the resolution limit of the laser beam. It is preferable to be formed so as to change the transmittance of the short rectangular slit. As a result, the lateral growth distance in each slit becomes equal, thereby reducing the unevenness of the crystal surface and making the crystal orientation uniform over the entire surface of the substrate, so that a semiconductor thin film with very good crystallinity can be obtained. Because there is.
図５は、本発明のレーザビーム投影マスクを用いた結晶成長に用いられる半導体デバイス１を模式的に示す側面図である。本発明に用いられる半導体デバイスは、特に制限される非晶質材料からなる層を有しているならば特に制限はなく、非晶質材料からなる層自体で基板を形成するように実現されていてもよいし、また基板上に非晶質材料からなる層が
形成されるように実現されてもよい。図５には、透明基板（基板）２上に下地膜（下地層）３を介して非晶質状態の半導体膜４が形成されてなる積層構造を備えた例の半導体デバイス１を示している。
FIG. 5 is a side view schematically showing a
図５に示す例において、透明基板２としては、たとえばガラス基板、石英基板などが用いられる。中でも、価格的に有利な面から、ガラス基板が好ましい。また、下地層３は、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＡｌＮなどからなる誘電体材料で形成される。各層の厚みは特に制限されるものではないが、たとえば、下次層３が１００ｎｍ、半導体膜４が５０ｎｍである場合が例示される。
In the example shown in FIG. 5, as the
下地膜３は、たとえば蒸着、イオンプレーティング、またはスパッタリングなどにより透明基板２上に積層される。そして、半導体膜４は、プラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、蒸着、またはスパッタリングなどにより下地膜３上に積層される。
The
本発明はまた、非晶質材料からなる層に、レーザビーム投影マスクによって投影された第１のレーザビームと該マスクによって投影されない第２のレーザビームを同時照射することによって、前記非晶質材料を結晶化させるレーザ加工方法であって、前記非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対して第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化した後、第１のレーザビームが照射されるべき領域を予め定められる方向に予め定められる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化し、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層の表面上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう方法であり、レーザビーム投影マスクとして、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものを用いることを特徴とするレーザ加工方法も提供する。 The present invention also provides the amorphous material by simultaneously irradiating the layer made of the amorphous material with the first laser beam projected by the laser beam projection mask and the second laser beam not projected by the mask. Is a laser processing method for crystallizing an amorphous material in a first region by irradiating a first laser beam on a predetermined first region on the layer made of the amorphous material. And the amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized, and then the region to be irradiated with the first laser beam is moved in a predetermined direction by a predetermined distance, A new second region is defined on the layer made of the amorphous material so as to partially overlap the first region, and the first laser beam is irradiated into the second region to irradiate the amorphous region in the first region. Melt material, amorphous in melted first region First laser beam irradiation and first laser on the surface of the layer made of the amorphous material until the material is solidified and crystallized, and the crystallized region of the amorphous material reaches a desired size. This is a method of repeatedly moving a region to be irradiated with a beam, and a laser beam projection mask having a transmission area formed so that the mask transmittance is increased and changed with respect to the moving direction of the irradiation region. A laser processing method is also provided.
このような本発明のレーザ加工方法には、上述した本発明のレーザビーム投影マスクが用いられる。特に、上述したような該マスクの透過エリアは、マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して段階的に増加して変化するように形成されたもの（図１（ａ））を好適な一例として挙げることができる。 In the laser processing method of the present invention, the above-described laser beam projection mask of the present invention is used. In particular, the transmission area of the mask as described above is formed such that the mask transmittance is increased and changed stepwise with respect to the moving direction of the laser beam irradiation region determined in advance (FIG. 1A). ) Can be cited as a suitable example.
本発明のレーザ加工方法は、好ましくは、繰り返し行なう第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動が直線状に行なわれる第１の移動工程を有し、所望の位置で改行および折返しを行ない、第１の移動工程の方向と反対方向に第２の移動工程を有し、前記移動工程、改行および折返しが繰り返し行なわれる往復移動を行なう工程を有する。そして、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して段階的に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して段階的に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いることが、好ましい。 The laser processing method of the present invention preferably includes a first moving step in which the first laser beam irradiation and the region to be irradiated with the first laser beam are repeatedly performed in a linear manner. A line feed and return are performed at the position, a second movement step is provided in a direction opposite to the direction of the first movement step, and the movement step includes a reciprocating step in which the line feed and the turn back are repeated. When laser processing is performed in the first movement direction, the transmittance of the laser beam projection mask is increased in a stepwise manner with respect to the first movement direction. When performing laser processing in the second movement direction, it is preferable to use a second laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask increases stepwise with respect to the second movement direction.
具体的には、たとえば、上述した図１（ａ）に示したレーザビーム投影マスクと、図６（ａ）に示すようにマスク透過率が図１（ａ）とは逆の方向に段階的に変化するように形成された（すなわち、スリット群（１）からスリット群（４）へ向かうにつれてマスク透過率が段階的に増加して変化するように形成された）レーザビーム投影マスクとを組み合わせて用いる。すなわち、第１の移動工程では、図１（ａ）中に示すＡの方向を上記第１
の移動方向として照射領域を移動させる場合、スリット群（１）の透過率が最も高く、次いでスリット群（２）、（３）、（４）の順に段階的に透過率が低下するようにする。そして所望の位置で改行および折返しを行った後、今度は図６（ａ）に示すレーザビーム投影マスクを用い、Ａとは反対のＢの方向を第２の移動方向として照射領域を移動させる。この場合は、スリット群（４）の透過率が最も高く、次いでスリット群（３）、（２）、（１）の順に段階的に透過率が低下するようにする（図６（ｂ））。このような本発明の好ましいレーザ加工方法により、半導体薄膜の製造効率をさらに向上させることが可能となる。
Specifically, for example, the laser beam projection mask shown in FIG. 1 (a) described above and the mask transmittance as shown in FIG. 6 (a) stepwise in a direction opposite to that in FIG. 1 (a). In combination with a laser beam projection mask formed so as to change (that is, formed so that the mask transmittance increases stepwise as it goes from the slit group (1) to the slit group (4)). Use. That is, in the first moving step, the direction A shown in FIG.
When the irradiation region is moved as the moving direction of the slit group (1), the transmittance of the slit group (1) is the highest, and then the transmittance gradually decreases in the order of the slit groups (2), (3), and (4). . Then, after line feed and turn-back are performed at a desired position, this time, using the laser beam projection mask shown in FIG. 6A, the irradiation region is moved with the direction B opposite to A as the second movement direction. In this case, the transmittance of the slit group (4) is the highest, and then the transmittance gradually decreases in the order of the slit groups (3), (2), and (1) (FIG. 6B). . By such a preferable laser processing method of the present invention, it becomes possible to further improve the manufacturing efficiency of the semiconductor thin film.
また、本発明のレーザビーム投影マスクは、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものであればよく、たとえば、該マスクの透過エリアは、マスク透過率が予め定められるレーザビーム照射領域の移動方向に対して徐々に増加して変化するように形成されたものであってもよい。 In addition, the laser beam projection mask of the present invention only needs to have a transmission area formed so that the mask transmittance increases and changes with respect to the moving direction of the irradiation region, for example, the transmission area of the mask. The mask transmittance may be formed so as to gradually increase and change with respect to a predetermined moving direction of the laser beam irradiation region.
図１０は、本発明における第１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射時刻と出力との関係の他の例を模式的に示すグラフである。図２に示したような装置を用い、第１のレーザ光および第２のレーザ光を照射して半導体膜を形成する場合、第１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射時刻と出力との関係は、図１０に示す関係と同様の関係にあってもよいが、特にこのような関係にあることを限定するものではない。ここで、第１のレーザビームのパルス波形２１は、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２、ｔ３においてそれぞれ第１のレーザビームの照射を開始することを示し、第２のレーザビームの波形２２は、第２のレーザビームが、時刻ｔ＝ｔ０より連続的に放射されることを示している。なお、半導体膜は時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２、ｔ３における、第１のレーザビームの照射によって溶融状態となる。この液体状態にある半導体膜（前駆体半導体膜）に対し、第１のレーザビームに加えて第２のレーザビームの照射を行なうことにより、前駆体半導体膜の温度低下速度を低下させることができ、固化するまでの時間を延長することができるため、液体状態にある前駆体半導体膜の固化により生成する半導体多結晶のラテラル成長距離を大幅に延ばすことができる。
FIG. 10 is a graph schematically showing another example of the relationship between the irradiation time and the output of the first laser beam and the second laser beam in the present invention. In the case where a semiconductor film is formed by irradiating the first laser beam and the second laser beam using the apparatus as shown in FIG. 2, the irradiation time and output of the first laser beam and the second laser beam The relationship may be similar to the relationship shown in FIG. 10, but is not particularly limited to such a relationship. Here, the
ラテラル成長距離を大幅に延ばすためにはレーザ照射時の温度が高くなり、これに伴って複数回照射後の温度分布が大きくなる。たとえば、図８（ａ）はエキシマレーザのビーム形状と、第２のレーザ光としての炭酸ガスレーザのビーム形状を示している。炭酸ガスレーザビームのビーム形状は上述したとおり、単独では半導体膜を融点以上の温度に加熱することのできないエネルギー量を有しており、エキシマレーザの照射領域を包含する、エキシマレーザの照射領域より広い面積を有する照射領域としている。 In order to extend the lateral growth distance significantly, the temperature at the time of laser irradiation becomes high, and the temperature distribution after multiple times of irradiation increases accordingly. For example, FIG. 8A shows the beam shape of an excimer laser and the beam shape of a carbon dioxide gas laser as the second laser light. As described above, the carbon dioxide laser beam has an energy amount that cannot alone heat the semiconductor film to a temperature higher than the melting point, and is wider than the excimer laser irradiation region including the excimer laser irradiation region. The irradiation area has an area.
上記照射領域内で、スリットが形成された投影マスクを通じて、エキシマレーザ光を照射し半導体膜の溶融・再結晶化を行なう。しかしながら、たとえば図１７（ｂ）に示したようなスリットの長さ方向（図中Ａの方向）に、図中（１）〜（４）のスリット群で構成されたような従来例のレーザビーム投影マスクを用いた場合、スリット群１つ分の幅ｄだけ基板のステップ移動を行ない結晶化を行なうため、（１）〜（４）のスリット群で構成された領域は、それぞれレーザ照射回数が異なることになる。すなわち、図８（ａ）に示したビーム形状の位置方向に対して概略１／４ずつ照射領域が移動されるため、スリット群（４）で構成された領域は、既に（１）〜（３）のスリット群により照射された後に照射され、これらの熱影響を受けた状態での照射となる。したがって、レーザビームの強度分布が均一に照射されても、基板上の温度分布としては不均一となる。 Within the irradiation region, excimer laser light is irradiated through a projection mask in which slits are formed to melt and recrystallize the semiconductor film. However, for example, a laser beam of a conventional example constituted by slit groups (1) to (4) in the figure in the length direction of the slit (direction A in the figure) as shown in FIG. When the projection mask is used, the substrate is stepped by a width d corresponding to one slit group to perform crystallization. Therefore, each region formed by the slit groups (1) to (4) has a laser irradiation frequency. Will be different. That is, since the irradiation region is moved by approximately 1/4 with respect to the position direction of the beam shape shown in FIG. 8A, the region constituted by the slit group (4) has already been (1) to (3 ) Is irradiated after being irradiated by the slit group, and the irradiation is performed under the influence of these heat effects. Therefore, even if the intensity distribution of the laser beam is uniformly irradiated, the temperature distribution on the substrate is not uniform.
図８（ｂ）はこれにより生じる照射エリアの概略温度分布を示しており、照射エリアの位置、すなわちスリット群が照射される位置に対して温度分布が大きく異なっている。図８（ｃ）は、この温度分布に対してラテラル成長距離がどのように変化するかを示してい
る。図８（ｂ），（ｃ）より、温度の上昇に伴いラテラル成長距離は増加しており、スリット群によってラテラル成長距離が異なることが分かる。このとき、引継ぎを問題なく行なうためにスリット幅をラテラル成長距離の２倍の最小値に合わせる必要がある。すなわち、図１７（ｂ）に示すレーザビーム投影マスクを用いた場合、スリット群（１）でのラテラル成長距離の２倍のスリット幅に設定する必要があるが、この状態でラテラル成長距離が拡大されると結晶性が悪くなるという問題点がある。すなわち、スリット群（４）での結晶性が低下し均一な半導体薄膜を作成することが困難となる。
FIG. 8B shows a schematic temperature distribution of the irradiation area caused by this, and the temperature distribution is greatly different from the position of the irradiation area, that is, the position where the slit group is irradiated. FIG. 8 (c) shows how the lateral growth distance changes with respect to this temperature distribution. 8B and 8C, it can be seen that the lateral growth distance increases as the temperature rises, and the lateral growth distance differs depending on the slit group. At this time, it is necessary to adjust the slit width to a minimum value that is twice the lateral growth distance in order to carry out the handover without problems. That is, when the laser beam projection mask shown in FIG. 17B is used, it is necessary to set the slit width to twice the lateral growth distance in the slit group (1). In this state, the lateral growth distance is increased. If so, there is a problem that the crystallinity deteriorates. That is, the crystallinity at the slit group (4) is lowered, and it becomes difficult to produce a uniform semiconductor thin film.
図７（ａ）には、本発明の好ましい他の例のレーザビーム投影マスクを模式的に示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すマスクを用いた場合の位置と透過率との関係を示すグラフである。 FIG. 7 (a) is a diagram schematically showing a laser beam projection mask of another preferred example of the present invention, and FIG. 7 (b) shows the position when the mask shown in FIG. 7 (a) is used. It is a graph which shows the relationship with the transmittance | permeability.
図７（ａ）に示す例のレーザビーム投影マスクは、各スリット群でのラテラル成長距離が等しくなるように、スリット群ごとにレーザ光の透過率を変化させたスリットで形成されてなる。具体的には、図７（ａ）中に示すＡの方向に照射領域を移動させる場合、スリット群（１）からスリット群（４）の順に透過率は徐々に低下する。さらに具体的には、各スリット群でのラテラル成長距離を等しくするため、各スリット群のスリット幅ｄを等しくし（たとえば、照射面上において３〜１０μｍ）、透過部の領域をエキシマレーザ光の解像限界以下のパターン、ハーフトーン状のグラデーションパターンにより形成することで、図７（ａ）に示すように各スリット群の透過率を徐々に変化させたレーザビーム投影マスクを形成することができる。 The laser beam projection mask of the example shown in FIG. 7A is formed by slits whose transmittance of laser light is changed for each slit group so that the lateral growth distance in each slit group becomes equal. Specifically, when the irradiation region is moved in the direction A shown in FIG. 7A, the transmittance gradually decreases in the order of the slit group (1) to the slit group (4). More specifically, in order to make the lateral growth distance in each slit group equal, the slit width d of each slit group is made equal (for example, 3 to 10 μm on the irradiation surface), and the region of the transmission part is made of the excimer laser beam. By forming a pattern below the resolution limit or a halftone gradation pattern, it is possible to form a laser beam projection mask in which the transmittance of each slit group is gradually changed as shown in FIG. .
上述のようにマスク透過率が徐々に変化するように形成された場合のレーザビーム投影マスクも、その透過エリアであるスリットの形状は特に制限されるものではないが、上述したのと同様の理由により、図７（ａ）に示した例のように、透過エリアが複数の短矩状スリットで構成されていることが、好ましい。 The laser beam projection mask formed so that the mask transmittance gradually changes as described above is not particularly limited in the shape of the slit which is the transmission area, but for the same reason as described above. Therefore, as in the example shown in FIG. 7A, it is preferable that the transmission area is composed of a plurality of short rectangular slits.
また、マスク透過率が徐々に変化するように形成された場合のレーザビーム投影マスクも、上述したのと同様の理由により、該マスクの透過エリアを構成する複数の短矩状スリットはいずれも大きさが等しく設定され、かつ透過エリア内をレーザ光の解像限界以下のパターンにより形成することで、前記短矩状スリットの透過率を変化させるように形成されたものであることが、好ましい。 Also, in the case of a laser beam projection mask formed so that the mask transmittance gradually changes, the plurality of short rectangular slits constituting the transmission area of the mask are all large for the same reason as described above. It is preferable that they are formed so as to change the transmittance of the short rectangular slit by forming the inside of the transmission area with a pattern that is equal to or less than the resolution limit of the laser beam.
また、上述した本発明のレーザ加工方法においても、マスク透過率が徐々に変化するように形成されたレーザビーム投影マスクを好適に用いることができる。 Also in the laser processing method of the present invention described above, a laser beam projection mask formed so that the mask transmittance gradually changes can be suitably used.
さらに、マスク透過率が徐々に変化するように形成されたレーザビーム投影マスクは、繰り返し行なう第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動が直線状に行なわれる第１の移動工程を有し、所望の位置で改行および折返しを行ない、第１の移動工程の方向と反対方向に第２の移動工程を有し、前記移動工程、改行および折返しが繰り返し行なわれる往復移動を行なう工程を有する、本発明の好ましい態様のレーザ加工方法にも好適に用いることができる。すなわち、そして、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して徐々に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して徐々に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いるようにしてもよい。 Further, in the laser beam projection mask formed so that the mask transmittance gradually changes, the first laser beam irradiation and the movement of the region to be irradiated by the first laser beam are performed linearly. A reciprocating movement having one moving process, performing a line feed and folding at a desired position, and having a second moving process in a direction opposite to the direction of the first moving process, and repeatedly performing the moving process, line feed and folding It can be used suitably also for the laser processing method of the preferable aspect of this invention which has the process of moving. That is, when performing laser processing in the first movement direction, the first laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask gradually increases with respect to the first movement direction is used. When performing laser processing in the second movement direction, a second laser beam projection mask in which the transmittance of the laser beam projection mask gradually increases with respect to the second movement direction may be used. .
具体的には、たとえば、上述した図７（ａ）に示したレーザビーム投影マスクと、図９（ａ）に示すようにマスク透過率が図９（ａ）とは逆の方向に徐々に変化するように形成された（すなわち、スリット群（１）からスリット群（４）へ向かうにつれてマスク透過
率が徐々に増加して変化するように形成された）レーザビーム投影マスクとを組み合わせて用いる。すなわち、第１の移動工程では、図７（ａ）中に示すＡの方向を上記第１の移動方向として照射領域を移動させる場合、スリット群（１）の透過率が最も高く、次いでスリット群（２）、（３）、（４）の順に徐々に透過率が低下するようにする。そして所望の位置で改行および折返しを行った後、今度は図９（ａ）に示すレーザビーム投影マスクを用い、Ａとは反対のＢの方向を第２の移動方向として照射領域を移動させる。この場合は、スリット群（４）の透過率が最も高く、次いでスリット群（３）、（２）、（１）の順に徐々に透過率が低下するようにする（図９（ｂ））。このような本発明の好ましいレーザ加工方法により、半導体薄膜の製造効率をさらに向上させることが可能となる。
Specifically, for example, the laser beam projection mask shown in FIG. 7A and the mask transmittance gradually change in the opposite direction to FIG. 9A as shown in FIG. 9A. And a laser beam projection mask formed in such a manner (that is, formed so that the mask transmittance gradually increases and changes from the slit group (1) to the slit group (4)). That is, in the first movement step, when the irradiation area is moved with the direction A shown in FIG. 7A as the first movement direction, the transmittance of the slit group (1) is the highest, and then the slit group. The transmittance is gradually decreased in the order of (2), (3), and (4). Then, after line feed and turn-back are performed at a desired position, this time, using the laser beam projection mask shown in FIG. 9A, the irradiation region is moved with the direction B opposite to A as the second movement direction. In this case, the transmittance of the slit group (4) is the highest, and then the transmittance gradually decreases in the order of the slit groups (3), (2), and (1) (FIG. 9B). By such a preferable laser processing method of the present invention, it becomes possible to further improve the manufacturing efficiency of the semiconductor thin film.
本発明はまた、上述した好ましい態様のレーザ加工方法に好適に用いられるレーザ加工装置も提供する。すなわち、本発明のレーザ加工装置は、前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第１のレーザビーム投影マスクと、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第２のレーザビーム投影マスクの２種類のマスクを保持する保持手段と、前記第１のレーザビーム投影マスクと前記第２のレーザビーム投影マスクを切り換えるための移動手段とを備える。ここで、第１および第２のレーザビーム投影マスクの組み合わせは、上述した図１（ａ）および図６（ａ）にそれぞれ示したレーザビーム投影マスクの組み合わせ、または、図７（ａ）および図９（ａ）にそれぞれ示したレーザビーム投影マスクの組み合わせを、好ましい例として挙げることができる。当該レーザ加工装置における保持手段および移動手段は、当分野において従来より広く用いられてきたものを適宜組み合わせて実現することができ、特に制限されるものではない。 The present invention also provides a laser processing apparatus suitably used in the laser processing method according to the preferred embodiment described above. That is, the laser processing apparatus of the present invention uses the first laser beam projection mask used when performing laser processing in the first moving direction and the first laser beam used when performing laser processing in the second moving direction. A holding means for holding two types of masks of the two laser beam projection masks, and a moving means for switching between the first laser beam projection mask and the second laser beam projection mask. Here, the combination of the first and second laser beam projection masks is the combination of the laser beam projection masks shown in FIG. 1A and FIG. 6A, respectively, or FIG. 7A and FIG. Combinations of laser beam projection masks shown in FIG. 9 (a) can be given as preferable examples. The holding means and moving means in the laser processing apparatus can be realized by appropriately combining those conventionally used in this field, and are not particularly limited.
本発明のレーザビーム投影マスクまたはレーザ加工方法（好ましくは本発明のレーザ加工装置を用いる）により形成された膜は、従来公知の適当な処理を行なうことでトランジスタに形成することができ、液晶パネルなどの液晶素子として用いることが可能である。この場合、結晶粒が従来の場合より均一となり、高性能の素子が得られる。また非晶質材料は、アモルファスシリコンが好ましいが、これに限定されることなく、非晶質のゲルマニウムやそれらの合金であってもよい。 A film formed by the laser beam projection mask or laser processing method of the present invention (preferably using the laser processing apparatus of the present invention) can be formed into a transistor by performing a conventionally known appropriate process. It can be used as a liquid crystal element. In this case, the crystal grains are more uniform than in the conventional case, and a high-performance element can be obtained. The amorphous material is preferably amorphous silicon, but is not limited to this and may be amorphous germanium or an alloy thereof.
１，１０１ 半導体デバイス、２，１０２ 透明基板（基板）、３，１０３ 下地膜（下地層）、４，１０４ 半導体層、１１，１１１ 第１のレーザ発振器、１２，１１２ 可変減衰器、１３，１１３ 焦点視野レンズ、１４，１１４ 投影マスク、１５，１１５
結像レンズ、１６，１１６ ステージ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor device, 2,102 Transparent substrate (substrate), 3,103 Underlayer (underlayer), 4,104 Semiconductor layer, 11, 111 First laser oscillator, 12, 112 Variable attenuator, 13, 113 Focal field lens, 14,114 projection mask, 15,115
Imaging lens, 16,116 stages.
Claims (13)
当該レーザ加工方法は、非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対し第１のレーザビームを照射して、第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化した後、第１のレーザビームが照射されるべき領域を予め定められる方向に予め定めされる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化し、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう方法であり、
当該マスクは、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものである、レーザビーム投影マスク。 A laser processing method for crystallizing an amorphous material by simultaneously irradiating a layer made of an amorphous material with a first laser beam projected by a laser beam projection mask and a second laser beam not projected by the mask A laser beam projection mask used in
In the laser processing method, a first laser beam is irradiated to a predetermined first region on a layer made of an amorphous material to melt and melt the amorphous material in the first region. After the amorphous material in the first region is solidified and crystallized, the region to be irradiated with the first laser beam is moved by a predetermined distance in a predetermined direction, and the first region and the portion immediately before A new second region is formed on the layer made of the amorphous material so as to overlap, and the first material is irradiated with the first laser beam to melt the amorphous material in the first region, The first laser on the layer made of amorphous material until the amorphous material in the melted first region is solidified and crystallized until the crystallized region of the amorphous material reaches a desired size. In this method, the irradiation of the beam and the movement of the region to be irradiated by the first laser beam are repeatedly performed. ,
The mask is a laser beam projection mask having a transmission area formed so that the mask transmittance increases and changes with respect to the moving direction of the irradiation region.
前記非晶質材料からなる層上の予め定められた第１領域内に対して第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化した後、第１のレーザビームが照射されるべき領域を予め定められる方向に予め定められる距離移動し、直前の第１領域と部分的に重畳するように非晶質材料からなる層上に新たな第２領域を定め、第２領域内に第１のレーザビームを照射して第１領域内の非晶質材料を溶融し、溶融した第１領域内の非晶質材料を凝固させて結晶化し、非晶質材料の結晶化される領域が所望の大きさに達するまで、非晶質材料からなる層の表面上における第１のレーザビームの照射と第１のレーザビームが照射すべき領域の移動とを繰り返し行なう方法であり、
レーザビーム投影マスクとして、マスク透過率が照射領域の移動方向に対して増加して変化するように形成された透過エリアを有するものを用いることを特徴とするレーザ加工方法。 A laser that crystallizes the amorphous material by simultaneously irradiating the layer made of the amorphous material with the first laser beam projected by the laser beam projection mask and the second laser beam not projected by the mask. A processing method,
A predetermined first region on the layer made of the amorphous material is irradiated with a first laser beam to melt the amorphous material in the first region, and in the melted first region After solidifying and crystallizing the amorphous material, the region to be irradiated with the first laser beam is moved by a predetermined distance in a predetermined direction so as to partially overlap the immediately preceding first region. A new second region is defined on the layer made of the amorphous material, and the first region is irradiated with the first laser beam to melt the amorphous material in the first region. Irradiating a first laser beam on the surface of the layer made of the amorphous material until the amorphous material is solidified and crystallized, and the crystallized region of the amorphous material reaches a desired size; A method of repeatedly moving a region to be irradiated with a first laser beam;
A laser processing method using a laser beam projection mask having a transmission area formed such that the mask transmittance increases and changes with respect to the moving direction of the irradiation region.
方向に対して段階的に増加して変化するように形成されたものである、請求項６に記載のレーザ加工方法。 7. The laser processing method according to claim 6, wherein the transmission area of the mask is formed such that the mask transmittance is increased and changed stepwise with respect to a predetermined moving direction of the laser beam irradiation region. .
前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して段階的に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して段階的に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いることを特徴とする、請求項６、７、９、１０のいずれかに記載のレーザ加工方法。 There is a first movement process in which the first laser beam irradiation and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are performed in a straight line, and a line feed and a turn are performed at a desired position. Having a second moving step in a direction opposite to the direction of the moving step, and having a step of performing a reciprocating movement in which the moving step, line feed and folding are repeated,
When performing laser processing in the first movement direction, the transmittance of the laser beam projection mask is increased in a stepwise manner with respect to the first movement direction, and the second laser beam projection mask is used. When performing laser processing in the moving direction, a second laser beam projection mask is used, in which the transmittance of the laser beam projection mask increases stepwise with respect to the second moving direction. Item 11. A laser processing method according to any one of Items 6, 7, 9, and 10.
前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第１の移動方向に対して徐々に増加する第１のレーザビーム投影マスクを用い、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際には、レーザビーム投影マスクの透過率は前記第２の移動方向に対して徐々に増加する第２のレーザビーム投影マスクを用いることを特徴とする、請求項６、８〜１０のいずれかに記載のレーザ加工方法。 There is a first movement process in which the first laser beam irradiation and the movement of the region to be irradiated with the first laser beam are performed in a straight line, and a line feed and a turn are performed at a desired position. Having a second moving step in a direction opposite to the direction of the moving step, and having a step of performing a reciprocating movement in which the moving step, line feed and folding are repeated,
When performing laser processing in the first movement direction, the transmittance of the laser beam projection mask is gradually increased with respect to the first movement direction, and the second laser beam projection mask is used. 7. When performing laser processing in the moving direction, the second laser beam projection mask is used, wherein the transmittance of the laser beam projection mask gradually increases with respect to the second moving direction. The laser processing method according to any one of 8 to 10.
前記第１の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第１のレーザビーム投影マスクと、前記第２の移動方向にレーザ加工を行なう際に用いられる第２のレーザビーム投影マスクの２種類のマスクを保持する保持手段と、
前記第１のレーザビーム投影マスクと前記第２のレーザビーム投影マスクを切り換えるための移動手段とを備える、レーザ加工装置。 A laser processing apparatus used in the method according to claim 11 or 12,
There are two types of masks: a first laser beam projection mask used when laser processing is performed in the first movement direction and a second laser beam projection mask used when laser processing is performed in the second movement direction. Holding means for holding the mask;
A laser processing apparatus comprising: moving means for switching between the first laser beam projection mask and the second laser beam projection mask.
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