(57)【要約】【課題】基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能なレーザ照射装置、レーザ照射方法及び投影マスクを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、所定方向に移動する基板の所定の領域に、レーザ光を照射する投影レンズと、投影レンズ上に設けられ、少なくとも所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクと、を備え、投影レンズは、複数の開口部の各々を介して、所定の領域に対して複数回のレーザ光を照射し、複数の開口部のうち、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定される、ことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光源と、
所定方向に移動する基板の所定の領域に、前記レーザ光を照射する投影レンズと、
前記投影レンズ上に設けられ、少なくとも前記所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクと、を備え、
前記投影レンズは、前記複数の開口部の各々を介して、前記所定の領域に対して複数回のレーザ光を照射し、
前記複数の開口部のうち、前記所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、前記レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定される、ことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記所定数は、少なくとも１つ以上であり、
前記投影レンズは、前記第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された前記透過率が所定値以下の開口部を介して、前記所定の領域に対して前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記投影レンズは、アモルファスシリコン薄膜が被着した前記基板の前記所定の領域に前記レーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成し、
前記所定値は、前記所定値以下の投影マスクを透過するレーザ光の照射エネルギが、前記ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解する前記レーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記複数の開口部のうち、前記第１開口部から所定数以降に配列された開口部の透過率は、前記所定方向に対して順に低くなるように設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記投影レンズは、前記レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、
前記複数の開口部の各々は、前記マイクロレンズアレイの前記所定方向の一列に含まれる複数の前記マイクロレンズの各々に対応する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記複数の開口部の各々は、前記複数のマイクロレンズの各々の投影倍率に基づいて決定された大きさである
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記複数の開口部の各々は長方形状であり、前記複数のマイクロレンズの各々の投影倍率に基づいて前記長方形状の長さ及び幅が決定される
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
レーザ光を発生する第１のステップと、
所定方向に移動する基板の所定の領域に、少なくとも前記所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクが設けられた投影レンズを用いて、前記レーザ光を照射する第２のステップと、
前記レーザ光が照射されるごとに、前記基板を所定の方向に移動する第３のステップと、を含み、
前記複数の開口部のうち、前記所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、前記レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定される、ことを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項９】
前記所定数は、少なくとも１つ以上であり、
前記投影レンズは、前記第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された前記透過率が所定値以下の開口部を介して、前記所定の領域に対して前記レーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ照射方法。
【請求項１０】
前記第２のステップにおいて、アモルファスシリコン薄膜が被着した前記基板の前記所定の領域に複数回の前記レーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成し、
前記所定値は、前記所定値以下の前記開口部を透過するレーザ光の照射エネルギが、前記ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解する前記レーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定される、ことを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ照射方法。
【請求項１１】
所定方向に移動する基板の所定の領域に、光源から発生されたレーザ光を照射する投影レンズ上に配置される投影マスクであって、
前記投影マスクは、
少なくとも前記所定方向の一列に複数の開口部が配列され、
前記複数の開口部のうち、前記所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、前記レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定される、ことを特徴とする投影マスク。
【請求項１２】
前記所定数は、少なくとも１つ以上であり、
前記複数の開口部のうち、前記第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部は、前記透過率が所定値以下に設定される、ことを特徴とする請求項１１に記載の投影マスク。
【請求項１３】
複数の前記開口部を介して照射される前記レーザ光は、アモルファスシリコン薄膜が被着した前記基板の前記所定の領域に、ポリシリコン薄膜を形成し、
前記所定値は、前記所定値以下の前記開口部を透過するレーザ光の照射エネルギが、前記ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解する前記レーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定される、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の投影マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの形成に関するものであり、特に、アモルファスシリコン薄膜にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成するためのレーザ照射装置、レーザ照射方法及び投影マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとして、アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用したものが存在する。ただ、アモルファスシリコン薄膜は電子移動度が小さいため、当該アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用すると、薄膜トランジスタにおける電荷の移動度が小さくなるという難点があった。
【０００３】
そこで、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域をレーザ光により瞬間的に加熱することで多結晶化し、電子移動度の高いポリシリコン薄膜を形成して、当該ポリシリコン薄膜をチャネル領域に使用する技術が存在する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成し、その後、このアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、短時間での溶融凝固によって、ポリシリコン薄膜に結晶化させる処理を行うことが開示されている。特許文献１には、当該処理を行うことにより、薄膜トランジスタのソースとドレイン間のチャネル領域を、電子移動度の高いポリシリコン薄膜とすることが可能となり、トランジスタ動作の高速化が可能になる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１００５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１には、レーザ光をマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズを透過させて、１回のレーザ光の照射により、基板上の複数個所をレーザアニールすることが記載されている。しかしながら、マイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズの各々は、その形状が互いに異なっている場合がある。そのため、複数のマイクロレンズを透過するレーザ光のエネルギ密度は、互いにばらつきが生じ、当該レーザ光を用いて形成されるポリシリコン薄膜の電子移動度にもばらつきが生じるおそれがある。薄膜トランジスタの特性は電子移動密度に依存するため、複数のマイクロレンズの各々を透過するレーザ光のエネルギ密度にばらつきがあることにより、基板上の複数の薄膜トランジスタの特性にばらつきが生じてしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能なレーザ照射装置、レーザ照射方法及び投影マスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、所定方向に移動する基板の所定の領域に、レーザ光を照射する投影レンズと、投影レンズ上に設けられ、少なくとも所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクと、を備え、投影レンズは、複数の開口部の各々を介して、所定の領域に対して複数回のレーザ光を照射し、複数の開口部のうち、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、所定数は、少なくとも１つ以上であり、投影レンズは、第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された透過率が所定値以下の開口部を介して、所定の領域に対してレーザ光を照射することを特徴としてもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影レンズは、アモルファスシリコン薄膜が被着した基板の所定の領域にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成し、所定値は、所定値以下の投影マスクを透過するレーザ光の照射エネルギが、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定されることを特徴としてもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、複数の開口部のうち、第１開口部から所定数以降に配列された開口部の透過率は、所定方向に対して順に低くなるように設定されることをしてもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、投影レンズは、レーザ光を分離可能なマイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズであり、複数の開口部の各々は、マイクロレンズアレイの所定方向の一列に含まれる複数のマイクロレンズの各々に対応する、ことを特徴としてもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、複数の開口部の各々は、複数のマイクロレンズの各々の投影倍率に基づいて決定された大きさであることを特徴としてもよい。
【００１４】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、複数の開口部の各々は長方形状であり、複数のマイクロレンズの各々の投影倍率に基づいて長方形状の長さ及び幅が決定されることを特徴としてもよい。
【００１５】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射方法は、レーザ光を発生する第１のステップと、所定方向に移動する基板の所定の領域に、少なくとも所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクが設けられた投影レンズを用いて、複数回のレーザ光を照射する第２のステップと、レーザ光が照射されるごとに、基板を所定の方向に移動する第３のステップと、を含み、複数の開口部のうち、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射方法において、所定数は、少なくとも１つ以上であり、投影レンズは、第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された透過率が所定値以下の開口部を介して、所定の領域に対してレーザ光を照射することを特徴としてもよい。
【００１７】
本発明の一実施形態におけるレーザ照射方法において、第２のステップにおいて、アモルファスシリコン薄膜が被着した基板の所定の領域に複数回のレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成し、所定値は、所定値以下の開口部を透過するレーザ光の照射エネルギが、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定されることを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態における投影マスクは、所定方向に移動する基板の所定の領域に、光源から発生されたレーザ光を照射する投影レンズ上に配置される投影マスクであって、投影マスクは、少なくとも所定方向の一列に複数の開口部が配列され、複数の開口部のうち、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、所定数は、少なくとも１つ以上であり、複数の開口部のうち、第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部は、透過率が所定値以下に設定されることを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態における投影マスクにおいて、複数の開口部を介して照射されるレーザ光は、アモルファスシリコン薄膜が被着した基板の所定の領域に、ポリシリコン薄膜を形成し、所定値は、所定値以下の開口部を透過するレーザ光の照射エネルギが、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光の照射エネルギよりも小さくなるように設定されることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能な、レーザ照射装置、レーザ照射方法及び投影マスクを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】レーザ照射装置の構成例を示す図である。
【図２】マイクロレンズアレイの構成例を示す図である。
【図３】所定の領域がアニール処理された薄膜トランジスタの例を示す模式図である。
【図４】レーザ照射装置がレーザ光を照射する基板の例を示す模式図である。
【図５】投影マスクの構成例を示す図である。
【図６】レーザ光の照射エネルギと投影マスクの開口部の位置の関係を示す図である。
【図７】レーザ照射装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】レーザ照射装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例を示す図である。
【００２５】
本発明の第１の実施形態において、レーザ照射装置１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体装置の製造工程において、例えば、チャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射してアニール処理し、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。
【００２６】
レーザ照射装置１０は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、基板３０上にＡｌ（アルミニウム）等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。そして、低温プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板３０上の全面にＳｉＮ（窒化ケイ素）膜からなるゲート絶縁膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン薄膜を形成する。すなわち、基板３０の全面にアモルファスシリコン薄膜２１が形成（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する。そして、図１に例示するレーザ照射装置１０により、アモルファスシリコン薄膜のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタにおいてチャネル領域となる領域）にレーザ光１４を照射してアニール処理し、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。なお、基板３０は、例えばガラス基板であるが、基板３０は必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材の基板であってもよい。
【００２７】
図１に示すように、レーザ照射装置１０において、レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、カップリング光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。レーザ光源１１は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光を、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
【００２８】
その後、レーザ光は、マイクロレンズアレイ１３上に設けられた投影マスク１５の複数の開口部（透過領域）により、複数のレーザ光１４に分離され、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に照射される。マイクロレンズアレイ１３には、投影マスク１５が設けられ、当該投影マスク１５によって所定の領域にレーザ光１４が照射される。そして、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、アモルファスシリコン薄膜の一部がポリシリコン薄膜となる。なお、投影マスク１５は、投影マスクパターンと呼称されてもよい。
【００２９】
ポリシリコン薄膜は、アモルファスシリコン薄膜に比べて電子移動度が高く、薄膜トランジスタにおいて、ソースとドレインとを電気的に接続させるチャネル領域に用いられる。なお、図１の例では、マイクロレンズアレイ１３を用いた例を示しているが、必ずしもマイクロレンズアレイ１３を用いる必要はなく、１個の投影レンズを用いてレーザ光を照射してもよい。なお、第１の実施形態では、マイクロレンズアレイ１３を用いて、ポリシリコン薄膜を形成する場合を例にして説明する。
【００３０】
図２は、アニール処理に用いるマイクロレンズアレイ１３の構成例を示す図である。図２に示すように、マイクロレンズアレイ１３において、スキャン方向の１列（又は１行）には、２０個のマイクロレンズ１７が配置される。レーザ照射装置１は、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して、マイクロレンズアレイ１３の１列（又は１行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の少なくとも一部を用いて、レーザ光１４を照射する。なお、なお、マイクロレンズアレイ１３に含まれる一列（又は一行）のマイクロレンズ１７の数は、２０個に限られず、いくつであってもよい。
【００３１】
図２に示すように、マイクロレンズアレイ１３は、その一列（または一行）にマイクロレンズ１７を２０個含むが、一行（または一列）には例えば１６５個含む。なお、１６５個は例示であって、いくつであってもよいことは言うまでもない。
【００３２】
図３は、所定の領域がアニール処理された薄膜トランジスタ２０の例を示す模式図である。なお、薄膜トランジスタ２０は、最初にポリシリコン薄膜２２を形成し、その後、形成されたポリシリコン薄膜２２の両端にソース２３とドレイン２４を形成することで、作成される。
【００３３】
図３に示すように、薄膜トランジスタ２０は、ソース２３とドレイン２４との間に、ポリシリコン薄膜２２が形成されている。レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域に対して、図２に示したマイクロレンズアレイ１３の一列（または一行）に含まれる例えば２０個のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を照射する。すなわち、図１に例示するレーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、２０ショットのレーザ光１４を照射する。その結果、図３に例示する薄膜トランジスタ２０となる領域において、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜２２となる。
【００３４】
図４は、レーザ照射装置１０がレーザ光１４を照射する基板３０の例を示す模式図である。なお、基板３０は、必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材の基板であってもよい。図４に示すように、基板３０は、複数の画素を含み、当該画素の各々に薄膜トランジスタ２０を備える。薄膜トランジスタ２０は、複数の画素３１の各々における光の透過制御を、電気的にＯＮ／ＯＦＦすることにより実行するものである。基板３０には、その全面にアモルファスシリコン薄膜２１が設けられている。当該アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、薄膜トランジスタ２０のチャネル領域となる部分である。
【００３５】
レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域（薄膜トランジスタ２０においてチャネル領域となる領域）にレーザ光１４を照射する。ここで、図１に例示するレーザ照射装置１０は所定の周期でレーザ光１４を照射し、レーザ光１４が照射されていない時間に基板３０を移動させ、次のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に当該レーザ光１４が照射されるようにする。図４に示すように、基板３０は、その全面にアモルファスシリコン薄膜２１が配置される。そして、レーザ照射装置１０は、所定の周期で、基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に、レーザ光１４を照射する。
【００３６】
そして、図１に例示するレーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３を用いて、図４に例示する基板３０上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に対して、レーザ光１４を照射する。レーザ照射装置１０は、例えば、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４に示す領域Ａに対して、レーザ光１４を照射する。また、レーザ照射装置１０は、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４に示す領域Ｂに対しても、レーザ光１４を照射する。
【００３７】
ここで、レーザ照射装置１０は、アニール処理を行うために、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４を照射する。
【００３８】
この場合、基板３０の全面に設けられている（被着している）アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａは、まず、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の１行目（行１）の第１のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４が照射される。その後、基板３０を所定の間隔「Ｈ」だけ移動させる。基板３０が移動している間、レーザ照射装置１０は、レーザ光１４の照射を停止してもよい。そして、基板３０が「Ｈ」だけ移動した後、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａは、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の２行目（行２）の第２のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４が照射される。なお、レーザ照射装置１０は、基板３０が移動している間レーザ光１４の照射を停止してもよいし、移動し続けている当該基板３０に対してレーザ光１４を照射してもよい。
【００３９】
なお、図１に例示するレーザ照射装置１０の照射ヘッド（すなわち、レーザ光源１１、カップリング光学系１２、マイクロレンズアレイ１３及び投影マスク１５）が、基板３０に対して移動してもよい。
【００４０】
レーザ照射装置１０は、これを繰り返し実行して、最後に、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ａに対して、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の２０行目（行２０）のマイクロレンズ１７（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いて、レーザ光１４を照射する。その結果、アモルファスシリコン薄膜２１のうち領域Ａは、図２に例示するマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４が照射されることになる。
【００４１】
同様にして、レーザ照射装置１０は、アモルファスシリコン薄膜２１のうち図４の領域Ｂに対しても、図２に示すマイクロレンズアレイ１３の一列（又は一行）に含まれる２０個のマイクロレンズ１７の各々を用いて、レーザ光１４を照射する。ただ、領域Ｂは、領域Ａに比べて基板３０の移動方向に対して「Ｈ」だけ位置が異なるため、レーザ光１４が照射されるタイミングが、１照射分だけ遅れる。すなわち、領域Ａが図２の２行目（行２）の第２のマイクロレンズ１７を用いてレーザ光１４を照射される時に、領域Ｂは、図２の１行目（行１）の第１のマイクロレンズ１７を用いてレーザ光１４が照射される。そして、領域Ａが図２のＴ列の２０行目（第２０）のマイクロレンズ１７（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いてレーザ光１４を照射される時には、領域Ｂは、一つ前のＳ列のマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４が照射されることになる。そして、領域Ｂは、次のレーザ光１４の照射のタイミングで、Ｔ列のマイクロレンズ１７（すなわち、最後のマイクロレンズ１７）を用いて、レーザ光１４が照射されることになる。
【００４２】
ここで、上述したように、レーザ光１４は、基板３０上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域が瞬間加熱されて溶融する程度に照射エネルギが設定される。そして、基板３０上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、複数のマイクロレンズ１７により、複数回のレーザ光１４が照射される。この場合において、所定の領域に照射される複数回のレーザ光１４の各々の照射エネルギが、いずれもアモルファスシリコン薄膜２１が瞬間加熱されて溶融する程度であると、レーザ光１４が照射されるごとに、形成されたポリシリコン薄膜２２の結晶が融解してしまうおそれがある。アモルファスシリコン薄膜が融解してしまう程度の照射エネルギのレーザ光は、ポリシリコン薄膜も融解するおそれがあるからである。すなわち、レーザ光１４が照射されるごとに、ポリシリコン薄膜２２の結晶が融解するおそれがあり、所定の領域において、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化が最適化できないという問題が生じる。
【００４３】
そこで、本発明の第１の実施形態では、投影マスク１５に含まれる所定の開口部１５０の透過率を所定値以下とすることにより、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解しないようにして、ポリシリコン薄膜の結晶を成長させることができ、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化する。
【００４４】
所定値は、投影マスクを透過するレーザ光の照射エネルギは、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光１４の照射エネルギよりも小さくなるように設定される。例えば、レーザ光１４の照射エネルギが９８％以下であれば、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解しない場合、所定値は「９８％」に設定される。この場合、所定の開口部１５０は、該レーザ光１４を「２％」遮断し、「９８％」だけ透過する。なお、投影マスクを透過するレーザ光の照射エネルギは、アモルファスシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光１４の照射エネルギよりも小さくなるように設定されてもよい。
【００４５】
なお、透過率は、レーザ光１４のばらつきに応じて設定されてもよく、該レーザ光１４の照射エネルギが「２％」の範囲でばらつく場合、該レーザ光１４をばらつき分の「２％」だけ遮断する（すなわち、所定値は「９８％」）ようにしてもよい。なお、所定値は、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解する程度であれば、どのような値であってもよい。
【００４６】
透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部である。所定数は、少なくとも１つ以上である。透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０である。すなわち、第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０を透過するレーザ光１４は、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光１４の照射エネルギよりも小さくなる。そのため、少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０を通過するレーザ光１４を照射しても、一度形成されたポリシリコン薄膜２２は完全融解せず、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化が最適化される。
【００４７】
図５は、本発明の第１の実施形態における投影マスク１５の構成例を示す図である。図５において、複数の開口部１５０の各々は、例えば、図２に示すマイクロレンズアレイ１７の一列に含まれる複数のマイクロレンズ１７の各々に対応する。
【００４８】
図５に例示する投影マスク１５において、第１開口部は１行目（行１）の開口部であり、透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、所定値が「１」の場合、１行目以降の開口部１５０である。なお、所定数は、１つでなくてもよく、例えば、透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、３行目（行３）以降の開口部１５０や、５行目（行５）以降の開口部１５０であってもよい。所定数を３つや５つとすることにより、ポリシリコン薄膜が瞬間加熱されて溶融する程度の照射エネルギのレーザ光を、複数回所定の領域に照射することができ、該所定の領域のアモルファスシリコン薄膜を確実に溶解することが可能となる。
【００４９】
なお、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、基板の移動方向に対して、順次低くなるように設定されてもよい。なお、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、基板の移動方向に対して、段階的に（ステップ状に）低くなるように設定されてもよいし、直線的に低くなるように設定されてもよい。
【００５０】
図６は、レーザ光の照射エネルギと投影マスクの開口部の位置の関係を示す図である。図６は、横軸を投影マスク１５の１列に含まる２０個の開口部１５０であり、縦軸が該開口部１５０を通過するレーザ光１４の照射エネルギである。
【００５１】
図６に例示するように、第１開口部から所定数の開口部１５０の透過率は、アモルファスシリコン薄膜が溶解する照射エネルギに設定される。そのため、第１開口部から所定数の開口部１５０の各々を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜を完全融解させ微結晶化させる可能性がある。なお、第１開口部から所定数の開口部１５０の透過率は、図６のように、順次低くなるように設定されてもよいし、一定の値（アモルファスシリコン薄膜が溶解する照射エネルギ）に設定されていてもよい。第１開口部から所定数の開口部１５０の各々を透過するレーザ光によって、基板のアモルファスシリコン薄膜は融解し、ポリシリコン薄膜の微結晶が生成される。
【００５２】
また、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、所定値以下に設定される。そのため、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜を再溶解しない。そのため、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜の微結晶を成長させ、該ポリシリコン薄膜の結晶を大きくすることができる。その結果、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解せず、ポリシリコン薄膜の結晶を成長させることができ、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００５３】
なお、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、基板の移動方向に対して、順次低くなるように設定されてもよい。そのため、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を通過するレーザ光の照射エネルギは、図６に例示するように、順次低くなってもよい。なお、図６の例は、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、基板の移動方向に対して、直線的に低くなるように設定されている場合の例である。
【００５４】
ここで本発明の第１の実施形態では、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定する前に、マイクロレンズアレイ１３に含まれる複数のマイクロレンズ１７の各々の投影倍率を測定し、測定された投影倍率のうちの最低の投影倍率に基づいて、投影マスク１５の開口部１５０の各々の透過率を調整してもよい。具体的には、マイクロレンズアレイ１３に含まれる複数のマイクロレンズ１７の各々の投影倍率を測定し、測定された投影倍率のうちの最低の投影倍率に基づいて、複数のマイクロレンズ１７の各々に対応する投影マスク１５の開口部（透過領域）の透過率を設定する。マイクロレンズ１７の投影倍率が高いと開口部１５０を透過するレーザ光の照射エネルギは低くなるところ、開口部１５０の透過率は１００％以上にすることはできないため、投影倍率が最も大きいマイクロレンズ１７（すなわち、最低の透過率）にあわせて、他の開口部１５０の透過率を調整する。その後、投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定することにより、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００５５】
また、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定する前に、マイクロレンズアレイ１３に含まれる複数のマイクロレンズ１７の各々の投影倍率を測定し、測定された投影倍率に基づいて、投影マスク１５の開口部１６の大きさを調整してもよい。その結果、複数のマイクロレンズ１７の各々を透過するレーザ光１４によってレーザアニール処理される範囲が略同一となるため、それにより薄膜トランジスタの特性のばらつきを低減することが可能となる。その後、投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定することにより、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００５６】
なお、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定する前に、マイクロレンズ１７の投影倍率に基づいて、投影マスク１５の開口部１５０に設定する透過率が設定されるとともに、投影マスク１５の開口部１５０の大きさも設定されてもよい。その結果、（１）投影マスク１５の開口部１５０の各々の透過率（すなわち、投影マスク１５の開口部（透過領域）の透過率）は、レーザ光１４の基板上におけるエネルギ密度が略同一となるように設定されるとともに、（２）投影倍率に基づいて、投影マスク１５の開口部１６の大きさも調整される。その結果、投影マスク１５を透過したレーザ光１４は、基板３０上において、エネルギ密度が略同一となることに加えて、複数のマイクロレンズ１７の各々を透過するレーザ光１４によってレーザアニール処理される範囲が略同一となる。その後、投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定することにより、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００５７】
ここで、本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０の動作例について説明する。図７は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ照射装置１０の動作例を示すフローチャートである。図７に示すように、レーザ照射装置１０のレーザ光源１１がレーザ光を発生し（Ｓ１０１）、所定方向に移動する基板の所定の領域に、少なくとも所定方向の一列に複数の開口部が配列された投影マスクが設けられた投影レンズを用いて、レーザ光が照射される（Ｓ１０２）。ここで、複数の開口部のうち、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部は、レーザ光が透過する割合である透過率が所定値以下に設定される。図４に例示する基板３０は、マイクロレンズアレイ１３に対してレーザ光１４が照射されるごとに、所定の距離だけ移動する（Ｓ１０３）。所定の距離は、基板３０における複数の薄膜トランジスタ２０間の距離「Ｈ」である。レーザ照射装置１０は、基板３０を当該所定の距離移動させる間、レーザ光１４の照射を停止する。
【００５８】
基板３０が所定の距離「Ｈ」を移動した後、レーザ照射装置１０は、マイクロレンズアレイ１３に含まれるマイクロレンズ１７を用いて、レーザ光１４を再度照射する。なお、本発明の第１の実施形態では、図２に示すマイクロレンズアレイ１３を用いるため、１つのアモルファスシリコン薄膜２１に対して、２０個のマイクロレンズ１７によりレーザ光１４が照射される。
【００５９】
そして、図４に例示する基板３０のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に、レーザアニールを用いてポリシリコン薄膜２２を形成した後、別の工程において、当該薄膜トランジスタに、図３に例示するソース２３とドレイン２４とが形成される。
【００６０】
上記の通り、本発明の第１の実施形態の投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部１５０の透過率は、所定値以下に設定される。そのため、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜を再溶解しない。その結果、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜の微結晶を成長させ、該ポリシリコン薄膜の結晶を大きくすることができる。したがって、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解せず、ポリシリコン薄膜の結晶を成長させることができ、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００６１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、マイクロレンズアレイ１３の代わりに、１個の投影レンズ１８を用いて、レーザアニールを行う場合の実施形態である。
【００６２】
単一の投影レンズにおいて、例えば、収差等の影響で、中央部に比べて周辺部の投影倍率が異なることがある。そのような場合、投影倍率が異なると、基板３０に照射されるレーザ光のエネルギ密度がばらつき、それによって、アニール処理の結果がばらつく要因となっていた。その結果、基板３０上に形成されるポリシリコン薄膜の電子移動度にもばらつきが生じることにより、薄膜トランジスタ２０の特性にばらつきが生じるという問題が発生していた。
【００６３】
また、上述したように、単一の投影レンズからのレーザ光１４は、基板３０上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域が瞬間加熱されて溶融する程度に照射エネルギが設定される。そして、基板３０上のアモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域は、複数回のレーザ光１４が照射される。この場合において、所定の領域に照射される複数回のレーザ光１４の各々の照射エネルギが、いずれもアモルファスシリコン薄膜２１が瞬間加熱されて溶融する程度であると、レーザ光１４が照射されるごとに、形成されたポリシリコン薄膜２２の結晶が融解してしまうおそれがある。レーザ光１４が照射されるごとに、ポリシリコン薄膜２２の結晶が融解してしまうため、所定の領域において、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化できないという問題が生じる。
【００６４】
そこで、本発明の第２の実施形態では、投影マスク１５に含まれる所定の開口部１５０の透過率を所定値以下とすることにより、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解しないようにして、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化する。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置１０の構成例を示す図である。図８に示すように、本発明の第２の実施形態におけるレーザ照射装置１０は、レーザ光源１１と、カップリング光学系１２と、投影マスク１５と、投影レンズ１８とを含む。なお、レーザ光源１１と、カップリング光学系１２とは、図１に示す本発明の第１の実施形態におけるレーザ光源１１と、カップリング光学系１２と同様の構成であるため、詳細な説明は省略される。また、投影マスクは、本発明の第１の実施形態における投影マスクと同様の構成であるため、詳細な説明は省略される。
【００６６】
レーザ光は、投影マスク１５（図示しない）の開口（透過領域）を透過し、投影レンズ１８により、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域に照射される。その結果、アモルファスシリコン薄膜２１の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、アモルファスシリコン薄膜２１の一部がポリシリコン薄膜２２となる。
【００６７】
本発明の第２の実施形態においても、レーザ照射装置１０は所定の周期でレーザ光１４を照射し、レーザ光１４が照射されていない時間に基板３０を移動させ、次のアモルファスシリコン薄膜２１の箇所に当該レーザ光１４が照射されるようにする。第２の実施形態においても、図３に示すように、基板３０は、移動方向に対して、所定の間隔「Ｈ」でアモルファスシリコン薄膜２１が配置される。そして、レーザ照射装置１０は、所定の周期で、基板３０上に配置されたアモルファスシリコン薄膜２１の部分に、レーザ光１４を照射する。
【００６８】
ここで、投影レンズ１８を用いる場合、レーザ光１４が、当該投影レンズ１８の光学系の倍率で換算される。すなわち、投影マスク１５のパターン（開口部１６のパターン）が、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算され、基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。
【００６９】
すなわち、投影マスク１５のマスクパターン（開口部１６のパターン）は、投影レンズ１８の光学系の倍率で換算され、基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ１８の光学系の倍率が約２倍であると、投影マスク１５のマスクパターンは、約１／２（０．５）倍され、基板３０の所定の領域がレーザアニールされる。なお、投影レンズ１８の光学系の倍率は、約２倍に限られず、どのような倍率であってもよい。投影マスク１５のマスクパターンは、投影レンズ１８の光学系の倍率に応じて、基板３０上の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ１８の光学系の倍率が４倍であれば、投影マスク１５のマスクパターン（開口部１６のパターン）は、約１／４（０．２５）倍され、基板３０の所定の領域がレーザアニールされる。
【００７０】
また、投影レンズ１８が倒立像を形成する場合、基板３０に照射される投影マスク１５の縮小像は、投影レンズ１８のレンズの光軸を中心に１８０度回転したパターンとなる。一方、投影レンズ１８が正立像を形成する場合、基板３０に照射される投影マスク１５の縮小像は、当該投影マスク１５そのままとなる。
【００７１】
本発明の第２の実施形態では、投影マスク１５に含まれる所定の開口部１５０の透過率を所定値以下とすることにより、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解しないようにして、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化する。
【００７２】
所定値は、投影マスクを透過するレーザ光の照射エネルギが、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光１４の照射エネルギよりも小さくなるように設定される。例えば、レーザ光１４の照射エネルギが９８％以下であれば、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解しない場合、所定値は「９８％」に設定される。この場合、所定の開口部１５０は、該レーザ光１４を「２％」遮断し、「９８％」だけ透過する。
【００７３】
なお、透過率は、レーザ光１４のばらつきに応じて設定されてもよく、該レーザ光１４の照射エネルギが「２％」の範囲でばらつく場合、該レーザ光１４をばらつき分の「２％」だけ遮断する（すなわち、所定値は「９８％」）ようにしてもよい。なお、所定値は、どのような値であってもよく、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解する。
【００７４】
透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から所定数以降に配列された開口部である。所定数は、少なくとも１つ以上である。透過率が所定値以下となる所定の開口部１５０は、例えば、所定の領域に対して最初に照射されるレーザ光が透過する第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０である。すなわち、第１開口部から少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０を透過するレーザ光１４は、ポリシリコン薄膜の結晶が完全融解するレーザ光１４の照射エネルギよりも小さくなる。そのため、少なくとも１つ目以降に配列された開口部１５０を通過するレーザ光１４を照射しても、一度形成されたポリシリコン薄膜２２は完全融解せず、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化する。
【００７５】
また、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定する前に、投影レンズ１８のレーザ光１４の照射エネルギを調整するために、本当該投影レンズ１８の所定の部分に対応する投影マスク１５の開口部１６（透過領域）の透過率を調整してもよい。具体的には、投影レンズ１８の所定の部分の各々の投影倍率を測定し、測定された投影倍率のうち最低の投影倍率（所定の部分のうちの一の部分の投影倍率）に基づいて、他の所定の部分の各々に対応する投影マスク１５の開口部１６（透過領域）の透過率を設定する。
【００７６】
投影レンズ１８の所定の部分において、透過率を上げることはできないため、投影倍率が最も大きい位置の部分（すなわち、最低の透過率）にあわせて、他の部分の透過率を調整する。その後、投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定することにより、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。なお、第２の実施形態において、（１）投影マスク１５の開口部１６の透過率を変更することと、（２）投影マスク１５の開口部１６の大きさを調整することは、いずれか一方のみが実施されても、いずれもが実施されてもよい。
【００７７】
また、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定する前に、単一の投影レンズ１８の所定の部分の各々の投影倍率を測定し、測定された投影倍率に基づいて、投影マスク１５の開口部１６の大きさを調整する。その結果、単一の投影レンズ１８の所定の部分の各々を透過するレーザ光１４によってレーザアニール処理される範囲が略同一となるため、それにより薄膜トランジスタ２０の特性のばらつきを低減することが可能となる。その後、投影マスク１５において、第１開口部から所定数以降の開口部の透過率を所定値以下に設定することにより、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００７８】
上記の通り、本発明の第２の実施形態では、単一の投影レンズを用いた場合であっても、投影マスク１５に含まれる所定の開口部１５０の透過率を所定値以下とすることにより、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜を再溶解しない。その結果、第１開口部から所定数以降の開口部１５０を透過するレーザ光は、ポリシリコン薄膜の微結晶を成長させ、該ポリシリコン薄膜の結晶を大きくすることができる。したがって、一度形成したポリシリコン薄膜２２が完全融解せず、ポリシリコン薄膜の結晶を成長させることができ、ポリシリコン薄膜２２の再結晶化を最適化することが可能となる。
【００７９】
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」「直交」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「垂直」「平行」「平面」「直交」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」「実質的に直交」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
【００８０】
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
【００８１】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上記実施の形態に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０  レーザ照射装置
１１  レーザ光源
１２  カップリング光学系
１３  マイクロレンズアレイ
１４  レーザ光
１５  投影マスク
１６  開口部（透過領域）
１７  マイクロレンズ
１８  投影レンズ
２０  薄膜トランジスタ
２１  アモルファスシリコン薄膜
２２  ポリシリコン薄膜
２３  ソース
２４  ドレイン
３０  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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