【課題】従来よりも大きな角型結晶を得る。
【解決手段】マスクには、レーザ光の照射によって略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が形成するように種結晶形成用マスク要素群のスリットが配置され、種結晶中の特定位置を原点とするＸ−Ｙ直交座標系について、ｋを１から４の自然数とし、第ｋ象限におけるＸ軸正方向をｋＸ＋、Ｘ軸負方向をｋＸ−、Ｙ軸正方向をｋＹ＋、Ｙ軸負方向をｋＹ−とすると、種結晶形成用マスク要素群に続く種結晶伸張用マスク要素群を介して照射されるレーザ光の照射タイミングの制御と当該マスクの相対的な移動の制御とにより、略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が、１Ｘ＋、１Ｙ＋、２Ｘ−、２Ｙ＋、３Ｘ−、３Ｙ−、４Ｘ＋、および４Ｙ−の各方向に伸張するように、種結晶伸張用マスク要素群のスリットが配置される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザ光の照射により結晶を形成するレーザ結晶化装置、この装置に用いられるマスク、レーザ結晶化方法、結晶材、および半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造技術として、ガラス基板上にシリコン薄膜を生成したシリコン薄膜を用いて半導体デバイスを製造するＳＯＧ（System on Glass）技術が注目されている。また、シリコン薄膜を生成する技術として、ラテラル成長法に分類されるレーザ結晶化技術が知られている。このレーザ結晶化技術を用いると、結晶の成長方向に方位が揃った結晶長の長い結晶が得られるため、当該レーザ結晶化技術は特に注目を集めている。
【０００３】
また、上記ラテラル成長法の１つとして、マスクのスリットを通過したパルスレーザ光をシリコン薄膜に対して照射することによって、レーザ光の照射領域におけるシリコン薄膜を厚さ方向の全域に亘って溶融し、その後に結晶成長させる成長工程を繰り返して結晶化を行うＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）方法が知られている。
【０００４】
特許文献１には、当該ＳＬＳ方法の一様式が開示されている。具体的には、特許文献１では、微細幅のパルスレーザ光をシリコン薄膜に照射することによって、シリコン薄膜をパルスレーザ光の照射領域の厚さ方向の全域に亘って溶融させ、その後、凝固させることによって結晶化を行っている。
【０００５】
図９６は、特許文献１に記載されている形態のマスク１０１を示した図である。マスク１０１には、横長の長尺状スリット（開口部）と遮光部とからなるスリットパターンが形成された第１〜第ｎのマスク要素（マスク要素の長さ：Ｍ）が、第１マス要素ク１０１−１、第２マスク要素１０１−２、…、第ｎマスク要素１０１−ｎ（同図の例では、ｎ＝４）の順に設けられている。この第１〜第ｎマスク要素の各々を介したレーザ光の照射によって、被照射物８０上に、それぞれ、第１〜第ｎの照射領域が形成される。
【０００６】
また、第１〜第ｎの各マスク要素においては、同図に示すとおり、スリット１０１−１ａ、スリット１０１−２ａ、…、スリット１０１−４ａといったように階段状に各スリットが配置されている（以下、スリット１０１−１ａからスリット１０１−４ａをスリットグループ１０１ａと称する）。また、マスク１０１においては、同図に示すとおり、スリット１０１−１ｂ、スリット１０１−２ｂ、…、スリット１０１−４ｂといったように階段状にスリットが配置されている（以下、スリット１０１−１ｂからスリット１０１−４ｂをスリットグループ１０１ｂと称する）。
【０００７】
さらに、このような階段状のスリットグループが、１０１ａ、１０１ｂといった順に、上下方向（同図の矢印方向と垂直な方向）に整列されている。また、同図の矢印方向へのマスク１０１の相対的な移動によって、スリットグループ１０１ａ中の最上部（階段の最後部）のスリット１０１−４ａによるレーザ照射領域が、その上部に位置するスリットグループ１０１ｂ中の最下部（階段の最下部）のスリット１０１−１ｂにより形成されていた照射領域と一部重複するように、スリットグループ１０１ａとスリットグループ１０１ｂとが形成されている。
【０００８】
図９７は、マスク１０１を用いて結晶を成長させる過程における結晶の成長状態を示した図である。
【０００９】
ここで、図９７（ａ）は、上記マスク１０１によって、基板８０上（詳しくはシリコン薄膜上）に形成されるレーザ光の照射パターンを示した図である。このような照射パターンを有するレーザ光の照射（第１照射）により、図９７（ｂ）に示すとおり、スリットを介してレーザ光が照射される各位置において結晶成長が起こる。この結晶成長の際しては、マスクの相対移動の向きと垂直となる方向（Ｙ軸方向）におけるスリットの端部（図９７（ａ）の上端および下端）に対応する領域から、スリットの中央部に対応する領域に向けて結晶成長が起こる。なお、図９７（ｂ）は、図９７（ａ）に示した照射パターンを有するレーザ光によって、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００１０】
図９８は、図９７に示した基板８０上の第１０１領域において、成長する結晶の状態を、図９７に対応付けて示した図である。
【００１１】
ここで、図９８（ａ）は、上記第１照射によって、第１０１領域に形成される結晶を示した図である。同図に示すとおり、スリット１０１−１ａに対応する領域に結晶１０１−Ａが形成され、スリット１０１−１ｂに対応する領域に結晶１０１−Ｂが形成される。なお、図中の結晶１０１−Ａおよび結晶１０１Ｂ内の縦線（マスクの相対移動の向きに垂直な線）は、結晶の成長方向に沿って生じる結晶粒界を模式的に示したものである。また、スリットの上記両端部に対応する位置から各々中央に向けて成長した結晶同士は、スリットの中央に対応する位置で衝突し、その結果、同図に示すとおり、２本の横線として示した、突起部であるリッジ１０１−ＡＲおよびリッジ１０１−ＢＲが形成される。
【００１２】
図９７（ｃ）は、マスク１０１を基板８０に対して図９７（ａ）の矢印の向きにマスク要素の長さＭだけ相対的に移動させた後、レーザ光を照射（第２照射）した場合に、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００１３】
このような第２照射によって、上記第１照射で形成された結晶１０１−Ａと一部が重なる領域と、結晶１０１−Ｂと一部が重なる領域とに対して、レーザ光の照射が行われる。その結果、結晶１０１−Ａのリッジ１０１−ＡＲと、結晶１０１−Ｂのリッジ１０１−ＢＲとを消し去りながら、結晶１０１−ＡについてＹ方向の結晶成長（引継ぎ成長）と、結晶１０１−ＢについてＹ方向の結晶成長が起こる。このため、図９８（ｂ）に示すように結晶１０２−Ａと結晶１０２−Ｂとが形成される。
【００１４】
以後、同様の移動と照射との動作を繰り返すことにより、図９７（ｄ）、図９７（ｅ）、図９８（ｃ）、および図９８（ｄ）に示すとおり、スリットグループ１０１ａによるレーザ照射領域がＹ方向に順次重なるとともに、スリットグループ１０１ｂによるレーザ照射領域がＹ軸方向に順次重なる。その結果、第１照射により形成された結晶１０１−Ａおよび結晶１０１−Ｂを種結晶として、図９８（ｄ）に示すとおり、Ｙ軸方向に順次引継ぎ成長した最終結晶１０４−Ａと最終結晶１０４−Ｂとが形成される。
【００１５】
しかしながら、特許文献１に記載のＳＬＳ法では、上述したスリットの移動とレーザ光の照射とを繰り返すことにより、当該移動の向きと垂直の方向が長手方向となる細長い結晶が形成される。このため、このような結晶を用いてＴＦＴ（Thin Film Transistor）を作製した場合、ＴＦＴの電流が流れる方向と結晶の長手方向とがなす角度によって、ＴＦＴ特性は大幅に異なることになる。具体的には、ＴＦＴの電流が流れる方向と成長結晶の長手方向とが平行であるとき、ＴＦＴ特性は最も良好となるのに対し、ＴＦＴの電流が流れる方向と成長結晶の長手方向とが垂直であるとき、ＴＦＴ特性は最も悪くなる。このように、ＳＬＳ法により結晶化した場合、結晶の異方性に起因して、均一なＴＦＴ特性を得ることができない。
【００１６】
これに対し、特許文献２には、特許文献１とは異なるスリットが形成されたマスクを用いたレーザ結晶化技術が開示されている。この特許文献２には、異なるスリットが形成されたマスクを用いることにより、結晶の短手方向にも結晶成長した角型結晶の形成が可能になり、その結果、上記異方性を改善できることが記載されている。
【００１７】
図９９は、特許文献２に記載されている形態のマスク２０１を示した図である。マスク２０１には、長尺状スリット（開口部）と遮光部とからなるスリットパターンが形成された第１〜第４のマスク要素（マスク要素の長さ：Ｍ）が、第１マスク要素２０１−１、第２マスク要素２０１−２、第３マスク要素２０１−３、第４マスク要素２０１−４の順に設けられている。この第１〜第４マスク要素の各スリットを介したレーザ光の照射によって、基板８０上（詳しくはシリコン薄膜上）に、それぞれ、第１〜第４の照射領域が形成される。
【００１８】
また、マスク２０１においては、同図に示すとおり、横長（マスクの相対的な移動の向きが長手）のスリット２０１−１ａおよび横長のスリット２０１−３ａ（スリットグループｈ−２０１ａと称する）と、横長のスリット２０１−１ｂおよび横長のスリット２０１−３ｂ（スリットグループｈ−２０１ｂと称する）と、縦長（マスクの相対的な移動の向きが短手）のスリット２０１−２ａおよび縦長のスリット２０１−４ａ（スリットグループｖ−２０１ａと称する）と、縦長のスリット２０１−２ｂおよび縦長のスリット２０１−４ｂ（スリットグループｖ−２０１ａと称する）とが配置されている。
【００１９】
さらに、横長のスリットグループが、ｈ−２０１ａ、ｈ−２０１ｂといった順に、上下方向（同図の矢印方向と垂直な方向）に整列され、縦長のスリットグループが、ｖ−２０１ａ、ｖ−２０１ｂといった順に、左右方向（同図の矢印方向）に整列されている。
【００２０】
また、マスク２０１を同図の矢印方向へ２Ｍだけ相対移動することによって、第３マスク要素２０１−３のスリット２０１−３ａによるレーザ照射領域が、第１マスク要素２０１−１のスリット２０１−１ａおよびスリット２０１−１ｂによるレーザ照射領域の両方と一部が重畳するように配置されている。さらに、マスク２０１を同図の矢印の向きへＭだけ相対移動することによって、第４マスク要素２０１−４のスリット２０１−４ａによるレーザ照射領域が、第２マスク要素２０１−２のスリット２０１−２ａおよびスリット２０１−２ｂによるレーザ照射領域の両方と一部が重畳するように配置されている。
【００２１】
図１００は、マスク２０１を用いて結晶を成長させる過程における結晶の成長状態を示した図である。
【００２２】
ここで、図１００（ａ）は、上記マスク２０１によって、基板８０上（詳しくはシリコン薄膜上）に形成されるレーザ光の照射パターンを示した図である。このような照射パターンを有するレーザ光の照射（第１照射）により、図１００（ｂ）に示すとおり、スリットを介してレーザ光が照射される各位置において結晶成長が起こる。この結晶成長の際しては、マスクの相対移動の向きと垂直となる方向（Ｙ軸方向）におけるスリットの端部（図１００（ａ）の上端および下端）に対応する領域から、スリットの中央部に対応する領域に向けて結晶成長が起こる。なお、図１００（ｂ）は、図１００（ａ）に示した照射パターンを有するレーザ光によって、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００２３】
図１０１は、図１００に示した基板８０上の第２０１領域において、成長する結晶の状態を、図１００に対応付けて示した図である。
【００２４】
ここで、図１０１（ａ）は、上記第１照射によって、第２０１領域に形成される結晶を示した図である。同図に示すとおり、スリット２０１−１ａに対応する領域に結晶２０１−Ａが形成され、スリット２０１−１ｂに対応する領域に結晶２０１−Ｂが形成される。なお、図中の結晶２０１−Ａおよび結晶２０１Ｂ内の縦線（マスクの相対移動の向きに垂直な線）は、結晶の成長方向に沿って生じる結晶粒界を模式的に示したものである。また、スリットの上記両端部に対応する位置から各々中央に向けて成長した結晶同士は、スリットの中央に対応する位置で衝突し、その結果、同図に示すとおり、２本の横線として示した、突起部であるリッジ２０１−ＡＲおよびリッジ２０１−ＢＲが形成される。
【００２５】
図１００（ｃ）は、マスク２０１を基板８０に対して図１００（ａ）の矢印の向きにマスク要素の長さＭだけ相対的に移動させた後、レーザ光を照射（第２照射）した場合に、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００２６】
このような第２照射によって、図１００に示す第２０１領域においては、第２マスク要素２０１−２のスリット２０１−２ａとスリット２０１−２ｂとによるレーザ照射が行われる。これにより、第１照射で形成された結晶２０１−Ａと交差した形で結晶２０２−Ａが形成されるとともに、結晶２０１−Ｂと交差した形で結晶２０２−Ｂが形成される。
【００２７】
また、図１０１（ａ）のＹ軸方向に成長した結晶２０１−Ａと２０１−Ｂとについて、同図のＸ軸方向とＹ軸方向とにおける結晶成長（引継ぎ成長）が起こる。その結果、図１０１（ｂ）に示すとおり、矩形状の種結晶２０２−１、種結晶２０２−２、…、種結晶２０２−６が形成される。ここで種結晶とは、結晶内にリッジを含まない結晶（つまり、リッジで囲まれた結晶）を指す。より詳しくは、種結晶とは、連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた結晶を指す。
【００２８】
図１００（ｄ）は、マスク２０１を基板８０に対して図１００（ａ）の矢印の方向にマスク要素の長さＭだけさらに相対的に移動させた後、レーザ光を照射（第３照射）した場合に、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００２９】
このような第３照射によって、図１００に示す第２０１領域においては、第３マスク要素２０１−３のスリット２０１−３ａとスリット２０１−３ｂとによるレーザ照射が行われる。これにより、図１００（ｄ）に示すとおり、第１照射で形成された結晶２０１−Ａと結晶２０１−Ｂとの両方に一部重畳して、結晶２０３−Ａが形成されるとともに、第１照射で形成された結晶２０１−Ｂに一部重畳して、結晶２０３−Ｂが形成される。
【００３０】
その結果、種結晶２０２−１、種結晶２０２−２、…、種結晶２０２−６といった種結晶について、Ｙ軸方向において結晶成長（引継ぎ成長）が起こる。これにより、図１０１（ｃ）に示すとおり、種結晶よりも大きな、角型結晶２０３−１、角型結晶２０３−２、…、角型結晶２０３−６といった角型結晶が形成される。
【００３１】
図１００（ｅ）は、マスク２０１を基板８０に対して図１００（ａ）の矢印の方向にマスク要素の長さＭだけさらに相対的に移動させた後、レーザ光を照射（第４照射）した場合に、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【００３２】
このような第４照射によって、図１００に示す第２０１領域においては、第４マスク要素２０１−４のスリット２０１−４ａとスリット２０１−４ｂとによるレーザ照射が行われる。
【００３３】
これにより、図１００（ｅ）に示すとおり、第２照射で形成された結晶２０２−Ａと結晶２０２−Ｂとの両方に一部重畳して、結晶２０４−Ａが形成されるとともに、第２照射で形成された結晶２０１−Ｂに一部重畳して、結晶２０４−Ｂが形成される。
【００３４】
その結果、結晶２０３−１、結晶２０３−２、…、結晶２０３−６といった結晶について、Ｘ軸方向において結晶成長（引継ぎ成長）が起こる。これにより、図１０１（ｄ）に示すとおり、種結晶よりも大きな、角型結晶２０４−１、角型結晶２０４−２、…、角型結晶２０４−９といった角型結晶が形成される。
【００３５】
このように、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法によれば、第１照射および第２照射の照射パターンが交差する領域に形成される結晶を種結晶として、この種結晶を、第３照射および第４照射の照射パターンにより拡大することができる。これにより、特許文献１に記載のレーザ結晶化方法によって得られる結晶に比べ、Ｘ軸方向にも結晶成長した角型結晶を作製することが可能となる。そして、このような結晶を用いてＴＦＴを作成すれば、ＴＦＴの電流が流れる方向によらず、均一な特性のＴＦＴを得ることができる。
【特許文献１】特開２００３−５１４４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
ここで、図１０１（ｄ）に示した角型結晶２０４−１に着目し、結晶２０１−１が当該角型結晶２０４−１に成長する過程について図１０２〜図１０５に基づき説明する。
【００３７】
図１０２は、上記第１照射により形成される結晶２０１−１を示した図である。また、図１０３は、上記第２照射により形成される結晶２０２−１を示した図である。また、図１０４は、上記第３照射により形成される結晶２０３−１を示した図である。また、図１０５は、上記第４照射により形成される結晶２０４−１を示した図である。
【００３８】
なお、図１０２〜図１０５においては、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【００３９】
図１０２における結晶２０１−１は、上記第１照射により、同図の矢印の向きに、上述した照射領域の端部から中央部に向かって成長した針状結晶である。次に、上記第２照射によって、図１０３に示すとおり、結晶２０１−１が同図の左向きに伸張され、矩形状の種結晶２０２−１が形成される。さらに、上記第３照射によって、図１０４に示すとおり、種結晶２０２−１が同図の上向きに伸張され、結晶２０３−１が形成される。そして、上記第４照射によって、図１０５に示すとおり、結晶２０３−１が同図の右向きに伸張され、最終的に角型結晶２０４−１が形成される。これにより、結晶化が完了する。なお、図１０６は、種結晶と、最終的に形成される角型結晶（角型結晶２０４−１）との関係を示した図である。
【００４０】
図１０７は、第１照射と第２照射とによって形成される種結晶２０２−１の図心Ｐを原点とするＸ−Ｙ直交座標系を示した図である。ここでは、マスクの相対移動の向きと逆（つまり、ステージの移動の向き）である、図１０２〜図１０５の各図における右向きをＸ軸方向の正の向きとし、当該各図における上向きをＹ軸方向の正の向きとする。
【００４１】
さらに、図１０７に示すとおり、Ｘ−Ｙ直交座標系における第ｋ象限（ｋ＝１，２，３，４）におけるＸ軸方向の正の向きをｋＸ＋と、Ｘ軸方向の負の向きをｋＸ−と、Ｙ軸方向の正の向きをｋＹ＋と、Ｙ軸方向の負の向きをｋＹ−として表記する。また、Ｘ軸方向の正の向きである１Ｘ＋と４Ｘ＋とをまとめてＸ＋と、Ｘ軸方向の負の向きである２Ｘ−と３Ｘ−とをまとめてＸ−と、Ｙ軸方向の正の向きである１Ｙ＋と２Ｙ＋とをまとめてＹ＋と、Ｙ軸方向の負の向きである３Ｙ−と４Ｙ−とをまとめてＹ−と表記する。
【００４２】
また、同図に示すとおり、Ｘ軸方向の正の向きを示すＸ＋とＸ軸方向の負の向きとを示すＸ−とをまとめてＸと、Ｙ軸方向の正の向きを示すＹ＋とＹ軸方向の負の向きを示すＹ−とをまとめてＹと表記する。つまり、Ｘは、Ｘ軸方向（正の向きと負の向きとを含む）を示し、Ｙは、Ｙ軸方向（正の向きと負の向きとを含む）を示している。
【００４３】
図１０７に示した方向および向きの定義を用いれば、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法において種結晶が伸張される向きは、図１０２〜図１０６に示すとおり、第１象限については１Ｘ＋と１Ｙ＋との２つの向きであるが、第２象限は２Ｙ＋の１つの向きのみ、第４象限は４Ｘ＋の１つの向きのみにしか伸張されず、第３象限に至ってはまったく伸張されない。
【００４４】
このように、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法では、種結晶は、伸張されうる８つの向きのうち、４つの向き（１Ｘ＋，４Ｘ＋，１Ｙ＋，２Ｙ＋）のみにしか伸張されない。言い換えれば、種結晶は、Ｘ軸方向の正の向き（１Ｘ＋，４Ｘ＋）と、Ｙ軸方向の正の向き（１Ｙ＋，２Ｙ＋）とにしか伸張されない。
【００４５】
図１０２〜図１０５においては、図１０１における角型結晶２０４−１の形成過程について説明したが、他の角型結晶（２０４−２〜２０４−６）についても、角型結晶２０４−１と同様に考えることにより、以下のことが言える。
【００４６】
角型結晶２０４−２は、第２象限へは種結晶が拡大されず、種結晶が伸張されうる８方向のうち４方向のみにしか拡大されない。また、角型結晶２０４−３は、第３象限へは種結晶が伸張されず、種結晶が拡大されうる８方向のうち４方向のみにしか伸張されない。また、角型結晶２０４−４は、第４象限へは種結晶が伸張されず、種結晶が伸張されうる８方向のうち４方向のみにしか拡大されない。また、角型結晶２０４−５は、第１象限へは種結晶が伸張されず、種結晶が伸張されうる８方向のうち４方向のみにしか拡大されない。また、角型結晶２０４−６は、第４象限へは種結晶が伸張されず、種結晶が伸張されうる８方向のうち４方向のみにしか伸張されない。
【００４７】
このように、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法は、第１照射および第２照射によって形成された種結晶を第３照射と第４照射とによって伸張する際に、種結晶が伸張されうる８方向のうち４方向のみに種結晶を伸張するレーザ結晶化方法である。
【００４８】
つまり、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法は、種結晶毎に考えると、種結晶を、以下の（１）〜（４）のいずれか１つに示される向きに伸張する方法である。
（１）Ｘ軸方向の正の向き（１Ｘ＋，４Ｘ＋）およびＹ軸方向の正の向き（１Ｙ＋，２Ｙ＋）
（２）Ｘ軸方向の正の向き（１Ｘ＋，４Ｘ＋）およびＹ軸方向の負の向き（３Ｙ−，４Ｙ−）
（３）Ｘ軸方向の負の向き（２Ｘ−，３Ｘ−）およびＹ軸方向の正の向き（１Ｙ＋，２Ｙ＋）
（４）Ｘ軸方向の負の向き（２Ｘ−，３Ｘ−）およびＹ軸方向の負の向き（３Ｙ−，４Ｙ−）
このため、スリットの幅が固定された値であれば、スリットの幅やレーザ光が重畳して照射される領域の幅などによって決まる大きさの角型結晶しか得られない。
【００４９】
ここで、図１００のマスク２０１のスリットより広い幅のスリットを用いた場合には、図１００のマスク２０１のスリットを用いた場合に比べて、第１照射による照射パターンと第２照射による照射パターンとが交差する領域は広くなる。このため、この交差する領域に形成された結晶を伸張させることにより、より大きな角型結晶を形成することが可能である。
【００５０】
しかしながら、図１００のマスク２０１のスリットより広い幅のスリットを用いる際には、十分な長さの結晶成長距離を得るために、図１００のマスク２０１のスリットを用いる場合より高い照射エネルギーでレーザ光を照射する必要がある。しかしながら、レーザ光の照射エネルギーを高くしすぎると、基板にダメージが生じたり、膜剥離が生じたりするおそれがある。
【００５１】
また、１回のレーザ光の照射における結晶成長距離が長くなるほど、結晶幅が不均一になる傾向がある。このため、第１照射による照射パターンと第２照射による照射パターンとが交差する領域において、第１照射により形成した結晶を、第２照射により引き継ぎ成長させて種結晶を作成する際に、種結晶に割れ（粒割れ）が発生しやすくなる。また、このような粒割れを含んだ種結晶を、第３照射および第４照射により伸張させても、結晶性の悪い角型結晶しか得られない。
【００５２】
このように、幅広のスリットを用いる場合においても、スリットの幅を広くすることには限度があるため、得られる角型結晶の大きさには限界がある。
【００５３】
それゆえ、特許文献２に記載のレーザ結晶化方法によって形成した角型結晶を用いてＴＦＴを作製したした場合、ＴＦＴのチャネル領域の大きさによっては、チャネル内に多数の結晶粒界を含むことになる。したがって、このような場合、特性の低いＴＦＴしか得ることができい。
【００５４】
本願発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、従来よりも大きな角型結晶を形成可能な、マスク、レーザ結晶化装置、レーザ結晶化方法、結晶材、および半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５５】
本発明のある局面に従うと、マスクは、開口部を有し、当該開口部を介して、相対的に移動する被処理物に対してレーザ光を照射することによって、被処理物上に照射パターンを形成するためのマスクであって、移動方向に沿って配された、種結晶形成用マスク要素群と種結晶伸張用マスク要素群とを備え、レーザ光の照射によって略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が形成するように、種結晶形成用マスク要素群の開口部が配置され、種結晶中の特定位置を原点とするＸ−Ｙ直交座標系について、ｋを１から４の自然数とし、第ｋ象限におけるＸ軸正方向をｋＸ＋と、Ｘ軸負方向をｋＸ−と、Ｙ軸正方向をｋＹ＋と、Ｙ軸負方向をｋＹ−とすると、種結晶形成用マスク要素群に続く種結晶伸張用マスク要素群を介して照射されるレーザ光の照射タイミングの制御と、移動の制御とにより、形成された略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が、１Ｘ＋、１Ｙ＋、２Ｘ−、２Ｙ＋、３Ｘ−、３Ｙ−、４Ｘ＋、および４Ｙ−の各方向に伸張するように、種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されている。
【００５６】
また、前記１Ｙ＋および前記２Ｙ＋の２方向、前記２Ｘ−および前記３Ｘ−の２方向、前記３Ｙ−および前記４Ｙ−の２方向、ならびに前記１Ｘ＋および前記４Ｘ＋の２方向のうち、少なくともいずれか１つの２方向に前記種結晶を同時伸張するように、前記種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されていることが好ましい。
【００５７】
また、種結晶形成用マスク要素群は、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、ｎを１以上の自然数とすると、上記Ｙ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−３開口部を有する第４ｎ−３伸張マスク要素と、上記Ｙ−方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−２開口部を有する第４ｎ−２伸張マスク要素と、上記Ｘ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−１開口部を有する第４ｎ−１伸張マスク要素と、上記Ｘ−方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ開口部を有する第４ｎマスク要素とを備えることが好ましい。
【００５８】
また、前記第４ｎ−３開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、前記第４ｎ−２開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、前記第４ｎ−１開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、前記第４ｎ開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されていることが好ましい。
【００５９】
また、ｓを１以上の自然数、第ｓ伸張マスク要素の第ｓ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｓ照射パターンとすると、ｎの値が１のときの第１照射パターンは、少なくとも第１象限および第２象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第２照射パターンは、少なくとも第３象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第３照射パターンは、少なくとも第１象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第４照射パターンは、少なくとも第２象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なるように、第１〜４開口部が配置されていることが好ましい。
【００６０】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素と第４ｎ−２伸張マスク要素と第４ｎ−１伸張マスク要素と第４ｎ伸張マスク要素との各マスク要素に関し、ｎの値がｋであるときのマスク要素をｋ番目のマスク要素とし、ｎの値がｋ＋１であるときのマスク要素をｋ＋１番目のマスク要素とし、さらに、ｋ番目のマスク要素の開口部をｋ番目の開口部と、ｋ＋１番目のマスク要素の開口部をｋ＋１番目の開口部と、ｋ番目の開口部の第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目の中心線とし、ｋ番目の開口部の第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目の中心線とすると、第４ｎ−３伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目の開口部の一部が、第２方向の前記一方の向き側において第１方向におけるｋ番目の中心線と重なり、第４ｎ−２伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目の開口部の一部が、第２方向の前記他方の向き側において第１方向におけるｋ番目の中心線と重なり、第４ｎ−１伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目の開口部の一部が、第１方向の前記一方の向き側において第２方向におけるｋ番目の中心線と重なり、第４ｎ伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目の開口部の一部が、第１方向の前記他方の向き側において第２方向におけるｋ番目の中心線と重なることが好ましい。
【００６１】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素とが、ｎの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００６２】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素とが、ｎの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００６３】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００６４】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００６５】
また、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第４ｎ−３伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００６６】
また、種結晶伸張用マスク要素群は、ｎを１以上の自然数とすると、Ｙ＋方向に種結晶を伸張させるための第２ｎ−１のＡ開口部およびＹ−方向に種結晶を伸張させるための第２ｎ−１のＢ開口部を有する第２ｎ−１伸張マスク要素と、Ｘ＋方向に種結晶を伸張させるための第２ｎのＡ開口部およびＸ−方向に種結晶を伸張させるための第２ｎのＢ開口部を有する第２ｎ伸張マスク要素とを備えることが好ましい。
【００６７】
また、第２ｎ−１のＡ開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、第２ｎ−１のＢ開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されるとともに、第２ｎ−１のＡ開口部に平行に配され、第２ｎのＡ開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、第２ｎのＢ開口部の各開口部は、ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されるとともに、第２ｎのＡ開口部に平行に配されていることが好ましい。
【００６８】
また、ｔを１以上の自然数、第ｔ伸張マスクの第ｔのＡ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｔＡ照射パターンと、第ｔ伸張マスクの第ｔのＢ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｔＢ照射パターンとすると、ｎの値が１のときの第１Ａ照射パターンは、少なくとも第１象限および第２象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第１Ｂ照射パターンは、少なくとも第３象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第２Ａ照射パターンは、少なくとも第１象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、ｎの値が１のときの第２Ｂ照射パターンは、少なくとも第２象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なるように、開口部が配置されていることが好ましい。
【００６９】
また、第２ｎ−１伸張マスク要素と第２ｎ伸張マスク要素とに関し、ｎの値がｋであるときのマスク要素をｋ番目のマスク要素とし、ｎの値がｋ＋１であるときのマスク要素をｋ＋１番目のマスク要素とし、さらに、ｋ番目のマスク要素の２つの開口部をｋ番目のＡの開口部とｋ番目のＢの開口部と、ｋ＋１番目のマスク要素の前記２つの開口部をｋ＋１番目のＡの開口部とｋ＋１番目のＢの開口部とし、さらに、ｋ番目のＡの開口部の第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目のＡの中心線と、ｋ番目のＡの開口部の前記第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目のＡの中心線と、ｋ番目のＢの開口部の第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目のＢの中心線と、ｋ番目のＢの開口部の第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目のＢの中心線とすると、第２ｎ−１伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目のＡの開口部の一部が、第２方向の前記一方の向き側において第１方向におけるｋ番目のＡの中心線と重なり、かつｋ＋１番目のＢの開口部の一部が、第２方向の前記他方の向き側において第１方向におけるｋ番目のＢの中心線と重なり、第２ｎ伸張マスク要素に関しては、ｋ＋１番目のマスク要素は、ｋ番目のマスク要素に対し種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、ｋ＋１番目のＡの開口部の一部が、第１方向の前記一方の向き側において第２方向におけるｋ番目のＡの中心線と重なり、かつｋ＋１番目のＢの開口部の一部が、第１方向の前記他方の向き側において第２方向におけるｋ番目のＢの中心線と重なることが好ましい。
【００７０】
また、第２ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第２ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第２ｎ伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第２ｎ伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００７１】
また、第２ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第２ｎ伸張マスク要素についてのｋ番目のマスク要素と、第２ｎ−１伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素と、第２ｎ伸張マスク要素についてのｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されていることが好ましい。
【００７２】
また、種結晶形成用マスク要素群は、移動方向に沿って配された、第１方向に伸びた第１開口部を有する第１マスク要素と、第２方向に伸びた第２開口部を有する第２マスク要素とを備えることが好ましい。
【００７３】
また、種結晶形成用マスク要素群は、移動方向に沿って配された、第１方向に伸びた開口部を１つ以上有する第１形成マスク要素と、第２方向に伸びた開口部を１つ以上有する第２形成マスク要素とを備えることが好ましい。
【００７４】
また、種結晶形成用マスク要素群における各マスク要素の各開口部と、種結晶伸張用マスク要素群における各マスク要素の各開口部とが、矩形であることが好ましい。
【００７５】
また、種結晶形成用マスク要素群における各マスク要素の各開口部が、円形状であり、種結晶伸張用マスク要素群における各マスク要素の各開口部が、矩形であることが好ましい。
【００７６】
また、第２方向は第１方向に対して垂直な方向であることが好ましい。
また、前記１Ｘ＋および前記１Ｙ＋の２方向、前記２Ｘ−および前記２Ｙ＋の２方向、前記３Ｘ−および前記３Ｙ−の２方向、ならびに前記４Ｘ＋および前記４Ｙ−の２方向のうち、少なくともいずれか１つの２方向に前記種結晶を同時伸張するように、前記種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されていることが好ましい。
【００７７】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ結晶化装置は、上記マスクと、上記レーザ光を照射するレーザ光照射装置と、上記被処理物を前記マスクに対して相対的に移動させる移動装置と、照射と移動とを制御する制御装置とを備える。
【００７８】
また、レーザ結晶化装置は、レーザ光照射装置が照射する一回あたりのレーザ光のエネルギー量が、基板上の被処理物を当該被処理物の厚み方向に亘り溶融させるエネルギー量であることが好ましい。
【００７９】
また、レーザ結晶化装置は、上記レーザ光を第１レーザ光とすると、当該第１レーザ光とは異なる第２レーザ光を前記被処理物に対して照射する第２レーザ光照射装置をさらに備え、第１レーザ光の照射とともに、第１レーザ光が照射されている領域対して第２レーザ光の照射を行うことが好ましい。
【００８０】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ結晶化方法は、開口部を介してレーザ光を相対的に移動する被処理物に照射することにより、結晶粒を形成するレーザ結晶化方法であって、連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を、被処理物上に形成する種結晶形成ステップと、種結晶の特定位置を原点としたＸ−Ｙ直交座標系について、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、さらに被処理物の相対的な移動方向をＸ＋とすると、種結晶を、Ｘ＋とＸ−とＹ＋とＹ−とに、伸張させるための種結晶伸張ステップとを含む。
【００８１】
また、種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋とＸ−とにおける結晶の伸張が終了した後に、Ｙ＋とＹ−とにおける結晶の伸張を行うことが好ましい。
【００８２】
また、種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋およびＸ−における結晶の伸張と、Ｙ＋およびＹ−における結晶の伸張とを交互に行うことが好ましい。
【００８３】
また、種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋の伸張とＸ−の伸張とを同時に行うことが好ましい。
【００８４】
また、種結晶形成ステップでは、少なくとも２つの種結晶を形成し、種結晶伸張ステップでは、形成された種結晶を所定方向に伸張して得られた伸張途中の２つの結晶であって、所定方向において隣合う２つの結晶について、所定方向への最後の伸張を行う際に、一つの開口部を用いて同時に伸張させることが好ましい。
【００８５】
また、上記種結晶形成ステップと、上記種結晶伸張ステップと、上記移動方向に対して垂直な方向へ被処理物を相対的に移動させる移動ステップとを繰り返すことが好ましい。

また、種結晶伸張ステップでは、形成された種結晶を上記移動方向と上記垂直な方向とに伸張して得られた伸張途中の第１結晶と、垂直な方向において隣合う伸張途中の第２結晶について、垂直な方向への最後の伸張を行う際に、一つの開口部を用いて第１結晶と第２結晶とを同時に伸張させることが好ましい。
【００８６】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ結晶化方法は、開口部を介してレーザ光を相対的に移動する被処理物に照射することにより、結晶粒を形成するレーザ結晶化方法であって、連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を、被処理物上に形成する種結晶形成ステップと、種結晶の特定位置を原点としたＸ−Ｙ直交座標系について、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、さらに被処理物の相対的な移動方向をＸ＋とすると、種結晶を、座標系における第１象限においてはＸ＋とＹ＋とに、座標系における第２象限においてはＸ−とＹ＋とに、座標系における第３象限においてはＸ−とＹ−とに、座標系における第４象限においてはＸ＋とＹ−とに、伸張させるための種結晶伸張ステップとを含む。
【００８７】
本発明のさらに他の局面に従うと、結晶材は、上記のレーザ結晶化方法によって形成された結晶粒を含んでいる。
【００８８】
本発明のさらに他の局面に従うと、半導体素子は、上記結晶材における結晶粒中にチャネル領域を有するトランジスタを含んでいる。
【発明の効果】
【００８９】
上記マスク、レーザ結晶化装置、レーザ結晶化方法を用いることにより、従来に比べて巨大な角型結晶を得ることができる。このため、チャネルサイズが大きなＴＦＴであってもＴＦＴの特性が低くなることがなく、従来のＴＦＴに比べて高性能なＴＦＴを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態にかかるレーザ光照射装置について、図１から図７０に基づいて説明すると、以下のとおりである。
【００９１】
図１は、レーザ結晶化装置１の概略構成を示した図である。
レーザ結晶化装置１は、同図に示すとおり、レーザ光発振器１０と、可変減衰器１１と、ミラー１２と、ミラー１３と、照明光学素子１４と、マスク１５と、結像レンズ１６と、ミラー１７と、ステージ１８と、制御装置１９とを備えている。また、ステージ１８上には、レーザ光の照射対象となる被処理物２０が載置される。
【００９２】
ここで、レーザ結晶化装置１の各部材１０〜１９の説明に先立ち、被処理物２０について説明する。図２は、被処理物２０の断面を示した断面図である。
【００９３】
被処理物２０は、基板２１と、基板２１上に形成された下地膜２２と、下地膜２２上に形成された非晶質半導体薄膜２３とから構成されている。
【００９４】
基板２１としては、たとえばガラス基板または石英基板等を用いることができる。なかでも、安価である点および大面積基板を容易に製造できる点から、基板２１としてはガラス基板を用いることが好ましい。
【００９５】
下地膜２２は、主として、レーザ光による非晶質半導体薄膜２３についての溶融と結晶化との際に、溶融した非晶質半導体薄膜２３の熱による影響が基板２１に及ばないようにするための膜である。下地膜２２を形成することにより、基板２１から非晶質半導体薄膜２３への不純物の拡散を防止することもできる。下地膜２２としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜等を用いることができる。下地膜２２は、たとえば、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等により、たとえば１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さに形成される。
【００９６】
非晶質半導体薄膜２３は、たとえば、膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、スパッタリング等により生成することができる。非晶質半導体薄膜２３としては、半導体特性を示すものであれば特に限定なく用いることができるが、結晶質半導体膜における結晶成長の長さを長くすることにより種々の特性が顕著に向上する非晶質シリコン膜を用いることが好ましい。非晶質半導体薄膜２３の材質は、シリコンからなる材質に限られるものではなく、ゲルマニウム等の他の元素を含んだシリコンを主成分とする材質を用いることもできる。
【００９７】
次に、レーザ結晶化装置１の各部材１０〜１９について説明する。
レーザ光発振器１０は、パルス発振によりパルスレーザ光を出射する。レーザ光発振器１０は、固体状態にある非晶質半導体薄膜２３への吸収率が高い範囲の波長を有するパルスレーザ光を照射することができるものであれば、特に限定されるものではない。ただし、たとえば紫外域（１ｎｍ以上４００ｎｍ以下）の波長を有するパルスレーザ光を照射できるものであることが好ましい。また、レーザ光発振器１０から照射されるパルスレーザ光の１回の照射あたりのエネルギー量は、固体状態の非晶質半導体薄膜２３の厚さ方向に亘って溶融させるエネルギー量以上としている。たとえば、レーザ光発振器１０から照射されるレーザ光としては、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光を挙げることができる。
【００９８】
可変減衰器１１は、レーザ光の吸収や散乱を通じて、レーザ光発振器１０から出射されたパルスレーザ光のパワーを減衰させる。特に、可変減衰器１１は、外部からの信号もしくは調節つまみによってその減衰量を変化させることができる。可変減衰器１１により減衰されたパルスレーザ光は、ミラー１２に向かって出射される。
【００９９】
ミラー１２は、可変減衰器１１から出射したパルスレーザ光を、ミラー１３の方向へ反射する。
【０１００】
ミラー１３は、ミラー１２により反射されたパルスレーザ光を、照明光学素子１４の方向へ反射する。
【０１０１】
照明光学素子１４は、ホモジナイザやフィールドレンズ（視野レンズ）を備えている。照明光学素子は、ミラー１３により反射されたパルスレーザ光を、所望の寸法に整形し、当該整形したレーザ光を均一の強度のレーザ光として、マスク１５の方向へ出射する。
【０１０２】
マスク１５は、スリット（つまり、開口部）を備えており、照明光学素子１４から出射したパルスレーザ光を、スリットを介して通過させる。なお、マスク１５の詳細については、後述する。
【０１０３】
結像レンズ１６は、マスク１５上の像をレーザ結晶化装置１の光学設計により決定される倍率で非晶質半導体薄膜２３の表面上に結像させる。したがって、マスク１５のスリットと被処理物２０の表面上に照射される像とは相似となる。
【０１０４】
ミラー１７は、結増レンズ１６から出射したパルスレーザ光を被処理物２０の方向へ反射する。
【０１０５】
ステージ１８は、所定の方向に移動可能となっている。
制御装置１９は、レーザ光発振器１０におけるレーザ光の出射のタイミングと、ステージ１８の位置を制御する。
【０１０６】
以上のように、レーザ結晶化装置１においては、レーザ光発振器１０から出射されたレーザ光が、可変減衰器１１と、照明光学素子１４と、マスク１５と、結像レンズ１６とをこの順に通り、ステージ１８上に載置された被処理物２０の表面に対し入射する。
【０１０７】
なお、所定の位置にステージ１８が移動し、かつ所定のタイミングでレーザ光の照射がなされるのであれば、ステージ１８を連続移動させながらレーザ光を被処理物２０に照射する方式としてもよいし、あるいはステージ１８をステップ＆リピートさせながらレーザ光を照射する方式としてもよい。なお、以下では、ステージ１８を連続移動させながらレーザ光を被処理物２０に照射するものとして説明する。
【０１０８】
ここで、マスク１５の詳細について説明する。
図３は、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
【０１０９】
マスク１５は、同図に示すように、スリットである開口部（スリット幅：ＳＷ）と遮光部とからなるスリットパターン（開口部パターン）が形成された第１マスク要素から第ｎマスク要素（マスク要素の長さ：Ｍ）が、第１マスク要素、第２マスク要素、…、第ｎマスク要素（図２の例では、ｎ＝１４）の順に設けられて構成されている。この第１マスク要素から第ｎマスク要素を介したレーザ光の照射によって、被処理物２０上に、それぞれ、第１の照射パターンから第ｎの照射パターンが形成される。なお、スリット幅ＳＷは数μｍ〜１０μｍ程度の値であり、各マスク要素の長さＭは数１００μｍ〜１ｍｍ程度の値である。なお、各マスク要素におけるスリット幅（ＳＷ）は一定である。また、本実施の形態における他の構成のマスクについても、各マスク要素におけるスリット幅は一定である。
【０１１０】
また、マスク１５は、被処理物２０上に種結晶を形成するための種結晶形成用マスク要素群と、当該種結晶を伸張させるための種結晶伸張用マスク要素群とから構成されている。また、種結晶形成用マスク要素群と種結晶伸張用マスク要素群とは、種結晶形成用マスク要素群をマスクの相対的な移動の向き（つまり、ステージ１８の移動の向きと逆の方向）における先頭側として、この順に並んでいる。
【０１１１】
種結晶形成用マスク要素群は、横長（マスクの相対的な移動の向きが長手）のスリットを有する種結晶形成用マスク要素１−１と、縦長（マスクの相対的な移動の向きが短手）のスリットを有する種結晶形成用マスク要素２−１とから構成されている。なお、図３においては、種結晶形成用マスク要素１−１、種結晶形成用マスク要素２−１の順に配置してあるが、これが逆順の配置であってもよい。
【０１１２】
ここで、種結晶形成用マスク群は、略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶を形成するマスク群である。つまり、種結晶形成用マスク群は、内部にリッジを含まない種結晶を形成するマスク群である。さらに、言い換えれば、連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を形成するマスク群である。
【０１１３】
以下では、レーザ結晶化装置１は、マスク１５が距離Ｍ（つまり、マスク要素の長さ）移動する度に、１回だけパルスレーザ光の照射を行うものとする。
【０１１４】
図４は、種結晶形成用マスク要素１−１を用いたレーザ光の照射（第１照射）と、マスク１５が距離Ｍ移動した後の、種結晶形成用マスク要素２−１を用いたレーザ光の照射（第２照射）とによって形成される種結晶２ＡＡの図心Ｐを原点とするＸ−Ｙ直交座標系を示した図である。ここでは、マスクの相対移動の向きと逆の向き（つまり、ステージの移動の向き）きをＸ軸方向の正の向きとし、図３に示したマスク１５の相対移動の向きと垂直なる図の矢印の向き（上向き）をＹ軸方向の正の向きとする。
【０１１５】
さらに、図１０７と同様に、図４に示すとおり、Ｘ−Ｙ直交座標系における第ｋ象限（ｋ＝１、２、３、４）におけるＸ軸方向の正の向き（Ｘ軸正方向）をｋＸ＋と、Ｘ軸方向の負の向き（Ｘ軸負方向）をｋＸ−と、Ｙ軸方向の正の向き（Ｙ軸正方向）をｋＹ＋と、Ｙ軸方向の負の向き（Ｘ軸負方向）をｋＹ−として表記する。また、Ｘ軸方向の正の向きである１Ｘ＋と４Ｘ＋とをまとめてＸ＋と、Ｘ軸方向の負の向きである２Ｘ−と３Ｘ−とをまとめてＸ−と、Ｙ軸方向の正の向きである１Ｙ＋と２Ｙ＋とをまとめてＹ＋と、Ｙ軸方向の負の向きである３Ｙ−と４Ｙ−とをまとめてＹ−と表記する。
【０１１６】
また、同図に示すとおり、Ｘ軸方向の正の向きを示すＸ＋とＸ軸方向の負の向きとを示すＸ−とをまとめてＸと、Ｙ軸方向の正の向きを示すＹ＋とＹ軸方向の負の向きを示すＹ−とをまとめてＹと表記する。つまり、Ｘは、Ｘ軸の方向（正の向きと負の向きとを含む）を示し、Ｙは、Ｙ軸の方向（正の向きと負の向きとを含む）を示している。
【０１１７】
ここで、再度図３に戻り、種結晶伸張用マスク要素群について、説明する。
種結晶伸張用マスク要素群は、図３に示すとおり、それぞれに横長のスリットを有する、種結晶伸張用マスク要素３−１と、種結晶伸張用マスク要素３−２と、…、種結晶伸張用マスク要素３−ｊと、種結晶伸張用マスク要素４−１と、種結晶伸張用マスク要素４−２と、…、種結晶伸張用マスク要素４−ｋとを備える。さらに、種結晶伸張用マスク要素群は、同図に示すとおり、それぞれに縦長のスリットを有する、種結晶伸張用マスク要素５−１、種結晶伸張用マスク要素５−２、…、種結晶伸張用マスク要素５−ｌと、種結晶伸張用マスク要素６−１、種結晶伸張用マスク要素６−２、…、種結晶伸張用マスク要素６−ｍとを備えている。なお、図３は、ｊ＝ｋ＝ｌ＝ｍ＝３の例を示している。
【０１１８】
そして、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａと、当該スリット３−１ａに対して図３のＹ軸方向の正の向きへとマスク１５のスリットを距離をδずつずらして配置した、種結晶伸張用マスク要素３−２のスリット３−２ａと種結晶伸張用マスク３−３要素のスリット３−３ａとが、スリットグループ（以下、スリットグループ３−ａと称する）を構成している。
【０１１９】
また、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａと、当該スリット４−１ａに対して図３のＹ軸方向の負の向きへとマスク１５のスリットを距離をδずつずらして配置した、種結晶伸張用マスク要素４−２のスリット４−２ａと種結晶伸張用マスク４−３要素のスリット４−３ａとがスリットグループ（以下、スリットグループ４−ａと称する）を構成している。
【０１２０】
さらに、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａと、当該スリット５−１ａに対して図３のマスク相対移動の向きと逆の向き（Ｘ軸方向の正の向き）へとマスク１５のスリットを距離をδずつずらして配置した、種結晶伸張用マスク要素５−２のスリット５−２ａと種結晶伸張用マスク５−３要素のスリット５−３ａとが、スリットグループ（以下、スリットグループ５−ａと称する）を構成している。
【０１２１】
また、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａと、当該スリット６−１ａに対して図３のマスク相対移動の向き（Ｘ軸方向の負の向き）へとマスク１５のスリットを距離をδずつずらして配置した、種結晶伸張用マスク要素６−２のスリット６−２ａと種結晶伸張用マスク６−３要素のスリット６−３ａとが、スリットグループ（以下、スリットグループ６−ａと称する）を構成している。
【０１２２】
ここで、上記距離δの値は、スリット幅ＳＷの１／２の値よりも小さくなるように設定している。
【０１２３】
なお、以下では、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａの長手方向（第１方向）における中心線を第１中心線とし、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの長手方向（第２方向）における中心線を第２中心線とする。
【０１２４】
また、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａは、マスク１５を同図のＸ軸方向の負の向きに距離２Ｍだけ相対移動させることにより、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａの上半分（Ｙ軸方向の正の向き側の半分）の領域の一部とＹ軸方向の正の向き側において重なるように配置されている。つまり、種結晶伸張用マスク要素３−１は、Ｙ軸方向の正の向き側（第２方向の一方の向き側）において一部が種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａと重なる位置にスリット３−１ａを有している。
【０１２５】
また、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａは、それぞれ種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａの上半分の領域の一部とＹ軸方向の負の向き側において重なるように配置される。つまり、種結晶伸張用マスク要素４−１は、Ｙ軸方向の負の向き側（第２方向の他方の向き側）において一部が上記第１中心線と重なる位置にスリット４−１ａを有している。
【０１２６】
スリット３−１ａとスリット４−１ａとを上述した配置とすることにより、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａの上半分の領域で形成される種結晶を、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａによりＹ＋方向に伸張させ、かつ、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａによりＹ−に伸張させることができる。つまり、上記配置により、Ｙ軸方向（Ｙ軸方向の正の向きおよびＹ軸方向の負の向き）に種結晶を伸張させることができる。
【０１２７】
なお、上記においては、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａの上半分の領域を種結晶として伸張させる例を示したが、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａと種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａとを、種結晶形成用マスク１−１のスリット１−１ａの下半分（Ｙ軸方向の負の向き側の半分）の領域と重畳するようにしても同様の結晶を形成することが可能である。
【０１２８】
また、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａは、マスク１５を同図のＸ軸方向の負の向きに距離７Ｍだけ相対移動させることにより、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの右半分（Ｘ軸方向の正の向き側の半分）の領域の一部とＸ軸方向の正の向き側において重なるように配置されている。つまり、種結晶伸張用マスク要素５−１が、Ｘ軸方向の正の向き側（第１方向の一方の向き側）において一部が種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａと重なる位置にスリット５−１ａを有している。
【０１２９】
また、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａは、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの右半分（Ｘ軸方向の正の向き側の半分）の領域の一部とＸ軸方向の負の向き側において重なるように配置されている。つまり、種結晶伸張用マスク要素６−１が、Ｘ軸方向の負の向き側（第１方向の他方の向き側）において一部が上記第２中心線と重なる位置にスリット６−１ａを有している。
【０１３０】
スリット５−１ａとスリット６−１ａとを上述した配置とすることにより、たとえば、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの右半分の領域で形成される結晶を、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａによりＸ＋に伸張させ、かつ、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａによりＸ−に伸張させることができる。
【０１３１】
以上のように、マスク１５は、スリットを有し、当該スリットを介してレーザ光を相対的に移動する被処理物に照射させるためのマスクである。また、マスク１５は、移動の向きに沿って配された、Ｘ軸方向（第１方向）に伸びたスリット１−１ａを有する種結晶形成用マスク要素１−１と、Ｙ軸方向（第２方向）に伸びたスリット２−１ａを有する種結晶形成用マスク要素１−１とを備えた種結晶形成用マスク要素群を備える構成である。
【０１３２】
さらに、マスク１５は、種結晶形成用マスク要素１−１と種結晶形成用マスク要素１−１とに続き、上記移動の向きに沿って配された、スリット３−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素３−１と、スリット４−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素と、スリット５−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素５−１と、スリット６−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素６−１とを備えた種結晶伸張用マスク要素群を備える構成である。
【０１３３】
さらに、上述したように、スリット１−１ａのＸ軸方向（第１方向）における中心線を第１中心線とし、スリット２−１ａのＹ軸方向（第２方向）における中心線を第２中心線とすると、マスク１５は、スリット３−１ａの一部が、Ｙ軸方向の一方の向き側においてスリット１−１ａと重なり、スリット４−１ａの一部が、Ｙ軸方向の他方の向き側において上記第１中心線と重なり、スリット５−１ａの一部が、Ｘ軸方向の一方の向き側においてスリット２−１ａと重なり、スリット６−１ａの一部が、Ｘ軸方向の他方の向き側において上記第２中心線と重なる構成である。
【０１３４】
ここで、種結晶伸張用マスク要素３−１を第１伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素３−２を第５伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素３−３を第９伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｙ＋方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−３伸張マスク要素として表記することができる。同様に、種結晶伸張用マスク要素４−１を第２伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素４−２を第６伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素４−３を第１０伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｙ−方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−２伸張マスク要素として表記することができる。
【０１３５】
さらに、スリット３−１ａを第１伸張スリットと、スリット３−２ａを第５伸張スリットと、スリット３−３ａを第９伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｙ＋方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−３伸張スリットとして表記することができる。同様に、スリット４−１ａを第２伸張スリットと、スリット４−２ａを第６伸張スリットと、スリット４−３ａを第１０伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｙ−方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−２伸張スリットとして表記することができる。
【０１３６】
また、種結晶伸張用マスク要素５−１を第３伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素５−２を第７伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素５−３を第１１伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｘ＋方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−１伸張マスク要素として表記することができる。同様に、種結晶伸張用マスク要素６−１を第４伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素６−２を第８伸張マスク要素と、種結晶伸張用マスク要素６−３を第１２伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｘ−方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ伸張マスク要素として表記することができる。
【０１３７】
さらに、スリット５−１ａを第３伸張スリットと、スリット５−２ａを第７伸張スリットと、スリット５−３ａを第１１伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｘ＋方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ−１伸張スリットとして表記することができる。同様に、スリット６−１ａを第４伸張スリットと、スリット６−２ａを第８伸張スリットと、スリット６−３ａを第１２伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｘ−方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第４ｎ伸張スリットとして表記することができる。
【０１３８】
また、マスク１５は、連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を、被処理物２０上に形成するためのスリットパターンを有する種結晶形成用マスク要素群と、上記種結晶の特定位置Ｐを原点としたＸ−Ｙ直交座標系において被処理物２０の相対的な移動の向きをＸ軸方向の正の向きとすると、上記種結晶を、Ｘ軸方向の正の向きと、Ｘ軸方向の負の向きと、Ｙ軸方向の正の向きと、Ｙ軸方向の負の向とに、伸張させるためのスリットパターンを有する種結晶伸張用マスク要素群とを備える構成でもある。
【０１３９】
さらに、マスク１５は、上記種結晶を、上記座標系における第１象限においてはＸ軸方向の正の向きとＹ軸方向の正の向きとに、上記座標系における第２象限においてはＸ軸方向の負の向きとＹ軸方向の正の向きとに、上記座標系における第３象限においてはＸ軸方向の負の向きとＹ軸方向の負の向きとに、上記座標系における第４象限においてはＸ軸方向の正の向きとＹ軸方向の負の向きとに、伸張させるためのスリットパターンを有する種結晶伸張用マスク要素群とを備える構成でもある。
【０１４０】
なお、上記においては、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの右半分の領域を種結晶として伸張させる例を示したが、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａと種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａとを、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａの左半分の領域と重ねるようにしても同様の結晶を形成することが可能である。また、上記重畳領域は、なるべく小さくなるようにすることで、より大きな角型結晶を形成することができる。
【０１４１】
以上のような構成を有するレーザ結晶化装置１によって、レーザ光発振器１０からパルスレーザ光が、可変減衰器１１と、ミラー１２と、ミラー１３と、照明光学素子１４と、マスク１５と、結像レンズ１６と、ミラー１７とを介して被処理物２０の表面に照射され、スリットが投影される各位置において、非晶質半導体薄膜２３の照射領域がその厚さ方向に亘って溶融する。
【０１４２】
そして、パルスレーザ光の照射が完了した後は、溶融した非晶質半導体薄膜２３が凝固し始め、スリットを通してレーザ光が照射された領域の端部から中央部の方向に結晶が横方向成長する。つまり、マスクの相対移動の向きと垂直となる方向（Ｙ軸の方向）におけるスリットの端部に対応する領域から、スリットの中央部に対応する領域に向けて結晶成長が起こる。
【０１４３】
その後、制御装置１９により、レーザ光発振器１０およびステージ１８を制御することにより、被処理物２０に対しマスク１５をマスク長さＭだけＸ−（Ｘ軸方向の負方向）に移動させた状態で、レーザ光発振器１０が、再度レーザ光の照射を行う。
【０１４４】
このようなレーザ光の照射と被処理物２０の移動とを繰り返すことにより、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを介して結晶化された領域上に、種結晶マスク要素２−１のスリット２−１ａを介した結晶化、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａを介した結晶化（伸張化）、…、種結晶伸張用マスク要素６−３のスリット６−３ａを介した結晶化（伸張化）という具合に隣接するマスクのスリットを介した結晶化が行われる。
【０１４５】
以下では、図３に示したマスク１５を用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図５〜図１８に基づいて説明する。より詳しくは、第１回目の照射（第１照射）により種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを介して結晶化された領域についての結晶形成過程について、図５〜図１８に基づき説明する。
【０１４６】
また、以下では、このようにスリット１−１ａを用いて第１照射を行った際の、種結晶形成用マスク要素１−１に対応する被処理物２０上の領域を対応領域を称する。より詳しくは、スリット１−１ａ（開口部）と、種結晶形成用マスク要素１−１のうちスリット１−１ａを除いた遮光部と（つまり、種結晶形成用マスク要素１−１全体）を被処理物２０の表面に対して平行投影した領域を対応領域を称する。
【０１４７】
さらに、以下では、上記第１照射に引き続き、上記対応領域に対して順次照射するレーザ光の照射を、第２照射、第３照射、…、第１４照射と称する。
【０１４８】
また、図５〜図１８においては、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示す。
【０１４９】
図５は、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１５０】
上記対応領域には、図５に示すように、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａによって、結晶１−１Ａが形成される。ここで、図５における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０１５１】
図６は、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１５２】
この第２照射により、図６に示すとおり、上記対応領域には結晶２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶２−１Ａと第１照射により形成された結晶１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。ここで、この種結晶２ＡＡは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第１４照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０１５３】
図７は、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図８は、種結晶伸張用マスク要素３−２のスリット３−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図９は、種結晶伸張用マスク要素３−３のスリット３−３ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１５４】
上記第３照射によって、図７に示すとおり、上記対応領域には結晶３−１Ａが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。なお、同図に示すとおり、結晶２ＡＡの図心を、ＸＹ座標系の原点Ｐとする。その後、上記第４照射によって、図８に示すとおり、上記対応領域には結晶３−２Ａが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。さらにその後、第５照射によって、図９に示すとおり、上記対応領域には結晶３−３Ａが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成する。
【０１５５】
図１０は、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１１は、種結晶伸張用マスク要素４−２のスリット４−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１２は、種結晶伸張用マスク要素４−３のスリット４−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１５６】
上記第６照射によって、図１０に示すとおり、上記対応領域には結晶４−１Ａが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＹ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。その後、上記第７照射によって、図１１に示すとおり、上記対応領域には結晶４−２Ａが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。さらにその後、第８照射によって、上記対応領域には結晶４−３Ａが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。
【０１５７】
図１３は、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１４は、種結晶伸張用マスク要素５−２のスリット５−２ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１５は、種結晶伸張用マスク要素５−３のスリット５−３ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１５８】
上記第９照射によって、図１３に示すとおり、上記対応領域には結晶５−１Ａが形成される。また、この第９照射によって、同図に示すとおり、種結晶８ＡＡはＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＡが形成される。その後、上記第１０照射によって、図１４に示すとおり、上記対応領域には結晶５−２Ａが形成される。また、この第１０照射によって、同図に示すとおり、結晶９ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１０ＡＡが形成される。さらにその後、第１１照射によって、図１５に示すとおり、上記対応領域には結晶５−３Ａが形成される。また、この第１１照射によって、同図に示すとおり、結晶１０ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１１ＡＡが形成される。
【０１５９】
図１６は、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１７は、種結晶伸張用マスク要素６−２のスリット６−２ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図１８は、種結晶伸張用マスク要素６−３のスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１６０】
上記第１２照射によって、図１６に示すとおり、上記対応領域には結晶６−１Ａが形成される。また、この第１２照射によって、同図に示すとおり、種結晶１１ＡＡはＸ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＡが形成される。その後、上記第１３照射によって、図１７に示すとおり、上記対応領域には結晶６−２Ａが形成される。また、この第１３照射によって、同図に示すとおり、結晶１２ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１３ＡＡが形成される。さらにその後、第１４照射によって、図１８に示すとおり、上記対応領域には結晶６−３Ａが形成される。また、この第１４照射によって、同図に示すとおり、結晶１３ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１４ＡＡが形成される。
【０１６１】
以上により、結晶化が完了する。
このように、マスク１５においては、種結晶伸張用マスク要素群が、さらに少なくとも、上述したマスクの移動の向きに沿って配された、スリット３−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素３−２と、スリット４−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素４−２と、スリット５−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素５−２と、スリット６−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素６−２とを備える。
【０１６２】
ここで、上述したスリット３−１ａのＸ軸方向（第１方向）における中心線を第３中心線と、スリット４−１ａのＸ軸方向における中心線を第４中心線と、スリット５−１ａのＹ軸方向（第２方向）における中心線を第５中心線と、スリット６−１ａのＹ軸方向における中心線を第６中心線とする。
【０１６３】
このように各中心線を定義すると、種結晶伸張用マスク要素３−２は、種結晶伸張用マスク要素３−１に対し種結晶形成用マスク要素１−１および種結晶形成用マスク要素２−１とは反対側に配されるとともに、スリット３−２ａの一部が、Ｙ軸方向の上記一方の向き側において上記第３中心線と重なる構成である。また、種結晶伸張用マスク要素４−２は、種結晶伸張用マスク要素４−１に対し種結晶形成用マスク要素１−１および種結晶形成用マスク要素２−１とは反対側に配されるとともに、スリット４−２ａの一部が、Ｙ軸方向の上記他方の向き側において上記第４中心線と重なる構成である。さらに、種結晶伸張用マスク要素５−２は、種結晶伸張用マスク要素５−１に対し種結晶形成用マスク要素１−１および種結晶形成用マスク要素２−１とは反対側に配されるとともに、スリット５−２ａの一部が、Ｘ軸方向の上記一方の向き側において上記第５中心線と重なる構成である。また、種結晶伸張用マスク要素６−２は、種結晶伸張用マスク要素６−１に対し種結晶形成用マスク要素１−１および種結晶形成用マスク要素２−１とは反対側に配されるとともに、スリット６−２ａの一部が、Ｘ軸方向の上記他方の向き側において上記第６中心線と重なる構成である。
【０１６４】
図１９は、種結晶と、最終的に形成される角型結晶との関係を示した図である。図４に示した方向の定義を用いると、レーザ結晶化装置１では、第１照射および第２照射により種結晶を形成した後、第３照射〜第５照射によりＹ＋へ種結晶が伸張され、第６照射〜第８照射によりＹ−へ種結晶が伸張され、第９照射〜第１１照射によりＸ＋へ種結晶が伸張され、第１２照射〜第１４照射によりＸ−へ種結晶が伸張される。このように、レーザ結晶化装置１を用いることにより、第１象限〜第４象限の全ての象限において種結晶を伸張させることができる。この点において、レーザ結晶化装置１を用いて形成された結晶と、従来（特許文献２）のレーザ結晶化方法により形成された結晶とは異なっている。
【０１６５】
以上のように、マスク１５は、レーザ光の照射によって略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が形成するように、種結晶形成用マスク要素群のスリットが配置された構成であって、種結晶形成用マスク要素群に続く種結晶伸張用マスク要素群を介して照射されるレーザ光の照射タイミングの制御と上述した移動の制御とにより、形成された略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が、１Ｘ＋、１Ｙ＋、２Ｘ−、２Ｙ＋、３Ｘ−、３Ｙ−、４Ｘ＋、および４Ｙ−の各方向に伸張するように、種結晶伸張用マスク要素群のスリットが配置されている構成であるといえる。
【０１６６】
また、レーザ結晶化装置１によるレーザ結晶化方法は、第１照射および第２照射によって形成される種結晶を以降の照射により伸張させる際に、種結晶の図心Ｐを原点とする直交座標系における全象限（第１象限〜第４象限）において、それぞれ、Ｘ軸方向（Ｘ＋またはＸ−）とＹ軸方向（Ｙ＋またはＹ−）とに種結晶を伸張するレーザ結晶化方法である。
【０１６７】
より詳しくは、当該レーザ結晶化方法は、第１象限においては１Ｘ＋と１Ｙ＋とに、第２象限においては２Ｘ−と２Ｙ＋とに、第３象限においては３Ｘ−と３Ｙ−とに、第４象限においては４Ｘ＋と４Ｙ−とに、種結晶を伸張させる方法である。それゆえ、種結晶が伸張されうる８方向すべてにおいて結晶成長させることができる。
【０１６８】
言い換えれば、レーザ結晶化装置１によるレーザ結晶化方法により、Ｘ軸方向の正の向きと、Ｘ軸方向の負の向きと、Ｙ軸方向の正の向きと、Ｙ軸方向の負の向きとに、種結晶を成長させることができる。
【０１６９】
以上により、レーザ結晶化装置１では、幅広のスリットを用いることなく、従来に比べて巨大な角型結晶を得ることができる。
【０１７０】
ところで、ＴＦＴのチャネルサイズが角型結晶よりも小さい場合、この角型結晶内に収まるようにチャネルを配置することによって、このようにチャネルを配置しない場合に比べて高性能なＴＦＴを得ることができる。しかしながら、チャネルサイズが角型結晶よりも大きい場合には、チャネル内の角型結晶以外の領域は、結晶化されていない膜（非晶質半導体膜）で構成されることになる。このため、チャネルサイズが角型結晶よりも大きい場合には、ＴＦＴの特性は低くなる。
【０１７１】
ところが、レーザ結晶化装置１では、従来に比べ巨大な角型結晶を形成できるため、チャネルサイズが大きなＴＦＴであってもＴＦＴの特性が低くなることがない。このため、従来のＴＦＴに比べ、高性能なＴＦＴを得ることができる。
【０１７２】
〈マスク構成の変更例−１〉
ところで、上記においては、Ｙ＋への伸張と、Ｙ−への伸張と、Ｘ＋への伸張と、Ｘ−への伸張とが、この順に完了し、これにより角型結晶が得られる例を記載した。しかしながら、これに限定されるものではなく、一方向への伸張が完了する前に、他方向への伸張を実施してもよい。
【０１７３】
そこで、以下では、例として、Ｙ＋への伸張とＹ−への伸張とを交互に繰返したのち、Ｘ＋への伸張とＸ−への伸張とを繰り返すレーザ結晶化方法について、図２０〜図３４に基づいて説明する。
【０１７４】
図２０は、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
同図に示すマスク１５ａは、種結晶伸張用マスク要素の配列が、図３に示したマスク１５における種結晶伸張用マスク要素と異なっている。その他は、図２０に示すマスク１５ａと図３に示すマスク１５とは、同一である。なお、図２０において、図３に示すマスク１５の種結晶伸張用マスク要素と同じマスク要素については、同一の符号を付している。
【０１７５】
以下では、図２０に示したマスク１５ａを用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図２１〜図３４に基づいて説明する。なお、図２１〜図３４においても、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０１７６】
図２１は、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１７７】
上記対応領域には、図２１に示すように、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａによって、結晶１−１Ａが形成される。ここで、図２１における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０１７８】
図２２は、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１７９】
この第２照射により、図２２に示すとおり、上記対応領域には結晶２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶２−１Ａと第１照射により形成された結晶１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。ここで、この種結晶２ＡＡは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第１４照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０１８０】
図２３は、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図２４は、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１８１】
上記第３照射によって、図２３に示すとおり、上記対応領域には結晶３−１Ａが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。その後、上記第４照射によって、図２４に示すとおり、上記対応領域には結晶４−１Ａが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。
【０１８２】
図２５は、種結晶伸張用マスク要素３−２のスリット３−２ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図２６は、種結晶伸張用マスク要素４−２のスリット４−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１８３】
上記第５照射によって、図２５に示すとおり、上記対応領域には結晶３−２Ａが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成される。その後、第６照射によって、図２６に示すとおり、上記対応領域には結晶４−２Ａが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＹ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。
【０１８４】
図２７は、種結晶伸張用マスク要素３−３のスリット３−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図２８は、種結晶伸張用マスク要素４−３のスリット４−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１８５】
上記第７照射によって、図２７に示すとおり、上記対応領域には結晶４−２Ａが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。その後、第８照射によって、図２８に示すとおり、上記対応領域には結晶４−３Ａが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。
【０１８６】
図２９は、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図３０は、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１８７】
上記第９照射によって、図２９に示すとおり、上記対応領域には結晶５−１Ａが形成される。また、この第９照射によって、同図に示すとおり、種結晶８ＡＡはＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＡが形成される。その後、上記第１０照射によって、図３０に示すとおり、上記対応領域には結晶６−１Ａが形成される。また、この第１０照射によって、同図に示すとおり、結晶９ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１０ＡＡが形成される。
【０１８８】
図３１は、種結晶伸張用マスク要素５−２のスリット５−２ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図３２は、種結晶伸張用マスク要素６−２のスリット６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１８９】
上記第１１照射によって、図３１に示すとおり、上記対応領域には結晶５−２Ａが形成される。また、この第１１照射によって、同図に示すとおり、結晶１０ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１１ＡＡが形成される。その後、上記第１２照射によって、図３２に示すとおり、上記対応領域には結晶６−２Ａが形成される。また、この第１２照射によって、同図に示すとおり、種結晶１１ＡＡはＸ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＡが形成される。
【０１９０】
図３３は、種結晶伸張用マスク要素５−３のスリット５−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図３４は、種結晶伸張用マスク要素６−３のスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０１９１】
上記第１３照射によって、図３３に示すとおり、上記対応領域には結晶５−３Ａが形成される。また、この第１３照射によって、同図に示すとおり、結晶１２ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１３ＡＡが形成される。その後、第１４照射によって、図３４に示すとおり、上記対応領域には結晶６−３Ａが形成される。また、この第１４照射によって、同図に示すとおり、結晶１３ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１４ＡＡが形成される。
【０１９２】
以上により、結晶化が完了する。
このように、図２０に示したマスク１５ａを用いた場合においては、図３に示したマスク１５を用いた場合とは結晶成長の順序が異なるだけで、図３に示したマスク１５を用いたときと同じ大きさの角型結晶を形成することができる。
【０１９３】
〈マスク構成の変更例−２〉
次に、Ｙ＋への伸張とＹ−への伸張を同時に行うとともに、Ｘ＋への伸張とＸ−への伸張を同時に行う構成について、図３５〜図４３に基づいて説明する。
【０１９４】
図３５は、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。同図に示すマスク１５ｂは、Ｙ＋への伸張用スリットとＹ−への伸張用スリットとを同一マスク要素に配置するとともに、Ｘ＋への伸張用スリットとＸ−への伸張用スリットとを同一マスク要素に配置している。
【０１９５】
マスク要素１１−１とマスク要素１２−１とが、種結晶形成用マスク要素となる。また、その他の６個のマスク要素（１３−１〜１３−３、および１５−１〜１５−３）が、種結晶伸張用マスク要素となる。ここで、種結晶伸張用マスク要素は、各マスク要素が２つのスリットを有している。
【０１９６】
具体的には、種結晶形成用マスク要素１１−１はスリット１１−１ａを備え、種結晶形成用マスク要素１２−１はスリット１２−１ａを備えている。また、種結晶伸張用マスク１３−１はスリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを備え、種結晶伸張用マスク１３−２はスリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを備え、種結晶伸張用マスク１３−３はスリット１３−３ａおよびスリット１４−３ａを備えている。さらに、種結晶伸張用マスク要素１５−１はスリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを備え、種結晶伸張用マスク要素１５−２はスリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを備え、種結晶伸張用マスク要素１５−３はスリット１５−３ａおよびスリット１６−３ａを備えている。
【０１９７】
ここで、種結晶伸張用マスク要素１３−１を第１伸張マスク要素、種結晶伸張用マスク要素１３−２を第３伸張マスク要素、種結晶伸張用マスク要素１３−３を第５伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｙ＋方向およびＹ−方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎ−１伸張マスク要素として表記することができる。
【０１９８】
さらに、スリット１３−１ａを第１のＡ伸張スリットと、スリット３−２ａを第３のＡ伸張スリットとスリット１３−３ａを第５のＡ伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｙ＋方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎ−１のＡ伸張スリットとして表記することができる。同様に、スリット１４−１ａを第１のＢ伸張スリットと、スリット１４−２ａを第３のＢ伸張スリットとスリット１４−３ａを第５のＢ伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｙ−方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎ−１のＢ伸張スリットとして表記することができる。
【０１９９】
また、種結晶伸張用マスク要素１５−１を第２伸張マスク要素、種結晶伸張用マスク要素１５−２を第４伸張マスク要素、種結晶伸張用マスク要素１５−３を第６伸張マスク要素とすると、種結晶を上記Ｘ＋方向およびＸ−方向に伸張させるマスク要素は、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎ伸張マスク要素として表記することができる。
【０２００】
さらに、スリット１５−１ａを第２のＡ伸張スリットと、スリット１５−２ａを第４のＡ伸張スリットとスリット１５−３ａを第６のＡ伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｘ＋方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎのＡ伸張スリットとして表記することができる。同様に、スリット１６−１ａを第２のＢ伸張スリットと、スリット１６−２ａを第４のＢ伸張スリットとスリット１６−３ａを第６のＢ伸張スリットとすると、種結晶を上記Ｘ−方向に伸張させるマスク要素のスリットは、ｎを１以上の自然数とし、第２ｎのＢ伸張スリットとして表記することができる。
【０２０１】
ところで、図３５にも示すとおり、各マスク要素における各スリットの位置については、図３のマスク１５または図２０のマスク１５ａとの間で、以下の関係がある。
【０２０２】
まず、スリット１１−１ａはスリット１−１ａと同じ位置に、スリット１２−１ａはスリット２−１ａと同じ位置に設けられている。また、スリット１３−１ａはスリット３−１ａと同じ位置に、スリット１３−２ａはスリット３−２ａと同じ位置に、スリット１３−３ａはスリット３−３ａと同じ位置に設けられている。さらに、スリット１４−１ａはスリット４−１ａと同じ位置に、スリット１４−２ａはスリット４−２ａと同じ位置に、スリット１４−３ａはスリット４−３ａと同じ位置に設けられている。
【０２０３】
また、スリット１５−１ａはスリット５−１ａと同じ位置に、スリット１５−２ａはスリット５−２ａと同じ位置に、スリット１５−３ａはスリット５−３ａと同じ位置に設けられている。さらに、スリット１６−１ａはスリット６−１ａと同じ位置に、スリット１６−２ａはスリット６−２ａと同じ位置に、スリット１６−３ａはスリット６−３ａと同じ位置に設けられている。
【０２０４】
以上のように、マスク１５ｂは、種結晶形成用マスク要素１１−１と種結晶形成用マスク要素１２−１とに続き、少なくとも、上述したマスクの移動の向きに沿って配された、スリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素１３−１と、スリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素１５−１とを備えた種結晶伸張用マスク要素群を備えた構成である。
【０２０５】
ここで、スリット１１−１ａ（第１スリット）のＸ軸方向（第１方向）における中心線を第１中心線と、スリット１２−１ａ（第２スリット）のＹ軸方向（第２方向）における中心線を第２中心線と定義する。
【０２０６】
このように各中心線を定義すると、マスク１５ｂは、スリット１３−１ａの一部が、Ｙ軸方向の一方の向き側においてスリット１１−１ａと重なるとともに、スリット１４−１ａの一部が、Ｙ軸方向の他方の向き側において上記第１中心線と重なる構成である。さらに、マスク１５ｂは、スリット１５−１ａの一部が、Ｘ軸方向の一方の向き側においてスリット１２−１ａと重なるとともに、スリット１６−１ａの一部が、Ｘ軸方向の他方の向き側において上記第２中心線と重なる構成である。
【０２０７】
さらに、マスク１５ｂにおいては、種結晶伸張用マスク要素群が、さらに、上記移動の向きに沿って配された、スリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素１３−２と、スリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを有する種結晶伸張用マスク要素１５−２とを備える構成である。
【０２０８】
ここでは、スリット１３−１ａのＸ軸方向（第１方向）における中心線を第３Ａ中心線と、スリット１４−１ａのＸ軸方向における中心線を第３Ｂ中心線と、スリット１５−１ａのＹ軸方向における中心線を第４Ａ中心線と、スリット１６−１ａのＹ軸方向における中心線を第４Ｂ中心線と定義する。
【０２０９】
このように各中心線を定義すると、マスク１５ｂは、スリット１３−２ａの一部が、Ｙ軸方向の上記一方の向き側において上記第３Ａ中心線と重なるとともに、スリット１４−２ａの一部が、Ｙ軸方向の上記他方の向き側において上記第３Ｂ中心線と重なる構成である。さらに、マスク１５ｂは、スリット１５−２ａの一部が、Ｘ軸方向の上記一方の向き側において上記第４Ａ中心線と重なるとともに、スリット１６−２ａの一部が、Ｘ軸方向の上記他方の向き側において上記第４Ｂ中心線と重なる構成である。
【０２１０】
以下では、図３５に示したマスク１５ｂを用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図３６〜図４３に基づいて説明する。なお、図３６〜図４３においても、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０２１１】
図３６は、種結晶形成用マスク要素１１−１のスリット１１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２１２】
上記対応領域には、図３６に示すように、種結晶形成用マスク要素１１−１のスリット１１−１ａによって、結晶１１−１Ａが形成される。ここで、図３６における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶１１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０２１３】
図３７は、種結晶形成用マスク要素１２−１のスリット１２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２１４】
この第２照射により、図３７に示すとおり、上記対応領域には結晶１２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶１２−１Ａと第１照射により形成された結晶１１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。ここで、この種結晶２ＡＡは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第８照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０２１５】
図３８は、種結晶伸張用マスク要素１３−１のスリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図３９は、種結晶伸張用マスク要素１３−２のスリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図４０は、種結晶伸張用マスク要素１３−３のスリット１３−３ａおよびスリット１４−３ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２１６】
上記第３照射によって、図３８に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−１Ａと結晶１４−１Ａとが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。さらに、上記第４照射によって、図３９に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−２Ａと結晶１４−２Ａとが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。さらにその後、上記第５照射によって、図４０に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−３Ａと結晶１４−３Ａとが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成される。
【０２１７】
図４１は、種結晶伸張用マスク要素１５−１のスリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図４２は、種結晶伸張用マスク要素１５−２のスリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図４３は、種結晶伸張用マスク要素１５−３のスリット１５−３ａおよびスリット１６−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２１８】
上記第６照射によって、図４１に示すとおり、上記対応領域には結晶１５−１Ａと結晶１６−１Ａとが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。さらに、上記第７照射によって、図４２に示すとおり、上記対応領域には結晶１５−２Ａと結晶１６−２Ａとが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。さらにその後、第８照射によって、上記対応領域には結晶１５−３Ａと結晶１６−３Ａとが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。
【０２１９】
以上により、結晶化が完了する。
このような図３５に示したマスク１５ｂを用いることにより、図２０に示したマスク１５ａを用いる場合に比べて、同じ大きさの角型結晶を得る際の照射回数を減らすことができる。これにより、結晶作製時間を短縮することができる。
【０２２０】
また、照射回数を減らすことができるため、レーザ光の照射に伴って被処理物２０に発生する蓄熱を抑制することができる。これにより、被処理物２０の損傷を低減する効果を奏する。
【０２２１】
〈マスク構成の変更例−３〉
ところで、図３および図２０においては、各マスク要素に一つのスリットが設けられているマスクの構成を示した。また、図３５においては、各種結晶伸張用マスク要素に２つのスリットが設けられているマスクの構成を示した。しかしながら、図３、図２０、および図３５に示したマスクを用いた場合、上記一つの対応領域においては、種結晶は１つしか形成されない。
【０２２２】
そこで、以下では、種結晶形成用マスク要素により、上記対応領域において種結晶を２つ形成する構成について、図４４〜図５７に基づいて説明する。より詳しくは、Ｙ＋への伸張と、Ｙ−への伸張と、Ｘ＋への伸張と、Ｘ−への伸張とがこの順に完了し、Ｙ軸方向において隣接する角型結晶を２個形成する場合について説明する。
【０２２３】
図４４は、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
同図に示すマスク１５ｃにおいては、マスク要素２１−１とマスク要素２２−１とが、種結晶形成用マスク要素となる。また、その他の１１個のマスク要素（２３−１，２３−２，２４−１〜２４−３，２５−１〜２５−３，２６−１〜２６−３）が、種結晶伸張用マスク要素となる。
【０２２４】
ここで、同図に示すとおり、種結晶形成用マスク要素２１−１と、種結晶伸張用マスク要素２３−１と、種結晶伸張用マスク要素２３−２と、種結晶伸張用マスク要素２４−１と、種結晶伸張用マスク要素２４−２と、種結晶伸張用マスク要素２４−３とが、それぞれ２つのスリットを有している。
【０２２５】
具体的には、種結晶形成用マスク要素２１−１はスリット２１−１ａおよびスリット２１−ｂを備え、種結晶形成用マスク要素２２−１はスリット２２−１ａを備えている。また、種結晶伸張用マスク２３−１はスリット２３−１ａおよびスリット２３−１ｂを備え、種結晶伸張用マスク２３−２はスリット２３−２ａおよびスリット２３−２ｂを備えている。また、種結晶伸張用マスク２４−１はスリット２４−１ａおよびスリット２４−１ｂを備え、種結晶伸張用マスク２４−２はスリット２４−２ａおよびスリット２４−２ｂを備え、種結晶伸張用マスク２４−３はスリット２４−３ａおよびスリット２４−３ｂを備えている。
【０２２６】
また、種結晶伸張用マスク２５−１はスリット２５−１ａを備え、種結晶伸張用マスク２５−２はスリット２５−２ａを備え、種結晶伸張用マスク２５−３はスリット２５−３ａを備えている。また、種結晶伸張用マスク６５−１はスリット２６−１ａを備え、種結晶伸張用マスク２６−２はスリット２６−２ａを備え、種結晶伸張用マスク２６−３はスリット２６−３ａを備えている。
【０２２７】
ところで、図４４にも示すとおり、各マスク要素における各スリットの位置については、図３のマスクとの間で、以下の関係がある。
【０２２８】
まず、スリット２１−１ａはスリット１−１ａと同じ位置に、スリット２２−１ａはスリット２−１ａと同じ位置に設けられている。また、スリット２３−１ａはスリット３−１ａと同じ位置に、スリット２３−２ａはスリット３−２ａと同じ位置に、スリット２４−３ｂはスリット３−３ａと同じ位置に設けられている。さらに、スリット２４−１ａはスリット４−１ａと同じ位置に、スリット２４−２ａはスリット４−２ａと同じ位置に、スリット２４−３ａはスリット４−３ａと同じ位置に設けられている。
【０２２９】
ここで、種結晶伸張用マスク要素２４−３におけるスリット２４−３ａとスリット２４−３ｂとの距離をスリット間距離と称すると、スリット２１−１ｂ、スリット２３−１ｂ、スリット２３−２ｂ、スリット２４−１ｂ、およびスリット２４−２ｂは、それぞれ、スリット２１−１ａ、スリット２３−１ａ、スリット２３−２ａ、スリット２４−１ａ、およびスリット２４−２ａを、上記スリット間距離だけ、同一マスク要素においてＹ軸方向の正の向きに平行移動した位置にある。
【０２３０】
また、スリット２５−１ａはスリット５−１ａと同じ位置に、スリット２５−２ａはスリット５−２ａと同じ位置に、スリット２５−３ａはスリット５−３ａと同じ位置に設けられている。さらに、スリット２６−１ａはスリット６−１ａと同じ位置に、スリット２６−２ａはスリット６−２ａと同じ位置に、スリット２６−３ａはスリット６−３ａと同じ位置に設けられている。
【０２３１】
以上のように、マスク１５ｃは、ともにＸ軸方向に伸びたスリット２１−１ａおよびスリット２１−１ｂを有する種結晶形成用マスク要素２１−１と、Ｙ軸方向に伸びたスリット２２−１ａを有する種結晶形成用マスク要素２２−１とを有する種結晶形成用マスク要素群を備える構成である。さらに、マスク１５ｃは、種結晶形成用マスク要素２１−１と種結晶形成用マスク要素２２−１とに続き、上記マスクの移動の向きに沿って配された、スリット２３−１ａおよびスリット２３−１ｂを有する種結晶伸張用マスク要素２３−１と、スリット２４−１ａおよびスリット２４−１ｂを有する種結晶伸張用マスク要素２４−１と、スリット２５−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素２５−１と、スリット２６−１ａを有する種結晶伸張用マスク要素２６−１とを備えた種結晶伸張用マスク要素群とを備える構成である。
【０２３２】
ここでは、スリット２１−１ａのＸ軸方向における中心線を第１Ａ中心線と、スリット２１−１ｂのＸ軸方向における中心線を第１Ｂ中心線と、スリット２２−１ａのＹ軸方向における中心線を第２中心線と定義する。
【０２３３】
このように各中心線を定義すると、マスク１５ｃは、スリット２３−１ａの一部が、Ｙ軸方向の一方の向き側においてスリット２１−１ａと重なるとともに、スリット２３−１ｂの一部が、Ｙ軸方向の上記一方の向き側においてスリット２１−１ｂと重なる構成である。また、マスク１５ｃは、スリット２４−１ａの一部が、Ｙ軸方向の他方の向き側において上記第１Ａ中心線と重なるとともに、スリット２４−１ｂの一部が、Ｙ軸方向の上記他方の向き側において上記第１Ｂ中心線と重なる構成である。さらに、マスク１５ｃは、スリット２５−１ａの一部が、Ｘ軸方向の一方の向き側においてスリット２２−１ａと重なり、スリット２６−１ａの一部が、Ｘ軸方向の他方の向き側において上記第２中心線と重なる構成である。
【０２３４】
以下では、図４４に示したマスク１５ｃを用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図４５〜図５７に基づいて説明する。なお、図４５〜図５７においても、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０２３５】
図４５は、種結晶形成用マスク要素２１−１のスリット２１−１ａおよびスリット２１−１−ｂを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２３６】
上記対応領域には、図４５に示すように、種結晶形成用マスク要素２１−１のスリット２１−１ａによって結晶２１−１Ａが形成されるとともに、スリット２１−１ｂによって結晶２１−１Ｂが形成される。ここで、図４５における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶２１−１Ａの一部であり、結晶１ＡＢは、第１照射により形成される結晶２１−１Ｂの一部である。また、これらの結晶１ＡＡと結晶１ＡＢとは、ともに細長い針状結晶である。
【０２３７】
図４６は、種結晶形成用マスク要素２２−１のスリット２２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２３８】
この第２照射により、図４６に示すとおり、上記対応領域には結晶２２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶２２−１Ａと第１照射により形成された結晶２１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。また、結晶２２−１Ａと第１照射により形成された結晶２１−１Ｂとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＢがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＢが形成される。
【０２３９】
ここで、この種結晶２ＡＡと種結晶２ＡＢとは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第１３照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０２４０】
図４７は、種結晶伸張用マスク要素２３−１のスリット２３−１ａおよびスリット２３−１ｂを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図４８は、種結晶伸張用マスク要素２３−２のスリット２３−２ａおよびスリット２３−２ｂを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２４１】
上記第３照射によって、図４７に示すとおり、上記対応領域には結晶２３−１Ａと結晶２３−１Ｂとが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。また、結晶２ＡＢがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＢが形成される。その後、上記第４照射によって、図４８に示すとおり、上記対応領域には結晶２３−２Ａと結晶２３−２Ｂとが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。また、結晶３ＡＢがＹ＋に伸張され、その結果、結晶４ＡＢが形成される。
【０２４２】
図４９は、種結晶伸張用マスク要素２４−１のスリット２４−１ａおよびスリット２４−１ｂを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５０は、種結晶伸張用マスク要素２４−２のスリット２４−２ａおよびスリット２４−２ｂを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５１は、種結晶伸張用マスク要素２４−３のスリット２４−３ａおよびスリット２４−３ｂを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２４３】
上記第５照射によって、図４９に示すとおり、上記対応領域には結晶２４−１Ａと結晶２４−１Ｂとが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成される。また、結晶４ＡＢがＹ−に伸張され、その結果、結晶５ＡＢが形成される。その後、上記第６照射によって、図５０に示すとおり、上記対応領域には結晶２４−２Ａと結晶２４−２Ｂとが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＹ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。また、結晶５ＡＢがＹ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＢが形成される。
【０２４４】
さらにその後、上記第７照射によって、図５１に示すとおり、上記対応領域には結晶２４−３Ａと結晶２４−３Ｂとが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ−とＹ＋とに伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。また、結晶６ＡＢがＹ−に伸張され、その結果、結晶７ＡＢが形成される。つまり、同図に示すとおり、隣接種結晶（２ＡＡ，２ＡＢ）の隣接する方向（Ｙ軸方向）への最終伸張において、隣接種結晶間の境界に向けて相反する方向に結晶６ＡＡと結晶６ＡＢとが成長し、当該境界において成長結晶が同時に衝突する。
【０２４５】
このような点から、図４４に示すマスク１５ｃは、Ｙ軸方向への最終伸張において、６ＡＡのＹ＋への伸張に用いるスリットを、６ＡＢのＹ−への伸張に用いるスリット（図４４においてはスリット２４−３ｂ）が兼用するように、スリットが配置されている構成であるといえる。
【０２４６】
図５２は、種結晶伸張用マスク要素２５−１のスリット２５−１ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５３は、種結晶伸張用マスク要素２５−２のスリット２５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５４は、種結晶伸張用マスク要素２５−３のスリット２５−３ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２４７】
上記第８照射によって、図５２に示すとおり、上記対応領域には結晶２５−１Ａが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。また、結晶７ＡＢがＸ＋に伸張され、その結果、結晶８ＡＢが形成される。その後、上記第９照射によって、図５３に示すとおり、上記対応領域には結晶２５−２Ａが形成される。また、この第９照射によって、同図に示すとおり、結晶８ＡＡはＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＡが形成される。また、結晶８ＡＢがＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＢが形成される。さらにその後、上記第１０照射によって、図５４に示すとおり、上記対応領域には結晶２５−３Ａが形成される。また、この第１０照射によって、同図に示すとおり、結晶９ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１０ＡＡが形成される。また、結晶９ＡＢがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１０ＡＢが形成される。
【０２４８】
図５５は、種結晶伸張用マスク要素２６−１のスリット２６−１ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５６は、種結晶伸張用マスク要素２６−２のスリット２６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図５７は、種結晶伸張用マスク要素２６−３のスリット２６−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２４９】
上記第１１照射によって、図５５に示すとおり、上記対応領域には結晶２６−１Ａが形成される。また、この第１１照射によって、同図に示すとおり、結晶１０ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１１ＡＡが形成される。また、結晶１０ＡＢがＸ−に伸張され、その結果、結晶１１ＡＢが形成される。その後、上記第１２照射によって、図５６に示すとおり、上記対応領域には結晶２６−２Ａが形成される。また、この第１２照射によって、同図に示すとおり、結晶１１ＡＡはＸ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＡが形成される。また、結晶１１ＡＢがＸ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＢが形成される。さらにその後、上記第１３照射によって、図５７に示すとおり、上記対応領域には結晶２６−３Ａが形成される。また、この第１３照射によって、同図に示すとおり、結晶１２ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１３ＡＡが形成される。また、結晶１２ＡＢがＸ−に伸張され、その結果、結晶１３ＡＢが形成される。
【０２５０】
以上により、結晶化が完了する。
このように、図４４に示すマスク１５ｃにおいては、隣接種結晶の隣接する方向への最終伸張において、隣接種結晶間の境界に向けて相反する方向に成長し、前記境界において成長結晶が同時に衝突するような、配置および形状のスリットパターンが形成されているといえる。
【０２５１】
すなわち、図４４に示すマスク１５ｃは、種結晶２ＡＡを伸張して角型結晶１３ＡＡを形成し、かつ種結晶２ＡＢを伸張して角型結晶１３ＡＢを形成する際に、Ｙ＋への最終伸張に用いるスリットを、Ｙ−への最終伸張に用いるスリットが兼用するように、スリットが配置されている構成といえる。
【０２５２】
図４４に示すマスク１５ｃは、図３に示したマスク１５中に示した種結晶伸張用マスク要素３−３に相当するマスク要素を備えていない。このような、図４４に示すマスク１５ｃを用いることにより、図５７に示すように、隙間なく隣接した複数個の角型結晶を形成することができる。
【０２５３】
なお、上記においては、Ｙ軸方向において角型結晶が隣接する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、種結晶形成用マスク要素２１−１のスリットをＹ軸方向に沿った配置とし、かつ種結晶形成用マスク要素２２−１のスリットをＸ軸方向に沿った配置することにより、Ｘ軸方向において角型結晶が隣接する構成とすることができる。
【０２５４】
〈ステージのＹ軸方向への移動〉
ところで、上記においては、マスクをマスクの相対移動の向き（Ｘ軸方向の負の向き）に移動させて、角型結晶を形成することについて説明した。以下では、このような移動により角型結晶を形成しかつステージをデフォルトの位置に戻した後に、ステージをＹ軸方向に所定の距離だけ移動させることにより被処理物２０をＹ軸方向に所定の距離（以下、改行量と称する）だけ移動させて、被処理物２０における角型結晶を形成した領域とは異なる領域に、再度、角型結晶を形成する構成について説明する。
【０２５５】
以下に、このような角型結晶の形成と、Ｙ軸方向への所定距離（以下、改行量と称する）の移動とを繰り返すことにより、複数個の角型結晶を形成する過程について、図５８〜図７０に基づいて説明する。なお、以下では、角型結晶が形成される領域を結晶領域と称する。
【０２５６】
ここでは、図３に示したマスク１５から種結晶伸張用マスク要素３−３を除いたマスクを用いることとする。つまり、種結晶伸張用マスク要素４−１が種結晶伸張用マスク要素３−２に隣接する構成のマスクを用いることとする。さらに、互いに隣接する結晶化領域についての隣接方向（Ｙ軸方向）への最終伸張において、当該隣接する結晶化領域間の境界に向けて相反する向きに結晶を成長させるとともに、当該境界において成長結晶を同時に衝突するように、上記改行量を設定しておく。
【０２５７】
なお、図５８〜図７０においては、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０２５８】
図５８は、第１結晶化領域に角型結晶を途中まで形成してから、上記改行量だけ被処理物２０を移動させた後に、第２結晶化領域に対して、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを用いて第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２５９】
上記対応領域には、図５８に示すように、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａによって、結晶１−１Ａが形成される。ここで、図５８における結晶１ＡＢは、第１照射により形成される結晶１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０２６０】
図５９は、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２６１】
この第２照射により、図５９に示すとおり、上記対応領域には結晶２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶２−１Ａと第１照射により形成された結晶１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＢがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＢが形成される。ここで、この種結晶２ＡＢは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第１３照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。なお、同図に示すとおり、結晶２ＡＢの図心を、ＸＹ座標系の原点とする。
【０２６２】
図６０は、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６１は、種結晶伸張用マスク要素３−２のスリット３−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２６３】
上記第３照射によって、図６０に示すとおり、上記対応領域（第２結晶化領域）には結晶３−１Ａが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＢがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＢが形成される。その後、上記第４照射によって、図６１に示すとおり、上記対応領域には結晶３−２Ａが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＢがＹ＋に伸張され、その結果、結晶４ＡＢが形成される。
【０２６４】
図６２は、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６３は、種結晶伸張用マスク要素４−２のスリット４−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６４は、種結晶伸張用マスク要素４−３のスリット４−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２６５】
上記第５照射によって、図６２に示すとおり、上記対応領域には結晶４−１Ａが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＢはＹ−に伸張され、その結果、結晶５ＡＢが形成される。その後、上記第６照射によって、図６３に示すとおり、上記対応領域には結晶４−２Ａが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＢがＹ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＢが形成される。さらにその後、第７照射によって、図６４に示すとおり、上記対応領域には結晶４−３Ａが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＢがＹ−に伸張され、その結果、結晶７ＡＢが形成される。さらに、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。
【０２６６】
つまり、同図に示すとおり、隣接種結晶（第１結晶化領域において形成された種結晶２ＡＡ（図示せず），種結晶２ＡＢ）の隣接する方向（Ｙ軸方向）への最終伸張において、隣接種結晶間の境界に向けて相反する方向に結晶６ＡＡと結晶６ＡＢとが成長し、当該境界において成長結晶が同時に衝突する。
【０２６７】
図６５は、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６６は、種結晶伸張用マスク要素５−２のスリット５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６７は、種結晶伸張用マスク要素５−３のスリット５−３ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２６８】
上記第８照射によって、図６５に示すとおり、上記対応領域には結晶５−１Ａが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、種結晶７ＡＢはＸ＋に伸張され、その結果、結晶８ＡＢが形成される。その後、上記第９照射によって、図６６に示すとおり、上記対応領域には結晶５−２Ａが形成される。また、この第９照射によって、同図に示すとおり、結晶８ＡＢがＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＢが形成される。さらにその後、第１０照射によって、図６７に示すとおり、上記対応領域には結晶５−３Ａが形成される。また、この第１０照射によって、同図に示すとおり、結晶９ＡＢがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１０ＡＢが形成される。
【０２６９】
図６８は、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図６９は、種結晶伸張用マスク要素６−２のスリット６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図７０は、種結晶伸張用マスク要素６−３のスリット６−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２７０】
上記第１１照射によって、図６８に示すとおり、上記対応領域には結晶６−１Ａが形成される。また、この第１１照射によって、同図に示すとおり、種結晶１０ＡＢはＸ−に伸張され、その結果、結晶１１ＡＢが形成される。その後、上記第１２照射によって、図６９に示すとおり、上記対応領域には結晶６−２Ａが形成される。また、この第１２照射によって、同図に示すとおり、結晶１１ＡＢがＸ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＢが形成される。さらにその後、第１３照射によって、図７０に示すとおり、上記対応領域には結晶６−３Ａが形成される。また、この第１３照射によって、同図に示すとおり、結晶１２ＡＢがＸ−に伸張され、その結果、結晶１３ＡＢが形成される。
【０２７１】
以上により、結晶化が完了する。
このような結晶化を行うレーザ結晶化装置１は、第１結晶化領域において種結晶２ＡＡを伸張して角型結晶１３ＡＡを形成し、かつ第２結晶化領域において種結晶２ＡＢを伸張して角型結晶１３ＡＢを形成する際に、角型結晶１３ＡＡのＹ＋への最終伸張に用いるスリットを角型結晶１３ＡＢのＹ−への最終伸張に用いるスリットが兼用するように、スリットの配置と改行量とが設定されている構成であるといえる。
【０２７２】
また、このような構成の装置を用いて結晶化を行うことにより、図７０に示すように、隙間なく隣接した結晶化領域を形成することができる。なお、上記においては、Ｙ軸方向の正の向き（Ｙ＋）へ移動（改行）する構成を例に挙げて説明したが、Ｙ軸方向の負の向き（Ｙ−）へ移動する構成としてもよい。
【０２７３】
ところで、一般的に、ＴＦＴのチャンルサイズが角型結晶よりも大きい場合、チャネル内の角型結晶以外の領域は、結晶化されていない膜（非晶質半導体膜）で構成されることになる。このようなＴＦＴは、結晶化されていない膜をも含むため、このような膜を含まないＴＦＴに比べて特性が低くなる。
【０２７４】
一方で、チャネルサイズが大きい場合に、高性能のＴＦＴを得るためには、チャネル内を角型結晶で埋める必要がある。この手段として、チャネルサイズよりも大きな角型結晶を形成し、その角型結晶の中にチャネルを配置する方法と、図７０に示したような複数の角型結晶が隙間なく並んだ角型結晶群を形成し、この角型結晶群の中にチャネルを配置する方法とがある。
【０２７５】
上述したように改行量分の移動を行い角型結晶を形成する構成では、図７０に示したように、隣接した角型結晶（隣接した結晶化領域）を形成することによって、複数の角型結晶がリッジを隔てて複数個並ぶ角型結晶群を得ることができる。このため、当該角型結晶群を用いることにより、チャネルサイズが大きくても、高性能のＴＦＴを製作することができる。
【０２７６】
〈マスク構成の他の変更例〉
ところで、上記においては、種結晶形成用マスク要素群における複数のスリットの配置パターンが互い交差するパターンである例を挙げて説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、一部の照射領域を重畳させながら伸張した針状結晶（例えば、図９８（ｂ）の針状結晶）に対し、交差するパターンであってもよい。
【０２７７】
この場合、一部の照射領域を重畳させながら結晶を伸張することにより、針状結晶の結晶幅を均一なものとすることができる。このため、後に交差したパターンを有するスリットを用いてレーザ光を照射した場合に形成される矩形状種結晶は、一部の照射領域を重畳させない構成に比べて、より均質な結晶性を有することになる。
【０２７８】
なお、上記の図３に示したマスク１５および図２０に示したマスク１５ａにおいては、ｊ＝ｋ＝ｌ＝ｍ＝３の例を示してあるが、これに限るものではなく、ｊ、ｋ、ｌ、ｍが増加するほど大きな角型結晶が得られる。
【０２７９】
また、本実施の形態においては、種結晶形成用マスク要素のスリットの幅と種結晶伸張用マスク要素のスリットの幅とを、同一幅とした例を挙げて説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、種結晶形成用マスク群における種結晶形成用マスク要素のスリットの幅が、種結晶伸張用マスク群における種結晶伸張用マスク要素のスリットの幅と同じであるか、あるいは、種結晶伸張用マスク要素のスリットの幅より狭ければよい。これは、種結晶形成用マスク群における種結晶形成用マスク要素のスリットの幅が狭いほど、均質な矩形状種結晶を得ることができるためである。
【０２８０】
ところで、上記においては、Ｘ軸方向の正の向きと、Ｘ軸方向の負の向きと、Ｙ軸方向の正の向きと、Ｙ軸方向の負の向きとに、種結晶を伸張させる例を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【０２８１】
Ｘ軸方向の正の向きと、Ｘ軸方向の負の向きと、Ｙ軸方向の正の向きと、Ｙ軸方向の負の向きとのうち、少なくとも３つの向きに種結晶を伸張させる構成であればよい。このような構成であっても、例えばＸ軸方向の正負の向きとＹ軸方向の正の向きとにしか種結晶が伸張されない従来の構成に比べ、大きな角型結晶を得ることができる。
【０２８２】
このようなマスクの構成は、例えば図２に示すマスク１５から、例えばＹ軸方向の負の向きに伸張させるために用いた種結晶伸張用マスク要素を取り除き、配列はそのままに他のマスク要素を隣接させるような構成とすればよい。なお、この場合には、Ｘ軸方向の正の向きと、Ｘ軸方向の負の向きと、Ｙ軸方向の正の向きとに種結晶が伸張することになる。
【０２８３】
つまり、Ｘ軸方向の正の向きに伸張させるためのマスク要素と、Ｘ軸方向の負の向きに伸張させるためのマスク要素と、Ｙ軸方向の正の向きに伸張させるためのマスク要素と、Ｙ軸方向の負の向きに伸張させるためのマスク要素とのうち、いずれかのマスク用を備えない構成とすることにより、これら４つの方向のうち３つの方向のみに種結晶を伸張させることができる。
【０２８４】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態にかかるレーザ結晶化装置について、図７１から図９４に基づいて説明すると、以下のとおりである。なお、実施の形態１で示した部材については同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２８５】
本実施の形態にかかるレーザ結晶化装置は、マスクの構成が実施の形態１で示したマスクの構成と異なっているだけで、他の構成は実施の形態１のレーザ結晶化装置１と同じである。
【０２８６】
実施の形態１では、Ｙ軸方向への伸張が完了してからＸ軸方向への伸張を行うレーザ結晶化方法、あるいは、Ｘ軸方向の伸張が完了してからＹ軸方向の伸張を行うレーザ結晶化方法について説明した。一方、本実施の形態は、実施の形態１のレーザ結晶化方法と異なっており、Ｘ軸方向への伸張とＹ軸方向への伸張とを交互に繰り返しながら結晶を伸張させる。
【０２８７】
以下、具体的なマスクの構成を示して、角型結晶を形成する過程を説明する。
図７１は、本実施の形態で用いる、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
【０２８８】
同図に示すマスク１５０は、種結晶伸張用マスク要素の配列が、図３に示したマスク１５における種結晶伸張用マスク要素と異なっている。その他は、図７１に示すマスク１５０と図３に示すマスク１５とは、同一である。
【０２８９】
以下では、図７１に示したマスク１５０を用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図７２〜図８５に基づいて説明する。なお、図７２〜図８５においても、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０２９０】
図７２は、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２９１】
上記対応領域には、図７２に示すように、種結晶形成用マスク要素１−１のスリット１−１ａによって、結晶１−１Ａが形成される。ここで、図７２における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０２９２】
図７３は、種結晶形成用マスク要素２−１のスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２９３】
この第２照射により、図７３に示すとおり、上記対応領域には結晶２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶２−１Ａと第１照射により形成された結晶１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。ここで、この種結晶２ＡＡは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第１４照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０２９４】
図７４は、種結晶伸張用マスク要素３−１のスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図７５は、種結晶伸張用マスク要素４−１のスリット４−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２９５】
上記第３照射によって、図７４に示すとおり、上記対応領域には結晶３−１Ａが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。その後、上記第４照射によって、図７５に示すとおり、上記対応領域には結晶４−１Ａが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。
【０２９６】
図７６は、種結晶伸張用マスク要素５−１のスリット５−１ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図７７は、種結晶伸張用マスク要素６−１のスリット６−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２９７】
上記第５照射によって、図７６に示すとおり、上記対応領域には結晶５−１Ａが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成される。その後、第６照射によって、図７７に示すとおり、上記対応領域には結晶６−１Ａが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＸ−に伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。
【０２９８】
図７８は、種結晶伸張用マスク要素３−２のスリット３−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図７９は、種結晶伸張用マスク要素４−２のスリット４−２ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０２９９】
上記第７照射によって、図７８に示すとおり、上記対応領域には結晶３−２Ａが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。その後、第８照射によって、図７９に示すとおり、上記対応領域には結晶４−２Ａが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＹ−に伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。
【０３００】
図８０は、種結晶伸張用マスク要素５−２のスリット５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図８１は、種結晶伸張用マスク要素６−２のスリット６−２ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３０１】
上記第９照射によって、図８０に示すとおり、上記対応領域には結晶５−２Ａが形成される。また、この第９照射によって、同図に示すとおり、種結晶８ＡＡはＸ＋に伸張され、その結果、結晶９ＡＡが形成される。その後、上記第１０照射によって、図８１に示すとおり、上記対応領域には結晶６−２Ａが形成される。また、この第１０照射によって、同図に示すとおり、結晶９ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１０ＡＡが形成される。
【０３０２】
図８２は、種結晶伸張用マスク要素３−３のスリット３−３ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図８３は、種結晶伸張用マスク要素４−３のスリット４−３ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３０３】
上記第１１照射によって、図８２に示すとおり、上記対応領域には結晶３−３Ａが形成される。また、この第１１照射によって、同図に示すとおり、結晶１０ＡＡがＹ＋に伸張され、その結果、結晶１１ＡＡが形成される。その後、上記第１２照射によって、図８３に示すとおり、上記対応領域には結晶４−３Ａが形成される。また、この第１２照射によって、同図に示すとおり、種結晶１１ＡＡはＹ−に伸張され、その結果、結晶１２ＡＡが形成される。
【０３０４】
図８４は、種結晶伸張用マスク要素５−３のスリット５−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図８５は、種結晶伸張用マスク要素６−３のスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３０５】
上記第１３照射によって、図８４に示すとおり、上記対応領域には結晶５−３Ａが形成される。また、この第１３照射によって、同図に示すとおり、結晶１２ＡＡがＸ＋に伸張され、その結果、結晶１３ＡＡが形成される。その後、第１４照射によって、図８５に示すとおり、上記対応領域には結晶６−３Ａが形成される。また、この第１４照射によって、同図に示すとおり、結晶１３ＡＡがＸ−に伸張され、その結果、結晶１４ＡＡが形成される。
【０３０６】
以上により、結晶化が完了する。
その結果、マスク１５０を用いることにより、図８５に示したとおり、図３に示したマスク１５を用いた場合に得られる角型結晶と同じ大きさの角型結晶を得ることができる。
【０３０７】
以上のように、本実施の形態においては、マスク１５０を用いることにより種結晶をＸ軸方向およびＹ軸方向に交互に少しずつ伸張させることができる。それゆえ、本実施の形態においては、実施の形態１に記した、例えば種結晶をＹ軸方向に伸張させた結晶をＸ軸方向に伸張させることにより得られる角型結晶よりも、結晶粒割れが少ない角型結晶を得ることができる。
【０３０８】
〈マスク構成の変更例〉
次に、Ｘ軸方向への伸張とＹ軸方向への伸張とを交互に繰り返しながら結晶を伸張させるとともに、Ｙ＋への伸張とＹ−への伸張を同時に行い、かつＸ＋への伸張とＸ−への伸張を同時に行う構成について、図８６〜図９４に基づいて説明する。
【０３０９】
図８６は、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。同図に示すマスク１５０ａは、Ｙ＋への伸張用スリットとＹ−への伸張用スリットとを同一マスク要素に配置するとともに、Ｘ＋への伸張用スリットとＸ−への伸張用スリットとを同一マスク要素に配置している。
【０３１０】
マスク１５０ａは、種結晶伸張用マスク要素の配列が、実施の形態１で示したマスク１５ｂ（図３５参照）における種結晶伸張用マスク要素と異なっている。その他は、図８６に示すマスク１５０ａと図３５に示すマスク１５ｂとは、同一である。なお、図８６において、図３５に示すマスク１５ｂの種結晶伸張用マスク要素と同じマスク要素については、同一の符号を付している。
【０３１１】
以下では、図８６に示したマスク１５０ａを用いて、種結晶を形成する過程と当該形成した種結晶を伸張させる過程とを、図８７〜図９４に基づいて説明する。なお、図８７〜図９４においても、細線で囲まれた領域が各回の照射により結晶化される領域を示し、点線で囲まれた領域が各回の照射よりも１回前の照射により結晶化される領域を示し、太線で囲まれた領域が当該照射により結晶化される結晶を示し、斜線を施した領域が各回の照射より１回前の照射により形成される結晶を示している。
【０３１２】
図８７は、種結晶形成用マスク要素１１−１のスリット１１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３１３】
上記対応領域には、図８７に示すように、種結晶形成用マスク要素１１−１のスリット１１−１ａによって、結晶１１−１Ａが形成される。ここで、図３６における結晶１ＡＡは、第１照射により形成される結晶１１−１Ａの一部であり、細長い針状結晶である。
【０３１４】
図８８は、種結晶形成用マスク要素１２−１のスリット１２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３１５】
この第２照射により、図８８に示すとおり、上記対応領域には結晶１２−１Ａが形成される。このとき、第１照射で形成されたような針状結晶が形成される。さらに、結晶１２−１Ａと第１照射により形成された結晶１１−１Ａとが交差する領域においては、針状結晶１ＡＡがＸ−に引き伸ばされて、角型の種結晶２ＡＡが形成される。ここで、この種結晶２ＡＡは、略閉ループの結晶粒界（リッジ）に囲まれた結晶であって、その内部には結晶粒界を含まない結晶である。なお、以降のレーザ光の照射（第３照射〜第８照射）により、この種結晶を伸張させていくことになる。
【０３１６】
図８９は、種結晶伸張用マスク要素１３−１のスリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図９０は、種結晶伸張用マスク要素１５−１のスリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３１７】
上記第３照射によって、図８９に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−１Ａと結晶１４−１Ａとが形成される。また、この第３照射によって、同図に示すとおり、種結晶２ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶３ＡＡが形成される。その後、上記第４照射によって、図９０に示すとおり、上記対応領域には結晶１５−１Ａと結晶１６−１Ａとが形成される。また、この第４照射によって、同図に示すとおり、結晶３ＡＡがＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶４ＡＡが形成される。
【０３１８】
図９１は、種結晶伸張用マスク要素１３−２のスリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図９２は、種結晶伸張用マスク要素１５−２のスリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３１９】
上記第５照射によって、図９１に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−２Ａと結晶１４−２Ａとが形成される。また、この第５照射によって、同図に示すとおり、結晶４ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶５ＡＡが形成される。その後、上記第６照射によって、図９２に示すとおり、上記対応領域には結晶１５−２Ａと結晶１６−２Ａとが形成される。また、この第６照射によって、同図に示すとおり、結晶５ＡＡはＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶６ＡＡが形成される。
【０３２０】
図９３は、種結晶伸張用マスク要素１３−３のスリット１３−３ａおよびスリット１４−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。また、図９４は、種結晶伸張用マスク要素１５−３のスリット１５−３ａおよびスリット１６−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物２０の上面図である。
【０３２１】
上記第７照射によって、図９３に示すとおり、上記対応領域には結晶１３−３Ａと結晶１４−３Ａとが形成される。また、この第７照射によって、同図に示すとおり、結晶６ＡＡがＹ＋とＹ−とに伸張され、その結果、結晶７ＡＡが形成される。その後、第８照射によって、上記対応領域には結晶１５−３Ａと結晶１６−３Ａとが形成される。また、この第８照射によって、同図に示すとおり、結晶７ＡＡがＸ＋とＸ−とに伸張され、その結果、結晶８ＡＡが形成される。
【０３２２】
以上により、結晶化が完了する。
このような図８６に示したマスク１５０ａを用いることにより、図７１に示したマスク１５０を用いる場合に比べて、同じ大きさの角型結晶を得る際の照射回数を減らすことができる。これにより、結晶作製時間を短縮することができる。
【０３２３】
また、照射回数を減らすことができるため、レーザ光の照射に伴って被処理物２０に発生する蓄熱を抑制することができる。これにより、被処理物２０の損傷を低減する効果を奏する。
【０３２４】
さらに、本実施の形態においても、実施の形態１に記したように、改行量分の移動を行い角型結晶を形成する構成とし、隣接した角型結晶（隣接した結晶化領域）を形成することによって、複数の角型結晶がリッジを隔てて複数個並ぶ角型結晶群を得ることができる。このため、当該角型結晶群を用いることにより、チャネルサイズが大きくても、高性能のＴＦＴを製作することができる。
【０３２５】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態にかかるレーザ結晶化装置について、図９５に基づいて説明すると、以下のとおりである。なお、実施の形態１および実施の形態２で示した部材については同一符号を付し、その説明を省略する。
【０３２６】
図９５は、レーザ結晶化装置１００の概略構成を示した図である。
レーザ結晶化装置１００は、同図に示すとおり、レーザ光発振器１０と、可変減衰器１１と、ミラー１２と、ミラー１３と、照明光学素子１４と、マスク１５と、結像レンズ１６と、ミラー１７と、ステージ１８と、制御装置１９と、レーザ光発振器３０と、可変減衰器３１と、ミラー３２とを備えている。また、ステージ１８上には、レーザ光の照射対象となる被処理物２０が載置される。
【０３２７】
つまり、本実施の形態にかかるレーザ結晶化装置１００は、レーザ結晶化装置１が備える部材に加え、さらにレーザ光発振器３０と可変減衰器３１とミラー３２とを備える点において、実施の形態１にかかるレーザ結晶化装置１と異なっている。
【０３２８】
レーザ光発振器３０は、固体状態にある非晶質半導体薄膜２３への吸収率が高い範囲の波長を有するレーザ光を照射することができるものであれば、特に限定されるものではない。たとえば、レーザ発振器３０として、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザ発振器を用いることができる。ここで、レーザ光発振器３０から照射されるレーザ光の１回の照射あたりのエネルギー量は、固体状態の非晶質半導体薄膜２３の厚さ方向に亘って溶融させるエネルギー量未満とする。
【０３２９】
可変減衰器３１は、レーザ光の吸収や散乱を通じて、レーザ光発振器３０から出射されたレーザ光のパワーを減衰させる。特に、可変減衰器３１は、外部からの信号もしくは調節つまみによってその減衰量を変化させることのできる。可変減衰器３１で減衰されたパルスレーザ光は、ミラー３２に向かって出射される。
【０３３０】
ミラー３２は、可変減衰器３１から出射したパルスレーザ光を、ステージ１８上の被処理物２０の方向へ反射する。
【０３３１】
つまり、レーザ結晶化装置１００においては、レーザ光発振器３００から出射されたレーザ光が、可変減衰器３１を通り、ステージ１８上に載置された被処理物２０の表面に対し入射する。
【０３３２】
また、レーザ結晶化装置１００では、レーザ光発振器１０から出射されたレーザ光（以下、第１レーザ光と称する）と、レーザ光発振器３０から出射されたレーザ光（以下、第２レーザ光と称する）とが、同時に被処理物２０に照射される。なお、本実施の形態においては、制御装置１９は、さらに、レーザ光発振器３０におけるレーザ光の出射のタイミングを制御する。
【０３３３】
被処理物２０へのレーザ光の入射方向に関しては、例えば、レーザ光発振器１０から出射した第１レーザ光を非晶質半導体薄膜２３に対して垂直方向から入射させ、レーザ光発振器３０から出射した第２レーザ光を非晶質半導体薄膜２３に対し斜方から入射させる。
【０３３４】
また、第２レーザ光による被処理物２０におけるレーザ光照射領域（以下、第２照射領域と称する）が、第１レーザ光による被処理物２０における照射領域（以下、第１照射領域と称する）を包含するような、第１照射領域よりも広い領域となるように、第２レーザ光を調整する。
【０３３５】
さらに、制御装置１９は、被処理物２０に対する第２レーザ光の照射を開始した後に、被処理物２０に対する第１レーザ光の照射を開始するとともに、当該第２レーザ光の照射を終了する前に当該第１レーザ光の照射を終了させる。
【０３３６】
レーザ結晶化装置１００では、第１照射領域と第２照射領域とを上記のように設定するとともに、第１レーザ光と第２レーザ光との照射タイミングを上記のように設定することにより、溶融状態にある非晶質半導体膜２３が凝固するまでの時間を延長することができる。
【０３３７】
それゆえ、第１レーザ光のみを照射する構成に比べて、レーザ結晶化装置１００では結晶成長距離を大幅に延ばすことができる。したがって、第１レーザ光の１回の照射によって、実施の形態１および２の構成に比べ、結晶成長をより長くすることが可能となる。
【０３３８】
それゆえ、マスク１５におけるスリットのスリット幅を広くすることが可能となる。したがって、本実施の形態では、実施の形態１および実施の形態２に比べて、より巨大な角型結晶を形成することも可能となる。
【０３３９】
なお、上記においては、マスク１５を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、マスク１５の代わりにマスク１５ａ、マスク１５ｂ、マスク１５ｃ、マスク１５０、またはマスク１５０ａを用いてもよい。
【０３４０】
また、図９５には記載していないが、レーザ結晶化装置１００に対し、レーザ光発振器３０が出射するレーザ光を所望の寸法に整形するためのビーム整形光学系や、当該レーザ光を均一な強度で照射するためのビーム均一化光学系などを必要に応じて導入してもよい。
【０３４１】
また、上記においては、第１レーザ光を非晶質半導体薄膜２３に対して垂直方向から入射させ、第２レーザ光を非晶質半導体薄膜２３に対し斜方から入射させたが、このような方向に限定されるものではない。
【０３４２】
また、第２照射領域が第１照射領域を包含するような構成を例に挙げたが、第２照射領域が第１照射領域を完全に包含しない場合であっても、照射領域が重複している領域があれば、当該領域については上述した効果を奏する。
【０３４３】
なお、上記の各実施の形態において用いたマスクのスリット形状を、矩形状としたが、これに限定されるものではない。例えば、スリット形状を円形や楕円形としてもよい。
【０３４４】
また、上記においては、ステージ１８が移動する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、マスクが移動する構成としてもよい。
【０３４５】
また、上記においては、マスクが各マスク要素からなる構成を示した。つまり、物理的に一つのマスクを用いた構成を挙げて説明した。しかしながら、複数のマスクが集合して一つのマスクをなす構成であってもよい。この場合、複数のマスクのうち各マスクが、マスク要素に相当することになる。
【０３４６】
また、上記の各実施形態においては、種結晶の形成方法として、交差する２つのスリットを用いる構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、単独のスリット（例えば、図３のスリット１−１ａ）で形成される針状結晶を上記の種結晶とし、当該種結晶を種結晶伸張用マスク要素群で伸張させる構成としてもよい。あるいは、円形の開口部（円状のスリット）を有するマスクを用いて形成される円状結晶を上記の種結晶とし、当該種結晶を種結晶伸張用マスク要素群で伸張させる構成としてもよい。さらに、第１のスリット、第１のスリットに垂直に配されたスリット、および第１のスリットに平行なスリットといったように、３つ以上のスリットを用いて種結晶を形成してもよい。
【０３４７】
また、上記円状のスリットを有するマスクを介してレーザ光を照射することによって種結晶を伸張させる場合や、矩形の種結晶に対して斜め方向から矩形の開口部（矩形状のスリット）を有するマスクを介してレーザ光を照射することによって当該種結晶を伸張させる場合のように、レーザ結晶化装置によるレーザ結晶化の方法を、同一象限に関し２つの方向（例えば１Ｘ＋方向および１Ｙ＋方向）に同時に種結晶を伸張させる構成とすることもできる。
【０３４８】
また、図４４に示したマスク１５ｃにおいては、マスク要素２１−１とマスク要素２２−１とが種結晶形成用マスク要素に該当し、当該マスク１５ｃによって、２つの種結晶を同時に生成できた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。マスク要素の数と各マスク要素におけるスリットの配置とを適宜変更することにより、Ｘ軸方向に２つ以上の種結晶、および／または、Ｙ軸方向に２つ以上の種結晶を同時に形成することもできる。
【０３４９】
つまり、種結晶形成用マスク要素群が、上述した移動方向に沿って配された、第１方向に伸びた開口部を１つ以上有する第１形成マスク要素と、第２方向に伸びた開口部を１つ以上有する第２形成マスク要素とを備えていればよい。
【０３５０】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０３５１】
【図１】レーザ結晶化装置の概略構成を示した図である。
【図２】被処理物の断面を示した断面図である。
【図３】角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
【図４】種結晶形成用マスク要素を用いた第１照射と、マスク１５が距離Ｍ移動した後の、他の種結晶形成用マスク要素を用いた第２照射とによって形成される種結晶の図心Ｐを原点とするＸ−Ｙ直交座標系を示した図である。
【図５】図３に示したマスクのスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６】図３に示したマスクのスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７】図３に示したマスクのスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８】図３に示したマスクのスリット３−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９】図３に示したマスクのスリット３−３ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１０】図３に示したマスクのスリット４−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１１】図３に示したマスクのスリット４−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１２】図３に示したマスクのスリット４−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１３】図３に示したマスクのスリット５−１ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１４】図３に示したマスクのスリット５−２ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１５】図３に示したマスクのスリット５−３ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１６】図３に示したマスクのスリット６−１ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１７】図３に示したマスクのスリット６−２ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１８】図３に示したマスクのスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図１９】種結晶と、最終的に形成される角型結晶との関係を示した図である。
【図２０】角型結晶を形成するための他のマスクの構成を示した図である。
【図２１】図２０に示したマスクのスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２２】図２０に示したマスクのスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２３】図２０に示したマスクのスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２４】図２０に示したマスクのスリット４−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２５】図２０に示したマスクのスリット３−２ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２６】図２０に示したマスクのスリット４−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２７】図２０に示したマスクのスリット３−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２８】図２０に示したマスクのスリット４−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図２９】図２０に示したマスクのスリット５−１ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３０】図２０に示したマスクのスリット６−１ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３１】図２０に示したマスクのスリット５−２ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３２】図２０に示したマスクのスリット６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３３】図２０に示したマスクのスリット５−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３４】図２０に示したマスクのスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３５】角型結晶を形成するための、さらに他のマスクの構成を示した図である。
【図３６】図３５に示したマスクのスリット１１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３７】図３５に示したマスクのスリット１２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３８】図３５に示したマスクのスリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図３９】図３５に示したマスクのスリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４０】図３５に示したマスクのスリット１３−３ａおよびスリット１４−３ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４１】図３５に示したマスクのスリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４２】図３５に示したマスクのスリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４３】図３５に示したマスクのスリット１５−３ａおよびスリット１６−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４４】角型結晶を形成するための、さらに他のマスクの構成を示した図である。
【図４５】図４４に示したマスクのスリット２１−１ａおよびスリット２１−１−ｂを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４６】図４４に示したマスクのスリット２２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４７】図４４に示したマスクのスリット２３−１ａおよびスリット２３−１ｂを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４８】図４４に示したマスクのスリット２３−２ａおよびスリット２３−２ｂを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図４９】図４４に示したマスクのスリット２４−１ａおよびスリット２４−１ｂを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５０】図４４に示したマスクのスリット２４−２ａおよびスリット２４−２ｂを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５１】図４４に示したマスクのスリット２４−３ａおよびスリット２４−３ｂを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５２】図４４に示したマスクのスリット２５−１ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５３】図４４に示したマスクのスリット２５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５４】図４４に示したマスクのスリット２５−３ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５５】図４４に示したマスクのスリット２６−１ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５６】図４４に示したマスクのスリット２６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５７】図４４に示したマスクのスリット２６−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５８】第１結晶化領域に角型結晶を途中まで形成した後、第２結晶化領域に対して、他のマスクのスリット１−１ａを用いて第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図５９】上記他のマスクのスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６０】上記他のマスクのスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６１】上記他のマスクのスリット３−２ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６２】上記他のマスクのスリット４−１ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６３】上記他のマスクのスリット４−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６４】上記他のマスクのスリット４−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６５】上記他のマスクのスリット５−１ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６６】上記他のマスクのスリット５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６７】上記他のマスクのスリット５−３ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６８】上記他のマスクのスリット６−１ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図６９】上記他のマスクのスリット６−２ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７０】上記他のマスクのスリット６−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７１】他の実施の形態に係る、角型結晶を形成するためのマスクの構成を示した図である。
【図７２】図７１に示したマスクのスリット１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７３】図７１に示したマスクのスリット２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７４】図７１に示したマスクのスリット３−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７５】図７１に示したマスクのスリット４−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７６】図７１に示したマスクのスリット５−１ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７７】図７１に示したマスクのスリット６−１ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７８】図７１に示したマスクのスリット３−２ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図７９】図７１に示したマスクのスリット４−２ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８０】図７１に示したマスクのスリット５−２ａを用いて、第９照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８１】図７１に示したマスクのスリット６−２ａを用いて、第１０照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８２】図７１に示したマスクのスリット３−３ａを用いて、第１１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８３】図７１に示したマスクのスリット４−３ａを用いて、第１２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８４】図７１に示したマスクのスリット５−３ａを用いて、第１３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８５】図７１に示したマスクのスリット６−３ａを用いて、第１４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８６】角型結晶を形成するための他のマスクの構成を示した図である。
【図８７】図８６に示したマスクのスリット１１−１ａを用いて、第１照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８８】図８６に示したマスクのスリット１２−１ａを用いて、第２照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図８９】図８６に示したマスクのスリット１３−１ａおよびスリット１４−１ａを用いて、第３照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９０】図８６に示したマスクのスリット１５−１ａおよびスリット１６−１ａを用いて、第４照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９１】図８６に示したマスクのスリット１３−２ａおよびスリット１４−２ａを用いて、第５照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９２】図８６に示したマスクのスリット１５−２ａおよびスリット１６−２ａを用いて、第６照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９３】図８６に示したマスクのスリット１３−３ａおよびスリット１４−３ａを用いて、第７照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９４】図８６に示したマスクのスリット１５−３ａおよびスリット１６−３ａを用いて、第８照射により結晶化を行った場合における、被処理物の上面図である。
【図９５】さらに他の実施の形態に係るレーザ結晶化装置の概略構成を示した図である。
【図９６】従来のマスクを示した図である。
【図９７】上記従来のマスクを用いて結晶を成長させる過程における結晶の成長状態を示した図であり、（ａ）は上記マスクによって基板上に形成されるレーザ光の照射パターンを示した図であり、（ｂ）は（ａ）に示した照射パターンを有するレーザ光によって基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｃ）はマスクを基板に対して（ａ）の矢印の方向に長さＭだけ相対的に移動させた後にレーザ光を照射した場合における、基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｄ）はマスクをさらに長さＭだけ相対的に移動させた後にレーザ光を照射した場合における、基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｅ）はマスクをさらに長さＭだけ相対的に移動させた後にレーザ光を照射した場合における、基板上に形成される結晶を示した図である。
【図９８】図９７に示した基板上の領域において成長する結晶の状態を図９７に対応付けて示した図であって、（ａ）は第１照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｂ）は第２照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｃ）は第３照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｄ）は第４照射によって上記領域に形成される結晶を示した図である。
【図９９】従来の他のマスクを示した図である。
【図１００】図９９のマスクを用いて結晶を成長させる過程における結晶の成長状態を示した図であって、（ａ）は上記マスクによって基板上に形成されるレーザ光の照射パターンを示した図であり、（ｂ）は（ａ）に示した照射パターンを有するレーザ光によって基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｃ）は上記マスクを基板に対して（ａ）の矢印の方向に長さＭだけ相対的に移動させた後にレーザ光を照射した場合における、基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｄ）は上記マスクをさらに長さＭだけさらに相対的に移動させた後にレーザ光を照射した場合における、基板上に形成される結晶を示した図であり、（ｅ）は上記マスクさらに長さＭだけさらに相対的に移動させた後に、レーザ光を照射した場合における、基板８０上に形成される結晶を示した図である。
【図１０１】図１００に示した基板上の領域において成長する結晶の状態を図１００に対応付けて示した図であって、（ａ）は第１照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｂ）は第２照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｃ）は第３照射によって上記領域に形成される結晶を示した図であり、（ｄ）は第４照射によって上記領域に形成される結晶を示した図である。
【図１０２】図９９のマスクを用いた場合における第１照射により形成される結晶を示した図である。
【図１０３】図９９のマスクを用いた場合における第２照射により形成される結晶を示した図である。
【図１０４】図９９のマスクを用いた場合における第３照射により形成される結晶を示した図である。
【図１０５】図９９のマスクを用いた場合における第４照射により形成される結晶を示した図である。
【図１０６】種結晶と最終的に形成される角型結晶との関係を示した図である。
【図１０７】上記第１照射と上記第２照射とによって形成される種結晶の図心Ｐを原点とするＸ−Ｙ直交座標系を示した図である。
【符号の説明】
【０３５２】
１，１００ レーザ結晶化装置、１０，３０ レーザ光発振器、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５０，１５０ａ マスク、１８ ステージ、１９ 制御装置、２０ 被処理物。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し、当該開口部を介して、相対的に移動する被処理物に対してレーザ光を照射することによって、前記被処理物上に照射パターンを形成するためのマスクであって、
前記移動方向に沿って配された、種結晶形成用マスク要素群と種結晶伸張用マスク要素群とを備え、
前記レーザ光の照射によって略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が形成するように、前記種結晶形成用マスク要素群の開口部が配置され、
前記種結晶中の特定位置を原点とするＸ−Ｙ直交座標系について、ｋを１から４の自然数とし、第ｋ象限におけるＸ軸正方向をｋＸ＋と、Ｘ軸負方向をｋＸ−と、Ｙ軸正方向をｋＹ＋と、Ｙ軸負方向をｋＹ−とすると、
前記種結晶形成用マスク要素群に続く前記種結晶伸張用マスク要素群を介して照射される前記レーザ光の照射タイミングの制御と、前記移動の制御とにより、前記形成された略閉ループの結晶粒界に包囲された種結晶が、１Ｘ＋、１Ｙ＋、２Ｘ−、２Ｙ＋、３Ｘ−、３Ｙ−、４Ｘ＋、および４Ｙ−の各方向に伸張するように、前記種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されている、マスク。
【請求項２】
前記１Ｙ＋および前記２Ｙ＋の２方向、前記２Ｘ−および前記３Ｘ−の２方向、前記３Ｙ−および前記４Ｙ−の２方向、ならびに前記１Ｘ＋および前記４Ｘ＋の２方向のうち、少なくともいずれか１つの２方向に前記種結晶を同時伸張するように、前記種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されている、請求項１に記載のマスク。
【請求項３】
前記種結晶伸張用マスク要素群は、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、ｎを１以上の自然数とすると、前記Ｙ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−３開口部を有する第４ｎ−３伸張マスク要素と、前記Ｙ−方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−２開口部を有する第４ｎ−２伸張マスク要素と、前記Ｘ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ−１開口部を有する第４ｎ−１伸張マスク要素と、前記Ｘ−方向に前記種結晶を伸張させるための第４ｎ開口部を有する第４ｎ伸張マスク要素とを備える、請求項１または２に記載のマスク。
【請求項４】
前記第４ｎ−３開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、
前記第４ｎ−２開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、
前記第４ｎ−１開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、
前記第４ｎ開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されている、請求項３に記載のマスク。
【請求項５】
ｓを１以上の自然数、第ｓ伸張マスク要素の第ｓ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｓ照射パターンとすると、
前記ｎの値が１のときの第１照射パターンは、少なくとも第１象限および第２象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第２照射パターンは、少なくとも第３象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第３照射パターンは、少なくとも第１象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第４照射パターンは、少なくとも第２象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なるように、第１〜４開口部が配置されている、請求項４に記載のマスク。
【請求項６】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素と第４ｎ−２伸張マスク要素と第４ｎ−１伸張マスク要素と第４ｎ伸張マスク要素との各マスク要素に関し、ｎの値がｋであるときのマスク要素をｋ番目のマスク要素とし、ｎの値がｋ＋１であるときのマスク要素をｋ＋１番目のマスク要素とし、さらに、前記ｋ番目のマスク要素の開口部をｋ番目の開口部と、前記ｋ＋１番目のマスク要素の開口部をｋ＋１番目の開口部と、前記ｋ番目の開口部の前記第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目の中心線とし、前記ｋ番目の開口部の前記第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目の中心線とすると、
前記第４ｎ−３伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目の開口部の一部が、前記第２方向の前記一方の向き側において前記第１方向におけるｋ番目の中心線と重なり、
前記第４ｎ−２伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目の開口部の一部が、前記第２方向の前記他方の向き側において前記第１方向におけるｋ番目の中心線と重なり、
前記第４ｎ−１伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目の開口部の一部が、前記第１方向の前記一方の向き側において前記第２方向におけるｋ番目の中心線と重なり、
前記第４ｎ伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目の開口部の一部が、前記第１方向の前記他方の向き側において前記第２方向におけるｋ番目の中心線と重なる、請求項５に記載のマスク。
【請求項７】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素と、第４ｎ−２伸張マスク要素と、第４ｎ−１伸張マスク要素と、第４ｎ伸張マスク要素とが、前記ｎの値に関わらず、この順に配されている、請求項６に記載のマスク。
【請求項８】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素とが、前記ｎの値に関わらず、この順に配されている、請求項６に記載のマスク。
【請求項９】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素とが、前記ｋの値に関わらず、この順に配されている、請求項６に記載のマスク。
【請求項１０】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素とが、前記ｋの値に関わらず、この順に配されている、請求項６に記載のマスク。
【請求項１１】
前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第４ｎ−３伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−２伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第４ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素とが、前記ｋの値に関わらず、この順に配されている、請求項６に記載のマスク。
【請求項１２】
前記種結晶伸張用マスク要素群は、ｎを１以上の自然数とすると、前記Ｙ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第２ｎ−１のＡ開口部および前記Ｙ−方向に前記種結晶を伸張させるための第２ｎ−１のＢ開口部を有する第２ｎ−１伸張マスク要素と、前記Ｘ＋方向に前記種結晶を伸張させるための第２ｎのＡ開口部および前記Ｘ−方向に前記種結晶を伸張させるための第２ｎのＢ開口部を有する第２ｎ伸張マスク要素とを備える、請求項１または２に記載のマスク。
【請求項１３】
前記第２ｎ−１のＡ開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、
前記第２ｎ−１のＢ開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されるとともに、前記第２ｎ−１のＡ開口部に平行に配され、
前記第２ｎのＡ開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配され、
前記第２ｎのＢ開口部の各開口部は、前記ｎの値に関わらず、それぞれ平行に配されるとともに、前記第２ｎのＡ開口部に平行に配されている、請求項１２に記載のマスク。
【請求項１４】
ｔを１以上の自然数、第ｔ伸張マスクの第ｔのＡ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｔＡ照射パターンと、第ｔ伸張マスクの第ｔのＢ開口部によって、基板上に形成される照射パターンを第ｔＢ照射パターンとすると、
前記ｎの値が１のときの第１Ａ照射パターンは、少なくとも第１象限および第２象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第１Ｂ照射パターンは、少なくとも第３象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第２Ａ照射パターンは、少なくとも第１象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なり、
前記ｎの値が１のときの第２Ｂ照射パターンは、少なくとも第２象限および第４象限の結晶粒界の一部を含むように、種結晶と重なるように、開口部が配置されている、請求項１３に記載のマスク。
【請求項１５】
前記第２ｎ−１伸張マスク要素と前記第２ｎ伸張マスク要素とに関し、前記ｎの値がｋであるときのマスク要素をｋ番目のマスク要素とし、ｎの値がｋ＋１であるときのマスク要素をｋ＋１番目のマスク要素とし、
さらに、前記ｋ番目のマスク要素の前記２つの開口部をｋ番目のＡの開口部とｋ番目のＢの開口部と、前記ｋ＋１番目のマスク要素の前記２つの開口部をｋ＋１番目のＡの開口部とｋ＋１番目のＢの開口部とし、
さらに、前記ｋ番目のＡの開口部の前記第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目のＡの中心線と、前記ｋ番目のＡの開口部の前記第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目のＡの中心線と、前記ｋ番目のＢの開口部の前記第１方向における中心線を第１方向におけるｋ番目のＢの中心線と、前記ｋ番目のＢの開口部の前記第２方向における中心線を第２方向におけるｋ番目のＢの中心線とすると、
前記第２ｎ−１伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目のＡの開口部の一部が、前記第２方向の前記一方の向き側において前記第１方向におけるｋ番目のＡの中心線と重なり、かつ前記ｋ＋１番目のＢの開口部の一部が、前記第２方向の前記他方の向き側において前記第１方向におけるｋ番目のＢの中心線と重なり、
前記第２ｎ伸張マスク要素に関しては、前記ｋ＋１番目のマスク要素は、前記ｋ番目のマスク要素に対し前記種結晶形成用マスク要素群とは反対側に配されるとともに、前記ｋ＋１番目のＡの開口部の一部が、前記第１方向の前記一方の向き側において前記第２方向におけるｋ番目のＡの中心線と重なり、かつ前記ｋ＋１番目のＢの開口部の一部が、前記第１方向の前記他方の向き側において前記第２方向におけるｋ番目のＢの中心線と重なる、請求項１４に記載のマスク。
【請求項１６】
前記第２ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第２ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第２ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第２ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されている、請求項１５に記載のマスク。
【請求項１７】
前記第２ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第２ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ番目のマスク要素と、前記第２ｎ−１伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素と、前記第２ｎ伸張マスク要素についての前記ｋ＋１番目のマスク要素とが、ｋの値に関わらず、この順に配されている、請求項１５に記載のマスク。
【請求項１８】
前記種結晶形成用マスク要素群は、前記移動方向に沿って配された、第１方向に伸びた第１開口部を有する第１マスク要素と、第２方向に伸びた第２開口部を有する第２マスク要素とを備える、請求項１から１７のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項１９】
前記種結晶形成用マスク要素群は、前記移動方向に沿って配された、第１方向に伸びた開口部を１つ以上有する第１形成マスク要素と、第２方向に伸びた開口部を１つ以上有する第２形成マスク要素とを備える、請求項１から１８のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項２０】
前記種結晶形成用マスク要素群における各マスク要素の各開口部と、前記種結晶伸張用マスク要素群における各マスク要素の各開口部とが、矩形である、請求項１から１９のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項２１】
前記種結晶形成用マスク要素群における各マスク要素の各開口部が、円形状であり、前記種結晶伸張用マスク要素群における各マスク要素の各開口部が、矩形である、請求項１から１９のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項２２】
前記第２方向は前記第１方向に対して垂直な方向である、請求項１から２１のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項２３】
前記１Ｘ＋および前記１Ｙ＋の２方向、前記２Ｘ−および前記２Ｙ＋の２方向、前記３Ｘ−および前記３Ｙ−の２方向、ならびに前記４Ｘ＋および前記４Ｙ−の２方向のうち、少なくともいずれか１つの２方向に前記種結晶を同時伸張するように、前記種結晶伸張用マスク要素群の開口部が配置されている、請求項１に記載のマスク。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項に記載のマスクと、
前記レーザ光を照射するレーザ光照射装置と、
前記被処理物を前記マスクに対して相対的に移動させる移動装置と、
前記照射と前記移動とを制御する制御装置とを備える、レーザ結晶化装置。
【請求項２５】
前記レーザ光照射装置が照射する一回あたりのレーザ光のエネルギー量が、基板上の前記被処理物を当該被処理物の厚み方向に亘り溶融させるエネルギー量である、請求項２４に記載のレーザ結晶化装置。
【請求項２６】
前記レーザ光を第１レーザ光とすると、当該第１レーザ光とは異なる第２レーザ光を前記被処理物に対して照射する第２レーザ光照射装置をさらに備え、
前記第１レーザ光の照射とともに、第１レーザ光が照射されている領域対して前記第２レーザ光の照射を行う、請求項２４または２５に記載のレーザ結晶化装置。
【請求項２７】
開口部を介してレーザ光を相対的に移動する被処理物に照射することにより、結晶粒を形成するレーザ結晶化方法であって、
連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を、前記被処理物上に形成する種結晶形成ステップと、
前記種結晶の特定位置を原点としたＸ−Ｙ直交座標系について、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、さらに前記被処理物の相対的な移動方向を前記Ｘ＋とすると、前記種結晶を、Ｘ＋とＸ−とＹ＋とＹ−とに、伸張させるための種結晶伸張ステップとを含む、レーザ結晶化方法。
【請求項２８】
前記種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋とＸ−とにおける結晶の伸張が終了した後に、Ｙ＋とＹ−とにおける結晶の伸張を行う、請求項２７に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項２９】
前記種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋およびＸ−における結晶の伸張と、Ｙ＋およびＹ−における結晶の伸張とを交互に行う、請求項２７に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項３０】
前記種結晶伸張ステップでは、Ｘ＋の伸張とＸ−の伸張とを同時に行う、請求項２７に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項３１】
前記種結晶形成ステップでは、少なくとも２つの種結晶を形成し、
前記種結晶伸張ステップでは、前記形成された種結晶を所定方向に伸張して得られた伸張途中の２つの結晶であって、前記所定方向において隣合う２つの結晶について、前記所定方向への最後の伸張を行う際に、一つの開口部を用いて同時に伸張させる、請求項２７から３０のいずれか１項に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項３２】
前記種結晶形成ステップと、
前記種結晶伸張ステップと、
前記移動方向に対して垂直な方向へ前記被処理物を相対的に移動させる移動ステップとを繰り返す、請求項２７から３１のいずれか１項に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項３３】
前記種結晶伸張ステップでは、前記形成された種結晶を前記移動方向と前記垂直な方向とに伸張して得られた伸張途中の第１結晶と、前記垂直な方向において隣合う伸張途中の第２結晶について、前記垂直な方向への最後の伸張を行う際に、一つの開口部を用いて前記第１結晶と前記第２結晶とを同時に伸張させる、請求項２７から３０のいずれか１項に記載のレーザ結晶化方法。
【請求項３４】
開口部を介してレーザ光を相対的に移動する被処理物に照射することにより、結晶粒を形成するレーザ結晶化方法であって、
連続した結晶粒界または一部が不連続となった結晶粒界に囲まれた種結晶を、前記被処理物上に形成する種結晶形成ステップと、
前記種結晶の特定位置を原点としたＸ−Ｙ直交座標系について、Ｘ軸正方向をＸ＋と、Ｘ軸負方向をＸ−と、Ｙ軸正方向をＹ＋と、Ｙ軸負方向をＹ−とし、さらに前記被処理物の相対的な移動方向を前記Ｘ＋とすると、前記種結晶を、前記座標系における第１象限においてはＸ＋とＹ＋とに、前記座標系における第２象限においてはＸ−とＹ＋とに、前記座標系における第３象限においてはＸ−とＹ−とに、前記座標系における第４象限においてはＸ＋とＹ−とに、伸張させるための種結晶伸張ステップとを含む、レーザ結晶化方法。
【請求項３５】
請求項２７から３４のいずれか１項に記載のレーザ結晶化方法によって形成された結晶粒を含んだ、結晶材。
【請求項３６】
請求項３５に記載の結晶材における前記結晶粒中にチャネル領域を有するトランジスタを含んだ、半導体素子。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

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【図１０】

【図１１】

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【図１００】

【図１０１】

【図１０２】

【図１０３】

【図１０４】

【図１０５】

【図１０６】

【図１０７】

【公開番号】特開２００９−２８９９２２（Ｐ２００９−２８９９２２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９９１８（Ｐ２００８−１３９９１８）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】