CN1397089A - 非单晶薄膜、带非单晶薄膜的衬底、其制造方法及其制造装置、以及其检查方法及其检查装置、以及利用该非单晶薄膜的薄膜晶体管、薄膜晶体管阵列及图像显示装置 - Google Patents

非单晶薄膜、带非单晶薄膜的衬底、其制造方法及其制造装置、以及其检查方法及其检查装置、以及利用该非单晶薄膜的薄膜晶体管、薄膜晶体管阵列及图像显示装置 Download PDF

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Abstract

提供一种在减少晶粒的粒径分散的同时改进粒径的周期性的非单晶薄膜的制造方法。为此，本发明的非单晶薄膜的制造方法包括：在非单晶薄膜形成之后，以衍射光监测使激光照射最优化的工序；和在冷却衬底的状态下，进行激光照射的工序。

Description

非单晶薄膜、带非单晶薄膜的衬底、 其制造方法及其制造装置、 以及其检查方法及其检查装置、 以及利用该非单晶薄膜的薄膜晶体管、 薄膜晶体管阵列及图像显示装置
技术领域
本发明涉及非单晶薄膜、带非单晶薄膜的衬底、其制造方法及其制造装置、以及其检查方法及其检查装置、以及利用该非单晶薄膜的薄膜晶体管、薄膜晶体管阵列及图像显示装置。
背景技术
最近，采用薄膜晶体管(TFT)作为图像开关元件的液晶显示装置、有机EL显示装置等的图像显示装置的研究开发蓬勃开展。其中，在沟道区采用多晶硅的TFT与采用非晶硅的TFT相比，载流子迁移率相当高引人注目，提出了多晶硅TFT和驱动电路形成于同一衬底上的显示装置(驱动电路内置型显示装置)并正在进行研究开发。
TFT是具有在石英衬底及玻璃衬底等的衬底上划分为沟道区、漏区和源区等的半导体薄膜，与此半导体薄膜绝缘的栅极，与上述漏区或源区电连接的漏极及源极的器件。
TFT的半导体薄膜的制造方法，常用的有以激光照射非晶硅薄膜等非晶薄膜使其熔融结晶化而成为单晶硅薄膜等的非单晶薄膜的激光退火法。激光退火法的激光器一般使用氩激光器，KrF、XeCl等气体准分子激光器，例如，在使用准分子激光器的场合，从光源发射的几厘米见方的光束通过称为均化器的光学系统整形成为具有矩形或线状的均匀光强的光束之后，照射到非晶薄膜上而形成晶体。特别是，因为在图像显示装置中，由于重视画面内的均匀性，适于采用使用比较大的光束对大面积进行均匀结晶化的方法，一般采用线状光束进行扫描照射的方法。
并且，在这种激光退火法结晶化中，提高结晶化的均匀性是最大的课题。如结晶化出现分散，如果是像素区域，则显示画面出现斑点，如果是驱动电路区域，则电路特性会出现不均匀性，根据情况也可能造成电路无法驱动的情况。这种由分散引起的不良现象，在制造过程结束之后才能判明，所以其损失极大。
解决上述课题的方法，提出的有：①通过使照射面的一部分以反射膜或吸收膜覆盖并控制薄膜面的吸光性构建强度分布，诱导结晶生长方向的方法，②在衬底加热(400℃)的状态下，通过激光照射，使结晶化平滑进行的方法(Extended Abstracts of the 1991 InternationalConference on Solid State Devices and Materials，Yokohama，1991，p.p.623-625等)，③如图17所示，以检查光302照射经过准分子激光器激光300处理的非单晶薄膜301，其透射光303和反射光304分别由透射光检出器305和反射光检出器306检出，可检知结晶化进行程度的方法(日本公开专利特开平10-144621号公报)，④利用喇曼光谱法，原子间力显微镜观察法，断面SEM观察法，X线衍射法等方法。
但是，在上述方法中存在以下的问题，不能说可以充分满足力图做到多维集成和进一步降低成本的技术动向。
在上述方法①中，因为施加反射膜等工序是单独需要的，其制造工序繁杂，导致成本上升。
上述方法②，也同样因为需要加热工序，导致生产率下降。并且，存在原材料利用率低的问题。
在方法③中，可以检出从a-Si到p-Si的大变化，但在一旦结晶化之后的p-Si的状态的微妙变化过程中，由于上述反射光及透射光的变化小，检出灵敏度不够。
上述方法④中的任何一种都很难应用于结晶化过程进行中。而且，因为任何一种都只是对极其有限的局部测定点进行评估，是以很难在短时间内把握整个衬底的结晶化情况。
发明概述
本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种在对照射区域的结晶化情况进行实时高灵敏度监测的同时，使激光照射条件最优化的非单晶薄膜的制造方法、其制造装置及由此而得到的非单晶薄膜。
另外，其目的在于提供高灵敏度的非单晶薄膜的检查方法及其检查装置。
此外，本发明的目的在于提供一种即使不将激光控制于狭窄的照射能量区域中，通过对衬底进行冷却也可以很容易地制造没有迁移率和Vt特性等特性偏离的非单晶薄膜的制造方法，其制造装置及由此而得到的非单晶薄膜，带非单晶薄膜的衬底。
此外，本发明的目的在于提供一种利用上述非单晶薄膜作为半导体薄膜的薄膜晶体管，该薄膜晶体管在衬底上形成的薄膜晶体管阵列以及利用其构成的图像显示装置。
在本发明第1方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，以激光束照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，利用检查光照射上述激光束的照射区域，使上述激光束的照射条件最优化而使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
在本发明第2方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，在本发明第1方面中记载的非单晶薄膜的制造方法中，上述衍射光测定值是衍射光的光强。
在本发明第3方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，在本发明第1方面中记载的非单晶薄膜的制造方法中，上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
在本发明第4方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，以激光束扫描的同时进行照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，对上述激光束的照射区域以检查光进行照射，记录从上述非单晶薄膜发生的衍射光的测定值，对该值在规定值以外的区域再一次以激光束照射以进行结晶化或再结晶化。
在本发明第5方面中记载的非单晶薄膜的制造装置的特征在于包括：激光器、将激光束整形成为规定形状的光学系统、检查光光源和衍射光检出器，其中从上述光源发出的检查光照射利用经上述光学系统整形的激光束制造的非单晶薄膜，由上述衍射光检出器检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光，使上述激光束的照射条件最优化而使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
在本发明第6方面中记载的非单晶薄膜的制造装置的特征在于，在本发明第5方面中记载的非单晶薄膜的制造装置中，上述衍射光的测定值是衍射光的光强。
在本发明第7方面中记载的非单晶薄膜的制造装置的特征在于，在本发明第5方面中记载的非单晶薄膜的制造装置中，上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
在本发明第8方面中记载的非单晶薄膜的检查方法的特征在于，以检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光。
在本发明第9方面中记载的非单晶薄膜的检查方法的特征在于，在本发明第8方面中记载的非单晶薄膜的检查方法中，将上述衍射光进行波长分光。
在本发明第10方面中记载的非单晶薄膜的检查方法的特征在于，在本发明第8方面中记载的非单晶薄膜的检查方法中，测定上述衍射光的角度分布或位置分布。
在本发明第11方面中记载的非单晶薄膜的检查装置的特征在于包括检查光光源和衍射光检出器，以上述光源发出的检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光的强度。
在本发明第12方面中记载的非单晶薄膜的检查装置的特征在于在本发明第11方面中记载的非单晶薄膜的检查装置中，包括对上述衍射光进行波长分光的装置。
在本发明第13方面中记载的非单晶薄膜的检查装置的特征在于，在本发明第11方面中记载的非单晶薄膜的检查装置中，上述衍射光检出器是测定衍射光的角度分布或位置分布的装置。
在本发明第14方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，至少包括：在衬底上形成非晶薄膜或微晶薄膜的成膜工序、以及对上述非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射使非晶薄膜或微晶薄膜熔融结晶化而形成非单晶薄膜的结晶化工序，上述结晶化工序在冷却衬底的状态下进行。
在本发明第15方面中记载的非单晶薄膜的制造方法的特征在于，在本发明第14方面中记载的非单晶薄膜的制造方法中，在上述结晶化工序中，上述衬底的温度保持在10℃以下。
在本发明第16方面中记载的非单晶薄膜的制造装置的特征在于，对在衬底上形成的非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射而形成非单晶薄膜的非单晶薄膜，其构成包括冷却上述衬底的装置。
在本发明第17方面中记载的非单晶薄膜的制造装置的构成特征在于，在本发明第16方面中记载的非单晶薄膜的制造装置中，包括测定上述衬底温度的衬底温度测定装置、加热上述衬底的装置、以及根据上述衬底温度测定装置的测定值对冷却上述衬底的装置和加热上述衬底的装置进行控制的控制装置。
在本发明第18方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在设定经光照而得到的衍射光的主峰的波长为λnm，上述主峰波长的波长半高宽为Δλnm的场合，可满足下面的式(1)：
Δλ/λ≤0.3    ...(1)
在本发明第19方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在设定单色光照射下得到的最强的衍射光的出射角为φ度，上述衍射光的波长半高宽为Δλnm的场合，可满足下面的式(2)：
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(2)
在本发明第20方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在本发明第18方面中记载的非单晶薄膜，可满足下面的式(3)：
σ/λ≤0.15    ...(3)
式中，σ表示标准偏差。
在本发明第21方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在本发明第19方面中记载的非单晶薄膜，可满足下面的式(4)：
σ/(sinφ)≤0.15    ...(4)
式中，σ表示标准偏差。
在本发明第22方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在在受到光照的场合产生的衍射光的峰值波长不同的区域。
在本发明第23方面中记载的非单晶半导体薄膜的特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的峰值波长不同。
在本发明第24方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在本发明第22方面中记载的非单晶薄膜，上述不同区域间的峰值波长相差200nm以上。
在本发明第25方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在衍射光的出射角不同的区域。
在本发明第26方面中记载的非单晶半导体薄膜的特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的出射角不同。
在本发明第27方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，利用喇曼光谱法得到的峰值漂移量与单晶相比在3cm-1以下。
在本发明第28方面中记载的带非单晶薄膜的衬底的特征在于，利用激光照射通过底膜在衬底表面上形成的非晶薄膜或微晶薄膜而制造的带非单晶薄膜的衬底，上述底膜中的杂质浓度是衬底中的杂质浓度的10万分之一以下。
在本发明第29方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在在光照的场合产生衍射光而可以检出该衍射光的区域。
在本发明第30方面中记载的非单晶薄膜的特征在于，在本发明第29方面中记载的非单晶薄膜中，上述区域包含至少一边是0.5mm以上的长方形。
在本发明第31方面中记载的薄膜晶体管的特征在于，采用在本发明第18～30方面任何一项所记载的非单晶薄膜作为半导体薄膜。
在本发明第32方面中记载的薄膜晶体管阵列的特征在于，本发明的第31方面中记载的薄膜晶体管是在衬底上形成的。
在本发明第33方面中记载的图像显示装置的特征在于，采用在本发明第32方面中记载的薄膜晶体管阵列。
附图简述
图1为概略示出本发明的实施方式1的多晶硅薄膜的制造装置的主要部分的构成图。
图2为示出衍射光强度的变化的曲线图。
图3为概略示出本发明的实施方式2的多晶硅薄膜的检查装置的主要部分的构成图。
图4为概略示出本发明的实施方式3的薄膜晶体管的一例的断面图。
图5为概略示出本发明的实施方式4的多晶硅薄膜的制造装置的构成图。
图6为示出ELA能量和TFT迁移率之间的关系的曲线图。
图7为概略示出本发明的实施方式5的多晶硅薄膜的制造装置的构成图。
图8为概略示出本发明的实施方式6的多晶硅薄膜的制造装置的构成图。
图9为衍射光的波长分布和衍射光强度之间的关系的曲线图。
图10为示出衬底温度和原材料利用率的关系的曲线图。
图11为示出多晶硅薄膜的测定点的TFT迁移率和衍射光峰值波长的曲线图，(a)为现有的多晶硅薄膜，(b)为本发明的多晶硅薄膜。
图12为衍射光的出射角分布和衍射光光量之间的关系的曲线图。
图13为示出ELA能量和喇曼峰位置之间的关系的曲线图。
图14为示出峰值漂移量和TFT迁移率之间的关系的曲线图。
图15为示出在光照的场合产生的衍射光的峰值波长或最强的衍射光的出射角不同的区域存在的场合的平面图。
图16为示出与玻璃衬底和底膜的界面的距离和杂质浓度的关系的曲线图。
图17为概略示出现有的检出装置的一例的构成图。
发明的具体实施方式
下面利用附图对本发明的实施方式予以说明。另外，可以认为主要是采用Si、Ge的IV族半导体用作非单晶薄膜，并且已经确认即使采用GaAs等的III-V半导体、ZnSe等的II-VI半导体也同样有效，但在下面示出的实施方式中，是以最普通的硅(Si)举例说明。
(实施方式1)
实施方式1的特征在于，是利用基于p-Si薄膜表面的微细凹凸形状的衍射光这一点。
首先，对以实施方式1为代表的发明群是如何完成的予以说明。
本发明的发明人，在着重研究不使非单晶半导体薄膜产生特性差的过程中，实际认识到利用紫外光准分子激光照射制造的多晶硅薄膜(p-Si薄膜)，其表面上存在大致规律的凹凸构造，此凹凸构造与结晶度强相关，并且根据激光照射条件的不同而可观察到各种状态。另一方面，确认结晶性与TFT特性相关。
于是，本发明的发明人发现，在某一结晶化条件下向制作的结晶化硅薄膜照射检查光时，可观察到从绿色到紫色的光谱光，并且上述光谱的表现依检查光的照射角度及观察角度而有很大的变化。另外了解到，根据这一观察可以在短时间内确认衬底整体的状态，并且可以一眼确认结晶化程度不同的部分(在大多场合是结晶性低的部分)。
根据这一些确认，光谱光是由于光线在p-Si薄膜的表面凹凸构造发生衍射而产生的。此外，还确认了通过改变激光强度，照射次数，振荡频率，激光扫描速度等结晶化条件参数，观察衍射光的角度，波长，强度会发生微妙的变化。
根据上述，通过对激光束的照射区域照射检查光，对非单晶薄膜的衍射光进行监测，以衍射光的测定值(光强等)作为指标可以实时检出结晶化的进行情况，并且发现，根据该结果反馈激光照射条件，通过调节照射条件可实现均匀的结晶性，作为其结果可抑制薄膜特性的分散，从而完成以实施方式1为代表的发明群。
图1为概略示出本发明的实施方式1的多晶硅薄膜的制造装置的主要部分的构成图。1是玻璃衬底，2是非晶硅薄膜(a-Si薄膜)，3是检查光振荡器(图中未示出)产生的检查光，4是衍射光检出器，5是准分子激光器振荡器(图中未示出)产生的准分子激光器激光，6是多晶硅薄膜(p-Si薄膜)，7是微细凹凸构造，8是衍射光，9是衬底传送台。另外，用来将准分子激光器激光整形为宽度350μm的线束的光学系统，除了构成其一部分的柱面透镜10之外，图中未示出。
利用上述构成的制造装置的多晶硅薄膜的制造方法如下。
首先，制备其上将形成非晶硅薄膜2的玻璃衬底1，装载于衬底传送台9上。带a-Si薄膜的玻璃衬底，例如，可以是在玻璃衬底上，以从玻璃除掉杂质为目的，利用TEOS CVD法等形成膜厚约为300nm的SiO2底膜(图中未示出)之后，利用等离子CVD法形成膜厚约为50nm的a-Si薄膜2。另外，为了除掉利用等离子CVD法制作的a-Si薄膜中的氢，通常在450℃中进行热处理1小时作为脱氢工序。
之后，在将衬底传送台9在水平及纵横方向上移动的同时，使超过结晶化阈值的准分子激光器激光5照射非晶硅薄膜2。由此a-Si熔融结晶化而成为p-Si。
接着，对经过准分子激光器激光照射的区域照射检查光3并利用衍射光检出器4监测其衍射光8。此时，到达未结晶化的区域的检查光3，由于a-Si薄膜2的表面的平滑性只产生正反射，在配置于轴外位置的衍射光检出器4上完全不会有光到达。另外，在结晶化阈值附近比较低的准分子激光能量区域中经照射而形成的p-Si薄膜6，由于其表面的凹凸构造粗糙，并且规律性低，几乎不产生衍射光，仅仅产生一些散射光而已。另一方面，在结晶性高的激光能量区域中经过处理的p-Si薄膜6的表面，由于具有反映其结晶性的大致规律的微细凹凸构造7，如检查光3照射到这一区域，就会产生指向性尖锐的衍射光8，光将到达检出器4。由于其与实时的散射光的强度有很大的差别，可以明确地将两者区别开来。因此，可以抓住一旦结晶化之后的p-Si的状态的微妙的变化过程，可以以高灵敏度判断最优结晶化条件。
接着，根据衍射光光强的测定值，在存在未进行充分结晶化的区域的场合，对该区域再一次进行激光照射。这样就可以进行最优化。这样就可以获得p-Si薄膜。
通常，结晶化所必需的激光能量与a-Si薄膜的厚度有很大的依赖关系。所以，如在多个衬底之间或在衬底面内a-Si薄膜厚度存在分散，各个的最优激光能量不同。此前，由于对整个衬底以固定的激光能量处理，膜厚分散与特性分散直接相关，而根据本实施方式，例如，按照下面的步骤，可在一边确认每个衬底的最优条件的同时，进行不会有很大损失的结晶化加工过程。
首先，对衬底的周边部分进行激光照射，调节激光能量直到达到检出衍射光的水平为止。此时的激光能量设为E0。通常，与衬底周边部分相比，衬底中央部分的合适能量比E0稍高。其后，驱动衬底传送台，对衬底进行全面激光照射，由于将激光能量预先调整到界限的中心，在整个衬底上可制造出均匀的非单晶薄膜。
但是，在采用上述方法时，在对衬底全面进行激光照射结束之前，有时会发生由于准分子激光器的脉冲不稳定性造成的无规律的冲击。在此场合，由于对衍射光进行监测，可以记录下来衍射光的强度在何时超出规定的范围，即是衬底的哪一部分(参考图2)。在根据这一信息进行再度激光照射时，就可以对由于不规律冲击造成的结晶性的分散进行修正，可以防止产生废品而造成的损失。
另外，上述检查光，可以是白光，也可以是He-Ne激光，Ar激光，YAG激光等单色光激光，并且最好是整形为与准分子激光器激光照射的区域大致吻合。另外，最好在衍射光检出器之前配置截断准分子激光器激光的波长的滤光器以便只检出检查光的衍射光。
(实施方式2)
图3为概略示出多晶硅薄膜的检查装置的主要部分的构成图。此检查装置的构成与在实施方式1中说明的制造装置的差别在于去掉了准分子激光器激光5的振荡器。
利用上述构成的装置的多晶硅薄膜的检查方法如下。
首先，与上述相同，在玻璃衬底上形成a-Si薄膜之后，利用历来公知的激光退火装置，制备使a-Si薄膜熔融结晶化而形成p-Si膜的带p-Si薄膜6的玻璃衬底1。
接着，将带p-Si薄膜6的玻璃衬底装载于衬底传送台9上，在移动衬底传送台9的同时，使检查光3照射p-Si薄膜6。此时，因为p-Si薄膜6的微细凹凸构造7产生衍射光，该衍射光由检出器4检出并记录。这样就可以检查p-Si薄膜6的结晶状态。
因为利用这种检查装置可以了解结晶不良区域，所以利用现有的激光退火装置再次进行激光退火就可制造没有结晶分散的p-Si薄膜。
(实施方式3)
本实施方式涉及利用在上述各实施方式说明的非单晶薄膜作为半导体薄膜的薄膜晶体管。
图4示出薄膜晶体管的一例。61是玻璃衬底。62是底膜。63是沟道区，64是LDD区，65是源区，66是漏区，这些是半导体薄膜67。69是栅极绝缘薄膜。70是栅极。71是层间绝缘膜。72是源极。73是漏极。
上述构成的薄膜晶体管，例如，以下面的方式制造。
首先，与前述相同，在玻璃衬底上形成p-Si薄膜之后，利用光刻和干法刻蚀图形化。之后，例如，利用TEOS CVD法形成由膜厚为约100nm的SiO2组成的栅极绝缘膜。接着，溅射铝膜，利用刻蚀形成规定形状的图形而形成栅极。其后，利用离子掺杂装置，将栅极掩蔽对源区和漏区注入必需种类的掺杂剂。此外，利用常压CVD法形成由氧化硅组成的层间绝缘膜，覆盖栅极绝缘膜，通过刻蚀，在层间绝缘膜及氧化硅膜上开出通到p-Si薄膜的源区或漏区的接触孔。之后，溅射钛膜及铝膜，利用刻蚀经图形化形成规定的形状而形成源极和漏极。这样就可得到图4所示的薄膜晶体管。
另外，这样得到的薄膜晶体管，可以应用于薄膜晶体管阵列，液晶显示装置、有机EL显示装置等的图像显示装置中。
(实施方式4)
本实施方式的特征在于在激光退火之前冷却衬底这一点。
首先，对以本实施方式为代表的发明群是以什么方式完成的予以说明。
本发明的发明人，在着重研究实现p-Si薄膜的高特性化的过程中，对衬底温度和准分子激光退火(ELA)能量之间的关系调查的结果，发现衬底温度越低，形成没有不良情况的p-Si薄膜的能量区域越广。多晶硅，因为晶界多和载流子散射多而使迁移率低下，最好是进行激光照射使的成为1μm程度的大粒径，但如以高能照射则存在产生变质及剥离的问题。因此，了解到，在激光的能量区域中，存在不会损害薄膜状态而可以实现充分的迁移率的确定范围，该范围与衬底温度有依赖关系。
由这一认识，本发明的发明人发现，如冷却衬底使其温度低于室温，则激光能量容许范围宽，可形成没有变质及剥离的p-Si薄膜，完成以本实施方式为代表的发明群。
图5为概略示出本实施方式的多晶硅薄膜的制造装置(激光退火装置)的构成图。
此制造装置，是在处理室201内配置带a-Si薄膜的衬底202，通过衬底传送台203在水平及纵横方向上移动可使带a-Si薄膜的衬底202移动。另外，在带a-Si薄膜的衬底202的上方设置有激光器激光入射用的室窗204，由脉冲激光振荡器205振荡生成的激光206，经光衰减器207，反射镜208，光整形用光学系统209及反射镜210照射到带a-Si薄膜的衬底202。在处理室201中，安装有冷却系统，通过冷却处理室201，可将衬底冷却到比室温为低的预定温度。
上述冷却系统的构成包括，作为衬底冷却装置的部件、液氮储藏槽211、将在储藏槽211中气化的氮气导入处理室内的导入管212、以及对衬底进行冷却后排出的排出管213，另外，还包括作为衬底温度测定装置的热电偶214、作为衬底加热装置的加热器215、以及根据衬底温度测定装置测定的温度控制衬底冷却装置和衬底加热装置的控制器216。这样，由于除了衬底冷却装置之外再加上衬底温度测定装置，衬底加热装置和控制器，就增加了设定衬底冷却温度的自由度，可以控制目标衬底温度。
利用上述装置的多晶硅薄膜的制造方法如下。
首先，制备形成了a-Si薄膜的玻璃衬底，装载于衬底传送台上。带a-Si薄膜的玻璃衬底，例如，可以是在玻璃衬底上，以从玻璃除掉杂质为目的，利用TEOS CVD法等形成膜厚约为300nm的SiO2底膜之后，利用等离子CVD法形成膜厚约为50nm的a-Si薄膜。另外，为了除掉利用等离子CVD法制作的a-Si薄膜中的氢，通常在450℃中进行热处理1小时作为脱氢工序。
之后，利用冷却系统对处理室内进行冷却而使衬底冷却。衬底温度最好是在10℃以下。原因是能量密度的容许宽度大约为40mJ/cm2时，可以进行稳定的制造等等。
接着，在将带a-Si薄膜的衬底在水平及纵横方向上移动的同时，使准分子激光器激光照射，a-Si熔融结晶化而成为p-Si膜。激光照射，例如，可使用XeCl脉冲激光(波长308nm)，在使衬底移动的同时，对一个地方进行300次照射。另外，虽然硅薄膜的状态会随激光的照射次数而变化，但因为低温时可形成高特性的p-Si薄膜的能量区域扩大的倾向无改变，所以即使是进行多回照射也没有什么关系。
于是，将得到的p-Si薄膜，例如，在氢等离子体中在450℃放置2个小时。借此，可以将在结晶化时形成的大量悬挂键除去。这样，就可得到没有特性分散等不良情况的p-Si薄膜。
下面对高特性的p-Si薄膜可以稳定制造的原理予以具体说明。
在以激光照射a-Si薄膜形成p-Si薄膜的场合，一般如在室温下以大约160mJ/cm2以上的能量密度照射时，就会出现熔融结晶化而形成p-Si薄膜。如上所述，p-Si薄膜为晶粒为大约1μm的大粒径和载流子的迁移率高的薄膜，为了在变成这种大粒径的同时不发生变质及剥离等不良情况，在室温下必须以370mJ/cm2以上、380mJ/cm2以下的能量密度进行照射。但是，将激光控制在如此狭窄的范围(10mJ/cm2)内是困难的。另一方面，在本实施方式中，例如，在将衬底冷却到-50℃的场合，不会发生变质及剥离等不良情况，为了形成1μm以上的大粒径的p-Si薄膜，可以使用395mJ/cm2以上、425mJ/cm2以下的能量密度进行激光照射。这样，如冷却衬底，因为可以在很宽的范围(30mJ/cm2)内控制激光，所以可以稳定地制造高特性的p-Si薄膜。另外，因为上述的激光的能量密度，即使是同样的激光强度有时也会因为评价方法不同具有不同的值，所以上述的数值说到底也就是个目标。
图6示出在衬底温度380℃，室温，-50℃，-100℃时，使激光能量变化形成多晶硅，接着制造TFT的场合，n-ch的场效应迁移率(迁移率)。可以看到，大粒径形成区域为超过250cm2/VS的迁移率，衬底温度越低，激光能量的容许宽度越宽。
但是，一般，Vt特性分散或漂移的原因不仅在于激光退火时的薄膜，而且是因为一直到底膜和衬底在变为高温时衬底中的杂质扩散到底膜和非晶薄膜中的现象。特别是，最近，为了获得高特性的非单晶薄膜，有增强激光强度的倾向，其结果杂质扩散的影响加大。不过，像本实施方式这样，在衬底处于冷却状态下进行激光退火，则可以抑制杂质的扩散。从而可获得Vt特性稳定的多晶薄膜。
(实施方式5)
图7为概略示出本实施方式的多晶硅薄膜的制造装置的构成图。此制造装置，与实施方式4相比，不同之处是具有不同的冷却系统。
此装置的冷却系统包括作为冷却器的He冷冻器220、用于室内去气的真空装置221、加热器215、作为衬底温度测定系统的热电偶214、以及控制器216。由于具有这种冷却系统，就增加了设定衬底冷却温度的自由度，可以控制目标衬底温度。此处，He冷冻器220是液氦气化液化循环冷却装置。借此容易冷却到极低温，并且维护简单。
利用上述构成的p-Si薄膜的制造方法，除了衬底冷却方法不同之外，其他与实施方式4相同，其说明省略。
(实施方式6)
图8为概略示出本实施方式的多晶硅薄膜的制造装置的构成图。此制造装置，在处理室201之外，设置有衬底装入器225、第一衬底冷却室226、第二衬底冷却室227、第一衬底加热室228、第二衬底加热室229及衬底取出器230。
在上述装置中，在处理室201进行结晶化之间，下一个待处理的衬底在第一衬底冷却室226，227中控制为设定温度。并且，结晶化结束的衬底，在下一个处理的衬底在处理室201进行结晶化之间，在第一衬底加热室228，229内返回到室温。由于使用这种装置，几乎不需要衬底的加热和冷却时间，可提高生产率。
另外，利用在上述实施方式4～6中说明的制造方法及制造装置制造的p-Si薄膜，可以用作薄膜晶体管的半导体薄膜。另外，也可应用于薄膜晶体管阵列、液晶显示装置等的图像显示装置。
(实施方式7)
本实施方式是上述实施方式1和实施方式4的结合形式。就是说，是在衬底冷却之后，进行准分子激光照射，继续进行检查光照射，并根据监测衍射光的结果再度进行激光照射的场合。这样制造的p-Si薄膜，是在宽激光(能量)容许宽度下进行激光退火，并且根据衍射光检查结晶不良再次进行激光退火而得到的薄膜，所以其结晶性特别均匀。
(实施方式8)
本实施方式涉及，作为在上述各实施方式中制造的p-Si薄膜，规定了利用在光照的场合发生的衍射光的主峰波长及其波长半高宽的物理量的p-Si薄膜。
本实施方式涉及的p-Si薄膜，利用检查光照射而得到的衍射光的主峰波长λ(nm)及其波长半高宽Δλ(nm)满足下述式(1)：
Δλ/λ≤0.3    ...(1)
如满足上述式(1)，因为检查光的衍射光漂移，p-Si薄膜表面的微细凹凸构造具有高度的规律性。因此，p-Si薄膜的粒径无分散，并且是周期性高的薄膜。
迄今为止，为了提高TFT的制品的材料利用率曾进行种种的尝试，关于p-Si薄膜，抑制结晶粒径的分散是其中心。这其中，本发明的发明人考虑，不仅是抑制结晶粒径的分散，提高周期性是不是也重要。就是说，令人想到，按照一定的秩序形成的薄膜，因为薄膜特性均匀，可以提高材料利用率。于是发现，在上述利用衍射光的制造方法中，引人注目的是衍射光发生的要因在于规律准确的微细凹凸构造，关于衍射光测定值的种种重复讨论的结果，如满足上述式(1)，则周期性高，材料利用率良好。
下面对Δλ/λ和材料利用率(和周期性相关)的关系予以具体说明。
图9示出在衬底温度380℃，室温(25℃)，-50℃，-100℃时，对经激光退火制造的p-Si薄膜，利用作为检查光的白光照射，使衍射光按波长分光测定的衍射光强度的结果。图中，横轴示出的是以主峰波长λ为100％时的波长分布。由此图可知，如提高衬底温度，Δλ/λ变大。下面列出具体数值供参考：在衬底温度为380℃时，Δλ/λ＝0.45，在室温时，Δλ/λ＝0.35，在-50℃时，Δλ/λ＝0.26，在-100℃时，Δλ/λ＝0.2。
图10示出衬底温度和原材料利用率的关系。从此图可知，如果在衬底温度比室温略低的温度下制造，则材料利用率可急剧提高。
从图9与图10确认，如Δλ/λ在0.3以下，材料利用率良好(准确性高)。
此外，在对在衬底上形成的p-Si薄膜的多个区域照射检查光的场合所产生的衍射光的主峰波长的分散σ/λ(σ：标准偏差)最好是在0.15以下。是0.10就更加优选。
图11示出多晶硅薄膜的测定点(12点)的电子迁移率和衍射光峰值波长。(a)为现有的制造方法制造的p-Si薄膜，(b)为利用在实施方式1中说明的制造方法制造p-Si薄膜。从此图可确认，在通过实施方式1制造的p-Si薄膜与现有的p-Si薄膜相比较分散更小。
(实施方式8)
本实施方式涉及，作为在上述各实施方式中制造的p-Si薄膜，规定了利用衍射光的出射角和角度半高宽的物理量的p-Si薄膜。
本实施方式的p-Si薄膜，以作为检查光的单色光照射所得到的衍射光之中的光强最大的衍射光的出射角φ(度)和该角度的半高宽Δφ(度)满足下面的式(2)。
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(2)
因为如满足上述式(2)，检查光的衍射光清晰，p-Si薄膜的表面微细凹凸构造具有很高的规律性。因此，p-Si薄膜成为没有粒径分散，并且周期性良好的薄膜。
下面，对sin(φ+Δφ/2)/sinφ和材料利用率(和周期性相关)的关系予以具体说明。
图12示出在衬底温度380℃，室温，-50℃，-100℃时，对经激光退火制造的p-Si薄膜，利用作为检查光的单色光照射，得到最大光量的衍射光检出器的角度和角度分布的测定结果。由此图可知，衬底温度越低，衍射光越清晰。下面列出具体数值供参考：在衬底温度为380℃时，sin(φ+Δφ/2)/sinφ＝0，在室温时，为0.17，在-50℃时，为0.13，在-100℃时，为0.1。
从图12及上述的图10确认，如sin(φ+Δφ/2)/sinφ在0.15以下，材料利用率良好(准确性高)。
此外，在对在衬底上形成的p-Si薄膜的多个区域照射检查光的场合所产生的最强的衍射光的sinφ的分散σ/sinφ(σ：标准偏差)最好是在0.15以下。是0.10就尤其好。
(实施方式9)
本实施方式是关于上述各实施方式制造的p-Si薄膜，规定喇曼光谱法的峰值漂移量的场合。
本实施方式的p-Si薄膜，与单晶薄膜比较的利用喇曼光谱法生成的峰值漂移量为3cm-1以下。
一般，从多晶硅的固化时开始到衬底温度的冷却时间中，由于底膜和p-Si薄膜的热膨胀率的差会产生应变。然而，在衬底冷却状态下，经激光退火制造的p-Si薄膜，峰值漂移量在上述范围内，其应变小。因此，存在难以发生断层缺陷，并且载流子迁移率大的优点。
图13为示出ELA能量和喇曼峰位置之间的关系的曲线图。由此图可以确认，与现有方法制造的p-Si薄膜相比，实施方式1和实施方式4制造的p-Si薄膜喇曼峰值位置大，与单晶薄膜的喇曼峰值位置(约520cm-1)的漂移量小。
图14示出峰值漂移量和载流子迁移率之间的关系。从此图可以确认，如峰值漂移量在3cm-1以下，载流子迁移率急剧变大。
(实施方式10)
本实施方式涉及，作为在上述各实施方式中制造的p-Si薄膜，存在衍射光的主峰波长或最强的衍射光的出射角不同的区域的p-Si薄膜。
本实施方式的p-Si薄膜，例如，如图15所示，在区域A和区域B中，在光照的场合产生的衍射光的峰值波长或最强的衍射光的出射角不同。因此，即使是由同样的多晶硅构成的薄膜，例如，其构成也可形成载流子迁移率等不同的区域。此处，最好是峰值波长相差200nm以上。因为可以明确划分不同区域之故。
上述构成的p-Si薄膜，利用上述的制造装置和制造方法可以很容易制造。就是说，在上述的制造装置和制造方法中，因为是以衍射光的主峰波长或衍射光最强的出射角作为指标进行结晶化，如果将这些数值调节到规定值进行激光退火，就可以形成显示不同特性的区域。
如是划分为图15所示的区域的p-Si薄膜，就可以在制造驱动电路内置型显示装置时利用。
一般，在驱动电路内置型显示装置中，对像素单元和驱动电路单元的TFT要求的特性不同。就是说，对像素单元特别要求像素单元间显示均匀像素显示没有斑点，而对驱动电路单元的要求是对高速响应性的要求高于均匀性。但是，历来，由于在制造像素单元和驱动电路单元时是以同样的激光进行照射，不能对两个部分赋予充分满足的特性。另一方面，在本发明中，因为是以衍射光作为指标形成显示所要求的结晶性的p-Si薄膜，所以如果分开形成像素单元和驱动电路单元，就可以形成分别满足其要求特性的薄膜。
(实施方式11)
本实施方式涉及减少从衬底向在衬底和底膜中间形成的p-Si薄膜混入杂质的场合。
本实施方式的带p-Si薄膜的衬底，在距离衬底和底膜的界面1000的底膜中的杂质浓度为衬底中的杂质浓度的10万分之一以下。
这种带p-Si薄膜的衬底，可以在衬底冷却状态下利用实施激光退火的实施方式4的制造装置及制造方法而得到。
过去，是对衬底加热进行激光退火以求提高p-Si薄膜的特性，如衬底温度提高，衬底中的杂质会渗出混入p-Si薄膜，使p-Si薄膜的特性劣化，这一课题一直存在。为解决这一课题，虽然设置了底膜抑制杂质混入p-Si薄膜，但依然有很多杂质混入p-Si薄膜中。可是根据本发明的方法，给予a-Si的热量与历来相同，并且可以抑制衬底中的杂质的渗出。由此，底膜可以减薄。另外，p-Si薄膜的应变也可以抑制为很低，并且因为抑制了断层缺陷的发生，处理过程的界限(processmargin)得以扩大。
图16示出与衬底界面的距离和杂质浓度的关系。从此图可以确认，如冷却衬底进行激光退火，可以抑制玻璃衬底中的Na的渗出。另外，下面列出具体数值供参考：采用Na的浓度为5×1021cm-3的玻璃衬底作为衬底。于是，在将衬底温度加热到300℃时，底层(距离衬底界面1000的位置)中的杂质浓度为3×1018cm-3，在衬底温度为室温时，是9×1016cm-3，而在衬底温度为-100℃时，是1.5×1016cm-3。
(实施方式12)
本实施方式涉及在以衍射光进行监测的场合，存在可以测定衍射光的区域的p-Si薄膜。
本实施方式的p-Si薄膜，通过在其表面上生成可以测定衍射光的检查图形，可以进行加工过程检查。检查图形为包含长边0.5μm以上，短边测定波长以上的长方形的形状，也可以是p-Si薄膜露出的状态。在测定衍射光时，为了提高测定精度，长度是重要的，但不一定必须是正方形。
另外，为了测定衍射光，p-Si薄膜不一定必须露出，如若不破坏微细凹凸构造，也可以以透明薄膜或金属薄膜覆盖。以具有高反射姓的金属薄膜覆盖时，可以精度更高地测定衍射光。这些薄膜的厚度最好是在500以下。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于此。例如，也可以应用于CD-RW中使用的硫化物薄膜，在PDP中使用的MgO薄膜等。
如上所述，在本发明中，因为通过监测衍射光检查非单晶薄膜，根据其结果反馈激光强度等照射条件而进行结晶化，可以在减少粒径分散的同时，提高粒径的周期性。其结果，可得到迁移率等特性稳定的非单晶薄膜。
另外，在本发明中，因为冷却衬底，可加宽激光能量容许宽度进行激光退火，就可在减小粒径分散的同时，提高粒径的周期性。其结果，可得到迁移率等特性稳定的非单晶薄膜。
所以，本发明在追求高特性化的薄膜晶体管，使用薄膜晶体管的薄膜晶体管阵列，以及使用薄膜晶体管的液晶显示装置等图像显示装置等领域中是有用的。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种非单晶薄膜的制造方法，以激光束照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，其特征在于，利用检查光照射上述激光束的照射区域，使上述激光束的照射条件最优化而使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
2.如权利要求1所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于上述衍射光的测定值是衍射光的光强。
3.如权利要求1所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
4.一种非单晶薄膜的制造方法，以激光束扫描的同时进行照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，其特征在于，对上述激光束的照射区域以检查光进行照射，记录从上述非单晶薄膜发生的衍射光的测定值，对该值在规定值以外的区域再一次以激光束照射以进行结晶化或再结晶化。
5.一种非单晶薄膜的制造装置，其特征在于包括：激光器、将激光束整形成为规定形状的光学系统、检查光光源和衍射光检出器，其中从上述光源发出的检查光照射在利用经上述光学系统整形的激光束制造的非单晶薄膜上，由上述衍射光检出器检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光，使上述激光束的照射条件最优化，使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
6.如权利要求5所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于上述衍射光的测定值是衍射光的光强。
7.如权利要求5所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
8.一种非单晶薄膜的检查方法，其特征在于，以检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光。
9.如权利要求8所记载的非单晶薄膜的检查方法，其特征在于将上述衍射光进行波长分光。
10.如权利要求8所记载的非单晶薄膜的检查方法，其特征在于测定上述衍射光的角度分布或位置分布。
11.一种非单晶薄膜的检查装置，其特征在于包括：检查光光源和衍射光检出器，以上述光源发出的检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光的强度。
12.如权利要求11所记载的非单晶薄膜的检查装置，其特征在于包括对上述衍射光进行波长分光的装置。
13.如权利要求11所记载的非单晶薄膜的检查装置，其特征在于上述衍射光检出器是测定衍射光的角度分布或位置分布的装置。
14.一种非单晶薄膜的制造方法，其特征在于至少包括：在衬底上形成非晶薄膜或微晶薄膜的成膜工序、以及对上述非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射，使非晶薄膜或微晶薄膜熔融结晶化而形成非单晶薄膜的结晶化工序，上述结晶化工序在冷却衬底的状态下进行。
15.如权利要求14所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于，在上述结晶化工序中，上述衬底的温度保持在10℃以下。
16.一种非单晶薄膜的制造装置，其特征在于，对在衬底上形成的非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射而形成非单晶薄膜，其中包括冷却上述衬底的装置。
17.如权利要求16所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于包括：测定上述衬底温度的衬底温度测定装置、加热上述衬底的装置、以及根据上述衬底温度测定装置的测定值对冷却上述衬底的装置和加热上述衬底的装置进行控制的控制装置。
18.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在经光照而得到的衍射光的主峰的波长为λnm，上述主峰波长的波长半高宽为Δλnm时，满足下面的式(1)：
Δλ/λ≤0.3    ...(1)
19.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在单色光照射下得到的最强的衍射光的出射角为φ度，上述衍射光的角度半高宽为Δφ时，满足下面的式(2)：
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(2)
20.如权利要求18所记载的非单晶薄膜，其特征在于，满足下面的式(3)：
σ/λ≤0.15    ...(3)
式中σ表示标准偏差。
21.如权利要求19所记载的非单晶薄膜，其特征在于，满足下面的式(4)：
σ/(sinφ)≤0.15    ...(4)
式中σ表示标准偏差。
22.(修改后)一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述非单晶薄膜面上，存在受到光照时产生的衍射光的峰值波长不同的多种区域。
23.(修改后)一种非单晶半导体薄膜，其特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的主峰的波长不同。
24.(修改后)如权利要求22所记载的非单晶薄膜，其特征在于，上述多种不同区域间的主峰的波长相差200nm以上。
25.(修改后)一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述非单晶薄膜面上，存在由单色光照射而得到的衍射光的出射角不同的多种区域。
26.一种非单晶半导体薄膜，其特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的出射角不同。
27.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，利用喇曼光谱法得到的峰值漂移量与单晶相比在3cm-1以下。
28.一种带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，是利用激光照射通过底膜在衬底表面上形成的非晶薄膜或微晶薄膜而制造的带非单晶薄膜的衬底，上述底膜中的杂质浓度是衬底中的杂质浓度的10万分之一以下。
29.(修改后)一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述非单晶薄膜面上，存在受到光照时产生衍射光而可以检出该衍射光的区域。
30.如权利要求29所记载的非单晶薄膜，其特征在于，上述区域包含至少一边是0.5mm以上的长方形。
31.一种薄膜晶体管，其特征在于，采用权利要求18～30中任何一项所记载的非单晶薄膜作为半导体薄膜。
32.一种薄膜晶体管阵列，其特征在于，在衬底上形成权利要求31所记载的薄膜晶体管。
33.一种的图像显示装置，其特征在于，采用权利要求32所记载的薄膜晶体管阵列。
34.(追加)如权利要求14所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于，在上述结晶化工序中，在通过对上述衬底进行冷却和加热而保持上述衬底的温度为一定的冷却温度的同时，以上述激光照射上述非晶薄膜和微晶薄膜。
35.(追加)如权利要求34所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于，在上述结晶化工序中，监测上述衬底的温度，在监测到的温度低于上述冷却温度的场合，将上述衬底的温度加热到上述冷却温度。
36.(追加)如权利要求17所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于，上述控制装置，是在上述激光的照射中，对冷却上述衬底的装置和加热上述衬底的装置同时进行控制，使上述衬底的温度保持一定的冷却温度的装置。
37.(追加)如权利要求22所记载的非单晶薄膜，其特征在于，设上述多种区域各个的主峰的波长为λinm，主峰的波长分布的半高宽为Δλinm，且各区域内的主峰的峰值波长分布的标准偏差为σλi，则满足下列条件式(5)及(6)：
Δλi/λi≤0.3     ...(5)
σλi/λi≤0.15    ...(6)
其中，i是主峰的峰值波长不同的各区域。
38.(追加)如权利要求23所记载的非单晶半导体薄膜，其特征在于，设上述像素单元及上述驱动电路单元对应的各个区域的上述衍射光的峰值波长分别为λ1nm及λ2nm，上述衍射光的主峰的波长分布的半高宽为Δλ1nm及Δλ2nm，且各个区域内的主峰的峰值波长分布的标准偏差分别为σλ1及σλ2，则满足下列条件式(7)及(8)：
Δλi/λi≤0.3(i＝1，2)     ...(7)
σλi/λi≤0.15(i＝1，2)   ...(8)。
39.(追加)如权利要求25所记载的非单晶薄膜，其特征在于，设上多种区域各个的上述出射角为φi度，上述衍射光强度的角度分布的角度半高宽为Δφi度，且各区域内的上述出射角的分布的标准偏差为σφi，则满足下列条件式(9)及(10)：
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(9)
σφi/sin(φi)≤0.15          ...(10)
其中，i是出射角不同的各区域。
40.(追加)如权利要求26所记载的非单晶半导体薄膜，其特征在于，设上述像素单元及上述驱动电路单元对应的各个区域的上述单色光照射所得的最强衍射光的出射角分别为φ1度和φ2度，衍射光强度的角度分布的角度半高宽分别为Δφ1度及Δφ2度，并且各个区域内的最强衍射光的出射角的分布的标准偏差分别为σφ1及σφ2，则满足下列条件式(11)及(12)：
sin(φi+Δφi/2)/sinφi≤0.15    (i＝1，2)    ...(11)
σφi/sin(φi)≤0.15            (i＝1，2)    ...(12)
41.(追加)如权利要求28所记载的带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，在距离上述衬底的界面100的上述底膜内层中的杂质浓度为上述衬底中的杂质浓度的10万分之一以下。
42.(追加)如权利要求41所记载的带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，上述非单晶薄膜，设经光照得到的衍射光的主峰的波长为λnm及相对上述主峰的波长分布的半高宽为Δλnm，且各个区域内的主峰的峰值波长分布的标准偏差为σλ，则满足下列条件式(13)及(14)：
Δλ/λ≤0.3    ...(13)
σλ/λ≤0.15  ...(14)。
43.(追加)如权利要求41所记载的带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，上述非单晶薄膜，具有经光照得到的衍射光的主峰的峰值波长不同的多个区域，设上述多种区域各个的上述主峰的峰值波长为λinm及相对上述主峰的波长分布的半高宽为Δλinm，且各个区域内的上述主峰的峰值波长分布的标准偏差为σλi，则满足下列条件式(15)及(16)：
Δλi/λi≤0.3  (i＝1，2)    ...(15)
σλi/λi≤0.15 (i＝1，2)   ...(16)
其中，i是主峰的峰值波长的不同的区域。
44.(追加)如权利要求41所记载的带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，上述非单晶薄膜，设单色光照射所得的衍射光的光强的最强的出射角分别为φ度及衍射光强度的角度分布的角度半高宽为Δφ度，且各个区域内的上述衍射光的光强最大的出射角的分布的标准偏差为σφ，则满足下列条件式(17)及(18)：
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(17)
σφ/sin(φ)≤0.15           ...(18)。
45.(追加)如权利要求41所记载的带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，上述非单晶薄膜，具有经单色光照射得到的衍射光的光强的最强的出射角不同的多种区域，设上述多种区域各个的上述出射角为φi度，上述衍射光强度的角度分布的角度半高宽分别为Δφi度，各个区域内的最强衍射光的出射角的分布的标准偏差分别为σφi，则满足下列条件式(19)及(20)：
sin(φi+Δφi/2)/sinφi≤0.15    ...(19)
σφi/sin(φi)≤0.15        ...(20)
其中，i是出射角不同的各区域。

Claims (33)

1.一种非单晶薄膜的制造方法，以激光束照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，其特征在于，利用检查光照射上述激光束的照射区域，使上述激光束的照射条件最优化而使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
2.如权利要求1所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于上述衍射光的测定值是衍射光的光强。
3.如权利要求1所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
4.一种非单晶薄膜的制造方法，以激光束扫描的同时进行照射非晶薄膜或微晶薄膜制造非单晶薄膜，其特征在于，对上述激光束的照射区域以检查光进行照射，记录从上述非单晶薄膜发生的衍射光的测定值，对该值在规定值以外的区域再一次以激光束照射以进行结晶化或再结晶化。
5.一种非单晶薄膜的制造装置，其特征在于包括：激光器、将激光束整形成为规定形状的光学系统、检查光光源和衍射光检出器，其中从上述光源发出的检查光照射在利用经上述光学系统整形的激光束制造的非单晶薄膜上，由上述衍射光检出器检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光，使上述激光束的照射条件最优化，使从上述非单晶薄膜产生的衍射光的测定值变为规定值进行结晶化或再结晶化。
6.如权利要求5所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于上述衍射光的测定值是衍射光的光强。
7.如权利要求5所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于上述激光束的照射条件是从能量，照射次数，频率，照射间隔，扫描速度及光束强度分布中选择的至少一个条件。
8.一种非单晶薄膜的检查方法，其特征在于，以检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光。
9.如权利要求8所记载的非单晶薄膜的检查方法，其特征在于将上述衍射光进行波长分光。
10.如权利要求8所记载的非单晶薄膜的检查方法，其特征在于测定上述衍射光的角度分布或位置分布。
11.一种非单晶薄膜的检查装置，其特征在于包括：检查光光源和衍射光检出器，以上述光源发出的检查光照射非单晶薄膜，检出从上述非单晶薄膜产生的衍射光的强度。
12.如权利要求11所记载的非单晶薄膜的检查装置，其特征在于包括对上述衍射光进行波长分光的装置。
13.如权利要求11所记载的非单晶薄膜的检查装置，其特征在于上述衍射光检出器是测定衍射光的角度分布或位置分布的装置。
14.一种非单晶薄膜的制造方法，其特征在于至少包括：在衬底上形成非晶薄膜或微晶薄膜的成膜工序、以及对上述非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射，使非晶薄膜或微晶薄膜熔融结晶化而形成非单晶薄膜的结晶化工序，上述结晶化工序在冷却衬底的状态下进行。
15.如权利要求14所记载的非单晶薄膜的制造方法，其特征在于，在上述结晶化工序中，上述衬底的温度保持在10℃以下。
16.一种非单晶薄膜的制造装置，其特征在于，对在衬底上形成的非晶薄膜或微晶薄膜进行激光照射而形成非单晶薄膜，其中包括冷却上述衬底的装置。
17.如权利要求16所记载的非单晶薄膜的制造装置，其特征在于包括：测定上述衬底温度的衬底温度测定装置、加热上述衬底的装置、以及根据上述衬底温度测定装置的测定值对冷却上述衬底的装置和加热上述衬底的装置进行控制的控制装置。
18.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在经光照而得到的衍射光的主峰的波长为λnm，上述主峰波长的波长半高宽为Δλnm时，满足下面的式(1)：
Δλ/λ≤0.3    ...(1)
19.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在单色光照射下得到的最强的衍射光的出射角为φ度，上述衍射光的角度半高宽为Δφ时，满足下面的式(2)：
sin(φ+Δφ/2)/sinφ≤0.15    ...(2)
20.如权利要求18所记载的非单晶薄膜，其特征在于，满足下面的式(3)：
σ/λ≤0.15    ...(3)
式中σ表示标准偏差。
21.如权利要求19所记载的非单晶薄膜，其特征在于，满足下面的式(4)：
σ/(sinφ)≤0.15    ...(4)
式中σ表示标准偏差。
22.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在受到光照时产生的衍射光的峰值波长不同的区域。
23.一种非单晶半导体薄膜，其特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的峰值波长不同。
24.如权利要求22所记载的非单晶薄膜，其特征在于，上述不同区域间的峰值波长相差200nm以上。
25.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在衍射光的出射角不同的区域。
26.一种非单晶半导体薄膜，其特征在于，是驱动电路内置型液晶显示装置用的非单晶半导体薄膜，与像素单元对应的区域和与驱动电路单元对应的区域的衍射光的出射角不同。
27.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，利用喇曼光谱法得到的峰值漂移量与单晶相比在3cm-1以下。
28.一种带非单晶薄膜的衬底，其特征在于，上述非单晶薄膜是利用激光照射通过底膜在衬底表面上形成的非晶薄膜或微晶薄膜而形成的，上述底膜中的杂质浓度是衬底中的杂质浓度的10万分之一以下。
29.一种非单晶薄膜，其特征在于，是在衬底上形成的非单晶薄膜，在上述薄膜面上，存在受到光照时产生衍射光而可以检出该衍射光的区域。
30.如权利要求29所记载的非单晶薄膜，其特征在于，上述区域包含至少一边是0.5mm以上的长方形。
31.一种薄膜晶体管，其特征在于，采用权利要求18～30中任何一项所记载的非单晶薄膜作为半导体薄膜。
32.一种薄膜晶体管阵列，其特征在于，在衬底上形成权利要求31所记载的薄膜晶体管。
33.一种图像显示装置，其特征在于，采用权利要求32所记载的薄膜晶体管阵列。
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