JP2006196534A - Method and device for manufacturing semiconductor thin film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor thin film and a device for manufacturing a semiconductor thin film that can obtain a long crystal particle efficiently by suppressing variations in the length of the crystal length for each irradiation of laser beams. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the semiconductor thin film, two kinds of laser beams are applied from at least first and second laser light sources 11, 12 for melting a precursor semiconductor thin film in a solid state contained in a precursor semiconductor thin-film substrate before recrystallization. The method includes a process for controlling at least one of a group comprising the energy density, irradiation timing, and irradiation time of at least one type of laser beam from at least two types of laser beams, based on a change in the energy density of the reflection light of a reference laser beam applied to the precursor semiconductor thin-film substrate 5. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置に関し、特にレーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus, and more particularly to manufacturing a semiconductor thin film capable of efficiently obtaining long crystal grains by suppressing variation in crystal grain length for each laser beam irradiation. The present invention relates to a method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus.

アモルファス半導体薄膜を一旦溶融した後に再結晶化して多結晶半導体薄膜とし、当該多結晶半導体薄膜にトランジスタを形成した多結晶薄膜トランジスタは、アモルファス半導体薄膜に直接トランジスタを形成したアモルファス薄膜トランジスタと比較して、通常、電子移動度が大きいため高速動作が期待でき、液晶デバイスの駆動系のみならずガラス基板上での大規模集積回路を実現できる可能性を有している。   A polycrystalline thin film transistor in which an amorphous semiconductor thin film is once melted and then recrystallized to form a polycrystalline semiconductor thin film, and a transistor is formed on the polycrystalline semiconductor thin film. Since the electron mobility is high, high-speed operation can be expected, and there is a possibility of realizing a large-scale integrated circuit on a glass substrate as well as a driving system of a liquid crystal device.

たとえば、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、表示装置の画素部分にスイッチング素子を形成できるだけでなく、画素の周辺部分に駆動回路や一部の周辺回路を形成することもでき、これらの素子や回路を一枚の基板上に形成することができる。このため、別途ドライバＩＣや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、これらの表示装置を低価格で提供することが可能となる。   For example, when a polycrystalline silicon thin film transistor is used, not only can a switching element be formed in the pixel portion of the display device, but also a drive circuit and a part of the peripheral circuit can be formed in the peripheral portion of the pixel. And a circuit can be formed on a single substrate. For this reason, it is not necessary to separately mount a driver IC or a drive circuit board on the display device, and it is possible to provide these display devices at a low price.

また、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、トランジスタの寸法を微細化できるので、表示装置の画素部分に形成されるスイッチング素子が小さくなり、表示装置の高開口率化が図れる。このため、高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能となる。   In addition, when a polycrystalline silicon thin film transistor is used, the size of the transistor can be reduced, so that a switching element formed in a pixel portion of the display device can be reduced, and a high aperture ratio of the display device can be achieved. Therefore, it is possible to provide a display device with high brightness and high definition.

多結晶シリコン薄膜は、たとえばガラス基板上に気相成長法によって得られたアモルファス半導体薄膜を長時間ガラスの歪点（約６００〜６５０℃）以下で熱アニールするか、高いエネルギ密度を有するレーザ光などを照射して光アニールすることによって得られる。光アニールは、アモルファスシリコン薄膜のみをガラスの歪点以上の温度まで高くすることが可能であるため、電子移動度が高い多結晶シリコン薄膜の形成に非常に有効である。また、近年では、エキシマレーザ光を用いて６００℃以下の低温でアモルファスシリコン薄膜から多結晶シリコン薄膜を形成する技術が一般化され、低価格のガラス基板に多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。   A polycrystalline silicon thin film is obtained by, for example, thermally annealing an amorphous semiconductor thin film obtained by vapor deposition on a glass substrate at a glass strain point (approximately 600 to 650 ° C.) or less for a long time, or a laser beam having a high energy density. It is obtained by light annealing by irradiating. The optical annealing is very effective for forming a polycrystalline silicon thin film having a high electron mobility because only the amorphous silicon thin film can be raised to a temperature higher than the strain point of glass. In recent years, a technique for forming a polycrystalline silicon thin film from an amorphous silicon thin film at a low temperature of 600 ° C. or lower using an excimer laser beam has been generalized, and a display device in which a polycrystalline silicon thin film transistor is formed on a low-cost glass substrate It can be offered at a low price.

上記エキシマレーザ光を用いた再結晶化技術は一般的にＥＬＡ（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法と称され、生産性に優れるレーザ結晶化技術として、工業的に用いられている。ＥＬＡ法は、具体的には、ガラス基板を一定速度で移動させながら、長さ２００〜４００ｍｍ、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状のエキシマレーザ光をガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜にパルス状に照射するものである。この方法によって、アモルファスシリコン薄膜の厚さと同程度の平均粒径を有する多結晶シリコン薄膜が形成される。このとき、エキシマレーザ光を照射した部分のアモルファスシリコン薄膜は、厚さ方向全域にわたって溶融させるのではなく、一部のアモルファス領域を残して溶融させる。そのためレーザ光の照射領域の全面にわたって、至るところにシリコンの結晶核が発生するので、ガラス基板の表面に対して垂直方向にシリコンの結晶粒が成長する。   The recrystallization technique using the excimer laser beam is generally referred to as an ELA (Excimer Laser Annealing) method and is industrially used as a laser crystallization technique with excellent productivity. Specifically, the ELA method applies a linear excimer laser beam having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm to an amorphous silicon thin film on a glass substrate while moving the glass substrate at a constant speed. Irradiates in a pulsed manner. By this method, a polycrystalline silicon thin film having an average grain size comparable to the thickness of the amorphous silicon thin film is formed. At this time, the portion of the amorphous silicon thin film irradiated with the excimer laser beam is not melted over the entire thickness direction, but is melted while leaving a part of the amorphous region. Therefore, silicon crystal nuclei are generated everywhere over the entire surface of the laser light irradiation region, and silicon crystal grains grow in a direction perpendicular to the surface of the glass substrate.

ここで、さらに高性能な表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコンの結晶粒径を大きくすることや、結晶粒の方位を制御することなどが必要である。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン薄膜を得ることを目的として、数多くの提案がなされている。その中でも特に、結晶粒を水平方向に成長させる技術（たとえば特許文献１参照）がある（以下、「スーパーラテラル成長法」と記す）。   Here, in order to obtain a display device with higher performance, it is necessary to increase the crystal grain size of the polycrystalline silicon and to control the crystal grain orientation. Thus, many proposals have been made for the purpose of obtaining a polycrystalline silicon thin film having performance close to that of single crystal silicon. Among them, there is a technique for growing crystal grains in the horizontal direction (see, for example, Patent Document 1) (hereinafter referred to as “super lateral growth method”).

これは、まずガラス基板上に形成されたシリコン薄膜に数μｍ程度の微細幅のレーザ光をパルス状に照射し、シリコン薄膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融させた後に凝固させて再結晶化を行なう。これによりガラス基板の表面に対して垂直に形成された溶融部と非溶融部との境界で発生した結晶核から結晶粒が全て水平方向に成長する。その結果、１回のレーザ光の照射により、ガラスの基板の表面に対して平行で、長さが均一な針状の結晶粒が得られる。１回のレーザ光の照射により形成される結晶粒の長さは１μｍ程度であるが、その１回前のレーザ光の照射で形成された針状の結晶粒の一部に重複するように順次レーザ光をパルス状に照射していくことにより、レーザ光の照射により既に成長した結晶粒を引き継いで、より長い針状の結晶粒が得られるといった特徴を有している。   First, a silicon thin film formed on a glass substrate is irradiated with a laser beam having a fine width of about several μm in a pulsed manner, and the silicon thin film is melted over the entire thickness direction of the laser irradiation region, and then solidified and then reused. Crystallize. As a result, all crystal grains grow in the horizontal direction from the crystal nuclei generated at the boundary between the melted part and the non-melted part formed perpendicular to the surface of the glass substrate. As a result, one-time irradiation with laser light can provide needle-like crystal grains that are parallel to the surface of the glass substrate and have a uniform length. The length of crystal grains formed by one laser beam irradiation is about 1 μm, but sequentially overlaps with a part of the needle-like crystal grains formed by the previous laser beam irradiation. By irradiating the laser beam in a pulse shape, the crystal grains already grown by the laser beam irradiation are taken over, and longer needle-like crystal grains can be obtained.

しかしながら、スーパーラテラル成長法においては、１回のレーザ光の照射により形成される針状の結晶粒の長さは１μｍ程度であって非常に短いという問題がある。たとえば結晶粒の長さの２倍以上の領域を溶融させた場合は、図６の模式的な平面図に示すように、溶融領域の中央部に微細な結晶粒３２が形成される。この微細な結晶粒３２は、ラテラル成長した結晶粒３１ではなく、ガラス基板への熱の流出に支配されて、ガラス基板の表面に対して垂直方向に成長したものである。そのため、溶融領域を拡大することにより、結晶粒の長さが飛躍的に長い針状の結晶粒を得ることはできない。したがって、スーパーラテラル成長法では、０．４〜０．７μｍ程度の極めて微小なレーザ光の照射送りピッチでレーザ光の照射を繰り返し行ない、既に成長した結晶粒の長さを順次引き継がせて、より長い針状の結晶粒が得られている。このため、表示装置などに用いられるガラス基板の表面全面にわたってシリコン薄膜を再結晶化するには極めて長い時間が必要であり、製造効率が極めて悪いという問題が指摘されている。   However, in the super lateral growth method, there is a problem that the length of the needle-like crystal grains formed by one laser light irradiation is about 1 μm and is very short. For example, when a region that is twice or more the length of the crystal grain is melted, fine crystal grains 32 are formed at the center of the melted region, as shown in the schematic plan view of FIG. The fine crystal grains 32 are not laterally grown crystal grains 31 but are grown in a direction perpendicular to the surface of the glass substrate, controlled by the outflow of heat to the glass substrate. Therefore, it is not possible to obtain needle-like crystal grains whose crystal grains are remarkably long by enlarging the melting region. Therefore, in the super lateral growth method, laser light irradiation is repeatedly performed at an extremely small laser light irradiation feed pitch of about 0.4 to 0.7 μm, and the lengths of already grown crystal grains are successively taken over, Long needle-like crystal grains are obtained. For this reason, it has been pointed out that a very long time is required to recrystallize the silicon thin film over the entire surface of a glass substrate used in a display device or the like, and the production efficiency is extremely poor.

そこで、製造効率を向上させることを目的として、１回のレーザ光の照射当たりの結晶粒の成長を促進するため、ガラス基板などの基板をヒータで加熱する方法や、基板もしくは基板上の下地膜をレーザ光で加熱する方法が数多く提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかしながら、ヒータで基板を加熱する場合、基板の表面の広範囲に対して長時間の温度維持が必要となるので、基板や半導体薄膜の変質の原因となる可能性がある。また、温度が一定でないと、冷却時間に差が生じるため、結晶粒の大きさにばらつきが生じ、半導体薄膜の特性のばらつきの原因となる。これは結晶粒の平均的な大きさが大きくなるほど顕著になる。また、レーザ光による加熱の場合には、レーザ光の照射エネルギ密度のばらつきがそのまま温度のばらつきになるため、基板や下地膜の温度を一定に保つのは困難である。上記の特許文献２においては、スーパーラテラル成長法への適用については言及していないが、スーパーラテラル成長法への適用を考えた場合、結晶粒の大きさのばらつきが上述したレーザ光の照射送りピッチの設定に大きく寄与することになる。したがって、製造効率の向上のためには、より長い針状の結晶粒を形成すると同時に、結晶粒の大きさのばらつきを抑える必要があるが、現行技術では困難性を有している。   Therefore, for the purpose of improving the production efficiency, in order to promote the growth of crystal grains per one laser beam irradiation, a method of heating a substrate such as a glass substrate with a heater, or a substrate or a base film on the substrate Many methods have been proposed for heating the substrate with laser light (see, for example, Patent Document 2). However, when the substrate is heated with a heater, it is necessary to maintain the temperature for a long time over a wide area of the surface of the substrate, which may cause deterioration of the substrate and the semiconductor thin film. In addition, if the temperature is not constant, a difference occurs in the cooling time, resulting in variations in crystal grain size, which causes variations in characteristics of the semiconductor thin film. This becomes more prominent as the average size of crystal grains increases. In the case of heating with laser light, the variation in the irradiation energy density of the laser light becomes the variation in temperature as it is, so that it is difficult to keep the temperature of the substrate and the base film constant. In the above-mentioned Patent Document 2, the application to the super lateral growth method is not mentioned. However, when the application to the super lateral growth method is considered, the variation in the size of the crystal grains is caused by the above-described irradiation of the laser beam. This greatly contributes to the pitch setting. Therefore, in order to improve the production efficiency, it is necessary to form longer needle-like crystal grains and at the same time suppress the variation in the size of the crystal grains, but the current technology has difficulty.

そこで、照射ごとのレーザ光のエネルギ密度のばらつきを抑制するために、基板の表面での温度変化を検知して、レーザ光源を制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この特許文献３に記載の技術は、詳しくは、レーザ光の照射部の温度を放射温度計により検知して、その結果に応じてレーザ光を変調するというものである。しかし、温度変化を検知することができる放射温度計の応答速度は、最も速いもので数ミリ秒オーダー（１ミリ秒以上１０ミリ秒未満）程度であるため、１ミリ秒未満のパルス幅を有するレーザ光を用いた方法には適用できないという問題点があった。
特許第３２０４９８６号公報 特許第３２２１１４９号公報 特許第３２１３３３８号公報 特開平５−２３５１６９号公報 Therefore, in order to suppress variation in the energy density of the laser light for each irradiation, a technique for detecting a temperature change on the surface of the substrate and controlling the laser light source has been proposed (for example, see Patent Document 3). Specifically, the technique described in Patent Document 3 is to detect the temperature of a laser light irradiation section with a radiation thermometer and modulate the laser light according to the result. However, since the response speed of a radiation thermometer that can detect a temperature change is the fastest and is on the order of several milliseconds (1 to 10 milliseconds), it has a pulse width of less than 1 millisecond. There is a problem that it cannot be applied to a method using laser light.
Japanese Patent No. 3204986 Japanese Patent No. 3221149 Japanese Patent No. 3213338 JP-A-5-235169

本発明の目的は、レーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus capable of efficiently obtaining long crystal grains by suppressing variation in length of crystal grains for each laser light irradiation. It is in.

本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する工程を含む、半導体薄膜の製造方法である。   The present invention relates to a method for producing a semiconductor thin film by irradiating at least two kinds of laser beams and recrystallizing the precursor semiconductor thin film in a solid state contained in the precursor semiconductor thin film substrate. A group of energy density, irradiation timing and irradiation time of at least one of the at least two types of laser light based on a change in energy density of the reflected light of the reference laser light irradiated onto the body semiconductor thin film substrate. A method for producing a semiconductor thin film, comprising a step of controlling at least one of them.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、を含むことができる。ここで、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることを意味する。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, at least two kinds of laser beams include a first laser beam capable of melting a precursor semiconductor thin film in a solid state and recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film. A second laser beam that can be delayed. Here, “retarding the recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film” means that the recrystallization time of the molten precursor semiconductor thin film is longer than when the molten precursor semiconductor thin film is not irradiated with laser light. It means to do.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光を基準レーザ光とすることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam can be used as a reference laser beam.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて」とは、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、１回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。   In the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam is irradiated in a pulsed manner, and at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated one time before, The energy density of the laser beam can be controlled. Here, “at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once before” means the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once before. This means that a change in the energy density of the reflected light of the second laser beam irradiated before the first time may be taken into consideration.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて」とは、１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、２回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。   In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once and the energy of the reflected light of the second laser light irradiated twice. The energy density of the second laser light can be controlled based at least on the density change. Here, “at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before” Is based on the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated before and twice before, the reflected light of the second laser beam irradiated before the previous two times This means that the change in energy density may be taken into consideration.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて」とは、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、１回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam is irradiated in a pulsed manner, and at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated one time before, At least one of the irradiation timing and the irradiation time of the second laser light can be controlled. Here, “at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once before” means the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once before. This means that a change in the energy density of the reflected light of the second laser beam irradiated before the first time may be taken into consideration.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて」とは、１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、２回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。   In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated once and the energy of the reflected light of the second laser light irradiated twice. At least one of the irradiation timing and the irradiation time of the second laser light can be controlled based at least on the density change. Here, “at least based on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before” Is based on the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated before and twice before, the reflected light of the second laser beam irradiated before the previous two times This means that the change in energy density may be taken into consideration.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有していてもよい。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the first laser beam may have an ultraviolet wavelength, and the second laser beam may have a visible wavelength or infrared wavelength.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光が９μｍ以上１１μｍ以下の範囲内の波長を有していてもよい。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam may have a wavelength in the range of 9 μm to 11 μm.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、再結晶化の際に成長する結晶粒は、前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長してもよい。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the crystal grains grown during recrystallization may grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film.

さらに、本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知手段と、基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御可能な制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置である。   Furthermore, the present invention provides two or more laser light sources capable of irradiating at least two types of laser light, and detection means capable of detecting the energy density of reflected light of the reference laser light irradiated on the precursor semiconductor thin film substrate, Control capable of controlling at least one of the group consisting of energy density, irradiation timing, and irradiation time of at least one of the at least two types of laser light based on the energy density change of the reflected light of the reference laser beam And a means for manufacturing a semiconductor thin film.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、二つ以上のレーザ光源が、前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、基準レーザ光が第二のレーザ光であって、検知手段は第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができる。ここで、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることをいう。   Further, in the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, two or more laser light sources emit a first laser beam capable of melting the solid state precursor semiconductor thin film included in the precursor semiconductor thin film substrate. A first laser light source and a second laser light source that irradiates a second laser light capable of delaying recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film, wherein the reference laser light is the second laser light. Thus, the detection means can detect the energy density of the reflected light of the second laser light. Here, “retarding the recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film” means that the recrystallization time of the molten precursor semiconductor thin film is longer than when the molten precursor semiconductor thin film is not irradiated with laser light. To do.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、検知手段が、光センサと、光センサからの信号を処理することができる信号処理回路とを含み、光センサは前駆体半導体薄膜基板に対する第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができ、信号処理回路は光センサからの第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力することができる。   Further, in the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the detection means includes an optical sensor and a signal processing circuit capable of processing a signal from the optical sensor, and the optical sensor is a second sensor for the precursor semiconductor thin film substrate. The energy density of the reflected light of the laser light can be detected, and the signal processing circuit can process a signal indicating the energy density of the reflected light of the second laser light from the optical sensor and output it to the control means .

また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、制御手段は、信号処理回路から出力された信号に基づいて第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を第二のレーザ光の照射ごとに記憶することができ、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the control means stores the energy density change of the reflected light of the second laser light for each irradiation of the second laser light based on the signal output from the signal processing circuit. At least based on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before, At least one of the group consisting of energy density, irradiation timing, and irradiation time of the second laser light can be controlled.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することが好ましい。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the detection means preferably has a response speed of 100 microseconds or less.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the first laser light source irradiates the first laser light having a wavelength in the ultraviolet region, and the second laser light source has a first wavelength having a wavelength in the visible region or infrared region. Two laser beams can be irradiated.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は９μｍ以上１１μｍ以下の波長を有していてもよい。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the second laser light emitted from the second laser light source may have a wavelength of 9 μm or more and 11 μm or less.

本発明によれば、レーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することができる。このような本発明によれば、従来と比較して性能が大幅に向上した多結晶薄膜トランジスタを形成することができる。また、本発明によれば、スーパーラテラル成長法におけるレーザ光の照射送りピッチを安定して長くすることができるため、半導体薄膜の製造効率を向上することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus capable of efficiently obtaining long crystal grains by suppressing variation in crystal grain length for each laser beam irradiation. Can do. According to the present invention as described above, it is possible to form a polycrystalline thin film transistor whose performance is significantly improved as compared with the conventional one. Further, according to the present invention, the laser beam irradiation feed pitch in the super lateral growth method can be stably increased, so that the manufacturing efficiency of the semiconductor thin film can be improved.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

（前駆体半導体薄膜基板）
図１に、本発明において少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明において、「前駆体半導体薄膜基板」はレーザ光が照射される前の状態の半導体薄膜である前駆体半導体薄膜と基板とを含む。図１に示す前駆体半導体薄膜基板５は、絶縁性基板７上にバッファ層８を介して前駆体半導体薄膜６が形成された構造を有している。 (Precursor semiconductor thin film substrate)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a preferred example of a precursor semiconductor thin film substrate irradiated with at least two types of laser beams in the present invention. Here, in the present invention, the “precursor semiconductor thin film substrate” includes a precursor semiconductor thin film and a substrate which are semiconductor thin films in a state before being irradiated with laser light. A precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1 has a structure in which a precursor semiconductor thin film 6 is formed on an insulating substrate 7 via a buffer layer 8.

前駆体半導体薄膜６としては、任意の半導体材料を用いることができ、たとえば従来より液晶表示装置の製造工程において用いられていて、製造が容易であるという理由から、水和したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をはじめとするアモルファスシリコンを含むシリコンを用いることが好ましいが、多結晶シリコンを含むシリコンであってもよく、微結晶シリコンを含むシリコンであってもよい。また、前駆体半導体薄膜６としては、シリコンのみからなる材質に限られるものではなく、ゲルマニウムなどの他の元素を含んだシリコンを主成分とする材質であってもよい。たとえば、ゲルマニウムを添加することにより前駆体半導体薄膜６の禁制帯幅を任意に制御することができる。前駆体半導体薄膜６の厚みは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。前駆体半導体薄膜６の厚みが３０ｎｍ未満である場合には前駆体半導体薄膜６を均一な厚みに形成することが困難となる傾向にあり、２００ｎｍを超える場合には前駆体半導体薄膜６の形成に時間がかかり過ぎる傾向にあるためである。なお、前駆体半導体薄膜６はたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor deposition；化学気相堆積）法などによって形成される。   As the precursor semiconductor thin film 6, any semiconductor material can be used. For example, hydrated amorphous silicon (a−) is used because it has been conventionally used in the manufacturing process of liquid crystal display devices and is easy to manufacture. Although silicon containing amorphous silicon such as Si: H) is preferably used, silicon containing polycrystalline silicon or silicon containing microcrystalline silicon may be used. Further, the precursor semiconductor thin film 6 is not limited to a material made only of silicon, and may be a material mainly composed of silicon containing other elements such as germanium. For example, the forbidden band width of the precursor semiconductor thin film 6 can be arbitrarily controlled by adding germanium. The thickness of the precursor semiconductor thin film 6 is preferably 30 nm or more and 200 nm or less. When the thickness of the precursor semiconductor thin film 6 is less than 30 nm, it tends to be difficult to form the precursor semiconductor thin film 6 with a uniform thickness. When the thickness exceeds 200 nm, the precursor semiconductor thin film 6 is formed. This is because it tends to take too much time. The precursor semiconductor thin film 6 is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor deposition) method.

絶縁性基板７としては、ガラスや石英などを含む材質にて形成された公知の基板を好適に用いることができる。また、これらの材質の中でも、安価である点、大面積の絶縁性基板を容易に製造することができる点でガラス基板を用いることが好ましい。また、絶縁性基板の厚みは特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁性基板の厚みが０．５ｍｍ未満である場合には絶縁性基板が割れやすく、平坦性に優れた基板を製造することが困難となる傾向にある。また、絶縁性基板の厚みが１．２ｍｍを超えている場合には絶縁性基板が厚くなりすぎてたとえば表示装置などの最終製品の小型化および軽量化を図ることが困難となる傾向にある。   As the insulating substrate 7, a known substrate formed of a material including glass or quartz can be suitably used. Among these materials, it is preferable to use a glass substrate in that it is inexpensive and a large-area insulating substrate can be easily manufactured. The thickness of the insulating substrate is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm or more and 1.2 mm or less. When the thickness of the insulating substrate is less than 0.5 mm, the insulating substrate is easily broken, and it tends to be difficult to manufacture a substrate having excellent flatness. Further, when the thickness of the insulating substrate exceeds 1.2 mm, the insulating substrate becomes too thick, and it tends to be difficult to reduce the size and weight of the final product such as a display device.

また、図１に示す前駆体半導体薄膜基板５において、前駆体半導体薄膜６は絶縁性基板７上にバッファ層８を介して形成されることが好ましい。バッファ層８を形成することにより、レーザ光の照射による溶融および再結晶化の際に、溶融した前駆体半導体薄膜６の熱の影響が絶縁性基板７に及ばないようにすることができる傾向にあり、絶縁性基板７から前駆体半導体薄膜６への不純物拡散を防止することができる傾向にあるためである。バッファ層８としては、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの材料をＣＶＤ法を用いて形成することができ、特に制限されるものではない。また、バッファ層８の厚みは特に制限されるものではないが、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。バッファ層８の厚みが１００ｎｍ未満である場合には絶縁性基板７から前駆体半導体薄膜６への不純物の拡散防止効果が不十分となる傾向にあり、５００ｎｍを超えるとバッファ層８の形成に時間がかかり過ぎて製造効率が低下する傾向にあるためである。   In the precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1, the precursor semiconductor thin film 6 is preferably formed on the insulating substrate 7 via the buffer layer 8. By forming the buffer layer 8, there is a tendency that the influence of the heat of the molten precursor semiconductor thin film 6 does not reach the insulating substrate 7 at the time of melting and recrystallization by laser light irradiation. This is because impurity diffusion from the insulating substrate 7 to the precursor semiconductor thin film 6 tends to be prevented. The buffer layer 8 can be formed of a material such as silicon oxide or silicon nitride using a CVD method, and is not particularly limited. The thickness of the buffer layer 8 is not particularly limited, but is preferably 100 nm or more and 500 nm or less. When the thickness of the buffer layer 8 is less than 100 nm, the effect of preventing diffusion of impurities from the insulating substrate 7 to the precursor semiconductor thin film 6 tends to be insufficient, and when it exceeds 500 nm, it takes time to form the buffer layer 8. This is because the production efficiency tends to decrease due to excessive application.

（半導体薄膜の製造方法）
図１に示す前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜６には、たとえば、１回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜６を溶融することができる第一のレーザ光と、１回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜６を溶融することはできないが溶融した前駆体半導体薄膜６の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、が照射される。 (Semiconductor thin film manufacturing method)
The precursor semiconductor thin film 6 in the precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1 includes, for example, a first laser beam capable of melting the precursor semiconductor thin film 6 in a solid state by one irradiation, and one time. The precursor semiconductor thin film 6 in the solid state cannot be melted by the irradiation, but is irradiated with a second laser beam capable of delaying recrystallization of the melted precursor semiconductor thin film 6.

ここで、第一のレーザ光と第二のレーザ光とは、たとえば図２に示す波形で照射することができる。なお、図２の縦軸はエネルギ密度を示し、横軸は経過時間を示している。また、図２中の参照符号１は第一のレーザ光の波形（経過時間に対するエネルギ密度変化）を示しており、参照符号２は第二のレーザ光の波形を示している。   Here, the first laser beam and the second laser beam can be irradiated with the waveform shown in FIG. 2, for example. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 2 has shown energy density, and the horizontal axis has shown elapsed time. Further, reference numeral 1 in FIG. 2 indicates the waveform of the first laser beam (energy density change with respect to elapsed time), and reference numeral 2 indicates the waveform of the second laser beam.

図２を参照すると、まず第二のレーザ光がパルス状に照射される。次に、第二のレーザ光の照射中に第一のレーザ光がパルス状に照射される。続いて、第一のレーザ光の照射が完了した後に第二のレーザ光の照射を完了する。そして、第二のレーザ光の照射を完了した後は、第一のレーザ光の前駆体半導体薄膜への照射領域が一部接触する位置または一部重なる位置に第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射領域を移動して再度上記と同様にして第一のレーザ光および第二のレーザ光が照射される。これにより、第二のレーザ光の照射によって加熱された固体状態の前駆体半導体薄膜に第一のレーザ光が照射されて前駆体半導体薄膜が溶融し、溶融した前駆体半導体薄膜に第二のレーザ光が照射されることによって前駆体半導体薄膜が再結晶化する時間を遅延させて再結晶化により得られる結晶粒をより長くすることができる。そして、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射と照射領域の移動とが繰り返されることによって、前駆体半導体薄膜の表面に略平行に結晶粒が成長して、より長い結晶粒を得ることができる。なお、本発明において「パルス状に照射」には、エネルギ密度の高いレーザ光が間欠的に照射される場合だけでなく、エネルギ密度の低いレーザ光が間欠的に照射される場合も含まれる。   Referring to FIG. 2, first, the second laser beam is irradiated in a pulse shape. Next, the first laser beam is irradiated in a pulsed manner during the irradiation of the second laser beam. Subsequently, the irradiation of the second laser beam is completed after the irradiation of the first laser beam is completed. After completing the irradiation of the second laser beam, the first laser beam and the second laser beam are positioned at a position where the irradiation region of the first laser beam on the precursor semiconductor thin film partially contacts or partially overlaps. The laser light irradiation area is moved, and the first laser light and the second laser light are irradiated again in the same manner as described above. Accordingly, the solid state precursor semiconductor thin film heated by the second laser light irradiation is irradiated with the first laser light to melt the precursor semiconductor thin film, and the melted precursor semiconductor thin film is subjected to the second laser. By irradiating with light, the time required for recrystallization of the precursor semiconductor thin film can be delayed to make the crystal grains obtained by recrystallization longer. Then, by repeating the irradiation of the first laser beam and the second laser beam and the movement of the irradiation region, crystal grains grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film, and longer crystal grains Can be obtained. In the present invention, “irradiation in a pulsed manner” includes not only the case where laser light having a high energy density is irradiated intermittently but also the case where laser light having a low energy density is irradiated intermittently.

図３に、前駆体半導体薄膜であるシリコン薄膜に図２に示す波形で第一のレーザ光および第二のレーザ光をそれぞれ１回ずつ照射したときの第一のレーザ光のエネルギフルエンス（照射領域の単位面積当たりのエネルギ総注入量；Ｊ／ｍ2）とシリコン薄膜の溶融後に再結晶化して得られた結晶粒の長さとの関係（図３において四角形の位置により表わされている）を示す。図３において、横軸は第一のレーザ光のエネルギフルエンスを示し、縦軸は結晶粒の長さ（μｍ）を示している。なお、図３の横軸においては、左から右へ進むにつれて第一のレーザ光のエネルギフルエンスが増大している。また、シリコン薄膜の膜厚はすべての照射において同一に設定されている。 FIG. 3 shows the energy fluence (irradiation region) of the first laser beam when the first laser beam and the second laser beam are each irradiated once with the waveform shown in FIG. (Total energy injection amount per unit area; J / m 2 ) and the length of crystal grains obtained by recrystallization after melting of the silicon thin film (represented by square positions in FIG. 3) Show. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the energy fluence of the first laser beam, and the vertical axis indicates the length (μm) of the crystal grains. In the horizontal axis of FIG. 3, the energy fluence of the first laser beam increases as it proceeds from left to right. The film thickness of the silicon thin film is set to be the same for all irradiations.

図３を参照すると、第一のレーザ光のエネルギフルエンスがほぼ同じ値であるにもかかわらず、第一のレーザ光の照射ごとに結晶粒の長さがばらついている。したがって、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光を照射したときに生じる結晶粒の長さのばらつきは第二のレーザ光の照射ごとのエネルギ密度のばらつきによるものであると考えられる。すなわち、シリコン薄膜に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が照射ごとにばらつくことから、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間がたとえ照射ごとに同一であっても、溶融したシリコン薄膜が再結晶化する時間が第二のレーザ光の照射ごとに異なってしまうため結晶粒の長さがばらつくと考えられる。なお、図３における第一のレーザ光のエネルギフルエンスは第一のレーザ光をビームスプリッタにより分岐させた後にエネルギメータに照射することによって熱的な変化をエネルギフルエンスとして測定したものであり、結晶粒の長さは光学顕微鏡を用いた観察によって結晶粒の最大長を測定したものである。   Referring to FIG. 3, although the energy fluence of the first laser beam is substantially the same value, the length of the crystal grain varies with each irradiation of the first laser beam. Therefore, it is considered that the variation in crystal grain length that occurs when the first laser beam and the second laser beam are irradiated is due to the variation in energy density for each irradiation with the second laser beam. That is, since the energy density of the second laser beam irradiated to the silicon thin film varies with each irradiation, the delay time, which is the difference between the irradiation start time of the first laser beam and the irradiation start time of the second laser beam. Even if it is the same for each irradiation, it is considered that the length of the crystal grains varies because the time for recrystallization of the molten silicon thin film differs for each irradiation of the second laser beam. The energy fluence of the first laser beam in FIG. 3 is obtained by measuring the thermal change as the energy fluence by irradiating the energy meter after the first laser beam is branched by the beam splitter. The length of is the maximum length of crystal grains measured by observation using an optical microscope.

図４は、一定領域に照射された第二のレーザ光の１回の照射におけるエネルギ密度の変化を示すグラフである。なお、図４における第二のレーザ光のエネルギ密度変化は第二のレーザ光をエネルギメータに照射して測定されたものである。図４において、縦軸は第二のレーザ光のエネルギ密度を示し、横軸は第二のレーザ光の照射時間を示している。図４を参照すると、第二のレーザ光のエネルギ密度は１回の照射の中である周期をもって変化しており、この周期的な変化が第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきとなって図３に示した結晶粒の長さのばらつきを引き起こす。このような第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきは、照射雰囲気などの外部環境によって生じるものと考えられる。したがって、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化が一定になるように第二のレーザ光の光源を設定したとしても、実際に照射される第二のレーザ光においては照射雰囲気などの外部環境によって図４に示すようなエネルギ密度のばらつきが生じてしまう。   FIG. 4 is a graph showing a change in energy density in one irradiation of the second laser light irradiated to a certain region. Note that the energy density change of the second laser beam in FIG. 4 is measured by irradiating the energy meter with the second laser beam. In FIG. 4, the vertical axis indicates the energy density of the second laser light, and the horizontal axis indicates the irradiation time of the second laser light. Referring to FIG. 4, the energy density of the second laser beam changes with a certain period in one irradiation, and this periodic change becomes a variation in the energy density of the second laser beam. 3 causes variations in crystal grain length. Such variation in the energy density of the second laser light is considered to be caused by an external environment such as an irradiation atmosphere. Therefore, even if the light source of the second laser beam is set so that the energy density change of the second laser beam with respect to the elapsed time is constant, the second laser beam that is actually irradiated has an external environment such as an irradiation atmosphere. Variations in energy density as shown in FIG. 4 occur depending on the environment.

そこで、本発明においては、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光とともに前駆体半導体薄膜基板に基準レーザ光を一定のエネルギ密度で第二のレーザ光と同時に照射し、照射された基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化を検知する（基準レーザ光も照射雰囲気などの外部環境の影響を受けるため基準レーザ光の反射光のエネルギ密度が変化する）。そして、検知された基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化に基づいて、次回照射時における、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化（図２に示す波形）および／または第二のレーザ光のエネルギフルエンスが予め設定されている基準に近づくように第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する。   Therefore, in the present invention, the reference laser beam is irradiated onto the precursor semiconductor thin film substrate together with the first laser beam and the second laser beam at a constant energy density simultaneously with the second laser beam. A change in the energy density of the reflected light of the laser light is detected (the reference laser light is also affected by the external environment such as the irradiation atmosphere, so that the energy density of the reflected light of the reference laser light changes). Then, based on the detected change in the energy density of the reflected light of the reference laser light, the energy density change (the waveform shown in FIG. 2) of the second laser light with respect to the elapsed time and / or the second At least one of the groups consisting of the energy density of the second laser beam, the irradiation timing, and the irradiation time is controlled so that the energy fluence of the laser beam approaches a preset reference.

これにより、照射雰囲気などの外部環境による第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきを抑制することができるため、照射ごとの結晶粒の長さのばらつきが抑制され、さらに第二のレーザ光の照射により再結晶化時間を遅延させてより長い結晶粒の作製が可能となる。したがって、本発明においては、１回の照射によってより長い結晶粒を得ることができることから照射領域の移動距離（照射送りピッチ）を大きくすることができ、さらに結晶粒の長さのばらつきを抑制して照射送りピッチを安定して長くすることができることから半導体薄膜の製造効率を向上させることができる。また、このような基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化を検知する本発明の方法においては、放射温度計を用いた従来の方法よりも高速に検知することが可能になるため、１ミリ秒未満のパルス幅を有するレーザ光を用いた方法にも適用することができる。   As a result, variation in energy density of the second laser beam due to an external environment such as an irradiation atmosphere can be suppressed, so variation in crystal grain length for each irradiation is suppressed, and irradiation of the second laser beam is further performed. This makes it possible to delay the recrystallization time and produce longer crystal grains. Therefore, in the present invention, since longer crystal grains can be obtained by one irradiation, the movement distance (irradiation feed pitch) of the irradiation region can be increased, and variation in the length of the crystal grains can be suppressed. Thus, since the irradiation feed pitch can be stably increased, the semiconductor thin film manufacturing efficiency can be improved. Further, in the method of the present invention for detecting such a change in the energy density of the reflected light of the reference laser beam, it is possible to detect at a higher speed than the conventional method using a radiation thermometer. The present invention can also be applied to a method using laser light having a pulse width of less than a second.

また、基準レーザ光を前駆体半導体薄膜基板中の前駆体半導体薄膜に照射する場合には、基準レーザ光が照射される前駆体半導体薄膜の温度変化によって反射光のエネルギ密度が影響を受けてしまう。すなわち、一般に、前駆体半導体薄膜を構成する半導体材料は、各波長の光に対して所定の反射率（反射光のエネルギ密度／入射光のエネルギ密度）を有している。これは反射率が各波長の光における半導体材料の屈折率に依存するためである。さらに、屈折率は半導体材料の温度に依存するため、反射率は半導体材料の温度に依存することになる。したがって、前駆体半導体薄膜の温度変化に伴い反射率が変化して基準レーザ光の反射光のエネルギ密度が変化するため、前駆体半導体薄膜の温度変化による反射光のエネルギ密度変化も考慮して第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することが好ましい。これは、基準レーザ光を前駆体半導体薄膜以外の箇所に照射した場合にその箇所の温度変化が生じる場合にも適用されることが好ましいことは言うまでもない。   Further, when the precursor semiconductor thin film in the precursor semiconductor thin film substrate is irradiated with the reference laser light, the energy density of the reflected light is affected by the temperature change of the precursor semiconductor thin film irradiated with the reference laser light. . That is, generally, the semiconductor material constituting the precursor semiconductor thin film has a predetermined reflectance (energy density of reflected light / energy density of incident light) with respect to light of each wavelength. This is because the reflectance depends on the refractive index of the semiconductor material in the light of each wavelength. Furthermore, since the refractive index depends on the temperature of the semiconductor material, the reflectance depends on the temperature of the semiconductor material. Therefore, the reflectance changes with the temperature change of the precursor semiconductor thin film, and the energy density of the reflected light of the reference laser light changes. Therefore, the change in the energy density of the reflected light due to the temperature change of the precursor semiconductor thin film is also taken into consideration. It is preferable to control at least one of the group consisting of the energy density of the second laser beam, the irradiation timing, and the irradiation time. Needless to say, this is preferably applied to the case where a temperature change occurs at a location other than the precursor semiconductor thin film when the reference laser beam is irradiated.

なお、上記においては、第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきに着目して第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する場合について説明したが、第一のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御してもよく、第一のレーザ光および第二のレーザ光の双方のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御してもよい。   In the above description, the case where at least one of the group consisting of the energy density of the second laser beam, the irradiation timing, and the irradiation time is controlled by focusing on the variation in the energy density of the second laser beam has been described. , At least one of the group consisting of the energy density of the first laser beam, the irradiation timing and the irradiation time may be controlled, and the energy density, the irradiation timing of both the first laser beam and the second laser beam, and At least one of the groups of irradiation times may be controlled.

また、上記において、基準レーザ光としては第一のレーザ光および第二のレーザ光の少なくとも一方を用いてもよく、第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を用いてもよい。ただし、装置の構造を簡略化する観点からは、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つが制御されるレーザ光を基準レーザ光とすることが好ましい。   In the above, as the reference laser light, at least one of the first laser light and the second laser light may be used, and a third laser light other than the first laser light and the second laser light is used. May be. However, from the viewpoint of simplifying the structure of the apparatus, it is preferable to use the laser beam in which at least one of the group of energy density, irradiation timing, and irradiation time is controlled as the reference laser beam.

また、上記において、第一のレーザ光としては、固体状態のシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜によく吸収され、１回の照射で固体状態のシリコン薄膜を溶融可能にする観点から、紫外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。ここで、紫外域の波長とは、１ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長を意味する。このような第一のレーザ光としては、たとえばエキシマレーザ光、ＹＡＧレーザ光の三倍波に代表される各種固体レーザ光などを好適に用いることができるが、なかでも波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用いることが特に好適である。   In the above, the first laser light is well absorbed by the precursor semiconductor thin film made of a solid state silicon thin film, and from the viewpoint of making the solid state silicon thin film meltable by one irradiation, It is preferable to use laser light having a wavelength. Here, the wavelength in the ultraviolet region means a wavelength of 1 nm or more and less than 400 nm. As such a first laser beam, for example, various solid-state laser beams typified by excimer laser beam and triple wave of YAG laser beam can be suitably used. Among them, excimer laser beam having a wavelength of 308 nm is particularly suitable. It is particularly preferred to use it.

また、上記において、第二のレーザ光としては、第一のレーザ光の照射によって溶融したシリコン薄膜の再結晶化を遅延可能にする観点から、可視域または赤外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。この場合には第二のレーザ光は溶融状態のシリコン薄膜に吸収され、溶融状態のシリコン薄膜の加熱を行なうことができる。ここで、可視域の波長とは、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の波長を意味する。また、赤外域の波長とは、７５０ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長を意味する。このような第二のレーザ光としては、たとえば５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波、１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光または１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光などを好適に用いることができる。なお、５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波および１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光が溶融状態のシリコン薄膜に吸収される吸収率は約６０％（特許文献４参照）であり、１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光が溶融状態のシリコン薄膜に吸収される吸収率は約１０〜２０％（本発明者らの実験結果）である。 In the above, as the second laser beam, a laser beam having a wavelength in the visible region or the infrared region is used from the viewpoint of delaying the recrystallization of the silicon thin film melted by the irradiation of the first laser beam. It is preferable. In this case, the second laser beam is absorbed by the molten silicon thin film, and the molten silicon thin film can be heated. Here, the visible wavelength means a wavelength of 400 nm or more and less than 750 nm. Further, the wavelength in the infrared region means a wavelength of 750 nm or more and 1 mm or less. As such second laser light, for example, a double wave of a YAG laser light having a wavelength of 532 nm, a YAG laser light having a wavelength of 1064 nm, or a CO 2 laser light having a wavelength of 10.6 μm is preferably used. be able to. The absorption rate at which the double wave of the YAG laser beam having a wavelength of 532 nm and the YAG laser beam having a wavelength of 1064 nm are absorbed by the molten silicon thin film is about 60% (see Patent Document 4). The absorption rate at which the CO 2 laser beam having a wavelength of 6 μm is absorbed by the molten silicon thin film is about 10 to 20% (experimental result of the present inventors).

上述した本発明の半導体薄膜の製造方法の一例として、たとえば以下の（１）および（２）の２つの方法を挙げることができる。   As an example of the method for producing the semiconductor thin film of the present invention described above, for example, the following two methods (1) and (2) can be mentioned.

（１）第一の方法
第一の方法は、ｎ回目の第二のレーザ光の照射時において、（ｎ−１）回目、好ましくは（ｎ−１）回目および（ｎ−２）回目の照射時における第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、ｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度を制御する方法である。ここで、第一の方法においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光は図２に示す波形でパルス状に照射され、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射タイミングおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定される。 (1) First method The first method is the (n-1) th irradiation, preferably the (n-1) th and (n-2) th irradiation, during the n-th irradiation with the second laser beam. This is a method of controlling the energy density of the second laser light irradiated n times based on the energy density change of the reflected light of the second laser light at the time. Here, in the first method, the first laser beam and the second laser beam are irradiated in a pulse shape with the waveform shown in FIG. 2, and the energy fluence of the first laser beam, the irradiation of the first laser beam. Difference in time (pulse width), irradiation time (pulse width) of the second laser light, irradiation timing of the second laser light, and irradiation start time of the first laser light with respect to the irradiation start time of the second laser light A certain delay time is fixed.

このような第一の方法においては、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に減少傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御される。また、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に増加傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御される。   In such a first method, for example, when the energy density of the reflected light of the second laser beam tends to decrease as a whole, the energy density of the second laser beam is controlled to increase. The Further, for example, when the energy density of the reflected light of the second laser light tends to increase as a whole, the energy density of the second laser light is controlled to be low.

このような第一の方法においては、前駆体半導体薄膜をアブレーションさせることなく結晶粒の大きさを増大させる観点から、図２に示す波形における第一のレーザ光のエネルギフルエンスは１５００Ｊ／ｍ2以上３５００Ｊ／ｍ2以下であることが好ましく、２５００Ｊ／ｍ2以上３０００Ｊ／ｍ2以下であることがより好ましい。 In such a first method, from the viewpoint of increasing the size of the crystal grains without ablating the precursor semiconductor thin film, the energy fluence of the first laser beam in the waveform shown in FIG. 2 is 1500 J / m 2 or more. is preferably 3500J / m 2 or less, more preferably 2500 J / m 2 or more 3000 J / m 2 or less.

また、第一の方法においては、図２に示す波形における第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下であるときは、絶縁性基板の変形および／または破損を防止し、前駆体半導体薄膜をアブレーションさせることなく結晶粒の長さを増大させる観点から、図２に示す波形における第二のレーザ光のエネルギフルエンスは７５００Ｊ／ｍ2以上１００００Ｊ／ｍ2以下であることが好ましく、８０００Ｊ／ｍ2以上９０００Ｊ／ｍ2以下であることがより好ましい。 Further, in the first method, when the irradiation time of the second laser light in the waveform shown in FIG. 2 is 120 microseconds or more and 140 microseconds or less, the deformation and / or breakage of the insulating substrate is prevented, From the viewpoint of increasing the length of crystal grains without ablating the precursor semiconductor thin film, the energy fluence of the second laser beam in the waveform shown in FIG. 2 is preferably 7500 J / m 2 or more and 10,000 J / m 2 or less. 8000 J / m 2 or more and 9000 J / m 2 or less is more preferable.

（２）第二の方法
第二の方法は、ｎ回目の第二のレーザ光の照射時において、（ｎ−１）回目、好ましくは（ｎ−１）回目および（ｎ−２）回目の照射時における第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間を制御する方法である。ここで、第二の方法においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光は図２に示す波形でパルス状に照射され、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光のエネルギフルエンスおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定される。 (2) Second method The second method is the (n-1) th irradiation, preferably the (n-1) th and (n-2) th irradiation, in the n-th irradiation with the second laser beam. This is a method of controlling the irradiation timing and the irradiation time of the second laser light irradiated n times based on the energy density change of the reflected light of the second laser light at the time. Here, in the second method, the first laser beam and the second laser beam are irradiated in a pulse shape with the waveform shown in FIG. 2, and the energy fluence of the first laser beam, the irradiation of the first laser beam. The time (pulse width), the energy fluence of the second laser beam, and the delay time that is the difference between the irradiation start time of the first laser beam with respect to the irradiation start time of the second laser beam are fixed.

このような第二の方法においては、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に減少傾向にある場合には、第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くする。また、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に増加傾向にある場合には、第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くする。   In such a second method, for example, when the energy density of the reflected light of the second laser beam tends to decrease overall, the irradiation start time of the second laser beam is earlier or the second By controlling so that the irradiation time of the laser light becomes longer, the delay time that is the difference between the irradiation start time of the first laser light and the irradiation start time of the second laser light is lengthened. Further, for example, when the energy density of the reflected light of the second laser light tends to increase as a whole, the irradiation start time of the second laser light is delayed or the irradiation time of the second laser light is shortened. By controlling in this way, the delay time, which is the difference between the irradiation start time of the first laser beam and the irradiation start time of the second laser beam, is shortened.

このような第二の方法においては、図２に示す波形における、第一のレーザ光のエネルギフルエンスを３０００Ｊ／ｍ2、第二のレーザ光のエネルギフルエンスを８１００Ｊ／ｍ2および第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下である場合には、１回の照射あたりの結晶粒の長さを増大させる観点から、図２に示す波形において、第一のレーザ光の照射開始時間が第二のレーザ光の照射開始後１１０マイクロ秒以上１３０マイクロ秒以下となるように制御することが好ましく、１２０マイクロ秒以上１３０マイクロ秒以下となるように制御することがより好ましい。 In the second method, the energy fluence of the first laser beam is 3000 J / m 2 , the energy fluence of the second laser beam is 8100 J / m 2, and the second laser beam in the waveform shown in FIG. When the irradiation time is 120 microseconds or more and 140 microseconds or less, from the viewpoint of increasing the length of crystal grains per one irradiation, the irradiation of the first laser beam is started in the waveform shown in FIG. The time is preferably controlled to be 110 to 130 microseconds, more preferably 120 to 130 microseconds after the start of irradiation with the second laser light.

なお、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、上述した第一の方法または第二の方法のいずれか一方を用いるだけでなく、第一の方法と第二の方法とを組み合わせて用いることもできる。また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、上述した第一の方法および第二の方法以外の方法を用いてもよいことは言うまでもない。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, not only one of the first method and the second method described above, but also a combination of the first method and the second method may be used. it can. Needless to say, in the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, a method other than the first method and the second method described above may be used.

（半導体薄膜の製造装置）
図５に、本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示す。この製造装置１０は、上記の二つ以上のレーザ光源として、上記の第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源１１と、上記の第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源１２とを含んでいる。また、製造装置１０は、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器２２と、信号処理回路２７と、からなる検知手段を含み、さらに信号処理回路２７に接続されている制御手段２３を含んでいる。信号処理回路２７は検知器２２から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段２３に出力することができる。 (Semiconductor thin film manufacturing equipment)
FIG. 5 schematically shows a configuration of a preferable example of the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention. The manufacturing apparatus 10 includes a first laser light source 11 that emits the first laser light and a second laser light source 12 that emits the second laser light as the two or more laser light sources. Including. In addition, the manufacturing apparatus 10 includes a detection unit including a detector 22 capable of detecting the energy density of reflected light of the second laser beam and a signal processing circuit 27, and is further connected to the signal processing circuit 27. Control means 23 is included. The signal processing circuit 27 can process a signal indicating the energy density of the reflected light of the second laser beam transmitted from the detector 22 and output it to the control means 23.

製造装置１０において、第二のレーザ光源１２から照射された第二のレーザ光は、アッテネータ１４を通過した後、均一照射光学系１６によってエネルギ密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク１８のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク１８を通過した第二のレーザ光はミラー２１によって反射され、結像レンズ２４によってマスク１８の像が所定の倍率（たとえば１／４）に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜に照射される。   In the manufacturing apparatus 10, after the second laser light emitted from the second laser light source 12 passes through the attenuator 14, the energy density distribution is made uniform by the uniform irradiation optical system 16 and shaped into an appropriate size. The pattern forming surface of the mask 18 is uniformly irradiated. Next, the second laser light that has passed through the mask 18 is reflected by the mirror 21, and the precursor semiconductor thin film substrate in a state where the image of the mask 18 is formed at a predetermined magnification (for example, 1/4) by the imaging lens 24. The precursor semiconductor thin film in 5 is irradiated.

そして、第一のレーザ光源１１から照射された第一のレーザ光は、アッテネータ１３を通過した後、均一照射光学系１５によってエネルギ密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク１７のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク１７を通過した第一のレーザ光はミラー２１によって反射され、結像レンズ２０によってマスク１７の像が所定の倍率（たとえば１／４）に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜に照射される。ここで、前駆体半導体薄膜基板５は水平方向に所定速度で移動可能なステージ１９上に設置されている。また、上記においてミラー２１は１個のみ設置されているが数量に制限はなく、設置箇所についても適宜設定することができる。   Then, the first laser light emitted from the first laser light source 11 passes through the attenuator 13, and then the energy density distribution is made uniform by the uniform irradiation optical system 15 and shaped to an appropriate size. The pattern forming surface is uniformly irradiated. Next, the first laser light that has passed through the mask 17 is reflected by the mirror 21, and the precursor semiconductor thin film substrate in a state where the image of the mask 17 is formed at a predetermined magnification (for example, 1/4) by the imaging lens 20. The precursor semiconductor thin film in 5 is irradiated. Here, the precursor semiconductor thin film substrate 5 is installed on a stage 19 that can move in the horizontal direction at a predetermined speed. In the above description, only one mirror 21 is installed, but the number is not limited, and the installation location can be set as appropriate.

ここで、第二のレーザ光源１２としては、たとえば、５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波、１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光または１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光を照射するものが特に好適である。 Here, as the second laser light source 12, for example, a YAG laser beam having a wavelength of 532 nm, a YAG laser beam having a wavelength of 1064 nm, or a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm is irradiated. Those are particularly preferred.

また、第一のレーザ光源１１としては、たとえば、エキシマレーザ光、ＹＡＧレーザ光に代表される各種固体レーザ光を照射可能な光源を好適に用いることができる。なかでも第一のレーザ光源１１としては、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を照射する光源が特に好適である。また、第一のレーザ光源１１としては、第一のレーザ光をパルス状に照射することができる光源であることが好ましい。   Moreover, as the first laser light source 11, for example, a light source capable of irradiating various solid-state laser light typified by excimer laser light and YAG laser light can be suitably used. Among these, the first laser light source 11 is particularly preferably a light source that emits excimer laser light having a wavelength of 308 nm. The first laser light source 11 is preferably a light source that can irradiate the first laser light in a pulsed manner.

前駆体半導体薄膜基板５に照射されて反射した第二のレーザ光の反射光は検知器２２によって反射光のエネルギ密度が経時的に計測される。かかる検知器２２としてはたとえば光センサまたは焦電センサなどを用いることができる。なかでも、検知器２２としては高速応答性に優れた光センサを用いることが好ましい。   The energy density of the reflected light of the second laser beam irradiated and reflected on the precursor semiconductor thin film substrate 5 is measured over time by the detector 22. As the detector 22, for example, an optical sensor or a pyroelectric sensor can be used. In particular, it is preferable to use an optical sensor excellent in high-speed response as the detector 22.

光センサとしては、たとえば感光部がシリコンにより構成されているものを用いてもよい。また、第二のレーザ光として、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光を用いる場合には感光部がＡｇＯＣｓ若しくはＩｎＧａＡｓにより構成されている光センサを用いることが好ましい。また、第二のレーザ光として波長１０．６μｍのＣＯ2レーザ光を用いる場合には感光部がＨｄＣｄＺｎＴｅにより構成されている光センサを用いることが好ましい。また、光センサは、反射光の照射による破壊を防止するために、減衰光学系（図示せず）を有することが好ましい。 As the optical sensor, for example, a photoconductive portion made of silicon may be used. Further, when YAG laser light having a wavelength of 1064 nm is used as the second laser light, it is preferable to use an optical sensor in which the photosensitive portion is made of AgOCs or InGaAs. Further, when a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm is used as the second laser beam, it is preferable to use an optical sensor in which the photosensitive portion is composed of HdCdZnTe. Further, the optical sensor preferably has an attenuation optical system (not shown) in order to prevent destruction due to irradiation of reflected light.

検知器２２によって計測された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号は随時、信号処理回路２７によって変換処理されて制御手段２３に出力される。ここで、検知器２２と信号処理回路２７とを含む検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することが好ましい。ここで、本発明において「１００マイクロ秒以下の応答速度を有する」とは、検知器２２に反射光が入射してから制御手段２３に信号が出力されるまでにかかる時間が１００マイクロ秒以下であることをいう。   A signal indicating the energy density of the reflected light of the second laser beam measured by the detector 22 is converted by the signal processing circuit 27 and output to the control means 23 as needed. Here, the detection means including the detector 22 and the signal processing circuit 27 preferably has a response speed of 100 microseconds or less. Here, in the present invention, “having a response speed of 100 microseconds or less” means that the time taken from when reflected light enters the detector 22 until the signal is output to the control means 23 is 100 microseconds or less. Say something.

また、制御手段２３は第一のレーザ光源１１および第二のレーザ光源１２に接続されており、制御手段２３は第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度をたとえば電圧値として随時記憶し、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を電圧値の変動として記憶する。そして、この記憶された電圧値の変動に応じて第一のレーザ光源１１および／または第二のレーザ光源１２を制御して、第一のレーザ光および／または第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる。   Further, the control means 23 is connected to the first laser light source 11 and the second laser light source 12, and the control means 23 stores the energy density of the reflected light of the second laser light as a voltage value at any time, for example. Changes in the energy density of the reflected light of the second laser light are stored as voltage value fluctuations. Then, the first laser light source 11 and / or the second laser light source 12 are controlled in accordance with the stored voltage value fluctuation, and the energy density of the first laser light and / or the second laser light, At least one of the group consisting of irradiation timing and irradiation time can be controlled.

たとえば、図５に示す製造装置１０を用いて上述した（１）第一の方法を行なう場合には、制御手段２３は、信号処理回路２７から出力されてきた、少なくとも１回前、好ましくは少なくとも１回前と２回前にパルス状に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動を記憶し、この電圧値の変動に基づいて、第二のレーザ光源１２に信号を出力することによって、照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が制御される。   For example, when the above-described (1) first method is performed using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 5, the control means 23 is output at least once before, preferably at least from the signal processing circuit 27. The variation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated in a pulse form before and once is stored, and the second laser light source is based on the variation of the voltage value. By outputting a signal to 12, the energy density of the irradiated second laser light is controlled.

すなわち、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が増加傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。一方、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が減少傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。   That is, when the fluctuation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser light tends to increase, the control means 23 controls the second laser so that the energy density of the second laser light is lowered. A signal is output to the light source 12. On the other hand, when the fluctuation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser light tends to decrease, the control means 23 controls the second laser so that the energy density of the second laser light is increased. A signal is output to the light source 12.

また、図５に示す製造装置１０を用いて上述した（２）第二の方法を行なう場合には、制御手段２３は、信号処理回路２７から出力されてきた、少なくとも１回前、好ましくは少なくとも１回前と２回前にパルス状に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動を記憶し、この電圧値の変動に基づいて、第二のレーザ光源１２に信号を出力することによって、照射される第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御される。   Further, when the above-described (2) second method is performed using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 5, the control means 23 is output at least once before, preferably at least from the signal processing circuit 27. The variation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated in a pulse form before and once is stored, and the second laser light source is based on the variation of the voltage value. By outputting a signal to 12, the irradiation time and irradiation timing of the second laser light to be irradiated are controlled.

すなわち、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が増加傾向にある場合には、たとえば第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。また、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が減少傾向にある場合には、たとえば第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。   That is, when the fluctuation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser light tends to increase, for example, the irradiation start time of the second laser light is delayed or the irradiation time of the second laser light A signal is output from the control means 23 to the second laser light source 12 so as to shorten. In addition, when the fluctuation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser light tends to decrease, for example, the irradiation start time of the second laser light is earlier or the irradiation time of the second laser light A signal is output from the control means 23 to the second laser light source 12 so that the length becomes longer.

なお、上記において、制御手段２３は、ステージ１９の位置の制御、レーザ光の照射目標位置の記憶、製造装置１０内部の温度制御または製造装置１０内部の雰囲気制御などを行なうことができるように構成されていることが好ましい。   In the above, the control means 23 is configured to be able to control the position of the stage 19, store the laser beam irradiation target position, control the temperature inside the manufacturing apparatus 10, or control the atmosphere inside the manufacturing apparatus 10. It is preferable that

また、上記においては、基準レーザ光として第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を用いることもでき、検知器２２としてこの第三のレーザ光の波長に対して検知可能な光センサを用いてもよい。   Further, in the above, a third laser beam other than the first laser beam and the second laser beam can be used as the reference laser beam, and the detector 22 detects the wavelength of the third laser beam. Possible optical sensors may be used.

（実施例１）
厚さ０．７ｍｍのガラス基板上にＣＶＤ法により酸化シリコンよりなる厚さ３００ｎｍのバッファ層を形成し、このバッファ層上にＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍのシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜を形成することによって、前駆体半導体薄膜基板を形成した。 Example 1
A 300 nm thick buffer layer made of silicon oxide is formed on a 0.7 mm thick glass substrate by a CVD method, and a precursor semiconductor thin film made of a 50 nm thick silicon thin film is formed on the buffer layer by a CVD method. Thus, a precursor semiconductor thin film substrate was formed.

この前駆体半導体薄膜を用いて図５に示した構成の製造装置により半導体薄膜を製造した。まず、前駆体半導体薄膜の表面上方にスリット（開口部）幅が５０μｍであるマスクを固定し、前駆体半導体薄膜の表面上におけるおけるサイズが５．５ｍｍ×５．５ｍｍの正方形状となるように整形された基準レーザ光を兼ねた第二のレーザ光を図２に示す波形で前駆体半導体薄膜基板５の表面に斜め方向から照射した後に、前駆体半導体薄膜の表面上におけるサイズが４０μｍ×５００μｍの長方形状となるように整形された第一のレーザ光を図２に示す波形で前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直方向に照射した。これにより、前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域を一旦溶融した後に再結晶化して前駆体半導体薄膜の表面と平行に結晶粒を成長させた。そして、再結晶化後は前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域が前回の照射領域と接触するようにしてステージ１９を水平方向に所定の距離だけ移動させて再度第二のレーザ光および第一のレーザ光を順次照射した。これを複数回繰り返すことによって半導体薄膜を製造した。   Using this precursor semiconductor thin film, a semiconductor thin film was manufactured by a manufacturing apparatus having the configuration shown in FIG. First, a mask having a slit (opening) width of 50 μm is fixed above the surface of the precursor semiconductor thin film so that the size on the surface of the precursor semiconductor thin film is a square of 5.5 mm × 5.5 mm. After irradiating the surface of the precursor semiconductor thin film substrate 5 with the waveform shown in FIG. 2 from an oblique direction with the second laser light also serving as the shaped reference laser light, the size on the surface of the precursor semiconductor thin film is 40 μm × 500 μm. The first laser beam shaped so as to have a rectangular shape was irradiated in the direction shown in FIG. 2 in the direction perpendicular to the surface of the precursor semiconductor thin film. Thereby, the irradiation region of the first laser beam in the precursor semiconductor thin film was once melted and then recrystallized to grow crystal grains parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film. Then, after the recrystallization, the stage 19 is moved by a predetermined distance in the horizontal direction so that the irradiation area of the first laser beam in the precursor semiconductor thin film is in contact with the previous irradiation area, and the second laser beam is again emitted. And the 1st laser beam was irradiated sequentially. The semiconductor thin film was manufactured by repeating this several times.

ここで、実施例１においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射ごとに結晶粒の長さを光学顕微鏡を用いた観察によって測定した。その結果を表１に示す。   Here, in Example 1, the length of the crystal grain was measured by observation using an optical microscope for each irradiation of the first laser beam and the second laser beam. The results are shown in Table 1.

なお、実施例１において、第一のレーザ光としてはパルス状に照射される波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用い、第二のレーザ光としてはパルス状に照射される波長１０．６μｍのＣＯ2レーザ光を用いた。また、第一のレーザ光のエネルギフルエンスは３０００Ｊ／ｍ2であった。さらに、第二のレーザ光のエネルギフルエンスは８１００Ｊ／ｍ2であって、第二のレーザ光の照射時間は１３０マイクロ秒であった。 In Example 1, an excimer laser beam having a wavelength of 308 nm irradiated in a pulsed manner is used as the first laser beam, and a CO 2 laser having a wavelength of 10.6 μm irradiated in a pulsed manner as the second laser beam. Light was used. The energy fluence of the first laser beam was 3000 J / m 2 . Furthermore, the energy fluence of the second laser beam was 8100 J / m 2 , and the irradiation time of the second laser beam was 130 microseconds.

また、検知器２２としては、光センサ（製品名：PD-10.6 Series Photovoltaic CO2Laser Detectors（Vigo System社製）、感光部：ＨｄＣｄＺｎＴｅ、立ち上がり時間：約１ナノ秒以下）を用いた。この光センサからなる検知器２２から信号処理回路２７に信号が出力され、この信号が信号処理回路２７によって第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す電圧値を示す信号に変換処理されて制御手段２３に出力されて制御手段２３において記憶された。 As the detector 22, an optical sensor (product name: PD-10.6 Series Photovoltaic CO 2 Laser Detectors (manufactured by Vigo System), photosensitive part: HdCdZnTe, rise time: about 1 nanosecond or less) was used. A signal is output from the detector 22 comprising this optical sensor to the signal processing circuit 27, and this signal is converted into a signal indicating a voltage value indicating the energy density of the reflected light of the second laser light by the signal processing circuit 27. It was output to the control means 23 and stored in the control means 23.

そして、制御手段２３に記憶された１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動に基づいて、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化（図２に示す波形）が予め設定されている基準に近づくように、制御手段２３から第二のレーザ光源１２に第二のレーザ光のエネルギ密度を制御する信号が出力された。   Then, based on the fluctuation of the voltage value indicating the energy density change of the reflected light of the second laser beam irradiated before and once before stored in the control means 23, the second laser beam with respect to the elapsed time A signal for controlling the energy density of the second laser beam is output from the control means 23 to the second laser light source 12 so that the change in energy density (the waveform shown in FIG. 2) approaches the preset reference. .

詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜の表面上に基準レーザ光を兼ねた第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2（初回照射時および２回目照射時のエネルギ密度）で１３０マイクロ秒間照射し、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射した。ここで、３回目の照射以降の第二のレーザ光のエネルギ密度はその照射の１回前と２回前の反射光のエネルギ密度変化に基づいて制御された。 Specifically, in the waveform shown in FIG. 2, an energy density of 62.3 MW / m 2 (energy density at the first irradiation time and second irradiation time) is applied to the surface of the precursor semiconductor thin film with the second laser light also serving as the reference laser light. ) For 130 microseconds, and the first laser beam was irradiated 120 microseconds after the start of the second laser beam irradiation. Here, the energy density of the second laser light after the third irradiation was controlled based on the energy density change of the reflected light one and two times before the irradiation.

なお、実施例１においては、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射タイミングおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定されて、第二のレーザ光のエネルギ密度が制御された。したがって、実施例１は、上述した（１）第一の方法に実質的に相当するものである。   In Example 1, the energy fluence of the first laser beam, the irradiation time (pulse width) of the first laser beam, the irradiation time (pulse width) of the second laser beam, and the irradiation of the second laser beam. The energy density of the second laser beam was controlled by fixing the delay time, which is the difference between the timing and the irradiation start time of the first laser beam relative to the irradiation start time of the second laser beam. Therefore, Example 1 substantially corresponds to the first method (1) described above.

（実施例２）
第二のレーザ光のエネルギフルエンスが予め設定されている基準に近づくように第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングを制御したこと以外は実施例１と同様の条件で半導体薄膜を製造した。そして、実施例１と同様にして、この半導体薄膜における第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりの結晶粒の長さを測定した。その結果を表１に示す。 (Example 2)
A semiconductor thin film was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the irradiation time and irradiation timing of the second laser beam were controlled so that the energy fluence of the second laser beam approached a preset reference. Then, in the same manner as in Example 1, the lengths of crystal grains per one irradiation of the first laser beam and the second laser beam in this semiconductor thin film were measured. The results are shown in Table 1.

詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜の表面上に基準レーザ光としての第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2（初回照射時および２回目照射時のエネルギ密度）で１３０マイクロ秒間照射し、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射した。ここで、３回目の照射以降の第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングはその照射の１回前と２回前の反射光のエネルギ密度変化に基づいて制御された。 Specifically, the energy density of the second laser beam as the reference laser beam is 62.3 MW / m 2 (energy density at the first irradiation and the second irradiation) on the surface of the precursor semiconductor thin film with the waveform shown in FIG. For 130 microseconds, and the first laser beam was irradiated 120 microseconds after the start of the second laser beam irradiation. Here, the irradiation time and irradiation timing of the second laser light after the third irradiation were controlled based on the energy density change of the reflected light one and two times before the irradiation.

なお、実施例２においては、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光のエネルギフルエンスおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定されて、第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御された。したがって、実施例２は、上述した（２）第二の方法に実質的に相当するものである。   In Example 2, the energy fluence of the first laser beam, the irradiation time (pulse width) of the first laser beam, the energy fluence of the second laser beam, and the irradiation start time of the second laser beam. The delay time, which is the difference in irradiation start time of one laser beam, was fixed, and the irradiation time and irradiation timing of the second laser beam were controlled. Therefore, Example 2 substantially corresponds to the above-described (2) second method.

（比較例１）
第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングのすべてが全く制御されずに第二のレーザ光が照射されたこと以外は実施例１と同様の条件で半導体薄膜を製造した。 (Comparative Example 1)
A semiconductor thin film was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the second laser beam was irradiated without any control of the energy density, irradiation time, and irradiation timing of the second laser beam.

詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜基板の表面上に第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2で１３０マイクロ秒間照射した後に、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射し、第一のレーザ光の照射完了後に第二のレーザ光の照射を完了した。その後、前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域が前回の照射領域と接触するようにして図５に示すステージ１９を水平方向に所定の距離だけ移動し、第一のレーザ光および第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングを全く制御することなく、第一のレーザ光および第二のレーザ光を照射した。これを複数回繰り返して半導体薄膜を製造した。 Specifically, in the waveform shown in FIG. 2, after irradiation of the second laser beam on the surface of the precursor semiconductor thin film substrate at an energy density of 62.3 MW / m 2 for 130 microseconds, at the start of irradiation of the second laser beam. 120 microseconds later, the first laser beam was irradiated, and after the first laser beam irradiation was completed, the second laser beam irradiation was completed. Thereafter, the stage 19 shown in FIG. 5 is moved in the horizontal direction by a predetermined distance so that the irradiation region of the first laser beam in the precursor semiconductor thin film is in contact with the previous irradiation region, and the first laser beam and the first laser beam The first laser beam and the second laser beam were irradiated without controlling the energy density, irradiation time, and irradiation timing of the second laser beam. This was repeated a plurality of times to produce a semiconductor thin film.

ここで、比較例１においても、実施例１と同様にして、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりの結晶粒の長さを測定した。その結果を表１に示す。   Here, also in Comparative Example 1, the lengths of crystal grains per one irradiation of the first laser beam and the second laser beam were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2006196534
Figure 2006196534

表１に示すように、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度が制御された実施例１および第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御された実施例２においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりに成長する結晶粒の長さが１７〜１８μｍとなって、第一のレーザ光および第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングのすべてが全く制御されていない比較例１の場合（１２〜１８μｍ）と比べて、結晶粒の長さのばらつきがなく、より長い結晶粒が得られる傾向があった。   As shown in Table 1, the irradiation time and irradiation timing of Example 1 and the second laser light in which the energy density of the second laser light was controlled based on the energy density change of the reflected light of the second laser light. In Example 2 in which the first and second laser beams are controlled, the length of crystal grains grown per one irradiation of the first laser beam and the second laser beam is 17 to 18 μm. Compared with the case of Comparative Example 1 (12 to 18 μm) in which the energy density, irradiation time, and irradiation timing of the second laser beam are not controlled at all, there is no variation in crystal grain length, and longer crystal grains There was a tendency to be obtained.

なお、上記の実施例においては、結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して平行方向に成長させたが、本発明は結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直方向に成長する場合にも応用可能である。   In the above embodiment, the crystal grains are grown in the direction parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film. However, in the present invention, the crystal grains are grown in the direction perpendicular to the surface of the precursor semiconductor thin film. It can also be applied to.

今回開示された実施の形態および実施例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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、たとえば多結晶シリコン半導体薄膜からなるゲート絶縁膜の形成に好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for forming a gate insulating film made of, for example, a polycrystalline silicon semiconductor thin film.

本発明において、少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図である。In this invention, it is typical sectional drawing of a preferable example of the precursor semiconductor thin film substrate with which at least 2 types of laser beams are irradiated. 本発明において、前駆体半導体薄膜に照射される第一のレーザ光および第二のレーザ光の波形（経過時間に対するエネルギ密度変化）の一例を示した図である。In this invention, it is the figure which showed an example of the waveform (energy density change with respect to elapsed time) of the 1st laser beam and 2nd laser beam irradiated to a precursor semiconductor thin film. 図２に示す波形で第一のレーザ光および第二のレーザ光をシリコン薄膜に１回ずつ照射したときの第一のレーザ光のエネルギフルエンスと結晶粒の長さとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the energy fluence of a 1st laser beam, and the length of a crystal grain when a 1st laser beam and a 2nd laser beam are irradiated to a silicon thin film once each with the waveform shown in FIG. . 一定領域に照射された第二のレーザ光の１回の照射におけるエネルギ密度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the energy density in one irradiation of the 2nd laser beam irradiated to the fixed area | region. 本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically the structure of a preferable example of the manufacturing apparatus of the semiconductor thin film of this invention. スーパーラテラル成長法において形成される針状の結晶粒の一例の模式的な平面図である。It is a typical top view of an example of the acicular crystal grain formed in the super lateral growth method.

符号の説明Explanation of symbols

１ 第一のレーザ光の波形、２ 第二のレーザ光の波形、５ 前駆体半導体薄膜基板、６ 前駆体半導体薄膜、７ 絶縁性基板、８ バッファ層、１０ 製造装置、１１ 第一のレーザ光源、１２ 第二のレーザ光源、１３，１４ アッテネータ、１５，１６ 均一照射光学系、１７，１８ マスク、１９ ステージ、２０，２４ 結像レンズ、２１ ミラー、２２ 検知器、２３ 制御手段、２７ 信号処理回路、３１ 結晶粒、３２ 微細な結晶粒。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waveform of 1st laser beam, 2 Waveform of 2nd laser beam, 5 Precursor semiconductor thin film substrate, 6 Precursor semiconductor thin film, 7 Insulating substrate, 8 Buffer layer, 10 Manufacturing apparatus, 11 1st laser light source , 12 Second laser light source, 13, 14 attenuator, 15, 16 Uniform illumination optical system, 17, 18 mask, 19 stages, 20, 24 Imaging lens, 21 Mirror, 22 Detector, 23 Control means, 27 Signal processing Circuit, 31 crystal grains, 32 fine crystal grains.

Claims (17)

少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前記前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、前記少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する工程を含むことを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor thin film by irradiating at least two types of laser light and melting a solid state precursor semiconductor thin film contained in a precursor semiconductor thin film substrate and then recrystallizing the precursor semiconductor thin film, Based on the energy density change of the reflected light of the reference laser light irradiated onto the substrate, at least one of the group consisting of energy density, irradiation timing and irradiation time of at least one of the at least two types of laser light. The manufacturing method of a semiconductor thin film characterized by including the process of controlling one. 前記少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前記前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。   The at least two kinds of laser beams are a first laser beam capable of melting the precursor semiconductor thin film in a solid state and a second laser beam capable of delaying recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, further comprising: a laser beam. 前記第二のレーザ光を前記基準レーザ光とすることを特徴とする、請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the second laser beam is the reference laser beam. 前記第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することを特徴とする、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。   The second laser light is irradiated in pulses, and the energy density of the second laser light is controlled based at least on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 3, wherein the method is characterized in that: １回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することを特徴とする、請求項４に記載の半導体薄膜の製造方法。   The second laser light based at least on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 4, wherein the energy density of the semiconductor thin film is controlled. 前記第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。   The second laser light is irradiated in a pulse shape, and at least the irradiation timing and the irradiation time of the second laser light based on at least the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before. One side is controlled, The manufacturing method of the semiconductor thin film of Claim 3 characterized by the above-mentioned. １回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項６に記載の半導体薄膜の製造方法。   The second laser light based at least on the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated one time before and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 6, wherein at least one of the irradiation timing and the irradiation time is controlled. 前記第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、前記第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有することを特徴とする、請求項２から７のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   8. The semiconductor thin film according to claim 2, wherein the first laser light has a wavelength in the ultraviolet region, and the second laser light has a wavelength in the visible region or the infrared region. Manufacturing method. 前記第二のレーザ光が９μｍ以上１１μｍ以下の範囲内の波長を有することを特徴とする、請求項２から８のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   9. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the second laser beam has a wavelength in a range of 9 μm to 11 μm. 前記再結晶化の際に成長する結晶粒は、前記前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   10. The semiconductor thin film production according to claim 1, wherein the crystal grains that grow during the recrystallization grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film. Method. 少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知手段と、前記基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて前記少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御可能な制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置。   Two or more laser light sources capable of irradiating at least two types of laser light, detection means capable of detecting the energy density of reflected light of the reference laser light irradiated on the precursor semiconductor thin film substrate, and reflection of the reference laser light Control means capable of controlling at least one of the group consisting of energy density, irradiation timing and irradiation time of at least one of the at least two types of laser light based on a change in energy density of the light; Including a semiconductor thin film manufacturing apparatus. 前記二つ以上のレーザ光源が、前記前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、前記基準レーザ光が前記第二のレーザ光であって、前記検知手段は前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体薄膜の製造装置。   The two or more laser light sources include a first laser light source for irradiating a first laser beam capable of melting a solid state precursor semiconductor thin film included in the precursor semiconductor thin film substrate, and the molten precursor. A second laser light source that irradiates a second laser light capable of delaying recrystallization of the body semiconductor thin film, wherein the reference laser light is the second laser light, and the detection means 12. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 11, wherein an energy density of reflected light of the second laser light can be detected. 前記検知手段が、光センサと、前記光センサからの信号を処理することができる信号処理回路とを含み、前記光センサは前記前駆体半導体薄膜基板に対する前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができ、前記信号処理回路は前記光センサからの前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力することができることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体薄膜の製造装置。   The detection means includes an optical sensor and a signal processing circuit capable of processing a signal from the optical sensor, and the optical sensor reflects energy of reflected light of the second laser light with respect to the precursor semiconductor thin film substrate. A density can be detected, and the signal processing circuit can process a signal indicating an energy density of reflected light of the second laser light from the optical sensor and output the signal to the control means. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 12. 前記制御手段は、前記信号処理回路から出力された信号に基づいて前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を第二のレーザ光の照射ごとに記憶することができ、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる、請求項１３に記載の半導体薄膜の製造装置。   The control means can store the energy density change of the reflected light of the second laser light for each irradiation of the second laser light based on the signal output from the signal processing circuit, and can be stored once before. The energy density of the second laser light based at least on the energy density change of the reflected light of the irradiated second laser light and the energy density change of the reflected light of the second laser light irradiated twice before The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 13, wherein at least one of the group consisting of irradiation timing and irradiation time can be controlled. 前記検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することを特徴とする、請求項１１から１４のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。   15. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 11, wherein the detecting means has a response speed of 100 microseconds or less. 前記第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、前記第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。   The first laser light source emits a first laser light having a wavelength in the ultraviolet region, and the second laser light source emits a second laser light having a wavelength in the visible region or infrared region. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to any one of claims 12 to 15. 前記第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は９μｍ以上１１μｍ以下の波長を有することを特徴とする、請求項１２から１６のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。   17. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 12, wherein the second laser light emitted from the second laser light source has a wavelength of 9 μm to 11 μm.
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