WO2001061734A1 - Film polycristallin, substrat assorti d'un film polycristallin, procede et appareil de production dudit film, procede et appareil d'inspection dudit film, transistor a couche mince, reseau de transistors a couche mince et afficheur d'image utilisant ledit reseau - Google Patents

Description

明 細 書

非単 結 晶 膜 、 非単結晶膜付 き基板、 そ の 製造方 法 及びそ の 製造装置 並び に

そ の検 査 方法 及びそ の検査装置

並び に

そ れ を 用 い た ^膜 ト ラ ン ジ ス タ 、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ ア レ イ 及 び 画像表 示装置 技 術 分 野

本 発 叨 は 、 非 単結 _u¾胶 、 非単結 品膜付 き 基板 ， そ の製造方法及び その 製造 装 S 、 並びに そ の検査方 法及びそ の検査装 置、 並びに 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 、 ^股 ト ラ ン ジ ス タ ア レイ ， 及び両像表示装置 に 関す る も の で あ る 。 背 ¾ 技 術

最近 . 画素 ス イ ッ チ ン グ素子 と し て薄膜 ト ラ ン ジ ス タ （ T F T , T h i II - F i 1 ui - T r a II s i s t 0 r ) を 用 い た 、 液晶 表 示装 -置 、 有機 E L 表 示装 置な ど の 画像表 示装 置の研 究開 発 が盛ん に 進 め ら れて い る 。 そ の な かで 、 チ ャ ネ ル颉域 に 多 結晶 シ リ コ ン （ポ リ シ リ コ ン ） を用 い た T F T は非晶 質 シ リ コ ン （ ア モル フ ァ ス シ リ コ ン） を 用 い た 丁 F T に 比べキ ヤ リ ア 移動度がか な り 高 い こ と に 着 目 し て 、 ポ リ シ リ コ ン T F T と 駆動用 回路 と を 同 一 基板上 に形成 し た表示装置 （駆動 回路内 蔵型表示装 置） が提案 さ れ 、 研究開発 さ れて い る 。

T F T は、 石英基板 や ガ ラ ス 基板等 基板上 に 、 チ ャ ネ ル領域、 ド レ イ ン領域、 ソ ー ス 領域等に 区分け さ れた 半導体膜 と 、 こ の半導 体膜 と 絶緣 さ れた ゲー ト 電極 と 、 前記 ド レ イ ン 領域 あ る い は ソ ース 領域 と 電気的 に 接続 さ れ た ド レ イ ン電極及 び ソ ー ス 電極 と を有する も ので あ る 。

T F T の 半導体膜の 製造 方法 と し て は 、 ア モル フ ァ ス シ リ コ ン膜 等 の 非 晶 贯膜 に対 し て レ ー ザ を 照 射 し 、 溶融 、 結晶化 し て ポ リ シ リ コ ン膜等 の 非単結晶膜 に す る レ ー ザァ ニ ー ル法がよ く 用 い ら れ る 。 レ ー ザ ァ ニ一 ル法 は、 レ ー ザ と し て 、 ア ル ゴ ン レ ーザ、 K r F 、 X e C 1 ガ ス 等 を用 い る エ キ シ マ レ 一ザ等 が · 般 に 用 い ら れ、例 え ば、 エ キ シ マ レ 一ザ を 用 い る 場 合 に は 、 光源か ら 出射 し た 数 c m角 の ビ ー ム を ホ モ ジナ イ ザ と 呼 ばれ る 光学 系 を 介 し て矩形 あ る い は ラ イ ン 状 の 均 一な 光強度 を 待 つ ビ ー ム ：こ 形 し た 後 、 非品 質膜 に 照射 し て 結 晶化す る 。 特 に 、 囫 像 表 示 装 置 で は 、 画面内 の均一性が重視 さ れ る た め 、 比較的大 き な ビ ー ム を 用 い て 広 い 卤積 に わた る 均 一な 結晶 化 を 行 う 方法が適 し て い る ので 、 ラ イ ン状 の ビー ム を 走査 し なが ら 照射する 方法が一般的で あ る 。

さ て 、 こ の よ う な レ一 ザァ ニ ー ル法 に よ る 結晶化 に お い て は、 結 品性 の 均一性の向 上が最 大 の諜题 と な っ て い る 。 結 晶 性 にバ ラ ツキ が あ る と 、 それが画 素領域で あ れ ば表示画面の ム ラ と な っ て現れ、 ま た駆動回路領域で あ れ ば回路特性 に不均一性 を 生 じ て し ま い 、 場 合 に よ っ て は 冋路が 勛 で き な い こ と も 起 こ り う る 。 こ う し たノ ラ ツ キ に 起因す る 不 良 は ， 製造 プ ロ セ ス 完 了 後 に は じ め て 判明 す る た め 、 その ロ ス は極 め て大 き い も の と な っ て い る 。

上記課題 を解決す る た め の 手法 と し て 、 ①照射 面の 一部 に 反射膜 や吸収膜を 被 せ薄膜 面の光吸収性 を 制御する こ と に よ っ て 強度分布 を つ く り 、結晶の成長方 向 を誘導す る 法、②基板 を加熱（ 4 0 0 "C ) し た状態で レーザ照射 を 行 う こ と に よ り 、 結晶化 を 円 滑 に進行 さ せ る 方法 （ Extended Abs t rac ts of t he 199】 In te rnat ional Conf erence on Sol id State Dev ices nd Mater i a l s, Yokohama, 1991. p. p. 623-6 Z5 ) , ③図 1 7 に 示す よ う に 、 エ キ シ マ レ 一 ザ光 3 0 0 に よ つ て 処理 さ れた非 単結 晶膜 3 0 1 に検査光 3 0 2 を 照射 し 、 その透 過光 3 0 3 と 反 射光 3 0 4 を それぞれ透過光検 出器 3 0 5 と 反射光 検出器 3 0 6 に よ っ て検 出 し 、 結 晶化 の進行度合 い を検知 し ょ う と す る 方法 （特 開平 1 0 — 1 4 4 6 2 1 号公報等 ）、 ④ラ マ ン分光法， 原子問 力 顕微鏡観察 、 断 面 S E M 親察 、 X 線 回 折法等 を 利用 する 方 法等が提案 さ れて い る 。

し か し な が ら 、 上記 し た 方法 に は下 記 の よ う な 問题点 が あ り 、 多 次元的な 集 と 一 層 の コ ス ト ダ ウ ン を 図 ろ う と す る 最近 の技術動向 に 充分 に 対応 し た も の と は い え な い 。

上記① の 方 法は 、 反射股等 を施す工程 が別途必要 と な る の で 、 そ れだけ製造 工程が煩雑 に な り 、 コ ス ト 上 昇 を 招来する 。

上記②の 方法 も 、 同様 に ， 加熱 工程 を 要す る ので生産性 の低下を 招 く 。 ま た 、 歩留 ま り が悪い と い う 問題が あ る 。

上記③の 方 法で は 、 a — S 〖 か ら p — S i へ の 大 き な 変化 は検出 で き る が、 一 0 結 晶 化 さ れ た後の p — s i の状 態が微妙 に 変化 し て い く 過程 で は、 上記 反 射光及び透過光 の 変化 は 小 さ い た め 、 検出感 度が充分で な い。

上記④の 方法は 、 い ずれ も 結晶化 プ ロ セ ス 進行 中 に適 用 す る の は 困難で あ る 。 し か も 、 い ずれ も 極め て 局所的 な 測定ポイ ン ト のみ の 評価 と な る た め、 基板 全体で の結晶性 を 短時 間 で把握す る の は難 し レ 発 明 の 開 示

本発明 は、 上記 の よ う な課題 に 鑑みて な さ れた も ので あ り 、 照射 領域の結晶性 を リ ア ル タ イ ム で高感度 に モニ タ し な が ら レ ーザ照射 条 件 を 最適化 し て非単 結 晶膜 を 製造す る 方法 、 そ の 製造装置及びそ れ に よ り 得 ら れた非単結 晶 膜 を 提 供す る こ と を 目 的 と する 。

ま た 、 高感度な非 単結 晶膜 の検査方法及びそ の検査装置 を 提供す る こ と を 目 的 と す る 。

さ ら に 、 狭 い 照射 ェ ネ ル ギ 領域 内で レ ー ザ を 制御 し な く て も 、 基 板 を 冷却す る こ と で容易 に 移動度や V t 特性等 の特性バ ラ ツ キがな い非 単結晶胶 を 製造す る 方 法、 そ の製造装置及びそれ に よ り 得 ら れ た 非 琳結晶股 、 非単結晶 膜付 き 基板 を 提供する こ と を 目 的 と す る ，

さ ら に 、 前記非単結晶膜 を 半導体膜 と し て用 い た 薄膜 ト ラ ン ジス 夕 と 、 そ の 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ が基板上 に 形成 さ れて な る 薄膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ と ， それ を 用 い てな る 画像表示装置 を 提供する こ と を 目 的 と す る 。

請 求項 〗 に 記戰の非 単結 晶膜 の 製造方 法は、 非 晶 質膜 ま た は微結 晶膜 に レ ーザ ビー ム を 照 射 し て非 単結晶膜 を 製造す る 方法 に お いて、 . 前記 レ ーザ ビー ム の 照射 領域 に検査光 を 照射 し 、 前記非単結 晶膜か ら 発 生す る 回折光 の測定 値が所定 の値に な る よ う 前記 レ ーザ ビーム の照射条件 を 最適化す る こ と で結 晶化 も し く は再結 晶化す る こ と を 特徴 と する 。

請求項 2 に記載の非単 結晶膜の 製造方法は、 請求項 1 に記載 の非 単結晶膜の 製造方法で あ っ て 、 前記回折光の測定値が 、 回折光の光 強度で あ る こ と を 特徴 と す る 。

請求項 3 に 記載の非単結 晶膜の 製造方法は、 請求項 1 に記載の非 単結晶膜の 製造方法で あ っ て 、 前記 レーザ ビー ム の 照射条件が、 ェ ネ ルギ 、 照 射回 数 、 周 波 数 、 照 射間隔 、 走査速度及 び ビー ム 強度分 布 か ら 選択 さ れ る 少な く と も 1 つ の 条件 で あ る こ と を 特徵 と する。

請求項 4 に記載 の非単結 晶膜 の 製造方 法 は 、 非晶質膜 ま た は微結 晶膜 に レ ー ザ ビー ム を 走査 し な が ら 照射 し て 非 単結晶膜 を製造する 方法 に お い て 、 前記 レ ー ザ ビ ー ム の照射 領域 に 検査光 を 照射 し 、 前 記非単結 晶膜か ら 発生す る 回折光 の測定 値 を 記録 し 、 そ の値が所定 の値か ら 外れ た領域に 再度 レ ー ザ ビー ム を 照射 す る こ と で結晶化 も し く は再結 晶 化す る こ と を 特徴 と す る 。 ' 請求項 5 に 3己弒 の非 単結 品薄膜 の製造装 置 は 、 レ ーザ と レ ーザ ビ -- ム を 所定 の 形状 に 整形す る 光学 系 と 検 査光光源 と 回折光検出器 と を備 え 、 前記光学 系 で整形 さ れた レ ーザ ビ ー ム に よ り 製造 さ れた非 単結晶膜 に 前記光源か ら の検査光 を 照 M し 、 前 記非単結 晶膜か ら 発 生す る Isl折 光 を 前記 In!折 光検 出器 で検出 し 、 そ の測定値が所定の値 にな る よ う 前記 レ ーザ ビ ー ム の 照射条件 を 最適化す る こ と で結晶化 も し く は再結品化す る よ う 構成 さ れた こ と を 特徴 と す る 。

請求項 6 に 記鉞 の非単結晶膜 の 製造装置 は、 請求項 5 に記載の非 単結晶膜 の 製造 ¾ 置 に お い て 、 前記回折光 の 測 定値が 、 回折光 の光 強度で あ る こ と を 特徴 と す る 。

請求項 7 に 記載 の 非単結晶膜 の 製造装 置は 、 請求 ¾ 5 に 記載 の非 単結晶膜 の 製造装 置 にお い て 、 前記 レー ザ ビー ム の照射条 件が， ェ ネルギ 、 照射 回 数、 周波 数 、 照射間隔、 走査速度及 び ビ ー ム 強度分 布 か ら 選択 さ れ る 少な く と も 1 つ の 条件 で あ る こ と を 特徴 と す る ， 請求項 8 に 記載の 非単結 晶膜 の検査方法 は 、 非単結 晶膜 に検査光 を照射 し 、 前 記非単結晶 膜 か ら 発 生す る 回折光 を検出す る こ と を特 徴 と する 。

請求項 9 に 記載の 非単結晶膜 の検査方 法 は、 請求項 8 に記載の非 単結 晶膜 の 検査方 法で あ っ て 、 前記回 折光 を 波長分光す る こ と を特 徴 と す る 。

請求項 1 0 に 記載 の非 単結 晶膜 の検査方法 は 、 請 求 項 8 に記載の 非単結 晶膜 の検査方 法で あ っ て ， 前記回折光 の 角度 分布 ま た は位置 分 布 を 測定す る こ と を特徴 と す る 。

請 求項 1 1 に 記載の非 単結晶膜の検査 装置 は 、 検査光光源 と 回折 光検 出 器 と を 備 え . 非単結 晶膜 に 前記光源か ら の検査光 を 照射 し 、 記非 ΐϋ 結 a胶か ら 発 生 す る 回折 光 の 強度 を検出す る よ う 構成 し た こ と を 特徴 と す る 。

n 求 ¾ 1 2 に π脏の非単結晶膜 の検査装 は 、 請求項 1 1 に 記載 の 非 Hi結 晶膜の検査装 1§ で あ っ て 、 前記 回折光 を 波長分光す る 手段 を 備 え た こ と を 特徴 と す る 。

^求項 1 3 に ΪΪΒ の非 ^結晶膜の検査 装置 は、 請求項 1 1 に 記載 の非 単結晶膜 の検 ^装 で あ っ て 、 前記回折光検出器が、 回折光の 角 度分布 ま た は位蹬分 布 を 測定す る 機器で あ る こ と を 特徴 と す る ， S5 求 ¾ 1 4 に 記虢の非単結晶膜 の 製造方法 は 、 少な く と も 、 基板 卜. に非 晶 質 股 ま た は微結 晶膜 を 成膜する 成膜工程 と 、 前記非 晶質膜 ま た は微結 晶膜 に 対 し て レ ーザ を 照射 し て 、 非 晶質膜 ま た は微結晶 膜 を 溶融結 品化 さ せ て非 結晶膜 を 形 成す る 結 晶化 工裎 と を 有す る 非単結晶股 の 製造 方 法で あ っ て 、 前記結 晶化工程 を 、 基 板 を 冷却 し た状態で行 う こ と を 特徴 と す る 。

請求項 1 5 に記戦 の非 単結 晶膜 の 製造装 置は、 請求 ¾ 1 4 に 記載 の非 単結 晶膜 の製造方法で あ っ て 、 前記結晶化 工程 に お い て 、 前記 基板 の溫度が 、 1 0 で 以 下 に維持 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 。

諮求項 1 6 に 記載 の非単結晶膜 の製造方法 は、 基板上 に形成 さ れ た非晶質膜 ま た は微結晶膜 に対 し レーザ光 を 照射 し 、 非単結晶膜を 形成す る 非 単結晶膜の 製造装茼で あ っ て 、 前記基板 を 冷却す る 手段 を 具備 し た こ と を特徴 と す る 。

請求項 1 7 に 記載の非 単結 晶膜の製造 装 置 は 、 請求項 1 6 に記載 の非単結 品膜 の製造装置 で あ っ て 、 前 記 基 板 の 温度 を 測定す る 基板 温度測定 手 段 と ， 前記基 板 を 加熱す る 手 段 と ， 前記基板温度測定手 段 に よ る 測 定値 に 基づ い て 前記基板 を 冷 却 す る 手段 と 前記基板 を加 熱す る 手段 と を コ ン ト ロ ー ルす る 制御 手 段 と を 具備 し た こ と を 特徴 と す る 。

請求 ^ 1 8 に 記政の非 単結晶膜 は、 基 板 上 に 形成 さ れた非単結 晶 膜で あ っ て 、 光 を 照射 し て 得 ら れ る 回折光 の 主 ピ ー ク の 波長 を λ n m 、 前記 主 ピー ク の波長 の 波長 半値幅 を Δ λ η ιη と し た 場 合 、 下記 の式 （ 1 ) を 満た す こ と を 特徴 と す る 。

Δ λ / λ ≤ 0 . 3 - ( 1 )

請求項 1 9 に記載の非 結晶膜 は、 基板 上 に 形成 さ れた非単結晶 膜で あ っ て . 単色光 を 照射 し て得 ら れ る 最 も 強 い 回 折光 の 出射角 を Φ 度 、 前記 回折光 の 角度 半 値幅 を Δ <> と し た 場 合 、 F記 の 式 （ 2 ) を 満 たす こ と を 特徴 と す る 。

s i n ( c/) + A <i) ノ 2 ) s i n ≤ 0 . 1 5 .·. ( 2 ) 請求項 2 0 に 記載の非 単結晶膜 は、 請求項 1 8 に 記載 の非単結晶 膜で あ っ て 、 下記 の 式 （ 3 ) を 満 たす こ と を 特徴 と す る 。

σ λ ≤ 0 . 1 5 -- ( 3 )

〔式中 、 ひ は標準偏 差 を 表す。〕

請求項 2 1 に記載 の非 単結晶膜 は、 請求項 1 9 に記載の 非単結 晶 膜で あ っ て 、 下記 の 式 （ 4 ) を 満 たす こ と を 特徴 と す る 。

σ / ( 8 ΐ η φ ) ≤ 0 . 1 5 -" ( 4 )

〔式中 、 σ は標準偏差 を表す。〕 請求項 2 2 に 記載 の非単結晶膜 は、 基板 上 に 形成 さ れた非単結晶 膜で あ っ て 、 前記 ¾ 膜面 上 に 、 光 を 照 射 し た 場 合 に 発生する 回折光 の ピー ク 波 長 の 異な る ^域が存在 し て い る こ と を 特徴 と す る 。

請求項 2 3 に 記載の非 単結晶 半導体膜 は、 駆動 回路内蔵型液晶表 示装 置用 の 非 ¾結 晶半導体膜で あ っ て 、 画 素 部 に 対応す る 領域 と駆 動 回路部 に 対応す る 領域 に お け る 回折光 の ピー ク 波長が異な っ てい る こ と を 特徴 と す る 。

請 求项 2 4 に 記載 の非 単結晶膜 は 請 求項 2 2 に記載の非単結晶 膜で あ っ て ， （ϊϋ 記 異な る 領域間 の ビ ク 波長が 、 2 0 0 n m 以上異 な っ て レゝ る こ と を 特徴 と す る 。

請求 ¾ 2 5 に 記載の非 単結晶膜 は 基板 上 に 形成 さ れた 、 非単結 晶膜で あ っ て 、 前 ϊ¾膜而 I·· に 、 回折光 の 出射 角 が異 な る 領域が存 在 し て い る こ と を 特徴 と す る 。

請求項 2 6 に 記弒の非単結品半導体膜 は、 駆動 回路内蔵型液晶表 示装置用 の 非 単結晶 半 ¾体胶で あ っ て 、 画素部 に対応す る 領域 と駆 動 回路部 に 対応す る 領域 に お け る 回折光 の 出射 角 が異な っ て い る こ と を特徴 と す る 。

請求項 2 7 に 記載 の非単結晶膜 は、 基板上 に 形成 さ れた非単結晶 膜で あ っ て 、 ラ マ ン分光 法 に よ る ビ ー ク シ フ ト まが、単結 晶 に 比べ、 3 c m — ! 以 下 で あ る こ と を 特徴 と す る 。

請求項 2 8 に 記載 の非単結晶膜付 き 基 板 は、 基板表面 に 下地膜を 介 し て形成 さ れた非晶質膜 ま た は微結 晶膜 に対 し て レ ーザ光 を 照射 し て製造 さ れ た非単結晶膜付 き基板で あ っ て 、 前記下地膜中 の不純 物濃度が、 基板中 の 不純物濃度 の 1 0 万分の 1 以下で あ る こ と を特 徵 と する 。

請求項 2 9 に記載の非単結晶膜 は、 基板上 に 形成 さ れた非 単結晶 膜で あ っ て 、前記薄膜 面上 に 、光 を 照射 し た場 合 に 回折光が発 生 し、 そ の 回折光 を検出す る こ と が可 能な 領域が存在 し て い る こ と を特徴 と す る 。

請求項 3 0 に 記載の非 単結 晶 膜 は， 請求項 2 9 に記載の非単結晶 膜 で あ っ て 、 前記領域が 、 少な く と も 一辺 が 0 . 5 m m以 上 の 長方 形 を 含んで い る こ と を 特徴 と す る 。

請求项 3 1 に 記載の ¾ 脇 ト ラ ン ジス タ は 、 請 求項 1 8 〜 3 0 の い ずれか一項 に 記載 の非 単結晶膜 を 半導体膜 と し て用 い た こ と を 特徴 と す る 薄膜 ト ラ ン ジス タ 。

請 求項 3 2 に 記載の 薄膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ は、 請求項 3 1 に記

3$ の 薄膜 ト ラ ン ジス タ が 基 板上 に 形成 さ れて な る こ と を 特徴 と する 請求項 3 3 に 記載 の 画 像表示 装 置は、 請求项 3 2 に 記載 の 薄膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ を 用 い た こ と を 特徴 と す る 。 図 ίόί の 簡 単 な 説 明

図 1 は、 本究 明 の 突施 の 形態 1 に係 る ボ リ シ リ コ ン 膜 の 製造装置 の 要 部 を 校 式的 に 示す構成図で あ る 。

図 2 は、 回 折光 強 度 の 変 化 を 示 す グ ラ フ 図 で あ る 。

図 3 は、 本允明 の 実施 の 形態 2 に 係 る ポ リ シ リ コ ン 膜 の検査装置 の 要部 を模 式的 に 示 す構成 図で あ る ，

図 4 は、 本究 明 の 実施 の 形態 3 に 係 る 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ の 一例 を 模式的 に示す断面 図 で あ る 。

図 5 は、 本発明 の 実施 の 形態 4 に係る ポ リ シ リ コ ン 膜 の 製造装置 を 模式的に示す構成図で あ る 。

図 6 は、 E L A エ ネ ル ギ と T F T 移動度 と の 関係 を 示す グ ラ フ 図 であ る 。 図 7 は 、 本 発 明 の 実施 の 形態 5 に 係 る ボ リ シ リ コ ン 膜の製造装置 を 模 式的 に 示す構成図 で あ る 。

図 8 は 、 本発 明 の突施 の 形態 6 に 係 る ポ リ シ リ コ ン 膜 の 製造装置 を 模式的 に 示す構成図で あ る 。

図 9 は 、 回折光 の 波長 分 布 と 回折光強 度 と の 関係 を 示す グ ラ フ 図 で あ る 。

151 1 0 は 、 ¾板温度 と 歩 留 ま り と の 関 係 を 示す グ ラ フ 図で あ る 。 図 1 1 は ， ポ リ シ リ コ ン膜の 測定ポ イ ン ト に お け る T F T 移動度 と 0折光 ピ ー ク 波長 と を 示す グ ラ フ 図 で あ り 、 （ a )は従来 の ポ リ シ リ コ ン 膜 で あ り 、 （ b ) は本発明 の ボ リ シ リ コ ン 膜で あ る 。

図 ] 2 は 、 0折 光の 出 射 Λ 分 布 と iHl 折 光光 量 と の 関係 を 示す グ ラ フ 図 で あ る 。

図 1 3 は 、 E L A エ ネ ルギ と ラ マ ン ピ ー ク 位 置 と の 関係 を 示す グ ラ フ 図で あ る 。

図 1 4 は 、 ピー ク シ フ ト 铤 と T F T 移動度 と の 関係 を 示す グ ラ フ 図で あ る 。

図 〗 5 は 、 光 を 照射 し た 場合 に ¾ 生す る 回折光の ピー ク 波 長 ま た は最 も 強 い 0折光 の 出射 角 が異な っ た 領域が存在す る 場合 を 示す平 面図 で あ る 。

図 l fi は 、 ガ ラ ス 基板 と 下地膜 と の 界面か ら の距離 と 不純物濃度 と を示す グ ラ フ 図 で あ る 。

図 1 7 は 、 従来 の検査装 置の 一 例 を 模式的 に示す構成 図で あ る ，

(符号の 説明）

1 ガ ラ ス 基板

2 ア モル フ ァ ス シ リ コ ン膜 3 検査光

4 回折光検 出器

5 レ ーザ光

6 ポ リ シ リ コ ン膜

7 微細凹 凸構造

8 回 折光

9 基板搬送 ス テー ジ

円 筒 レ ン ズ

¾ 明 を 実施す る た め の最 良 の形態

以下 に 、 本発 明 の 実施の 形態 に つ い て 図 面 を 参照 し なが ら 説明す る 。 なお、 非単結晶膜 と し て は、 主 に S i 、 G e の I V 族半導体 を 用 い る こ と を 想定 し て ！^ る カ 、 G a A s 等の I I I 一 V 半導体 、 ζ n S e 等の I I - V I 半導体 を 用 いて も ， 同様 に 有効で あ る こ と を確 認 し たが、 以下 に示す実施 の 形態 に お い て は、 も っ と も 一般 的で あ る シ リ コ ン ( S i ) を 例 に 举 げて 説明 を 行 う 。

〔実施の 形態 1 〕

実施の形態 1 は 、 p — S i 膜表 面の微細 凹 凸形状 に 基 づ く 回折光 を利 用 する 点 に特徴 を 有す る も の で あ る 。

まず、 実施の形態 1 に 代表 さ れ る 発明群が ど の よ う に し て完成 さ れたか につ いて以下 に説明す る ，

本発明者 ら は、 非単結 晶 半導体膜 に特性差が生 じ な い よ う にすベ く 鋭意研究 を重ねて い た過程で、 紫外線光で あ る ェキ シ マ レーザ照 射に よ っ て製造 さ れた ポ リ シ リ コ ン膜 （ p — S i 膜） は、 そ の 表面 に略規則的な 凹凸構造が存在 し 、 こ の 「ί] 凸構造が結 晶化度 と 強 い相 関があ り 、 かつ レ ーザ照射条 件 に よ っ て 々 な様相 を 見せ る と の知 見 を 得 た 。一 方で 、結 晶件 と T F T 特性 と の相 関が確認 さ れて い る 。 そ こ で 、 本発 明者 ら は 、 あ る 結品化条 件で作製 さ れた結晶性 シ リ コ ン膜 に 対 し 検査光 を 射 し てみた と こ ろ 、 緑色か ら 紫色 に 分光 さ れ た 光 が親 察 さ れ、 ^査光 の照射角 度や観察角 度 に よ っ て上記分光 の 現れ 方 が 大 き く 変化す る こ と を 発見 し た 。 ま た 、 こ の観察 に よ つ て 基板 全体 の 状態が短時 間 で 確認で き 、 し か も 結 晶化度合 い の 異な つ て い る 部分 （ た いて い の 場合 、 結晶性 の低 い 部分） が一 目 で確認 で き る こ と 力 わ か っ た。

こ れ ら の こ と か ら 、 分光 し た光 は、 Ρ — S i 膜 の表 面凹凸構造 に よ り 光が 回 折 さ れ て発 生 し て い る こ と を 確認 し た。 さ ら に 、 レ ーザ 光 強度 、 照射 回 数 、 振 周 波 数 、 レ ー ザ走査速度な ど の 結晶化条件 パ ラ メ 一 夕 を 変 え る こ と で 、 回折 光が観察 さ れ る 角 度 、 波長 、 強度 が微妙 に 変化 し て い る こ と も 碓認 し た。

以上 の こ と か ら 、 レーザ ビー ム の照射領域内 に検査光 を 照射 し 、 非単結晶脱力、 ら の 回 折光 を モ ニ タ リ ン グす る こ と に よ り 、 回折光の 測定値 （光強度等） を指標 と し て 結晶化 の進行度合 い を リ ア ル タ イ ム で検 出す る こ と がで き 、 さ ら に その結果 に基づい て レ ーザ照射条 件 に フ ィ ー ド バ ッ ク さ せて 、 照射 条件 を 調節す る こ と で均一な結晶 性 を 実現で き 、 そ の 結果 と し て膜特性 の バ ラ ツ キ が抑 制 で き る こ と を 昆 出 し 、 実施の 形態 1 に 代表 さ れ る 発明群 を 完成 し た 。

図 1 は本 形 態 に 係 る ポ リ シ リ コ ン膜の 製造装置の要部 を 模式的 に 示す構成図 で あ る 。 1 は ガ ラ ス 基板 、 2 は ア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン膜

( a - S 〖 膜）、 3 は検査光発振器 （ 図示せず） か ら 発せ ら れた検査 光、 4 は回折光検出器、 5 はエキ シマ レーザ発振器 （ 図示せず） か ら 発せ ら れ た エキ シ マ レ 一 ザ光、 6 はポ リ シ リ コ ン膜（ p — S i 膜）、

7 は微細 凹 凸構造、 8 は回 折光、 9 は基板搬送ス テー ジで あ る 。 尚 、 エ キ シ マ レ ーザ光 を 幅 3 5 0 i m の ラ イ ン ビ ー ム に 整形す る ため の 光学 系 は、 そ の一部 を 構成す る 円 筒 レ ン ズ 1 0 を 除 い て は図 示 して い な い 。

上 記構成 の 製造装 置 を 用 い て の ポ リ シ リ コ ン 膜の製造方法 は， 次 の よ う に し て行わ れ る 。

ま ず、 a — S i 膜 2 が形 成 さ れ た ガ ラ ス 基板 1 を 準備 し 、 基板搬 送ス テー ジ 9 上 に 載置す る 。 a — S i 膜付 き ガ ラ ス 基板は、例 え ば、 ガ ラ ス 基板 上 に 、 ガ ラ ス か ら の 不純物 を 除 ぐ目 的で 、 T E O S C V D 法等 に よ り 膜厚 3 0 0 n m 程 度 の S i O , 下地膜 （ 図 示 せず） を成膜 し た 後、 プ ラ ズマ C V D 法 に よ り 膜厚 5 0 n m程 度 の a — S i 膜 2 を 成膜すれ ばよ い 。 な お 、 プ ラ ズマ C V D 法 に よ り 作製 さ れ た a — S 〖 膜 中 の 水素 を 除去す る た め 、 通常 、 脱水素 工程 と し て、 4 5 0 で で 1 時問 の熱処 理 を行 う 。

次 い で， 基板搬送ス テー ジ 9 を 水平か つ縦横方向 に 移動 さ せなが ら 、 結晶化 し き い 値以上 の エ キ シ マ レ ー ザ光 5 を a — S i 膜 2 に対 し て 照射す る 。 こ れ に よ り 、 a — S i は溶融結 晶ィヒ し て p — S i と な る 。

続 いて 、 エ キ シ マ レ ー ザ光が照 射 さ れ た 領域 に 対 し て検査光 3 を 照射 し 、 そ の 回折光 8 を 回 折光検 出器 4 で モ ニ タ リ ン グす る 。 こ の 際、 結晶化 さ れなか っ た 領域 に 到達 し た検査光 3 は、 a — S i 膜 2 表面 の平滑性 に起 因 し て 正反 射す る の み で あ り 、 軸外位置 に 配置 さ れて い る 回 折光検 出 器 4 に は全 く 光は到達 し な い 。 ま た 、 結 晶化 し き い値近傍か ら 比較的低 い レ ー ザエ ネルギ領域で 照射 さ れて形 成さ れた P — S 〖 膜 6 は、 そ の表面 の 凹 凸構造 は粗 く ， ま た規則性が低 いた め 、 回折光が殆 ど 発 生せず、 わずか な 散乱光が発 生す る のみで あ る 。 一方 、 結晶性が高 く な る よ う な レ ー ザエ ネ ルギ領域で処理さ れた P — S i 膜 ΰ の表 liD は、 そ の 結晶性 を 反 映 し て 略規則的な微細 凹 凸構 造 7 を も つ よ う に な り 、検査光 3 が こ の領 域 に照射 さ れる と 、 鋭い指向 性 を 有す る 回折光 7 が発生 し 、 検 出 器 4 に光が到達する 。 こ れ は 、 前 記 散乱光の レ ベ ル と は 大 き く 異な る た め 、 明 ら か に 両者 を 区別す る こ と がで き る 。 よ っ て 、 一旦結 晶化 さ れた 後 の、 p — S i の 状態 が 微妙 に 変化 し て い く 過程 を も と ら え る こ と ができ 、 高感 度 に β適 な 結晶化 条件 を 判断す る こ と がで き る 。

続 い て 、 回 折光 の 光強度等 の測定値 に 基づ い て 、 充分な結晶化が 行 われ て い な い 領域が存 在す る 場 合 に は 、 そ の 領域 に対 し て再度 レ 一 ザ 照射 を 行 う 。 こ の よ う に し て 最適 化 を 行 う 。 こ う し て p _ S 1 が ら れ る 。

と こ ろ で 、 一般 に 、 結 品 化 に 必要な レ ーザエ ネ ルギ は a — S i 膜 の ） 9:み に 大 き く 依存 す る 。 よ っ て ， 複数 の S板 間 ま た は基板面 内 に a — S i 膜厚 に バ ラ ツ キ が あ る と 、 それぞれ に 最適な レ ーザェ ネル ギ は ¾な っ て く る 。 従来 は 、 全て の基板 に対 し て 固定 の レ ーザエネ ル ギ で処 理 がな さ れて い た た め に膜厚バ ラ ツ キ が特性ノ ラ ツ キ に直 結 し て い た が、 本 形態 に よ れば， 例え ば、 下記 に 示す手順 に よ り 、 基 板 15 に 適な 条件 を 確認 し な が ら 、 大 き な ロ ス の な い結晶化 プ ロ セ ス を進 め る こ と がで き る 。

ま ず、 基 板周辺部で レ ー ザ を 照射 し 、 回折光 が検出 さ れ る レ ベル ま で レ ー ザエ ネ ル ギ を 調節 する 。 こ の と き の レ ー ザエ ネ ルギ を E 0 と す る 。 通常 ， 基板周 辺 部 に比 べ て基板 中央部 で の a — S i 膜 の膜 厚 は 1 0 % 程度厚め に 製造 さ れ る た め、 基板 中 央部 に 対す る 適正ェ ネルギ は E 0 よ り も 少 し 高 め と な る 。 そ の後、 基板搬送ス テー ジ を 驱動 し 、 基 板全面 に わ た っ て レ ーザ光照射 を 行 え ば、 予め マ 一 ジ ン の 中 心に レ ーザエ ネ ル ギが調整 さ れて い る た め 、 基板全体 に わ た る 均 一な非単結晶膜が製造 さ れ る 。

但 し 、 上記の よ う な手法 を用 い て も 、 基板全 面 の レーザ照射が完 了する 前 に 、 エキ シ マ レ ーザの パ ル ス 不安定性 に よ る 不規則 な シ ョ ッ 卜 が発 生す る 場 合があ る 。 二 の 場合 に も 回折 光 を モ ニ タ し て レ、 る た め 、 回折光 レ ベルが規定 の 範囲外 に 出 た の が い つ で あ る のか 、 即 ち 、 基板 の ど こ の 部分で あ る のか と い う こ と を 記録 し て お く こ と が で き る （ 冈 2 参照）。 こ の 情報 を も と に 再度 レ ー ザ照射 を 行 え ば、 不 規則 シ コ ッ ト に よ る 結晶性 の ば ら つ き を 修 す る こ と がで き ， 不良 品発 生 に よ る ロ ス を 防 ぐ こ と がで き る 。

な お 、 前記検杳光は、 白 色光で も 、 H e — N e レ ーザ、 A r レ 一 ザ、 Y A G レ ーザ等 の 単 色光 レーザで も よ く ， ま た エ キ シ マ レ 一 ザ 光照射領域 に 略合致す る よ う に 整形 さ れて い る こ と が望 ま し い 。 ま た、 回折光検 出器の 前 に エ キ シマ レ ーザ光の波 長 を カ ツ ト す る フ ィ ル夕 を配設 し てお き 、 検査光 の 回 折光 の み を検 出す る こ と が望 ま し い

(実施の 形態 2 )

図 3 はポ リ シ リ コ ン膜 の検杏装 置の 要部 を模 式的 に 示す構成図 で あ る 。 こ の検査装 置 は、 実施の 形 態 1 で說 明 し た製造 ： ½ か ら ェキ シ マ レ ー ザ光 5 の 発振器 を 取 り 除 い た構成 に し た も の で あ る 。

上記構成の 装 を 用 い て の ポ リ シ リ コ ン 膜の検査方 法 は 、 次 の よ う に し て行 う こ と がで き る 。

ま ず、 前述 し た と 同搽 に し て、 ガ ラ ス 基板上 に a — S i 膜 を 形成 した後、 従来公知 の レ ーザ ァ ニール装置 を 用 い て 、 a — S i 膜 を 溶 融結晶化 し て P — S i 膜 に し た p — S i 膜 6 付 き ガ ラ ス 基板 1 を準 備す る，

次 いで、 p — S i 膜 6 付 き ガ ラ ス 基板 1 を基板搬送 ス テー ジ 9 上 に 載置 し ， 基板搬 ス テ ー ジ 9 を 移動 さ せな が ら p — S 〖 膜 6 に対 し て検査光 3 を 照 す る 。 こ の際、 p — S i 膜 6 の 微細 凹 凸構造 7 に よ っ て 回 折光が住 じ て い る の で 、そ れ を 回 折光検 出器 4 で検出 し 、 記録 し て お く 。 こ の よ う に し て p — S i ,投 6 の 結 晶 状態 を検査する こ と がで き る 。

二 の よ う な検査装置で あ れ ば、結 晶不 良 領 域が明 ら か と な る ので、 従 来 の レ ー ザァ ニ ー ル装 S を 用 い て再度 の レ ー ザ ァ ニール を行え ば、 結 晶バ ラ ツ キ がな い p — S ί 膜 を 製造で き る 。

( 実施 の 形態 3 )

本形態 は 、 前記各 形態 で 説 明 し た非 ^結 晶膜 を 半導体膜 と し て用 レ た ¾胶 ト ラ ン ジ ス タ に 関 す る 。

図 4 に ^股 ト ラ ン ジ ス タ の 一例 を 示す。 6 1 は ガ ラ ス 基板で あ る ，

6 2 は 下地 脱 で あ る 。 6 3 は チ ャ ネ ル領域 、 6 4 は L D D 領域、 6

5 は ソ ー ス 領域、 6 6 は ド レ イ ン 領域で あ り 、 こ れ ら が半導体膜 6 7 で あ る 。 6 9 はゲー ト 絶縁膜で あ る 。 7 0 は ゲー ト 電極で あ る ，

7 1 は暦間絶緣胶で あ る 。 7 2 は ソ ー ス 電極で あ る 。 7 3 は ド レイ ン電極で あ る 。

上 記 成 の 薄股 ト ラ ン ジ ス タ は 、 例 え ばつ ぎ の よ ό に し て製造で さ る 。

ま ず、 前述 し た と 同様 に し て 、 ガ ラ ス 基板上 に ρ — S i 膜 を 形成 し た後、 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ と ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り パ タ ーニ ン グす る 。 次 い で 、 例 え ば T E O S C V D 法 に よ り 、 膜厚 1 0 0 n m の S i O ₂ か ら な る ゲー ト 絶縁膜 を 形成す る 。 続 い て 、 ア ル ミ 二 ゥ ム 膜 を ス パ ッ タ リ ン グ し 、 エ ッ チ ン グ に よ り 所定 の 形状 に パ タ ー ニ ン グ し て 、 ゲー ト 電極 を 形成す る 。 そ の後、 イ オ ン ド ー ピ ン グ装 置 に よ り 、 ゲー ト 電極 を マ ス ク と し て ソ ー ス お よ び ド レ イ ン領域に 必要な 種類 の ド ーパ ン ト を 注入す る 。 さ ら に ， 酸化 S i か ら な る 層 間絶縁膜 を 常圧 C V D 法 に て成膜 し 、 ゲー ト 絶緣膜 を 覆 い 、 エ ッ チ ン グ に よ り 、 層 間絶縁膜お よ び酸化 S i 膜 に p — S i 膜 の ソ ー ス 領 域 ま た は ド レイ ン 領域に達す る コ ン タ ク 卜 ホーリレ を 開 口 す る 。次 に 、 チ タ ン 膜 お よ びア ル ミ ニ ウ ム 膜 を ス パ ッ タ リ ン グ し 、 エ ッ チ ン グ に よ り 所定 の 形状 に ノ、' タ ー ニ ン グ し て 、 ソ ー ス 電極お よ び ド レ イ ン電 極 を 形 成す る 。 こ う し て 、図 4 に 示 す 溥膜 ト ラ ン ジ ス タ が得 ら れ る 。

な お 、 こ の よ う に し て得 ら れた 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ は 、 薄膜 卜 ラ ン ジ ス 夕 ア レ イ や 、 液晶表示装置 ， 有機 E L 表示装置等 の 画像標示装 S に 用 レ i る こ と がで き る 。

( 実施 の 形態 4 )

本形態 は 、 レ ー ザ ァ ニ ー ル に 先立 っ て 基板 を 冷却す る 点 に 特徴 を 有 す る も の で あ る 。

ま ず、 本 形態 に 代表 さ れ る 発 明群 が ど の よ う に し て 完成 さ れたか に つ い て説 明す る 。

本発 明 者 ら は 、 P — S i 膜の 高特性化 を 実現すべ く 鋭意研究 を 重 ねて い た過 程 で 、 基板 温度 と エ キ シ マ レ 一ザァ ニ ール （ E L A ) ェ ネ ル ギ と の 関 係 を 調 べた 結 果 、 基板 温度 を 低 く すれ ばす る ほ ど 、 不 具合 の な い p — S i 膜 を 形成で き る エ ネ ルギ領域が広が る こ と を 発 見 し た 。 多結品 シ リ コ ン は， 粒界が多 い と キ ャ リ ア が多 く 散乱 し て 移動度が低下する の で、 1 m程度の 大垃径 に な る よ う に レーザ照 射 を 行 う こ と が好 ま し い が， 高工 ネ ルギ で照射す る と 変質や ア ブ レ — シ ヨ ン （ 剥 力 れ） が生 じ る と レ i う 問題があ る 。 そ の た め 、 レーザ のエ ネルギ 領域に は 、 膜の状態 を 損なわずに充分 な移動度 を 実現で き る 一定の 範囲が あ り 、 そ の範囲が基 温度に 依存 し て い る こ と が わか っ た。 二 の 知見か ら 、 本発 明 者 ら は 、 基板 温度 が室温 よ り 低い温度 と な る よ う に 冷却すれ ば、 レ ー ザエ ネ ルギ の 許容 範 囲が広が り 、 変質や ア ブ レ 一 シ ヨ ン の な い p — S i 膜が形 成で き る こ と を見出 し 、 本形 に 代表 さ れ る 発 明群 を 完成す る に 至 っ た。

図 5 は 、 本形態 に 係 る ポ リ シ リ コ ン 膜 の 製造装置 （ レ ーザァ ニー ル装 置 ) を 模式的 に示す構成図 で あ る 。

こ の 製造装置 は、 プ ロ セ ス チ ャ ンノ、' 2 0 1 内 に 、 a — S i 膜付き ¾板 2 0 2 が載 置 さ れた 基板搬送 ス テ - ジ 2 0 3 が配設 さ れてお り 基 板 搬送 ス テー ジ 2 0 3 の 水平か つ縦横方向 の 移動 に よ っ て a — S i 股 付 き S 板 2 0 2 を 移 動 で き る よ う に な っ て い る 。 ま た、 a — S i m 付 き S 板 2 0 1 の 上 方 に は ， レ ー ザ光入射 用 チ ャ ンノ、'ウ ィ ン ド ゥ 2 0 4 が 設 け ら れて お り 、 パ ル ス レ ー ザ発振器 2 0 5 で発振 さ れ た レ ーザ光 2 0 6 力； 、 光減衰器 2 0 7 、 反射 ミ ラ ー 2 0 8 、 光整形 用 光 学 系 2 0 9 、 反射 ミ ラ 一 2 1 0 を 経 由 し て 、 a — S i 膜付 き基 扳 2 0 2 に 照射で き る よ う に な つ て い る 。 そ し て 、 チ ャ ンノ、' 2 0 1 に は 、 冷却 シ ス テム が取 り 付け ら れてお り 、 チ ヤ ン ノ、 ' 内 を冷却する こ と に よ り 基板 を 室温 よ り 低い 所定温度 に 冷却 で き る よ う に な っ て い る 。

上 記冷却 シ ス テ ム は 、 基板冷却手段 と し て の 、 液体窒素貯蔵槽 2 1 1 と 、 貯蔵槽で気化 し た 窒素 ガ ス をチ ャ ンバ 内 に 導入す る 導入管

2 1 2 と 、 基板 に 対 し て 冷却作用 を 行 っ た後 に 排 出す る た め の排 出 管 2 1 3 と を 備 え . さ ら ：こ 基板温度測定 手段 と し て の 熱電対 2 1 4 と 、 基板加熱手段 と し て の ヒ 一 夕 2 1 5 と . 基板温度測定手段で測 定 さ れた温度 に 基づ い て 基板冷却手段 と 基板加熱手段 と を制御す る コ ン ト ロ ー ラ 2 1 6 と を 備 え て構成 さ れ る 。 こ の よ う に基板冷却手 段 に 加えて 、 基板温度測定手段、 基板加熱手段、 コ ン ト ロ ー ラ を有 す る こ と に よ り 、 基板冷却温度 の 設定 の 自 由度が増 し 、 狙い通 り の 基板温度 に コ ン ト ロ ー ルす る こ と がで き る 。

上記装置 を 用 いて のボ リ シ リ コ ン 膜の 製造方 法は、 つ ぎの よ う に し て 行わ れ る 。

ま ず、 a — S i 膜が形成 さ れ た ガ ラ ス 基板 を 準備 し 、 基板搬送ス テー ジ 上 に 戟置す る 。 a — S i 膜付 き ガ ラ ス 基 板 は、 例 え ば、 ガ ラ ス か ら の 不純物 を 除 く 目 的で 、 ガ ラ ス 基板 ヒ に 、 T E O S C V D 法等 に よ り 膜厚 3 0 0 n m程度 の S i O ₂ 下地膜 を 成 膜 し た 後 、 プ ラ ズ マ C V D 法 に よ り 膜厚 5 0 n m 程 度 の a _ S i 膜 を 成膜すれば よ い 。 なお 、 プ ラ ズマ C V D 法 に よ り 作製 さ れ た a — S i 膜 中 の水 素 を 除去す る た め 、 通常 、 脱水素 丁- 程 と し て、 4 5 0 *C で 1 時間 の 熱処 理 を 行 う 。

つ い で 、 プ ロ セ ス チ ヤ ン ノ、 '内 を 冷却 シ ス テム で冷却 し て ガ ラ ス 基 板 を 冷却す る 。 基板 の温度 と し て は、 1 以下が好 ま し い 。 エネ ルギ密度の 許容幅が 4 O ra J / c m ^z程度あれ ば安定 し て製造 で き る 等の 理 由 に よ る 。

続 いて 、 a — S 〖 膜付 き ガ ラ ス 板を 水 平かつ 縱横方 向 に 移 動 さ せ な力く ら 、 エ キ シ マ レ 一 ザ を 照射 し 、 a — S i を 溶融、 結 晶化 す る こ と に よ り 、 p — S i 膜 を 形成す る 。 レ ー ザ照射 は 、 例 え ば、 X e C 1 ノ "ί ルス レ ー ザ （ 波長 3 0 8 n m ) を 用 い 、 基板 を 移動 さ せな が ら 1 ケ 所 に 3 0 0 回照射す る 条 件で行 う 。 なお 、 レ ーザ光 の照射 回 数 に よ り 、 シ リ コ ン膜 の 状態 は変化する が、 低温 の 方が高 い特性 の p 一 S i 膜を 形成で き る エ ネ ルギ領域が広がる 傾 向 に 変化 はな い ので、 複数回の照射で あ っ て も 何 ら 支障 はな い 。

そ し て、得 ら れた p _ S i 膜 を 、例 え ば水素 プ ラ ズマ 屮 で 4 5 0 で 、

2 時 間放置す る 。 こ れ に よ り 、 結 晶化 に 際 し 形成 さ れた多数 の ダ ン グ リ ン グ ボ ン ド が除去 さ れ る 。 こ う し て 、 特性バ ラ ツ キ等の不具合 の な い p — S i 膜力； 得 ら れ る 。

以 に 、 高 い特性 の p — S i 膜が安定 し て 製 造 で き る 原理 に つ い て 具体的 に 説 明 す る 。

a — S i 膜に 対 し て レ ー ザ光 を 照射 し て P — S i 膜 を 成膜す る 場 合 、 一般 に 、 室温 に お い て 約 1 6 0 m〗/ c m ² 以上 の エ ネ ル ギ密度で照 射す れ ば、 溶融， 結 晶化 が起 こ り 、 P — S i 膜が形成 さ れる 。 前述 し た よ う に ， p — S i 膜 は 結 晶粒 が 1 m程度 の 大粒径 で あ る と キ ャ リ ァ 移勛 度 の 高 い 膜 と な る が、 こ の よ う な 大粒径 に す る と と も に 、 ¾ や ア ブ レ 一 シ ョ ン 等 の 不 具合 を 生 じ な い よ う にす る た め に は、 室温 に お い て 3 7 O mJ/cm²以上 3 8 O mJ/cm²以下の エ ネ ルギ密度で 照射す る 必 要が あ る 。 し か し 、 こ の よ う な狭 い 範囲 （ 1 0 DiJ/cm²〉 で レ ーザを コ ン ト u — ル す る の は困難 で あ る 。 一方、 本形態で あ れ ば、 例 え ば、 S板温度 を 一 5 0 *C ま で冷却 し た 場 合 、 変 質や ア ブ レ ー シ ヨ ン 等 の 不具合 を 生 じ る こ と な く 、 l i in以上 の 大粒径 の p — S i を 形成す る た め に は 、 3 9 5 mJ/cm 以上 4 2 5 m J/cm²以下のェ ネ ルギ密度で レーザ照射すればよ い。 こ の よ う に 、 基板 を 冷却すれ ば 、 広 い範 [ffl ( 3 0 mJ/cm^:) で レ ー ザ を コ ン ト 口 一 ソレ で き る の で、 卨 ぃ 特性 の p — S i 膜 を 安 定 し て 製造す る こ と がで き る 。 なお 、 上 記 し た レ ー ザ光の エ ネ ル ギ 密度 は、 同 じ レ ーザ光 の 強度 で も 評価方 法 に よ り 異な る 値 と な る 場 合があ る ので 、 上記 し た数値 はあ く ま で も 目 安であ る 。

図 6 に 、 基板温度 3 8 0 で 、 室 &、 — 5 0 t： 、 — 1 0 0 に お い て 、 レーザエ ネルギ を 変化 さ せて ポ リ シ リ コ ン を 形成 し 、 引 き続 い て T F T を 製造 し た 場 合 の 、 n — c h の電界効果移動度 （移動度） を 示す。 大粒径形成領域 は 2 5 0 c ni S Z V S を 上回 る 移動度で あ る が、 基板温度が低 い ほ ど 、 レ ー ザエ ネ ル ギ の許容 幅が広がる こ と がわ か る 。

と こ ろ で 、 一般に 、 V t 特性 が ば ら つ い た り シ フ ト し た り する 原 因 と し て 、 レーザァ ニー ル時 に膜だ け で な く "F地膜や 基板ま で高温 に な っ て し ま う た め に基板 中 の 不純物が下地膜や非 単結晶膜中 に拡 敗す る 現 象 があ る 。 特 に 、 最近 、 高特性 の非単結 晶膜 を 得る ため に レ ー ザ強度 を 強 く す る 倾向 に あ り 、 そ の 結果 と し て 不純物拡散の影 響が 大 き く な つ て い る 。 し カゝ し 、 本形態 の よ う に基板 を 冷却 し た状 態で 、 レ 一 ザァ ニー ル を 行 え ば、 不純物拡散 は抑制 さ れ る 。 よ っ て、 V t 特性等 が安定 し た 多結 晶性薄膜が得 ら れ る 。

(実施 の 形態 5 )

図 7 は本 形態 に 係る ポ リ シ リ コ ン膜 の 製造装 置 の構成 を模式的 に 示す ^成図 で あ る ， こ の 製造装 置 は、 実施の 形態 4 に 比べ、 異な る 冷却 シ ス テ ム を有する 点 で相違す る 。

こ の 装置 に お け る 冷却 シ ス テ ム は、 冷却器 と し て の H e 冷凍器 2

2 0 と 、 チ ャ ン バ 内 を脱気す る た め の真空装 ϋ 2 2 〗 と 、 加熱器 と し て の ヒ ー タ 2 1 5 と . 基板温度 測定 シ ス テ ム と し て の 熱電対 2 1 4 と . コ ン ト ロ ー ラ 2 1 と を iffi え て描成 さ れ る 。 こ の よ う な冷却 シス テ ム を 備 え た こ と に よ り 板 冷却温度 の 設定 の 自 由 度が増 し 、 诅 レ 通 り の 基板温 度 に コ ン ト ロ ー ルす る こ と が で き る 。 こ こ で 、 H e 冷凍器 2 2 0 は、 液体ヘ リ ウ ム の気化 と 液化 を 循環 さ せなが ら 冷 却す る 装置で あ る 。 こ れ に よ り 、 極低温 ま で 容 易 に 冷却が可能 と な り 、 ま た メ ン テナ ン ス が簡 易 に な っ た。

上記構成 の 装置 を用 い て の p — S i 膜 の 製造方法 は、 基板冷却 の 方法が異な る 以外 は実施の 形態 4 と R! 様で あ る の でそ の説明 は省略 する 。 (実施の 形態 6 )

図 8 は本 形態 の ボ リ シ リ コ ン 膜 の製造 装置 を模式的 に 示す構成図 で あ る 。 こ の 製造 装置 は 、 プロ セ ス チ ャ ンバ 2 0 1 と は別 に 、 基板 搬入器 2 2 5 、 第 1 の 基板 冷却用 の チ ャ ン バ 2 2 6 と 、 第 2 の基板 冷却 用 の チ ャ ンノ 2 2 7 と 、第 1 の 基板加熱用 の チ ャ ンノ 2 2 8 と 、 第 2 の基板 加熱用 の チ ャ ンバ 2 2 9 と 、 基板搬出器 2 3 0 と を備え て い る 。

上 記 置 で は、プ ロ セ ス チ ヤ ンバ 9 内で 結 晶化 を 行 っ て い る 間 に 、 次の 処理 用 の基板 を 、 基板冷却用 のチ ャ ン バ 2 2 6 . 2 2 7 内で設 定温 度 に コ ン ト 口 一 ルす る よ う に な っ て い る 。 ま た 、 結 晶化終 了後 の 基 板 に つ い て も 、 次 の処理用 の 基板が プ ロ セ ス チ ャ ンバ 2 0 1 内 で結 品化 さ れ て い る [ίϋ に 、 ¾板加熱用 の チ ャ ン バ 2 2 8 , 2 2 9 内 で室温 に 戻 せ る よ う に な つ て い る 。 こ の よ う な 装 置 に し た こ と に よ り 、 基板 の 冷却 、 加熱 に 要す る 時 が ほ ぼ必耍な く な り 、 生産性が 向 上す る 。

な お 、 前 記突施 の 形態 4 〜 6 で 説明 し た 製造方法及び製造装 置に よ っ て 製造 さ れ る Ρ — S i 膜 は 、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ の半導体膜 と し て用 い る こ と がで き る 。 ま た 、 膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ や 、 液晶表 示装 S等の 画 像表 示 装 ^ に適用 す る こ と も で き る 。

(実施の 形態 7 )

本 形態は 、 前記実施 の形態 1 と 実施の 形態 4 と を 合わせた場合で あ る 。 すな わ ち 、 基板 の 冷 却 を行 っ た後 に エキ シ マ レ ーザ照射 を行 い 、 引 き続 き 検査光 を 照射 し ， 回折光 を モ ニ タ し そ の 結果 に 基づい て 再度の レ ー ザ照 射 を 行 う 場 台で あ る 。 こ の よ う に し て製造 し た p 一 S i 膜は 、広 い レ ー ザ許容幅で レーザァ ニ ール さ れた も の で あ り 、 し か も 結晶 不 良 を 回折光で検査 し た上で再度の レ ーザァ ニ一 ル を行 つ て得 ら れた も の で あ る ので 、 特 に結 晶性が均一な膜 と な る 。

(実施の 形態 8 )

本形態は 、 前記各形態で製造 さ れた p — S i 膜で あ っ て 、 光が照 射 さ れた場 合 に 発生す る 回折光の主 ピ ー ク 波長 と そ の 波長 半値幅 と を 用 い た物理量 を規定 し た P — S i 膜 に 関す る 。

本形態 に 係 る P S 〖 膜は 、 検査光 を 照射 し て得 ら れ る 回折光 の 主 ピ ー ク 波長 λ ( n m ) と そ の 波長半値 蝠 Δ λ ( n m ) が下記の式 ( 1 ) を 満 た し て 1 る 。

厶 λ Z λ ≤ 0 . 3 - ( 1 )

上記式 （ 1 ) を満たせ ば、 検査光の 回 折光が シ ャ ー プで あ る の で、 p - S i 膜 表 面の微細 凹 凸 造は卨 い 規則性 を 備 え て い る 。 そ のた め 、 p — S 〖 膜 に粒径ノ ラ ツ キ がな く 、 し か も 周期性が高 い膜 と な つ て い る ，

と こ ろ で 、 従来か ら 、 T F T の製品 歩留ま り を 高 め る た め に 様々 な試みがな さ れて き たが、 p S i 膜 に 関 し て は結晶粒径 の バ ラ ッ キ を 抑え る の がそ の 中心 で あ っ た。 こ の よ う な なか で 、 本発 明者 ら は 、 結晶粒 径のバ ラ ツ キ を 抑制す る だけ でな く 、 周期 性 を 商 め る こ と も 重要で はな い か と 考 え た 。 すなわ ち 、 一定 の秩序 に 従 っ て形成 さ れ た膜で あれば、 膜特性 が均 一 にな る ので 、 歩留 ま り を 高 く で き る と 想起 し た。 そ こ で、 ¾ 記回折光を 用 い た製造方法 に お い て 、 回 折光 の発生要因が規則正 し い微細 凹凸構造に あ る こ と に 着 目 し 、 回 折光 の測定値 に関 し 種 々 検 討 を 重ねた結果， 上記 し た式 （ 1 ) を満 たせば 周 期性が高 く 、 歩留 ま り が良好で あ る こ と を 見出 し た 。

つ ぎに 、 Δ λ Ζ λ と 歩留 ま り （周期性 と 相関 ） と の 関係 に つ い て 具体的 に説明す る 。

図 9 は、 基板温度 を 3 8 0 ： 、 室温 （ 2 5 ： )、 - 5 0 、 一 1 0 0 に し た 後 に レ ー ザ ァ ニ ー ル し て製造 さ れ た p — S i 膜 に 対 し て、 検 査光 と し て 白 色光 を 用 い 、 回折光 を 波長 分光 さ せて 回折光強度を 測定 し た結果 を示す 。 E中 、 横軸 は 主 ピ ー ク 波長 λ を 1 0 0 % と し た 時 の 波 長分布 を 示 " r。 本 図 よ り ， 基板温度が高 けれ ば Δ ス z λが 大 き い こ と がわか る 。 具体的 な 数 値 を 参考 ま で に示す と 、 基板温度 が ー 3 8 0 の時 は Δ λ Ζ λ = 0 . 4 5 で あ り 、 室温 の 時は 0 . 3 5 、 ー 5 0 で の時 は 0 . 2 6 、 一 1 0 0 で の時 は 0 . 2 であ る ， 図 1 0 は 、 基板温度 と 歩 留 ま り と の 関係 を 示す。 本図 よ り 、 基板 温度 が室温 よ り やや低 い 温度 で製造す る よ う にす る と 急激 に 歩留 ま が 向 上 し て い る こ と がゎ カゝ る 。

図 9 及 び図 1 0 よ り 、 Δ え ノ カ 0 . 3 以 ド で あ る と 歩留 ま り が 良好 （周期 性が高 い ） と な る こ と が確認 さ れた。

さ て 、 基板 上 に 形 成 さ れ た ρ — S i 膜の 複数の 領域 に検査光 を 照 射 し た 場 合 に 発 生 す る 回 折 光 の 主 ピ ー ク 波 長 の バ ラ ツ キ σ / λ ( σ ： 標準偏差） は ， 0 . 1 5 以下で あ る こ と が好 ま し い 。 特 に好 ま し く は 0 . 1 0 で あ る 。 '

図 1 1 は、 基板上 に 形成 さ れた ρ — S i 膜の 各測定 ポ イ ン ト （ 1 2 点 ）に お け る 電子移 動 度 と 冋折 光 の 主 ピー ク 波長 と を 示す。なお ， ( a ) は従来 の 製造方法で製造 さ れた p — S i 膜 で あ り 、 （ b ) は実 施の 形態 ] で説明 し た製造方法で製造 し た p — S 〖 膜で あ る 。 本図 よ り 、 実施の 形態 1 で製造 し た p — S i 膜の方が 、 従来 の p — S i 膜 に 比べ 、 ノ、' ラ ツ キ が 小 さ い こ と が確認で き た 。

(実施の 形態 8 )

本形態は 、 前記各 形態 で 製造 さ れた p — S i 膜で あ っ て 、 検査光 の 回折光の 出射角 と そ の 角 度半値幅 と を 用 い た物理量 を 規定 し た p 一 S 膜 に 関す る 。 本形態 に 係 る p — S i 膜は、 検査光 と し て の 単色光 を照 射 し て得 ら れ る 回 折光の う ち 最 も 光強度が大き い 回折光 の 出射角 φ (度） と そ の 角 度半 値幅 Δ φ ( 度 ） が下記の式 （ 2 ) を 満た し て い る 。

s i n ( Φ + Α Φ Ζ Ζ ) ノ s i n 0 ≤ O . 1 5 ·'· ( 2 ) 上 記式 （ 2 ) を 満た せ ば、 検査光 の 回折光が シ ャ ー プで あ る ので ， p - S i 膜 表面 の 微細 凹 凸構造 は高 い 規則性 を 備 え てい る 。 そ の た め 、 p — S i 膜 に 粒择バ ラ ッ キ がな く 、 かつ 周 期性 が 良好な 膜 に な つ て レ る 。

つ ぎ に 、 s i n ( 0 + A 0 Z 2 ) Z s i n <i) と 歩留 ま り （周期性 と 相 関 ） と の 関係 を 具体 的 に 説明 す る 。

図 1 2 は ， 基板 温度 を 3 8 0 で 、 室温 （ 2 5 ； )、 - 5 0 V . 一 1 0 0 X に し た 後 に レ ーザ ァ ニー ル し て 製造 さ れ た p — S i 膜 に対 し て 、 検査光 と し て の 単 色光 を 照射 し 、 最大光量 を 得 る 回折光検出器 の 角度 と 角 度 に よ る 分布 を 測定 し た結果 を示す。 本図 に お い て 、 横 軸は最大光量 を 検出 し た時の 出射角 を 1 0 0 と し た と き の 分布 を 示す。 本図 よ り 、 基板温度が低 ければ Ifil 折光が シ ャ ー プで あ る こ と がわ か る 。具体 的な 数値 を 参考 ま で に示す と .基板温度が 一 3 8 0 の時 は s i n ( φ + Δ φ 2 ) / s i η Φ = 0 . 2 2 で あ り 、 室温 の時は 0 . 1 7 、 — 5 0 1： の 時 は 0 . 1 3 、 — l O O t の時 は 0 . 1 で あ る 。

図 1 2 及び前記 し た 図 1 0 よ り 、 s i n ( φ + Δ </) / 2 ) / s i η φ が 0 . 1 5 よ り 小 さ い と 歩留 ま り （ 周期性） が良好 に な る こ と が確認 さ れた。

さ て 、 基板 上 に 形成 さ れた ρ — S i 膜 の複数 の 領域 に検査光 を 照 射 し た 場 合 に 発 生 す る 最 も 強 い 回 折 έ s i η φ の ノ ラ ツ キ _σ

( s i η ) ( a ： 標準偏差） は 、 0 . 1 5 以下で あ る こ と が好 ま し レ 特 に 好 ま し く は ϋ . 1 0 で あ る 。

( 実施 の 形態 9 )

本形態 は 、 上記 各 形態で製造 さ れた ρ — S i 膜 に 関 し ラ マ ン分光 法 に よ る ピ 一 ク シ フ 卜 a を 規定 し た場合で あ る 。

本 形 態 に 係 る P — S i 膜 は 、 単結晶膜 と 比較 し た 、 ラ マ ン 分光法 に よ る ピー ク シ フ ト Sが 3 c m - ¹ 以下 に な っ て い る 。

一般 に 、 ポ リ シ リ コ ン の 固化時か ら 基板温度 へ の 冷却時問 に下地 fli と P — S i fli と の熱膨張率 の差 に よ っ て 歪み が生 じ る 。 し か し ， 基板 冷却 し た 状態 で レー ザ ァ ニ ー ル し て 製造 さ れた p — S 〖 膜は、 ピ - ク シ フ ト M力； t ^ ϊδ ffl 内 で あ り 、そ の 歪 み が小 さ い。そ の た め 、 断 欠 I が 生 し に く く 、 ま た キ ャ リ ア 移動度が大 き い と い う 利点 力 あ る 。

図 1 3 は 、 E L A エ ネ ル ギ と ラ マ ン ピ ー ク 位 置 と の 関係 を 示す。 本図 よ り 、 従来 の方法で 製造 さ れ た p — S i 膜 よ り も 実施の 形態 1 及び ¾施の 形態 4 で製造 さ れた ！） 一 S i 膜の 方 が ラ マ ン ピー ク 位置 が大 き く 、 単結 品膜 の ラ マ ン ビー ク 位 JS: (約 5 2 0 c m - ¹ ) か ら の シ フ ト 量力、'小 さ い こ と が確 認 さ れた。

図 1 4 は 、 ピ ー ク シ フ ト 量 と キ ャ リ ア 移動度 と の 関 係 を示す。 本 図 に よ り 、 ピ ー ク シ フ ト S力 3 c m — ¹ 以下 に な っ て い る と 、 急激 に キ ヤ リ ア移 動 度 が大 き く な つ て い る こ と が確認 さ れ た 。

(実施の 形態 1 0 )

本 形態 は 、 上記各 形態 で製造 さ れた p — S i 膜で あ っ て ， 冋折光 の 主 ピー ク 波長 ま た は最 も 強 い 回折光の 出射角 の 異な る 領域が存在 する P — S i 膜 に 関す る 。

本形態 に 係 る ！） — S i 膜 は、 例 え ば、 図 1 5 に示す よ う に 、 領域 八 と 領域 B に お いて 、 光 を 照射 し た 場合 に 発生す る 回折光の ピ ー ク 波長 ま た は最 も 強 い 回折光の 出射角が ¾な っ て い る 。 そ の た め 、 同 じ ポ リ シ リ コ ン か ら な る 膜で あ っ て も 、 例 え ば、 キ ャ リ ア 移動度等 の 異な っ た 領域が形成 さ れて構成 さ れて い る 。 こ こ で 、 ピー ク 波長 は， 2 0 0 n m以上 異な っ て い る こ と が好 ま し い 。 異な る 領域 を 明 確 に 区画 で き る カゝ ら で あ る 。

上記構成 の P — S 〖 膜 は 、 前記 し た 製造装 置 及び製造方法 を 用 い れば容易 に 製造す る こ と がで き る 。 すな わ ち 、 前記製造装置及 び製 造方 法で は 、 回折光 の主 ピー ク 波良 ま た は 回折光が最 も 強 い 出射角 を 指標 と し て結晶化 を 行 う こ と がで き る ので 、 それ ら の 値 を所定の 値 に 調節 し て レーザァ ニ ー ル を 行 え ば、 異な る 特性 を 示す領域 を 形 成で き る 。

図 1 5 に 示すよ う な 領域 に 区両 し た p — S i 膜で あ れ ば、 駆動回 路内蔵型液 晶表示 ¾置の 製造 に 用 い る こ と がで き る 。

一般 に 、 駆動回路 内蔵型液晶表示装置 で は、 画 桊部 と 駆動回路部 の T F T に 異 な る 特性が要求 さ れ る 。 すな わ ち 、 画素 部 に は画像表 示む ら に つ なが ら な い よ う に 画 素 部間 の 均 一性 が特 に 要求 さ れ る が、 駆動 回路部 は均一性 よ り も 高速応答性が強 く 求 め ら れて い る 。 と こ ろ が、 従来 で は 、 画 素部及び駆動回路 部の T F T の製造 に際 し 一様 な レ ーザを 照射 し て い たた め 、 両部分 に 対 し 充分 満足 し う る 特性 を 付与で き て い なか っ た。 一方、 本発明で は ， 回折光 を 指標 と し て所 望の結晶性 を 示す P — S i 膜を 形成で き る ので 、 画素 部 と 駆動 回路 部に 分けて形成す る よ う にすれ ば、 それぞれ の 要求特性 を 満足す る 膜 を 形成で き る 。

(実施の 形態 1 1 )

本形態は 、 基板 上 に 下地膜 を 介 し て 形成 さ れた p — S 1 膜 に 関 し 基板か ら の 不純物 の 混入 を 減 ら す場合 に 関す る 。 本 形態 に 係 る P - S i 膜付 き 某板 は 、 基板 と 下地膜の 界面か ら 1 0 0 0 A 離れ た 下 !膜 中 の 不純物 濃度が、 基板 の 不純物濃度 の 1 0 万分 の 1 以 下 に な て い る 。

こ の よ う な ！） — S i 膜付 き 基 板 は、 基板冷却 し た状態で に レーザ ァ ニ ー ルす る 態様 で あ る 実施 の 形態 4 に 係 る 製造装 置及び製造方法 を 用 い れ ば得 る こ と がで き る 。

従来 よ り 、 P — S 〖 膜の特性 を 高 め る た め に 基板 を加熱 し て レー ザ ァ ニ ールす る こ と が行われて い る が、 基板温 度 を 高め る と 、 基板 中 の 不純物 が渗み 出 し て p — S i 膜 に 混入 し 、 p — S i 膜 の特性が 化す る と い う ΐ«题 があ っ た 。 か か る 課題 を解决す る た め に 下地膜 を 設 け て Ρ ― S i ^ に 不純物が S入 す る の を 抑 制 し て い た が、 依然 と し て P — S i 膜 に 不純物 が多 く 混入 し て い た。 し か し 、 本発 明 の 方法 に よ れ ば、 a — S i に 与 え る 熱量 は従来 と 向 等 で、 かつ 基板 中 の 不純物 の 滲み出 し を 抑制す る こ と がで き る 。 よ っ て 、 下地膜 を薄 く で き る 。 ま た 、 p — S i 膜の 歪み を低 く 抑え る こ と も で き 、 かつ 断層 欠 陥発 生 が抑 制 さ れ る の で 、 プ ロ セ ス マ ー ジ ン が拡大す る ， 図 1 6 は 、 基板 界 面か ら の距離 と 不純物 '濃度 の 関係 を 示す。 本図 よ り 、 基板 冷却 し て レ ー ザ ァ ニー ルすれ ば、 ガ ラ ス 基板 中 の N a の 滲み だ し が抑制 で き る こ と が確認 さ れた。 なお 、 参考 ま で に 具体的 な数値 を 上 げ る と 、 基板 と し て N a 濃度力 5 X 1 0 ² 】 c m _ ³ の ガ ラ ス 基板 を 用 い た 。そ し て 、基板温度 を 3 0 0 に 加熱 し た と き は、 下地 履 （基板 界面か ら 1 0 0 O A の位置） 中 の 不純物濃度が 3 X I 0 ^{1 8} c m - ³ , 基板温度が室温 の 時 は 9 X 1 0 ^{1 6} c m — ³ 、 基板温 度力 一 1 0 0 で の 時 は 1 . 5 X 1 0 ^{1 6} c m — ³ で あ っ た。

(実施の 形態 1 2 )

本形態 は 、 回折光 でモ ニ タ リ ン グする 場合 に 回折光の測定が可能 で あ る 領域 を 有す る P — S i 膜 に 関す る 。

本形態 に 係 る P — S i 膜は、 そ の 表 面 に 回 折光の測定が可能な検 査パ タ ー ン を作成 し てお く こ と で 、 プ ロ セ ス チ ェ ッ ク がで き る よ う に し て い る 。 検査パ タ ー ン は、 長辺が 0 . 5 m以上で 、 短辺が測 定波長 以 上 の 艮方形 を 含 む形状で あ っ て 、 P — S i 膜が露 出 し て い る 状態で あ ればよ い。 回折光 の測定 に お い て は 、 測定精度 を あ げる た め 、 長 さ が重 要で あ り 、 必ず し も 正 方 形 で あ る 必要 はな い，

ま た . 回 折光 を 測定す る た め に は 、 P — S i 膜 は必ず し も 露出 し て い る 必要 はな く 、 微細 凹 凸構造 を 乱 さ な い の で あれ ば、 透明薄膜 ゃ金厲薄膜 で ¾われて い て も よ い。 高 い 光反 射性 を 備 え た 金属薄膜 で ¾われて い る 場 合 に は 、 よ り 精度 良 く 回折光 の測定 を 行 う こ と が で き る 。 こ れ ら 薄膜の 膜厚 は、 5 0 O A 以 下で あ る こ と が望 ま し い， 以 上 、 本発明 をそ の幾つ かの 実施の 形態 に基づ いて 説明 し て きた が、 本発明 は こ れ ら に限 定 さ れな い の は 勿論で あ る 。 例 え ば、 C D — R Wで用 い ら れ る カ ル コ ゲナイ ド 膜や 、 P D P で用 い ら れる M g O膜等 に応 用 し て も よ い 。 産 業 上 の利 用 可能件 以上 に 説明 し た よ う に 、 本発 明 で は、 回折光 の モ ニ タ リ ン グ に よ り 非単結晶膜 を検査 し 、 そ の結果 に基づ い て レ ーザ強度等の 照射条 件 に フ ィ 一 ド バ ッ ク さ せて結晶化する の で、 粒径バ ラ ツ キ が減少す る と と も に 、 粒径 の周期性が向上する 。 そ の結果、 移動度等 の特性 が安定 し た非単結晶膜が得 ら れ る 。

ま た 、 本発明で は、 基板 を 冷却 し 、 ーザエ ネルギ 許容幅 を広 げ て レ ーザァ ニール を 行 う の で、 粒径ノ ラ ツ キが減少す る と と も に 、 粒径 の 周 期 性 が |&j 上 す る 。 そ の 結果 、 移動 度等 の 特性が安定 し た非 単結晶膜 が得 ら れ る 。

し たが っ て 、 本発明 は、 高特性化が求め ら れて い る 、 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ ゃ 、 それ を 用 いた 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ ア レ イ や 、 それ を 用 いた 液品 表示 装 置 等 の 画像表 示装置な ど の分野 にお いて有用 で あ る -

Claims

/61734 請 求 の 範 囲

1 . 非 晶 質膜 ま た は微 結 晶膜 に レ ー ザ ビー ム を 照射 し て非 単結 晶 膜 を 製造す る 方 法 にお い て 、 前 記 レーザ ビー ム の 照射領域 に検査光 を 照射 し 、 前記非単結晶膜か ら 発生す る 回折光 の測定値が所 定の値 に な る よ う 前記 レーザ ビー ム の 照射条件 を 最適化す る こ と で結 晶化 も し く は再結晶化する こ と を特徴 と す る 非単結晶膜 の 製造方法。 2 . 請求項 1 に 記載の非単結晶膜の 製造方 法 で あ っ て ， 前記回折 光の 測定値 が 、 回折光の光強度 で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜 の 製造方法，

3 . 請求項 1 に記載の非 単結 晶膜の製造方法で あ っ て 、 前記 レー ザ ビ ー ム の 照射条 件が、 エ ネ ルギ 、 照射 回数、 周 波数 、 照射間隔、 走査速度及 び ビー ム 強度分 布 か ら 選択 さ れる 少な く と も 1 つ の 条 件 で あ る こ と を 特徴 と す る 非 単結晶膜の 製造方法，

4 . 非晶質膜 ま た は微結晶膜 に レ ーザ ビーム を 走査 し なが ら 照射 し て非 ¥.結品膜 を 製造す る 方法 に お いて 、 前記 レ ーザ ビ ー ム の 照射 領域に検査光 を 照射 し 、 前記非単結晶膜か ら 発生す る 回 折光 の 測定 値 を 記録 し 、 その値が所 定 の値か ら 外れた領域 に 再度 レ ーザ ビー ム を照射する こ と で結晶化 も し く は再結晶化する こ と を 特徴 と す る 非 単結晶膜の製造方法。 レーザ と レーザ ビー ム を 所定の 形状に整形す る 光学系 と 検査 光光源 と （Hi 折光検出 器 と を 備 え 、 前記光学 系 で整形 さ れた レ ーザ ビ ー ム に よ り 製造 さ れ た非 単結 晶膜 に ¾ 記光源か ら の検査光 を 照射 し 前記非単結 晶膜か ら 発生す る 回折光 を 前 ¾回折光検出器で検 出 し 、 そ の測定値 が所定の に な る よ う 前記 レ ーザ ビーム の 照射条件 を 最 適 化す る こ と で結晶化 も し く は再結 晶化す る よ う 構成 さ れた こ と を 特徴 と す る 非 単結晶膜の 製造装置。

6 . 請求項 5 に 記載の 非単結 晶膜 の 製造装置 に お いて、 前記回折 光の 測定値が、 回折光の 光強度 で あ る こ と を特徴 とす る 非単結 晶膜 の ¾造装置。

7 . 請求 項 5 に 記載の非 単結 晶 膜 の製造装 置 に お い て 、 前記 レー ザ ビー ム の 照射条件が、 エ ネル ギ 、 照射回数、 周波数、 照射間隔， 走査速度及 び ビー ム強度分布か ら 選択 さ れ る 少な く と も 1 つ の条件 であ る こ と を特徴 と する 非単結 晶膜の製造装置。

8 - 非単結晶膜 に検査光 を 照射 し 、 前記非単結晶膜か ら 発生する 回折光 を検 出す る こ と を特徴 と す る 非単結 晶膜 の検査方法。 9 . 請求項 8 に 記政の非単結晶膜の検査方法で あ っ て 、 前記回折 光 を 波長分光す る こ と を 特徴 と す る 非単結 II膜 の検査方 法。

1 0 . 請求項 8 に記載の 非単結 晶膜 の検査方法であ っ て 、 前記回 折光 の 角度分布 ま た は位蘆分布 を 測定す る こ と を特徵 と する 非単結 晶膜の検査方法。

1 1 . 検査光光源 と 回折光検 出 器 と を備 え 、 非単結晶膜 に 前記光 源か ら の検査光 を照射 し 、 前記非単結晶膜か ら 発生す る 回折光の強 度 を 検 出す る よ う 構成 し た こ と を特徵 と する 非単結晶膜の検査装置 1 2 . 請求項 1 1 に記載の非 単結晶膜 の検査装置で あ っ て 、 前記 回折光 を 波長分光す る 手 段 を備 えた こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜 の 検査装 ¾。

1 3 - 請 求項 i 1 に 記載 の非 単結晶膜 の検査装 置で あ っ て 、 前記 回折光検 出 器が、 回折光 の 角度 分布 ま た は位置分布 を 測定す る 機器 で あ る こ と を 特徴 と す る 非 単結 晶膜の検査装遨。

1 4 . 少な く と も 、 基板上 に 非 晶質膜 ま た は微結晶膜 を 成膜す る 成膜 工程 と 、 前記非晶質 胶 ま た は微結晶膜 に対 し て レ ーザ を 照射 し て ， 非晶質膜 ま た は微結 晶膜 を 溶融結晶化 さ せて非単結晶膜 を 形成 す る 結晶化 工 程 と を 有す る 非単結晶膜の 製造方法 で あ つ て、 前記結 晶化工程 を . 基板 を 冷却 し た 状 態 で行 う こ と を 特徴 と す る 非 単結晶 膜の 製造方 法。 1 5 . 請求項 1 4 に 記載の非単結晶膜 の製造 方法で あ っ て 、 前記 結晶化工程 に お いて 、 前記基板 の温度が、 1 0 で 以下 に維持 さ れて い る こ と を特徴 と す る 非単結晶膜 の製造方法。

1 6 · 基板上 に 形成 さ れた非晶質膜ま た は微結晶膜 に対 し レ ーザ 光 を 照射 し 、非単結晶膜 を 形成す る 非里結晶膜 の製造装置で あ っ て、 前記基板 を 冷却す る 手段 を 具備 し た こ と を特徴 と す る 非単結 晶膜 の 製造装 置

1 7 . 請求項 1 6 に記載の非 単結晶膜 の製造装置で あ っ て 、 前記 基板 の 温 度 を 測定す る 基板温度測定手 段 と . 前記基板 を加熱す る 手 段 と 、 前記基板 温 度測定手段 に よ る 測 定 値 に 基 づい て 前記基板 を冷 却す る 手 段 と 前 Si3 S板 を 加熱す る ΐ·段 と を コ ン ト ロ ー ルする 制御手 段 と を 具備 し た こ と を特徴 と す る 非 単結 品膜 の 製造装置。

1 8 . 基板 上 に 形成 さ れた非 単結品膜で あ っ て . 光 を 照射 し て得 ら れ る 回折光 の 主 ピ ー ク の 波 長 を λ η ηι 、 前記主 ピー ク の波長の波 JS 半 値 を Δ λ n m と し た 場 合 下記 の 式 （ 1 ) を 満たす こ と を特 徴 と す る 非 91結晶胶。

Δ λ Ζ λ ≤ 0 . 3 -- ( 1 )

1 9 - 基板上 に 形成 さ れ た 非 単結 β膜 で あ っ て 、 単色光 を 照射 し て得 ら れ る 最 も 強 い 回折 光 の 出 射 角 を 度 、 前記回 折光 の角度半値 Φ5Ϊ を Δ φ と し た ¾ 台 、 下 記 の 式 （ 2 〉 を 満たす こ と を 特徴 と する 非 結 品胶。

s i n i ^ + A c^ Z S i Z s i n tiJ ^ O . 1 5 - ( 2 )

2 0 . 請求項 1 8 に 記載の非単結晶膜であ っ て、 下記 の式 （ 3 ) を 満たす こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜。

σ / λ ≤ 0 . 1 5 … （ 3 )

〔式中 、 σ は標準偏差 を 表す。〕

2 1 . 請求項 1 9 に 記載 の非単結晶膜であ っ て 、 下記 の 式 （ 4 〉

34 1/61734

を 満たす こ と を 特徴 と す る 非 単結 晶膜

a / ( s i η φ ) ≤ 0 . 1 5 ( 4 )

〔式 中 、 σ は標準偏差 を表す。〕 2 2 . 基板 上 に 形成 さ れた 非単結 晶膜で あ っ て 、前記薄膜面上 に 、 光 を 照射 し た 場 合 に 発 生す る 回折光の ピ ー ク 波長 の 異な る 領域が存 在 し て い る こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜。

2 3 . 駆動 回路 内 蔵型液晶表示 装 S 用 の 非 単結 晶 半 導体膜で あ つ て 、 画素部 に 対 応す る ίΗ 域 と 駆動 回路部 に 対応 す る 領域 に お け る 回 折光 の ピー ク 波長 が異な っ て い る こ と を 特徴 と す る 非単 結晶 半導体 膜。

2 4 . 請求項 2 2 に 記載の非単結晶膜で あ っ て ， 前記 異な る 領域 間 の ピー ク 波長が 、 2 O O n m以上異な っ て い る こ と を 特徴 と する 非単結晶膜。

2 5 . 基板 上 に 形成 さ れた 、 非単結晶膜で あ っ て 、 前記 ^ 膜 面上 に 、 Ξ折光 の 出射角 が Sな る 領域 が存在 し て い る こ と を 特徴 と する 非単結晶膜。

2 6 . 駆動 回路内蔵型 液晶表示 装 匿用 の非単結 晶 半導体膜で あ つ て 、 画素部 に対応す る 領域 と 駆動 回路部 に 対応す る 領域 に お け る 回 折光 の 出射角 が異な っ て い る こ と を特徵 と する 非単結 晶 半導体膜。

2 7 . 基板上 に 形成 さ れた非単結晶膜で あ っ て 、 ラ マ ン分光法に 1/61734

よ る ピ一 ク シ フ ト 量：が、 単結晶 に比べ、 3 c m ¹ 以下で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結 膜。

2 8 . 基 板表 面 に 地膜 を 介 し て 形成 さ れ た非 晶質膜ま た は微結 晶膜 に 対 し て レー ザ光 を 照射 し て 製造 さ れた非 単結晶膜付 き 基板で あ っ て 、 前記下地膜中 の 不純物 濃 度が 、 基板 中 の 不純物濃度 の 1 0 万分 の 1 以 下 で あ る こ と を特徴 と する 非単結晶膜付 き 基板。

2 9 . 基板 上 に 形成 さ れた 非 単結晶膜で あ っ て 、前記薄膜 面上 に、 光 を 照射 し た 場 合 に 回折光 が発 生 し 、 そ の 回折光 を検 出す る こ と が 可能 な 域が 存在 し て い る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜。

3 0 . 請求項 2 9 に 記載 の非単結晶膜で あ っ て 、 前記領域が、 少 な く と も 一辺が 0 . 5 m m以上 の 長方形 を 含ん で い る こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜。

3 1 - 請求項 1 8 - 3 0 の いずれか一項 に 記載の非 単結晶膜 を 半 導体膜 と し て用 い た こ と を特徴 と する 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ 。 3 2 . 請求項 3 1 に 記載の薄膜 ト ラ ン ジ ス タ が基板上 に 形成 さ れ てな る こ と を 特徴 と す る 薄膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ 。

3 3 . 請求項 3 2 に記載の薄膜 ト ラ ン ジ ス タ ア レ イ を 用 い た こ と を特徴 と す る 画像表 示装置。 補正書の請求の範囲

[200 Ί年 7月 1 3日 （1 3. 07. 0 1 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 2 2— 25及び 29は補正された；新しい請求の範囲 34-45が加えられた；他の請求の範囲は 変更なし。 （6頁） ]

を満たす こ と を特徴 と す る 非単結 晶膜。

a / ( s i η φ ) ≤ 0 . 1 5 - ( 4 )

〔式中 、 σ は標準偏差 を 表す。〕

5 2 2 . (補正後） 基板上 に 形成 さ れた非単結晶膜で あ っ て、 前記非 単結晶膜面上 に、 光を 照射 し て得 ら れる 回折光の主 ピー ク の波長の 異な る 複数種の領域が存在 し て い る こ と を特徴 とする 非単結晶膜。

2 3 . (補正後） 駆動回路内蔵型液晶表示装置用 の非単結晶半導体 10 膜で あ っ て、 画素部に対応する 領域 と駆動回路部に対応する 領域 に お け る 回折光の主 ピー ク の波長が異な っ て い る こ と を特徴 とす る非 単結晶半導体膜。

2 4 . (補正後） 請求項 2 2 に記載の非単結晶膜であ っ て、 前記複 15 数種の領域各々 の主 ピー ク の 波長が、 互い に 2 0 0 n m以上異な つ て い る こ と を特徴 とする非単結晶膜。

2 5 . (補正後） 基板上 に形成 さ れた非単結晶膜であ っ て、 前記非 単結晶膜面上 に 、 単色光 を 照射 し て得 ら れる 回折光の 出射角が異な 20 る 複数種の領域が存在 し て い る こ と を特徴 とする非単結晶膜。

2 6 . 駆動回路内蔵型液晶表示装置用 の非単結晶半導体膜で あ つ て、 画素部 に対応する 領域 と 駆動回路部に対応する 領域 にお け る 回 折光 の 出射角が異な っ て い る こ と を特徴 と する非単結晶半導体膜。

25

2 7 . 基板上 に形成 さ れた非単結晶膜であ っ て、 ラ マ ン分光法

37

補正された用紙 (条約第 19条） よ る ピ ー ク シ'フ ト 量が、 単結 晶 に 比べ、 3 c m _ ¹ 以下で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜。

2 8 . 基板表面 に 下地膜 を 介 し て形成 さ れた非 晶質膜 ま た は微結 晶膜 に 対 し て レー ザ光 を 照射 し て製造 さ れ た非単結晶膜付 き 基板 で あ っ て 、 前記下地膜 中 の 不純物濃度が、 基板 中 の 不純物濃度 の 1 0 万分 の 1 以下で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜付 き 基板。

2 9 . (補正後） 基板上 に 形成 さ れ た非単結晶膜で あ っ て 、 前記非 単結 晶膜面上 に 、 光 を 照射 し た 場合 に 回折光が発生 し 、 そ の 回 折光 を検 出 す る こ と が可能な 領域が存在 し て い る こ と を 特徴 と す る 非 単 結 晶膜。

3 0 . 請求項 2 9 に 記載 の非単結 晶膜で あ っ て 、 前記領域が、 少 な く と も 一辺が 0 . 5 m m以上 の 長方形 を含んで い る こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜。

3 1 . 請求項 1 8 〜 3 0 の い ずれか 一項 に 記載 の非単結 晶膜 を 半 導体膜 と し て用 い た こ と を 特徴 と す る 薄膜 ト ラ ン ジス タ 。

3 2 . 請求項 3 1 に 記載 の 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ が基板上 に 形成 さ れ て な る こ と を 特徴 と す る 薄膜 卜 ラ ン ジ ス 夕 ア レ イ 。

3 3 . 請求項 3 2 に 記載 の 薄膜 ト ラ ン ジス タ ア レ イ を 用 い た こ と を 特徴 と す る 画像表示装置。

38

補正された用紙 (条約第 19条）

3 4 . ( '追'カ卩 ) 請求項 1 4 に 記載 の非単結晶膜 の 製造方法 で あ っ て 、 前記結 晶化工程 に お い て 、 前記基板 の温度 を 、 前記基板 に対す る 冷却 と 加熱 と に よ り 一定 の 冷却温度 に 保持 し な が ら 、 前記 レ ーザ を 前記非晶質膜 ま た は微結 晶膜 に 照射す る こ と を 特徴 と す る 非単結晶 膜 の製造方法。

3 5 . (追加） 請求項 3 4 に 記載の非単結晶膜 の製造方法で あ っ て 、 前記結晶化工程 に お い て 、 前記基板 の温度 を モ ニ タ ー し 、 モ ニ タ 一 し た温度が前記冷却温度よ り 低 い場合 に 、 前記基板 の温度 を 前記 冷却温度 ま で加熱す る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜 の 製造方法。

3 6 . (追加） 請求項 1 7 に 記載 の非単結晶膜 の製造装置で あ っ て 、 前記制御手段が、 前記 レーザの照射 中 に 、 前記基板 を 冷却す る 手 段及び前記基板 を 加熱す る 手段 を 同時 に コ ン 卜 ロ ール し て 、 前記基 板 の温度 を 一定 の冷却温度 に維持す る 手段で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜の製造方法。

3 7 . (追加） 請求項 2 2 に 記載の非単結晶膜で あ っ て、 前記複数 種の領域各 々 は、 主 ピー ク 波長 を λ i n m及び主 ピー ク に対す る 波 長分布 の 半値幅 を Δ λ i n m、 並びに 、 各領域内 に お け る 主 ピー ク の ピー ク 波長分布 の 標準偏差 を σ _{λ ί} と す る と 、 下記条件式 （ 5 ) 及 び （ 6 ) を 満たす こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜。

Δ λ \ / λ i ≤ 0 . 3 - ( 5 )

σ _λ , / λ i ≤ 0 . 1 5 … （ 6 )

( i ： 主 ピー ク の ピー ク 波長 の 異な る 各領域）

39

補正された用紙 (条約第 19条）

3 8 . ('追'加） 請求項 2 3 に 記載 の非単結晶 半導体膜で あ っ て 、 前 記画素部及び前記駆動 回路部 に対応す る 領域各 々 が、 前記回折光 の ピー ク 波長 を それぞれ λ , n m及び λ ₂ n m、前記 回折光 の主 ピー ク に 対す る 波長分布 の 波 長 半値 幅 を それぞれ △ λ J n m 及び Δ λ ₂ η m、 並びに 、 各領域内 に お け る 主 ピー ク の ピ ー ク 波長分布 の標準偏 差 をそれぞれ ひ _{λ 1} 及 び σ _{λ 2} と す る と 、 下記条件式 （ 7 ) 及び （ 8 ) を 満たす こ と を 特徴 と す る 非単結晶半導体。

Δ λ \ / λ i ≤ 0 . 3 = 2 ) - ( 7 )

σ _λ i / λ i ≤ 0 . 1 5 ( i = 1 , 2 ) - ( 8 )

3 9 . (追加） 請求項 2 5 に 記載 の非単結晶膜で あ っ て、 前記複数 種の領域各 々 は、 前記 出射角 を i 度、 前記 回折光強度 の 角 度分布 にお け る 角度半値幅 を Δ i 度、 及 び、 各領域内 に お け る 前記 出射 角 の分布 の標準偏差 を σ _{φ ί} と す る と 、 下記条件式 （ 9 ) 及び （ 1 0 ) を 満たす こ と を特徴 と す る 。

s i n ( (i) i + 厶 * i Z 2 ) / s i n <i) i ≤ 0 . 1 5 - ( 9 ) σ _{φ 1} / ( 3 ί η ΐ ) ≤ 0 . 1 5 - ( 1 0 )

( i ： 出射角 の 異な る 各領域）

4 0 . (追加） 請求項 2 6 に 記載の非単結晶半導体膜で あ っ て 、 前 記画素部及び前記駆動 回路部 に対応す る 領域各 々 が、 単色光 を 照射 し て得 ら れ る 最 も 強 い 回折光 の 出射角 を それぞれ <i) i 度 及 び Φ ₂ 度、 回折光強度 の 角 度分布 に お け る 角 度半値幅 を そ れぞれ Δ φ , 度及 び Δ (/> ₂ 度、 並びに 、 各 領域 内 に お け る 最 も 強 い 回折光 の 出 射角 分布 の標準偏差 をそれぞれ σ _{φ 1} 及び ひ _{φ 2} と す る と 、 下記条件式 （ 1 1

) 及び （ 1 2 ) を 満 たす こ と を特徴 と す る 非単結 晶半導体膜。

40

補正された用紙 (条約第 19条） s ϊ ή '( ' ϊ + Δ ϊ / 2 ) / s ϊ η ί ≤ 0 . 1 5 ( i ： 1 ， 2 ) - ( 1 1 )

σ _{φ x} / ( s ΐ η φ ί ) ≤ 0 . 1 5 ( 1 : 1 , 2 ) - ( 1 2 ) 4 1 . (追加） 請求項 2 8 に 記載 の非単結 晶膜付 き基板 で あ っ て 、 前記基板 と の 界面か ら 1 0 0 O A 離れた 前記下地膜内 の 層 に お け る 不純物濃度が、 前記基板 中 の不純物濃度 の 1 0 万分の 1 以下で あ る こ と を 特徴 と す る 非単結 晶膜付 き基板。 4 2 . (追加） 請求項 4 1 に 記載 の非単結晶膜付 き基板で あ っ て 、 前記非単結晶膜が、 光 を照射 し て得 ら れ る 回折光 の主 ピ ー ク の 波長 を λ n m及び前記主 ピ ー ク に対す る 波長分布 の 半値幅 を Δ λ n m 、 並びに 、 各領域内 にお け る 前記主 ピー ク の ピー ク 波長分布 の標準偏 差 を σ _λ と す る と 、 下記条件式 （ 1 3 ) 及 び （ 1 4 ) を 満たす領域 を 有す る こ と を 特徴 と する 非単結晶膜付 き 基板。

Α λ / λ ≤ 0 . 3 - ( 1 3 )

σ _λ / λ ≤ 0 . 1 5 - ( 1 4 )

4 3 . (追加） 請求項 4 1 に 記載 の非単結 晶膜付 き基板で あ っ て 、 前記非単結 晶膜が、 光 を 照射 し て得 ら れ る 回折光 の主 ピー ク の ピ ー ク 波長の 異な る 複数種 の領域 を 有 し てお り 、 かつ 、 前記複数種 の 領 域各 々 は、 前記主 ピー ク の ピー ク 波長 を λ i n m及び前記主 ピ ー ク に対す る 波長分布 の 半値幅 を Δ λ i n m 、 並びに 、 各領域内 に お け る 前記主 ピー ク の ピー ク 波長分布 の標準偏差 を σ _λ i と す る と 、下記 条件式 （ 1 5 ) 及び （ 1 6 ) を 満たす こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜

41 補正された用紙 (条約第 19条） Δ λ / λ i ≤ 0 . 3 - ( 1 5 )

σ _λ j / λ i ≤ 0 . 1 5 - ( 1 6 )

( i ： 主 ピー ク の ピ ー ク 波長 の 異な る 各領域）

4 4 . (追加） 請求項 4 1 に 記載 の非単結晶膜付 き 基板で あ っ て 、 前記非 単結晶膜が、 単色光 を 照射 し て得 ら れ る 回折光 の光強度 の 最 も 強 い 出 射角 を <i) 度及び前記回折光強度 の 角度分布 の 角 度半値幅 を Δ φ 度、 並びに 、 各領域内 に お け る 前記回折光 の光強度が最大 と な る 出射角 の分布 の 標準偏差 を σ _φ と す る と 、 下記条件式 （ 1 7 ) 及 び （ 1 8 ) を 満たす領域 を 有す る こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜付 き 基板。

s i n ( + Δ φ / 2 ) / s i η φ ≤ 0 . 1 5 - ( 1 7 ) ο _ώ / ( s ί η ) ≤ 0 . 1 5 - ( 1 8 )

4 5 . (追加） 請求項 4 1 に 記載 の非単結 晶膜付 き基板で あ っ て 、 前記非単結晶膜が、 単色光 を 照射 し て得 ら れ る 回折光 の光強度 の 最 も 強 い 出射角 を 異 にす る 複数種 の 領域 を 有 し てお り 、 かつ 、 前記複 数種 の領域各 々 は、 前記 出射角 を Φ i 度、 前記回折光強度 の角 度分 布 に お け る 角度半値幅 を Δ Φ i 度、 及 び、 各領域内 に お け る 前記 出 射角 の 分布 の標準偏差 を σ _{φ ί} と す る と 、 下記条件式 （ 1 9 ) 及び （ 2 0 ) を 満たす こ と を 特徴 と す る 非単結晶膜付 き基板。

s i n ( ί + Α i / 2 ) / i η ι ≤ 0 . 1 5 ··· ( 1 9 ) σ _φ , / ( s ί η ϊ ) ≤ 0 . 1 5 - ( 2 0 )

( i ： 出射角 の 異な る 各領域）

42

された用紙 (条約第 19条) 条約第 1 9条 （ 1 ) に基づく説明書 請求の範囲 2 2、 2 4、 2 5、 2 9項は、 各項の記載を明確にするための補正である。 請求の範囲 3 4は、 先行技術文献との差異を明確にするための補正であり、 先行技術文 献に記載の製造方法では、 レーザ照射中の基板又は結晶化される膜の温度がそれらと接触 する冷却媒体のみにより決定されるが、 本発明においては、 冷却媒体及び加熱媒体を併用 することにより所望の一定な冷却温度を維持することにより、 結晶性及び結晶の均一性を 向上させる効果を奏する。 この補正は、 実施の形態 4及び実施の形態 5に基づく。

請求の範囲 3 5項は、 実施の形態 7に基づき、 基板冷却温度の維持方法を減縮する。 請求の範囲 3 6項は、 実施の形態 5に基づき、 基板温度を維持する制御手段を減縮する。 請求の範囲 3 7及び 3 8項は、 非単結晶膜の結晶性及び結晶の均一性について限定する ための補正であり、 2 3頁に記載の実施の形態 8に基づき非単結晶膜の特徴を明確にする。 請求の範囲 3 9及び 4 0項は、 非単結晶膜の結晶性及び結晶の均一性について限定する ための補正であり、 2 4頁に記載の実施の形態 8に基づき本発明に係る非単結晶膜の特徴 を明確にする。

請求の範囲 4 1項は、 実施の形態 1 1に基づき、 下地膜中における不純物濃度の限定を 減縮する。 レーザ照射中に基板を加熱する先行技術との差異が明確となる。

請求の範囲 4 2— 4 5は、 実施の形態非単結晶膜付き基板に形成された本発明に係る非 単結晶膜の特徴を明確にする。 これにより、 先行技術文献の如く冷却媒体のみにより冷却 するよりも厳密に温度制御された状態で結晶化された非単結晶膜の特徴が明確になる。