WO2006075568A1 - 多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置 - Google Patents

多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置 Download PDF

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Hiroshi Tsunazawa
Junichiro Nakayama
Tetsuya Inui
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Sharp Kabushiki Kaisha
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    • H01L27/1296—Multistep manufacturing methods adapted to increase the uniformity of device parameters

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film having a uniform and long lateral growth distance and which can be preferably applied to thin film transistors and the like. Specifically, for example, an amorphous silicon film or a crystalline silicon film formed on an insulating substrate such as glass is crystallized by irradiation with an energy beam, or crystallinity is improved.
  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polycrystalline semiconductor thin film manufacturing method and a manufacturing apparatus.
  • amorphous or polycrystalline silicon is used as an active layer.
  • a polycrystalline silicon thin film transistor has many advantages over an amorphous silicon thin film transistor because of its high electron mobility.
  • a driver circuit and a part of peripheral circuits can be formed on one substrate just by forming a switching element in the pixel portion. This eliminates the need to mount a separate driver IC or drive circuit board on the display device, and thus enables the display device to be provided at a low price.
  • Another advantage is that the transistor size can be miniaturized, so that the switching element formed in the pixel portion can be reduced and a high aperture ratio can be achieved. Therefore, it is possible to provide a display device with high brightness and high definition.
  • an amorphous silicon thin film is formed on a glass substrate by a CVD method or the like, and then a separate step for polycrystallizing amorphous silicon is required.
  • a high-temperature annealing method at 600 ° C. or higher, it is necessary to use an expensive substrate that can withstand high temperatures, which is an obstacle to the low cost of the display device.
  • the laser crystallization technique is such that a glass substrate on which an amorphous silicon thin film is formed is heated to about 400 ° C, and the glass substrate is scanned while having a length of 200 to 400 mm and a width of 0.2 to 1.0 mm.
  • a general method is to continuously irradiate a glass substrate with an approximately linear laser beam.
  • crystal grains having a grain size of about 0.2 to 0.5 m are formed.
  • the portion of the amorphous silicon irradiated with the laser melts over the entire region in the laser irradiation region by melting, leaving a part of the amorphous region that is not melted throughout the thickness direction. Crystal nuclei are generated, crystals grow toward the outermost layer of the silicon thin film, and randomly oriented crystal grains are formed.
  • the above method provides a transistor with superior characteristics compared to an amorphous silicon thin film transistor, the crystal grain size is not sufficiently large relative to the channel region of the thin film transistor.
  • the mobility is smaller than that of single crystal silicon, and the transistor characteristics are likely to appear as variations.
  • Patent Document 1 discloses a technique called superlateral growth.
  • the method described in Patent Document 1 irradiates a pulsed laser onto a silicon thin film, melts the silicon thin film over the entire thickness direction of the laser irradiation region, and laterally from the boundary between the molten portion and the unmelted portion, that is, glass.
  • acicular crystals are obtained.
  • Super lateral growth is a force that can be completed by irradiating a laser pulse once.
  • a laser pulse is irradiated sequentially, it overlaps a part of the needle-like crystal formed by the previous laser irradiation.
  • a longer needle-like crystal grows and a large crystal having a uniform orientation in the crystal growth direction is obtained.
  • 7 and 8 are plan views illustrating an example of a polycrystalline semiconductor thin film obtained by a normal lateral growth method.
  • a semiconductor thin film is irradiated with a laser beam having a fine width of 2 to 3 ⁇ m
  • the boundary between the melting region and the unmelted region also grows in lateral growth directions 72a and 72b, that is, needle-like crystals in the horizontal direction, and the center of the melting region.
  • the crystals grown from both sides collide and the growth is completed.
  • the melting region 71 has a length more than twice the lateral growth distances 73a and 73b, a fine crystal region 74 is formed at the center of the laser irradiation region as shown in FIG.
  • FIG. 9 to: L 1 is a plan view for explaining an example of a crystal obtained by a super lateral growth method.
  • the super lateral growth method as shown in FIGS. 9 to 11, when laser pulses are sequentially irradiated so as to overlap a part of the needle-like crystal formed by the previous laser irradiation, the already grown crystal As a result, a longer needle-like crystal grows and a long crystal having a uniform orientation in the crystal growth direction is obtained.
  • the lateral growth distances 83a and 83b are about 1 ⁇ m.
  • the semiconductor thin film is again irradiated with a laser beam having a fine width of 2 to 3 m to melt the semiconductor thin film in the melting region 81b over the entire thickness direction.
  • the boundary force between the melted region and the unmelted region grows again in the horizontal direction, and the acicular crystal grows in the center of the melted region 81b.
  • one of the central portions of the melting region 81b takes over the already grown crystal and further grows a long needle-like crystal.
  • the semiconductor thin film is again irradiated with a laser beam having a fine width of 2 to 3 m, and the semiconductor thin film in the melting region 81c is melted over the entire thickness direction to be recrystallized.
  • a laser beam having a fine width of 2 to 3 m
  • the semiconductor thin film in the melting region 81c is melted over the entire thickness direction to be recrystallized.
  • the semiconductor thin film is irradiated with a laser beam having a fine width of 2 to 3 m for the nth time, and the semiconductor thin film in the melting region 81e is melted over the entire thickness direction and recrystallized. Then, this very long needle-like crystal can be further grown.
  • JP-A-4-338631 Patent Document 2
  • JP-A-6-291034 Patent Document 3
  • JP-A-2002-261015 Patent Document 4
  • the lateral growth distances 83a and 83b in FIG. 9 are about 1 ⁇ m. Therefore, in order to eliminate the grain boundary in the channel length direction of the thin film transistor, that is, to form a needle-like long silicon crystal as shown in FIG. 11, the length of the crystal grown by one laser pulse irradiation Therefore, it is necessary to repeat laser pulse irradiation at a feed pitch of about 1Z2 to 2Z3, that is, an extremely fine feed pitch of about 0.5 to 0.7 m.
  • the size of the crystal grains themselves is as large as about 1 to 2 m.
  • crystal nuclei are generated all over the laser irradiation region, and crystals grow on the outermost layer of the silicon thin film, forming randomly oriented crystal grains.
  • the grain boundaries of polycrystalline silicon exist, and a significant improvement in electron mobility can be expected.
  • Patent Document 1 Special Table 2000-505241
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 4-338631
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 6-291034
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-261015
  • the present invention solves the above-described problems, and increases the lateral growth distance of a semiconductor crystal obtained by one-time melting and crystallization of a semiconductor thin film by laser light irradiation, thereby improving the quality of a polycrystalline semiconductor region. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a polycrystalline semiconductor thin film, which can efficiently produce a polycrystalline semiconductor thin film having the following.
  • the present invention is a method for producing a polycrystalline semiconductor thin film having a laterally grown polycrystal, and the first laser beam having an energy amount capable of melting and crystallizing the semiconductor thin film over the entire thickness direction. Irradiating the first irradiation region of the semiconductor thin film; irradiating the second irradiation region including the first irradiation region with a second laser beam having an energy amount without melting the semiconductor thin film;
  • the present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film containing.
  • the optical axis of the first laser beam is perpendicular to the surface of the semiconductor thin film
  • the optical axis of the second laser beam is oblique to the surface of the semiconductor thin film.
  • the first irradiation region and the second irradiation region both have a plurality of rectangles, the first laser beam is a pulsed laser beam, and the semiconductor thin film has an optical axis of the second laser beam. It is preferable that the direction of the orthogonal projection with respect to the surface is set to be the short side direction of the first irradiation region.
  • the first laser light has a wavelength in the ultraviolet range
  • the second laser light has a wavelength in the visible to infrared range.
  • the present invention is also an apparatus for manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film having a laterally grown polycrystal, a holding means for holding a substrate on which the semiconductor thin film is formed, and a precise positioning of a laser light irradiation position.
  • Means a first laser light source that emits a first laser light having a quantity of energy that can melt and crystallize the semiconductor thin film in the thickness direction, and the semiconductor thin film is not melted.
  • a second laser beam having an energy amount
  • a second laser light source for radiating; a first irradiation region adjusting means for adjusting the irradiation region of the first laser beam; and a second irradiation region for adjusting the irradiation region of the second laser beam.
  • a polycrystalline semiconductor thin film manufacturing apparatus including an adjusting means.
  • the first laser light is irradiated in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor thin film, and the second laser light is obliquely directed to the surface of the semiconductor thin film.
  • the polycrystalline semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention has means for adjusting the beam shape so that the first laser beam and the second laser beam provide a rectangular irradiation region, and It is preferable that the direction of the orthogonal projection of the optical axis of the second laser beam with respect to the surface of the semiconductor thin film is the short side direction of the irradiation region of the first laser beam.
  • the precision positioning means in the polycrystalline semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention is provided with a moving mechanism, which moves the upper shaft and two parallel parts that are orthogonal to each other with both ends of the upper shaft interposed therebetween.
  • a gantry structure having at least a lower shaft as a shaft, and a holding means is provided on the upper shaft of the moving mechanism, and the moving mechanism is scanned in the direction of the upper axis to relatively move the semiconductor. It is preferable that the laser beam on the thin film be scanned.
  • the first laser beam has a wavelength in the ultraviolet range
  • the second laser beam has a wavelength in the visible range, the infrared range. It is preferable.
  • the first laser beam having an energy amount that melts and crystallizes the semiconductor thin film formed on the substrate over the entire thickness direction, and the energy amount that does not melt the semiconductor thin film.
  • a long melting time of the semiconductor thin film is secured, and the lateral growth distance of the needle crystal can be increased.
  • long needle-like crystals can be easily laterally grown in the semiconductor thin film, and a high-quality polycrystalline semiconductor thin film can be formed, which can efficiently produce a polycrystalline semiconductor thin film that provides uniform and good semiconductor properties. It is.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a polycrystalline semiconductor thin film produced in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration of a polycrystalline semiconductor thin film production apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the shape of a slit pattern applied in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining lateral growth of acicular crystals in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining lateral growth of acicular crystals in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a shape of a slit pattern applied in the second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating an example of a polycrystalline semiconductor thin film obtained by a normal lateral growth method.
  • FIG. 8 is a plan view for explaining an example of a polycrystalline semiconductor thin film obtained by a normal lateral growth method.
  • FIG. 9 is a plan view for explaining an example of a crystal obtained by a super lateral growth method.
  • FIG. 10 is a plan view for explaining an example of a crystal obtained by a super lateral growth method.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining an example of a crystal obtained by a super lateral growth method.
  • the semiconductor thin film is spread over the entire thickness direction. Accordingly, the semiconductor thin film melts in the first irradiation region irradiated with the first laser beam having an energy amount that can be melted and crystallized, and crystallization is caused by lateral growth. Furthermore, by irradiating the second irradiation region including the first irradiation region with the second laser light, a long melting time of the semiconductor thin film is secured. In this case, the generation of crystal grains by rapid cooling and the growth of fine crystals in a random direction are prevented, and the lateral growth distance of the acicular crystals can be increased.
  • the second laser beam is irradiated in an oblique direction with respect to the semiconductor thin film surface.
  • the utilization efficiency of laser light can be maximized.
  • the first laser beam and the second laser beam are laser beams that give a rectangular irradiation region, and the direction of the orthogonal projection of the irradiation optical axis of the second laser beam with respect to the semiconductor thin film surface is
  • the acicular crystal is preferably laterally grown in the direction of the short side of the irradiation region of the first laser beam.
  • the lateral growth distance in the rectangular irradiation region can be made the same, thereby improving the manufacturing efficiency and the semiconductor.
  • the characteristics can be made uniform.
  • the first laser beam used in the present invention is not particularly limited as long as the semiconductor thin film can be melted and crystallized.
  • a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm)
  • Various solid-state lasers such as KrF excimer laser (wavelength 248 nm) are relatively easily absorbed by the semiconductor thin film, and are desirably laser light having a wavelength in the ultraviolet region.
  • the second laser beam is not particularly limited as long as it has a lower absorption rate in the semiconductor thin film than the first laser beam and has an energy amount without melting the semiconductor thin film.
  • the laser light has a wavelength in the visible range, infrared range, and various gas lasers represented by a carbon dioxide laser (wavelength: 10.6 m).
  • the rapid cooling of the semiconductor thin film melted by the irradiation of the first laser beam causes the irradiation of the second laser beam. Prevent by It is stopped and longer needle crystals can be laterally grown.
  • a particularly preferable combination is a combination using a XeCl excimer laser as the first laser beam and a carbon dioxide laser as the second laser beam.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a polycrystalline semiconductor thin film produced in the present invention.
  • a polycrystalline semiconductor thin film 13 is formed on a glass substrate 11 serving as a TFT substrate, preferably via a base film 12.
  • the base film 12 is formed as an impurity diffusion preventing layer for preventing the diffusion of impurities from the glass substrate 11, and an inorganic insulating film, particularly a silicon dioxide film is preferably used.
  • known methods such as vapor deposition, sputter film formation, and CVD can be preferably employed.
  • an amorphous silicon film is preferably formed.
  • the amorphous silicon film can be formed by, for example, a CVD method, but the film forming method is not limited to this, and sputtering, vapor deposition, or the like can be used.
  • the thickness of the amorphous silicon film as the polycrystalline semiconductor thin film 13 varies depending on characteristics and process conditions required for a transistor to which a semiconductor device formed with the semiconductor thin film of the present invention is applied. A film thickness in the range of about 10 nm force and several hundred nm, particularly typically about 30 nm to lOO nm can be preferably used. In the present embodiment, it can be set to 50 nm.
  • the first laser light having an energy amount capable of melting and crystallizing the amorphous silicon film over the entire thickness direction, and the set irradiation region is amorphous.
  • a second laser beam having an energy amount is irradiated to each set region on the amorphous silicon film.
  • a first irradiation region irradiated with the first laser light and a second irradiation region including the first irradiation region and irradiated with the second laser light are respectively set, and the The first irradiation region is irradiated with the first laser beam, and the second irradiation region is irradiated with the second laser beam.
  • the first irradiation area and the second irradiation area are half cut by scanning with laser light and Z or semiconductor thin film. Move on the conductor thin film. Thereby, the silicon needle crystal is laterally grown in the semiconductor thin film.
  • an XeCl excimer laser is used for the first laser light and a carbon dioxide laser is used for the second laser light will be described.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the polycrystalline semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention.
  • the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a holding unit 201 for holding a substrate on which a semiconductor thin film is formed, a precision positioning unit 204 for fixing a laser beam irradiation position to which the holding unit 201 is fixed, and a thickness of the semiconductor thin film.
  • a first laser light source 206 that emits a first laser beam having an energy amount that can be melted over the entire direction, and a second laser beam that emits a second laser beam having an energy amount that does not melt the semiconductor thin film.
  • the precision positioning means 204 has a moving mechanism.
  • the moving mechanism includes an upper shaft 202 to which the holding means 201 is fixed, and a lower shaft 203 that is two parallel axes orthogonal to each other with both ends of the upper shaft 202 interposed therebetween. It is formed as a gantry structure having at least. By scanning the holding means 201 in the upper axis direction, the laser light is relatively scanned on the semiconductor thin film formed on the glass substrate 205.
  • the laser beam is irradiated from the laser oscillator as the first laser light source 206, converted into an appropriate beam size by an optical element group 207 such as an expander and a homogenizer, and further, the laser beam
  • the light beam having a uniform light intensity in the cross section of the beam so that the energy distribution in the irradiation region is uniform is applied to the semiconductor thin film formed on the glass substrate 205 via the first irradiation region adjusting means. Irradiated as 1 beam light.
  • the first irradiation region adjusting means for example, a mirror 208, a field lens 209, a photomask 210, an imaging lens 211, and the like as shown in FIG. 2 are provided. That is, after the laser light emitted from the optical element group 207 is reflected by the mirror 208 and passed through the field lens 209 and the photomask 210, it is formed as a plurality of fine slit energy beams. Then, the light is condensed by the imaging lens 211 and irradiated onto the semiconductor thin film formed on the glass substrate 205 as the first beam light.
  • the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a laser oscillator as a second laser light source 212, an encoder.
  • the light is reflected by the mirror 214 and is irradiated as the second laser light onto the glass substrate 205 through the field lens 215 and the imaging lens 216 as necessary.
  • the first laser beam and the second laser beam have different optical axes.
  • the first laser beam is preferably irradiated in a direction perpendicular to the semiconductor thin film surface
  • the second laser beam is irradiated in an oblique direction with respect to the semiconductor thin film surface.
  • the first laser beam is irradiated in a direction perpendicular to the semiconductor thin film surface
  • the second laser beam is irradiated in an oblique direction to the semiconductor thin film surface. The configuration is shown.
  • the incident angle of the second laser light is determined by the optical equipment for irradiating the first laser light, that is, the first laser light source 206, the optical element group 207, the mirror 208, the field lens 209, and the forma mask. If it is set so that it does not mechanically interfere with 210, imaging lens 211, etc., and is smaller than the angle at which total reflection occurs on the surface of the glass substrate 205, it is not particularly limited. For example, 20 ° It may be set in a range of about ⁇ 45 °.
  • the irradiation direction of the first beam light emitted from the first beam light source 206 is a direction perpendicular to the glass substrate 205, that is, an incident angle of 0 °, and the second beam light source
  • the irradiation direction of the second beam light irradiated from the above is an oblique direction with respect to the glass substrate 205, and the incident angle of the second laser light can be 45 °.
  • the first laser light source 206 and the second laser light source 212 are not limited as long as the first laser light source 206 and the second laser light source 212 can emit the first laser light and the second laser light, respectively.
  • the first laser light source 206 and the second laser light source 212 that can emit the pulsed laser light are used.
  • the first laser beam and the second laser beam in the present invention are both irradiated region surfaces. It is preferable that the energy distribution is adjusted so as to be substantially uniform. As a result, the variation in the lateral growth rate depending on the position in the laser light irradiation region can be reduced, and uniform crystallization is possible.
  • the beam shapes of the first laser beam and the second laser beam in the present invention those giving irradiation regions of various shapes such as a rectangle, a circular system, and an ellipse can be adopted. It is preferable to have a beam shape that gives a rectangular irradiation area in terms of eliminating variations in the irradiation time of the laser beam in the surface direction of the body thin film, that is, in the horizontal direction, and allowing efficient crystallization.
  • the rectangle in the present invention means a rectangle in particular. In the present embodiment, the case where the displacement of the irradiation area of the first laser beam and the second laser beam is also rectangular will be described.
  • the beam emitted from the first laser light source 206 is converted into an appropriate beam size by the expander, and the light intensity in the beam cross section is made uniform by the homogenizer.
  • the photomask 210 is irradiated.
  • the beam expander is an optical system having a telephoto system or a reduction system, and determines the size of an irradiation area on the photomask 210.
  • the homogenizer is composed of a lens array or a cylindrical lens array. The homogenizer divides the beam and recombines it to make the light intensity uniform within the irradiation area on the mask.
  • the field lens 209 has a function of causing the principal ray that has passed through the photomask 210 to enter the imaging plane perpendicularly.
  • the opening of the photomask 210 is configured as a plurality of slit patterns having a rectangular shape with a fine width
  • the laser light transmitted through the photomask 210 is a plurality of slit-shaped energy beams having a rectangular shape with a fine width.
  • the width of the slit pattern in the photomask 210 is a force determined by the width of the slit energy beam necessary for irradiation of the glass substrate 205 and the imaging magnification of the imaging lens 211.
  • the width be adjusted so that the lateral growth distance at the time of crystallization of the molten semiconductor thin film, that is, the size of about twice the length of the needle crystal to be formed.
  • the lateral growth distance is about 5 ⁇ m to about 20 ⁇ m, so the width of the slit-shaped energy beam is about 10 / zm to about 40 m is desirable.
  • the imaging of the imaging lens 211 When the magnification is 1Z4, the width of the slit pattern in the photomask 210 can be about 40 ⁇ m to about 160 / zm.
  • the slit-shaped energy beam has a width of 20 / zm and the imaging lens 211 having an imaging magnification of 1Z4 is used. Therefore, the width of the slit pattern in the photomask 210 is 80 ⁇ m. .
  • carbon dioxide laser light is used as the second laser light emitted from the second laser light source 212.
  • the beam emitted from the second laser light source 212 is converted into an appropriate beam size by the expander, and the light intensity in the beam section is made uniform by the homogenizer.
  • the beam expander is an optical system having a telephoto system or a reduction system, and determines the size of the incident area to the homogenizer.
  • the homogenizer since the coherence is high, it is preferable to make the light intensity uniform in the irradiation region on the glass substrate 205 by the homogenizer constituted by a diffractive optical element or an aspheric lens.
  • the carbon dioxide laser light as the second laser light in the present embodiment is irradiated with a certain amount of energy without melting the amorphous silicon film, that is, the irradiation region by the carbon dioxide laser, that is, the second irradiation in the present invention.
  • the region is at least an irradiation region of excimer laser light as the first laser light, that is, equivalent to the first irradiation region in the present invention, or includes an irradiation region of the excimer laser light, and a region wider than the irradiation region. It is desirable to do so.
  • the second laser light in the present invention is preferably pulsed.
  • the lateral growth of needle crystals from the semiconductor thin film can proceed at a uniform rate.
  • the carbon dioxide laser beam as the second laser beam is pulsed.
  • the pulse width of the pulsed second laser light can be varied depending on the peak intensity of the laser light, and can be set to several tens / z s to several ms, for example.
  • both the first beam light and the second beam light are pulsed.
  • the pulse width force of the second laser light be sufficiently larger than the pulse width of the first laser light.
  • the first laser light irradiation is performed simultaneously with the second laser light irradiation.
  • the first laser light irradiation is the second laser light irradiation. It is also preferable to be performed immediately before or after.
  • FIG. 3 is a diagram showing the shape of the slit pattern applied in the first embodiment.
  • a slit pattern having openings as shown in FIG. 3 is used.
  • the slit pattern in FIG. 3 is roughly composed of two slit pattern groups, and the first slit pattern group 31 is configured such that a plurality of slit patterns are arranged at equal intervals in the slit width direction.
  • the second slit pattern group 32 has an interval equal to the interval between the plurality of slit patterns constituting the first slit pattern group 31 and the same size as the plurality of slit patterns constituting the first slit pattern group 31.
  • a plurality of slit patterns are arranged side by side.
  • the second slit pattern group 32 corresponds to the length of the slit pattern in the length direction of the plurality of slit patterns constituting the first slit pattern group 31 from the first slit pattern group 31, or It is configured with a distance slightly larger than the length of the slit pattern.
  • the center 34 in the width direction of each slit pattern of the second slit pattern group 32 is the center 35 of the interval between the slit patterns constituting the first slit pattern group 31, that is, the first slit pattern group 31.
  • the center of the light-shielding part existing between the slit patterns of the slit pattern group 31 is configured to coincide with the position in the width direction.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams for explaining the lateral growth of needle crystals in the first embodiment.
  • an excimer laser beam as the first laser beam transmitted from the opening 33 of the first slit pattern group 31 and the second slit pattern group 32 is used, and the opening of the first slit pattern group 31 is used.
  • the first irradiation region 41 corresponding to the first irradiation region 41 and the first irradiation region 42 corresponding to the opening of the second slit pattern group 32 are subjected to the first pulse irradiation, and the amorphous silicon film in the first irradiation regions 41 and 42 Is melted and crystallized. Subsequently, the glass substrate is moved in the direction of the arrow 36 by the moving mechanism, and the first irradiation region 41 where the first pulse irradiation is performed as described above and the opening of the second slit pattern group 32 are connected to the slit pattern. Match in the length direction.
  • the second pulse irradiation using the same first laser light as the first time is performed to melt and crystallize the amorphous silicon film. That is, the second pulse irradiation power S of the first laser beam is applied to the needle-like crystal laterally grown in the first irradiation region 41 at the position of the first irradiation region 51 during the first pulse irradiation. It becomes. From this, it is possible to obtain a needle-like crystal having a long lateral growth distance 52 by taking over the force of the needle-like crystal grown laterally by the first pulse irradiation.
  • the second laser beam is applied to the rectangular second irradiation region including all the first irradiation regions 41 and 42 at the same time as the excimer laser beam irradiation as the first laser beam.
  • the carbon dioxide laser beam is irradiated.
  • the slit pattern width 37 shown in FIG. 3 is 80 ⁇ m, and the slit pattern width interval 38 is 64 m.
  • the imaging lens 211 having an imaging magnification of 1Z4 in the above-described two pulse irradiation steps, the excimer laser beam as the first laser beam and the carbon dioxide laser beam as the second laser beam are used for crystallizing.
  • the lateral growth distance 52 shown in FIG. 5, that is, the length of the needle crystal can be produced on the glass substrate without any gap.
  • the glass substrate is irradiated with a carbon dioxide laser as the second laser beam in an oblique direction.
  • a carbon dioxide laser as the second laser beam in an oblique direction.
  • the intensity distribution of the beam on the glass substrate surface is slightly non-uniform due to the difference in focal length.
  • the lateral growth distance may not be uniform in the irradiated area Occurs.
  • the beam in the long side direction of the irradiation region is the short side of the rectangular irradiation region of the excimer laser beam.
  • the short side of the rectangular irradiation region of the excimer laser beam is set in a direction parallel to the orthogonal projection of the irradiation optical axis of the carbon dioxide laser beam to the glass substrate surface. It is preferable that the lateral growth distance be uniform over the entire slit pattern group.
  • FIG. 6 is a diagram showing the shape of the slit pattern applied in the second embodiment.
  • a slit pattern having openings as shown in FIG. 6 is used for the photomask 210 shown in FIG.
  • the slit pattern in FIG. 6 is roughly composed of four slit pattern groups, and the slit pattern group 61 is configured such that a plurality of slit patterns are arranged at equal intervals in the slit width direction.
  • the slit pattern group 62 a plurality of slit patterns having the same dimensions as the plurality of slit patterns constituting the slit pattern group 61 are arranged at the same interval as the plurality of slit patterns constituting the slit pattern group 61. It is configured.
  • the slit pattern group 62 is slightly larger than the slit pattern length in the length direction of the slit pattern constituting the slit pattern group 61 or the slit pattern length from the slit pattern group 61. Configured at a distance.
  • the slit pattern group 63 and the slit pattern group 64 have a positional relationship between the slit pattern group 62 and the slit pattern group 63, and a positional relationship between the slit pattern group 63 and the slit pattern group 64, respectively. It is configured to be similar to the positional relationship with.
  • the holding means for holding the glass substrate is scanned in the upper-axis direction of the moving means, whereby the semiconductor formed on the glass substrate.
  • the first laser beam is scanned relatively on the surface of the thin film. That is, the first crystal is scanned in the direction of the arrow 65, which is the length direction of the slit pattern, so that the acicular crystals are laterally grown.
  • the slit pattern The amount of deviation in the slit pattern width direction between the group 61 and the slit pattern group 62, between the slit pattern group 62 and the slit pattern group 63, and between the slit pattern group 63 and the slit pattern group 64 is The pattern width is set from about 1Z4 to 1Z2.
  • the excimer laser light as the first laser light transmitted through the opening force of the slit pattern groups 61, 62, 63, 64 is used, and the slit pattern groups 61, 62, 63, The first irradiation region corresponding to the 64 openings is irradiated with the first pulse to melt and crystallize the amorphous silicon film in the first irradiation region. Subsequently, the glass substrate is moved in the direction of the arrow 65 by the moving mechanism, and the region irradiated with the first pulse corresponding to the opening of the slit pattern group 61 and the opening of the slit pattern group 62 are Slit pattern Match in the length direction.
  • the second pulse irradiation using the same first laser light as the first time is performed to melt and crystallize the amorphous silicon film.
  • the moving mechanism moves the glass substrate in the direction of arrow 65 by the same distance as above, and performs the third pulse irradiation, and further moves the glass substrate in the direction of arrow 65 by the same distance as above, and the fourth time.
  • pulse irradiation By these operations, acicular crystals grown laterally by the first pulse irradiation are successively taken over by the second to fourth pulse irradiations, and acicular crystals having a long lateral growth distance can be obtained.
  • the second laser is applied to the second irradiation region including the first irradiation region simultaneously with the pulse irradiation of the excimer laser light as the first laser light.
  • Carbon dioxide laser light as light is irradiated.
  • the slit patterns constituting the slit pattern groups 61, 62, 63, and 64 have a length of 4000 ⁇ m, a width of 80 ⁇ m, and an interval in the width direction of the slit patterns of 120. m, the interval in the length direction of the slit pattern is set to 20 m.
  • the same operations as in the first embodiment can be performed to grow the acicular crystals laterally.
  • a polycrystalline semiconductor thin film having a high-quality polycrystalline semiconductor region and giving uniform and good semiconductor characteristics can be easily and efficiently manufactured.
  • a thin film transistor having high electron mobility is provided. Is possible.

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Abstract

　均一かつ長いラテラル成長距離を有する多結晶半導体薄膜を効率よく製造できる多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置を提供する。ラテラル成長させた多結晶を有する多結晶半導体薄膜の製造方法であって、半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶融および結晶化させ得るエネルギー量を有する第１のレーザ光を該半導体薄膜の第１照射領域に照射する工程と、該半導体薄膜を溶融させないエネルギー量を有する第２のレーザ光を、該第１照射領域を包含する第２照射領域に照射する工程と、を含む工程を含む多結晶半導体薄膜の製造方法に関する。第１のレーザ光の光軸は半導体薄膜表面に対して垂直方向であり、かつ第２のレーザ光の光軸は半導体薄膜表面に対して斜め方向であることが好ましい。

Description

明 細 書
多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、均一かつ長いラテラル成長距離を有し、薄膜トランジスタ等に対して好 ましく適用され得る多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置に関する。詳しく は、例えば、ガラス等の絶縁性基板上に形成された非晶質 (アモルファス)シリコン膜 や結晶性シリコン膜に対し、エネルギビームを照射して結晶化させ、または結晶性を 向上させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置に関する
背景技術
[0002] 液晶やエレクト口ルミネッセンス (EL)を応用した表示装置に用いられている薄膜ト ランジスタにおいては、非晶質もしくは多結晶のシリコンが活性層として用いられる。 このうち、多結晶シリコンの薄膜トランジスタは、電子の移動度が高いため、非晶質シ リコンの薄膜トランジスタに比較し、多くの長所を有している。例えば、画素部分にス イッチング素子を形成するだけでなぐ画素周辺部分に駆動回路、一部の周辺回路 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、表示装置を低価格で提供することが可 能となる。また、その他の長所として、トランジスタの寸法を微細化できるので、画素部 分に形成するスイッチング素子が小さくなり、高開口率ィ匕が図れる。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。
[0003] 多結晶シリコン薄膜の製造方法としては、ガラス基板に CVD法などで非晶質シリコ ン薄膜を形成した後、別途、非晶質シリコンを多結晶化する工程が必要である。通常 、結晶化のァニール工程は、 600°C以上の高温ァニール法によっておこなう場合、 高温に耐える高価な基板を使用する必要があり、表示装置の低価格ィ匕の阻害要因と なって 、た。近年は短パルス発振のエキシマレーザを用いて 600°C以下の低温で非 晶質シリコンの結晶化を行なう技術が一般化され、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 ヽる。 [0004] レーザによる結晶化技術は、アモルファスシリコン薄膜を形成したガラス基板を 400 °C程度に加熱し、該ガラス基板を走査しながら、長さ 200〜400mm、幅 0. 2〜1. 0 mm程度の線状レーザビームをガラス基板上に連続的に照射する方法が一般的で ある。この方法によって、粒径 0. 2〜0. 5 m程度の結晶粒が形成される。このとき レーザを照射した部分の非晶質シリコンは、厚さ方向全域にわたって溶融するので はなぐ一部の非晶質領域を残して溶融することによって、レーザ照射領域全面にわ たって、いたるところに結晶核が発生し、シリコン薄膜最表層に向かって結晶が成長 し、ランダムな方位の結晶粒が形成される。上記の方法では、アモルファスシリコン薄 膜のトランジスタに比べると、優れた特性のトランジスタが得られるものの、薄膜トラン ジスタのチャネル領域に対して結晶粒径は十分に大き ヽとは言えず、チャネル長方 向に対して、多数の粒界が存在するため、移動度は単結晶シリコンに比べると小さく 、また、トランジスタ特性のバラツキとして現れやすいという問題点があった。
[0005] そこで、さらに高性能な表示装置を得るためには、多結晶シリコンの結晶粒径を大 きくすること、結晶の方位を制御することが必要であり、単結晶シリコンに近い性能を 得ることを目的に、近年、数多くの研究開発がなされている。特に、特表 2000— 505 241号公報 (特許文献 1)にはスーパーラテラル成長と称する技術が開示されている 。特許文献 1に記載の方法は、パルスレーザをシリコン薄膜に照射し、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、溶融部分と未溶融部分との境 界から横方向、すなわち、ガラス基板に水平な方向に結晶粒の成長を制御し、針状 の結晶を得るものである。
[0006] スーパーラテラル成長は、レーザパルスを 1回照射することで完了する力 1回前の レーザ照射で形成された針状結晶の一部に重複させて、順次レーザパルスを照射し ていくと、既に成長した結晶を引継いで、さらに長い針状の結晶が成長し、結晶の成 長方向に方位の揃った大結晶が得られると 、つた特長を有して 、る。
[0007] ここで、通常のラテラル成長法およびスーパーラテラル成長法を例に説明する。図 7および図 8は、通常のラテラル成長法によって得られる多結晶半導体薄膜の一例に ついて説明する平面図である。
[0008] 図 7において、たとえば、 2〜3 μ mの微細幅のレーザ光を半導体薄膜に照射し、 溶融領域 71の半導体薄膜を厚さ方向全域にわたって溶融させると、溶融領域と未 溶融領域との境界カもラテラル成長方向 72aおよび 72b、すなわち、水平方向に針 状の結晶が成長し、溶融領域中央部で両側から成長した結晶が衝突し成長が終了 する。もし、ラテラル成長距離 73aおよび 73bに対して、溶融領域 71が 2倍以上の長 さを有する場合には、図 8に示すように、レーザ照射領域の中央部に微細結晶領域 7 4が形成される。
[0009] 一方図 9〜： L 1は、スーパーラテラル成長法により得られる結晶の一例について説 明する平面図である。スーパーラテラル成長法では、図 9〜11に示すように、 1回前 のレーザ照射で形成された針状結晶の一部に重複させるように順次レーザパルスを 照射していくと、既に成長した結晶を引継いで、さらに長い針状の結晶が成長し、結 晶の成長方向に方位の揃った長結晶が得られると 、つた特徴を有して 、る。
[0010] 具体的には、図 9に示すように、たとえば、 2〜3 mの微細幅のレーザ光を半導体 薄膜に照射し、溶融領域 81aの半導体薄膜を厚さ方向全域にわたって溶融させると 、溶融領域と未溶融領域との境界力 ラテラル成長方向 82aおよび 82b、すなわち、 水平方向に針状の結晶が成長し、溶融領域中央部で両側から成長した結晶が衝突 し成長が終了する。ここで、スーパーラテラル成長法では、ラテラル成長距離 83aお よび 83bは約 1 μ m程度である。
[0011] 次に、図 9に示すように、再度 2〜3 mの微細幅のレーザ光を半導体薄膜に照射 し、溶融領域 81bの半導体薄膜を厚さ方向全域にわたって溶融させる。すると、図 1 0に示すように、再び溶融領域と未溶融領域との境界力 水平方向に針状の結晶が 成長し、溶融領域 81bの中央部で両側力 成長した結晶が衝突し成長が終了する。 その結果、溶融領域 81bの中央部の一方では、既に成長した結晶を引継いで、さら に長 、針状の結晶が成長することとなる。
[0012] 続いて、図 10に示すように、再度 2〜3 mの微細幅のレーザ光を半導体薄膜に 照射し、溶融領域 81cの半導体薄膜を厚さ方向全域にわたって溶融させて再結晶 化させる。これらのステップを繰り返して、 n—1回のレーザ光の照射を行うと、図 11に 示すように、溶融領域 81dの中央部の一方では、既に成長した結晶を引継いで、非 常に長い針状の結晶が成長することとなる。 [0013] そして、図 11に示すように、 n回目の 2〜3 mの微細幅のレーザ光を半導体薄膜 に照射し、溶融領域 81eの半導体薄膜を厚さ方向全域にわたって溶融させて再結晶 化させると、この非常に長い針状の結晶をさらに成長させることができる。
[0014] 他にも、例えば、特開平 4— 338631号公報 (特許文献 2)、特開平 6— 291034号 公報 (特許文献 3)、特開 2002— 261015号公報 (特許文献 4)においては、少なくと も 2本のレーザビームを用い、第 1のレーザはアモルファスシリコンを溶融'再結晶さ せ、第 2のレーザは、第 1のレーザよりもアモルファスシリコン膜への吸収が小さぐガ ラス基板を加熱'保温することを目的として照射し、第 1のレーザ照射によるァモルフ ァスシリコン膜の溶融時間を長くすることで、多結晶シリコンの結晶粒径を大きくする ことを目的とした技術が開示されている。
[0015] ここで、スーパーラテラノレ成長においては、上述した通り、図 9におけるラテラノレ成 長距離 83aおよび 83bは約 1 μ m程度である。従って、薄膜トランジスタのチャネル長 方向に対して粒界をなくす、すなわち、図 11に示すような針状のシリコン長結晶を形 成するためには、 1回のレーザパルス照射で成長する結晶の長さの 1Z2〜2Z3程 度の送りピッチ、すなわち 0. 5〜0. 7 m程度の極めて微小な送りピッチで、レーザ パルス照射を繰返し行なう必要がある。
[0016] このため、上記スーパーラテラル成長法を用いて、表示装置などに用いる基板複合 体の全面にわたってシリコンを結晶化するには、極めて長い時間が必要であり、製造 効率が極めて悪 、と!/、う問題がある。
[0017] また、 2本のレーザを用い、アモルファスシリコン膜の溶融時間を長くすることによつ て大結晶粒を得る方法においては、結晶粒の大きさ自体は 1〜2 m程度と大きくな るものの、レーザ照射領域全面にわたっていたるところに結晶核が発生し、シリコン薄 膜最表層に向力つて結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成されるため、トラ ンジスタのチャネル方向に対して多結晶シリコンの粒界が存在することとなり、電子移 動度の大きな改善が望めな 、のが現状である。
特許文献 1：特表 2000— 505241号公報
特許文献 2 :特開平 4— 338631号公報
特許文献 3：特開平 6 - 291034号公報 特許文献 4:特開 2002— 261015号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0018] 本発明は、上記の課題を解決し、レーザ光の照射による半導体薄膜の 1回の溶融 、結晶化により得られる半導体結晶のラテラル成長距離を長くして、良質の多結晶半 導体領域を有する多結晶半導体薄膜を効率よく製造できる、多結晶半導体薄膜の 製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0019] 本発明は、ラテラル成長させた多結晶を有する多結晶半導体薄膜の製造方法であ つて、半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶融および結晶化させ得るエネルギー 量を有する第 1のレーザ光を該半導体薄膜の第 1照射領域に照射する工程と、該半 導体薄膜を溶融させな 、エネルギー量を有する第 2のレーザ光を、該第 1照射領域 を包含する第 2照射領域に照射する工程と、を含む多結晶半導体薄膜の製造方法 に関する。
[0020] 本発明においては、第 1のレーザ光の光軸が半導体薄膜表面に対して垂直方向で あり、かつ第 2のレーザ光の光軸が半導体薄膜表面に対して斜め方向であることが 好ましい。
[0021] また、第 1照射領域および第 2照射領域がいずれも複数の矩形をなし、第 1のレー ザ光がパルス放射レーザ光であり、かつ、第 2のレーザ光の光軸の半導体薄膜表面 に対する正射影の方向が、該第 1照射領域の短辺方向となるように設定されることが 好ましい。
[0022] さらに、第 1のレーザ光が紫外域の範囲の波長を有し、第 2のレーザ光が可視域か ら赤外域の範囲の波長を有することが好ま U、。
[0023] 本発明はまた、ラテラル成長させた多結晶を有する多結晶半導体薄膜の製造装置 であって、半導体薄膜が形成された基板を保持するための保持手段と、レーザ光照 射位置の精密位置決め手段と、該半導体薄膜を厚み方向にわたって溶融および結 晶化させ得るエネルギー量を有するノ ルス状の第 1のレーザ光を放射する第 1のレ 一ザ光源と、該半導体薄膜を溶融させな 、エネルギー量を有する第 2のレーザ光を 放射する第 2のレーザ光源と、該第 1のレーザ光の照射領域を調整するための第 1照 射領域調整手段と、該第 2のレーザ光の照射領域を調整するための第 2照射領域調 整手段と、を備える多結晶半導体薄膜の製造装置に関する。
[0024] 本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置は、第 1のレーザ光が半導体薄膜表面に 対して垂直な方向に照射され、第 2のレーザ光が該半導体薄膜表面に対して斜め方 向に照射されるように構成されることが好ま 、。
[0025] また、本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置は、第 1のレーザ光および第 2のレ 一ザ光が矩形の照射領域を与えるようにビーム形状を調整する手段を有し、かつ、 第 2のレーザ光の光軸の半導体薄膜表面に対する正射影の方向が該第 1のレーザ 光の照射領域の短辺方向となるように構成されることが好ましい。
[0026] さらに、本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置における精密位置決め手段には 移動機構が設けられ、該移動機構は、上軸と、該上軸の両端部を挟んで直交する 2 つの平行軸である下軸とを少なくとも有するガントリー構造として形成され、かつ、該 移動機構の該上軸上に保持手段が設けられ、該移動機構を上軸方向に走査するこ とによって、相対的に半導体薄膜上のレーザ光を走査する構成とされることが好まし い。
[0027] 本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置においては、第 1のレーザ光が紫外域の 範囲の波長を有し、かつ第 2のレーザ光が可視域力 赤外域の範囲の波長を有する ことが好ましい。
発明の効果
[0028] 本発明によれば、基板上に形成された半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶 融、結晶化させるエネルギー量を有する第 1のレーザ光と、該半導体薄膜を溶融させ ないエネルギー量を有する第 2のレーザ光とを少なくとも照射することにより、半導体 薄膜の溶融時間が長く確保され、針状結晶のラテラル成長距離の増大を図ることが できる。これにより半導体薄膜内に長い針状結晶を容易にラテラル成長させることが でき、良質な多結晶半導体薄膜が形成され、均一かつ良好な半導体特性を与える 多結晶半導体薄膜を効率良く製造することが可能である。 図面の簡単な説明 [0029] [図 1]本発明において製造される多結晶半導体薄膜を示す断面図である。
[図 2]本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置の構成を示す概略図である。
[図 3]実施の形態 1において適用されるスリットパターンの形状を示す図である。
[図 4]実施の形態 1における針状結晶のラテラル成長について説明する図である。
[図 5]実施の形態 1における針状結晶のラテラル成長について説明する図である。
[図 6]実施の形態 2において適用されるスリットパターンの形状を示す図である。
[図 7]通常のラテラル成長法によって得られる多結晶半導体薄膜の一例について説 明する平面図である。
[図 8]通常のラテラル成長法によって得られる多結晶半導体薄膜の一例について説 明する平面図である。
[図 9]スーパーラテラル成長法により得られる結晶の一例について説明する平面図で ある。
[図 10]スーパーラテラル成長法により得られる結晶の一例について説明する平面図 である。
[図 11]スーパーラテラル成長法により得られる結晶の一例について説明する平面図 である。
符号の説明
[0030] 11 ガラス基板、 12 下地膜、 13 多結晶半導体薄膜、 201 保持手段、 202 上 軸、 203 下軸、 204 精密位置決め手段、 205 ガラス基板、 206 第 1のレーザ光 源、 207, 213 光学素子群、 208, 214 ミラー、 209, 215 フィールドレンズ、 210 フォ卜マスク、 211, 216 結像レンズ、 212 第 2のレーザ光源、 217, 36, 65 矢 印、 31 第 1のスリットパターン群、 32 第 2のスリットパターン群、 33 開口部、 34, 3 5 中心、 37 幅、 38 間隔、 41, 42, 51 第 1照射領域、 52 ラテラル成長距離、 6 1, 62, 63, 64 スリットノ《ターン群、 71, 81a, 81b, 81c, 81d, 81e 溶融領域、 7 2a, 72b, 82a, 82b ラテラル成長方向、 73a, 73b, 83a, 83b ラテラル成長距離 、 74 微細結晶領域。
発明を実施するための最良の形態
[0031] 本発明においては、好ましくはスリット状とされ、半導体薄膜を厚み方向全域にわた つて溶融および結晶化させ得るエネルギー量を有する第 1のレーザ光が照射される 第 1照射領域において半導体薄膜が溶融し、ラテラル成長による結晶化が引き起こ される。さらに、第 1照射領域を含む第 2照射領域に第 2のレーザ光を照射することで 、半導体薄膜の溶融時間が長く確保される。この場合、急冷による結晶粒の生成お よび微細結晶のランダム方向への成長が防止され、針状結晶のラテラル成長距離の 増大を図ることができる。
[0032] また、第 1のレーザ光を半導体薄膜表面に対して垂直な方向に照射するのに対し、 第 2のレーザ光を半導体薄膜表面に対して斜め方向に照射する場合には、各々のレ 一ザ光の利用効率を最大限に向上させることができる。さらに、第 1のレーザ光およ び第 2のレーザ光を 、ずれも矩形の照射領域を与えるレーザ光とし、第 2のレーザ光 の照射光軸の該半導体薄膜表面に対する正射影の方向を該第 1のレーザ光の照射 領域の短辺方向として、針状結晶をラテラル成長させることが好ましい。この場合、第 2のレーザ光の照射方向が半導体薄膜表面に対して斜め方向であっても矩形の照 射領域内におけるラテラル成長距離を同一とすることができ、製造効率の向上と半導 体特性の均一化が可能となる。以下に本発明の典型的な実施の形態について図を 参照しながら説明する。
[0033] 本発明において使用される第 1のレーザ光は、半導体薄膜を溶融、結晶化させるこ とが可能であれば特に限定されるものでないが、たとえば、 XeClエキシマレーザ (波 長 308nm)、 KrFエキシマレーザ（波長 248nm)等に代表される各種固体レーザ等 、比較的半導体薄膜に吸収されやす!、波長域である紫外域の波長を有するレーザ 光であることが望ましい。
[0034] また第 2のレーザ光は、第 1のレーザ光より半導体薄膜における吸収率が小さぐか つ、半導体薄膜を溶融させな 、エネルギー量を有するレーザ光であれば特に限定さ れるものではないが、たとえば、炭酸ガスレーザ (波長 10. 6 m)等に代表される各 種気体レーザ等、可視域力 赤外域の範囲の波長を有するレーザ光であることが望 ましい。
[0035] 上記のような第 1のレーザ光および第 2のレーザ光が採用される場合、該第 1のレ 一ザ光の照射により溶融した半導体薄膜の急冷が該第 2のレーザ光の照射により防 止され、より長い針状結晶をラテラル成長させることができる。特に好ましい組合せと しては、第 1のレーザ光として XeClエキシマレーザ、第 2のレーザ光として炭酸ガスレ 一ザをそれぞれ用いる組合せが挙げられる。
[0036] <実施の形態 1 >
図 1は、本発明において製造される多結晶半導体薄膜を示す断面図である。本発 明においては、たとえば TFT基板となるガラス基板 11の上に、好ましくは下地膜 12 を介して多結晶半導体薄膜 13が形成される。ここで下地膜 12は、ガラス基板 11から の不純物の拡散を防止するための不純物拡散防止層として形成され、無機絶縁膜、 特に二酸ィ匕シリコン膜が好ましく使用される。なお下地膜 12の形成方法としては、蒸 着、スパッタ成膜、 CVD等の公知の方法が好ましく採用され得る。
[0037] 本発明における多結晶半導体薄膜 13としてはアモルファスシリコン膜が形成される ことが好ましい。本実施の形態においては、ガラス基板上に下地膜としての二酸ィ匕シ リコン膜を介してアモルファスシリコン膜を形成する場合について説明する。該ァモル ファスシリコン膜はたとえば CVD法により形成することができるが、成膜方法はこれに 限定されず、スパッタ、蒸着法などを用いることが可能である。多結晶半導体薄膜 13 としてのアモルファスシリコン膜の厚さは、本発明の半導体薄膜が形成されてなる半 導体装置が適用されるトランジスタ等において求められる特性やプロセス条件などに より様々であるが、数十 nm力も数百 nm、特に典型的には 30nmから lOOnm程度の 範囲の膜厚が好ましく採用され得る。なお本実施の形態においては 50nmとすること ができる。
[0038] この後、設定された照射領域において、アモルファスシリコン膜を厚み方向全域に わたって溶融、結晶化させ得るエネルギー量を有する第 1のレーザ光と、設定された 照射領域にお 、てアモルファスシリコン膜を溶融させな 、エネルギー量を有する第 2 のレーザ光を、それぞれアモルファスシリコン膜上の設定された領域に照射する。具 体的には、第 1のレーザ光が照射される第 1照射領域と、該第 1照射領域を包含し、 第 2のレーザ光が照射される第 2照射領域とをそれぞれ設定し、該第 1照射領域に第 1のレーザ光を照射するとともに、第 2照射領域に第 2のレーザ光を照射する。第 1照 射領域および第 2照射領域は、レーザ光および Zまたは半導体薄膜の走査により半 導体薄膜上を移動する。これにより、シリコン針状結晶が半導体薄膜中にラテラル成 長する。本実施の形態においては、第 1のレーザ光に XeClエキシマレーザ、第 2の レーザ光に炭酸ガスレーザを用いる場合について説明する。
[0039] 図 2は、本発明の多結晶半導体薄膜の製造装置の構成を示す概略図である。図 2 に示す製造装置には、半導体薄膜が形成された基板を保持するための保持手段 20 1と、該保持手段 201を固定した、レーザ光照射位置の精密位置決め手段 204と、 半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶融させ得るエネルギー量を有するノ ルス 状の第 1のレーザ光を放射する第 1のレーザ光源 206と、半導体薄膜を溶融させな いエネルギー量を有する第 2のレーザ光を放射する第 2のレーザ光源 212と、第 1の レーザ光の照射領域を調整するための第 1照射領域調整手段と、第 2のレーザ光の 照射領域を調整するための第 2照射領域調整手段と、が設けられている。精密位置 決め手段 204は移動機構を有し、移動機構は、保持手段 201が固定された上軸 20 2と、該上軸 202の両端部を挟んで直交する 2つの平行軸である下軸 203とを少なく とも有するガントリー構造として形成される。該保持手段 201を上軸方向に走査する ことによって、ガラス基板 205に形成された半導体薄膜上においてレーザ光が相対 的に走査される。
[0040] 図 2に示す製造装置においては、第 1のレーザ光源 206としてのレーザ発振器から 照射され、エキスパンダ、ホモジナイザなどの光学素子群 207により適当なビームサ ィズに変換され、さらにレーザ光の照射領域のエネルギー分布が均一になるようビー ム断面内の光強度の一様ィ匕が図られたビーム光が、第 1照射領域調整手段を経て ガラス基板 205に形成された半導体薄膜上に第 1のビーム光として照射される。
[0041] 第 1照射領域調整手段としては、たとえば図 2に示すような、ミラー 208、フィールド レンズ 209、フォトマスク 210、結像レンズ 211等が設けられる。すなわち、上記の光 学素子群 207から放射されたレーザ光は、ミラー 208にて反射し、フィールドレンズ 2 09、フォトマスク 210を経て、複数の微細幅のスリット状エネルギビームとして形成さ れた後、結像レンズ 211で集光されることにより、ガラス基板 205に形成された半導体 薄膜上に第 1のビーム光として照射される。
[0042] さらに、図 2に示す製造装置は、第 2のレーザ光源 212としてのレーザ発振器、ェキ スパンダ、ホモジナイザなどの光学素子群 213を有し、該レーザ発振器から放射され 、該光学素子群 213により適正なビームサイズに変換され、ビーム断面内の光強度 の一様ィ匕が図られたレーザ光を、ミラー 214にて反射させ、必要に応じて、フィールド レンズ 215、結像レンズ 216を介して、ガラス基板 205上に第 2のレーザ光として照射 する。
[0043] 本発明においては、第 1のレーザ光と第 2のレーザ光とが異なる光軸を有することが 好ましい。この場合、第 1のレーザ光および第 2のレーザ光の干渉が防止され、レー ザ光の利用効率が向上するという利点を有する。特に、第 1のレーザ光が半導体薄 膜表面に対して垂直な方向に照射され、第 2のレーザ光が半導体薄膜表面に対して 斜め方向に照射されるように構成されることが好ま 、。図 2に示す製造装置にぉ ヽ ては、第 1のレーザ光が半導体薄膜表面に対して垂直な方向に照射され、第 2のレ 一ザ光が半導体薄膜表面に対して斜め方向に照射される場合の構成が示されてい る。
[0044] 第 2のレーザ光の入射角は、第 1のレーザ光を照射するための光学機器、すなわち 第 1のレーザ光源 206、光学素子群 207、ミラー 208、フィールドレンズ 209、フォ卜マ スク 210、結像レンズ 211等と機械的に干渉せず、かつ、ガラス基板 205の表面にお いて全反射となる角度より小さくなるよう設定されれば、特に限定されるものではない 力 たとえば 20° 〜45° 程度の範囲で設定されれば良い。本実施の形態において は、第 1のビーム光源 206から照射される第 1のビーム光の照射方向は、ガラス基板 205に対して垂直の方向、すなわち入射角 0° とされ、第 2のビーム光源から照射さ れる第 2のビーム光の照射方向は、ガラス基板 205に対して斜めの方向とされ、該第 2のレーザ光の入射角は 45° とされることができる。
[0045] 第 1のレーザ光源 206および第 2のレーザ光源 212は、上記のような第 1のレーザ 光および第 2のレーザ光をそれぞれ放射できるものであれば限定されないが、第 1の レーザ光および Zまたは第 2のレーザ光がパルス状に照射される場合には、第 1のレ 一ザ光源 206および第 2のレーザ光源 212としてパルス状のレーザ光を放射できるも のが使用される。
[0046] 本発明における第 1のレーザ光および第 2のレーザ光は、いずれも照射領域表面 のエネルギー分布が実質的に均一になるように調整されることが好ましい。これにより レーザ光の照射領域内の位置によるラテラル成長速度のばらつきを小さくすることが でき、均一な結晶化が可能である。
[0047] また、本発明における第 1のレーザ光および第 2のレーザ光のビーム形状としては、 矩形、円系、楕円形等の種々の形状の照射領域を与えるものが採用できるが、半導 体薄膜の表面方向、すなわち水平方向におけるレーザ光の照射時間のばらつきを なくすとともに、効率良く結晶化を進行させるという点で、矩形の照射領域を与えるビ ーム形状を有することが好ま U、。なお本発明における矩形とは特に長方形を意味 する。本実施の形態においては、第 1のレーザ光および第 2のレーザ光の照射領域 カ^ヽずれも矩形とされる場合につ!ヽて説明する。
[0048] 第 1のレーザ光源 206から放射されたビームは、エキスパンダにより適当なビームサ ィズに変換され、ホモジナイザにより、ビーム断面内の光強度の一様ィ匕が図られ、フ ィールドレンズ 209を経てフォトマスク 210に照射される。ここでビームエキスパンダは 望遠系もしくは縮小系を有する光学系であり、フォトマスク 210上の照射領域の大き さを決めるものである。ホモジナイザはレンズアレーもしくはシリンドリカルレンズァレ 一により構成され、ビームを分割し再合成することで、マスク上の照射領域内での光 強度の一様化を図るものである。また、フィールドレンズ 209は、フォトマスク 210を透 過した主光線を結像面に垂直に入射させる機能を有する。フォトマスク 210の開口部 は、微細幅の矩形状を有する複数のスリットパターンとして構成されており、フォトマス ク 210を透過したレーザ光は、微細幅の矩形状を有する複数のスリット状エネルギビ ームとして、ガラス基板 205に照射される。ここで、フォトマスク 210におけるスリットパ ターンの幅は、ガラス基板 205の照射に必要なスリット状エネルギビームの幅と、結像 レンズ 211の結像倍率によって決定されるものである力 スリット状エネルギビームの 幅が、溶融した半導体薄膜の結晶化時におけるラテラル成長距離、すなわち生成す る針状結晶の長さの 2倍程度の寸法となるように調整されることが望ましい。具体的に は、本実施の形態においてアモルファスシリコン膜をラテラル成長させる場合、ラテラ ル成長距離は約 5 μ m〜約 20 μ mとなるため、スリット状エネルギビームの幅は約 10 /z m〜約 40 mとすることが望ましい。したがって、たとえば結像レンズ 211の結像 倍率を 1Z4とした場合、フォトマスク 210におけるスリットパターンの幅は約 40 μ m〜 約 160 /z mとすることができる。本実施の形態においては、該スリット状エネルギビー ムの幅を 20 /z mとし、結像倍率が 1Z4である結像レンズ 211を用いるため、フォトマ スク 210におけるスリットパターンの幅は 80 μ mとなる。
[0049] 本実施の形態においては第 2のレーザ光源 212から照射される第 2のレーザ光とし て炭酸ガスレーザ光を用いる。第 2のレーザ光源 212から放射されたビームはエキス パンダにより適当なビームサイズに変換され、ホモジナイザにより、ビーム断面内の光 強度の一様ィ匕が図られる。ここでビームエキスパンダは望遠系もしくは縮小系を有す る光学系であり、ホモジナイザへの入射領域の大きさを決めるものである。炭酸ガスレ 一ザの場合、干渉性が高いため、回折光学素子もしくは非球面レンズにより構成され る該ホモジナイザによって、ガラス基板 205上の照射領域内における光強度の一様 化を図ることが好ましい。
[0050] 本実施の形態における第 2のレーザ光としての炭酸ガスレーザ光は、アモルファス シリコン膜が溶融しな 、程度のエネルギー量で照射される力 炭酸ガスレーザによる 照射領域、すなわち本発明における第 2照射領域は、少なくとも第 1のレーザ光とし てのエキシマレーザ光の照射領域、すなわち本発明における第 1照射領域と同等、 もしくは、該エキシマレーザ光の照射領域を包含し、該照射領域より広い領域とする ことが望ましい。
[0051] 本発明における第 2のレーザ光はパルス状とされることが好ま 、。この場合、半導 体薄膜からの針状結晶のラテラル成長を均一な速度で進行させることができる。本実 施の形態においても、第 2のレーザ光としての炭酸ガスレーザ光はパルス状とされる 。パルス状の第 2のレーザ光のパルス幅は、該レーザ光のピーク強度によって変動さ せることができるが、たとえば数十/ z sから数 msとされることができる。
[0052] さらに、均一な針状結晶をラテラル成長させるため、本発明においては、第 1のビー ム光および第 2のビーム光がともにパルス状とされることが好ましい。この場合、第 2の レーザ光のパルス幅力 第 1のレーザ光のパルス幅に比べて十分大きくされることが 好ましい。この場合、半導体薄膜の溶融時間が十分長く確保されるため、より長い針 状結晶をラテラル成長させることが可能である。 [0053] 本発明においては、第 1のレーザ光の照射が第 2のレーザ光の照射と同時に行な われることが好ましぐまた、第 1のレーザ光の照射が第 2のレーザ光の照射の直前ま たは直後に行なわれることも好ましい。これらの場合、第 1のレーザ光の照射による半 導体薄膜の溶融時に、溶融部位の温度が第 2のレーザ光の照射によって一定以上 に保たれ、溶融した半導体薄膜の急冷が防止されることにより、より長い針状結晶を ラテラノレ成長させることが可會である。
[0054] 本発明においては、フォトマスク 210上に複数のスリットパターンを形成することによ り、効率良くパルス状ビームの照射を行なうことができる。図 3は、実施の形態 1にお いて適用されるスリットパターンの形状を示す図である。本実施の形態においては、 図 3に示すような開口部を有するスリットパターンを用いる。図 3におけるスリットパター ンは、大きく分けて 2つのスリットパターン群より構成されており、第 1のスリットパター ン群 31は、スリットの幅方向に等間隔に複数のスリットパターンが並ぶ構成とされてい る。第 2のスリットパターン群 32は、第 1のスリットパターン群 31を構成する複数のスリ ットパターンの間隔と等しい間隔で、かつ第 1のスリットパターン群 31を構成する複数 のスリットパターンと同様の寸法の複数のスリットパターンが並ぶ構成とされて 、る。第 2のスリットパターン群 32は、第 1のスリットパターン群 31から、該第 1のスリットパター ン群 31を構成する複数のスリットパターンの長さ方向に、該スリットパターンの長さ分 、もしくは、該スリットパターンの長さ分よりも若干大きい距離をあけて構成される。さら に、該第 2のスリットパターン群 32の各スリットパターンの幅方向における中心 34は、 該第 1のスリットパターン群 31を構成する各スリットパターンの間隔の中心 35、すなわ ち、第 1のスリットパターン群 31の各スリットパターンの間に存在する遮光部の中心と 、幅方向において一致する位置関係となるように構成されている。上記構成のフォト マスクを通して、第 1のレーザ光であるエキシマレーザ光をアモルファスシリコン膜に 照射することで、スリットパターンの開口部 33におけるアモルファスシリコン膜が溶融 、結晶化される力 この時、ガラス基板 205を、スリットパターンの長さ方向である矢印 36の方向に走査することで、相対的に第 1のレーザ光がガラス基板 205上に形成さ れた半導体薄膜の表面において走査され、ラテラル成長によるシリコンの針状結晶を 作製することができる。 [0055] 図 4および図 5は、実施の形態 1における針状結晶のラテラル成長について説明す る図である。まず、第 1のスリットパターン群 31および第 2のスリットパターン群 32の開 口部 33から透過させた第 1のレーザ光としてのエキシマレーザ光を用い、第 1のスリツ トパターン群 31の開口部に対応する第 1照射領域 41、および第 2のスリットパターン 群 32の開口部に対応する第 1照射領域 42に対して 1回目のパルス照射を行ない、 第 1照射領域 41および 42のアモルファスシリコン膜を溶融、結晶化させる。続いて、 移動機構によりガラス基板を矢印 36の方向に移動させ、上記で 1回目のパルス照射 が行なわれた第 1照射領域 41と、第 2のスリットパターン群 32の開口部とを、スリット ノターン長さ方向において一致させる。この位置で、 1回目と同様の第 1のレーザ光 を用いた 2回目のパルス照射を行ない、アモルファスシリコン膜を溶融、結晶化させる 。すなわち、 1回目のパルス照射の際に第 1照射領域 41においてラテラル成長させ た針状結晶に対し、第 1照射領域 51の位置で第 1のレーザ光の 2回目のパルス照射 力 Sされることとなる。これ〖こより、 1回目のパルス照射でラテラル成長させた針状結晶 力お引き継がれ、長いラテラル成長距離 52を有する針状結晶を得ることができる。なお 本実施の形態においては、第 1のレーザ光としてのエキシマレーザ光のノ ルス照射と 同時に、すべての第 1照射領域 41および 42を包含する矩形状の第 2照射領域に第 2のレーザ光としての炭酸ガスレーザ光が照射される。
[0056] 本実施の形態においては、図 3に示すスリットパターンの幅 37を 80 μ m、各スリット パターン幅の間隔 38を 64 mとしている。さらに、結像倍率 1Z4の結像レンズ 211 を用い、上記 2回のパルス照射工程で、第 1のレーザ光としてのエキシマレーザ光、 および、第 2のレーザ光としての炭酸ガスレーザ光を用いて結晶化を行なうことにより 、ガラス基板上において、図 5に示すラテラル成長距離 52、すなわち針状結晶の長 さが という巨大な針状結晶を隙間なく作製することが可能となる。
[0057] ここで、本実施の形態の構成においては、第 2のレーザ光としての炭酸ガスレーザ を、ガラス基板に対して斜め方向に照射する。ホモジナイザを用いてビーム光軸に垂 直な断面での強度均一化を行なった場合、ガラス基板表面におけるビームの強度分 布が焦点距離の違いにより若干均一でなくなるため、上記フォトマスクによる結晶化 の方向によっては、照射領域内においてラテラル成長距離が均一でなくなる可能性 が生じる。具体的には、炭酸ガスレーザ光の照射光軸のガラス基板表面に対する正 射影に対して垂直の方向をエキシマレーザ光の矩形状の照射領域の短辺とすると、 該照射領域の長辺方向におけるビームの強度不均一が生じ、各スリットパターンに おけるラテラル成長距離が均一でなくなる可能性が生じる。
[0058] このため、本実施の形態にお!、ては、炭酸ガスレーザ光の照射光軸のガラス基板 表面に対する正射影に対して平行な方向をエキシマレーザ光の矩形状の照射領域 の短辺とし、スリットパターン群全域にお!ヽてラテラル成長距離が均一となるよう構成 することが好ましい。
[0059] <実施の形態 2 >
図 6は、実施の形態 2において適用されるスリットパターンの形状を示す図である。 本実施の形態においては、たとえば図 2に示されるフォトマスク 210に、図 6に示すよ うな開口部を有するスリットパターンを用いる。図 6におけるスリットパターンは、大きく 分けて 4つのスリットパターン群より構成されており、スリットパターン群 61は、スリット の幅方向に等間隔に複数のスリットパターンが並ぶ構成とされている。スリットパター ン群 62は、スリットパターン群 61を構成する複数のスリットパターンの間隔と等しい間 隔で、かつスリットパターン群 61を構成する複数のスリットパターンと同様の寸法の複 数のスリットパターンが並ぶ構成とされている。スリットパターン群 62は、スリットパター ン群 61から、該スリットパターン群 61を構成するスリットパターンの長さ方向に、該スリ ットパターンの長さ分、または、該スリットパターンの長さ分よりも若干大きい距離をあ けて構成される。スリットパターン群 63、スリットパターン群 64は、スリットパターン群 6 2とスリットパターン群 63との位置関係、スリットパターン群 63とスリットパターン群 64と の位置関係がそれぞれスリットパターン群 61とスリットパターン群 62との位置関係と 同様になるように構成される。
[0060] 本実施の形態においては、実施の形態 1と同様に、ガラス基板を保持する保持手 段が移動手段の上軸方向に走査されることにより、ガラス基板上に形成された半導 体薄膜の表面において相対的に第 1のレーザ光が走査される。すなわち、スリットパ ターンの長さ方向である矢印 65の方向に第 1のレーザ光が走査されることにより針状 結晶をラテラル成長させる。図 6に示すスリットパターンにおいては、スリットパターン 群 61とスリットパターン群 62との間、スリットパターン群 62とスリットパターン群 63との 間、スリットパターン群 63とスリットパターン群 64との間のそれぞれにおける、スリット パターン幅方向のずれ量は、スリットパターン幅の約 1Z4から 1Z2に設定されてい る。
[0061] 本実施の形態においては、スリットパターン群 61, 62, 63, 64の開口部力 透過さ せた第 1のレーザ光としてのエキシマレーザ光を用い、スリットパターン群 61, 62, 63 , 64の開口部に対応する第 1照射領域に対して 1回目のパルス照射を行ない、第 1 照射領域のアモルファスシリコン膜を溶融、結晶化させる。続いて、移動機構によりガ ラス基板を矢印 65の方向に移動させ、スリットパターン群 61の開口部に対応する 1回 目のパルス照射がされた領域と、スリットパターン群 62の開口部とを、スリットパターン 長さ方向において一致させる。この位置で、 1回目と同様の第 1のレーザ光を用いた 2回目のパルス照射を行ない、アモルファスシリコン膜を溶融、結晶化させる。これに より、 1回目のパルス照射でラテラル成長させた針状結晶が引き継がれる。移動機構 により上記と同様の距離だけガラス基板を矢印 65の方向に移動させて 3回目のパル ス照射を行ない、さらに上記と同様の距離だけガラス基板を矢印 65の方向に移動さ せて 4回目のパルス照射を行なう。これらの操作により、 1回目のパルス照射でラテラ ル成長させた針状結晶が、 2〜4回目のパルス照射において順次引き継がれ、長い ラテラル成長距離を有する針状結晶を得ることができる。なお本実施の形態にぉ 、て は、実施の形態 1と同様、第 1のレーザ光としてのエキシマレーザ光のパルス照射と 同時に、第 1照射領域を包含する第 2照射領域に第 2のレーザ光としての炭酸ガスレ 一ザ光が照射される。
[0062] なお本実施の形態においては、スリットパターン群 61, 62, 63, 64を構成するスリ ットパターンの長さは 4000 μ m、幅は 80 μ m、スリットパターンの幅方向の間隔は 12 0 m、スリットパターンの長さ方向の間隔は 20 mに設定されている。なお本実施 の形態においては、上記した操作以外は実施の形態 1と同様の操作を行ない、針状 結晶をラテラノレ成長させることができる。
[0063] 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと 考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって 示され、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。
産業上の利用可能性
本発明によれば、良質の多結晶半導体領域を有し、均一かつ良好な半導体特性 を与える多結晶半導体薄膜を容易かつ効率よく製造することができるため、たとえば 電子移動度の高い薄膜トランジスタ等の提供が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] ラテラル成長させた多結晶を有する多結晶半導体薄膜の製造方法であって、 半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶融および結晶化させ得るエネルギー量 を有する第 1のレーザ光を前記半導体薄膜の第 1照射領域に照射する工程と、 前記半導体薄膜を溶融させな 、エネルギー量を有する第 2のレーザ光を、前記第
1照射領域を包含する第 2照射領域に照射する工程と、
を含む、多結晶半導体薄膜の製造方法。
[2] 前記第 1のレーザ光の光軸が前記半導体薄膜表面に対して垂直方向であり、かつ 前記第 2のレーザ光の光軸が前記半導体薄膜表面に対して斜め方向である、請求 の範囲第 1項に記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
[3] 前記第 1照射領域および前記第 2照射領域が 、ずれも複数の矩形をなし、前記第
1のレーザ光がパノレス放射レーザ光であり、かつ、前記第 2のレーザ光の光軸の前記 半導体薄膜表面に対する正射影の方向が、前記第 1照射領域の短辺方向となるよう に設定される、請求の範囲第 2項に記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
[4] 前記第 1照射領域および前記第 2照射領域が ヽずれも複数の矩形をなし、前記第
1のレーザ光がパノレス放射レーザ光であり、かつ、前記第 2のレーザ光の光軸の前記 半導体薄膜表面に対する正射影の方向が、前記第 1照射領域の短辺方向となるよう に設定される、請求の範囲第 1項に記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
[5] 前記第 1のレーザ光が紫外域の範囲の波長を有し、前記第 2のレーザ光が可視域 力 赤外域の範囲の波長を有する、請求の範囲第 1〜4項のいずれかに記載の多結 晶半導体薄膜の製造方法。
[6] ラテラル成長させた多結晶を有する多結晶半導体薄膜の製造装置であって、 半導体薄膜が形成された基板を保持するための保持手段と、レーザ光照射位置の 精密位置決め手段 (204)と、前記半導体薄膜を厚み方向全域にわたって溶融およ び結晶化させ得るエネルギー量を有するパルス状の第 1のレーザ光を放射する第 1 のレーザ光源 (206)と、前記半導体薄膜を溶融させな 、エネルギー量を有する第 2 のレーザ光を放射する第 2のレーザ光源（212)と、前記第 1のレーザ光の照射領域 を調整するための第 1照射領域調整手段と、前記第 2のレーザ光の照射領域を調整 するための第 2照射領域調整手段と、を備える、多結晶半導体薄膜の製造装置。
[7] 前記第 1のレーザ光が前記半導体薄膜表面に対して垂直な方向に照射され、前記 第 2のレーザ光が前記半導体薄膜表面に対して斜め方向に照射されるように構成さ れる、請求の範囲第 6項に記載の多結晶半導体薄膜の製造装置。
[8] 前記第 1のレーザ光および前記第 2のレーザ光が矩形の照射領域を与えるようにビ ーム形状を調整する手段を有し、かつ、前記第 2のレーザ光の光軸の前記半導体薄 膜表面に対する正射影の方向が前記第 1のレーザ光の照射領域の短辺方向となる ように構成される、請求の範囲第 7項に記載の多結晶半導体薄膜の製造装置。
[9] 前記精密位置決め手段には移動機構が設けられ、前記移動機構は、上軸 (202) と、前記上軸の両端部を挟んで直交する 2つの平行軸である下軸（203)とを少なくと も有するガントリー構造として形成され、かつ、前記移動機構の前記上軸（202)上に 前記保持手段が設けられ、前記移動機構を上軸方向に走査することによって、相対 的に前記半導体薄膜上のレーザ光を走査する、請求の範囲第 8項に記載の多結晶 半導体薄膜の製造装置。
[10] 前記精密位置決め手段には移動機構が設けられ、前記移動機構は、上軸 (202) と、前記上軸の両端部を挟んで直交する 2つの平行軸である下軸（203)とを少なくと も有するガントリー構造として形成され、かつ、前記移動機構の前記上軸（202)上に 前記保持手段が設けられ、前記移動機構を上軸方向に走査することによって、相対 的に前記半導体薄膜上のレーザ光を走査する、請求の範囲第 7項に記載の多結晶 半導体薄膜の製造装置。
[11] 前記第 1のレーザ光および前記第 2のレーザ光が矩形の照射領域を与えるようにビ ーム形状を調整する手段を有し、かつ、前記第 2のレーザ光の光軸の前記半導体薄 膜表面に対する正射影の方向が前記第 1のレーザ光の照射領域の短辺方向となる ように構成される、請求の範囲第 6項に記載の多結晶半導体薄膜の製造装置。
[12] 前記精密位置決め手段には移動機構が設けられ、前記移動機構は、上軸 (202) と、前記上軸の両端部を挟んで直交する 2つの平行軸である下軸（203)とを少なくと も有するガントリー構造として形成され、かつ、前記移動機構の前記上軸（202)上に 前記保持手段が設けられ、前記移動機構を上軸方向に走査することによって、相対 的に前記半導体薄膜上のレーザ光を走査する、請求の範囲第 11項に記載の多結 晶半導体薄膜の製造装置。
[13] 前記精密位置決め手段には移動機構が設けられ、前記移動機構は、上軸 (202) と、前記上軸の両端部を挟んで直交する 2つの平行軸である下軸（203)とを少なくと も有するガントリー構造として形成され、かつ、前記移動機構の前記上軸（202)上に 前記保持手段が設けられ、前記移動機構を上軸方向に走査することによって、相対 的に前記半導体薄膜上のレーザ光を走査する、請求の範囲第 6項に記載の多結晶 半導体薄膜の製造装置。
[14] 前記第 1のレーザ光は紫外域の範囲の波長を有し、かつ前記第 2のレーザ光は可 視域力 赤外域の範囲の波長を有する、請求の範囲第 6〜 13項のいずれかに記載 の多結晶半導体薄膜の製造装置。
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