(57)【要約】【課題】  レーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供する。【解決手段】  少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する工程を含む半導体薄膜の製造方法と半導体薄膜の製造装置である。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前記前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、前記少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する工程を含むことを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前記前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第二のレーザ光を前記基準レーザ光とすることを特徴とする、請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することを特徴とする、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することを特徴とする、請求項４に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項６に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、前記第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有することを特徴とする、請求項２から７のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記第二のレーザ光が９μｍ以上１１μｍ以下の範囲内の波長を有することを特徴とする、請求項２から８のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記再結晶化の際に成長する結晶粒は、前記前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知手段と、前記基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて前記少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御可能な制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置。
【請求項１２】
前記二つ以上のレーザ光源が、前記前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、前記基準レーザ光が前記第二のレーザ光であって、前記検知手段は前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１３】
前記検知手段が、光センサと、前記光センサからの信号を処理することができる信号処理回路とを含み、前記光センサは前記前駆体半導体薄膜基板に対する前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができ、前記信号処理回路は前記光センサからの前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力することができることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記信号処理回路から出力された信号に基づいて前記第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を第二のレーザ光の照射ごとに記憶することができ、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる、請求項１３に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１５】
前記検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することを特徴とする、請求項１１から１４のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６】
前記第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、前記第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７】
前記第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は９μｍ以上１１μｍ以下の波長を有することを特徴とする、請求項１２から１６のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置に関し、特にレーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス半導体薄膜を一旦溶融した後に再結晶化して多結晶半導体薄膜とし、当該多結晶半導体薄膜にトランジスタを形成した多結晶薄膜トランジスタは、アモルファス半導体薄膜に直接トランジスタを形成したアモルファス薄膜トランジスタと比較して、通常、電子移動度が大きいため高速動作が期待でき、液晶デバイスの駆動系のみならずガラス基板上での大規模集積回路を実現できる可能性を有している。
【０００３】
たとえば、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、表示装置の画素部分にスイッチング素子を形成できるだけでなく、画素の周辺部分に駆動回路や一部の周辺回路を形成することもでき、これらの素子や回路を一枚の基板上に形成することができる。このため、別途ドライバＩＣや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、これらの表示装置を低価格で提供することが可能となる。
【０００４】
また、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、トランジスタの寸法を微細化できるので、表示装置の画素部分に形成されるスイッチング素子が小さくなり、表示装置の高開口率化が図れる。このため、高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能となる。
【０００５】
多結晶シリコン薄膜は、たとえばガラス基板上に気相成長法によって得られたアモルファス半導体薄膜を長時間ガラスの歪点（約６００〜６５０℃）以下で熱アニールするか、高いエネルギ密度を有するレーザ光などを照射して光アニールすることによって得られる。光アニールは、アモルファスシリコン薄膜のみをガラスの歪点以上の温度まで高くすることが可能であるため、電子移動度が高い多結晶シリコン薄膜の形成に非常に有効である。また、近年では、エキシマレーザ光を用いて６００℃以下の低温でアモルファスシリコン薄膜から多結晶シリコン薄膜を形成する技術が一般化され、低価格のガラス基板に多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。
【０００６】
上記エキシマレーザ光を用いた再結晶化技術は一般的にＥＬＡ（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法と称され、生産性に優れるレーザ結晶化技術として、工業的に用いられている。ＥＬＡ法は、具体的には、ガラス基板を一定速度で移動させながら、長さ２００〜４００ｍｍ、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状のエキシマレーザ光をガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜にパルス状に照射するものである。この方法によって、アモルファスシリコン薄膜の厚さと同程度の平均粒径を有する多結晶シリコン薄膜が形成される。このとき、エキシマレーザ光を照射した部分のアモルファスシリコン薄膜は、厚さ方向全域にわたって溶融させるのではなく、一部のアモルファス領域を残して溶融させる。そのためレーザ光の照射領域の全面にわたって、至るところにシリコンの結晶核が発生するので、ガラス基板の表面に対して垂直方向にシリコンの結晶粒が成長する。
【０００７】
ここで、さらに高性能な表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコンの結晶粒径を大きくすることや、結晶粒の方位を制御することなどが必要である。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン薄膜を得ることを目的として、数多くの提案がなされている。その中でも特に、結晶粒を水平方向に成長させる技術（たとえば特許文献１参照）がある（以下、「スーパーラテラル成長法」と記す）。
【０００８】
これは、まずガラス基板上に形成されたシリコン薄膜に数μｍ程度の微細幅のレーザ光をパルス状に照射し、シリコン薄膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融させた後に凝固させて再結晶化を行なう。これによりガラス基板の表面に対して垂直に形成された溶融部と非溶融部との境界で発生した結晶核から結晶粒が全て水平方向に成長する。その結果、１回のレーザ光の照射により、ガラスの基板の表面に対して平行で、長さが均一な針状の結晶粒が得られる。１回のレーザ光の照射により形成される結晶粒の長さは１μｍ程度であるが、その１回前のレーザ光の照射で形成された針状の結晶粒の一部に重複するように順次レーザ光をパルス状に照射していくことにより、レーザ光の照射により既に成長した結晶粒を引き継いで、より長い針状の結晶粒が得られるといった特徴を有している。
【０００９】
しかしながら、スーパーラテラル成長法においては、１回のレーザ光の照射により形成される針状の結晶粒の長さは１μｍ程度であって非常に短いという問題がある。たとえば結晶粒の長さの２倍以上の領域を溶融させた場合は、図６の模式的な平面図に示すように、溶融領域の中央部に微細な結晶粒３２が形成される。この微細な結晶粒３２は、ラテラル成長した結晶粒３１ではなく、ガラス基板への熱の流出に支配されて、ガラス基板の表面に対して垂直方向に成長したものである。そのため、溶融領域を拡大することにより、結晶粒の長さが飛躍的に長い針状の結晶粒を得ることはできない。したがって、スーパーラテラル成長法では、０．４〜０．７μｍ程度の極めて微小なレーザ光の照射送りピッチでレーザ光の照射を繰り返し行ない、既に成長した結晶粒の長さを順次引き継がせて、より長い針状の結晶粒が得られている。このため、表示装置などに用いられるガラス基板の表面全面にわたってシリコン薄膜を再結晶化するには極めて長い時間が必要であり、製造効率が極めて悪いという問題が指摘されている。
【００１０】
そこで、製造効率を向上させることを目的として、１回のレーザ光の照射当たりの結晶粒の成長を促進するため、ガラス基板などの基板をヒータで加熱する方法や、基板もしくは基板上の下地膜をレーザ光で加熱する方法が数多く提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかしながら、ヒータで基板を加熱する場合、基板の表面の広範囲に対して長時間の温度維持が必要となるので、基板や半導体薄膜の変質の原因となる可能性がある。また、温度が一定でないと、冷却時間に差が生じるため、結晶粒の大きさにばらつきが生じ、半導体薄膜の特性のばらつきの原因となる。これは結晶粒の平均的な大きさが大きくなるほど顕著になる。また、レーザ光による加熱の場合には、レーザ光の照射エネルギ密度のばらつきがそのまま温度のばらつきになるため、基板や下地膜の温度を一定に保つのは困難である。上記の特許文献２においては、スーパーラテラル成長法への適用については言及していないが、スーパーラテラル成長法への適用を考えた場合、結晶粒の大きさのばらつきが上述したレーザ光の照射送りピッチの設定に大きく寄与することになる。したがって、製造効率の向上のためには、より長い針状の結晶粒を形成すると同時に、結晶粒の大きさのばらつきを抑える必要があるが、現行技術では困難性を有している。
【００１１】
そこで、照射ごとのレーザ光のエネルギ密度のばらつきを抑制するために、基板の表面での温度変化を検知して、レーザ光源を制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この特許文献３に記載の技術は、詳しくは、レーザ光の照射部の温度を放射温度計により検知して、その結果に応じてレーザ光を変調するというものである。しかし、温度変化を検知することができる放射温度計の応答速度は、最も速いもので数ミリ秒オーダー（１ミリ秒以上１０ミリ秒未満）程度であるため、１ミリ秒未満のパルス幅を有するレーザ光を用いた方法には適用できないという問題点があった。
【特許文献１】特許第３２０４９８６号公報
【特許文献２】特許第３２２１１４９号公報
【特許文献３】特許第３２１３３３８号公報
【特許文献４】特開平５−２３５１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、レーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する工程を含む、半導体薄膜の製造方法である。
【００１４】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、を含むことができる。ここで、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることを意味する。
【００１５】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光を基準レーザ光とすることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて」とは、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、１回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。
【００１７】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて」とは、１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、２回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。
【００１８】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光はパルス状に照射され、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に少なくとも基づいて」とは、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、１回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。
【００１９】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間の少なくとも一方を制御することができる。ここで、「１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて」とは、１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいていれば、２回前よりもさらに前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を考慮してもよいことを意味する。
【００２０】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有していてもよい。
【００２１】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光が９μｍ以上１１μｍ以下の範囲内の波長を有していてもよい。
【００２２】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、再結晶化の際に成長する結晶粒は、前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長してもよい。
【００２３】
さらに、本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知手段と、基準レーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて少なくとも二種類のレーザ光のうち少なくとも一種類のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御可能な制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置である。
【００２４】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、二つ以上のレーザ光源が、前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、基準レーザ光が第二のレーザ光であって、検知手段は第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができる。ここで、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることをいう。
【００２５】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、検知手段が、光センサと、光センサからの信号を処理することができる信号処理回路とを含み、光センサは前駆体半導体薄膜基板に対する第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知することができ、信号処理回路は光センサからの第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力することができる。
【００２６】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、制御手段は、信号処理回路から出力された信号に基づいて第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を第二のレーザ光の照射ごとに記憶することができ、１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化とに少なくとも基づいて、第二のレーザ光の、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる。
【００２７】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することが好ましい。
【００２８】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することができる。
【００２９】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は９μｍ以上１１μｍ以下の波長を有していてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、レーザ光の照射ごとの結晶粒の長さのばらつきを抑制して、長い結晶粒を効率的に得ることができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することができる。このような本発明によれば、従来と比較して性能が大幅に向上した多結晶薄膜トランジスタを形成することができる。また、本発明によれば、スーパーラテラル成長法におけるレーザ光の照射送りピッチを安定して長くすることができるため、半導体薄膜の製造効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３２】
（前駆体半導体薄膜基板）
図１に、本発明において少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明において、「前駆体半導体薄膜基板」はレーザ光が照射される前の状態の半導体薄膜である前駆体半導体薄膜と基板とを含む。図１に示す前駆体半導体薄膜基板５は、絶縁性基板７上にバッファ層８を介して前駆体半導体薄膜６が形成された構造を有している。
【００３３】
前駆体半導体薄膜６としては、任意の半導体材料を用いることができ、たとえば従来より液晶表示装置の製造工程において用いられていて、製造が容易であるという理由から、水和したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をはじめとするアモルファスシリコンを含むシリコンを用いることが好ましいが、多結晶シリコンを含むシリコンであってもよく、微結晶シリコンを含むシリコンであってもよい。また、前駆体半導体薄膜６としては、シリコンのみからなる材質に限られるものではなく、ゲルマニウムなどの他の元素を含んだシリコンを主成分とする材質であってもよい。たとえば、ゲルマニウムを添加することにより前駆体半導体薄膜６の禁制帯幅を任意に制御することができる。前駆体半導体薄膜６の厚みは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。前駆体半導体薄膜６の厚みが３０ｎｍ未満である場合には前駆体半導体薄膜６を均一な厚みに形成することが困難となる傾向にあり、２００ｎｍを超える場合には前駆体半導体薄膜６の形成に時間がかかり過ぎる傾向にあるためである。なお、前駆体半導体薄膜６はたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor deposition；化学気相堆積）法などによって形成される。
【００３４】
絶縁性基板７としては、ガラスや石英などを含む材質にて形成された公知の基板を好適に用いることができる。また、これらの材質の中でも、安価である点、大面積の絶縁性基板を容易に製造することができる点でガラス基板を用いることが好ましい。また、絶縁性基板の厚みは特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁性基板の厚みが０．５ｍｍ未満である場合には絶縁性基板が割れやすく、平坦性に優れた基板を製造することが困難となる傾向にある。また、絶縁性基板の厚みが１．２ｍｍを超えている場合には絶縁性基板が厚くなりすぎてたとえば表示装置などの最終製品の小型化および軽量化を図ることが困難となる傾向にある。
【００３５】
また、図１に示す前駆体半導体薄膜基板５において、前駆体半導体薄膜６は絶縁性基板７上にバッファ層８を介して形成されることが好ましい。バッファ層８を形成することにより、レーザ光の照射による溶融および再結晶化の際に、溶融した前駆体半導体薄膜６の熱の影響が絶縁性基板７に及ばないようにすることができる傾向にあり、絶縁性基板７から前駆体半導体薄膜６への不純物拡散を防止することができる傾向にあるためである。バッファ層８としては、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの材料をＣＶＤ法を用いて形成することができ、特に制限されるものではない。また、バッファ層８の厚みは特に制限されるものではないが、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。バッファ層８の厚みが１００ｎｍ未満である場合には絶縁性基板７から前駆体半導体薄膜６への不純物の拡散防止効果が不十分となる傾向にあり、５００ｎｍを超えるとバッファ層８の形成に時間がかかり過ぎて製造効率が低下する傾向にあるためである。
【００３６】
（半導体薄膜の製造方法）
図１に示す前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜６には、たとえば、１回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜６を溶融することができる第一のレーザ光と、１回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜６を溶融することはできないが溶融した前駆体半導体薄膜６の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光と、が照射される。
【００３７】
ここで、第一のレーザ光と第二のレーザ光とは、たとえば図２に示す波形で照射することができる。なお、図２の縦軸はエネルギ密度を示し、横軸は経過時間を示している。また、図２中の参照符号１は第一のレーザ光の波形（経過時間に対するエネルギ密度変化）を示しており、参照符号２は第二のレーザ光の波形を示している。
【００３８】
図２を参照すると、まず第二のレーザ光がパルス状に照射される。次に、第二のレーザ光の照射中に第一のレーザ光がパルス状に照射される。続いて、第一のレーザ光の照射が完了した後に第二のレーザ光の照射を完了する。そして、第二のレーザ光の照射を完了した後は、第一のレーザ光の前駆体半導体薄膜への照射領域が一部接触する位置または一部重なる位置に第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射領域を移動して再度上記と同様にして第一のレーザ光および第二のレーザ光が照射される。これにより、第二のレーザ光の照射によって加熱された固体状態の前駆体半導体薄膜に第一のレーザ光が照射されて前駆体半導体薄膜が溶融し、溶融した前駆体半導体薄膜に第二のレーザ光が照射されることによって前駆体半導体薄膜が再結晶化する時間を遅延させて再結晶化により得られる結晶粒をより長くすることができる。そして、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射と照射領域の移動とが繰り返されることによって、前駆体半導体薄膜の表面に略平行に結晶粒が成長して、より長い結晶粒を得ることができる。なお、本発明において「パルス状に照射」には、エネルギ密度の高いレーザ光が間欠的に照射される場合だけでなく、エネルギ密度の低いレーザ光が間欠的に照射される場合も含まれる。
【００３９】
図３に、前駆体半導体薄膜であるシリコン薄膜に図２に示す波形で第一のレーザ光および第二のレーザ光をそれぞれ１回ずつ照射したときの第一のレーザ光のエネルギフルエンス（照射領域の単位面積当たりのエネルギ総注入量；Ｊ／ｍ2）とシリコン薄膜の溶融後に再結晶化して得られた結晶粒の長さとの関係（図３において四角形の位置により表わされている）を示す。図３において、横軸は第一のレーザ光のエネルギフルエンスを示し、縦軸は結晶粒の長さ（μｍ）を示している。なお、図３の横軸においては、左から右へ進むにつれて第一のレーザ光のエネルギフルエンスが増大している。また、シリコン薄膜の膜厚はすべての照射において同一に設定されている。
【００４０】
図３を参照すると、第一のレーザ光のエネルギフルエンスがほぼ同じ値であるにもかかわらず、第一のレーザ光の照射ごとに結晶粒の長さがばらついている。したがって、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光を照射したときに生じる結晶粒の長さのばらつきは第二のレーザ光の照射ごとのエネルギ密度のばらつきによるものであると考えられる。すなわち、シリコン薄膜に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が照射ごとにばらつくことから、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間がたとえ照射ごとに同一であっても、溶融したシリコン薄膜が再結晶化する時間が第二のレーザ光の照射ごとに異なってしまうため結晶粒の長さがばらつくと考えられる。なお、図３における第一のレーザ光のエネルギフルエンスは第一のレーザ光をビームスプリッタにより分岐させた後にエネルギメータに照射することによって熱的な変化をエネルギフルエンスとして測定したものであり、結晶粒の長さは光学顕微鏡を用いた観察によって結晶粒の最大長を測定したものである。
【００４１】
図４は、一定領域に照射された第二のレーザ光の１回の照射におけるエネルギ密度の変化を示すグラフである。なお、図４における第二のレーザ光のエネルギ密度変化は第二のレーザ光をエネルギメータに照射して測定されたものである。図４において、縦軸は第二のレーザ光のエネルギ密度を示し、横軸は第二のレーザ光の照射時間を示している。図４を参照すると、第二のレーザ光のエネルギ密度は１回の照射の中である周期をもって変化しており、この周期的な変化が第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきとなって図３に示した結晶粒の長さのばらつきを引き起こす。このような第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきは、照射雰囲気などの外部環境によって生じるものと考えられる。したがって、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化が一定になるように第二のレーザ光の光源を設定したとしても、実際に照射される第二のレーザ光においては照射雰囲気などの外部環境によって図４に示すようなエネルギ密度のばらつきが生じてしまう。
【００４２】
そこで、本発明においては、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光とともに前駆体半導体薄膜基板に基準レーザ光を一定のエネルギ密度で第二のレーザ光と同時に照射し、照射された基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化を検知する（基準レーザ光も照射雰囲気などの外部環境の影響を受けるため基準レーザ光の反射光のエネルギ密度が変化する）。そして、検知された基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化に基づいて、次回照射時における、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化（図２に示す波形）および／または第二のレーザ光のエネルギフルエンスが予め設定されている基準に近づくように第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する。
【００４３】
これにより、照射雰囲気などの外部環境による第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきを抑制することができるため、照射ごとの結晶粒の長さのばらつきが抑制され、さらに第二のレーザ光の照射により再結晶化時間を遅延させてより長い結晶粒の作製が可能となる。したがって、本発明においては、１回の照射によってより長い結晶粒を得ることができることから照射領域の移動距離（照射送りピッチ）を大きくすることができ、さらに結晶粒の長さのばらつきを抑制して照射送りピッチを安定して長くすることができることから半導体薄膜の製造効率を向上させることができる。また、このような基準レーザ光の反射光のエネルギ密度の変化を検知する本発明の方法においては、放射温度計を用いた従来の方法よりも高速に検知することが可能になるため、１ミリ秒未満のパルス幅を有するレーザ光を用いた方法にも適用することができる。
【００４４】
また、基準レーザ光を前駆体半導体薄膜基板中の前駆体半導体薄膜に照射する場合には、基準レーザ光が照射される前駆体半導体薄膜の温度変化によって反射光のエネルギ密度が影響を受けてしまう。すなわち、一般に、前駆体半導体薄膜を構成する半導体材料は、各波長の光に対して所定の反射率（反射光のエネルギ密度／入射光のエネルギ密度）を有している。これは反射率が各波長の光における半導体材料の屈折率に依存するためである。さらに、屈折率は半導体材料の温度に依存するため、反射率は半導体材料の温度に依存することになる。したがって、前駆体半導体薄膜の温度変化に伴い反射率が変化して基準レーザ光の反射光のエネルギ密度が変化するため、前駆体半導体薄膜の温度変化による反射光のエネルギ密度変化も考慮して第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することが好ましい。これは、基準レーザ光を前駆体半導体薄膜以外の箇所に照射した場合にその箇所の温度変化が生じる場合にも適用されることが好ましいことは言うまでもない。
【００４５】
なお、上記においては、第二のレーザ光のエネルギ密度のばらつきに着目して第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御する場合について説明したが、第一のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御してもよく、第一のレーザ光および第二のレーザ光の双方のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御してもよい。
【００４６】
また、上記において、基準レーザ光としては第一のレーザ光および第二のレーザ光の少なくとも一方を用いてもよく、第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を用いてもよい。ただし、装置の構造を簡略化する観点からは、エネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つが制御されるレーザ光を基準レーザ光とすることが好ましい。
【００４７】
また、上記において、第一のレーザ光としては、固体状態のシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜によく吸収され、１回の照射で固体状態のシリコン薄膜を溶融可能にする観点から、紫外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。ここで、紫外域の波長とは、１ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長を意味する。このような第一のレーザ光としては、たとえばエキシマレーザ光、ＹＡＧレーザ光の三倍波に代表される各種固体レーザ光などを好適に用いることができるが、なかでも波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用いることが特に好適である。
【００４８】
また、上記において、第二のレーザ光としては、第一のレーザ光の照射によって溶融したシリコン薄膜の再結晶化を遅延可能にする観点から、可視域または赤外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。この場合には第二のレーザ光は溶融状態のシリコン薄膜に吸収され、溶融状態のシリコン薄膜の加熱を行なうことができる。ここで、可視域の波長とは、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の波長を意味する。また、赤外域の波長とは、７５０ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長を意味する。このような第二のレーザ光としては、たとえば５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波、１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光または１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光などを好適に用いることができる。なお、５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波および１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光が溶融状態のシリコン薄膜に吸収される吸収率は約６０％（特許文献４参照）であり、１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光が溶融状態のシリコン薄膜に吸収される吸収率は約１０〜２０％（本発明者らの実験結果）である。
【００４９】
上述した本発明の半導体薄膜の製造方法の一例として、たとえば以下の（１）および（２）の２つの方法を挙げることができる。
【００５０】
（１）第一の方法
第一の方法は、ｎ回目の第二のレーザ光の照射時において、（ｎ−１）回目、好ましくは（ｎ−１）回目および（ｎ−２）回目の照射時における第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、ｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度を制御する方法である。ここで、第一の方法においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光は図２に示す波形でパルス状に照射され、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射タイミングおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定される。
【００５１】
このような第一の方法においては、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に減少傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御される。また、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に増加傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御される。
【００５２】
このような第一の方法においては、前駆体半導体薄膜をアブレーションさせることなく結晶粒の大きさを増大させる観点から、図２に示す波形における第一のレーザ光のエネルギフルエンスは１５００Ｊ／ｍ2以上３５００Ｊ／ｍ2以下であることが好ましく、２５００Ｊ／ｍ2以上３０００Ｊ／ｍ2以下であることがより好ましい。
【００５３】
また、第一の方法においては、図２に示す波形における第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下であるときは、絶縁性基板の変形および／または破損を防止し、前駆体半導体薄膜をアブレーションさせることなく結晶粒の長さを増大させる観点から、図２に示す波形における第二のレーザ光のエネルギフルエンスは７５００Ｊ／ｍ2以上１００００Ｊ／ｍ2以下であることが好ましく、８０００Ｊ／ｍ2以上９０００Ｊ／ｍ2以下であることがより好ましい。
【００５４】
（２）第二の方法
第二の方法は、ｎ回目の第二のレーザ光の照射時において、（ｎ−１）回目、好ましくは（ｎ−１）回目および（ｎ−２）回目の照射時における第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射タイミングおよび照射時間を制御する方法である。ここで、第二の方法においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光は図２に示す波形でパルス状に照射され、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光のエネルギフルエンスおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定される。
【００５５】
このような第二の方法においては、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に減少傾向にある場合には、第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くする。また、たとえば、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が全体的に増加傾向にある場合には、第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで、第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くする。
【００５６】
このような第二の方法においては、図２に示す波形における、第一のレーザ光のエネルギフルエンスを３０００Ｊ／ｍ2、第二のレーザ光のエネルギフルエンスを８１００Ｊ／ｍ2および第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下である場合には、１回の照射あたりの結晶粒の長さを増大させる観点から、図２に示す波形において、第一のレーザ光の照射開始時間が第二のレーザ光の照射開始後１１０マイクロ秒以上１３０マイクロ秒以下となるように制御することが好ましく、１２０マイクロ秒以上１３０マイクロ秒以下となるように制御することがより好ましい。
【００５７】
なお、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、上述した第一の方法または第二の方法のいずれか一方を用いるだけでなく、第一の方法と第二の方法とを組み合わせて用いることもできる。また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、上述した第一の方法および第二の方法以外の方法を用いてもよいことは言うまでもない。
【００５８】
（半導体薄膜の製造装置）
図５に、本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示す。この製造装置１０は、上記の二つ以上のレーザ光源として、上記の第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源１１と、上記の第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源１２とを含んでいる。また、製造装置１０は、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器２２と、信号処理回路２７と、からなる検知手段を含み、さらに信号処理回路２７に接続されている制御手段２３を含んでいる。信号処理回路２７は検知器２２から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段２３に出力することができる。
【００５９】
製造装置１０において、第二のレーザ光源１２から照射された第二のレーザ光は、アッテネータ１４を通過した後、均一照射光学系１６によってエネルギ密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク１８のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク１８を通過した第二のレーザ光はミラー２１によって反射され、結像レンズ２４によってマスク１８の像が所定の倍率（たとえば１／４）に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜に照射される。
【００６０】
そして、第一のレーザ光源１１から照射された第一のレーザ光は、アッテネータ１３を通過した後、均一照射光学系１５によってエネルギ密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク１７のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク１７を通過した第一のレーザ光はミラー２１によって反射され、結像レンズ２０によってマスク１７の像が所定の倍率（たとえば１／４）に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板５中の前駆体半導体薄膜に照射される。ここで、前駆体半導体薄膜基板５は水平方向に所定速度で移動可能なステージ１９上に設置されている。また、上記においてミラー２１は１個のみ設置されているが数量に制限はなく、設置箇所についても適宜設定することができる。
【００６１】
ここで、第二のレーザ光源１２としては、たとえば、５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光の二倍波、１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザ光または１０．６μｍの波長を有するＣＯ2レーザ光を照射するものが特に好適である。
【００６２】
また、第一のレーザ光源１１としては、たとえば、エキシマレーザ光、ＹＡＧレーザ光に代表される各種固体レーザ光を照射可能な光源を好適に用いることができる。なかでも第一のレーザ光源１１としては、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を照射する光源が特に好適である。また、第一のレーザ光源１１としては、第一のレーザ光をパルス状に照射することができる光源であることが好ましい。
【００６３】
前駆体半導体薄膜基板５に照射されて反射した第二のレーザ光の反射光は検知器２２によって反射光のエネルギ密度が経時的に計測される。かかる検知器２２としてはたとえば光センサまたは焦電センサなどを用いることができる。なかでも、検知器２２としては高速応答性に優れた光センサを用いることが好ましい。
【００６４】
光センサとしては、たとえば感光部がシリコンにより構成されているものを用いてもよい。また、第二のレーザ光として、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光を用いる場合には感光部がＡｇＯＣｓ若しくはＩｎＧａＡｓにより構成されている光センサを用いることが好ましい。また、第二のレーザ光として波長１０．６μｍのＣＯ2レーザ光を用いる場合には感光部がＨｄＣｄＺｎＴｅにより構成されている光センサを用いることが好ましい。また、光センサは、反射光の照射による破壊を防止するために、減衰光学系（図示せず）を有することが好ましい。
【００６５】
検知器２２によって計測された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号は随時、信号処理回路２７によって変換処理されて制御手段２３に出力される。ここで、検知器２２と信号処理回路２７とを含む検知手段は１００マイクロ秒以下の応答速度を有することが好ましい。ここで、本発明において「１００マイクロ秒以下の応答速度を有する」とは、検知器２２に反射光が入射してから制御手段２３に信号が出力されるまでにかかる時間が１００マイクロ秒以下であることをいう。
【００６６】
また、制御手段２３は第一のレーザ光源１１および第二のレーザ光源１２に接続されており、制御手段２３は第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度をたとえば電圧値として随時記憶し、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を電圧値の変動として記憶する。そして、この記憶された電圧値の変動に応じて第一のレーザ光源１１および／または第二のレーザ光源１２を制御して、第一のレーザ光および／または第二のレーザ光のエネルギ密度、照射タイミングおよび照射時間からなる群のうち少なくとも一つを制御することができる。
【００６７】
たとえば、図５に示す製造装置１０を用いて上述した（１）第一の方法を行なう場合には、制御手段２３は、信号処理回路２７から出力されてきた、少なくとも１回前、好ましくは少なくとも１回前と２回前にパルス状に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動を記憶し、この電圧値の変動に基づいて、第二のレーザ光源１２に信号を出力することによって、照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が制御される。
【００６８】
すなわち、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が増加傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。一方、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が減少傾向にある場合には、第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。
【００６９】
また、図５に示す製造装置１０を用いて上述した（２）第二の方法を行なう場合には、制御手段２３は、信号処理回路２７から出力されてきた、少なくとも１回前、好ましくは少なくとも１回前と２回前にパルス状に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動を記憶し、この電圧値の変動に基づいて、第二のレーザ光源１２に信号を出力することによって、照射される第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御される。
【００７０】
すなわち、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が増加傾向にある場合には、たとえば第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。また、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動が減少傾向にある場合には、たとえば第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御手段２３から第二のレーザ光源１２に信号が出力される。
【００７１】
なお、上記において、制御手段２３は、ステージ１９の位置の制御、レーザ光の照射目標位置の記憶、製造装置１０内部の温度制御または製造装置１０内部の雰囲気制御などを行なうことができるように構成されていることが好ましい。
【００７２】
また、上記においては、基準レーザ光として第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を用いることもでき、検知器２２としてこの第三のレーザ光の波長に対して検知可能な光センサを用いてもよい。
【実施例】
【００７３】
（実施例１）
厚さ０．７ｍｍのガラス基板上にＣＶＤ法により酸化シリコンよりなる厚さ３００ｎｍのバッファ層を形成し、このバッファ層上にＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍのシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜を形成することによって、前駆体半導体薄膜基板を形成した。
【００７４】
この前駆体半導体薄膜を用いて図５に示した構成の製造装置により半導体薄膜を製造した。まず、前駆体半導体薄膜の表面上方にスリット（開口部）幅が５０μｍであるマスクを固定し、前駆体半導体薄膜の表面上におけるおけるサイズが５．５ｍｍ×５．５ｍｍの正方形状となるように整形された基準レーザ光を兼ねた第二のレーザ光を図２に示す波形で前駆体半導体薄膜基板５の表面に斜め方向から照射した後に、前駆体半導体薄膜の表面上におけるサイズが４０μｍ×５００μｍの長方形状となるように整形された第一のレーザ光を図２に示す波形で前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直方向に照射した。これにより、前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域を一旦溶融した後に再結晶化して前駆体半導体薄膜の表面と平行に結晶粒を成長させた。そして、再結晶化後は前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域が前回の照射領域と接触するようにしてステージ１９を水平方向に所定の距離だけ移動させて再度第二のレーザ光および第一のレーザ光を順次照射した。これを複数回繰り返すことによって半導体薄膜を製造した。
【００７５】
ここで、実施例１においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射ごとに結晶粒の長さを光学顕微鏡を用いた観察によって測定した。その結果を表１に示す。
【００７６】
なお、実施例１において、第一のレーザ光としてはパルス状に照射される波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用い、第二のレーザ光としてはパルス状に照射される波長１０．６μｍのＣＯ2レーザ光を用いた。また、第一のレーザ光のエネルギフルエンスは３０００Ｊ／ｍ2であった。さらに、第二のレーザ光のエネルギフルエンスは８１００Ｊ／ｍ2であって、第二のレーザ光の照射時間は１３０マイクロ秒であった。
【００７７】
また、検知器２２としては、光センサ（製品名：PD-10.6 Series Photovoltaic CO2Laser Detectors（Vigo System社製）、感光部：ＨｄＣｄＺｎＴｅ、立ち上がり時間：約１ナノ秒以下）を用いた。この光センサからなる検知器２２から信号処理回路２７に信号が出力され、この信号が信号処理回路２７によって第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す電圧値を示す信号に変換処理されて制御手段２３に出力されて制御手段２３において記憶された。
【００７８】
そして、制御手段２３に記憶された１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化を示す電圧値の変動に基づいて、経過時間に対する第二のレーザ光のエネルギ密度変化（図２に示す波形）が予め設定されている基準に近づくように、制御手段２３から第二のレーザ光源１２に第二のレーザ光のエネルギ密度を制御する信号が出力された。
【００７９】
詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜の表面上に基準レーザ光を兼ねた第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2（初回照射時および２回目照射時のエネルギ密度）で１３０マイクロ秒間照射し、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射した。ここで、３回目の照射以降の第二のレーザ光のエネルギ密度はその照射の１回前と２回前の反射光のエネルギ密度変化に基づいて制御された。
【００８０】
なお、実施例１においては、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光の照射タイミングおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定されて、第二のレーザ光のエネルギ密度が制御された。したがって、実施例１は、上述した（１）第一の方法に実質的に相当するものである。
【００８１】
（実施例２）
第二のレーザ光のエネルギフルエンスが予め設定されている基準に近づくように第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングを制御したこと以外は実施例１と同様の条件で半導体薄膜を製造した。そして、実施例１と同様にして、この半導体薄膜における第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりの結晶粒の長さを測定した。その結果を表１に示す。
【００８２】
詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜の表面上に基準レーザ光としての第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2（初回照射時および２回目照射時のエネルギ密度）で１３０マイクロ秒間照射し、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射した。ここで、３回目の照射以降の第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングはその照射の１回前と２回前の反射光のエネルギ密度変化に基づいて制御された。
【００８３】
なお、実施例２においては、第一のレーザ光のエネルギフルエンス、第一のレーザ光の照射時間（パルス幅）、第二のレーザ光のエネルギフルエンスおよび第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間が固定されて、第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御された。したがって、実施例２は、上述した（２）第二の方法に実質的に相当するものである。
【００８４】
（比較例１）
第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングのすべてが全く制御されずに第二のレーザ光が照射されたこと以外は実施例１と同様の条件で半導体薄膜を製造した。
【００８５】
詳しくは、図２に示す波形で、前駆体半導体薄膜基板の表面上に第二のレーザ光をエネルギ密度６２．３ＭＷ／ｍ2で１３０マイクロ秒間照射した後に、第二のレーザ光の照射開始時から１２０マイクロ秒後に第一のレーザ光を照射し、第一のレーザ光の照射完了後に第二のレーザ光の照射を完了した。その後、前駆体半導体薄膜における第一のレーザ光の照射領域が前回の照射領域と接触するようにして図５に示すステージ１９を水平方向に所定の距離だけ移動し、第一のレーザ光および第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングを全く制御することなく、第一のレーザ光および第二のレーザ光を照射した。これを複数回繰り返して半導体薄膜を製造した。
【００８６】
ここで、比較例１においても、実施例１と同様にして、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりの結晶粒の長さを測定した。その結果を表１に示す。
【００８７】
【表１】
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【００８８】
表１に示すように、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化に基づいて、第二のレーザ光のエネルギ密度が制御された実施例１および第二のレーザ光の照射時間および照射タイミングが制御された実施例２においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光の１回の照射あたりに成長する結晶粒の長さが１７〜１８μｍとなって、第一のレーザ光および第二のレーザ光のエネルギ密度、照射時間および照射タイミングのすべてが全く制御されていない比較例１の場合（１２〜１８μｍ）と比べて、結晶粒の長さのばらつきがなく、より長い結晶粒が得られる傾向があった。
【００８９】
なお、上記の実施例においては、結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して平行方向に成長させたが、本発明は結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直方向に成長する場合にも応用可能である。
【００９０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、たとえば多結晶シリコン半導体薄膜からなるゲート絶縁膜の形成に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明において、少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明において、前駆体半導体薄膜に照射される第一のレーザ光および第二のレーザ光の波形（経過時間に対するエネルギ密度変化）の一例を示した図である。
【図３】図２に示す波形で第一のレーザ光および第二のレーザ光をシリコン薄膜に１回ずつ照射したときの第一のレーザ光のエネルギフルエンスと結晶粒の長さとの関係を示した図である。
【図４】一定領域に照射された第二のレーザ光の１回の照射におけるエネルギ密度の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示した図である。
【図６】スーパーラテラル成長法において形成される針状の結晶粒の一例の模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  第一のレーザ光の波形、２  第二のレーザ光の波形、５  前駆体半導体薄膜基板、６  前駆体半導体薄膜、７  絶縁性基板、８  バッファ層、１０  製造装置、１１  第一のレーザ光源、１２  第二のレーザ光源、１３，１４  アッテネータ、１５，１６  均一照射光学系、１７，１８  マスク、１９  ステージ、２０，２４  結像レンズ、２１  ミラー、２２  検知器、２３  制御手段、２７  信号処理回路、３１  結晶粒、３２  微細な結晶粒。
【図１】
2006196534.tif 000004
【図２】
2006196534.tif 000005
【図３】
2006196534.tif 000006
【図４】
2006196534.tif 000007
【図５】
2006196534.tif 000008
【図６】
2006196534.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月15日(2006.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、
第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、
第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、
ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御され、
ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御されることを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、
第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、
第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、
ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御され、
ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御されることを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
第一のレーザ光のエネルギフルエンスが１５００Ｊ／ｍ2以上３５００Ｊ／ｍ2以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下であって、第二のレーザ光のエネルギフルエンスが７５００Ｊ／ｍ2以上１００００Ｊ／ｍ2以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、
第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、
第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、
ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くし、
ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くすることを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、
第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、
第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、
ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くし、
ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くすることを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
第一のレーザ光および第二のレーザ光はそれぞれパルス状に照射されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
第二のレーザ光を照射し、その第二のレーザ光の照射中に第一のレーザ光を照射し、その第一のレーザ光の照射が完了した後にその第二のレーザ光の照射を完了する工程を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
第二のレーザ光が９μｍ以上１１μｍ以下の範囲内の波長を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記再結晶化の際に成長する結晶粒は、前記前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長することを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、
前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、前記検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、
前記制御手段は、少なくとも前記第二のレーザ光源に接続されており、
前記制御手段は、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力することを特徴とする、半導体薄膜の製造装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、
固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、前記検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、
前記制御手段は、少なくとも前記第二のレーザ光源に接続されており、
前記制御手段は、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力することを特徴とする、半導体薄膜の製造装置。
【請求項１４】
請求項５に記載の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、
固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、前記検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、
前記制御手段は、少なくとも前記第二のレーザ光源に接続されており、
前記制御手段は、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力することを特徴とする、半導体薄膜の製造装置。
【請求項１５】
請求項６に記載の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、
固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、前記検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して前記制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、
前記制御手段は、少なくとも前記第二のレーザ光源に接続されており、
前記制御手段は、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように前記第二のレーザ光源に信号を出力することを特徴とする、半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６】
前記第一のレーザ光源は第一のレーザ光をパルス状に照射し、前記第二のレーザ光源は第二のレーザ光をパルス状に照射することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７】
第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化は電圧値の変動により示されることを特徴とする、請求項１２から１６のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１８】
前記検知器として光センサが用いられることを特徴とする、請求項１２から１７のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１９】
前記検知器に第二のレーザ光の反射光が入射してから前記制御手段に信号が出力されるまでにかかる時間が１００マイクロ秒以下であることを特徴とする、請求項１２から１８のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項２０】
前記第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、前記第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することを特徴とする、請求項１２から１９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項２１】
前記第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は９μｍ以上１１μｍ以下の波長を有することを特徴とする、請求項１２から２０のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御され、ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御される半導体薄膜の製造方法である。また、本発明は、前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように制御され、ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合にはｎ回目に照射される第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように制御される半導体薄膜の製造方法である。また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ光のエネルギフルエンスが１５００Ｊ／ｍ2以上３５００Ｊ／ｍ2以下であることが好ましい。また、本発明は、第二のレーザ光の照射時間が１２０マイクロ秒以上１４０マイクロ秒以下であって、第二のレーザ光のエネルギフルエンスが７５００Ｊ／ｍ2以上１００００Ｊ／ｍ2以下である半導体薄膜の製造方法である。また、本発明は、前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延する工程と、を含み、ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くし、ｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くする半導体薄膜の製造方法である。また、本発明は、前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、第一のレーザ光の照射によって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する工程と、第二のレーザ光の照射によって、溶融した前駆体半導体薄膜の再��晶化を遅延する工程と、を含み、ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が減少傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が早くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が長くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を長くし、ｎ−２回目およびｎ−１回目に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度が増加傾向にある場合には、ｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射開始時間が遅くまたはｎ回目に照射される第二のレーザ光の照射時間が短くなるように制御することで第二のレーザ光の照射開始時間に対する第一のレーザ光の照射開始時間の差である遅延時間を短くする半導体薄膜の製造方法である。なお、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることを意味する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ光および第二のレーザ光はそれぞれパルス状に照射されてもよい。また、本発明の半導体薄膜の製造方法は、第二のレーザ光を照射し、その第二のレーザ光の照射中に第一のレーザ光を照射し、その第一のレーザ光の照射が完了した後にその第二のレーザ光の照射を完了する工程を含んでいてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、本発明は、上記の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、制御手段は、少なくとも第二のレーザ光源に接続されており、制御手段は、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように第二のレーザ光源に信号を出力する半導体薄膜の製造装置である。また、本発明は、上記の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、制御手段は、少なくとも第二のレーザ光源に接続されており、制御手段は、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が低くなるように第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光のエネルギ密度が高くなるように第二のレーザ光源に信号を出力する半導体薄膜の製造装置である。また、本発明は、上記の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、制御手段は、少なくとも第二のレーザ光源に接続されており、制御手段は、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように第二のレーザ光源に信号を出力する半導体薄膜の製造装置である。また、本発明は、上記の半導体薄膜の製造方法を実施するための装置であって、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融することができる第一のレーザ光を照射するための第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延することができる第二のレーザ光を照射するための第二のレーザ光源と、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を検知可能な検知器と、制御手段と、検知器から送信される第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度を示す信号を処理して制御手段に出力するための信号処理回路と、を含み、制御手段は、少なくとも前記第二のレーザ光源に接続されており、制御手段は、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が増加傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が遅くまたは第二のレーザ光の照射時間が短くなるように第二のレーザ光源に信号を出力し、少なくとも１回前と２回前に照射された第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化が減少傾向にある場合には第二のレーザ光の照射時間が早くまたは第二のレーザ光の照射時間が長くなるように第二のレーザ光源に信号を出力する半導体薄膜の製造装置である。なお、「溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延」とは、溶融した前駆体半導体薄膜にレーザ光を照射しない場合と比べて、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化時間を長くすることをいう。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第一のレーザ光源は第一のレーザ光をパルス状に照射してもよく、第二のレーザ光源は第二のレーザ光をパルス状に照射してもよい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、第二のレーザ光の反射光のエネルギ密度変化は電圧値の変動により示されてもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、検知器として光センサが用いられてもよい。また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、検知器に第二のレーザ光の反射光が入射してから制御手段に信号が出力されるまでにかかる時間が１００マイクロ秒以下であることが好ましい。