(57)【要約】【課題】熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造する半導体製造装置を提供する。【解決手段】圧電素子２によって噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍに設定されると、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットを発生し、直径が３００μｍφである噴出口１８から熱プラズマジェットＴＰＪをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部が溶融結晶化する。その後、圧電素子２によって噴出口１８と基板６０との距離が５ｍｍに設定されると、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットを発生し、噴出口１８から熱プラズマジェットＴＰＪをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部が固相結晶化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを１ｍｍφ以下の直径を有する噴出口から放射するプラズマ源と、
基板上に形成された非晶質シリコンを溶融結晶化するとき、前記基板と前記噴出口との距離を２ｍｍよりも短い第１の距離に設定し、前記非晶質シリコンを固相結晶化するとき、前記距離を２ｍｍ以上の第２の距離に設定する距離設定装置とを備える半導体製造装置。
【請求項２】
１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含むとともに、前記第１の噴出口と基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第１の噴出口から放射する第１のプラズマ源と、
１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口を含むとともに、前記第２の噴出口と基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第２の噴出口から放射する第２のプラズマ源とを備える半導体製造装置。
【請求項３】
１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含み、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第１の噴出口から放射する第１のプラズマ源と、
前記第１のプラズマ源に隣接して設けられるとともに、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第２の噴出口を含み、前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第２の噴出口から放射する第２のプラズマ源と、
前記第１のプラズマ源を中心にして前記第２のプラズマ源の配置位置と略対称な位置に配置されるとともに、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第３の噴出口を含み、前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第３の噴出口から放射する第３のプラズマ源と、
前記第１および第２のプラズマ源が前記熱プラズマジェットを放射するように前記第１および第２のプラズマ源を駆動し、または前記第１および第３のプラズマ源が前記熱プラズマジェットを放射するように前記第１および第３のプラズマ源を駆動する駆動装置とを備え、
前記第１から第３の噴出口と基板との距離は、２ｍｍよりも短い第１の距離、または２ｍｍ以上の第２の距離に設定される、半導体製造装置。
【請求項４】
前記駆動装置は、基板上に形成され、かつ、水素を含む非晶質シリコンを前記第１のプラズマ源から前記第２のプラズマ源へ向かう方向に沿って結晶化するとき、前記第１および第２のプラズマ源が前記熱プラズマジェットを放射するように前記第１および第２のプラズマ源を駆動し、前記非晶質シリコンを前記第１のプラズマ源から前記第３のプラズマ源へ向かう方向に沿って結晶化するとき、前記第１および第３のプラズマ源が前記熱プラズマジェットを放射するように前記第１および第３のプラズマ源を駆動する、請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含むとともに、前記第１の噴出口と基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記第１の噴出口から放射する第１のプラズマ源と、
隣接する２つの熱プラズマジェットの間隔が第１の間隔になるように前記直流アーク放電によって発生された複数の熱プラズマジェットを略平行に放射する複数の第２のプラズマ源と、
前記第１のプラズマ源、または前記複数の第２のプラズマ源を駆動する駆動装置とを備え、
前記複数の第２のプラズマ源の各々は、１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口を含むとともに、前記第２の噴出口と基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、前記第２の噴出口から前記熱プラズマジェットを放射し、
前記駆動装置は、表示装置の複数の画素に対応して設けられた複数のトランジスタを形成するとき、前記複数の第２の噴出口から前記複数の熱プラズマジェットを前記基板上に形成された非晶質シリコンに略平行に放射するように前記複数の第２のプラズマ源を駆動し、前記複数の画素の周辺に配置される周辺回路用のトランジスタを形成するとき、前記第１の噴出口から前記熱プラズマジェットを前記非晶質シリコンに放射するように前記第１のプラズマ源を駆動し、
前記第１の間隔は、前記複数のトランジスタの間隔と略同じである、半導体製造装置。
【請求項６】
基板上に非晶質シリコンを堆積する第１のステップと、
前記基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、かつ、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口から直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記非晶質シリコンに照射する第２のステップと、
前記基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、かつ、１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口から前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記非晶質シリコンに照射する第３のステップとを備える半導体の製造方法。
【請求項７】
２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第３の噴出口から前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記非晶質シリコンに照射する第４のステップをさらに備え、
前記第４のステップは、前記第１のステップの後であり、かつ、前記第２のステップの前に実行されるとともに、前記第１のステップの後であり、かつ、前記第３のステップの前に実行される、請求項６に記載の半導体の製造方法。
【請求項８】
１ｍｍφ以下の直径を有する第３の噴出口から前記直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記非晶質シリコンに照射する第４のステップをさらに備え、
前記第３の噴出口から前記非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度は、前記第１の噴出口から前記非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度および前記第２の噴出口から前記非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度よりも低く、
前記第４のステップは、前記第１のステップの後であり、かつ、前記第２のステップの前に実行されるとともに、前記第１のステップの後であり、かつ、前記第３のステップの前に実行される、請求項６に記載の半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱プラズマジェットを用いて結晶半導体を製造する半導体製造装置および半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧下における直流アーク放電によって生成された熱プラズマジェットを石英基板上のアモルファスシリコンに照射してアモルファスシリコンを固相結晶化する方法が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
この方法においては、熱プラズマジェットを噴出するためのノズルは、１ｍｍφよりも大きい直径を有する。そして、この方法によって製造された結晶シリコンは、約２０ｎｍの粒径を有する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】東他，「応用物理」７５（７）（２００６）８８２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
表示装置の複数の画素に対応して設けられる複数のトランジスタは、均一性が重要であるので、結晶シリコンの粒径が小さくてもよいが、複数の画素の周辺に設けられる周辺回路用のトランジスタは、高速動作が必要であるので、粒径の大きい結晶シリコンが必要である。
【０００６】
しかし、従来の方法では、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造することが困難であった。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造する半導体製造装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の別の目的は、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造する半導体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、半導体製造装置は、プラズマ源と、距離設定装置とを備える。プラズマ源は、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを１ｍｍφ以下の直径を有する噴出口から放射する。距離設定装置は、基板上に形成された非晶質シリコンを溶融結晶化するとき、基板と噴出口との距離を２ｍｍよりも短い第１の距離に設定し、非晶質シリコンを固相結晶化するとき、距離を２ｍｍ以上の第２の距離に設定する。
【００１０】
また、この発明によれば、半導体製造装置は、第１のプラズマ源と、第２のプラズマ源とを備える。第１のプラズマ源は、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含むとともに、第１の噴出口と基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第１の噴出口から放射する。第２のプラズマ源は、１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口を含むとともに、第２の噴出口と基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第２の噴出口から放射する。
【００１１】
さらに、この発明によれば、半導体製造装置は、第１のプラズマ源と、第２のプラズマ源と、第３のプラズマ源と、駆動装置とを備える。第１のプラズマ源は、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含み、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第１の噴出口から放射する。第２のプラズマ源は、第１のプラズマ源に隣接して設けられるとともに、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第２の噴出口を含み、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第２の噴出口から放射する。第３のプラズマ源は、第１のプラズマ源を中心にして第２のプラズマ源の配置位置と略対称な位置に配置されるとともに、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第３の噴出口を含み、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第３の噴出口から放射する。駆動装置は、第１および第２のプラズマ源が熱プラズマジェットを放射するように第１および第２のプラズマ源を駆動し、または第１および第３のプラズマ源が熱プラズマジェットを放射するように第１および第３のプラズマ源を駆動する。そして、第１から第３の噴出口と基板との距離は、２ｍｍよりも短い第１の距離、または２ｍｍ以上の第２の距離に設定される。
【００１２】
好ましくは、駆動装置は、基板上に形成され、かつ、水素を含む非晶質シリコンを第１のプラズマ源から第２のプラズマ源へ向かう方向に沿って結晶化するとき、第１および第２のプラズマ源が熱プラズマジェットを放射するように第１および第２のプラズマ源を駆動し、非晶質シリコンを第１のプラズマ源から第３のプラズマ源へ向かう方向に沿って結晶化するとき、第１および第３のプラズマ源が熱プラズマジェットを放射するように第１および第３のプラズマ源を駆動する。
【００１３】
さらに、この発明によれば、半導体製造装置は、第１のプラズマ源と、複数の第２のプラズマ源と、駆動装置とを備える。第１のプラズマ源は、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口を含むとともに、第１の噴出口と基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを第１の噴出口から放射する。複数の第２のプラズマ源は、隣接する２つの熱プラズマジェットの間隔が第１の間隔になるように直流アーク放電によって発生された複数の熱プラズマジェットを略平行に放射する。駆動装置は、第１のプラズマ源、または複数の第２のプラズマ源を駆動する。複数の第２のプラズマ源の各々は、１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口を含むとともに、第２の噴出口と基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、第２の噴出口から熱プラズマジェットを放射する。駆動装置は、表示装置の複数の画素に対応して設けられた複数のトランジスタを形成するとき、複数の第２の噴出口から複数の熱プラズマジェットを基板上に形成された非晶質シリコンに略平行に放射するように複数の第２のプラズマ源を駆動し、複数の画素の周辺に配置される周辺回路用のトランジスタを形成するとき、第１の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに放射するように第１のプラズマ源を駆動する。第１の間隔は、複数のトランジスタの間隔と略同じである。
【００１４】
さらに、この発明によれば、半導体の製造方法は、基板上に非晶質シリコンを堆積する第１のステップと、基板との距離が２ｍｍよりも短い第１の距離に設定され、かつ、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口から直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する第２のステップと、基板との距離が２ｍｍ以上の第２の距離に設定され、かつ、１ｍｍφ以下の直径を有する第２の噴出口から直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する第３のステップとを備える。
【００１５】
好ましくは、半導体の製造方法は、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第３の噴出口から直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する第４のステップをさらに備える。そして、第４のステップは、第１のステップの後であり、かつ、第２のステップの前に実行されるとともに、第１のステップの後であり、かつ、第３のステップの前に実行される。
【００１６】
好ましくは、半導体の製造方法は、１ｍｍφ以下の直径を有する第３の噴出口から直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する第４のステップをさらに備える。そして、第３の噴出口から非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度は、第１の噴出口から非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度および第２の噴出口から非晶質シリコンに照射される熱プラズマジェットのパワー密度よりも低い。また、第４のステップは、第１のステップの後であり、かつ、第２のステップの前に実行されるとともに、第１のステップの後であり、かつ、第３のステップの前に実行される。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口と基板との距離を第１の距離に設定して第１の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射し、第１の噴出口と基板との距離を第２の距離に設定して第１の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する。その結果、第１の噴出口と基板との距離を第１の距離に設定して熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射することにより、非晶質シリコンが溶融結晶化され、第１の噴出口と基板との距離を第２の距離に設定して熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射することにより、非晶質シリコンが固相結晶化される。そして、溶融結晶化された結晶シリコンは、固相結晶化された結晶シリコンよりも大きい粒径を有する。
【００１８】
したがって、この発明によれば、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造できる。
【００１９】
また、この発明によれば、非晶質シリコンを溶融結晶化または固相結晶化するとき、２ｍｍφ〜５ｍｍφの範囲の直径を有する第２の噴出口または第３の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射し、その後、１ｍｍφ以下の直径を有する第１の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射する。その結果、第２の噴出口または第３の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射することにより、水素が非晶質シリコンから脱離し、第１の噴出口から熱プラズマジェットを非晶質シリコンに照射することにより、水素が脱離した非晶質シリコンから溶融結晶化または固相結晶化が起る。
【００２０】
したがって、この発明によれば、非晶質シリコンを溶融結晶化または固相結晶化するときに、膜への損傷を抑制して非晶質シリコンを溶融結晶化または固相結晶化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態による半導体製造装置の構成図である。
【図２】図１に示す半導体製造装置の動作を説明するための第１の概念図である。
【図３】図１に示す半導体製造装置の動作を説明するための第２の概念図である。
【図４】熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ膜に照射したときのＳｉ膜の反射率の時間変化を示す図である。
【図５】溶融結晶化後の光学顕微鏡像を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態による他の半導体製造装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態によるさらに他の半導体製造装置の構成図である。
【図８】図７に示すプラズマジェット発生装置の構成図である。
【図９】図７に示すプラズマジェット発生装置の構成図である。
【図１０】半導体製造装置を用いた結晶シリコンの製造方法を示す第１の概念図である。
【図１１】半導体製造装置を用いた結晶シリコンの製造方法を示す第２の概念図である。
【図１２】この発明の実施の形態によるさらに他の半導体製造装置の構成図である。
【図１３】図１２に示すプラズマジェット発生装置の構成図である。
【図１４】表示装置の平面図である。
【図１５】表示装置に用いられるＴＦＴ用の結晶シリコンを製造するときの概念図である。
【図１６】図１に示す半導体製造装置を用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【図１７】図６に示す半導体製造装置を用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【図１８】図７に示す半導体製造装置を用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【図１９】図１２に示す半導体製造装置を用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による半導体製造装置の構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による半導体製造装置１００は、架台１と、圧電素子２と、プラズマ源１０と、測定装置３０と、制御装置４０と、ＸＹステージ５０とを備える。
【００２４】
圧電素子２は、一方端が架台１に固定され、他方端がプラズマ源１０に連結される。
【００２５】
プラズマ源１０は、陽極１１と、絶縁体１２，１３と、陰極１４と、ガス導入管１５と、給水管１６と、排出管１７と、電源回路２０とを含む。
【００２６】
陽極１１は、概略、中空の円筒形状からなり、ＸＹステージ５０側に噴出口１８を有する。また、陽極１１は、その内部に中空部分１９を有する。そして、陽極１１は、例えば、熱伝導率が高い銅（Ｃｕ）からなる。
【００２７】
絶縁体１２は、陽極１１と導体１３との間に陽極１１および導体１３に接して配置される。そして、絶縁体１２は、例えば、アルミナおよびセラミックス等からなる。
【００２８】
導体１３は、略十字形状を有する。そして、導体１３のうち、水平方向ＤＲ１に配置された部分は、絶縁体１２に接して配置される。また、導体１３のうち、上下方向ＤＲ２に配置された部分は、陽極１１の噴出口１８の方向へ突出するとともに、一方端が尖っており、他方端が圧電素子２に連結されている。さらに、導体１３は、陰極１４を挿入するための孔を有する。そして、導体１３は、例えば、Ｃｕからなる。
【００２９】
絶縁体１２が陽極１１および導体１３に接するように配置されることによって、内部空間２１が形成される。
【００３０】
陰極１４は、導体１３に挿入されるとともに、一方端側が導体１３から露出する。また、陰極１４は、その一方端が噴出口１８に向かって尖っている。そして、陰極１４は、例えば、タングステン、タンタル、ルテニウム、およびジルコニウム等の熱陰極金属材料からなる。
【００３１】
ガス導入管１５は、その一方端側が陽極１１を貫通して内部空間２１に達するように陽極１１に固定される。そして、ガス導入管１５は、アルゴン（Ａｒ）ガスを保持するガスボンベ（図示せず）に連結されている。給水管１６は、その一方端側が陽極１１を貫通して中空部分１９に達するように陽極１１に固定される。排出管１７は、その一方端側が陽極１１を貫通して中空部分１９に達するように陽極１１に固定される。
【００３２】
噴出口１８は、例えば、３００μｍφの直径を有する。電源回路２０は、陽極１１と陰極１４との間に電気的に接続される。測定装置３０は、その底面３０Ａが陽極１１の底面１１Ａに一致するように陽極１１の外周面に設置される。ＸＹステージ５０は、支持部材（図示せず）によって架台１に固定される。
【００３３】
圧電素子２は、制御装置４０から電圧が印加されると、上下方向ＤＲ２に伸縮し、プラズマ源１０を上下方向ＤＲ２へ移動させる。
【００３４】
プラズマ源１０は、電源回路２０から直流電圧が印加され、ガス導入口１５からＡｒガスが内部空間２１へ供給されると、直流アーク放電によって熱プラズマジェットを発生する。そして、プラズマ源１０は、その発生した熱プラズマジェットを噴出口１８から放射する。
【００３５】
ガス導入管１５は、Ａｒガスをガスボンベ（図示せず）からプラズマ源１０の内部空間２１へ供給する。この場合、内部空間２１は、大気圧に設定される。
【００３６】
給水管１６は、冷却水を陽極１１の中空部分１９へ供給する。排出管１７は、陽極１１の中空部分１９から冷却水を排出する。
【００３７】
電源回路２０は、陽極１１がプラスになり、陰極１４がマイナスになるように、直流電圧を陽極１１−陰極１４間に印加する。
【００３８】
測定装置３０は、制御装置４０からの制御に従って、ＸＹステージ５０に設置された基板６０と噴出口１８との距離を測定する。より具体的には、測定装置３０は、距離の測定を指示するための信号ＤＳを制御装置４０から受けると、レーザ光を基板６０に照射した時刻ｔ１と、基板６０からの反射光を受光した時刻ｔ２とを検出する。そして、測定装置３０は、時刻ｔ１，ｔ２および光速度ｃに基づいて、ｃ×（ｔ２−ｔ１）／２を演算することによって、噴出口１８と基板６０との距離Ｌを測定する。そうすると、測定装置３０は、その測定した距離Ｌを制御装置４０へ出力する。
【００３９】
制御装置４０は、信号ＤＳを測定装置３０へ出力する。また、制御装置４０は、距離Ｌを測定装置３０から受け、その受けた距離Ｌに基づいて、噴出口１８と基板６０との距離が所望の距離に設定されるように、圧電素子２に電圧を印加する。
【００４０】
半導体製造装置１００においては、噴出口１８と基板６０との距離は、例えば、１ｍｍまたは５ｍｍに設定される。制御装置４０は、測定装置３０によって測定された距離Ｌが１ｍｍまたは５ｍｍになるように電圧を圧電素子２に印加する。
【００４１】
半導体製造装置１００は、プラズマ源１０によって熱プラズマジェットを発生し、その発生した熱プラズマジェットを基板６０上に形成された水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜に照射することによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を結晶化する。
【００４２】
この場合、半導体製造装置１００は、噴出口１８と基板６０との距離Ｌを１ｍｍに設定することによってａ−Ｓｉ膜を溶融結晶化し、距離Ｌを５ｍｍに設定することによってａ−Ｓｉ：Ｈ膜を固相結晶化する。
【００４３】
なお、図１においては、図示されていないが、陰極１４も、陽極１１と同じ方法によって冷却されている。
【００４４】
半導体製造装置１００における動作について説明する。図２および図３は、それぞれ、図１に示す半導体製造装置１００の動作を説明するための第１および第２の概念図である。
【００４５】
図２を参照して、例えば、シラン（ＳｉＨ４）ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１が形成された基板６０をＸＹステージ５０に設置する。なお、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の膜厚は、例えば、５０ｎｍである。
【００４６】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、制御装置４０は、測定装置３０によって測定された距離Ｌが１ｍｍになるように電圧を圧電素子２に印加する。これによって、噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍに設定される。
【００４７】
その後、ガス導入管１５は、内部空間２１の圧力が大気圧になるように、Ａｒガスをガスボンベ（図示せず）からプラズマ源１０の内部空間２１へ供給する。この場合、Ａｒガスの流量は、例えば、７．０リットル／分である。また、給水管１６は、冷却水を陽極１１の中空部分１９に供給するとともに、排出管１７は、陽極１１の中空部分１９から冷却水を排出する。これによって、陽極１１は、冷却される。
【００４８】
引き続いて、電源回路２０は、例えば、１．４ｋＷの直流電力を陽極１１−陰極１４間に印加する。そうすると、陰極１４は、先端部から熱プラズマジェットＴＰＪを発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪを噴出口１８を介してａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する。この場合、移動機構（図示せず）によってプラズマ源１０を４０００ｍｍ／ｓの速度で移動させる。
【００４９】
その結果、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、熱プラズマジェットＴＰＪが照射された部分が溶融結晶化され、結晶シリコン６１１が形成される。この結晶シリコン６１１は、数十μｍ以上の粒径を有する。
【００５０】
図３を参照して、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、制御装置４０は、測定装置３０によって測定された距離Ｌが５ｍｍになるように電圧を圧電素子２に印加する。これによって、噴出口１８と基板６０との距離が５ｍｍに設定される。
【００５１】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１が形成された基板６０がＸＹステージ５０に設置される。その後、上述した方法によって、Ａｒガスがプラズマ源１０の内部空間２１に供給されるとともに、プラズマ源１０の陽極１１が冷却される。
【００５２】
そうすると、電源回路２０は、１．４ｋＷの直流電力を陽極１１―陰極１４間に印加する。これによって、陰極１４は、先端部から熱プラズマジェットＴＰＪを発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪを噴出口１８を介してａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する。この場合も、移動機構（図示せず）によってプラズマ源１０を４０００ｍｍ／ｓの速度で移動させる。
【００５３】
その結果、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、熱プラズマジェットＴＰＪが照射された部分が固相融結晶化され、結晶シリコン６１２が形成される。この結晶シリコン６１２は、約２０ｎｍの粒径を有する。
【００５４】
このように、半導体製造装置１００は、噴出口１８と基板６０との距離を変えることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化または固相結晶化することを特徴とする。
【００５５】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の溶融結晶化は、噴出口１８の直径を２ｍｍφ〜４ｍｍφから３００μｍφに小さくし、かつ、噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍに設定することによって実現された。
【００５６】
図４は、熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜に照射したときのＳｉ膜の反射率の時間変化を示す図である。また、図５は、溶融結晶化後の光学顕微鏡像を示す図である。
【００５７】
噴出口１８の直径を３００μｍφに設定し、かつ、噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍに設定した状態で、基板６１（＝石英）の裏側からプローブレーザ（波長：５３２ｎｍ、パワー：５０ｍＷ）をＳｉ膜に照射し、Ｓｉ膜からの反射率を測定した結果を図４に示す。
【００５８】
図４において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。図４を参照して、反射率が４５％に瞬間的に増大する波形が得られた。この反射率の変化は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の溶融を示すものである。
【００５９】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜が溶融している溶融時間は、１３６μｓであることから、溶融ゾーンは、幅１２０μｍ、長さ５４０μｍの細長い形状である。
【００６０】
また、図５に示すように、溶融ゾーンの横方向移動に伴う結晶成長に特有の樹状模様が観測され、熱プラズマジェットによるマイクロ秒オーダーのゾーンメルティングによる結晶化が起っていることが分かった。
【００６１】
このように、噴出口１８の直径を３００μｍφに設定し、かつ、噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍに設定することによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の溶融結晶化が可能である。
【００６２】
また、噴出口１８の直径を３００μｍφに設定し、かつ、噴出口１８と基板６０との距離を５ｍｍに設定した場合についても、同様に、Ｓｉ膜からの反射率の変化を測定した。その結果、固相結晶化が起っていると考えられるミリ秒オーダーの反射率の変化が観測された。
【００６３】
上述したように、半導体製造装置１００は、噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍまたは５ｍｍに設定することによって、それぞれ、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化または固相結晶化する。
【００６４】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を溶融結晶化した場合、数十μｍの粒径を有する結晶シリコンが製造され、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を固相結晶化した場合、約２０ｎｍの粒径を有する結晶シリコンが製造される。
【００６５】
したがって、この発明によれば、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造できる。
【００６６】
半導体製造装置１００は、プラズマ源１０を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化または固相結晶化するので、次の特徴を有する。すなわち、プラズマは、透明なガラス基板も加熱するので、シリコン膜を島状にパターンニングした後であってもａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を結晶化できる。一方、ＣＷレーザーを用いた結晶化の場合、シリコン膜を島状にパターンニングした後では、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を結晶化できない。
【００６７】
なお、半導体製造装置１００においては、噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍまたは５ｍｍになるようにプラズマ源１０を移動させると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍまたは５ｍｍになるようにＸＹステージ５０を上下方向ＤＲ２に移動させてもよい。
【００６８】
この場合、架台１は、底面を有する架台からなり、圧電素子２は、架台の底面に固定され、ＸＹステージ５０は、圧電素子２に固定されている。そして、制御装置４０は、上述した方法によって、噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍまたは５ｍｍになるように圧電素子２に電圧を印加してＸＹステージ５０を上下方向ＤＲ２へ移動させる。
【００６９】
したがって、圧電素子２および制御装置４０は、噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍまたは５ｍｍに設定する「距離設定装置」を構成する。
【００７０】
また、半導体製造装置１００においては、圧電素子２に代えて、ステッピングモータを用いたアクチュエータによってプラズマ源１０の噴出口１８と基板６０との距離を１ｍｍまたは５ｍｍに設定するようにしてもよい。
【００７１】
図６は、この発明の実施の形態による他の半導体製造装置の構成図である。この発明の実施の形態による半導体製造装置は、図６に示す半導体製造装置１００Ａであってもよい。図６を参照して、半導体製造装置１００Ａは、図１に示す半導体製造装置１００の測定装置３０および制御装置４０を削除し、圧電素子２を固定部材７０，７１に代え、プラズマ源１０をプラズマ源１０Ａ，１０Ｂに代えたものであり、その他は、半導体製造装置１００と同じである。
【００７２】
プラズマ源１０Ａ，１０Ｂの各々は、図１に示すプラズマ源１０と同じ構成からなる。固定部材７０は、プラズマ源１０Ａの噴出口１８と基板６０との距離が５ｍｍに設定されるようにプラズマ源１０Ａを架台１に固定する。固定部材７１は、プラズマ源１０Ｂの噴出口１８と基板６０との距離が１ｍｍに設定されるようにプラズマ源１０Ｂを架台１に固定する。
【００７３】
半導体製造装置１００Ａにおいては、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、プラズマ源１０Ａによって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射し、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、プラズマ源１０Ｂによって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する。
【００７４】
従って、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を固相結晶化する場合、そのａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部がプラズマ源１０Ａの噴出口１８の真下に位置するようにＸＹステージ５０によって基板６０を移動させる。また、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を溶融結晶化する場合、そのａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部がプラズマ源１０Ｂの噴出口１８の真下に位置するようにＸＹステージ５０によって基板６０を移動させる。
【００７５】
プラズマ源１０Ａを用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を固相結晶化するときの動作は、半導体製造装置１００を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を固相結晶化するときの動作と同じであり、プラズマ源１０Ｂを用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を溶融結晶化するときの動作は、半導体製造装置１００を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を溶融結晶化するときの動作と同じである。
【００７６】
このように、半導体製造装置１００Ａは、プラズマ源１０Ａによってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を固相結晶化し、プラズマ源１０Ｂによってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部を溶融結晶化する。
【００７７】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を溶融結晶化した場合、数十μｍの粒径を有する結晶シリコンが製造され、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を固相結晶化した場合、約２０ｎｍの粒径を有する結晶シリコンが製造される。
【００７８】
したがって、この発明によれば、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造できる。
【００７９】
図７は、この発明の実施の形態によるさらに他の半導体製造装置の構成図である。この発明の実施の形態による半導体製造装置は、図７に示す半導体製造装置１００Ｂであってもよい。
【００８０】
図７を参照して、半導体製造装置１００Ｂは、図６に示す半導体製造装置１００Ａのプラズマ源１０Ａ，１０Ｂをそれぞれプラズマジェット発生装置８０，９０に代え、駆動装置１１０を追加したものであり、その他は、半導体製造装置１００Ａと同じである。
【００８１】
半導体製造装置１００Ｂにおいては、固定部材７０は、プラズマジェット発生装置８０の底面８０Ａと基板６０との距離が５ｍｍに設定されるようにプラズマジェット発生装置８０を架台１に固定する。
【００８２】
また、固定部材７１は、プラズマジェット発生装置９０の底面９０Ａと基板６０との距離が１ｍｍに設定されるようにプラズマジェット発生装置９０を架台１に固定する。
【００８３】
プラズマジェット発生装置８０は、後述する方法によって、熱プラズマジェットＴＰＪ１〜ＴＰＪ３を基板６０に選択的に照射する。
【００８４】
プラズマジェット発生装置９０は、後述する方法によって、熱プラズマジェットＴＰＪ４〜ＴＰＪ６を基板６０に選択的に照射する。
【００８５】
図８は、図７に示すプラズマジェット発生装置８０の構成図である。図８を参照して、プラズマジェット発生装置８０は、プラズマ源８１〜８３を含む。プラズマ源８１〜８３の各々は、図１に示すプラズマ源１０と同じ構成からなる。
【００８６】
この場合、プラズマ源８１，８３の各々は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１８２を有する。また、プラズマ源８２は、直径が３００μｍφである噴出口１８１を有する。
【００８７】
プラズマ源８１〜８３は、直線状に配置される。すなわち、プラズマ源８３は、プラズマ源８２を中心としてプラズマ源８１と対称な位置に配置される。そして、プラズマ源８１〜８３の絶縁体１４は、固定部材７０に固定される。
【００８８】
プラズマ源８１，８３は、それぞれ、直流アーク放電によって熱プラズマジェットＴＰＪ２，ＴＰＪ３を発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪ２，ＴＰＪ３を噴出口１８２から放射する。また、プラズマ源８２は、直流アーク放電によって熱プラズマジェットＴＰＪ１を発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪ１を噴出口１８１から放射する。
【００８９】
このように、プラズマジェット発生装置８０は、直径が異なる噴出口１８１，１８２を有する３個のプラズマ源８１〜８３からなる。
【００９０】
図９は、図７に示すプラズマジェット発生装置９０の構成図である。図９を参照して、プラズマジェット発生装置９０は、プラズマ源９１〜９３を含む。プラズマ源９１〜９３の各々は、図１に示すプラズマ源１０と同じ構成からなる。
【００９１】
この場合、プラズマ源９１，９３の各々は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１９２を有する。また、プラズマ源９２は、直径が３００μｍφである噴出口１９１を有する。
【００９２】
プラズマ源９１〜９３は、直線状に配置される。すなわち、プラズマ源９３は、プラズマ源９２を中心としてプラズマ源９１と対称な位置に配置される。そして、プラズマ源９１〜９３の絶縁体１４は、固定部材７１に固定される。
【００９３】
プラズマ源９１，９３は、それぞれ、直流アーク放電によって熱プラズマジェットＴＰＪ５，ＴＰＪ６を発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪ５，ＴＰＪ６を噴出口１９２から放射する。また、プラズマ源９２は、直流アーク放電によって熱プラズマジェットＴＰＪ４を発生し、その発生した熱プラズマジェットＴＰＪ４を噴出口１９１から放射する。
【００９４】
このように、プラズマジェット発生装置９０は、直径が異なる噴出口１９１，１９２を有する３個のプラズマ源９１〜９３からなる。
【００９５】
駆動装置１１０は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、プラズマジェット発生装置８０を駆動し、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、プラズマジェット発生装置９０を駆動する。
【００９６】
そして、駆動装置１１０は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、プラズマ源８１，８２を同時に駆動し、またはプラズマ源８２，８３を同時に駆動する。より具体的には、駆動装置１１０は、プラズマ源８２からプラズマ源８１へ向かう方向に沿ってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、プラズマ源８１，８２を同時に駆動する。また、駆動装置１１０は、プラズマ源８２からプラズマ源８３へ向かう方向に沿ってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化する場合、プラズマ源８２，８３を同時に駆動する。
【００９７】
なお、駆動装置１１０は、プラズマ源８１，８２の電源回路２０をオンすることによってプラズマ源８１，８２を同時に駆動する。また、駆動装置１１０は、プラズマ源８２，８３の電源回路２０をオンすることによってプラズマ源８２，８３を同時に駆動する。
【００９８】
プラズマ源８１，８２が同時に駆動された場合、プラズマ源８１は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１８２から熱プラズマジェットＴＰＪ２を放射し、プラズマ源８２は、直径が３００μｍφである噴出口１８１から熱プラズマジェットＴＰＪ１を放射する。
【００９９】
その結果、熱プラズマジェットＴＰＪ２が照射されたａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部から膜中の水素が脱離し、水素が脱離したａ−Ｓｉ膜の一部が熱プラズマジェットＴＰＪ１によって固相結晶化される。
【０１００】
また、プラズマ源８２，８３が同時に駆動された場合、プラズマ源８３は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１８２から熱プラズマジェットＴＰＪ３を放射し、プラズマ源８２は、直径が３００μｍφである噴出口１８１から熱プラズマジェットＴＰＪ１を放射する。
【０１０１】
その結果、熱プラズマジェットＴＰＪ３が照射されたａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部から膜中の水素が脱離し、水素が脱離したａ−Ｓｉ膜の一部が熱プラズマジェットＴＰＪ１によって固相結晶化される。
【０１０２】
このように、プラズマ源８１，８３は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１８２を有するので、熱プラズマジェットＴＰＪ２，ＴＰＪ３をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射した場合、水素がａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離する。
【０１０３】
結晶化時間がミリ秒以下である場合、結晶化の前にａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１中から水素を脱離しないと、結晶化中の水素脱離によって膜の損傷が生じる場合がある。
【０１０４】
そこで、プラズマ源８２によるａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の固相結晶化の前に、プラズマ源８１，８３を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から水素を脱離することにしたものである。
【０１０５】
これによって、膜の損傷が殆ど生じない結晶シリコンを製造できる。
【０１０６】
一方、駆動装置１１０は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、プラズマ源９１，９２を同時に駆動し、またはプラズマ源９２，９３を同時に駆動する。より具体的には、駆動装置１１０は、プラズマ源９２からプラズマ源９１へ向かう方向に沿ってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、プラズマ源９１，９２を同時に駆動する。また、駆動装置１１０は、プラズマ源９２からプラズマ源９３へ向かう方向に沿ってａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化する場合、プラズマ源９２，９３を同時に駆動する。
【０１０７】
なお、駆動装置１１０は、プラズマ源９１，９２の電源回路２０をオンすることによってプラズマ源９１，９２を同時に駆動する。また、駆動装置１１０は、プラズマ源９２，９３の電源回路２０をオンすることによってプラズマ源９２，９３を同時に駆動する。
【０１０８】
プラズマ源９１，９２が同時に駆動された場合、プラズマ源９１は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１９２から熱プラズマジェットＴＰＪ５を放射し、プラズマ源９２は、直径が３００μｍφである噴出口１９１から熱プラズマジェットＴＰＪ４を放射する。
【０１０９】
その結果、熱プラズマジェットＴＰＪ５が照射されたａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部から膜中の水素が脱離し、水素が脱離したａ−Ｓｉ膜の一部が熱プラズマジェットＴＰＪ４によって溶融結晶化される。
【０１１０】
また、プラズマ源９２，９３が同時に駆動された場合、プラズマ源９３は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１９２から熱プラズマジェットＴＰＪ６を放射し、プラズマ源９２は、直径が３００μｍφである噴出口１９１から熱プラズマジェットＴＰＪ４を放射する。
【０１１１】
その結果、熱プラズマジェットＴＰＪ６が照射されたａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部から膜中の水素が脱離し、水素が脱離したａ−Ｓｉ膜の一部が熱プラズマジェットＴＰＪ４によって溶融結晶化される。
【０１１２】
このように、プラズマ源９１，９３は、直径が２ｍｍφ〜５ｍｍφである噴出口１９２を有するので、熱プラズマジェットＴＰＪ５，ＴＰＪ６をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射した場合、水素がａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離する。
【０１１３】
上述したように、結晶化の前にａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１中から水素を脱離しないと、結晶化中の水素脱離によって膜の損傷が生じる場合がある。
【０１１４】
そこで、プラズマ源９２によるａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の溶融結晶化の前に、プラズマ源９１，９３を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から水素を脱離することにしたものである。
【０１１５】
これによって、膜の損傷が殆ど生じない結晶シリコンを製造できる。
【０１１６】
図１０および図１１は、それぞれ、半導体製造装置１００Ｂを用いた結晶シリコンの製造方法を示す第１および第２の概念図である。
【０１１７】
なお、図１０および図１１においては、プラズマジェット発生装置８０を用いた結晶シリコンの製造方法について説明する。この場合、プラズマジェット発生装置８０は、プラズマ源８２からプラズマ源８１への方向へ移動されるものとする（図１０および図１１の矢印ＡＲＷ１参照）。
【０１１８】
図１０を参照して、プラズマ源８１の内部空間２１内の圧力が大気圧になるようにＡｒガスがプラズマ源８１の内部空間２１内に供給され、冷却水がプラズマ源８１の陽極１１の中空部分１９に供給されると、プラズマ源８１の電源回路２０は、駆動装置１１０によってオンされ、陽極１１−陰極１４間に１．４ｋＷの直流電力を印加する。
【０１１９】
そして、プラズマ源８１は、熱プラズマジェットＴＰＪ２をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の領域ＲＥＧ１に照射する。
【０１２０】
これによって、水素がａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の領域ＲＥＧ１から脱離する。
【０１２１】
その後、プラズマジェット発生装置８０の移動によって、領域ＲＥＧ１がプラズマ源８２の噴出口１８１の真下に到達すると、プラズマ源８２は、プラズマ源８１と同様にして駆動され、熱プラズマジェットＴＰＪ１をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の領域ＲＥＧ１に照射する。この場合、プラズマ源８１は、熱プラズマジェットＴＰＪ２をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の領域ＲＥＧ２に照射している（図１１参照）。
【０１２２】
これによって、領域ＲＥＧ１において、水素が脱離したａ−Ｓｉからの固相結晶化が起り、領域ＲＥＧ２において、ａ−Ｓｉ：Ｈからの水素の脱離が生じる。
【０１２３】
それ以降、プラズマジェット発生装置８０を矢印ＡＲＷ１の方向へ移動させることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈからの水素の脱離と、水素が脱離したａ−Ｓｉからの固相結晶化とが繰返し行なわれる。
【０１２４】
なお、図１０および図１１においては、熱プラズマジェットＴＰＪ１，ＴＰＪ２が照射される領域は、飛び飛びであるように示されているが、プラズマジェット発生装置８０を矢印ＡＲＷ１の方向へ一定の速度（例えば、４０００ｍｍ／ｓ）で移動させることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の連続した領域において、ａ−Ｓｉ：Ｈからの水素の脱離と、水素が脱離したａ−Ｓｉからの固相結晶化とが生じ、結晶シリコンが連続して製造される。
【０１２５】
また、プラズマジェット発生装置８０を矢印ＡＲＷ１の方向へステップ状に移動させることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の飛び飛びの領域において、ａ−Ｓｉ：Ｈからの水素の脱離と、水素が脱離したａ−Ｓｉからの固相結晶化とが生じ、結晶シリコンが飛び飛びに製造される。
【０１２６】
さらに、プラズマジェット発生装置８０を矢印ＡＲＷ１と反対の方向（すなわち、プラズマ源８２からプラズマ源８３へ向かう方向）に移動させた場合も、上述した方法によって、プラズマ源８３は、ａ−Ｓｉ：Ｈから水素を脱離し、プラズマ源８２は、水素が脱離したａ−Ｓｉを固相結晶化する。
【０１２７】
さらに、プラズマジェット発生装置９０を用いてａ−Ｓｉ：Ｈを溶融結晶化する場合も、上述した方法と同じ方法が用いられる。
【０１２８】
このように、半導体製造装置１００Ｂを用いれば、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から水素を脱離した後に、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化または溶融結晶化できる。
【０１２９】
なお、半導体製造装置１００Ｂにおいては、直径が３００μｍφの噴出口１８１を有するプラズマ源８２をプラズマ源８１，８３に代えて用い、直径が３００μｍφの噴出口１９１を有するプラズマ源９２をプラズマ源９１，９３に代えて用いてもよい。
【０１３０】
つまり、半導体製造装置１００Ｂにおいては、プラズマジェット発生装置８０は、３個のプラズマ源８２からなり、プラズマジェット発生装置９０は、３個のプラズマ源９２からなっていてもよい。
【０１３１】
この場合、プラズマ源８１の代わりに用いるプラズマ源８２をプラズマ源８２（８１）とし、プラズマ源８３の代わりに用いるプラズマ源８２をプラズマ源８２（８３）とし、プラズマ源９１の代わりに用いるプラズマ源９２をプラズマ源９２（９１）とし、プラズマ源９３の代わりに用いるプラズマ源９２をプラズマ源９２（９３）とすると、プラズマ源８２（８１）およびプラズマ源８２（８３）が放射する熱プラズマジェットのパワー密度は、プラズマ源８２が放射する熱プラズマジェットのパワー密度よりも低く、プラズマ源９２（９１）およびプラズマ源９２（９３）が放射する熱プラズマジェットのパワー密度は、プラズマ源９２が放射する熱プラズマジェットのパワー密度よりも低い。
【０１３２】
このように、熱プラズマジェットのパワー密度を制御することによっても、水素をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離するために用いる熱プラズマジェットと、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化または溶融結晶化するために用いる熱プラズマジェットとをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射できる。
【０１３３】
図１２は、この発明の実施の形態によるさらに他の半導体製造装置の構成図である。この発明の実施の形態による半導体製造装置は、図１２に示す半導体製造装置１００Ｃであってもよい。
【０１３４】
図１２を参照して、半導体製造装置１００Ｃは、図７に示す半導体製造装置１００Ｂのプラズマジェット発生装置８０，９０をそれぞれプラズマジェット発生装置１２０，１３０に代えたものであり、その他は、半導体製造装置１００Ｂと同じである。
【０１３５】
半導体製造装置１００Ｃにおいては、固定部材７０は、プラズマジェット発生装置１２０の底面１２０Ａと基板６０との距離が５ｍｍに設定されるようにプラズマジェット発生装置１２０を架台１に固定する。また、固定部材７１は、プラズマジェット発生装置１３０の底面１３０Ａと基板６０との距離が１ｍｍに設定されるようにプラズマジェット発生装置１３０を架台１に固定する。
【０１３６】
更に、半導体製造装置１００Ｃにおいては、駆動装置１１０は、プラズマジェット発生装置１２０，１３０を選択的に駆動する。
【０１３７】
プラズマジェット発生装置１２０は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の熱プラズマジェットＴＰＪ２１〜ＴＰＪ２ｎを同時に放射する。プラズマジェット発生装置１３０は、熱プラズマジェットＴＰＪ１１を放射する。
【０１３８】
図１３は、図１２に示すプラズマジェット発生装置１２０の構成図である。図１３を参照して、プラズマジェット発生装置１２０は、プラズマ源１２１〜１２ｎを含む。
【０１３９】
プラズマ源１２１〜１２ｎの各々は、図１に示すプラズマ源１０と同じ構成からなる。そして、プラズマ源１２１〜１２ｎの導体１３は、固定部材７０に連結される。
【０１４０】
ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎは、ｎ個の噴出口１８が直線状に配列されるように配置される。この場合、隣接する２つのプラズマ源の２つの噴出口１８間の間隔ＬＧは、表示装置の複数の画素に対応して設けられた複数のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の間隔と同程度に設定される。より具体的には、間隔ＬＧは、表示装置のデータ線の長さ方向における隣接する２つのＴＦＴ間の間隔と同程度に設定される。その結果、熱プラズマジェットＴＰＪ２１〜ＴＰＪ２ｎの隣接する２つの熱プラズマジェット間の間隔も、表示装置のデータ線の長さ方向における隣接する２つのＴＦＴ間の間隔と同程度に設定される。また、プラズマ源１２１〜１２ｎから放射される熱プラズマジェットＴＰＪ２１〜ＴＰＪ２ｎの各々の大きさは、画素ピッチ以下である。
【０１４１】
したがって、プラズマジェット発生装置１２０を表示装置の走査線の方向に移動させながら、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎを同時に駆動することによって、複数の画素に対応して設けられた複数のＴＦＴを形成する領域を一度に結晶化できる。
【０１４２】
なお、駆動装置１１０は、プラズマ源１２１〜１２ｎの電源回路２０をオンすることによって、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎを同時に駆動する。
【０１４３】
再び、図１２を参照して、プラズマジェット発生装置１３０は、図１に示すプラズマ源１０からなる。
【０１４４】
プラズマジェット発生装置１２０は、基板６０から５ｍｍの位置に設置されているので、プラズマジェット発生装置１２０を図１２の紙面に垂直な方向に移動させることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のｎ個の列を同時に固相結晶化できる。
【０１４５】
また、プラズマジェット発生装置１３０は、基板６０から１ｍｍの位置に設置されているので、プラズマジェット発生装置１３０を図１２の紙面に垂直な方向に移動させることによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の１個の列を溶融結晶化できる。
【０１４６】
半導体製造装置１００Ｃにおいては、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎは、表示装置の複数の画素に対応して設けられた複数のＴＦＴ用の結晶シリコンを製造するために使用され、プラズマジェット発生装置１３０（＝プラズマ源１０）は、複数の画素の周辺に設けられた周辺回路に含まれるＴＦＴ用の結晶シリコンを製造するために使用される。
【０１４７】
複数の画素に対応して設けられる複数のＴＦＴは、均一性が重要であるので、結晶シリコンの粒径が小さくてもよいが、複数の画素の周辺に設けられる周辺回路用のトランジスタは、高速動作が必要であるので、粒径の大きい結晶シリコンが必要である。
【０１４８】
そこで、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎによって、複数の画素に対応して設けられた複数のＴＦＴ用の結晶シリコンを製造し、プラズマジェット発生装置１３０（＝プラズマ源１０）によって、複数の画素の周辺に設けられた周辺回路に含まれるＴＦＴ用の結晶シリコンを製造することにしたものである。
【０１４９】
なお、半導体製造装置１００Ｃにおいては、プラズマジェット発生装置１２０は、プラズマ源１２１〜１２ｎの各々の前後（図１３の紙面手前と図１３の紙面奥側）に２つのプラズマ源（＝プラズマ源８１，８３）をさらに含み、プラズマジェット発生装置１３０は、プラズマジェット発生装置１３０を構成するプラズマ源１０の前後（図１２の紙面手前と図１２の紙面奥側）に２つのプラズマ源（＝プラズマ源８１，８３）をさらに含むようにしてもよい。これによって、半導体製造装置１００Ｃは、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から水素を脱離した後に、ａ−Ｓｉを固相結晶化または溶融結晶化する。したがって、膜への損傷を抑制してａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を結晶化できる。
【０１５０】
図１４は、表示装置の平面図である。図１４を参照して、複数の画素ＧＥがマトリックス状に配置されている。また、複数の走査線が方向ＤＲ３に沿って平行に配置され、複数のデータ線が方向ＤＲ４に沿って平行に配置されている。
【０１５１】
さらに、周辺回路が複数の画素ＧＥの周辺に配置されている。さらに、複数のＴＦＴ（Ｔｒ）は、複数の画素ＧＥに対応して配置されている。そして、複数のＴＦＴ（Ｔｒ）の各々は、走査線とデータ線との交差点で走査線およびデータ線に接続される。
【０１５２】
図１５は、表示装置に用いられるＴＦＴ用の結晶シリコンを製造するときの概念図である。
【０１５３】
図１５を参照して、周辺回路が形成される領域ＲＥＧ１１においては、半導体製造装置１００Ｃのプラズマジェット発生装置１３０（＝プラズマ源１０）は、熱プラズマジェットＴＰＪ１１をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射し、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を溶融結晶化して粒径が数十μｍ程度の結晶シリコンを製造する。
【０１５４】
また、プラズマジェット発生装置１２０のｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎは、方向ＤＲ４に沿って配置され、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎを方向ＤＲ３に沿って移動させることによって、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎは、それぞれ、領域ＲＥＧ２１〜ＲＥＧ２ｎに熱プラズマジェットＴＰＪ２１〜ＴＰＪ２ｎを照射し、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を固相結晶化して粒径が約２０ｎｍの結晶シリコンを製造する。
【０１５５】
この場合、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎは、それぞれ、領域ＲＥＧ２１〜ＲＥＧ２ｎにおいて、チャネルが形成されるチャネル領域ＣｈＲＥＧにのみ熱プラズマジェットＴＰＪ２１〜ＴＰＪ２ｎを照射する。
【０１５６】
したがって、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎを方向ＤＲ３に沿って１回走査することによって、マトリックス状に配置された複数のＴＦＴ（Ｔｒ）用の複数のチャネル領域ＣｈＲＥＧを形成できる。その結果、表示装置用のＴＦＴを製造するときのスループットを向上できる。
【０１５７】
図１６は、図１に示す半導体製造装置１００を用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【０１５８】
図１６を参照して、一連の動作が開始されると、プラズマＣＶＤ法を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１が基板６０上に形成される（ステップＳ１）。
【０１５９】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１／基板６０を半導体製造装置１００のＸＹステージ５０上に設置する（ステップＳ２）。
【０１６０】
その後、プラズマ源１０の噴出口１８と基板６０との距離が上述した方法によって１ｍｍに設定される（ステップＳ３）。
【０１６１】
引き続き、プラズマ源１０の内部空間２１内の圧力が大気圧になるようにＡｒガスを内部空間２１内に導入し、冷却水を陽極１１の中空部分１９に流す。そして、陽極１１−陰極１４間に直流電力を供給してプラズマ源１０を駆動する。
【０１６２】
そうすると、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ４）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、熱プラズマジェットが照射された部分が溶融結晶化される。
【０１６３】
その後、プラズマ源１０の噴出口１８と基板６０との距離が上述した方法によって５ｍｍに設定される（ステップＳ５）。
【０１６４】
そして、プラズマ源１０によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ６）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、熱プラズマジェットが照射された部分が固相結晶化される。
【０１６５】
そして、一連の動作が終了する。
【０１６６】
なお、図１６に示すフローチャートにおいては、ステップＳ５，Ｓ６は、ステップＳ３，Ｓ４の前に実行されてもよい。
【０１６７】
図１７は、図６に示す半導体製造装置１００Ａを用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【０１６８】
図１７に示すフローチャートは、図１６に示すフローチャートのステップＳ３，Ｓ５をそれぞれ、ステップＳ３Ａ，Ｓ５Ａに代えたものであり、その他は、図１６に示すフローチャートと同じである。
【０１６９】
図１７を参照して、一連の動作が開始されると、上述したステップＳ１，Ｓ２が順次実行される。
【０１７０】
そして、ステップＳ２の後、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマ源１０Ｂの噴出口１８の真下へ移動する（ステップＳ３Ａ）。
【０１７１】
その後、上述したステップＳ４が実行される。引き続いて、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマ源１０Ａの噴出口１８の真下へ移動する（ステップＳ５Ａ）。
【０１７２】
そして、上述したステップＳ６が実行され、一連の動作が終了する。
【０１７３】
なお、図１７に示すフローチャートにおいては、ステップＳ５Ａ，Ｓ６は、ステップＳ３Ａ，Ｓ４の前に実行されてもよい。
【０１７４】
図１８は、図７に示す半導体製造装置１００Ｂを用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【０１７５】
図１８を参照して、一連の動作が開始されると、プラズマＣＶＤ法を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１が基板６０上に形成される（ステップＳ１１）。
【０１７６】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１／基板６０を半導体製造装置１００ＢのＸＹステージ５０上に設置する（ステップＳ１２）。
【０１７７】
その後、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマジェット発生装置８０のプラズマ源８１の噴出口１８２の真下へ移動する（ステップＳ１３）。
【０１７８】
そうすると、プラズマジェット発生装置８０のプラズマ源８１を上述した方法によって駆動し、プラズマジェット発生装置８０を移動させながらプラズマ源８１によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ１４）。これによって、水素がａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離する。
【０１７９】
その後、プラズマジェット発生装置８０を移動させながらプラズマ源８２によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉに照射する（ステップＳ１５）。これによって、水素が脱離したａ−Ｓｉが固相結晶化される。
【０１８０】
引き続いて、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマジェット発生装置９０のプラズマ源９１の噴出口１９２の真下へ移動する（ステップＳ１６）。
【０１８１】
そうすると、プラズマジェット発生装置９０のプラズマ源９１を上述した方法によって駆動し、プラズマジェット発生装置９０を移動させながらプラズマ源９１によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ１７）。これによって、水素がａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離する。
【０１８２】
その後、プラズマジェット発生装置９０を移動させながらプラズマ源９２によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉに照射する（ステップＳ１８）。これによって、水素が脱離したａ−Ｓｉが溶融結晶化される。
【０１８３】
そして、一連の動作が終了する。
【０１８４】
なお、上記においては、プラズマ源８２からプラズマ源８１へ向かう方向に沿って、またはプラズマ源９２からプラズマ源９１へ向かう方向に沿って、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を結晶化する場合について説明したが、プラズマ源８２からプラズマ源８３へ向かう方向に沿って、またはプラズマ源９２からプラズマ源９３へ向かう方向に沿って、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１を結晶化する場合、ステップＳ１３において、結晶化する領域がプラズマ源８３の噴出口１８２の真下へ移動され、ステップＳ１４において、プラズマ源８３によって熱プラズマジェットがａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射され、ステップＳ１６において、結晶化する領域がプラズマ源９３の噴出口１９２の真下へ移動され、ステップＳ１７において、プラズマ源９３によって熱プラズマジェットがａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射される。
【０１８５】
また、図１８に示すフローチャートにおいては、ステップＳ１６〜Ｓ１８は、ステップＳ１３〜Ｓ１５の前に実行されてもよい。
【０１８６】
さらに、熱プラズマジェットのパワー密度を制御して水素をａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１から脱離する場合、ステップＳ１４において、プラズマ源８１（８２）によって、パワー密度の低い熱プラズマジェットがａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射され、ステップＳ１７において、プラズマ源９１（９２）によって、パワー密度の低い熱プラズマジェットがａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射される。
【０１８７】
図１９は、図１２に示す半導体製造装置１００Ｃを用いて結晶シリコンを製造するときのフローチャートである。
【０１８８】
図１９を参照して、一連の動作が開始されると、プラズマＣＶＤ法を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１が基板６０上に形成される（ステップＳ２１）。
【０１８９】
そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１／基板６０を半導体製造装置１００ＣのＸＹステージ５０上に設置する（ステップＳ２２）。
【０１９０】
その後、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマジェット発生装置１２０のプラズマ源１２１〜１２ｎの噴出口１８の真下へ移動する（ステップＳ２３）。
【０１９１】
そうすると、ｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎを上述した方法によって駆動し、プラズマジェット発生装置１２０を移動させながらｎ個のプラズマ源１２１〜１２ｎによって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ２４）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の複数の領域が固相結晶化される。
【０１９２】
引き続いて、ＸＹステージ５０を用いて、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１のうち、結晶化する領域をプラズマジェット発生装置１３０のプラズマ源１０の噴出口１８の真下へ移動する（ステップＳ２５）。
【０１９３】
そうすると、プラズマ源１０を上述した方法によって駆動し、プラズマジェット発生装置１３０を移動させながらプラズマ源１０によって熱プラズマジェットをａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１に照射する（ステップＳ２６）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１の一部分が溶融結晶化される。
【０１９４】
なお、図１９に示すフローチャートにおいては、ステップＳ２５，Ｓ２６は、ステップＳ２３，Ｓ２４の前に実行されてもよい。
【０１９５】
上記においては、結晶シリコンの各種の製造方法を説明したが、この発明の実施の形態による結晶シリコンの製造方法は、基板上にａ−Ｓｉを堆積するステップＡと、基板との距離が１ｍｍに設定され、かつ、３００μｍφの直径を有する噴出口から熱プラズマジェットをａ−Ｓｉに照射するステップＢと、基板との距離が５ｍｍに設定され、かつ、３００μｍφの直径を有する噴出口から熱プラズマジェットをａ−Ｓｉに照射するステップＣとを備えていればよい。
【０１９６】
ステップＢを実行することにより、ａ−Ｓｉが溶融結晶化され、ステップＣを実行することによって、ａ−Ｓｉが固相結晶化されるからである。
【０１９７】
また、上記においては、プラズマ源１０，１０Ａ，１０Ｂ，８２，９２，１２１〜１２ｎの噴出口１８，１８１，１９１の直径は、３００μｍφであると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、噴出口１８，１８１，１９１の直径は、１ｍｍφ以下の範囲であればよい。
【０１９８】
さらに、ａ−Ｓｉ膜６１を溶融結晶化するときの基板６０と噴出口１８，１９１との距離は、１ｍｍに限らず、２ｍｍよりも短ければよく、ａ−Ｓｉ膜６１を固相結晶化するときの基板６０と噴出口１８，１８１との距離は、５ｍｍに限らず、２ｍｍ以上であればよい。
【０１９９】
さらに、内部空間２１の圧力は、大気圧に限らず、０．１気圧〜１０気圧程度の範囲であればよい。
【０２００】
さらに、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１は、プラズマＣＶＤ法によって形成されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１は、熱ＣＶＤ法によって形成されてもよい。
【０２０１】
但し、ＴＦＴおよびＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等のトランジスタを２００℃〜３００℃以下の低温プロセスによって作製する場合、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜６１は、プラズマＣＶＤ法によって形成される。
【０２０２】
さらに、基板６０は、石英に限らず、通常のガラスおよび樹脂性のフィルム等であってもよい。
【０２０３】
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、上記した実施の形態の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】
【０２０４】
この発明は、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造する半導体製造装置に適用される。また、この発明は、熱プラズマジェットを用いて粒径の異なる結晶シリコンを製造する半導体の製造方法に適用される。
【符号の説明】
【０２０５】
１  架台、２  圧電素子、１０  プラズマ源、１１  陽極、１２  絶縁体、１３  導体、１４陰極、１５  ガス導入管、１６  給水管、１７  排出管、１８  噴出口、１９  中空部分、２０  電源回路、２１  内部空間、３０  測定装置、４０  制御装置、５０  ＸＹステージ、６０  基板、６１  ａ−Ｓｉ膜、１００  半導体製造装置。
【図１】
2011060810.tif 000003
【図２】
2011060810.tif 000004
【図３】
2011060810.tif 000005
【図４】
2011060810.tif 000006
【図５】
2011060810.tif 000007
【図６】
2011060810.tif 000008
【図７】
2011060810.tif 000009
【図８】
2011060810.tif 000010
【図９】
2011060810.tif 000011
【図１０】
2011060810.tif 000012
【図１１】
2011060810.tif 000013
【図１２】
2011060810.tif 000014
【図１３】
2011060810.tif 000015
【図１４】
2011060810.tif 000016
【図１５】
2011060810.tif 000017
【図１６】
2011060810.tif 000018
【図１７】
2011060810.tif 000019
【図１８】
2011060810.tif 000020
【図１９】
2011060810.tif 000021