(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のダミー基板を用いて、前記第１のダミー基板上に形成された第１の非単結晶珪素膜の膜厚ばらつきを調べる第１のステップと、
複数の第２のダミー基板上に形成された、それぞれ膜厚の異なる第２の非単結晶珪素膜を用いて、３５０ｎｍ以上の所定の波長における、前記第２の非単結晶珪素膜の膜厚と、前記第２の非単結晶珪素膜の光吸収率と、の関係を示した膜厚依存性データを取得する第２のステップと、
前記膜厚依存性データに基づいて、前記膜厚ばらつきの範囲内において常に前記光吸収率の前記膜厚に対する微分係数が正となるような設定膜厚ｔの値を選択する第３のステップと、
第３の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚を前記第３のステップで選択した設定膜厚ｔとして、基板上に前記第３の非単結晶珪素膜を形成する第４のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜に、前記所定の波長を有するレーザービームを照射し、前記第３の非単結晶珪素膜を結晶化する第５のステップと、
を有することを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項２】
第３の非単結晶珪素膜に対して３５０ｎｍ以上の波長を有するレーザービームを照射するレーザービーム照射方法であって、
第１のダミー基板を用いて、前記第１のダミー基板上に形成された第１の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚をｔとしたときの最大膜厚及び最小膜厚のデータを取得する第１のステップと、
複数の第２のダミー基板上に形成された、それぞれ膜厚の異なる第２の非単結晶珪素膜を用いて、前記レーザービームの波長における、前記第２の非単結晶珪素膜の膜厚と、前記第２の非単結晶珪素膜の光吸収率と、の関係を示した膜厚依存性データを取得する第２のステップと、
前記膜厚依存性データに基づいて、前記最小膜厚以上の膜厚であって前記最大膜厚以下の膜厚の範囲内において、常に前記光吸収率の前記膜厚に対する微分係数が正となるような設定膜厚ｔの値を選択する第３のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚を前記第３のステップで選択した設定膜厚ｔとして、基板上に前記第３の非単結晶珪素膜を形成する第４のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜に、前記レーザービームを照射し、前記第３の非単結晶珪素膜を結晶化する第５のステップと、
を有することを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第２のステップは、分光光度計を用いて前記第２の非単結晶珪素膜の吸収スペクトル測定を行うことにより行うことを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項４】
第１のダミー基板を用いて、前記第１のダミー基板上に形成された第１の非単結晶珪素膜の膜厚ばらつきを調べる第１のステップと、
計算機シミュレーションを用いて、３５０ｎｍ以上の所定の波長における、第２の非単結晶珪素膜の膜厚と、前記第２の非単結晶珪素膜の光吸収率と、の関係を示した膜厚依存性データを計算によって求める第２のステップと、
前記膜厚依存性データに基づいて、前記膜厚ばらつきの範囲内において常に前記光吸収率の前記膜厚に対する微分係数が正となるような設定膜厚ｔの値を選択する第３のステップと、
第３の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚を前記第３のステップで選択した設定膜厚ｔとして、基板上に前記第３の非単結晶珪素膜を形成する第４のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜に、前記所定の波長を有するレーザービームを照射し、前記第３の非単結晶珪素膜を結晶化する第５のステップと、
を有することを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項５】
第３の非単結晶珪素膜に対して３５０ｎｍ以上の波長を有するレーザービームを照射するレーザービーム照射方法であって、
第１のダミー基板を用いて、前記第１のダミー基板上に形成された第１の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚をｔとしたときの最大膜厚及び最小膜厚のデータを取得する第１のステップと、
計算機シミュレーションを用いて、前記レーザービームの波長における、第２の非単結晶珪素膜の膜厚と、前記第２の非単結晶珪素膜の光吸収率と、の関係を示した膜厚依存性データを計算によって求める第２のステップと、
前記膜厚依存性データに基づいて、前記最小膜厚以上の膜厚であって前記最大膜厚以下の膜厚の範囲内において、常に前記光吸収率の前記膜厚に対する微分係数が正となるような設定膜厚ｔの値を選択する第３のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜の成膜目標膜厚を前記第３のステップで選択した設定膜厚ｔとして、基板上に前記第３の非単結晶珪素膜を形成する第４のステップと、
前記第３の非単結晶珪素膜に、前記レーザービームを照射し、前記第３の非単結晶珪素膜を結晶化する第５のステップと、
を有することを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記第１のステップは、分光エリプソメータを用いて前記第１の非単結晶珪素膜の面内の膜厚を多点測定することにより行うことを特徴とするレーザービーム照射方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載のレーザービームの照射方法を用いて、前記第３の非単結晶珪素膜から薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザービームの照射方法に関し、特に薄膜トランジスタ等の活性層を形成する際に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素(Si)が良くもちいられる。本明細書中では、半導体膜をレーザービームで結晶化し、結晶性半導体膜を得る手段及び半導体膜にレーザービームを照射し、結晶性を向上させる手段をレーザー結晶化という。また、レーザー結晶化においてレーザー照射される膜を照射膜という。
【０００３】
ガラス基板は従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低く、プロセス温度を６００℃以下に下げる必要があるためである。レーザーは基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜のみ高いエネルギーを与えることが出来る。また、電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高い。
【０００４】
レーザービームの照射により形成された結晶性半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、又は画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００５】
レーザー結晶化に用いるレーザー光源としては、パルス発振するレーザー（パルスレーザー）を用いる方法と、連続発振するレーザー（CWレーザー）を用いる方法がある。前者のレーザー光源としてはXeClレーザーなどのエキシマレーザーやNd:YAGレーザー、Nd:YVO4レーザー、Nd：YLFレーザーなどの固体パルスレーザーの高調波、後者のレーザー光源としてはArレーザーなどのガスレーザーやNd:YAGレーザー、Nd:YVO4レーザーなどの固体CWレーザーの高調波が用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー結晶化される半導体膜は、アモルファスシリコン（a-Si）膜やポリシリコン(poly-Si)膜であり、レーザー結晶化を行うことによりこれら非単結晶半導体膜の結晶性が向上する。
【０００７】
しかし、大面積の基板上にプラズマＣＶＤ法でa-Si膜を形成すると、成膜時のプラズマ分布、反応ガスの流出分布、基板加熱の温度分布等により、形成されるa-Si膜の膜厚が基板面内の場所によってばらつき、膜厚分布が生じるという問題があった。また、a-Siより形成したpoly-Si膜においても、結局、a-Si膜成膜時の膜厚ばらつきが残る。
【０００８】
例えば、６００mm×７２０mmのガラス基板上にプラズマＣＶＤ法によってa-Si膜を形成すると、基板面内で±５％のa-Si膜厚ばらつきが生じる。
【０００９】
このように、非単結晶半導体膜の膜厚が基板面内の場所によってばらついた状態では、膜厚が増大した場所では結晶化に必要となるエネルギーは相対的に増大し、膜厚が減少した場所では必要となるエネルギーは相対的に減少する。
【００１０】
膜厚の大小によりレーザービームのエネルギーをコントロールすることは非常に難しいので、例えばエキシマレーザーなどのパルスレーザー等によりレーザー結晶化を行うと、一定のエネルギーしか照射膜に与えることができず、結晶化の度合いが基板面内の場所によって異なり、得られる多結晶半導体膜の粒径サイズが基板面内の場所により不均一になる。このため、大面積基板上に形成されるＴＦＴの特性にばらつきが生じるという問題があった。
【００１１】
一方、レーザー媒質が固体である固体パルスレーザーや固体CWレーザー（以下、二つをまとめて固体レーザーと呼ぶ）はメンテナンスフリーであり、出力も安定しており、パルスレーザーとしてはエキシマレーザーよりも高繰り返し発振が可能であることからエキシマレーザーよりも量産性に優れている。
【００１２】
また、最近、LD励起によるCW Nd:YVO4レーザーを用いることにより、ガラス基板上に数十μmの大粒径多結晶珪素膜を形成するレーザー結晶化技術が開発されており、この技術を使用することにより電子移動度が６００cm2/Vs以上のＴＦＴを作製することが可能である。ＣＰＵを含んだＬＳＩをガラス基板上に形成し、シートコンピューターを制作することが夢ではなくなりつつある。
【００１３】
しかし、現在のところ固体レーザーの種類はあまり多くなく、発振波長（基本波）はほとんどが赤色領域もしくは赤外領域である。半導体膜は赤色領域もしくは赤外領域ではほとんど光を吸収しないため、固体レーザーをレーザー結晶化に利用する場合、波長が可視光領域から紫外光領域に当たる第二高調波（2ω）や、第三高調波（3ω）、あるいはそれ以上の高調波を用いると良いが、基本波に対するエネルギー変換効率は第二高調波が最も高いため、第二高調波を使用する方がエネルギー的に有利である。
【００１４】
固体レーザーの第二高調波の波長は主に350nmより長波長側の可視光領域となる。以下に代表的な固体レーザーの第二高調波の波長を示す。Nd：YAGレーザー：５３２nm、Nd：YVO4レーザー：５３２nm、Nd:YLFレーザー：５２７nm（もしくは５２４nm）、Ti：サファイアレーザー：３４５〜５５０nm（波長可変）、アレキサンドライトレーザー：３５０〜４１０nm（波長可変）。
【００１５】
固体レーザーの第二高調波をレーザー結晶化に用いる場合、波長が紫外光領域のエキシマレーザービームなどと比較して半導体膜へのスキンデプスが深いため、半導体薄膜内での繰り返し反射が生じ、反射ビームと入射ビームが干渉する。
干渉の効果により、照射膜に対するレーザービームの光学特性（反射率、透過率、吸収率）が半導体膜の膜厚により周期的に変動する。
【００１６】
図１を参照する。図１（ａ）は、ガラス基板上に形成されたa-Si膜の吸収スペクトルを図示したものである。１０１はa-Si膜厚が３０ｎｍ、１０２はa-Si膜厚が５０ｎｍ、１０３はa-Si膜厚が７０ｎｍ、１０４はa-Si膜厚が９０ｎｍ、１０５はa-Si膜厚が１１０ｎｍとした場合の吸収スペクトルをそれぞれ示している。
また、図１（ｂ）は、ガラス基板上に形成されたpoly-Si膜の吸収スペクトルを図示したものである。１１１はpoly-Si膜厚が３０ｎｍ、１１２はpoly -Si膜厚が５０ｎｍ、１１３はpoly -Si膜厚が７０ｎｍ、１１４はpoly -Si膜厚が９０ｎｍ、１１５はpoly-Si膜厚が１１０ｎｍとした場合の吸収スペクトルをそれぞれ示している。
【００１７】
このような光吸収スペクトルの照射膜厚依存性は、３５０nmより長波長側の可視光領域で見られ、この波長領域の波長を持つレーザービームを用いてレーザー結晶化を行う場合、半導体膜に与えられるエネルギーは、レーザービームのエネルギーが一定であってもその半導体膜自身の膜厚により変動してしまう。
【００１８】
ここで、図２を参照する。図２（ａ）は、波長３０８ｎｍにおけるa-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２０１）および波長５３２ｎｍにおけるa-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２０２）を示したものである。図２（ｂ）は、波長３０８ｎｍにおけるpoly-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２１１）および波長５３２ｎｍにおけるpoly-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２１２）を示したものである。
【００１９】
図２から分かるように、XeClレーザーなどのエキシマレーザーによるレーザー結晶化法では、レーザービームの波長が紫外光領域であるために半導体膜へのスキンデプスが浅い。そのため、光吸収率の照射膜厚依存性が無く、レーザー照射により半導体膜に与えられるエネルギーが半導体膜自身の膜厚により変動してしまうということはない。一方、固体レーザーの第二高調波を用いたレーザー結晶化法においては、a-Si膜などの膜厚が変動すると、それに応じて光吸収率が周期的かつ指数関数的に減衰に変化するため、半導体膜に与えられるエネルギーも同様に変動し、一様な結晶化を実現することは難しい。
【００２０】
この点で、これまで固体レーザーの第二高調波を用いたレーザー結晶化法は、エキシマレーザービームを用いたレーザー結晶化法よりも不利であるとされてきた。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者は、基板面内の照射膜の膜厚バラツキに起因する、基板面内の結晶化度のバラツキの問題に対し、固体レーザー第二高調波に見られる、光吸収率の膜厚依存性がむしろ有効であることに気づいた。すなわち、固体レーザー第二高調波を用いたレーザー結晶化において、照射膜の膜厚を限定することにより、基板面内の場所で照射膜の膜厚が増大した場合に吸収されるエネルギーが相対的に増大し、照射膜の膜厚が減少した場合に吸収されるエネルギーが相対的に減少し、結晶化の度合いを同程度にすることが出来ると考えた。これにより、基板面内でのＴＦＴ特性のバラツキが減少することが期待される。
【００２２】
本発明の目的は、絶縁表面を有する大面積の基板上でのＴＦＴの作製において、非単結晶半導体膜の基板面内での膜厚ばらつきに起因する、レーザー結晶化により形成される多結晶半導体膜の結晶化の度合いの不均一性を低減して、ＴＦＴ特性のばらつきを低減させることができるレーザービーム照射方法及び薄膜トランジスタ製造方法を提供することである。
【００２３】
発明者は、上述の課題を解決するためにどのようにすれば良いかとあれこれ思索し実験も重ねた結果、ようやくこの発明を完成させることができた。上述の課題を解決するために、本発明の半導体装置の作製方法では、３５０nmより長波長側のレーザービームを用いて、特定の目標膜厚に形成された非単結晶半導体膜をレーザー結晶化する。
【００２４】
本発明におけるレーザービーム照射方法は、絶縁表面を有する基板上に非単結晶半導体膜を形成し、前記非単結晶半導体膜に３５０nmよりも長い波長を有するレーザービームを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化する、レーザービーム照射方法であって、前記非単結晶半導体膜は面内において膜厚分布を有しており、前記非単結晶半導体膜の膜厚に対する前記レーザービームの吸収率の微分係数は正であることを特徴とする。
【００２５】
このレーザービーム照射方法は、絶縁表面を有する基板上に非単結晶半導体膜を形成し、前記非単結晶半導体膜に３５０nmよりも長い波長を有するレーザービームを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化する、レーザービーム照射方法であって、前記非単結晶半導体膜は面内において膜厚分布を有しており、前記レーザービームを照射するときの前記非単結晶半導体膜の膜厚は、前記レーザービームの波長における屈折率により決定されることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明における薄膜トランジスタ製造方法は、絶縁表面を有する基板上に非単結晶半導体膜を形成するプロセスと、前記非単結晶半導体膜に３５０nmよりも長い波長を有するレーザービームを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化するレーザービーム照射方法プロセスを有し、前記非単結晶半導体膜は面内において膜厚分布を有しており、前記非単結晶半導体膜の膜厚に対する前記レーザービームの吸収率の微分係数は正であることを特徴とする。
【００２７】
この薄膜トランジスタ製造方法は、絶縁表面を有する基板上に非単結晶半導体膜を形成するプロセスと、前記非単結晶半導体膜に３５０nmよりも長い波長を有するレーザービームを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化するレーザービーム照射プロセスとを有し、前記非単結晶半導体膜は面内において膜厚分布を有しており前記レーザービーム照射プロセスにおける前記非単結晶半導体膜の中心膜厚は、前記レーザービームの波長における屈折率から決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のレーザービーム照射方法により、非単結晶半導体の面内の膜厚にばらつきがある場合であっても、レーザー結晶化の際の結晶化度合いのばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガラス基板上に形成されたa-Si膜及びpoly-Siに照射されたレーザービームの波長に対する吸収スペクトルを示す。
【図２】波長３０８ｎｍにおけるa-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２０１）および波長５３２ｎｍにおけるa-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２０２）並びに波長３０８ｎｍにおけるpoly-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２１１）および波長５３２ｎｍにおけるpoly-Si膜の光吸収率の膜厚依存性（２１２）を示す。
【図３】a-Si膜におけるエリプソメーターから得られた屈折率（ｎ）及び消衰定数（ｋ）を元に行った計算機シミュレーションから求めた532nmの光吸収率：A(t)、光吸収率：A(t)の微分係数dA(t)/dt、a-Si膜厚を変化させたときの532nmの光吸収率の実測値を示す。
【図４】poly-Si膜におけるエリプソメーターから得られた屈折率（ｎ）及び消衰定数（ｋ）を元に行った計算機シミュレーションから求めた532nmの光吸収率：A(t)、光吸収率：A(t)の微分係数dA(t)/dt、poly-Si膜厚を変化させたときの532nmの光吸収率の実測値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
絶縁膜を有するガラス基板上に形成された非晶質珪素（a-Si）膜をCW Nd:YVO4レーザーの第二高調波（532nm）を用いて基板全面をレーザー結晶化する場合、a-Si膜の基板面内での場所による膜厚ばらつき、及び532nmの光吸収率のa-Si膜厚依存性をa-Si成膜プロセス前にあらかじめ調べておき、基板面内でレーザー結晶化後の結晶化の度合いのバラツキが低減する様に照射膜の膜厚を設定してからレーザー結晶化を行うレーザー結晶化方法について述べる。
【００３１】
ここでは、照射膜はプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成したa-Si膜とする。また、本実施例中では、a-Si膜厚をtとしたときのa-Si膜基板の532nmの光吸収率をA(t)とする。
【００３２】
まず、プラズマＣＶＤによってa-Si膜を成膜した場合の膜厚ばらつきと532nmの光吸収率のa-Si膜厚依存性について調べる。
【００３３】
a-Si膜の膜厚ばらつきを調べるには、例えば、実基板と同じサイズの基板上にa-Si膜の成膜を行い、分光エリプソメーターを用いてダミー基板の基板面内で膜厚を多点測定すれば良い。
【００３４】
例えば、プラズマＣＶＤ法により６００mm×７２０mmの基板にa-Si膜を成膜した場合、基板面内で約±５％の膜厚バラツキが生じる。このことから、a-Si膜の成膜目標膜厚をtとしても、最大膜厚1.05t、最小膜厚0.95tの膜厚バラツキが基板面内で生じることがわかる。
【００３５】
532nmの光吸収率のa-Si膜厚依存性を調べるためには、例えば、既にa-Si膜が形成され、かつa-Si膜の膜厚が判明している基板について、分光光度計を用いて吸収スペクトルを実測すればよい。a-Si膜厚をいくつか条件振りして吸収スペクトル測定を行えば、532nmにおける光吸収率のa-Si膜厚依存性データが得られる。
【００３６】
もしくは、分光エリプソメーター等を用いて532nmにおけるa-Si膜の屈折率を求め、光吸収率：A(t)を計算機シミュレーションによって求めれば良い。光吸収率の連続的な膜厚依存性を知るためには、シミュレーションがより手間がかからず有用である。
【００３７】
ここで、図３を参照する。図３（ａ）においては、３０１は分光エリプソメーターから得られた屈折率（ｎ）及び消衰定数（ｋ）を元に行った計算機シミュレーションから求めた532nmの光吸収率：A(t)を示し、３０２は、３０１に示す光吸収率：A(t)の微分係数dA(t)/dtを示し、３０３は、a-Si膜厚を変化させたときの532nmの光吸収率の実測値を示す。なお、ここでは、光吸収率A(t)の微分係数を求める代わりに、計算の便宜上、膜厚に対する光吸収率の変化の差分を求めている。
【００３８】
実測値（３０３）とシミュレーション（３０１）を比較すると、光吸収率：A(t)の値自体はわずかに異なるが、532nmの光吸収率が極大値・極小値を示すa-Si膜厚の値は比較的良く一致する。
【００３９】
a-Si膜に対する532nmに対する光吸収率のシミュレーションの結果より、光吸収率の微分係数dA(t)/dtを求めて、dA(t)/dt＞0となるa-Si膜厚範囲を選択すると、28nmから58nm、86nmから115nm、144nmから173nm、…となる。a-Si膜の膜厚がこの範囲にあれば、膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減することが出来る。このことは、図３（ａ）における２０ｎｍ〜９０ｎｍの範囲のグラフを拡大した図３（ｂ）を参照することによりより明確に理解される。
【００４０】
目標膜厚tでガラス基板上に形成されたa-Si膜は基板面内で最大膜厚1.05t、最小膜厚0.95tの膜厚ばらつきを持つ。よって、基板全面で膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減するには、膜厚が0.95tから1.05tへと変動した場合においても常にdA(t)/dt＞0となるようなtを選択すれば良い。
【００４１】
また、dA(t)/dt＞0は、数学的にはA(t)が極小値から極大値に単純増加する状態を表す。よって、膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減するtの範囲を得るには、A(t)が極大値と極小値を示すtの値の周期性を求めても良い。この方法について以下に説明する。
【００４２】
半導体膜にレーザー光を照射した場合の半導体膜深さ方向（z方向）の光強度分布：I(z)は、ランベール・ベールの法則に従い、I(z)=I(0)・(1-R)・exp(-αz)で表される。ここで、I(0)：照射光強度、R：光反射率、α：光吸収係数を示す。
【００４３】
350nmより長波長側のレーザー光に対する半導体膜の光吸収率は、膜厚に従って周期的かつ指数関数的に減衰する。上記I(z)の各項の内、周期的変動には(1-R)の項が寄与しており、また、指数関数的減衰にはexp(-αz)の項が寄与している。光反射率：Rの周期的変動は、直接的に図２、３、４に示すようなA(t)の周期的変動の原因となっており、光吸収率が極大値、極小値を示すa-Si膜厚は、反射率の極小値・極大値を計算することにより、簡易的に求めることができる。
【００４４】
基板（屈折率：n2）上の平行平面膜（半導体膜に相当、膜厚：t、屈折率：n1）
に媒質0（屈折率：n0）から光が入射する場合の反射率：R(t)について考えると、R(t)が極大値、極小値を取るtは、n2、n1、n0の大小関係により決定される。
【００４５】
レーザー波長をλで表すと、mを自然数として、（Ａ）n2＞n1＞n0、もしくはn2＜n1＜n0の場合、二つの膜界面で位相のずれがないために増反射条件となり、R(t)はn1×t=(2m+1)×λ/4のときに極小値をとり、n1×t=2m×λ/4のときに極大値を取る。
（Ｂ）n2＞n1＜n0、もしくはn2＜n1＞n0の場合、位相がずれるため、逆にR(t)はn1×t=(2m+1)×λ/4のときに極大値を取り、n1×t=2m×λ/4のときに極小値を取る。
【００４６】
通常、ガラス基板上に成膜された半導体膜の場合、屈折率n2、n1、n0の関係は、上記（Ｂ）の場合を満たす。例えば、単層a-Si膜ガラス基板の場合、ガラス基板の屈折率（n2）は可視光領域（300nm〜800nm）で約1.5、a-Si膜の屈折率（n1）は350nm以上の波長領域で3.5以上であり、単層膜なのでn0=1（空気）となる。
【００４７】
光吸収率の膜厚依存性は、(1-R)に従って周期的に変動するため、A(t)はn1×t=(2m-1)×λ/4の場合に極小値をとり、n1×t=2m×λ/4の場合に極大値を取る。
これより、dA(t)/dt＞０となるtの範囲は、レーザー波長：λと半導体膜の屈折率：n1を用いて次式で表される。
(2m-1)λ/4n1＜t＜2mλ/4n1（m=1,2,3,…）
【００４８】
以上のような方法で、基板全面で膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減することが可能となるa-Si膜の目標膜厚は、29.5nmから55.2nm、90.5nmから109.5nm、151.6nmから164.8nm、…となることがわかる。
レーザー照射プロセスでのa-Si膜の膜厚を上述したような範囲に設定し、CW Nd:YVO4レーザーの第二高調波（532nm）を用いて基板全面をレーザー結晶化すれば、基板面内の膜厚ばらつき起因による結晶化の度合いのばらつきを低減することができる。
【００４９】
一度a-Si膜の設定膜厚が確定すれば、その後CW Nd:YVO4レーザーの第二高調波（532nm）を用いてa-Si膜基板をレーザー結晶化する場合には、その確定したa-Si膜厚をガラス基板上に形成するようにすれば良い。
【００５０】
また、a-Si成膜時に設定膜厚に達していなくても、その後に追加成膜や、エッチングによる膜減らしなどにより、レーザー照射プロセス時に設定膜厚に達していれば良い。
【００５１】
基板全面を結晶化する必要がない場合や、基板全面で結晶化の度合いのばらつきを減少させる必要がない場合は、a-Si膜の膜厚を測定する範囲を結晶化の度合いのばらつきを低減させたい部分に限っても良い。
【実施例１】
【００５２】
実施例１として、絶縁膜を有するガラス基板上に形成された連続粒界珪素（poly-Si）膜をパルスNd:YAGレーザーの第二高調波（532nm）を用いて基板全面をレーザー結晶化する場合、poly-Si膜の基板面内での場所による膜厚ばらつき、及び532nmの光吸収率のpoly-Si膜厚依存性をレーザー結晶化プロセス前にあらかじめ調べておき、基板面内でレーザー結晶化後の結晶化の度合いのバラツキが低減する様に照射膜の膜厚を設定してからレーザー結晶化を行い、基板面内でのＴＦＴ特性ばらつきを低減させたＴＦＴ作製方法について述べる。
【００５３】
本実施例では、照射膜はプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成したa-Si膜を固相結晶化（ＳＰＣ）処理したpoly-Si膜とする。また、本実施例中では、poly-Si膜厚をtとしたときのpoly-Si膜基板の532nmの光吸収率をA(t)とする。
【００５４】
poly-Si膜の膜厚ばらつきと532nmの光吸収率のpoly-Si膜厚依存性をa-Si成膜前に調べる。532nmの膜厚ばらつきを調べるには、例えば、実基板と同じサイズの基板上にa-Si膜の成膜を行い、エリプソメーターを用いてダミー基板の基板面内で膜厚を多点測定すれば良い。a-Si膜をpoly-Si膜とするにはＳＰＣ法を用いるが、a-Si膜からpoly-Si膜に相変化する際に膜厚は変動しないので、a-Si膜の基板面内での膜厚多点測定データをpoly-Si膜のデータとして扱っても良い。532nmの光吸収率のpoly-Si膜厚依存性を調べるためには、例えば、既にpoly-Si膜が形成され、かつpoly-Si膜の膜厚の判明している基板を、分光光度計を用いて吸収率を実測すればよい。もしくは、エリプソメーターを用いてpoly-Si膜の膜厚と屈折率を測定し、光吸収率：A(t)をシミュレーションすれば良い。光吸収率の連続的な膜厚依存性を知るためには、後者の方法がより手間がかからず有用である。
【００５５】
poly-Si膜の基板面内での膜厚分布は実施例一で述べたa-Si膜での基板面内膜厚ばらつきと同様、±5％となる。このことから、poly-Si膜の成膜目標膜厚をtとしても、最大膜厚1.05t、最小膜厚0.95tの膜厚バラツキが基板面内で生じることがわかる。
【００５６】
ここで、図４を参照する。図４（ａ）においては、４０１はエリプソメーターから得られた屈折率（ｎ）及び消衰定数（ｋ）を元に行った計算機シミュレーションから求めた532nmの光吸収率：A(t)を示し、４０２は、４０１に示す光吸収率：A(t)の微分係数dA(t)/dtを示し、４０３は、poly-Si膜厚を変化させたときの532nmの光吸収率の実測値を示す。なお、ここでは、光吸収率A(t)の微分係数を求める代わりに、計算の便宜上、膜厚に対する光吸収率の変化の差分を求めている。
【００５７】
実測値（４０３）とシミュレーション（４０１）を比較すると、光吸収率の値自体はわずかに異なるが、532nmの光吸収率が極大値・極小値を示すpoly-Si膜厚の値は比較的良く一致する。しかし、実施例一で述べた532nmの光吸収率が極大値・極小値を示すa-Si膜厚の値とは一致しない。
【００５８】
poly-Si膜に対する532nmに対する光吸収率のシミュレーションの結果よりdA(t)/dtを求めて、dA(t)/dt＞0となるa-Si膜厚範囲を選択すると、1nmから9nm、33nmから63nm、91nmから123nm、155nmから185nm、…となる。poly-Si膜の膜厚がこの範囲にあれば、膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減することが出来る。このことは、図４（ａ）における２０ｎｍ〜９０ｎｍの範囲のグラフを拡大した図４（ｂ）を参照することによりより明確に理解される。
【００５９】
目標膜厚tでガラス基板上に形成されたpoly-Si膜は基板面内で最大膜厚1.05t、最小膜厚0.95tの膜厚ばらつきを持つ。よって、基板全面で膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減するには、膜厚が0.95tから1.05tへと変動した場合においても常にdA(t)/dt＞0となるようなtを選択すれば良い。
【００６０】
以上のような方法で、基板全面で膜厚ばらつきによる結晶化の度合いのばらつきをセルフアラインで低減することが可能となるpoly-Si膜の目標膜厚は、1.1nmから8.6nm、31.4nmから60.0nm、95.8nmから117.1nm、163.2nmから176.2nm、…となることがわかる。poly-Si膜の膜厚を上述したような範囲に設定し、CW Nd:YVO4レーザーの第二高調波（532nm）を用いて基板全面をレーザー結晶化すれば、基板面内の膜厚ばらつき起因による結晶化の度合いのばらつきを低減することができる。
【００６１】
一度poly-Si膜の設定膜厚が確定すれば、その後CW Nd:YVO4レーザーの第二高調波（532nm）を用いてpoly-Si膜基板をレーザー結晶化する場合には、その確定したpoly-Si膜厚をガラス基板上に形成するようにすれば良い。
【００６２】
基板全面を結晶化する必要がない場合や、基板全面で結晶化の度合いのばらつきを減少させる必要がない場合は、poly-Si膜の膜厚を測定する範囲を結晶化の度合いのばらつきを低減させたい部分に限っても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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