JP2001326190A

JP2001326190A - 薄膜処理方法及び薄膜処理装置

Info

Publication number: JP2001326190A
Application number: JP2000144363A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanabe; 浩田邉; Akihiko Taneda; 昭彦種子田
Original assignee: NEC Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: NEC Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-22
Also published as: KR20020094062A; WO2001088968A1; US20040053480A1; TW504845B; US20100006776A1; KR100534501B1

Abstract

(57)【要約】【課題】トラップ準位密度の小さいシリコン薄膜を光
照射によって形成する。【解決手段】薄膜に光ビームを照射することにより薄
膜を処理する薄膜処理方法において、光ビームの一照射
単位が、第１の光パルスの前記薄膜への照射と、該第１
の光パルスの薄膜への照射の開始から時間的に遅延を持
たせて開始される、第２の光パルスの薄膜への照射とか
ら構成され、上記一照射単位の照射を繰り返し行うこと
により薄膜を処理するものであり、第１及び第２の光パ
ルスは、（前記第１の光パルスのパルス幅）＞（前記第
２の光パルスのパルス幅）を満たす。好ましくは、第１
及び第２の光パルスは、（前記第１の光パルスの照射強
度）≧（前記第２の光パルスの照射強度）を更に満た
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性シリコン薄
膜トランジスタに用いるシリコン薄膜及び電界効果型ト
ランジスタに応用するための良質な半導体−絶縁膜界面
を形成する装置に関する。また本発明は、パルスレーザ
光を用いた半導体薄膜の製造装置に関する。さらに本発
明は、上記半導体薄膜あるいは電界効果型薄膜トランジ
スタにより構成されるディスプレイ、センサー等の駆動
素子または駆動回路を製造するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を形成する代表的な技術として、水素化アモルファ
スシリコンＴＦＴ技術及び、多結晶シリコンＴＦＴ技術
が挙げられる。前者は作製プロセス最高温度３００℃程
度であり、移動度１cm^２/Vsec程度のキャリア移動度を
実現している。この技術は、アクティブマトリクス型
（ＡＭ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における各画素の
スイッチングトランジスタとして用いられ、画面周辺に
配置されたドライバー集積回路（ＩＣ、単結晶シリコン
基板上に形成されたＬＳＩ）によって駆動される。各画
素毎にスイッチング素子ＴＦＴがついているため、周辺
ドライバ回路から液晶駆動用の電気信号を送るパッシブ
マトリクス型ＬＣＤに比べ、クロストーク等が低減され
良好な画像品質を得られるという特徴を有する。一方後
者は、例えば石英基板を用い１０００℃程度のＬＳＩと
類似した高温プロセスを用いることで、キャリア移動度
３０〜１００cm²/Vsecの性能を得ることができる。この
ような高いキャリア移動度の実現は、たとえば液晶ディ
スプレイに応用した場合、各画素を駆動する画素ＴＦＴ
と同時に、周辺駆動回路部までもが同一ガラス基板上に
同時に形成することができるという製造プロセスコスト
の低減、小型化に関する利点がある。小型化、高解像度
化によりＡＭ−ＬＣＤ基板と周辺ドライバー集積回路の
接続ピッチが狭小化し、タブ接続やワイヤボンディング
法では対処しきれないからである。ところが、多結晶シ
リコンＴＦＴ技術において、上述のような高温プロセス
を用いる場合、前者のプロセスが用いることができる安
価な低軟化点ガラスを用いることができない。そこで多
結晶シリコンＴＦＴプロセスの温度低減が必要になって
おり、レーザ結晶化技術を応用した多結晶シリコン膜の
低温形成技術が研究・開発されている。

【０００３】一般に、これらのレーザ結晶化は図１５に
示すような構成のパルスレーザ照射装置により実現され
る。パルスレーザ光源1101から供給されるレーザ光はミ
ラー1102,1103,1105及び空間的な強度の均一化を行うべ
く設置されるビームホモジナイザ1104等の光学素子群に
よって規定される光路1106を介し、被照射体であるガラ
ス基板1109上のシリコン薄膜1107に到達する。一般にガ
ラス基板に比べ１照射範囲が小さいため、ｘｙステージ
1109上のガラス基板を移動させることにより基板上の任
意の位置へのレーザ照射が行われている。ｘｙステージ
の代わりに、上述の光学素子群を移動させることや、光
学素子群とステージを組み合わせる方法も可能である。
レーザ照射が真空チャンバ内で真空中あるいは高純度ガ
ス雰囲気下で行われることもある。また、必要に応じて
シリコン薄膜付きガラス基板入りカセット1110と基板搬
送機構1111を有し、機械的にカセットとステージ間の基
板の取りだし収納を行うこともできる。

【０００４】また、短波長パルスレーザ光を照射し非晶
質基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化し、薄膜トラン
ジスタに応用する技術が特公平７−１１８４４３号公報
に開示されている。本手法によれば基板全体を高温にす
ることなく非晶質シリコンの結晶化が可能であるため、
液晶ディスプレイ等の大面積かつガラス等の安価な基板
上への半導体素子、半導体集積回路を作製できるという
利点がある。ところが上記公報においても述べられてい
るように、短波長レーザによる非晶質シリコン薄膜の結
晶化には50-500mJ/cm2程度の照射強度が必要である。一
方、現在一般に入手できるパルスレーザ装置の発光出力
は最大1J/pulse程度であり、単純換算によっても一度に
照射できる面積は2-20cm²程度にすぎない。したがっ
て、たとえば基板サイズ47x37cm基板全面をレーザ結晶
化するためには、少なくとも87-870箇所にレーザ照射が
必要となる。１ｍ角というように、基板サイズが拡大す
れば、同様に照射箇所数が増加する。一般に、これらの
レーザ結晶化は上述のように図１５に示すような構成の
パルスレーザ照射装置により実現される。

【０００５】上記の方法で大面積基板上に薄膜半導体素
子群を均一に形成するためには、特開平５−２１１１６
７号公報（特願平３−３１５８６３号）に開示されてい
るような、素子群をレーザのビームサイズよりも小さく
分割し、ステップアンドリピートにより数パルス照射＋
照射領域の移動＋数パルス照射＋照射領域の移動＋…を
繰り返す方法が有効であることが知られている。図１６
（２）に示すように、レーザの発振とステージ（すなわ
ち基板もしくはビーム）の移動とが交互に行われる方法
である。ところが、本手法によっても現在入手しうる発
振強度均一性±５〜１０％（連続発振時）程度のパルス
レーザ装置を用い、たとえば１パルス／場所〜２０パル
ス／場所程度の照射を繰り返す場合、発振強度バラツキ
が±５〜１０％を超え、結果として得られる多結晶シリ
コン薄膜並びに多結晶シリコン薄膜トランジスタ特性が
十分な均一性を有さないという問題があった。特にスパ
イキングと呼ばれる、レーザ発振初期の放電の不安定に
起因した、強光あるいは弱光の発生が不均一化の問題と
なっている。この補正を行うべく、積算強度結果により
次の発振時の印加電圧を制御するような方法では、スパ
イキングの発生は抑制できるもののかえって弱光を発振
してしまうという問題があった。すなわち、図１７に示
すように、照射時間と非発振時間とが交互に連続する場
合、各照射時間に発振される第１のパルス強度が、最も
不安定でありバラツキやすく、また照射箇所によって照
射強度履歴が異なるため、基板面内でのトランジスタ素
子及び薄膜集積回路の十分な均一性が得られないという
問題があった。このようなスパイキングの回避方法とし
ては、図１６（１）に示すように、レーザ発振を、素子
形成領域への照射開始以前から開始することにより回避
する方法が知られているが、図１６（２）に示すような
レーザの発振とステージの移動とが断続的に繰り返す場
合には応用できないという問題があった。

【０００６】さらにこれらの問題を回避すべく、特開平
５−９０１９１号公報ではパルスレーザ光源を連続発振
させると共にステージの移動期間には光遮蔽装置を用い
て基板への照射を防ぐ方法が提案されている。すなわ
ち、図１６（３）に示すようにレーザをある周波数で連
続発振させ、所望の照射位置へのステージの移動と光路
の遮蔽を同期させることによって、強度の安定したレー
ザ光を所望の照射位置へ照射を可能にした。ところが、
本方法によればレーザビームの安定した基板への照射が
可能になるものの、多結晶シリコン薄膜形成に寄与する
ことのない無駄なレーザ発振が増え、高価なレーザ光源
や励起ガスの寿命に対する多結晶シリコン薄膜の生産性
及び、レーザ発振に要する電力等に対する多結晶シリコ
ン薄膜の生産効率が低下するため、生産コストの上昇を
招くという問題があった。また、レーザが露光される基
板も、照射強度ばらつきによって所望の値に比べ過度な
強光が照射されると、基板ダメージが生じる。LCD等の
イメージングデバイスでは基板を透過する光が、基板上
のダメージを受けた領域において散乱等を引き起こし画
像品質の低下が生じるという問題があった。

【０００７】さて上記のようなレーザ照射を行う際に、
複数のパルスをある遅延時間をもたせて照射する方法が
公知資料：Ryoichi Ishihara et al. “Effects of lig
ht pulse duration on excimer laser crystallization
characteristics of silicon thin films”, Japanese
journal of applied physics, vol. 34, No.4A, (199
5) pp1759に開示されている。上記公知資料によれば、
レーザ再結晶化プロセスにおける溶融シリコンの結晶化
固化速度は１ｍ／ｓｅｃ以上であり、良好な結晶成長を
得るためには、固化速度の低減が必要である。固化が完
了した直後に第２のレーザパルスを照射することにより
第２の照射によってより固化速度の小さな再結晶化過程
を得られるというものである。さて、図１８に示すよう
なシリコンの温度変化（時間履歴曲線）によれば、レー
ザエネルギー（例えば図１９に示す強度パルス）の照射
とともにシリコンの温度が上昇し、出発材料がａ−Ｓｉ
の場合、ａ−Ｓｉの融点を経た後さらに温度が上昇、エ
ネルギーの供給が温度上昇に必要な値を下回ると、冷却
が始まる。結晶Ｓｉの凝固点において、凝固時間を経て
固化が終了した後、雰囲気温度まで冷却される。ここ
で、シリコンの固化がシリコン−基板界面を起点に膜厚
方向に進むとすると、上記固化速度の平均値は以下のよ
うな式で表される。

【０００８】固化速度の平均値＝シリコンの膜厚／凝固
時間すなわち、シリコンの膜厚が一定であれば、固化速度を
小さくするためには凝固時間の長時間化が有効である。
したがって、熱平衡学的に理想的な状態を維持したプロ
セスであれば、理想的な投入するエネルギーすなわちレ
ーザ照射エネルギーを大きくすることで、凝固時間の拡
大が可能である。ところが上記公知文書においても指摘
されているとおり、照射エネルギーの増大は膜の非晶質
化、微結晶化を引き起こすという問題があった。現実的
な溶融・再結晶化工程においては図１８のような理想的
な温度変化を示さず、加熱時には温度の過上昇、冷却時
には過冷却過程を経て安定状態に到達する。特に冷却時
の冷却速度が大きく過度の過冷却を経る場合、凝固点近
傍での結晶化が生ずることなく、急速冷却固化によりア
モルファス（非晶質）固体が形成されるためである。薄
膜においては上記公知文献中でも述べられているとお
り、条件によってアモルファスではなく、微結晶体を形
成することもある。微結晶体は、多結晶薄膜あるいは単
結晶薄膜に比べその粒径が極端に小さいために、粒界ポ
テンシャルの大きな結晶粒界が多数存在し、たとえば薄
膜トランジスタへの応用ではオン電流の低下、あるいは
オフリーク電流の増大を招くといった問題を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
述べてきた問題を克服すべく、トラップ準位密度の小さ
いシリコン薄膜を光照射によって高いスループットで、
大面積に形成する技術を提供すると共に、大面積基板上
に再現性よくその技術を応用するための技術／装置を提
供することにある。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、それらの良質
なシリコン膜を用いた、すなわち優れた特性を有する電
界効果型トランジスタを製造する装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）本発明によれば、
薄膜に光ビームを照射することにより前記薄膜を処理す
る薄膜処理方法において、前記光ビームの一照射単位
が、第１の光パルスの前記薄膜への照射と、該第１の光
パルスの前記薄膜への照射の開始から時間的に遅延を持
たせて開始される、第２の光パルスの前記薄膜への照射
とから構成され、上記一照射単位の照射を繰り返し行う
ことにより前記薄膜を処理するものであり、前記第１及
び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスのパルス幅）＞（前記第２の光パ
ルスのパルス幅）を満たすことを特徴とする薄膜処理方法が得られる。

【００１２】（２）本発明によれば、上記（１）に記載
の薄膜処理方法において、前記第１及び前記第２の光パ
ルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≧（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処理方法が得られ
る。

【００１３】（３）本発明によれば、上記（１）に記載
の薄膜処理方法において、前記第１及び前記第２の光パ
ルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≦（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処理方法が得られ
る。

【００１４】（４）本発明によれば、上記（３）に記載
の薄膜処理方法において、前記薄膜がa-Si:H膜であり、前記第１の光パルスの照射
は前記a-Si:H膜から水素を予め離脱させるためのもので
あり、前記第２の光パルスの照射は前記a-Si:H膜の溶融
再結晶化を行うためのものであることを特徴とする薄膜
処理方法が得られる。

【００１５】（５）本発明によれば、薄膜に光ビームを
照射することにより前記薄膜を処理する薄膜処理装置に
おいて、第１の光パルスを発生する第１のパルス光源
と、第２の光パルスを発生する第２のパルス光源と、前
記光ビームの一照射単位が、前記第１の光パルスの前記
薄膜への照射と、該第１の光パルスの前記薄膜への照射
の開始から時間的に遅延を持たせて開始される、前記第
２の光パルスの前記薄膜への照射とから構成され、上記
一照射単位の照射を繰り返し行うことにより前記薄膜を
処理する手段とを有し、前記第１及び前記第２の光パル
スは、（前記第１の光パルスのパルス幅）＞（前記第２の光パ
ルスのパルス幅）を満たすことを特徴とする薄膜処理装置が得られる。

【００１６】（６）本発明によれば、上記（５）に記載
の薄膜処理装置において、前記第１及び前記第２の光パ
ルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≧（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処理装置が得られ
る。

【００１７】（７）本発明によれば、上記（５）に記載
の薄膜処理装置において、前記第１及び前記第２の光パ
ルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≦（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処理装置が得られ
る。

【００１８】（８）本発明によれば、上記（７）に記載
の薄膜処理装置において、前記薄膜がa-Si:H膜であり、
前記第１の光パルスの照射は前記a-Si:H膜から水素を予
め離脱させるためのものであり、前記第２の光パルスの
照射は前記a-Si:H膜の溶融再結晶化を行うためのもので
あることを特徴とする薄膜処理装置が得られる。

【００１９】所望の単位面積あたりの照射強度を維持し
たまま処理面積を拡大するためには、パルスあたりの発
光エネルギーを大きくすることが有効である。エキシマ
レーザのようなガスレーザでは、発光空間を大きくする
等により、光源のパルス幅が大きくなる。さらに、第１
パルスに遅延させて少なくとも一つのパルス（第２パル
ス）の照射を行うことにより、冷却速度の制御が可能で
あるが、ここで用いられる第２パルス強度は、溶融再結
晶化に必要な強度（第１パルス強度）に比べ小さく、第
１パルス光源に比べ出力の小さなパルス光源を利用する
ことができる。そこで第１パルス光源に出力の大きな光
源を用いて処理面積を拡大し、第２パルス以降のビーム
には出力（パルス照射強度）が小さく、パルス幅のより
小さいレーザを用いることにより、冷却速度制御を行
う。以上よりコストパフォーマンスの高い装置の提供が
可能になる。

【００２０】一方で、溶融再結晶化過程を利用した結晶
成長を促すためには、十分な温度上昇（溶融）と冷却速
度の抑制（結晶成長）が有効である。ところが、溶融の
ための第１パルスにおいてエネルギーの投入が短時間に
行われるため、被溶融再結晶化材料としてa-Si:Hを用い
た場合、加熱に伴い水素が急激な離脱・放出され、薄膜
表面荒れが生じる。a-Si:H膜はプラズマCVD法での形成
が可能であり、スループット向上に適した被溶融再結晶
化材料である。水素の急激な離脱を防止するためには、
溶融温度以下に加熱しあらかじめ水素を除去する必要が
ある。そこで溶融再結晶化に用いるレーザパルス（第２
パルス）よりもピーク強度（或いはパルス照射強度）が
低くパルス幅の長い光（第１パルス）を照射することに
より水素を徐々に離脱させた後、溶融再結晶化に必要な
第２パルスの照射を行う。第２パルスの照射は、第１パ
ルスの発光終了後、あるいは第１パルスの発光中、いず
れかのタイミングで照射される。第２パルスの発光後も
第１パルスの発光が続いているような条件では、再結晶
化時の冷却速度低減効果も得られる。

【００２１】図１１に膜厚７５ｎｍのシリコン薄膜に波
長３０８ｎｍのエキシマレーザを照射した場合の、数値
計算から求めた最大冷却速度(Cooling rate, K/sec)
と、レーザ照射後の膜のＳＥＭ観察から得られた結晶化
−微結晶化の照射強度のしきい値を示す。図１９は実験
に用いたレーザの発光パルス波形である。３つの主ピー
クを有し発光時間は約１２０ｎｓｅｃに及ぶ。このよう
なパルス波形は、上記公知資料に記載されているパルス
幅２１．４ｎｓｅｃの矩形パルスに比べ５倍以上の発光
時間を有することから、単一パルス照射であっても上記
公知資料中で述べられているような固化速度の低減とい
った効果が期待できる。さて、このようなパルス波形を
用いたレーザ再結晶化時の数値計算から求めたシリコン
の温度−時間曲線は図１２に示すようになる。図１２は
シリコン膜厚７５ｎｍ、基板にＳｉＯ２、ＸｅＣｌレー
ザ（波長３０８ｎｍ）照射強度４５０ｍＪ／ｃｍ^２の時
のシリコン薄膜の温度変化を示す。第２の発光ピークが
ほぼ終了する約６０ｎｓｅｃ後に最高温度に達し冷却へ
と転じる。（なお、本数値計算では溶融・凝固点として
非晶質シリコンの値を用いており、凝固点付近の振る舞
いは現実のものとは異なる。特に結晶化膜が得られる場
合は、結晶シリコンの凝固点で結晶化が完了する。）い
ったん大きな傾きを持って冷却が開始されるが、第３の
ピークが存在する１００ｎｓｅｃ程度の傾きは非常に小
さくなることがわかる。完全に発光が終了する１２０ｎ
ｓｅｃ以降では、再び急速な冷却過程を経て凝固する。
一般に、熱平衡過程を大きくはずれるような“急冷”を
経た液体からの固化過程の場合、結晶構造の形成に必要
な十分な凝固時間を得ることができず、アモルファス
（非晶質）固体を形成する。前出の図１１は図１２に示
すようなシリコンの温度−時間曲線から各照射強度に対
し発光終了後の最大冷却速度を見積もった結果である。
照射強度の増大とともに冷却速度が増加することがわか
る。一方、レーザ照射後のシリコン薄膜の構造を走査型
電子顕微鏡を用いて観察したところ、図１３に示すよう
に照射強度の増大とともにいったん粒径は増大するもの
の、４７０ｍＪ／ｃｍ^２程度の設定照射強度条件におい
て、微結晶化が観測された。同様に照射パルス数を３パ
ルスにした場合、４７０ｍＪ／ｃｍ^２程度の設定照射強
度条件においても、部分的に微結晶化領域が残るものの
１パルスの時とは異なり粒径の飛躍的な増大が観測され
た（図１３）。なお、実照射強度は、エキシマレーザの
特に最初の数パルスにおいて、設定値に比べ５〜１０％
程度高くなるため、微結晶化が生じるしきい強度は５０
０ｍＪ／ｃｍ^２程度と見積もることができる。以上のよ
うな結果から、図１１の５００ｍＪ／ｃｍ^２条件から冷
却速度を見積もることにより、微結晶化は約１．６ｘ１
０^１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度条件で生じることがわ
かった。被照射膜がａ−Ｓｉの場合、約５００ｍＪ／ｃ
ｍ^２以上の照射強度で微結晶化が、同様に、被照射膜が
ｐｏｌｙ−Ｓｉの場合にこの冷却速度を当てはめると、
ａ−Ｓｉに比べ約３０ｍＪ／ｃｍ^２大きい照射強度が示
唆される。したがって、冷却速度を１．６ｘ１０^１０℃
／ｓｅｃ以下に制御することによって、微結晶化、アモ
ルファス化を防ぐことができ、良好な結晶成長過程を得
ることが可能になる。

【００２２】第２のレーザ光を第１のレーザ光に遅延し
て導入した場合について述べる。すでに述べたように、
発光後期のレーザ光が冷却速度の増大を緩和するととも
に、発光終了後の冷却速度が結晶化を支配する。すなわ
ち、最終的に投入されたエネルギーによりそれ以前の冷
却過程は初期化されると考えられる。更に付加的なエネ
ルギーを投入することによって、それ以前の固化過程に
おいて急冷による非晶質化、微結晶化が生じていても、
エネルギーは保存されている（ナノ秒オーダと短時間の
ため、基板への熱伝導、雰囲気への放射は小さいと考え
られる。もちろん十分な熱の放出が可能な時間は考慮し
ない）ため一旦初期化され、再度固化過程を繰り返すも
のと考えられる。したがって再度投入されたエネルギー
による２次加熱終了後の冷却速度に注目することによっ
て、良好な結晶成長が期待できる。図１４に示すよう
に、遅延時間を制御することによって冷却速度を所望の
値にコントロールする。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を表し
た例である。それぞれの発振開始タイミングは図横軸に
表され、各パルスの照射エネルギー（即ち、パルス照射
強度）はパルスが表す面積で示される。図１(a)は第1パ
ルスレーザに比べて第２パルスレーザが遅延されて発振
した形態を表す図である。また、図１(b)は第１パルス
の発振が完了した後に第２パルスを供給する形態を示
す。発振制御用のトリガ信号の供給から実際に光が発振
するまでの時間は各レーザ装置の形態によって異なるこ
とがあるため、それぞれの“トリガ−発振”時間をあら
かじめ求め、同時に照射可能になるように制御する。第
２パルスに比べ第１パルスの発光強度が大きく（図中パ
ルス波形の面積に相当）、発光時間が長い（パルス幅に
相当）ため、溶融固化過程のうち、特に溶融過程は第１
パルスに、より支配される。すなわち、同時により大き
な面積の結晶化が可能である。しかしながら、第１パル
スのみで溶融再結晶化を行う場合、照射強度の増加とと
もに投入される熱量が増えるためマクロ的には徐冷され
る。ところが図１７に示すようにレーザ照射プロセス中
での非常に短い時間における最大冷却速度が増加し、あ
る臨界的な冷却速度を超えると、固化過程が理想的な熱
平衡状態から逸脱し、結果的に得られた膜において微結
晶化あるいは非晶質化が観測される。照射パルスのピー
ク部分が照射された直後に、上記最大冷却速度に到達す
るため、冷却が十分完了する以前に付加的なエネルギー
を供給することにより再び溶融状態に戻すことができ
る。上記付加的なエネルギーの供給手段としてよりパル
ス幅が長くピーク強度の小さいパルスを照射することが
より好ましいが、第２パルスは第１パルスに比べ高い照
射強度を要しないため、装置コスト上コンパクトな光源
で十分である。パルス幅が長い光源は比較的大きく、高
額な設備になってしまうため、製造コスト抑制のために
は、パルス幅が小さい小型の光源が好ましい。以上のよ
うな方法をとることにより、非平衡過程への逸脱を防
ぎ、再溶融を経て徐冷固化過程を実現することができ
る。第２パルスの遅延時間は、第１パルスの強度、パル
ス波形に依存するためあらかじめ実験で求めておく必要
があるが、本実施例においては５０〜２００nsec程度が
好適であった。第１パルスとして用いたパルス幅が１２
０nsec程度であったため、遅延時間が１２０nsecを超え
る条件では、図１(ｂ)に示すように、第１パルスの発光
終了後に第２パルスが照射されるように制御された。

【００２４】一方、第1パルス強度を第２パルス強度よ
りも小さくした場合の実施の形態を図１(c)に示す。被
溶融再結晶化材料としてa-Si:Hを用いた場合、溶融のた
めの第２パルスにおいてエネルギーの投入が短時間に行
われるため、加熱に伴い水素が急激な離脱・放出され、
薄膜表面荒れが生じる。それに先立ち、第１パルスによ
り徐々に加熱し膜中の水素原子を放出させ、ある程度水
素濃度が低下した時点で、溶融のための第２パルスを照
射する。第２パルスの照射は、第１パルスの発光終了
後、あるいは第１パルスの発光中、いずれかのタイミン
グで照射される。第２パルスの発光後も第１パルスの発
光が続いているような条件では、再結晶化時の冷却速度
低減効果も得られる。a-Si:H膜はプラズマCVD法での形
成が可能であるため、LPCVD法等に比べ高いスループッ
トで被溶融再結晶化材料を供給できるという利点もあ
る。

【００２５】図２は本発明の実施の形態を表した例であ
る。第１のエキシマレーザEL1及び第２のエキシマレー
ザEL2から供給されるパルスＵＶ光は、ミラー類opt3, o
pt3'、レンズ類opt4を介してホモジナイザopt20'に導か
れる。ここでビームの強度プロファイルが光学マスクop
t21で所望の均一度、例えば面内分布±５％、になるよ
うに整形する。（エキシマレーザから供給されるオリジ
ナルなビームはその強度プロファイルや総エネルギー量
が、パルス間毎に変化する場合があるため、光学マスク
上での強度が、空間的分布、パルス間ばらつきについ
て、より均一化されるための機構が設けられることが望
ましい。ホモジナイザとしては、フライアイレンズやシ
リンドリカルレンズを用いたものが一般的に用いられ
る。）上記光学マスクによって形成された光パターンは
縮小投影露光装置opt23'、レーザ導入窓W0を介して、真
空チャンバC0内に設置されたsub0基板に照射される。上
記基板は、基板ステージS0上に載置されており、基板ス
テージの動作によって所望の領域、例えばパターン転写
領域ex0に光パターンを露光することができる。図２で
は縮小投影光学系を示したが、場合によっては等倍、拡
大投影を行ってもかまわない。基板ステージの移動（図
内Ｘ−Ｙ）によって基板上の任意の領域に照射が行われ
る。また、上記光学マスクはマスクステージ（図示せ
ず）上に設置され、露光可能領域内であれば、上記光学
マスクを移動して基板上に照射されるビームを操作する
ことも可能である。

【００２６】次に所望の光パターンを所望の条件で基板
上に照射するために必要な機構について例示する。光軸
の調整には微妙な調整が必要となるため、いったん調整
を終えた光軸を固定して基板の位置を調整する方法を示
す。光軸に対する基板照射面の位置は、焦点（Ｚ）方向
位置及び光軸に対する垂直度を補正する必要がある。し
たがって、図中θxy傾き補正方向、θxz傾き補正方向、
θyz傾き補正方向、X露光領域移動方向、Y露光領域移動
方向、Z焦点合わせ方向で示すうち、θxy傾き補正方
向、θxz傾き補正方向、θyz傾き補正方向の調整により
光軸に対する垂直度を補正する。また、Z焦点合わせ方
向を調整することにより光学系の焦点深度にあった位置
に基板照射面を配置制御する。

【００２７】図３は上記の調整や基板のアライメント機
構の側面図について例示した。露光軸L0に対し、光学マ
スクopt21、縮小投影露光装置opt23'、レーザ導入窓W0
が図のように配置される。真空チャンバC0内に配置され
た基板sub0は、基板吸着機構付きヒータH0、基板XYZθx
yθxzθyzステージS0'上に配置される。真空チャンバを
用いているが実際の光照射は真空排気後置換された不活
性ガス、水素、酸素、窒素等の雰囲気中で行われること
が望ましく、雰囲気圧も大気圧前後の圧力であってもよ
い。基板吸着機構付きヒータを用いることによって光照
射時に、室温〜４００℃程度の基板加熱条件を選ぶこと
ができる。上記のように雰囲気圧を大気圧力程度にする
ことによって、真空チャック機能による基板の吸着がで
きるため、チャンバ内での基板ステージの移動等があっ
てもずれを防止でき、投入された基板に多少のそり、た
わみがあっても基板ステージに固定することができる。
さらに加熱による基板のそり、たわみによる焦点深度ず
れを最小限に抑えることができる。

【００２８】レーザ干渉計i1, i2は、測長用窓W-i、測
長用ミラーopt-iを介して、基板のアライメント及び基
板のＺ方向位置の測定を行う。アライメントには、基板
上のアライメントマークをオフアクシス顕微鏡m0、顕微
鏡用光源Lm、顕微鏡用素子opt-mを用いて計測し、レー
ザ干渉系による基板位置情報を用いて所望の露光位置を
計測できる。図３ではオフアクシス法を例示したが、Th
rough The Lens方式やThrough The Mask (Reticle)方式
を応用することも可能である。また、複数の計測地点か
ら線形座標を、最小２乗法を用いて決定することによ
り、計測時に生じる測定誤差を平均化する手段をとるこ
ともできる。

【００２９】図４(A)〜(C)にマスクパターンとアライメ
ントマークの関係について示した。マスクはマスク（非
露光部）mask1とマスク（露光部）mask2とから構成され
る。例えばエキシマレーザを光源にする場合、紫外光が
透過する石英基板上にアルミニウム、クロム、タングス
テンなどの金属や、誘電体多層膜といった紫外光を吸
収、反射する膜を形成し、フォトリソグラフィとエッチ
ング技術を用いてパターンを形成する。マスク上の所望
のパターン（図４(A)において白色部で示される）に応
じて、シリコン膜が露光され図４(B)に示されるように
非露光Si（Si1）内に露光Si部（Si2）が形成される。こ
のとき、必要に応じてマスク上マークmark1が基板上マ
ークmark2に一致するようにアライメント調整後露光す
ることによって、シリコン薄膜上の予め設計された位置
を露光することが可能となる。また、上記シリコン薄膜
を用いた薄膜トランジスタ形成工程において、露光プロ
セスが位置決めを必要とする第１工程の場合（すなわち
アライメントマークが予め形成されていない場合）、シ
リコン薄膜への露光工程時に露光形成マークmark3を同
時に露光することによって、a-Siと結晶Siとの光学的色
差を利用したアライメントマークが形成できる。したが
ってこのマークを基準に後工程におけるフォトリソグラ
フィ等を行うことによって、露光改質された所望の領域
に、トランジスタや所望の機構、機能を作り込むことが
できる。露光工程後シリコン薄膜上にSi酸化膜を形成
し、シリコン層の所望の領域がエッチング除去された状
態を図４(C)に示す。Si除去部（Si3）は積層されたシリ
コン膜とSi酸化膜がエッチング除去された領域であり、
非露光Si （Si1）と露光Si （Si2）上にSi酸化膜（Si4,
Si5）が積層された形状が示されている。このように酸
化膜で覆われたシリコン膜からなる島状構造を作り込む
ことによって素子間分離された薄膜トランジスタのチャ
ネル／ソース・ドレイン領域や後工程のアライメントに
必要なマークを形成することができる。

【００３０】図５(1)(2)に主要動作のタイミングチャー
トを示す。制御例１では基板ステージの動作により所望
の露光位置に基板を移動させる。次に焦点合わせやアラ
イメント動作を行い精密に露光位置を調整する。このと
き、例えば０．１μｍ〜１００μｍ程度といった、所望
の設定誤差精度にはいるように調整する。その動作が完
了した時点で、基板への光照射が実行される。これらの
一連の動作を終了した時点で次の露光領域へ基板が移動
し、基板上の必要な箇所を照射終了した後、基板が交換
され第２の処理基板上で所定の一連の処理を行う。制御
例２では基板ステージの動作により所望の露光位置に基
板を移動させる。次に焦点合わせやアライメント動作を
行い精密に露光位置を調整する。このとき、例えば０．
１μｍ〜１００μｍ程度といった、所望の設定誤差精度
にはいるように調整する。その動作が完了した時点で、
マスクステージの動作を始動する。始動時の移動ステッ
プ量のばらつきを避けるために、基板への光照射はマス
クステージ動作の開始よりもあとから開始されるチャー
トである。もちろんステージの移動によりアライメント
位置から離れた地点に露光されるため、その分のオフセ
ット量は予め考慮する必要があることはいうまでもな
い。基板への光照射よりも早く光源の運転を開始し、光
源の出力強度の安定性が高まった時点で、シャッタ等を
開き基板への光照射を行うことも可能である。特にエキ
シマレーザを光源に用い、発振期間と停止期間とが繰り
返されるような使用法をとった場合、初期の数１０パル
スが特に不安定なことが知られており、これらの不安定
なレーザパルスを照射したくない場合には、マスクステ
ージの動作に合わせてビームを遮断する方式をとること
ができる。これらの一連の動作を終了した時点で次の露
光領域へ基板が移動し、基板上の必要な箇所を照射終了
した後、基板が交換され第２の処理基板上で所定の一連
の処理を行う。

【００３１】膜厚75nmのa-Si薄膜に対して1mm x 50μｍ
のビームを短軸方向に０．５μｍピッチで走査した。一
つの光源を用いてレーザ照射強度は照射面で470mJ/cm²
としたところ、走査方向に連続する単結晶シリコン薄膜
が得られた。さらに、第２光源を照射面で150mJ/cm²と
なるように、100nsec遅延させて照射した条件では１．
０μｍの走査ピッチ条件でも走査方向に連続する単結晶
シリコン薄膜が得られた。上記結晶化シリコン膜中のト
ラップ準位密度は10¹² cm^-2より低い値を示した。

【００３２】図６は、本発明の実施の形態を示す半導体
薄膜形成装置の側面図である。プラズマＣＶＤ室C2、レ
ーザ照射室C5、基板搬送室C7から構成され、ゲートバル
ブGV2, GV5を介して基板の搬送が装置外部の雰囲気に触
れることなく真空中、不活性ガス、窒素、水素、酸素等
の雰囲気かつ高真空、減圧、加圧状態で可能である。レ
ーザ照射室においては４００℃程度まで加熱可能なS5基
板ステージ上にチャック機構を用いて基板が設置され
る。プラズマCVD室では、４００℃程度まで加熱可能な
基板ホルダーS2上に基板が設置される。この例ではガラ
ス基板Sub0上にシリコン薄膜（Si 1）が形成された状態
でレーザ照射室に導入され、表面のシリコン薄膜がレー
ザ照射により結晶性シリコン薄膜（Si 2）に改質され、
プラズマCVD室に搬送された状態を示している。

【００３３】レーザ照射室に導入されるレーザ光は、エ
キシマレーザ１（EL 1）、エキシマレーザ２（EL 2）か
ら供給されるビームが第１のビームラインL 1、第２の
ビームラインL 2を通り、レーザ合成光学装置opt 1、ミ
ラーopt 11、透過ミラーopt12、レーザ照射光学装置opt
2、ホモジナイザopt 20、光学マスクステージopt 22に
固定された光学マスクopt 21、投影光学装置opt 23、レ
ーザ導入窓W 1を介して基板表面に到達する。ここでは
２台のエキシマレーザを図示したが、光源としては１台
以上所望の台数を設置することもできる。またエキシマ
レーザに限らず、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等のパ
ルスレーザや、アルゴンレーザ等のＣＷ光源と高速シャ
ッタを用いてパルス上に供給してもよい。

【００３４】一方プラズマCVD室はRF電極D 1とプラズマ
閉じこめ電極D 3によりプラズマ形成領域D 2が基板が配
置される領域とは離れた位置に形成される。プラズマ形
成領域には例えば酸素とヘリウムを、原料ガス導入装置
D 4を用いてシランガスを供給することにより、基板上
に酸化シリコン膜を形成することができる。

【００３５】図７に本発明の実施の形態を示す半導体薄
膜形成装置の平面図を示す。ロード／アンロード室C1、
プラズマCVD室C2、基板加熱室C3、水素プラズマ処理室C
4、レーザ照射室C5、基板搬送室C7がそれぞれゲートバ
ルブGV1〜GV6を介して接続されている。第１のビームラ
インL1、第２のビームラインL2から供給されるレーザ光
がレーザ合成光学装置opt1、レーザ照射光学装置opt2、
レーザ導入窓W1を介して基板表面に照射される。また、
それぞれのプロセス室、搬送室はガス導入装置gas1〜ga
s7、排気装置vent1〜vent7が接続されており、所望のガ
ス種の供給、プロセス圧の設定、排気、真空が調整され
る。図に点線で示すように処理基板sub2, sub6が平面上
に配置される。

【００３６】図８は本発明の半導体薄膜形成装置を薄膜
トランジスタの製造工程に応用した場合の工程フロー図
である。

【００３７】(a)洗浄によって有機物や金属、微粒子等
を除去したガラス基板sub0上に基板カバー膜T1、シリコ
ン薄膜T2を順次形成する。基板カバー膜としてLPCVD
（減圧化学的気相成長）法でシランと酸素ガスを原料と
し、４５０℃で酸化シリコン膜を１μｍ形成する。LPCV
D法を用いることにより基板保持領域を除き基板外表面
全体をカバーすることも可能である（図示せず）。ある
いはテトラエトキシシラン（TEOS）と酸素を原料とした
プラズマＣＶＤ、TEOSとオゾンを原料とした常圧ＣＶ
Ｄ、図８に示すようなプラズマＣＶＤ等を利用すること
も可能であり、基板材料（アルカリ金属濃度を極力低減
したガラス、表面を研磨加工した石英・ガラス等）が含
む半導体デバイスに有害な不純物の拡散防止ができる材
料が基板カバー膜として有効である。シリコン薄膜はＬ
ＰＣＶＤでジシランガスを原料として５００℃で厚さ７
５ｎｍ形成する。この場合膜中に含まれる水素原子濃度
が1原子％以下となるため、レーザ照射工程での水素放
出による膜荒れ等を防ぐことができる。あるいは図７に
示すようなプラズマCVD室C2において行われるプラズマC
VD法や広く普及しているプラズマＣＶＤ法を用いても、
基板温度や水素／シラン流量比、水素／４フッ化シラン
流量比等を調整することによって水素原子濃度が低いシ
リコン薄膜を形成できる。

【００３８】(b)上記(a)工程で準備した基板を、有機物
や金属、微粒子、表面酸化膜等を除去するための洗浄工
程を経た後、本発明の薄膜形成装置に導入する。レーザ
光L0を照射し、シリコン薄膜を結晶化シリコン薄膜T2'
に改質する。レーザ結晶化は９９．９９９９％以上の高
純度窒素７００ｔｏｒｒ以上の雰囲気で行われる。

【００３９】(c)上記工程を経た基板は、ガスが排気さ
れた後基板搬送室を介してプラズマCVD室に搬送され
る。第１のゲート絶縁膜T3として、シラン、ヘリウム、
酸素を原料ガスとして基板温度３５０度で酸化シリコン
膜を１０ｎｍ堆積する。このあと必要に応じて水素プラ
ズマ処理や加熱アニールを行う。ここまでが本発明の薄
膜形成装置において処理される。

【００４０】(d)次に、フォトリソグラフィとエッチン
グ技術を用いてシリコン薄膜と酸化シリコン膜積層膜の
アイランドを形成する。このとき、シリコン薄膜に比べ
酸化シリコン膜のエッチングレートが高いエッチング条
件を選択することがこのましい。図に示すようにパター
ン断面が階段状（あるいはテーパ状）に形成することに
よって、ゲートリークを防ぎ信頼性の高い薄膜トランジ
スタを提供できる。

【００４１】(e)次に、有機物や金属、微粒子等を除去
するための洗浄を行った後、上記アイランドを被覆する
ように第２のゲート絶縁膜T4を形成する。ここでは、LP
CVD法でシランと酸素ガスを原料とし、４５０℃で酸化
シリコン膜を３０ｎｍ形成した。あるいはテトラエトキ
シシラン（TEOS）と酸素を原料としたプラズマＣＶＤ、
TEOSとオゾンを原料とした常圧ＣＶＤ、図８に示すよう
なプラズマＣＶＤ等を利用することも可能である。次に
ゲート電極としてn+シリコン膜を80nm、タングステンシ
リサイド膜を110nm形成する。n+シリコン膜はプラズマC
VDやLPCVD法で形成された結晶性のリンドープシリコン
膜が望ましい。その後、フォトリソグラフィとエッチン
グ工程を経て、T5パターン化されたゲート電極を形成す
る。

【００４２】(f1,f2)次に、ゲートをマスクとして不純
物注入領域T6, T6'を形成する。ＣＭＯＳ型回路を形成
する場合は、フォトリソグラフィを併用してn+領域が必
要なn-channel TFT及びp+領域を要するp-channel TFTを
作り分ける。注入される不純物イオンの質量分離を行わ
ないイオンドーピングや、イオン注入、プラズマドーピ
ング、レーザドーピング等の方法を採ることができる。
そのとき用途や不純物導入方法によって(f1)(f2)のよう
に表面の酸化シリコン膜を残したまま、あるいは除去し
た後に不純物の導入を行う。

【００４３】(g1)(g2)層間分離絶縁膜T7, T7'を堆積、
コンタクトホールを開口後、金属を堆積、フォトリソグ
ラフィとエッチングにより金属配線T8を形成する。層間
分離絶縁膜としては、膜の平坦化が図れるTEOS系酸化膜
やシリカ系塗布膜、有機塗布膜を用いることができる。
コンタクトホール開口はフォトリソグラフィとエッチン
グにより、金属配線は抵抗の低いアルミニウム、銅ある
いはそれらをベースとした合金、タングステンやモリブ
デンといった高融点金属が応用できる。以上のような工
程を行うことによって、性能、信頼性の高い薄膜トラン
ジスタを形成することができる。

【００４４】図９は予めアライメントマークを設け、ア
ライメントマークに応じたレーザ照射を行った場合の実
施例、図１０はレーザ照射と同時にアライメントマーク
を形成する場合の実施例について、ＴＦＴ製造工程フロ
ーをもとに説明する。基本的には図８の説明と類似して
いるため、特に異なる点を中心に説明する。

【００４５】図９(a) 洗浄によって有機物や金属、微
粒子等を除去したガラス基板sub0上に基板カバー膜T1、
タングステンシリサイド膜を順次形成する。アライメン
トマークの形成のために、フォトリソグラフィとエッチ
ングによりパターン化しアライメントマークT9を基板上
に形成する。次にアライメントマークを保護するために
マーク保護膜T10を形成し、シリコン薄膜を形成する。

【００４６】図９(b) レーザ光露光時にはアライメン
トマークを基準に所望の領域が露光される。その後は、
予め設けられたアライメントマークや、結晶化シリコン
薄膜パターニングによって形成されるアライメントマー
ク（図示せず）を基準に、次工程のアライメントを行う
ことができる。

【００４７】図１０(b) シリコン薄膜への露光と同時
に露光／非露光による改質の相違を利用した結晶化アラ
イメントマークT9'をシリコン薄膜に形成する。

【００４８】図１０(d) 結晶化アライメントマークT9'
を利用して、フォトリソグラフィ時の目合わせを行い、
エッチング工程を経てシリコン薄膜と酸化シリコン膜積
層膜のアイランドを形成する。

【００４９】以上、XeCl, KrF, XeF, ArF等のエキシマ
レーザを光源として実施の形態を述べたが、エキシマレ
ーザ以外にもYAGレーザや炭酸ガスレーザ、パルス発光
の半導体レーザなどを用いることが可能である。また、
シリコンに代表される半導体薄膜に限らず、結晶性の薄
膜の形成、およびその形成装置に応用可能である。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、トラップ準位密度の小
さいシリコン薄膜を光照射によって形成する技術を提供
でき、かつ以下のような効果を得ることができた。

【００５１】１）従来は１台の大型光源から発振された
ビームを第１及び第２ビームに分岐し、第１及び第２ビ
ームに光路長差を持たせて第１及び第２ビームに遅延を
与えていた。本発明では、第１の光パルスを発生する第
１のパルス光源（小型光源）に、第２の光パルスを発生
する第２のパルス光源（小型光源）を付加することによ
り、いちどに処理できる面積を拡大した。従来の、１台
の大型光源から発振されたビームを第１及び第２ビーム
に分岐し、第１及び第２ビームに光路長差を持たせて第
１及び第２ビームに遅延を与える光学系の製造に要する
コストよりも、本発明による光源付加に要するコストの
方が小さかった。

【００５２】２）本発明は、水素化アモルファスシリコ
ン薄膜(a-Si:H)の効果的な改質方法を提供し、従来LPCV
D（low pressure chemical vapor deposition）法によ
って形成されていたa-Siと同等のレーザ結晶化を予備加
熱等を行うことなく実施することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための光パルス
波形図である。

【図２】本発明の装置の実施の形態（全体）を説明する
ための図である。

【図３】本発明の装置の実施の形態（アライメント方
法）を説明するための図である。

【図４】本発明の装置の実施の形態（マスク投影法）を
説明するための図である。

【図５】本発明の装置の実施の形態（制御例）を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図６】本発明の装置、搬送室、プラズマＣＶＤ室の側
面断面図である。

【図７】本発明の装置、搬送室、プラズマＣＶＤ室等複
合装置の平面図である。

【図８】本発明のＴＦＴ製造プロセスを説明するための
断面図である。

【図９】本発明のアライメントマークを用いたＴＦＴ製
造プロセスを説明するための断面図である。

【図１０】本発明のアライメントマーク形成を含むＴＦ
Ｔ製造プロセスを説明するための断面図である。

【図１１】照射強度と冷却速度、非晶質化が生じる冷却
速度を示した図である。

【図１２】シリコン薄膜温度変化の計算結果例を示した
図である。

【図１３】各照射強度に対するシリコン薄膜の結晶形態
を示す顕微鏡写真である。

【図１４】第２パルス投入後の最大冷却速度と凝固点近
傍の冷却速度を示した図である。

【図１５】従来のエキシマレーザアニール装置の概念図
である。

【図１６】従来のレーザ運転方法を説明するためのタイ
ミングチャートである。

【図１７】レーザパルス強度のパルス間分布の例を示し
た図である。

【図１８】シリコン膜温度変化の例を示した図である。

【図１９】レーザパルス波形の一例を示した図である。

【符号の説明】

EL1 エキシマレーザ（パルス光源） EL2 エキシマレーザ（パルス光源）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/336 (72)発明者種子田昭彦神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号住友重機械工業株式会社平塚事業所内Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA02 BA11 BA15 BB01 BB03 BB06 BB07 CA07 CA10 DA02 DB03 EA15 JA01 5F053 AA18 BB13 DD01 FF01 GG01 GG02 LL10 PP12 RR03 5F110 AA16 AA23 BB04 CC02 DD02 DD13 EE05 EE09 EE14 EE45 FF02 FF09 FF29 FF30 FF32 FF35 GG02 GG13 GG25 GG45 GG47 HJ12 HJ13 HJ18 HL02 HL03 HL04 HL06 NN02 NN27 NN36 PP03 PP04 PP05 PP07 PP13 PP31 PP35 QQ11 QQ25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜に光ビームを照射することにより前
記薄膜を処理する薄膜処理方法において、前記光ビームの一照射単位が、第１の光パルスの前記薄
膜への照射と、該第１の光パルスの前記薄膜への照射の
開始から時間的に遅延を持たせて開始される、第２の光
パルスの前記薄膜への照射とから構成され、上記一照射
単位の照射を繰り返し行うことにより前記薄膜を処理す
るものであり、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスのパルス幅）＞（前記第２の光パ
ルスのパルス幅）を満たすことを特徴とする薄膜処理方
法。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜処理方法におい
て、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≧（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処
理方法。
【請求項３】請求項１に記載の薄膜処理方法におい
て、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≦（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処
理方法。
【請求項４】請求項３に記載の薄膜処理方法におい
て、前記薄膜がa-Si:H膜であり、前記第１の光パルスの照射は前記a-Si:H膜から水素を予
め離脱させるためのものであり、前記第２の光パルスの照射は前記a-Si:H膜の溶融再結晶
化を行うためのものであることを特徴とする薄膜処理方
法。
【請求項５】薄膜に光ビームを照射することにより前
記薄膜を処理する薄膜処理装置において、第１の光パルスを発生する第１のパルス光源と、第２の光パルスを発生する第２のパルス光源と、前記光ビームの一照射単位が、前記第１の光パルスの前
記薄膜への照射と、該第１の光パルスの前記薄膜への照
射の開始から時間的に遅延を持たせて開始される、前記
第２の光パルスの前記薄膜への照射とから構成され、上
記一照射単位の照射を繰り返し行うことにより前記薄膜
を処理する手段とを有し、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスのパルス幅）＞（前記第２の光パ
ルスのパルス幅）を満たすことを特徴とする薄膜処理装
置。
【請求項６】請求項５に記載の薄膜処理装置におい
て、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≧（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処
理装置。
【請求項７】請求項５に記載の薄膜処理装置におい
て、前記第１及び前記第２の光パルスは、（前記第１の光パルスの照射強度）≦（前記第２の光パ
ルスの照射強度）を更に満たすことを特徴とする薄膜処
理装置。
【請求項８】請求項７に記載の薄膜処理装置におい
て、前記薄膜がa-Si:H膜であり、前記第１の光パルスの照射は前記a-Si:H膜から水素を予
め離脱させるためのものであり、前記第２の光パルスの照射は前記a-Si:H膜の溶融再結晶
化を行うためのものであることを特徴とする薄膜処理装
置。