(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル上のシリコン薄膜を処理する方法であって：
（ａ）所定の繰返し率で照射ビームパルスを射出する照射ビーム発生器を制御する段階と；
（ｂ）照射ビームパルスを第１の組の分離ビームパルスと第２の組の分離ビームパルスとに分離する段階と；
（ｃ）第１の組の分離ビームパルスを進めてマスクを照射し少なくともマスクの一部を通過させて複数の小ビームを生成する段階と；
（ｄ）第２の組の分離ビームパルスと小ビームとをシリコン薄膜の少なくとも一のセクションに入射させて照射させる段階であって、第２の組の分離ビームパルスと小ビームとがシリコン薄膜の少なくとも一のセクションを同時に照射するときに、第２の組の分離ビームパルスと小ビームとが、セクションの全厚さにわたってシリコン薄膜の少なくとも一の照射されたセクションを溶融するのに十分な合成強度を供給するところの段階；とを備え、
第１の組の分離ビームパルスが、マスクを損傷又は劣化するのに必要な強度より小さい強度を有する方法。
【請求項２】
段階（ｃ）が第２の組の分離ビームパルスがマスクの方へ進むのを防止する小段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
防止する小段階を、第２の組の分離ビームパルスがマスクに達する前において第２の組の分離ビームパルスをマスクから逸らすことによって実施する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２の組の分離ビームパルスは、シリコン薄膜の少なくとも一の照射されたセクションをその全厚さにわたって溶融するのに必要な強度より低い強度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
段階（ｄ）の間に、シリコン薄膜の少なくとも一の照射され溶融されたセクションが再固化および結晶化され得る請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｅ）段階（ｄ）の後でかつシリコン薄膜のセクションが再固化しかつ結晶化した後において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜の他のセクションに入射し、該他のセクションが再固化及び結晶化が可能とされたセクションに少なくとも部分的に重なるように、サンプルを移動する段階をさらに備えた請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ｆ）段階（ｄ）の後でかつ段階（ｅ）の前において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜のセクションの前に照射され、完全に溶融され、再固化されかつ結晶化した少なくとも一の部分に入射するように、サンプルを微小移動する段階をさらに備えた請求項６に記載の方法。
【請求項８】
小ビームと第２の組の分離ビームパルスとが、サンプルへの入射の微小移動された位置から、シリコン薄膜のセクションに入射し、完全に溶融する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
マスクはドット状パターンを有し、ここで、パターンのドット状部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
マスクはラインパターンを有し、ここで、パターンのライン部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止する請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
マスクは透明パターンを有し、ここで、パターンの透明部はそこに不透明領域を含まず、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止することができるものである請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
サンプル上でシリコン薄膜を処理する方法であって：
（ａ）所定の繰返し率で第１の組及び第２の組の照射ビームパルスを供給する照射ビーム発生器を制御する段階と；
（ｂ）第１の組のビームパルスを進めてマスクを照射し少なくともマスクの一部を通過させて複数の小ビームを生成する段階と；
（ｃ）第２の組のビームパルスと小ビームとをシリコン薄膜の少なくとも一のセクションに入射させて照射させる段階であって、第２の組のビームパルス小ビームとがシリコン薄膜の少なくとも一のセクションを同時に照射するときに、第２の組のビームパルスと小ビームとが、セクションの全厚さにわたってシリコン薄膜の少なくとも一の照射されたセクションを溶融するのに十分な合成強度を供給するところの段階；とを備え、
第１の組のビームパルスは、マスクを損傷しもしくは劣化するのに必要な強度より低い強度を有する方法。
【請求項１３】
段階（ａ）が、
ｉ．所定の繰返し率で照射ビームパルスを射出する小段階と；
ｉｉ．照射ビームパルスを分離して第１の組のビームパルスと第２の組のビームパルスとにする小段階と；を備えた請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
小段階（ｉｉ）は、照射ビームパルスがマスクに達する前に実施する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
段階（ｂ）は、第２の組のビームパルスがマスクの方へ進むのを防止する小段階を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
防止する小段階が、第２の組のビームパルスがマスクに達する前に第２の組の分離ビームパルスをマスクから逸らすことによって実施する請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第２の組のビームパルスは、シリコン薄膜の少なくとも一のセクションをその全厚さにわたって溶融するのに必要な強度より低い強度を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
段階（ｃ）の間に、シリコン薄膜の少なくとも一の照射され溶融されたセクションが再固化および結晶化され得る請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
（ｄ）段階（ｃ）の後でかつシリコン薄膜のセクションが再固化しかつ結晶化した後において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜の他のセクションに入射し、該他のセクションが再固化及び結晶化が可能とされたセクションに少なくとも部分的に重なるように、サンプルを移動する段階をさらに備えた請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
（ｅ）段階（ｃ）の後でかつ段階（ｄ）の前において、小ビームと第２の組のビームパルスとがシリコン薄膜のセクションの前に照射され、完全に溶融され、再固化されかつ結晶化した少なくとも一の部分に入射するように、サンプルを微小移動する段階をさらに備えた請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
小ビームと第２の組のビームパルスとが、サンプルへの入射の微小移動された位置から、シリコン薄膜のセクションに入射し、完全に溶融する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
マスクはドット状パターンを有し、ここで、パターンのドット状部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
マスクはラインパターンを有し、ここで、パターンのライン部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止する請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
マスクは透明パターンを有し、ここで、パターンの透明部はそこに不透明領域を含まず、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止することができるものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
コンピュータプログラムを格納するメモリと；
以下の段階、すなわち、
（ａ）所定の繰り返し率で照射ビームパルスを射出する照射ビーム発生器を制御する段階と、
（ｂ）照射ビームパルスを第１の組の分離ビームパルスと第２の組の分離ビームパルスとに分離させる段階と、
（ｃ）第１の組の分離ビームパルスを進めてマスクを照射し少なくともマスクの一部を通過させて複数の小ビームを生成する段階と、
（ｄ）第２の組の分離ビームパルスと小ビームとをシリコン薄膜の少なくとも一のセクションに入射させて照射させる段階と、を実施するそのコンピュータプログラムを実行する処理装備と；を備えたサンプル上のシリコン薄膜を処理する装置であって、
第１の組の分離ビームパルスは、マスクを損傷又は劣化するように要する強度より低い強度を有し、
第２の組の分離ビームパルスと小ビームとがシリコン薄膜の少なくとも一のセクションを同時に照射するときに、第２の組の分離ビームパルスと小ビームとが、セクションの全厚さにわたってシリコン薄膜の少なくとも一の照射されたセクションを溶融するのに十分な合成強度を供給する装置。
【請求項２６】
処理装備の近傍に配置されたビームスプリッタを備え、処理装備は、照射ビームパルスを、照射ビームパルスを第１の組の分離ビームパルスと第２の組の分離ビームパルスとに分離するビームスプリッタへ進めるものである請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
ビームスプリッタは、マスクから照射ビームパルスの経路において上流に配置されている請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
処理装備は、第２の組のビームパルスがマスクの方へ進むのを防止するコンピュータプログラムを実施する請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
第２の組のビームパルスがマスクに達する前に、第２の組の分離ビームパルスをマスクから逸らすことによって、第２の組のビームパルスがマスクへ向かうのを防止する請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
第２の組のビームパルスは、シリコン薄膜の少なくとも一のセクションをその全厚さにわたって溶融するのに必要な強度より低い強度を有する請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
シリコン薄膜の少なくとも一のセクションが照射されたときに、シリコン薄膜の少なくとも一の照射され溶融されたセクションが再固化および結晶化され得る請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
（ｅ）段階（ｄ）の後でかつシリコン薄膜のセクションが再固化しかつ結晶化した後において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜の他のセクションに入射し、該他のセクションが再固化及び結晶化ができたセクションに少なくとも部分的に重なるように、サンプルを移動する段階をさらにさらに実施するコンピュータプログラムを、処理装備が実施する請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
（ｆ）小段階（ｄ）の後でかつ段階（ｅ）の前において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜のセクションのすでに照射され、完全に溶融し、再固化しかつ結晶化した少なくとも一の部分に入射するように、サンプルを微小移動を生じさせる段階を実施するコンピュータプログラムを、処理装備が実施する請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
小ビームと第２の組の分離ビームパルスとが、サンプルへの入射の微小移動された位置から、シリコン薄膜のセクションに入射し、完全に溶融する請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
マスクはドット状パターンを有し、ここで、パターンのドット状部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止するものである請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
マスクはラインパターンを有し、ここで、パターンのライン部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止するものである請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
マスクは透明パターンを有し、ここで、パターンの透明部は、第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を照射して通るのを防止する不透明領域を含まない請求項３２に記載の装置。
【請求項３８】
コンピュータプログラムを格納するメモリと；
以下の段階、すなわち、
（ａ）所定の繰り返し率で第１の組及び第２の組の照射ビームパルスを射出する照射ビーム発生器を制御する段階と、
（ｂ）第１の組のビームパルスがマスクを照射し少なくともマスクの一部を通過して複数の小ビームを生成するようにする段階と、
（ｃ）第２の組のビームパルスと小ビームとをシリコン薄膜の少なくとも一のセクションに入射して照射するようにする段階と、とを実施するそのコンピュータプログラムを実行する処理装備と；を備えたサンプル上のシリコン薄膜を処理する装置であって、
第１の組の照射ビームパルスは、マスクを損傷もしくは劣化するのに要する強度より低い強度を有し、
第２の組のビームパルスと小ビームとがシリコン薄膜の少なくとも一のセクションを同時に照射するときに、第２の組のビームパルスと小ビームとが、セクションの全厚さにわたってシリコン薄膜の少なくとも一の照射されたセクションを溶融するのに十分な合成強度を供給する装置。
【請求項３９】
処理装備は、照射ビーム発生器を所定の繰り返し率で照射ビームを射出するようにする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
処理装備の近傍にビームスプリッタをさらに備え、ここで、処理装備は、照射ビームパルスを、照射ビームパルスを第１の組のビームパルスと第２の組のビームパルスとに分離するビームスプリッタへ進めるものである請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
ビームスプリッタは、マスクから照射ビームパルスの経路において上流に配置している請求項３８に記載の装置。
【請求項４２】
ビームスプリッタは、照射ビームパルスがマスクに達する前に、第１の組の照射ビームパルスと第２の組の照射ビームパルスとに分離する請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
処理装備は、第２の組の照射ビームパルスがマスクへ向かうのを防止するコンピュータプログラムを実施する請求項３８に記載の装置。
【請求項４４】
第２の組の照射ビームパルスは、第２の組の照射ビームパルスがマスクに達する前に、第２の組の照射ビームパルスをマスクから逸らすことによってマスクへ向かうのを防止する請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
第２の組のビームパルスは、シリコン薄膜の少なくとも一のセクションをその全厚さにわたって溶融するのに必要な強度より低い強度を有する請求項３８に記載の装置。
【請求項４６】
シリコン薄膜の少なくとも一のセクションが照射されたときに、シリコン薄膜の少なくとも一の照射され溶融されたセクションが再固化および結晶化され得る請求項３８に記載の装置。
【請求項４７】
（ｄ）段階（ｃ）の後でかつシリコン薄膜のセクションが再固化しかつ結晶化した後において、小ビームと第２の組の分離ビームパルスとがシリコン薄膜の他のセクションに入射するようにサンプルを移動するようにして、該他のセクションを再固化及び結晶化ができたセクションに少なくとも部分的に重なるようにする段階を実施するするコンピュータプログラムを、処理装備が実行する請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
（ｅ）小段階（ｃ）の後でかつ小段階（ｄ）の前において、小ビームと第２の組のビームパルスとがシリコン薄膜のセクションのすでに照射され、完全に溶融し、再固化しかつ結晶化した少なくとも一の部分に入射するように、サンプルを微小移動を生じさせる段階を実施するするコンピュータプログラムを、処理装備が実行する請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
小ビームと第２の組の分離ビームパルスとが、サンプルへの微小移動された位置から、シリコン薄膜のセクションに入射し、完全に溶融する請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
マスクはドット状パターンを有し、ここで、パターンのドット状部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止するものである請求項４８に記載の装置。
【請求項５１】
マスクはラインパターンを有し、ここで、パターンのライン部はマスクの不透明領域であって、該不透明領域は第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を通ってその領域を照射するのを防止するものである請求項４８に記載の装置。
【請求項５２】
マスクは透明パターンを有し、ここで、パターンの透明部は、第１の組の分離ビームパルスの一部がその領域を照射して通るのを防止する不透明領域を含まない請求項４７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、ジェームズ・イム（James S. Im）によって、２０００年１１月２７日に“基板上の半導体膜領域のレーザー結晶化処理のためマスク投影装置（Mask Projection System For Laser Crystalization Processing Of Semiconductor Film Regions On A Substrate）”なる発明の名称で出願された米国仮出願シリアル番号６０／２５３，２５６号を基礎とした優先権を主張する。
米国政府は、国防省高度研究プロジェクト庁の助成金番号Ｎ６６００１−９８−１−８９１３に基づき、本発明につき所定の権利を有する。
本発明は、パターン化された小ビームを用いて、半導体膜の処理する技術、特に半導体膜を処理する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
連続側方固化法を用いた大結晶粒単結晶又は多結晶シリコン薄膜を製造する方法は従来公知である。例えば、米国特許出願シリアル番号０９／３９０，５３７号において、本明細書に参考文献として組み込まれかつ本出願と共通の譲渡人に譲渡された全開示、連続側方固化法を実施するためにエネルギー制御可能レーザーパルス及びシリコンサンプルの小スケール移動を用いた、特に大結晶粒多結晶又は単結晶シリコン構造の製造装置及び製造方法を開示している。これに開示された連続側方固化法及び装置は、低欠陥密度結晶シリコン膜がエピタキシャル再成長を許容しない基板上に生成できるようにするものであり、これによって高性能マイクロエレクトロニクス装置を製造することができる。
【０００３】
上述の特許文献は、連続側方固化法を実施するための特に有利な装置を開示するが、連続側方固化法を実施するための装置を変更する試みがある、このような装置の一つが米国特許第５，２８５，２３６号（“’２３６特許”）に開示されており、この全開示が参考文献として本明細書に組み込まれている。
【０００４】
図１に示したように、’２３６特許は、１：１投影（プロジェクション）放射装置を開示する。特に、この投影放射装置の照明装置２０は、光学装置２２、マスク１４、映写（プロジェクション）レンズ及び偏向装置を通って、基板サンプル１０に入射する均一レーザービームを発生する。しかしながら、投影照射装置の従来技術においては、マスク１４上のエネルギー密度は基板１０上のエネルギー密度より大きくなければならない。これは、基板１０上で高フルエンスを要する方法を考えたときには問題である。というのも、マスク１４に入射する高エネルギー密度は装置の光学系にダメージを与え得るからである。従って、マスク１４にダメージを与えることなく連続側方固化法を実施する、’２３６特許に開示されたタイプの改良型投影照射装置が必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の目的は、連続（順次、逐次、シーケンシャル）側方固化を実施するための改良型投影照射装置及びその方法を提供することである。本発明の他の目的は、レーザービーム及びパルスを成形するために用いるマスクがビーム／パルスの強度によっては損傷（ダメージ）もしくは劣化しない装置及び方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、光学コンポーネント（例えば、投影レンズ）を通って射出されるエネルギーを低減することによって装置の光学系の寿命を増加することである。
【０００６】
これらの目的及び以下の詳細な説明によって明らかになる他の目的を達成するために、本発明は概して、照射ビームをビームスプリッタを通過させて２ビームにするものであり、ここで２ビームのそれぞれは元のビームのエネルギーの強度を部分的に有する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、サンプル上のシリコン薄膜を処理（加工）する方法及び装置を提供する。特に、照射ビーム発生器を制御して所定の繰り返し率（繰り返し速度）で連続的に照射ビームパルスを射出する。次いで、このような照射ビームパルスを第１の組のビームパルス（ビームパルスの第１の組）と第２の組のビームパルス（ビームパルスの第２の組）に分離する。第１の組のビームパルスは、複数の小ビームを生成するようにマスクを介して照射するようにされる。次いで、第２の組のビームパルスと小ビームとは、シリコン薄膜の少なくとも一のセクション（部分）に入射しかつ照射するようにされる。第２の組のビームパルスと小ビームとは同時にシリコン薄膜のセクションを照射するとき、この組合せは、セクションの全厚さにわたってシリコン薄膜のセクションを溶融するのに十分な合成（合わせた）強度を備える。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、照射ビームパルスを、第１の組のビームパルスと第２の組のビームパルスに分離するビームスプリッタに進めることができる。ビームスプリッタはマスクから照射ビームパルスの経路において上流に配置して、照射ビームパルスがマスクに達する前に照射ビームパルスを第１の組のビームパルスと第２の組のビームパルスに分離するのが好ましい。
【０００９】
本発明の他の実施形態では、第１の組のビームパルスは、マスクを損傷し、劣化しもしくは破壊するのに必要な強度より低い強度を有する。また、第２の組のビームパルスは、例えば、第２の組のビームパルスがマスクに達する前に第２の組のビームパルスをマスクから遠くへ離れる方向に向けることによってマスクの方へ向かうのを防止することができる。また、第２の組のビームパルスは、シリコン薄膜のセクションをその全厚さにわたって溶融するのに必要な強度より低い強度を有するのが好ましい。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、シリコン薄膜のセクションを照射すると、シリコン薄膜の照射され溶融されたセクションが再固化及び結晶化するのを可能と（許容）する。シリコン薄膜のセクションが再固化及び再結晶化した後、サンプルを移動して、小ビーム及び第２の組のビームパルスをシリコン薄膜の他のセクションに入射する。この他のセクションは、再固化及び再結晶化が許容されたセクションに少なくとも部分的に重なる。また、サンプルは微小移動して、小ビーム及び第２の組のビームパルスが、シリコン薄膜のセクションの少なくとも前に照射され、十分に（完全に）溶融され、再固化されかつ再結晶化された部分に入射する。
【００１１】
小ビーム及び第２の組のビームパルスは、サンプルの微小移動された位置からシリコン薄膜のセクションを照射し、十分に溶融する。マスクは、パターンのドット部分がマスクの不透過（不透明）領域になるようにドット状パターンを有してもよい。ここで、マスクの不透過領域は第１の組のビームパルスがそれを通して照射するのを防止するものである。さらに、マスクは、パターンの透明部がそこに不透明領域を含まないように透明領域を有してもよい。
【００１２】
第１の組のビームパルス及び第２の組のビームパルスの経路においてビーム拡張（エクステンション）装置を備えることも可能である。
【００１３】
本願に組み込まれその一部を成す添付図面は、本発明の公的な実施形態を図示し、本発明の原理を説明するのを容易にするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による投影照射装置の一実施形態を、図２においてブロック図で示す。特に、ビーム源２００（例えば、パルスエキシマレーザー）は、ビームスプリッタ２１０を通って２つのビーム２１１，２２１になるエキシマレーザービーム２００（ビームパルスから成るもの）を発生する。本発明の一の実施形態では、これらの２つにスプリットしたビーム２１１，２２１はそれぞれ元のビーム２０１のエネルギーの５０％づつを有してもよい。図２で示した本発明の一例と共に他のエネルギー装置を利用することも本発明の範囲内である。ビーム２１１，２２１のそれぞれは一組のビームパルスから成る。
【００１５】
第１のスプリットビーム２１１はミラー２１２によって今度は均一ビーム２１５を出力することができるホモジェナイザー２１３へ方向を決めることができる。その後、均一化されたビーム２１５（及びその各ビームパルス）は、サンプル移動ステージ２５０によって保持される半導体サンプル２６０に入射するように第２のミラー２１４で再度方向を決められる。金属、誘電体もしくは高分子の膜のような他のサンプルをシリコン半導体サンプル２０に代替させてもよいことに留意されたい。
【００１６】
実質的に同時間のインターバルで、第２のスプリットビーム２２１（及びその各パルス）を、マスク２３０を通過するように、ミラー２２２で再度方向を変えることができる。ミラーは第２のスプリットビーム２２１がマスク２３０に対して位置合わせされるように配置され、それによって、第２のスプリットビーム２２１（及びそのパルス）がマスクを通って照射され、マスク通過ビームパルス２２５となることが可能となる。マスク通過ビームパルス２２５は映写レンズを通過するように第２のミラー２３１３によって再度方向を決められる。その後、映写レンズを通過したマスク通過ビームパルス２２５は偏向ユニット２４１は方向付けられ、半導体サンプル２６０に入射する。マスク２３０、映写レンズ２４０及び偏向ユニット２４１は、上述の’２３６特許と実質的に同じである。他の光学的組合せを使用してもよいが、元のビーム２０１の分離は好適には元のビーム２０１（及びそのビームパルス）の前で生じるようにしてマスク２３０を通過させるべきである。
【００１７】
パルスエキシマレーザー源の代わりに、ビーム源２００は、その源２００からサンプル２６０への照射ビーム経路に適当に変更が加えられた、例えば、パルス固体レーザー、チョッパ連続波レーザー、パルス電子ビーム、パルスイオンビーム等の以下に記載する方法でシリコン薄膜層を溶融するのに適した他の公知の短いエネルギーパルスであってもよいことに当業者であれば理解できる。サンプルステージ２５０の移動及び微小移動は、ビーム源２００及びサンプルステージ２５０に結合されたコンピューティング構成２７０（例えば、インテルペンティアム(登録商標）４マイクロプロセッサを用いたコンピュータ）によって制御されるのが好ましい。コンピュータ装置２７０は、サンプル２６０に対して第１及び第２のビーム２１１，２２１の強度パターンをシフトさせるためにマスク２３０の微小移動を制御することも可能である。典型的には、ビーム源２００で発生される照射ビームパルスは、10mJ/cm2から1J/cm2のビーム強度、10〜103nsecのパルス継続時間（半値幅）及び10〜104Hzを有する。
【００１８】
図３Ａは、図１で示した従来の投影照射装置を用いてシリコン膜サンプルにおいてエネルギー密度パターンを例示するグラフである。特に、このグラフは、図１の従来装置が備えたようなビームスプリッタ２０１がないときに、基板サンプル１０の面上のエネルギー密度を示すものである。図３Ａで示したように、サンプルのシリコン薄膜の特定の部分がその厚み全体にわたって十分に融けるように、レーザーパルスのエネルギー（Ｅmelt）はこのような溶融に対して十分に高くなければならず、マスク２３０についてダメージ（損傷）しきい値（Ｅdamage）を越える。
【００１９】
図３Ｂは、ビームスプリッタ２１１が元のビーム２０１を２つのスプリットビーム２１１，２２１に分離する図２で示したような投影照射装置（システム）の一実施形態を用いてシリコン膜サンプルでエネルギー密度パターンを例示するグラフである。特に、第２のスプリットビーム２２１のエネルギー密度パターンが、マスク２３０の面でのダメージしきい値（Ｅdamage）以下になるように選択する。この方式では、マスク２３０は、ビーム源２００から放射される照射ビームによって生成されたビームによるダメージもしくは劣化はない。他方、第１のスプリットビーム２１１のパルスに対応する均一ビームパルスは、パルス２１６の強度がその厚みにわたってサンプル２６０のシリコン薄膜を溶融するのに十分でないように、サンプル２６０を照射することができる。第２のスプリットビーム２２１の強度が第１のスプリットビーム２１１の強度に付加されるときに、できたビームパルスの組合せ（合成）は、全厚みにわたってサンプル２６０のシリコン薄膜を溶融するのに十分な強度を有する。
【００２０】
本発明の方法の第１の実施形態を図４Ａから図４Ｉを参照して説明する。特に、図４Ａは、シリコン薄膜の少なくとも一のセクション８２（好適に一以上のセクション）部分的に示した集積回路のようなサンプル２６０の一領域を示している。このセクション８２は水平方向に伸びる一領域と垂直方向に伸びる他の領域とから成ってもよい。サンプル１６０上のシリコン薄膜のセクション８２と他のセクションは、種々の方向にランダムに配向した小さなグレイン（粒）及び粒界を有する。セクション８２の厚さは、20ナノメートルから2ミクロンの範囲であってもよい。シリコン薄膜及びそのセクションの厚さは使用に応じてかつ本発明の範囲内で他の厚さも考えられる。
【００２１】
図４Ｂは、所望の強度パターンを有する第１の照射ビームで照射された後のセクション８２を示している。本発明の一実施形態では、このパターンは、セクション８２の所定の領域に位置合わせされているのが好適な“ポッカドット”パターンである。図２のマスク２３０は、第２のスプリットビームパルス２２１によって照射されるこのようなパターンを実現するのに用いることができる。特にさらに詳細を加えると、マスク２３０は、一又は二以上の組の1ミクロンの直交して配置された不透明なドット状領域から成るパターンを有する。マスク２３０上の不透明領域の組によって、セクション８２上の対応領域の照射を防止するために、第２のスプリットビーム２２１のパルスが通過することができなくなる。しかしながら、不透明ドット状領域を囲むマスク２３０上の領域によって、パルスがそこを通過することができるようになり、それによって、抜けていく照射ビームパルスが照射可能となり、また、セクション８２の他の領域を溶融可能となる（溶融した領域５０）。
【００２２】
第２のスプリットビームパルス２２１がマスク２３０を通り、それと共に第１のスプリットビームパルスがサンプル２６０を照射する（しかし溶融はしない）とき、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１を合わせたものは完全にセクション８２の領域５０を溶融するが、ドット形状領域６１は溶融しない。図２Ｂで示したような一実施形態では、非溶融領域６１がセクション８２の中心線に沿って規則的なインターバルで備えれられている。特に、シリコン薄膜のセクション８２が第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組（第２のスプリットビームパルス２２１はマスク２３０によって画定された強度パターンを有する）によって照射されるときに、ブロックされていない第２のスプリットビームパルス２２１によって照射された各領域はその全厚みにわたって溶融し、他方、マスク２３０の不透明パターンによってブロックされたセクション８２の各領域は少なくとも部分的に溶融されていないままである。従って、セクション８２の非溶融領域５０は、もともと形成されていたような、シリコン薄膜のセクション８２のもともとのグレイン構造を有する。
【００２３】
円、矩形等のいかなる形状を有してもよい非溶融領域６１の形状に対応する形状を有する強度パターンのシャドウ（影）領域は小さな断面領域を有する。シャドウ領域にとっては、サンプル２６０上に備えたシリコン薄膜の周囲の溶融領域が各シャドウ領域に関連するセクション８２上に領域６１の完全溶融を生じさせないように十分大きいことが好ましい。本発明及び上述によって、シャドウ領域の各々によって重なったセクション８２の領域６１は少なくとも一部が溶融しないままであるのが好ましい。
【００２４】
図４Ｃに示したように、サンプル２６０上に備えたシリコン薄膜のセクション８２を第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組みを介して照射した後、セクション８２の溶融した領域（溶融領域）を冷却及び再固化可能とする。シリコン薄膜のセクション８２の少なくとも部分的に溶融していない領域６３はセクション８２の領域６１の元々のグレイン構造を有するので、それぞれの少なくとも部分的に溶融していない領域６３におけるこのようなグレイン構造は、セクション８２の隣接する再固化する溶融領域へのグレインの側方成長の種となる。各溶融領域のこのような再固化の間、シリコン薄膜のセクション８２において少なくとも部分的に溶融していない領域６３のすぐ周りの各再固化領域５５において少なくとも部分的に溶融していない領域６３のそれぞれから外方へ成長する。領域５５の再固化後、領域５２はこのような領域５５のエッジもしくは境界に形成される。領域５２は、核形成、すなわち、このような領域５２に対応するシリコン薄膜のセクションは部分的に溶融し、小さなグレインによって再固化することによって形成された小さなグレインの多結晶シリコン領域である。各再固化領域５５は各領域５２と隣接する再固化領域５５とに結合される。溶融され再固化する領域５５のそれぞれにおけるグレイン成長は、各再固化領域５５内において少なくとも部分的に溶融していない領域６３を介して種を形成することによって実施する。
【００２５】
少なくとも部分的に溶融していない領域６３の各々から成長するグレインの隣接するグレイン距離は、マスク２３０から抜けてくる小ビーム（もしくは成形されたビームパルス）の幅によって画定される溶融領域の幅の約半分である。このように、セクション８２の溶融領域の再固化が完了した後、再固化領域５５のそれぞれにおいてより大きなグレイン６２が形成する。隣接する少なくとも部分的に溶融していない領域６３の間の間隔は以下のようになっている。すなわち、このような溶融されていない領域６３のそれぞれから成長するグレインが、シリコン薄膜のセクション８２の溶融領域の固化が完了する前（すなわち、新しいグレインの核形成がその間の空間で生じる前）に、２つの隣接する少なくとも部分的に溶融していない領域６３から成長するグレインに接触するようになっている。グレインの特徴的な成長距離は、新しいグレインの核形成が生じする前にグレインが成長する距離である。
【００２６】
図４Ｄに示したように、シリコン薄膜のセクション８２上の第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１を入射する位置は固定されているのが好ましいので、サンプル２６０はコンピュータ装置２７０の制御下でサンプル移動ステージ２５０によって再度位置決めする。これは、（第２のスプリットビームパルス２２１がマスク２３０を通るときに生成される）第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンのシャドウ領域６４はそれぞれ、最大の隣接グレイン成長距離よりも小さな距離だけわずかにずれる（これは、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンのシャドウ領域６１のセクション８２上の前の位置に関して、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の照射による）ことができるように行われる。隣接（接触）するグレイン成長距離は、グレインが隣接する溶融領域において少なくとも部分的に溶融していない領域から成長する距離であって、じ溶融領域で成長するグレインに接触する前及び領域５２（すなわち、核形成領域）に接触する前の距離である。このように、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組がシリコン薄膜のセクション８２上に照射されるとき、各シャドウ領域６４は、前のシャドウ領域とは異なる第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後に形成された同じ再固化領域５５内で異なるセクションと重なる。
【００２７】
例えば、新しいシャドウ領域６４の位置は、シャドウ領域６１の前の位置から0.01ｍから10ｍの範囲の距離だけずれることができる。このようなわずかな再位置決めは、以下では“微小移動”と称する。任意で、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組がセクション８２を照射するときは、強度パターンのシャドウ領域６４の所望のずれ（シフト）を得るために、マスク２３０はサンプル２６０の代わりに又はそれと共に微小移動させてもよい。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンの小ビームは第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンのそれに対してずれて（シフトして）いるが、シフトした小ビームはやはり、シフトしたシャドウ領域６４のそれぞれに重なってはいないセクション８２の全領域に重なる。
【００２８】
図４Ｄに示したように、サンプル２６０の上述の微小移動後に、図２の装置は第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組を用いてセクション８２を照射する。これは、シフトされかつブロックされていない小ビームに重なるシリコン薄膜のセクション８２のそれぞれの領域が全厚みにわたって溶融し、かつ、マスク２３０のドット状パターンの各領域が照射されるのが防止されたセクション８２の各領域（すなわち、それぞれのシフトされたシャドウ領域６４）が少なくとも部分的に溶融しないままであるように行う。少なくとも部分的に溶融していない領域のそれぞれは各隣接溶融領域に隣接する。シフトされたシャドウ領域６４のそれぞれが、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンのシャドウ領域６１の対応するものが重なる領域として同じ再固化領域５５内の領域に重なる限り、サンプル２６０はいかなる方向にも微小移動してもよい。例えば、サンプル２６０は、反時計まわりの方向の回転角が正である、Ｘ軸に対して−１３５°である−Ａ方向に微小移動可能であり、又は、サンプル２６０は、Ｘ軸に対して４５°の角度の＋Ａ方向に微小移動可能である。
【００２９】
図４Ｅは、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組による照射に続く溶融領域の再固化の完了後、サンプル２６０上に備えたシリコン薄膜のセクション８２を示している。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組による照射後、セクション８２の各溶融領域の再固化の際、新しい再固化領域５５’の対応する一において成長する多くのグレインがある。これは以下の理由である。すなわち、サンプル２６０の微小移動および第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組による照射の後に少なくとも部分的に溶融されていない領域のそれぞれが、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後に少なくとも部分的に溶融されていない領域のそれぞれに含まれていたグレインより少ない数のグレインを含むからである。図４Ｅに示したように、再固化後に形成されたセクション８２の核形成領域５２に達するか、又は、新しい再固化領域５５’を画定するために隣接するシフトした少なくとも部分的に溶融されていない領域６５から成長するグレインに接触するかいずれかのために、グレインの成長はシフトした少なくとも部分的に溶融されていない領域のそれぞれから側方に生じる。接触（隣接）するグレインは各接触成長領域だけ成長する。図４Ｅに示したように、新しい再固化領域５５’のそれぞれは図４Ｃに示したような前の固化領域５５における場合より数が少ないが大きいグレイン６６を有する。
【００３０】
図４Ｆに示したように、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組による照射の後の溶融領域の再固化が完了した後、サンプル２６０は、（第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組がセクション８２を照射した後）最大隣接グレイン成長距離より小さな距離だけどの方向においてもさらに（第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１に対して）微小移動してもよい。これは、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の強度パターンの２回シフトさせたシャドウ領域６７がそれぞれ再固化領域５５のそれぞれの領域内の異なる領域に重なりもしくは照射する。図２Ｆの例示においては、さらなる微小移動の方向ＢはＸ軸に対して４５°である。サンプル２６０がこの方向に微小移動した後、セクション８２を、マスク２３０によって画定された同じ強度パターンを有する第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組によって照射するが、シャドウ領域６７のそれぞれは２回シフトした部分である。２回シフトしたシャドウ領域６７は、それぞれの前のシャドウ領域６４から、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組による照射後の最大隣接グレイン成長距離より小さい距離だけ、例えば、0.01ｍから10ｍの範囲の距離だけ変位している。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の強度パターンの小ビームも第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンのそれに対してシフトしているが、２回シフトした小ビームは依然として２回シフトしたシャドウ領域６７のそれぞれに重ならないセクション８２の全領域に重なる。
【００３１】
図４Ｇは、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の照射がされた後のサンプル２６０上に備えたシリコン薄膜の再固化セクション８２を図示したもので、溶融領域の再固化の完了を示している。２回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域７１のそれぞれは、一回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域６５において含まれるよりも少ない数のグレインを有するので、セクション８２のそれぞれの溶融領域の再固化の完了の際の新しい再固化領域６９のうちの対応する一つにおいて成長するものと同数のもしくはそれより少ない数のグレインがあることになる（セクション８２が第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組に照射された後に）。図４Ｇに示したように、グレインの成長は２回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域７１のそれぞれから側方（横方向）に生じて、再び核形成された領域５２に達するようにか、又は、隣接する２回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域７１から成長するグレインに接するようにするかいずれかによって新しい再固化領域６９を画定する。ここで、接触する領域は各接触するグレイン成長距離だけ成長したものである。新しい再固化領域６９のそれぞれは、図４Ｅに示したような前の再固化領域５５’より少なくかつ大きなグレイン６８を有する。
【００３２】
図４Ｈに示したように、セクション８２の各溶融領域が再固化した後（すなわち、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の照射が完了した後）は、サンプル２６０は、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の照射後の最大隣接グレイン成長距離より小さい距離だけどの方向においても、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１に対してさらに微小移動してもよい。この方式では、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第４の組の強度パターンの３回シフトされたシャドウ領域６３は、再固化領域６９のそれぞれ領域内の異なる領域に重なる。図４Ｈに示した実施形態では、一の方向のさらなる微小移動の方向はＸ軸に対して−１３５°の方向Ｃであり、さらなる微小移動の距離は0.01ｍから10ｍの範囲である。サンプル２６０が上述の距離だけその方向に微小移動した後、シリコン薄膜のセクション８２は、図４Ｆで示した第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第３の組の強度パターンと同じ強度パターンを有する第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第４の組によって照射されるが、ここで、シャドウ領域７２及び各強度パターンのそれぞれはセクション８２に対して三回シフトしていたものである。
【００３３】
図４Ｉは、再固化セクション８２であって、それが各溶融領域の再固化の完了と共に第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第４の組によって照射された後のものである。３回シフトされたシャドウ領域６３（すなわち、３回シフトされた少なくとも部分的に溶融されていない領域）のそれぞれに重なったもしくは照射された少なくとも部分的に溶融されていない領域７３はそれぞれ、単一のグレインを含む。セクション８２の溶融領域の再固化の完了の際に新しい再固化領域７０の対応する一つにおいて成長するグレインの数は同数かもしくはそれより多い数である。図４Ｉに示したように、グレインの成長は、３回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域７３のそれぞれから側方に生じて、再び核形成された領域５２に達するようにか、又は、隣接する３回シフトした少なくとも部分的に溶融していない領域７３から成長するグレインに接するようにするかいずれかによって新しい再固化領域７０を画定する。セクション８２の新しい再固化領域７０のそれぞれはそこで成長する単一のグレインを有し、各粒界は、粒界の位置でのセクション８２のそれぞれのものに実質的に直交する。セクション８２は、該セクション８２における図４Ｉに図示したような所望の細長グレインの結晶構造を得るために、図４Ａから図４Ｉを参照して記載したように、多少なりとも微小移動、照射及び再固化段階を受けてもよい。
【００３４】
シリコン薄膜のセクション８２において所望の結晶グレイン構造を得るために上述のＬＳ処理の完了後に、サンプル２６０はそこでのＬＳ処理のために次のセクションに移動してもよい。例えば、サンプル２６０は、セクション８２の再固化領域の側壁間の最大距離の直径より好適にはわずかに小さい距離について（Ｘ軸に対して＋１３５°の方向である）−Ｋ方向に移動してもよい。この方式では、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１で発生された移動した強度パターンは、セクション８２の再固化領域から−４５°でオフセットを有するサンプル２６０上に備えたシリコン薄膜の隣接セクションを照射する。
【００３５】
図４Ｊは、図４Ａから図４Ｉ及び上述で示した実施例の処理を用いて製造することができる薄膜トランジスタ装置９０，９０’の平面図を示している。トランジスタ装置９０，９０’のそれぞれは、ソース（Ｓ）、ターミナル９１，９１’及びドレイン（Ｄ）ターミナル９２，９２’を含む。また、これらのトランジスタ装置９０，９０’は、大きなグレインのシリコン領域内に位置するそれぞれのアクティブチャネル領域９３，９３’を有する。このような位置付けは電気的性能を改善し、高機能電気回路の組み込みを可能とする。
【００３６】
本発明による方法の第２の実施形態を図５Ａから図５Ｅを参照して以下に示す。図示の目的で、（図４Ａから図４Ｉに示したような）方法の第１の実施形態を示すのに用いたサンプル２６０上に備えたシリコン薄膜のセクション８２と同じ構成をここでも使用して、本発明による本実施形態を説明する。本発明の第１の実施形態で示したように、セクション８２ははじめにランダム方向に向いている小さなグレイン及び粒界を有する。
【００３７】
図５Ｂに示したように、シリコン薄膜のセクション８２は、マスク２３０の他の実施形態で画定されたような強度パターンを有する第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組によって照射する。この例示のマスク２３０は、マスクの透明セグメントで囲繞された比較的狭い不透明ストリップを含む。不透明ストリップは、そのストリップによって、ストリップを照射する第２のスプリットビームパルス２２１の部分がそれを通過しないように配置され、他方、不透明ストリップを囲繞する透明セグメントによって第２のスプリットビームパルス２２１の部分があそれを通って照射され得るようにするものである。従って、第２のスプリットビームパルス２２１がこのマスク２３０に当てられるとき、その結果によるビームパルスの強度パターンは、マスク２３０の不透明ストリップに形状において対応するストリップ状シャドウ領域８３を有する。シャドウ領域８３に加えて、マスク２３０で画定されたような第１のスプリットビームパルスの強度パターンは、シャドウ領域８３が重ならないセクション８２の全領域を照射する小ビームを含む。好都合には、シャドウ領域８３の幅は0.01ｍから5ｍの範囲であってよい。
【００３８】
最初に、サンプル２６０は、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンのシャドウ領域８２がシリコン薄膜のセクション８２の中心線に沿ってセクション８２に重なるように位置決めする。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組によって照射される際に、第２のスプリットビームパルス２２１の強度パターンの非シャドウ領域が重ならないセクション８２の領域８５，８６のそれぞれは全厚みにわたって溶融し、他方、各シャドウ領域８３が重なったセクション８２の各部分は少なくとも部分的に溶融されないままである。第２のスプリットビームパルス２２１の強度パターンのシャドウ領域８３は、セクション８２のおける溶融領域８５，８６からの熱拡散が各シャドウ領域８３に重なるセクション８２の領域をあまり溶融しないように十分に幅広である。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後、セクション８２における少なくとも部分的に溶融していない領域８４（図５Ｃ参照）はＬＳ処理前にセクション８２の元々のグレイン構造を有する。
【００３９】
図５Ｃに示したように、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後、セクション８２における溶融領域の冷却及び再固化の際、グレインの側方成長は、少なくとも部分的に溶融していない領域８４のそれぞれから余り溶融して再固化しなかった領域５２（すなわち、核形成した小グレイン領域）へ外側へ生ずる。この方式では、再固化領域８７，８８は、セクション８２に対してより大きな角度の方向を向いた粒界を有する大きめ結晶グレインの各列７３，７４を有する再固化領域８７，８８のそれぞれと共にセクション８２に形成する。
【００４０】
図５Ｄに示したように、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射に続くセクション８２における溶融領域８５，８６の再固化の完了後、サンプル２６０はＸ軸に対して１３５°のＭ方向に微小移動し、又は、（図２に示したような）マスク２３０はＸ軸に対して−４５°で−Ｍ方向に微小移動してもよく、それによって、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンのシャドウ領域７６がシフトしてセクション８２においてグレインの列７３のそれぞれに重なる。サンプル２６０，マスク２３０又はその両方のいずれかを微小移動して、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンのシャドウ領域７６がグレインの列７４のそれぞれに重なるようにすることは当業者には理解される。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンの小ビームも第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンの位置に対してシフトしているが、シフトした小ビームはシフトしたシャドウ領域７６のそれぞれに重ならないセクション８２の全領域に重なる。シャドウ領域７６及び小ビームのシフトを除いて、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンは第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組のそれと同じである。
【００４１】
サンプル２６０又はマスク２３０（もしくは両方）の微小移動後、セクション８２は第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組によって照射される。これは、シフトした小ビームに重なるセクション８２の各領域が全厚みに亘って溶融したから実施したものであり、他方、シフトしたシャドウ領域７６のそれぞれが重なったセクション８２の各領域は少なくとも部分的に溶融しないままである。少なくとも部分的に溶融していない領域のそれぞれは隣接する溶融領域に接触する。少なくとも部分的に溶融していない領域は、もともとのセクション８２のグレイン及び粒界より大きなグレイン及びセクション８２に対して大きな角度を形成する粒界を含むので、セクション８２における溶融領域７７，７８の再固化の際、これらの大きなグレインは、少なくとも部分的に溶融していない領域８５からセクション８２の再核形成領域５２への各方向での側方へのグレインの成長の種となり、それによって、セクション８２は図５Ｅに例示したように大きめのグレインになる。溶融領域７７，７８の再固化及びそれに続く第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組によるセクション８２の照射が完了した後に、適当な方向におけるサンプル２６０もしくはマスク２３０のいずれかの微小移動のさらなる繰り返しと、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１のさらなる組による照射と、サンプル２６０上に備えたシリコン薄膜のセクション８２の各溶融領域の再固化とを実施して、セクション８２におけるグレインの数をさらに減少する。
【００４２】
図５Ａから図５Ｅを参照して上述し、かつ、図４Ａから図４Ｉの実施例の方法を参照して議論したようにシリコン薄膜のセクション８２において所望の結晶グレイン構造を得るためにセクション８２のＬＳ処理の完了後、サンプル２６０をＬＳ処理のためのシリコン薄膜の次のセクションまで移動してもよい。特に、サンプル２６０をＬＳ処理がそこで実施できるようにさらに他のセクションまで移動してもよい。例えば、サンプル２６０は、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１による次の照射がセクション８２の先に照射に完全に溶融され再固化された領域が重なるようにある距離で−Ｍ方向において移動（並進）してもよい。この方式では、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１によって生成された移動強度パターンは、あるオフセットでかつセクション８２の再固化領域から−４５°で提供された、サンプル２６０上備えたシリコン薄膜の隣接セクションを照射する。
【００４３】
本発明による方法の第３の実施形態を図６Ａから図６Ｄを参照して説明する。図６で示したようなこの方法の実施形態においては、マスク２３０は、マスク２３０の対応する透明領域３０５、３０９と３１５、３１９を囲繞する各不透明領域３０７，３１７を有する少なくとも２組のスリット３００、３１０を含む。本発明による方法のこの実施形態で使用するマスク２３０は、透明領域３０５、３０９、３１５、３１９内には不透明領域は有さない。従って、スリット３００、３１０を使用して、第２のスプリットビームパルス２２１を、マスク２３０のスリット３００、３１０のパターンに実質的に対応する照射パターンを有するように成形される。
【００４４】
図６Ｂに示したように、（図４Ａから図４Ｉ及び図５Ａから図５Ｅのそれぞれに示したように）方法の第１及び第２の実施形態を説明するのに用いられるサンプル２６０上に備えたシリコン薄膜のセクション８２の同じ構成をここでも使用して、本発明による方法のこの実施形態を説明する。方法の第１及び第２の実施形態におけるように、セクション８２はまずランダム方向に配向された小グレインと粒界とを有する。最初、シリコン薄膜のセクション８２の領域３２０，３２８，３３０，３３８を、図６Ａで示したようなマスク２３０の実施形態によって画定したような強度パターンを有する第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組によって照射する。特に、領域３２０，３２８を、マスク２３０のスリット３０５，３０９によって成形された（形状を画定された）第２のスプリットビームパルス２２１の強度パターンの部分によって照射し、領域３３０，３３８は、マスク２３０のスリット３１５，３１９によって成形された第２のスプリットビームパルス２２１の強度パターンの部分によって照射する。マスク２３０の不透明領域によって、第２のスプリットビームパルス２２１が領域３２０，３２８，３３０，３３８にすぐ隣接するセクション８２の領域３２９，３３９が照射されるのを防止されるので、これらの領域３２９，３３９は少なくとも部分的に溶融される。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後、領域３２０，３２８，３３０，３３８は全厚さにわたって溶融される。
【００４５】
その後、シリコン薄膜のセクション８２の少なくとも部分的に溶融していない領域３２９，３３９は再固化し結晶化して、少なくとも部分的に溶融していない領域３２９，３３９に対応する核形成領域を形成する。さらに、。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射後、セクション８２における溶融領域３２０，３２８，３３０，３３８は冷却し再固化し、グレインの側方成長は核形成領域３２９，３３９から完全に溶融し再固化する領域３２０，３２８，３３０，３３８の各中心３２２，３３２へ外側へ生ずる。この方式では、再固化領域３２０，３２８，３３０，３３８は、より大きな結晶グレインの２つの列３２２，３２４及び３３２，３３４を有する再固化領域３２０，３２８及び３３０，３３８のそれぞれと共にセクション８２において形成される。
【００４６】
第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組による照射に続くセクション８２における溶融領域３２０，３２８及び３３０，３３８の再固化の完了後、サンプル２６０はＸ軸に対して１３５°のＭ方向に移動し、又は、（図２に示したような）マスク２３０はＸ軸に対して−４５°で−Ｍ方向に微小移動してもよく、それによって、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンがシフトしてセクション８２において再固化領域３２０，３２８及び３３０，３３８の少なくとも一の列全体３２４，３３４に重なる（すなわち、好適には、その各中心３２２，３３２に重なる）。サンプル２６０，マスク２３０又はその両方のいずれかが移動して、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンが少なくとも一の列３２４，３３にわずかに重なるようにすることは当業者には理解される。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンは第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第１の組の強度パターンと同じであることは理解されたい。第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンがセクション８２において再固化領域３２０，３２８及び３３０，３３８の少なくとも一の列３２４，３３４の小セクションにわずかに重ねることも本発明の範囲内である。
【００４７】
サンプル２６０もしくはマスク２３０（あるいはその両方）の移動後、（相対移動された第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１が重なる）セクション８２の新しい領域３４０，３４２，３５０，３５２は、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１の第２の組の強度パターンによって照射される。領域３２０，３２８，３３０，３３８について、シリコン薄膜のセクションの新しい３４０，３４２及び３４４，３４６はその厚み全体にわたって完全に溶融されている。前に議論したように、マスク２３０の不透明領域によって、第２のスプリットビームパルス２２１が３４０，３４２及び３４４，３４６のそれぞれに直ぐに隣接するセクション８２の領域３４３，３４７を照射するのを防止されるので、これらの隣接領域３４３，３４７は少なくとも部分的に溶融されない。図６Ｃは、完全に溶融された領域３４０，３４２，３４４，３４６は、第１及び第２のスプリットビームパルス２１１，２２１によって照射された後に再固化する。部分的に溶融した３４３，３４７も示した。
【００４８】
図６Ｄに示したように、セクション８２における十分溶融した領域３４０，３４２，３４４，３４６の再固化の際、領域３４３，３４７は、核形成領域３４３，３４７のグレインが溶融領域３４０，３４２，３４４，３４６のグレインのこれらの領域３４０，３４２，３４４，３４６の各中心への側方へのグレイン成長の種になる。同時に、領域３２０，３２８，３３０，３３８の固化し再溶融しない部分のグレインも、それらの領域３４０，３４２，３４４，３４６の各中心への側方へのグレイン成長の種になる。この方式では、領域３２０，３２８，３３０，３３８の固化し再溶融しない部分から延びるグレインは新しく固化する領域３４０，３４２，３４４，３４６に延び、溶融領域３４０，３４２，３４４，３４６のそれぞれに対応するシリコン薄膜のセクション８２の再固化領域の各中心３５２，３５６及び３６２，３６６まで延びる長い結晶グレインを形成する。従って、列３２４及び３３４におけるグレインは列３５０，３５４，３６０，３６４におけるグレインより長くなる。
【００４９】
この方式では、図６Ａから図６Ｄを参照して上述したようにシリコン薄膜のセクション８２において所望の長い結晶グレイン構造を得るためにセクション８２のＬＳ処理を実施することができる。＋Ｍ方向におけるサンプル２６０又は−Ｍ方向におけるマスク２３０の移動（並進）は、サンプル全体が本発明による方法の第３の実施形態を参照して上述された方式で照射されるまで続いてもよいことは理解されたい。
【００５０】
図７は、図２の装置によって実施されるような、図４Ａ−図４Ｉ、図５Ａ−図５Ｅ及び図６Ａ−図６Ｄの本発明の方法を用いて少なくとも部分的にコンピュータ制御の下でＬＳ処理手順の例を示すフロー図である。段階５００では、ビーム源２００及びホモジェナイザー２１３のような図２の装置のハードウェアコンポーネントを、はじめにコンピューティング構成２７０によって少なくとも部分的に初期化する。段階５０５で、サンプル２６０をサンプル移動ステージ２５０上に搭載する。このような搭載は、手動又はコンピューティング構成２７０の制御下で公知のサンプル搭載装置を用いて自動のいずれかで実施してもよいことに留意されたい。次に、段階５１０において、サンプル移動ステージ２５０を、好適にはコンピューティング構成２７０の制御の下で最初の位置に移動する。段階５１５において、装置（システム）の種々の他の光学コンポーネントを、マニュアルで、又は、必要なら、コンピューティング構成２７０の制御の下で調整する。段階５２０において、照射／レーザービーム２０１を、所定のパルスエネルギーレベル、パルス継続時間及び繰り返し速度で安定化する。段階５２５において、照射／レーザービーム２０１をビームスプリッタ２１０に方向を向けて第１のスプリットビームパルス２１１及び第２のスプリットビームパルス２２１を発生する。段階５３０において、第２のスプリットビームパルス２２１をマスク２３０に位置合わせし、第２のスプリットビームパルス２２１をマスク２３０を通して照射させてマスク通過ビームパルス２２５を形成する。
【００５１】
段階５３５において、サンプル２６０の現在のセクションが溶融され、そして、すでの固化されているならば、サンプル２６０のこの現在のセクションを、第１のスプリットビームパルス２１１とマスク２３０で制御される強度パターンを有するマスク通過ビーム２２５とによって照射する。この段階中、サンプル２６０を、図４Ａ−図４Ｉ及び図５Ａ−図５Ｅで示した方法について上述のように微小移動して、対応するセクションを全厚さにわたって再度照射し溶融することができる。段階５４０において、ＬＳ処理を行う必要があるサンプル２６０のさらなるセクションがあるか否かを決定する。あれば、サンプル移動ステージ２５０ヲ用いて移動し、それによって、次のセクションを第１及び第２のスプリットビームパルス２１１、２２１に位置合わせして（段階５４５）、段階５３５に戻って、サンプル２６０の次のセクション上でＬＳ処理を行う。別の方法では、ＬＳ処理をサンプル２６０について完了し、図で示したような装置（システム）のハードウェアコンポーネントとビームとを停止して（段階５５０）、処理を終了する。
【００５２】
これまで記載してきた内容は単に本発明の原理を例示するものにすぎない。ここに記載された教示にもとづいて、当業者には記載の実施形態に対する種々の変形及び変更が明らかである。例えば、上述の実施形態を連続（シーケンシャル）側方固化について説明してきたが、本明細書に参考文献として全開示が組み込まれたＰＣＴ／ＵＳ０１／１２７９９及び米国特区出願シリアル番号０９／３９０，５３５、０９／３９０，５３７及び０９／５２６，５８５に記載されたものを含む、マイクロ加工、フォトアブレーション、マイクロパターニング技術のような他の材料処理技術に適用してもよい。上述で参照した特許出願に記載された種々のマスクパターン及び強度ビームパターンは、本発明の処理及び装置（システム）と共に用いることができる。ここにあからさまに示し又は記載されていないが、本発明の原理を具現し、本発明の精神及び範囲内である多くの装置及び方法を当業者が発明できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の１：１投影照射装置の概略ブロック図である。
【図２】  本発明による投影照射装置の一実施形態の概略ブロック図である。
【図３Ａ】  図１で示したような従来の投影照射装置を用いてシリコン膜サンプルにおいてエネルギー密度パターンを示すグラフの一例である。
【図３Ｂ】  図２で示したような本発明の投影照射装置の一例を用いてシリコン膜サンプルにおいてエネルギー密度パターンを示すグラフの一例である。
【図４Ａ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｂ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｃ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｄ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｅ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｆ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｇ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｈ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｉ】  本発明の方法の第１の実施形態による側方固化（“ＬＳ”）処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図４Ｊ】  図４Ａ−図４Ｉで示した方法を用いて製造できる薄膜装置の一例の平面図である。
【図５Ａ】  本発明の方法の第２の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図５Ｂ】  本発明の方法の第２の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図５Ｃ】  本発明の方法の第２の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図５Ｄ】  本発明の方法の第２の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図５Ｅ】  本発明の方法の第２の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図６Ａ】  本発明の方法の第３の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図６Ｂ】  本発明の方法の第３の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図６Ｃ】  本発明の方法の第３の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図６Ｄ】  本発明の方法の第３の実施形態によるＬＳ処理の異なる段階での膜サンプルの一セクションの照射ビームパルス強度パターン及びグレイン構造を示す図である。
【図７】  図２の装置によって実施されるような、図４Ａ−図４Ｉ、図５Ａ−図５Ｅ及び図６Ａ−図６Ｄの本発明の方法を用いてコンピューティング構成の少なくとも部分的な制御の下でＬＳ処理手順の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
２００  ビーム源
２０１  元のビーム
２１０  ビームスプリッタ
２１１，２２１  ビーム
２１２  ミラー
２１３  ホモジェナイザー
２１５  均一ビーム
２２５  マスク通過ビームパルス
２３０  マスク
２６０  半導体サンプル
２７０  コンピュータ装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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