(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射することにより結晶化して半導体結晶層を製造する半導体結晶層の製造方法であって、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、第１の方向に対して所定の第１の順序で並べられた第１の複数のパターンと、該第１の方向とは反対の第２の方向に対して該第１の順序で並べられた、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンとを有するマルチパターンマスクを設けるマスク工程と、
該半導体基板上の半導体膜を、該マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に曝すレーザ光照射工程において、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第１の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第１の方向移動工程と、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第２の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第２の方向移動工程と
を包含し、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンである半導体結晶層の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射することにより結晶化して半導体結晶層を製造する半導体結晶層の製造方法であって、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、
第１の方向に対して所定の第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを設ける工程と、
該第１の方向とは反対の第２の方向に対して該第１の順序で並べられた、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを設ける工程とを有すると共に、
該半導体基板上の半導体膜を、マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に曝すレーザ光照射工程において、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第１の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第１の方向移動工程と、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第２の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第２の方向移動工程と
を包含し、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンである半導体結晶層の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射して結晶化するレーザ照射方法であって、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、第１の方向に対して所定の第１の順序で並べられた第１の複数のパターンと、該第１の方向とは反対の第２の方向に対して第１の順序で並べられた、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンとを有するマルチパターンマスクを設けるマスク工程と、
該半導体基板上の半導体膜を、マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に曝すレーザ光照射工程において、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第１の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第１の方向移動工程と、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第２の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第２の方向移動工程と
を包含し、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるレーザ照射方法。
【請求項４】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射して結晶化するレーザ照射方法であって、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、
第１の方向に対して所定の第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを設ける工程と、
該第１の方向とは反対の第２の方向に対して該第１の順序で並べられた、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを設ける工程とを有すると共に、
該半導体基板上の半導体膜を、マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に曝すレーザ光照射工程において、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第１の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第１の方向移動工程と、
該半導体基板を該マルチパターンマスクに対して相対的に該第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する各領域を、該マルチパターンマスクの該第２の複数のパターンを用いて該第１の順序で連続的にレーザ光に曝してアニーリングする第２の方向移動工程と
を包含し、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるレーザ照射方法。
【請求項５】
前記第１の方向に対して前記第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有するマルチパターンマスクを設ける工程は、該第１の方向に対して、第１のマスク範囲３に隣接する第１のマスク範囲２を設けると共に、該第１のマスク範囲２に隣接する第１のマスク範囲１を設ける工程を含み、
前記第２の方向に対して前記第１の順序で並べられた第２の複数のパターンを設ける工程は、該第２の方向に対して、第２のマスク範囲３に隣接する第２のマスク範囲２を設けると共に、該第２のマスク範囲２に隣接する第２のマスク範囲１を形成する工程を含む、請求項３に記載のレーザ照射方法。
【請求項６】
前記第１の方向に対して前記第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを設ける工程は、該第１の方向に対して、第１のマスク範囲３に隣接する第１のマスク範囲２を設けると共に、該第１のマスク範囲２に隣接する第１のマスク範囲１を設ける工程を含み、
前記第２の方向に対して前記第１の順序で並べられた第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを設ける工程は、該第２の方向に対して、第２のマスク範囲３に隣接する第２のマスク範囲２を設けると共に、該第２のマスク範囲２に隣接する第２のマスク範囲１を設ける工程を含む、請求項４に記載のレーザ照射方法。
【請求項７】
前記半導体基板を前記第１の方向に移動させて、マスクパターンのそれぞれに対して所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、前記第１のマルチパターンマスクを用いる工程を含み、
前記半導体基板を該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、半導体基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して該第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、前記第２のマルチパターンマスクを用いる工程を含む、請求項４に記載のレーザ照射方法。
【請求項８】
前記マスクパターンがそれぞれ所定の幅を有しており、
前記半導体基板を前記第１の方向に移動させる工程が、該幅と等しい第１の距離分移動させる工程を含み、
該半導体基板を該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させる工程が、該幅と等しい第１の距離分移動させる工程を含む、請求項３または４に記載のレーザ照射方法。
【請求項９】
前記半導体基板を前記第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む前記マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、該半導体基板の第１の領域を、当該マスク範囲３を通して照射されたレーザ光に対して曝し、当該マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に対して曝し、当該マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に対して曝す工程を含み、
該半導体基板を該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む前記マスクパターンのそれぞれに対して、該第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、該半導体基板の第２の領域を、当該マスク範囲３を通して照射されたレーザ光に対して曝し、当該マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に対して曝し、当該マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に対して曝す工程を含む、請求項３または４に記載のレーザ照射方法。
【請求項１０】
前記半導体基板を前記第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、
前記マスク範囲３を通して照射されたレーザ光に応じて、該半導体基板における前記第１の状態を形成する工程と、
前記マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に応じて、該半導体基板における該第１の状態を変更して前記第２の状態を形成する工程と、
前記マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に応じて、該半導体基板における該第２の状態を変更して前記第３の状態を形成するする工程と、
を含む、請求項９に記載のレーザ照射方法。
【請求項１１】
前記半導体基板を、前記マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に曝す工程は、該半導体基板を三つのマスクパターンのマスクを通して照射されたレーザ光に曝す工程を含み、
前記半導体基板を前記第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程が、第１の基板領域を、マスク範囲３を通る露光量に曝し、マスク範囲２を通る露光量に曝し、マスク範囲１を通る露光量に曝す工程を含み、
該マスク範囲３を通る露光量に応じて、結晶粒子の長さを該第１の領域において横方向に成長させる工程と、
該マスク範囲２を通る露光量に応じて、粒子欠陥の密度を該第１の領域において低減する工程と、
該マスク範囲１を通る露光量に応じて、該第１の領域の基板表面をなめらかにする工程と
をさらに含む、請求項９に記載のレーザ照射方法。
【請求項１２】
前記半導体基板を前記第１の方向とは反対の前記第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程は、第２の基板領域を、マスク範囲３を通る露光量に曝し、マスク範囲２を通る露光量に曝し、さらにマスク範囲１を通る露光量に曝す工程を含み、
該マスク範囲３を通る露光量に応じて、結晶粒子の長さを該第２の領域において横方向に成長させる工程と、
該マスク範囲２を通る露光量に応じて、粒子の密度を該第２の領域において低減する工程と、
該マスク範囲１を通る露光量に応じて、該第２の領域の基板表面をなめらかにする工程と
をさらに含む、請求項１１に記載のレーザ照射方法。
【請求項１３】
第１の順序に配置された第１の複数のパターンと、
該第１の順序とは逆の順序に配置された、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンと
を含み、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるマルチパターンマスク。
【請求項１４】
前記第１の複数のパターンのそれぞれが所定の幅を有しており、
前記第２の複数のパターンのそれぞれが所定の幅を有する、請求項１３に記載のマルチパターンマスク。
【請求項１５】
前記第１の順序の第１の複数のパターンは、左から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含み、
前記第１の順序とは逆の順序に配置された、前記第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンは、右から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む、請求項１３に記載のマルチパターンマスク。
【請求項１６】
第１の順序に配置された第１の複数のパターンを有する第１のマスクと、
該第１の順序とは逆の順序に配置された、該第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマスクと
を含み、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるマルチパターンマスク。
【請求項１７】
前記第１のマスクの第１の複数のパターンのそれぞれが所定の幅を有しており、
前記第２のマスクの第２の複数のパターンのそれぞれが所定の幅を有する、請求項１６に記載のマルチパターンマスク。
【請求項１８】
前記第１のマスクの第１の複数のパターンが、左から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む第１の順序に配置されており、
前記第２のマスクの第２の複数のパターンが、右から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含み、これらは該第１の順序とは逆の順序に配置されている、請求項１６に記載のマルチパターンマスク。
【請求項１９】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射して結晶化するレーザ照射システムであって、
レーザ光発生部および投射レンズを含む光学系と、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、該単方向で用いられ、第１の順序に配置された第１の複数のパターンと、該逆方向で用いられ、該第１の順序とは逆の順序に配置された、該第１の複数のパターンに対応する、該第１の複数のパターンと同一形状の第２の複数のパターンを含むマルチパターンマスクと、
該光学系および該マルチパターンマスクに対して半導体基板と共に移動させるステージと
を含み、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるレーザ照射システム。
【請求項２０】
前記ステージが前記マルチパターンマスクと共に半導体基板を第１の方向に移動させて、隣接する領域を、前記マスクパターンのそれぞれに対して所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝し、
該ステージが該マルチパターンマスクを半導体基板と共に該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、隣接する領域を、該マスクパターンのそれぞれに対して該第１の順序で連続的にレーザ光に曝す、請求項１９に記載のレーザ照射システム。
【請求項２１】
前記第１および第２の複数のマスクパターンのそれぞれが所定の幅を有しており、
前記ステージは、前記マルチパターンマスクを、該幅と等しい第１の距離分移動させる、請求項２０に記載のレーザ照射システム。
【請求項２２】
前記第１の順序に配置された第１の複数のマスクパターンが、左から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含み、
前記ステージが、前記マルチパターンマスクを半導体基板と共に第１の方向に移動させて、第１の領域を、マスク範囲３を通してレーザ光に曝し、マスク範囲２を通してレーザ光に曝し、マスク範囲１を通して連続的にレーザ光に曝し、
該第１の順序とは逆の順序に配置された第２の複数のマスクパターンが、右から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含み、
該ステージが、該マルチパターンマスクを半導体基板と共に第２の方向に移動させて、第２の領域を、マスク範囲３を通してレーザ光に曝し、マスク範囲２を通してレーザ光に曝し、マスク範囲１を通してレーザ光に曝す、請求項２１に記載のレーザ照射システム。
【請求項２３】
前記ステージに移動可能に取り付けられた半導体基板をさらに含み、
該ステージが、前記マルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝し、
該ステージが、該マルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、該マスクパターンのそれぞれに対して、該第１の順序で連続的にレーザ光に曝す、請求項２０に記載のレーザ照射システム。
【請求項２４】
半導体基板上の半導体膜を効率的にレーザ照射して結晶化するレーザ照射システムであって、
レーザ発生部および投射レンズを含む光学系を有すると共に、
該半導体基板に対して該マルチパターンマスクを相対的に単方向と逆方向で移動させる場合に、マスク使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を抑制するために、
該単方向で用いられ、第１の順序に配置された第１の複数のパターンを含む第１のマルチパターンマスクと、
該逆方向で用いられ、該第１の順序とは逆の順序で並べられた、該第１の複数のパターンに対応する、該第１の複数のパターンと同一形状の第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクと、
該光学系および該マルチパターンマスクに対して該半導体基板と共に移動させるステージとを含み、該複数のパターンは、該半導体基板の半導体膜のレーザ照射領域を、横方向結晶成長された第１の状態と、粒子欠陥密度の低減された第２の状態と、表面を滑らかにされた第３の状態との順にしたがって異なる状態にするための各状態に応じた露光量とする同一形状のマスクパターンであるレーザ照射システム。
【請求項２５】
前記ステージが前記第１のマルチパターンマスクを第１の方向に進めて、隣接する領域を、前記第１のマスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝し、
該ステージが前記第２のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、隣接する領域を前記第２のマスクパターンのそれぞれに対して、第１の順序で連続的にレーザ光に曝す、請求項２４に記載のレーザ照射システム。
【請求項２６】
前記第１のマルチパターンマスクの第１の複数のマスクパターンのそれぞれが所定の幅を有しており、
前記第２のマルチパターンマスクの第２の複数のマスクパターンのそれぞれが所定の幅を有しており、
前記ステージが、各マルチパターンマスクを、該幅と等しい第１の距離分移動させる請求項２５に記載のレーザ照射システム。
【請求項２７】
前記第１のマルチパターンマスクの第１の複数のマスクパターンが、左から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む第１の順序に配置されており、
前記ステージが、該第１のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第１の方向に移動させて、第１の領域を、マスク範囲３を通る露光量に対して曝し、マスク範囲２を通る露光量に対して曝し、マスク範囲１を通る露光量に対して曝し、
前記第２のマルチパターンマスクの第２の複数のパターンが、右から順に、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む第１の順序とは逆の順序に配置されており、
前記ステージが、該第２のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第２の方向に移動させて、第２の領域を、マスク範囲３を通る露光量に対して曝し、マスク範囲２を通る露光量に対して曝し、マスク範囲１を通る露光量に対して連続的に曝する、請求項２６に記載のレーザ照射システム。
【請求項２８】
前記ステージに移動可能に取り付けられた半導体基板をさらに含み、
該ステージが、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む前記第１のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第１の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記第１のマスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的に曝し、
該ステージが、マスク範囲１と、これに隣接するマスク範囲２と、これに隣接するマスク範囲３とを含む前記第２のマルチパターンマスクを該半導体基板と共に該第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、該半導体基板の隣接する領域を、前記第２のマスクパターンのそれぞれに対して、該第１の順序で連続的に曝す、請求項２５に記載のレーザ照射システム。
【請求項２９】
前記半導体基板が、前記マスク範囲３を通して照射されるレーザ光に応じて、前記第１の状態になるように形成され、該半導体基板の該第１の状態は、前記マスク範囲２およびその後続の前記マスク範囲１を通して照射されるレーザ光に応じて変更され、該マスク範囲２を通して照射されるレーザ光に応じて、前記第２の状態になるように形成され、該半導体基板の該第２の状態は、該マスク範囲２およびその後続の前記マスク範囲１を通して照射されるレーザ光に応じて変更される、請求項２８に記載のレーザ照射システム。
【請求項３０】
前記第１のマルチパターンマスクは第１の複数の三つのパターンを含み、前記第２のマルチパターンマスクは第２の複数の三つのパターンを含み、
前記ステージが該第１のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に前記第１の方向に移動させて、第１の領域を、マスク範囲３を通る露光量に対してレーザ光に曝し、マスク範囲２を通る露光量に対してレーザ光に曝し、マスク範囲１を通る露光量に対してレーザ光に曝し、
該半導体基板の状態が、
結晶粒子の長さが、マスク範囲３を通る露光量に応じて、該第１の領域において横方向に成長し、
粒子欠陥の密度が、マスク範囲２を通る露光量に応じて、該第１の領域において低減し、
該第１の領域の表面が、マスク範囲１を通る露光量に応じて、なめらかになるように変化する、請求項２９に記載のレーザ照射システム。
【請求項３１】
前記ステージが前記第２のマルチパターンマスクを前記半導体基板と共に第２の方向に移動させて、マスク範囲３を通る露光量に対してレーザ光に曝し、マスク範囲２を通る露光量に対してレーザ光に曝し、マスク範囲１を通る露光量に対してレーザ光に連続的に曝し、
該半導体基板の状態が、
結晶粒子の長さが、マスク範囲３を通る露光量に応じて、該第２の領域において横方向に成長し、
粒子欠陥の密度が、マスク範囲２を通る露光量に応じて、該第２の領域において低減し、
該第２の領域の表面が、マスク範囲１を通る露光量に応じて、なめらかにされるように変化する、請求項３０に記載のレーザ照射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、アクティブマトリクス（ＡＭ）液晶ディスプレイ用の多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む半導体装置、より具体的には、レーザアニーリング動作において対称的にパターニングされたマスクを用いる半導体結晶層の製造方法、レーザ照射方法、これらに用いるマルチパターンマスクおよびこれを用いたレーザ照射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を結晶化して、多結晶シリコン（ポリ−Ｓｉ）を得る半導体結晶層の製造方法の一例としてレーザアニーリングを用いる。従来のレーザアニーリング装置を用いてレーザアニーリングを行う場合について説明する。
【０００３】
図１は、従来のレーザアニーリング装置を用いてレーザアニーリングを行う際の構成図である。図１において、レーザアニーリングの実現例のうちの一つにおいて、レーザビームは、レーザビームの経路内に挿入されるマスクによってレーザ照射パターンが「形成」される。形成された所定パターンのレーザビームは、その後、適切な投射レンズおよびそれに関連付けられた光学系を通過することによって、アニーリングされるべき基板表面上に照射される。
【０００４】
このマスクはマスクステージにおいて保持される。パルスレーザビーム下でマスクと基板との両方を非常に精密に配置し、基板を移動させることができるステージによってレーザビーム下で移動する。レーザビーム下で基板およびマスクをヘビ状パターン（連続的パターン）で移動する。レーザビームを形成するために用いられるマスクは、単一のパターンを有していてもよいし、各種のパターンを有していてもよい。後者の場合、レーザ光が基板上に照射されるたび、基板とマスクを精密な距離関係でレーザビーム下で移動して、基板の同じ領域を、マスクの異なるパターン下に相対的に移動させる必要がある。これによって、得られる微細構造を向上させるために、基板の同じ領域を、連続的な態様で、異なる条件下で照射することが可能になる。例えば、マスクの第１のパターンが、横方向に結晶粒子を大きく成長させ、第２のパターンが、第１のパターンにて曝された後に生成された粒子欠陥の密度を低減し、第３のパターンが第１および第２のパターンに対して曝された後のポリ−Ｓｉ構造体の結晶表面を「なめらか」にし得る。概して、マスクパターンとしては、タスクが必要とする数のパターンが必要である。しかし、パターン数はこれに限られないが、所望の効果を得るためには、特定の順序に従って各パターンのレーザビームに半導体基板表面が曝される必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成による課題について説明する。
【０００６】
図２は、三つのパターンを有するマスク（従来技術）の平面図である。図２において、マスク下の基板移動は、マスクが所定の方向に移動し、レーザ光の照射が基板端に達した後、反対方向への移動が続く場合、単方向のみの移動の組み合わせであると考えられる。このマスク移動が、コストが最も高い装置の動作方法であるが、従来のマルチパターンマスクでは、このような単方向移動とともに単に用いられることができない。マルチパターンマスクの三つのパターンは、ある所定の方向への特定の露光順序を作り出す。この順序は、基板とマスクが反対方向にレーザビーム下を移動する場合、マスク移動方向が反転する。三つのパターンの順番がある方向で有効な効果を生み出す場合、ヘビ状パターンの露光を完成させるために基板とマスクの移動方向が反転するとき、マスクの再設定などが必要となり、コストメリットが消失する。したがって、マルチパターンマスクは、従来、基板に対するマスクの単一移動方向に対してのみ用いられている。基板がマルチパターンレーザショットの次の経路ために方向を反転させることにかかるプロセス時間は、無駄なプロセス時間である。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基板に対してマルチパターンマスクを単方向と逆方向で移動させる場合に、マルチパターンマスクの使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を大幅に抑制することができる半導体結晶層の製造方法、レーザ照射方法、これらに用いるマルチパターンマスクおよびこれを用いたレーザ照射システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に対するマスクの単方向移動とともに用いられる複数の範囲、すなわち、マルチパターンのビームマスキング方式を可能にする二つの関連するプロセスを開示する。あるプロセスは、逆のパターンマスク対を用いる。一方のマスクは、第１の方向への基板に対するマスクの移動のために用いられ、他方のマスクは、反対方向への基板に対するマスクの移動のために用いられる。第２のプロセスは、逆のパターンを有する単一マスクを用いる。
【０００９】
従って、半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射方法およびこれを用いた半導体結晶層の製造方法が提供される。これらの方法は、半導体基板を、マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に対して曝す工程と、マルチパターンマスクを半導体基板に対して第１の方向に進めて、半導体基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的に曝す工程と、マルチパターンマスクを半導体基板に対して、第１の方向とは反対の第２の方向に進めて、半導体基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、第１の順序で連続的に曝す工程とを包含する。
【００１０】
一つの局面において、この方法は、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンと、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンとを有するマルチパターンマスクを形成する工程をさらに包含する。または、この方法は、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを形成する工程と、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを形成する工程とを包含する。さらに、マルチパターンマスクを半導体基板に対して第１の方向に進める工程は、第１のマルチパターンマスクを用いる工程を含み、マルチパターンマスクを半導体基板に対して第２の方向に進める工程は第２のマルチパターンマスクを用いる工程を含む。
【００１１】
マルチパターンマスクを半導体基板に対して第１の方向に進めて、半導体基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、第１の順序で連続的に曝す工程は、半導体基板の第１の領域を、マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に対して曝し、マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に対して曝す工程を含む。これと同様に、マルチパターンマスクを半導体基板に対して第１の方向とは反対の第２の方向に進めて、半導体基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、第１の順序で連続的に曝す工程は、半導体基板の第２の領域を、マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に対して曝し、マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に対して曝す工程を含む。この方法は、マスク範囲２を通して照射されたレーザ光に応じて、半導体基板における第１の状態を形成する工程と、マスク範囲１を通して照射されたレーザ光に応じて、半導体基板における第１の状態を変更する工程とをさらに含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマルチパターンマスクの実施形態をレーザ照射システムに適用して半導体結晶層を製造する方法ついて図面を参照しながら説明する。また、本発明のマルチパターンマスクの実施形態を用いて半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射方法について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図３は、本発明の実施形態のマルチパターンマスクを用いて半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射システムを模式的に示すブロック図である。
【００１４】
図３において、レーザ照射システム３００は、レーザ光発生部であるレーザ照射部（図示せず）を含む光学系３０２および投射レンズ３０４を含む。光学系３０２の光学素子には、減光器、ホモジナイザー（２−Ｄのビームエネルギープロフィールを均質化するために用いられる）、視野レンズ、マスキングシステムおよび投射レンズなどが含まれる。必要に応じて、他の要素も光路に含まれ得る。レーザ照射システム３００は、マルチパターンマスク３０６およびマスクホルダ３０７をも含む。
【００１５】
図４は、本発明の実施形態によるマルチパターンマスクの平面図である。
【００１６】
図４において、マスク３０６は、第１の順序に配置された第１の複数のパターン４００と、第１の順序と逆の順序に配置された、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターン４０２とを含む。第１の複数のパターン４００の各々は、幅４０４を有しており、同様に第２の複数のパターンも幅４０４を有している。典型的には全ての幅が等しい。図４に示すように第１の順序の第１の複数のパターン４００は、左から順に、範囲１（４０６）とこれに隣接する範囲２（４０８）とこれに隣接する範囲３（４１０）とを含む。第１の順序と逆の順序の、第１の複数のパターン４００に対応する第２の複数のパターン４０２は、右から順に、範囲１（４０６）とこれに隣接する範囲２（４０８）とこれに隣接する範囲３（４１０）とを含む。具体的には、範囲１（４０６）〜範囲３（４１０）が示されているが、範囲１（４０６）と範囲２（４０８）であってもよく、本発明は、任意の特定の数の範囲に限定されない。
【００１７】
図３に戻ると、基板３０８は、ステージ３１２上に、ステージ３１２と共に可動するように取り付けられている。ステージ３１２は、基板３０８を固定して、光学系３０４およびマスク３０６に対して基板３０８を移動させる。つまり、マスク３０６および基板３０８は相対的に移動可能となっている。
【００１８】
ステージ３１２は、マスク３０６および基板３０８を第１の方向３１４に進めて、基板３０８の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザビームに曝す。その後、ラインの終わりで、ステージ３１２は、マスク３０６および基板３０８を、第１の方向３１４とは反対の第２の方向３１６に進めて、隣接する領域を、各マスクパターンに対して、第２の順序で曝す。図４に示すように、第１および第２の複数のマスクパターンの各々はある幅を有しており、ステージ３１２は、マスク３０６および基板３０８を、この幅と等しい第１の距離分移動させる。
【００１９】
図３と図４とを対照させると、第１の複数のマスクパターン４００は、左から順に、範囲１（４０６）、隣接する範囲２（４０８）、隣接する範囲３（４１０）を含む第１の順序に配置されている。ステージ３１２は、マスク３０６および基板３０８を第１の方向３１４に進めて、基板３０８の第１の領域を、マスク範囲３（４１０）、続いて、範囲２（４０８）、さらに続いて、範囲１（４０６）を通る露光量に対して連続的に曝す。同様に、第２の複数のマスクパターン４０２は、右から順に、範囲１（４０６）、隣接する範囲２（４０８）、隣接する範囲３（４１０）を含む第１の順序と逆の順序に配置される。ステージ３１２は、マスク３０６および基板３０８を第２の方向３１６に進めて、基板３０８の第２の領域を、マスク範囲３（４１０）、続いて、範囲２（４０８）、さらに続いて、範囲１（４０６）を通る露光量に対して連続的に曝す。
【００２０】
図５は、図３の基板３０８の上面を示す平面図である。ステージ３１２は、マスク（図示せず）および基板３０８を第１の方向３１４に進めて、基板３０８の隣接する領域を、マスクパターンの各々に対して、所定の第１の順序で連続的に曝す。例えば、領域Ａ（５００）は、領域Ｂ（５０２）に隣接する。ライン５０４の終わりで、ステージは、マスクを第２の方向３１６に進めて、基板の隣接する領域を、マスクパターンの各々に対して、第１の順序で連続的に曝す。例えば、領域Ｚ（５０６）は、領域Ｙ（５０８）に隣接する。基板は、マスク範囲２を通して投射された光に応じて、第１の状態になるように形成され、基板の第１の状態は、マスク範囲２の後続のマスク範囲１を通して投射された光に応じて、変更される。
【００２１】
図６ａおよび図６ｂは、図５に示す領域Ａ（５００）および領域Ｂ（５０２）の詳細図であり、マスクおよび基板の第１の方向へのステップアンドリピート移動を示している。図６ａにおいて、領域Ａ（５００）は、マスクの六つの全てのパターン、すなわち、第１および第２の複数のパターンの両方に対して曝されている。図６ｂにおいて、マスクおよび基板は、パターン幅と等しい第１の距離分移動している。領域の一部分は、第１の順序のシーケンスにおいて、次に、パターンに対して曝される。例えば、マスクの範囲１は、領域の数字「１」でマーキングされた部分、以前に数字「２」でマーキングされたマスクの範囲２に対して曝された部分を曝す。第１の順序において、領域Ａは、最初は、第２の複数のマスクパターンで調整されるが、第１の複数のマスクパターンでの調整で終了することに留意されたい。
【００２２】
図４に示すように、マスク３０６は、第１の複数の三つのパターン４００および第２の複数の３つのパターン４０２を含む。ステージは、マスクおよび基板を第１の方向に進めて、第１の領域を、その後に、範囲２が続き、さらに範囲１が続くマスク範囲ｎ（ここでは、ｎは３と等しい）を通る露光量に対して曝す。基板状態は、以下のように変化する。結晶粒子の長さは、範囲３を通る露光量に応じて、領域Ａにおいて横方向に成長する。粒子欠陥の密度は、範囲２を通る露光量に応じて、領域Ａにおいて低減する。領域Ａの表面は、範囲ｎを通る露光量に応じてなめらかになる。
【００２３】
同様に、ステージ３１２がマスク３０６および基板３０８を第２の方向に進めて、第２の領域、例えば、領域Ｚを、その後に範囲２が続き、さらに範囲１が続く、マスク範囲ｎ（３）を通る露光量に対して連続的に曝す。基板状態は、以下のように変化する。結晶粒子の長さは、範囲３を通る露光量に応じて、この領域において横方向に成長する。粒子欠陥の密度は、範囲２を通る露光量に応じて、この領域において低減する。この領域の表面は範囲１を通る露光量に応じてなめらかになる。上記三つのステップの調整プロセスは、マルチパターンマスクを用いるマルチステップ基板調整の一例に過ぎないことが理解される。ラインの終わりの領域Ａが、マスクおよび基板が第２の方向に移動する場合には、再調節されるか、または、再度、上記に記載したように調節されることにも留意されたい。
【００２４】
図３に戻ると、レーザ照射システム３００の他の局面において、マスクの対が用いられる。従って、レーザ照射システム３００は、マスクホルダ３０７の一部として、マスクの対のうちの第１のマスクを第２のマスクと交換する従来のマスク変更装置を含み得る。
【００２５】
図７は、本発明によるマスク対７００の平面図である。第１のマスク（Ｍ−１）７０２は、第１の順序に配置された第１の複数のパターンを有する。範囲１、範囲２、・・および範囲ｎが示されている。第２のマスク（Ｍ−２）７０４は、第１の順序とは逆の順序に配置された、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する。第１のマスク（Ｍ−１）７０２の第１の複数のパターンのそれぞれは幅７０６を有しており、同様に、第２のマスク（Ｍ−２）７０４の第２の複数のパターンもそれぞれ幅７０６を有している。図３のステージ３１２は、各マスク（および／または基板）を、この幅と等しい第１の距離分移動させる。第１のマスクの第１の複数のパターンは、左から順に、範囲１（７０８）、隣接する範囲２（７１０）を含む第１の順序に配置される。マスクは、範囲をｎ個まで有していてもよい。ここで、ｎは任意の整数である。ステージは、第１のマスク（Ｍ−１）７０２および基板３０８を第１の方向３１４に相対的に進めて、第１の領域を、その後に第１の範囲が続くマスク範囲２を通る露光量に対して、連続的に曝す。基板３０８およびマスクが光学系に対して第１の方向３１４に移動するときに第１のマスク（Ｍ−１）７０２が用いられる。
【００２６】
第２のマスク（Ｍ−２）７０４の第２の複数のパターンは、右から順に、範囲１（７０８）、隣接する範囲２（７１０）を含む、第１の順序と逆の順序に配置される。ステージ３１２は、第２のマスク（Ｍ−２）７０４および基板３０８を第２の方向３１６に相対的に進めて、第２の領域を、その後に第１の範囲が続くマスク範囲２を通る露光量に対して連続的に曝す。基板３０８およびマスクが光学系に対して第２の方向３１６に移動するときに第２のマスク（Ｍ−２）７０４が用いられる。
【００２７】
レーザ照射システム３００の別の局面の特徴の一部は、上記の第１の局面と同じであり、簡略化のため、ここではその説明を繰り返さない。
【００２８】
図３に戻ると、ステージ３１２は、第１のマスクおよび基板３０８を光学系に対して第１の方向３１４に相対的に進めて、隣接する領域を、第１のマスクパターンの各々に対して、所定の第１の順序で連続的に曝す。これと同様に、ステージ３１２は、第２のマスクおよび基板３０８を第２の方向３１６に相対的に進めて、隣接する領域を、第２のマスクパターンの各々に対して、第１の順序で連続的に曝す。
【００２９】
基板３０８は、範囲２を通して投射されたレーザ光に応じて、第１の状態になるように形成され、基板３０８における第１の状態は、マスク範囲２の後続のマスク範囲１を通して投射されたレーザ光に応じて変更される。例えば、第１および第２のマスクは、それぞれ、第１および第２の複数の三つのパターンを含む。ステージ３１２は、マスクおよび基板３０８を第１の方向３１４に相対的に進めて、第１の領域を、その後に、範囲２が続き、さらに範囲１が続くマスク範囲ｎ（ここでは、ｎ＝３）を通る露光量に対して曝す。
【００３０】
基板状態は、以下のように変化する。結晶粒子の長さは、範囲３を通る露光量に応じて、領域において横方向に成長する。粒子欠陥の密度は、範囲２を通る露光量に応じて、この領域において低減する。この領域の表面は、範囲ｎを通る露光量に応じてなめらかになる。これと同様に、ステージ３１２は、第２のマスクおよび基板３０８を第２の方向３１６に相対的に進めて、第２の領域を、その後に、範囲２が続き、さらに範囲１が続くマスク範囲３を通る露光量に対して、第１の順序で連続的に曝す。基板状態は上記のように変化する。
【００３１】
レーザ照射システムの局面の両方とも、マルチパターンマスクが、単方向移動において、基板とともに用いられることを可能にする。しかし、単一マスクが、三つの逆のパターンとともに用いられる場合、膜は、特定の移動方向への適切な三つのパターンが適用される前に、不必要に、３度照射される。微細構造に対するさらなる照射の効果は、全てのプロセスにおいて、必ずしも有益なものではない。さらに、基板３０８のパルスごとの並進距離（移動した距離）は、マスク上の異なる範囲の数が増加するにつれて低減する。範囲の数が２倍になる場合、パルスごとの並進距離は、２分の１に低減する。これは、あるレーザ照射周波数についての基板並進速度が、同じ倍数で低減することを意味する。これは、結晶化プロセスのスループットが低減することを意味する。
【００３２】
単一マスクを用いるアプローチにおいて起こり得るこれらの制限を避けるため、マスクの対を用いるアプローチが用いられ得る。各マスクは、対のうちの他方のマスクの鏡に映したようなコピー（所謂光学的異性体）である。マスクは、マスクステージに収納され、パネルの端に到達するたびに交換されて、ラインの終了を知らせる。マスクステージの移動は、パネルの移動（すなわち、次のラインへと動く移動）と同時に起こる。従って、マスク交換プロセスは、時間的なオーバーヘッドを必要としない。
【００３３】
図７では、マスクミラー設計の一例を示す図である。各マスクは、他のマスクの鏡に映したようなコピーである。各マスク上の範囲の数は、設計者の目的に応じて決定される。各マスク上において、同数の範囲が（鏡に映したような位置に）配置される限り、範囲の数に制約はない。しかし、また、基板並進速度は、マスク範囲の数がより多くなることによって悪い影響を受ける。
【００３４】
マスクの対を用いてレーザ結晶化を行う手順は、以下のようにまとめられる。
【００３５】
１．マスクおよび基板を適切なステージにセットする。ステージを初期化する／ホームに戻す。
【００３６】
２．第１のマスクをレーザビーム下に移動させる。
【００３７】
３．基板が第１のマスクのパターンシーケンスに適合する方向に沿って移動する状態で、基板をアニーリングする。
【００３８】
４．基板の端に到達したときに、基板の全てがアニーリングされたか否かを調べる。全てアニーリングされている場合には、工程７に進む。そうでない場合には、基板をアニーリングされる次のロウに移動させ、同時に第１のマスクを引っ込め、第２のマスクをビームの下に移動させる。
【００３９】
５．基板が第１のマスクのパターンシーケンスに適合する方向に沿って移動する状態で、基板をアニーリングする。
【００４０】
６．基板の端に到達したときに、基板の全てがアニーリングされたか否かを調べる。全てアニーリングされている場合には工程７の処理に進む。そうでない場合には、基板３０８を次のアニーリングされるロウに移動させ、同時に第２のマスクを引っ込め、第１のマスクをレーザビーム下に移動させる。工程３の処理に進む。
【００４１】
７．基板３０８上の結晶化が完了する。
【００４２】
図８は、本発明のマルチパターンマスクを用いて半導体基板を効率的にレーザ照射して結晶化を行う方法を示すフローチャートである。このレーザ照射による結晶化方法は、明瞭化のため、一連の数字が付けられた各工程として説明されているが、明確に記載されていない限り、数字から順序が推測されるべきではない。これらの各工程のうち、いくつかの工程が処理を飛ばされていてもよいし、平行して処理が行われてもよいし、一連の工程の厳密な処理順序を守る必要もないことが理解されるべきである。この結晶化方法は、工程８００で開始する。工程８０２は、半導体基板を、マルチパターンマスクを通して投射されたレーザ光に対して露光させる工程である。工程８０４は、マスクおよび基板を第１の方向に進めて、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、所定の第１の順序で連続的に曝す工程である。工程８０６は、マスクおよび基板を、第１の方向とは反対の第２の方向に進めて、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、第１の順序で連続的に曝す工程である。
【００４３】
この方法のいくつかの局面において、工程８０１ａでは、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンと、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンとを有するマルチパターンマスクを形成する工程である。第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有するマルチパターンマスクを形成する工程は、第１の範囲１と、第１の方向に対して隣接する第１の範囲２とを形成する工程を含む。第２の方向に対して第１の順序で並べられた第２の複数のパターンを有するマルチパターンマスクを形成する工程は、第２の範囲１と、第１の方向に対して隣接する第２の範囲２とを形成する工程を含む。
【００４４】
または、工程８０１ｂ１は、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを形成する工程である。工程８０１ｂ２は、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを形成する工程である。
【００４５】
工程８０１ｂ１で、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチパターンマスクを形成する工程は、第１の範囲１と、第１の方向に対して隣接する第１の範囲２とを形成する工程を含む。工程８０１ｂ２で、第２の方向に対して第１の順序で並べられた第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを形成する工程は、第２の範囲１と、第１の方向に対して隣接する第２の範囲２とを形成する工程を含む。
【００４６】
工程８０４で、マスクを第１の方向に進めて、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、所定の第１の順序で連続的に曝す工程は、第１のマスクを用いる工程を含む。
【００４７】
工程８０６で、マスクおよび基板を、第１の方向とは反対の第２の方向に進めて、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、第１の順序で連続的に曝す工程は、第２のマスクを用いる工程を含む。
【００４８】
単一のマスクが用いられるか、または、マスクの対が用いられるかに関わらず、各パターンは所定のある幅を有している。これらの幅は互いに等しい。工程８０４で、マスクおよび基板を第１の方向に進める工程は、この幅と等しい第１の距離分進める工程を含む。工程８０６で、マスクおよび基板を第２の方向に進める工程は、この幅と等しい第１の距離分進める工程を含む。
【００４９】
いくつかの局面において、工程８０４で、マスクおよび基板を第１の方向に進める工程は、基板の第１の領域を、マスク範囲１を通して投射されたレーザ光が続く、マスク範囲２を通して投射されたレーザ光に対して曝す工程を含む。工程８０６で、マスクおよび基板を、第１の方向とは反対の第２の方向に進める工程は、基板の第２の領域を、マスク範囲１を通して投射されたレーザ光が続く、マスク範囲２を通して投射されたレーザ光に対して曝す工程を含む。
【００５０】
この方法のいくつかの局面において、工程８０４（または工程８０６）は、マスク範囲２を通して投射されたレーザ光に応じて、基板における第１の結晶状態を形成する。工程８０４（または工程８０６）は、マスク範囲１を通して投射されたレーザ光に応じて、基板における第１の結晶状態を変更することによって継続する。
【００５１】
いくつかの局面において、工程８０２で、半導体基板を、マルチパターンマスクを通して投射されたレーザ光に対して曝す工程は、シリコン基板を三つのパターンのマスクに対して曝す工程を含む。すなわち、三つのパターンが、三つの逆のパターンと適合する単一マスクか、または、各々が三つのパターンを有するマスクの対である。
【００５２】
その後、工程８０４で、マスクおよび基板を第１の方向に進める工程は、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、所定の第１の順序で連続的に曝す工程を含む。工程８０４は、第１の基板領域を、その後に、範囲２が続き、さらに範囲１が続くマスク範囲ｎ（ここでは、ｎ＝３）を通る露光量に対して曝す工程を含む。
【００５３】
詳細には、工程８０５ａは、結晶粒子の長さを、範囲３を通る露光量に応じて、第１の領域において横方向に結晶成長させる工程である。工程８０５ｂは、粒子欠陥の密度を、範囲２を通る露光量に応じて第１の領域において低減する工程である。さらに、工程８０５ｃは、第１の領域の基板表面を、範囲１を通る露光量に応じてなめらかにする工程である。
【００５４】
これと同様に、工程８０６で、マスクおよび基板を、第２の方向に進めて、基板の隣接する領域を、各マスクパターンに対して、所定の第１の順序で連続的に曝す工程は、第２の基板領域を、その後に、範囲２が続き、さらに範囲１が続くマスク範囲ｎ（ここでは、ｎ＝３）を通る露光量に対して曝す工程を含む。
【００５５】
詳細には、工程８０７ａは、結晶粒子の長さを、範囲３を通る露光量に応じてこの領域において横方向に結晶成長させる工程である。工程８０７ｂは、粒子欠陥の密度を、範囲２を通る露光量に応じて第２の領域において低減する工程である。さらに、工程８０７ｃは、第２の領域の基板表面を、範囲１を通る露光量に応じてなめらかにする工程である。
【００５６】
以上により、本実施形態によれば、半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射システムおよびレーザ照射方法が提供される。この方法は、半導体基板を、マルチパターンマスクを通して照射されたレーザ光に対して曝す工程と、マスクおよび基板を光学系に対して第１の方向に進めて、基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、所定の第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程と、マスクおよび基板を光学系に対して第１の方向とは反対の第２の方向に進めて、基板の隣接する領域を、マスクパターンのそれぞれに対して、第１の順序で連続的にレーザ光に曝す工程とを包含する。一つの局面において、この方法は、さらに、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンと、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンとを有するマルチパターンマスクを形成する工程を包含する。あるいは、この方法は、第１の方向に対して第１の順序で並べられた第１の複数のパターンを有する第１のマルチマスクパターンを形成する工程と、第２の方向に対して第１の順序で並べられた、第１の複数のパターンに対応する第２の複数のパターンを有する第２のマルチパターンマスクを形成する工程とを包含する。また、マスクおよび基板を光学系に対して第１の方向に進める工程が、第１のマスクを用いる工程を含み、マスクおよび基板を光学系に対して第１の方向とは反対の第２の方向に進める工程が第２のマスクを用いる工程を含む。これによって、基板に対してマルチパターンマスクを単方向と逆方向で移動させる場合に、マルチパターンマスクの使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を大幅に抑制することができる。
【００５７】
なお、シリコン基板を、マルチパターンマスクを用いて、単一方向にアニーリングするレーザ照射システムおよびレーザ照射方法が提供され、パターンの特定の数およびプロセスの特定の目的に関して提供されるように説明したが、本発明では、これらの上記実施形態のみに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の他の変形例および実施形態を想到することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上により、本発明によれば、基板に対してマルチパターンマスクを単方向と逆方向で移動させる場合に、マルチパターンマスクの使用に関連するレーザアニーリングプロセス時間を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のレーザアニーリング装置の構成図である。
【図２】３つのパターンを有する従来技術のマスクの平面図である。
【図３】本発明のマルチパターンマスクを用いて半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射システムを模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明によるマルチパターンマスクの平面図である。
【図５】図３の基板上面の平面図である。
【図６】ａおよびｂは、図５の領域Ａ（５００）およびＢ（５０２）の詳細な図であり、マスクおよび基板の第１の方向へのステップアンドリピートを示す図である。
【図７】本発明によるマスク対の平面図である。
【図８】本発明によるマルチパターンマスクを用いて半導体基板を効率的にレーザ照射するレーザ照射方法の各工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３００  レーザ照射システム
３０２  光学系
３０４  投射レンズ
３０６  マルチパターンマスク
３０７  マスクホルダ
３０８  半導体基板
３１２  ステージ
３１４  第１の方向
３１６  第２の方向
４００  第１の複数のパターン
４０２  第２の複数のパターン
４０４、７０６  幅
４０６、７０８  マスク範囲１
４０８、７１０  マスク範囲２
４０８  マスク範囲３
７００  マスク対
７０２  第１のマスク（Ｍ−１）
７０４  第２のマスク（Ｍ−２）
【図１】
0004518369.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004518369.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004518369.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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