(57)【要約】本発明は、基板上のシリコン薄膜フィルムの試料を処理する方法及びシステムに関するものである。この基板は、シリコン薄膜フィルム内への結晶成長の種にならない表面部分を有する。このフィルム試料は、第１端及び第２端を有する。照射ビーム発生器を制御して、所定反復度の逐次的な照射ビームパルスを放出する。各照射ビームパルスをマスクして、複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定して、各照射パルスのこれら複数の第１及び第２小ビームは、前記フィルム試料に当たるように供給し、そして前記フィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有する。前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射パルスの第１及び第２小ビームが、前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら逐次的に当たるようにする。前記フィルム試料を連続的に走査する間には、前記照射ビームパルスの第１小ビームを用いて前記フィルム試料の複数の第１領域を照射して、これらの第１領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する第１領域間に未照射領域を残す。また前記連続的な走査中には、前記各照射パルスの第１小ビームを用いて照射した前記第１領域の各々が再凝固して結晶化するのを待つ。前記第１領域が再凝固して結晶化する間には、前記シリコンフィルムの複数の第２領域を前記照射ビームパルスの第２小ビームを用いて逐次的に照射して、これらの第２領域を厚み全体にわたって融解させる。前記第２領域の各々は、再凝固して結晶化した前記第１領域の各対、及びこれらの対の間の各未照射領域に部分的にオーバラップしている。
2004520715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン薄膜フィルム内への結晶成長の種にならない表面部分を有する基板上の、第１端及び第２端を有するシリコン薄膜フィルム試料を処理する方法において、この方法が、
（ａ） 照射ビーム発生器を制御して、所定反復度の逐次的な照射ビームパルスを放出するステップと；
（ｂ） 前記各照射ビームをマスクして、複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定するステップとを具えて、前記各照射パルスの前記複数の第１及び第２小ビームは、前記フィルム試料に当たるように供給し、かつ前記シリコンフィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有し；
前記方法がさらに、
（ｃ） 前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｄ） ステップ（ｃ）中に、前記フィルム試料の複数の第１領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームによって逐次的に照射して、前記第１領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する前記第１領域間に未照射領域を残すステップと；
（ｅ） ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームの前記第１小ビームによって照射した前記第１領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｆ） ステップ（ｅ）中に、前記フィルム試料の複数の第２領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームによって逐次的に照射して、前記第２領域を厚み全体にわたって融解させるステップとを具えて、
前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域の各対、及びこれらの対の間の前記各未照射領域に部分的にオーバラップしていることを特徴とするシリコン薄膜フィルム試料の処理方法。
【請求項２】
さらに、
（ｇ） ステップ（ｆ）中に、前記フィルム試料の第３領域を前記第１小ビームによって照射して、前記第３領域を厚み全体にわたって完全に融解させるステップを具えて、前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域の各々に部分的にオーバラップして、隣接する前記第３領域間にさらなる未照射領域を残すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１領域のうちの１つ、及び前記第３領域のうちの１つが、前記走査方向に平行な第１線上にあり、
前記第２領域のうちの１つが、前記走査方向に平行な第２線上にあり、
前記第１線が、前記第２線から少しオフセットして伸びる
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、
（ｈ） ステップ（ｇ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射した前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップ
を具えていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
（ｉ） ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射した前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｊ） ステップ（ｈ）及びステップ（ｉ）中に、前記フィルム試料の複数の第４領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームによって逐次的に照射して、前記第４領域を厚み全体にわたって融解させるステップとを具えて、
前記第４領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第３領域の各対、及びこれらの対の間のさらなる未照射領域のそれぞれに、部分的にオーバラップしていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１端が前記フィルム試料の側面上に位置し、前記フィルム試料の、この側面の反対側の側面上に前記第２端が位置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フィルム試料に逐次的に当たる前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料の前記第２端を通過するまで、ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までを継続して、
前記方法がさらに、
（ｋ） ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までの後に、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料の境界外の第１位置に当たるように、前記フィルム試料を位置決めするステップと；
（ｌ） ステップ（ｋ）の後に、前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料に逐次的に当たる位置が、前記第１位置から前記フィルム試料の境界外にある第２位置まで移動するように、前記フィルム試料を位置決めするステップと
を具えていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までの後で、かつステップ（ｋ）の前に、前記フィルム試料の所定幅を有する完成部分を照射して、厚み全体にわたって融解させて、再凝固させて、前記フィルム試料の前記完成部分の断面全体にわたって被制御の結晶粒成長が存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１軸が特定方向に伸びて、
ステップ（ｌ）において、前記フィルム試料を、前記第１軸に直交する第２軸に沿って平行移動して、
前記第２位置を、前記第１位置から、前記所定幅におよそ等しい距離をおいて設けることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、
（ｍ） ステップ（ｌ）の後に、前記フィルム試料を前記一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第２端と前記第１端とを結ぶ、前記走査方向とは逆のさらなる方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｎ） ステップ（ｍ）中に、前記フィルム試料の複数の第５領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームで逐次的に照射して、前記第５領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する前記第５領域間に追加的な未照射領域を残すステップと；
（ｏ） ステップ（ｍ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第２小ビームによって照射した前記第５領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｐ） ステップ（ｏ）中に、前記フィルム試料の複数の第６領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームによって逐次的に照射して、前記第６領域を厚み全体にわたって融解させるステップとを具えて、
前記第６領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第５領域の各対、及びこれらの対の間にある前記追加的な未照射領域のそれぞれに、部分的にオーバラップしていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料に当たる位置の微小平行移動を全く実行することなく、ステップ（ａ）からステップ（ｆ）までを実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、
（ｑ） ステップ（ｇ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射した前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｒ） 前記照射ビームパルスの一部をマスクして、強度を低減した部分強度照射パルスを逐次的に放出して、前記逐次的な部分強度照射パルスが前記フィルム試料の特定領域を照射する際に、該特定領域が前記フィルム試料の厚み全体よりは少なく融解するようにするステップと；
（ｓ） ステップ（ｑ）及び（ｒ）の後に、再凝固して結晶化した前記第２領域の各々を、前記逐次的な部分強度照射パルスの各々によって逐次的に照射するステップとを具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
シリコン薄膜フィルム内への結晶成長の種にならない表面部分を有する基板上の、第１端及び第２端を有するシリコン薄膜フィルム試料を処理するシステムにおいて、このシステムが、
コンピュータプログラムを記憶するメモリーと；
前記コンピュータプログラムを実行して、次のステップ、即ち：
（ａ） 照射ビーム発生器を制御して、所定反復度の逐次的な照射ビームパルスを放出するステップと；
（ｂ） 前記各照射ビームをマスクして、前記シリコンフィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有する複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定して、前記各照射パルスの前記複数の第１及び第２小ビームを、前記フィルム試料に当たるように供給するステップと；
（ｃ） 前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｄ） ステップ（ｃ）中に、前記フィルム試料の複数の第１領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて逐次的に照射して、前記第１領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する前記第１領域間に未照射領域を残すステップと；
（ｅ） ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームの前記第１小ビームを用いて照射した前記第１領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｆ） ステップ（ｅ）中に、前記フィルム試料の複数の第２領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームを用いて逐次的に照射して、前記第２領域を厚み全体にわたって融解させて、ここで前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域の各対、及びこれらの対の間の前記各未照射領域に、部分的にオーバラップしているステップと
を実行する処理装置と
を具えていることを特徴とするシリコン薄膜フィルム試料の処理システム。
【請求項１４】
ステップ（ｆ）中に、前記処理装置が、前記第１小ビームを用いて前記フィルム試料の第３領域を照射して、前記第３領域を厚み全体にわたって完全に融解させて、前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域の各々に部分的にオーバラップして、隣接する前記第３領域間にさらなる未照射領域を残すことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１領域のうちの１つ、及び前記第３領域のうちの１つが、前記走査方向に平行な第１線上にあり、
前記第２領域のうちの１つが、前記走査方向に平行な第２線上にあり、
前記第１線が、前記第２線から少しオフセットして伸びる
ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第３領域を前記第１小ビームによって照射した後に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて照射した前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて照射した前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待って、
前記第２及び第３領域が再凝固して結晶化した後に、前記処理装置が、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームを用いて、前記フィルム試料の複数の第４領域を逐次的に照射して、前記第４領域を厚み全体にわたって融解させて、前記第４領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第３領域の各対、及びこれらの対の間のさらなる未照射領域のそれぞれに、部分的にオーバラップしていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１端が前記フィルム試料の側面上に位置し、前記フィルム試料の、この側面の反対側の側面上に前記第２端が位置することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記処理装置が、前記フィルム試料に逐次的に当たる前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料の前記第２端を通過するまで、ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までを実行して、
前記処理装置が、ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までの後に、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料の境界外の第１位置に当たるように、前記フィルム試料を位置決めして、
前記処理装置が、前記照射ビームパルスを前記第１位置に当てた後に、前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料に逐次的に当たる位置が、前記第１位置から、前記フィルム試料の境界外にある第２位置まで移動するように、前記フィルム試料を位置決めする
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）までの後で、かつ前記照射ビームパルスが前記フィルム試料に逐次的に当たる位置が前記第２端を通過した後に、前記フィルム試料の所定幅を有する完成部分を照射して、厚み全体にわたって融解させて、再凝固させて、前記フィルム試料の前記完成部分の断面全体にわたって被制御の結晶粒成長が存在する
ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
第１軸が特定方向に伸びて、
前記処理装置が、前記照射ビームパルスが前記フィルム試料に逐次的に当たる位置を、前記第１軸に直交する第２軸に沿って前記第１位置から前記第２位置まで平行移動して、
前記第２位置を、前記第１位置から、前記所定幅におよそ等しい距離をおいて設ける
ことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記処理装置がさらに、次のステップ：
（ｇ） 前記照射ビームパルスが逐次的に当たる位置を、前記第１位置から前記第２位置まで平行移動した後に、前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第２端と前記第１端とを結ぶ、前記走査方向とは逆のさらなる方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｈ） ステップ（ｇ）中に、前記フィルム試料の複数の第５領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームで逐次的に照射して、前記第５領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する前記第５領域間に追加的な未照射領域を残すステップと；
（ｉ） ステップ（ｇ）中に、前記各照射ビームパルスの前記第２小ビームによって照射した前記第５領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｊ） ステップ（ｉ）中に、前記フィルム試料の複数の第６領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームによって逐次的に照射して、前記第６領域を厚み全体にわたって融解させて、ここで前記第６領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第５領域の各対、及びこれらの対の間にある前記追加的な未照射領域のそれぞれに部分的にオーバラップしているステップと
を実行することを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが前記フィルム試料に当たる位置の微小平行移動を全く実行することなく、ステップ（ａ）からステップ（ｆ）までを実行することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項２４】
前記処理装置がさらに、次のステップ：
（ｋ） 前記第１小ビームが前記第３領域を逐次的に照射した後に、前記各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射した前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｌ） 前記照射ビームパルスの一部をマスクして、強度を低減した部分強度照射パルスを逐次的に放出して、前記逐次的な部分強度照射パルスが前記フィルム試料の特定領域を照射する際に、該特定領域が前記フィルム試料の厚み全体よりは少なく融解するようにするステップと；
（ｍ） ステップ（ｋ）及び（ｌ）の後に、再凝固して結晶化した前記第２領域の各々を、前記逐次的な部分強度照射パルスの各々によって逐次的に照射するステップとを実行することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項２５】
シリコン薄膜フィルム内への結晶成長の種にならない表面部分を有する基板上の、第１端及び第２端を有するシリコン薄膜フィルム試料を処理する方法において、この方法が、
（ａ） 照射ビーム発生器を制御して、所定反復度の逐次的な照射ビームパルスを放出するステップと；
（ｂ） 前記各照射ビームをマスクして、複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定するステップとを具えて、前記各照射パルスの前記複数の第１及び第２小ビームは、前記フィルム試料に当たるように供給し、かつ前記シリコンフィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有し；
前記方法がさらに、
（ｃ） 前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｄ） ステップ（ｃ）中に、前記フィルム試料の複数の第１領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームによって逐次的に照射して、前記第１領域を厚み全体にわたって融解させて、前記第１領域に隣接する未照射領域を残すステップとを具えて、前記第１領域の各々が、前記走査方向に垂直な第１線に沿って伸びる第１幅の第１境界を有し；
前記方法がさらに、
（ｅ） ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームの前記第１小ビームによって照射した前記第１領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｆ） ステップ（ｅ）中に、前記フィルム試料の複数の第２領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームによって逐次的に照射して、前記第２領域を厚み全体にわたって融解させるステップとを具えて、
前記第２領域の各々の第１部分領域が、再凝固して結晶化した前記第１領域のうちの少なくとも１つに完全にオーバラップして、前記第２領域の各々の第２部分領域が、再凝固して結晶化した前記少なくとも１つの第１領域に隣接して存在する未照射領域にオーバラップして、前記第１部分領域が、前記第１線に平行で前記第１線から少しオフセットした第２線に沿って伸びる第２幅の第２境界を有して、前記第２幅が前記第１幅の半分よりも大きいことを特徴とするシリコン薄膜フィルム試料の処理方法。
【請求項２６】
シリコン薄膜フィルム内への結晶成長の種にならない表面部分を有する基板上の、第１端及び第２端を有するシリコン薄膜フィルム試料を処理するシステムにおいて、このシステムが、
コンピュータプログラムを記憶するメモリーと；
前記コンピュータプログラムを実行して、次のステップ、即ち：
（ａ） 照射ビーム発生器を制御して、所定反復度の逐次的な照射ビームパルスを放出するステップと；
（ｂ） 前記各照射ビームをマスクして、前記シリコンフィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有する複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定して、前記各照射パルスの前記複数の第１及び第２小ビームを、前記フィルム試料に当たるように供給するステップと；
（ｃ） 前記フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、前記照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、前記フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら逐次的に当たるようにするステップと；
（ｄ） ステップ（ｃ）中に、前記フィルム試料の複数の第１領域を、前記照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて逐次的に照射して、前記第１領域を厚み全体にわたって融解させて、前記第１領域に隣接する未照射領域を残して、ここで前記第１領域の各々が、前記走査方向に垂直な第１線に沿って伸びる第１幅の第１境界を有するステップと、
（ｅ） ステップ（ｃ）中に、前記各照射ビームの前記第１小ビームを用いて照射した前記第１領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つステップと；
（ｆ） ステップ（ｅ）中に、前記フィルム試料の複数の第２領域を、前記照射ビームパルスの前記第２小ビームを用いて逐次的に照射して、前記第２領域を厚み全体にわたって融解させて、ここで前記第２領域の各々の第１部分領域が、再凝固して結晶化した前記第１領域のうちの少なくとも１つに完全にオーバラップして、前記第２領域の各々の第２部分領域が、再凝固して結晶化した前記少なくとも１つの第１領域に隣接して存在する未照射領域にオーバラップして、前記第１部分領域が、前記第１線に平行で前記第１線から少しオフセットした第２線に沿って伸びる第２幅の第２境界を有して、前記第２幅が前記第１幅の半分よりも大きいステップと
を実行する処理装置とを具えていることを特徴とするシリコン薄膜フィルム試料の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、薄膜フィルム半導体材料を処理する方法及びシステムに関するものであり、特に、レーザー照射、及び照射すべき半導体フィルムを有する基板の連続的な移動を用いて、アモルファスまたは多結晶の薄膜フィルムから、大粒径の結晶粒の形状で結晶粒界位置が被制御の半導体フィルムを基板上に形成する方法に関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
半導体プロセスの分野では、レーザーを用いて薄膜アモルファスシリコンフィルムを多結晶フィルムに変換するいくつかの試みがなされてきた。例えばＪａｍｅｓ Ｉｍ他による”Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ Ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ”， １１ ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ３９ （１９９６）には、慣例のエキシマレーザーアニール技術が記載されている。こうした慣例のシステムでは、エキシマレーザーを、細長い断面を有するビームに整形して、この断面は通常、長さ３０ｃｍで幅５００μｍである。この整形したビームを、アモルファスシリコンの試料上で（試料を平行移動することによって）ステップ移動させて、この試料の融解を促進して、試料の再凝固時に、結晶粒の形状で結晶粒界が被制御の多結晶シリコンの形成を達成する。
【０００３】
多結晶シリコンを生成するために慣例のアニール技術を使用することには、いくつかの理由で問題がある。第１には、このプロセスで生成される多結晶シリコンは通常、小粒径で、ランダムな微小構造（即ち、結晶粒の形状及び結晶粒界位置の制御が不十分）で、不均一な結晶粒径を有し、従って低品質かつ不均一なデバイスができ、このため製造歩留まりが低下する。第２には、許容し得る品質の、結晶粒の形状で結晶粒界位置が被制御の多結晶薄膜フィルムを得るためには、こうした薄膜フィルムを生産する製造能力を低く保たなければならない。また前記プロセスは一般に、被制御の環境及びアモルファスシリコン試料の前加熱を必要とし、このことは処理速度の低下につながる。従ってこの分野では、アモルファスまたは多結晶の薄膜半導体フィルムを成長させて、より高品質の多結晶または単結晶の半導体薄膜シリコンフィルムを、より高い処理速度で生産する方法及びシステムの必要性が存在する。同様に、液晶パネルディスプレイ用の薄膜フィルムトランジスタアレイのような、より高品質のデバイスの製造に使用するための、より大粒径でより均質な微小構造の多結晶シリコンフィルムを生成する製造技術の必要性が存在する。
【０００４】
（発明の概要）
本発明の目的は、逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ：Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）プロセスを用いた、大粒径の結晶粒の形状で結晶粒界位置が被制御の多結晶薄膜フィルム半導体生産する技術を提供すること、及びこうしたシリコン薄膜フィルムをより高速の方法で生成することにある。本発明の他の目的は、薄膜フィルムを「微小平行移動」する必要性なしに、半導体フィルムの単純かつ連続的な平行移動を行いつつ、こうしたより高速の、多結晶薄膜フィルム半導体の逐次的横方向結晶化を達成することにあり、このことは、試料を連続的に平行移動しながら、前に照射した領域を、薄膜フィルムの初期照射と方向と同じ方向に再照射して行う。
【０００５】
これらの目的の少なくとも一部は、基板上の半導体薄膜フィルムの試料を処理する方法及びシステムによって達成される。この基板は、シリコン薄膜フィルム内の結晶成長の種にならない表面部分を有する。このフィルム試料は、第１端及び第２端を有する。照射ビーム発生器を制御して、連続的な照射ビームパルスを所定の反復度で放出する。各照射ビームパルスをマスクして、複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定して、各照射パルスの前記複数の第１及び第２小ビームはフィルム試料に当たるように供給し、そして前記フィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有する。このフィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームが、フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら連続して当たるようにする。フィルム試料の連続的な走査中には、このフィルム試料の複数の第１領域を、照射ビームパルスの第１小ビームを用いて連続的に照射して、これらの第１領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する前記第１領域間に未照射領域を残す。また前記連続的な走査中には、各ビームパルスの第１小ビームを用いて照射する第１領域の各々が再凝固して結晶化するのを待つ。前記第１領域が再凝固して結晶化する間に、フィルム試料の複数の第２領域を、照射ビームパルスの第２小ビームを用いて連続的に照射して、これらの第２領域を厚み全体にわたって融解させる。これらの第２領域の各々は、再凝固して結晶化した前記第１領域の各対、及びこれらの対の間の前記各未照射領域に部分的にオーバラップ（重複）している。
【０００６】
本発明の他の好適例では、前記第２小ビームによる前記第２領域の連続的な照射中に、フィルム試料の第３領域を前記第１小ビームによって連続的に照射して、これらの第３領域を厚み全体にわたって完全に融解させて、前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域のそれぞれに部分的にオーバラップして、隣接する前記第３領域間にさらなる未照射領域を残す。前記第１領域のうちの１つ及び前記第３領域のうちの１つは、前記走査方向に平行な第１線上に存在することができ、前記第２領域のうちの１つは、前記走査方向に平行な第２線上に存在することができる。前記第１線は、前記第２線から少しオフセット（偏移）して伸びることが好ましい。前記第１小ビームによる前記第３領域の連続的な照射の際には、各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射される前記第２領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つことができる。
【０００７】
本発明の他の好適例によれば、フィルム試料を連続的に走査する際に、各照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射される前記第３領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つ。前記第２及び第３領域の照射後に、フィルム試料の複数の第４領域を、照射ビームパルスの前記第２小ビームによって連続的に照射して、これらの第４領域を厚み全体にわたって融解させて、ここでは前記第４領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第３領域の各対、及びこれらの対の間のさらなる未照射領域のそれぞれに部分的にオーバラップしている。
【０００８】
本発明のさらに他の好適例では、前記第１端がフィルム試料の一方の側に位置して、フィルム試料のこの側と反対の側には前記第２端が位置する。これに加えて、第１組のパターン化した小ビームがフィルム試料に当たる第１の照射、及び第２組のパターン化した小ビームがフィルム試料に当たる第２の照射が、フィルム試料の前記第２端を通過するまで、フィルム試料に沿った前記第１及び第２の照射を継続する。その後には、前記第１及び第２組のパターン化した小ビームが、フィルム試料の境界外の第１位置に当たるように、フィルム試料を位置決めすることができ、そして、前記第１及び第２のパターン化した小ビームが当たる位置が、前記第１位置からフィルム試料の境界外の第２位置まで移動するように、フィルム試料を平行移動することができる。最後に、フィルム試料のあらゆる振動が減衰消滅するまで前記パターン化した小ビームが前記第２位置に当たるように、フィルム試料を維持することができる。この好適例では、所定の幅を有するフィルム試料の完成部分は照射されて再凝固しており、この完成部分全体にわたって、フィルム試料の結晶粒の成長が制御されることが好ましい。
【０００９】
さらに他の好適例では、第１径路が特定方向に伸びて、フィルム試料を、この第１径路に直交する第２方向に沿って平行移動する。照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームによるフィルム試料の連続的な照射が、フィルム試料の前記第２端を通過することができる。前記第１及び第２領域の連続的な照射後に、照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームがフィルム試料の境界外の第１位置に当たるように、フィルム試料を位置決めする。その後には、前記第１及び第２小ビームが連続的に当たる位置が、前記第１位置からフィルム試料の境界外の第２位置まで移動するように、フィルム試料を位置決めすることができる。照射されて厚み全体にわたって融解して再凝固した、所定の幅を有するフィルム試料の完成部分を規定することができ、この完成部分全体にわたって、フィルム試料の結晶粒の成長が制御されることが好ましい。前記第１径路が前記特定方向に伸びて、この第１方向に垂直な第２方向に沿って、フィルム試料を平行移動することができる。前記第２位置は、前記第１位置から、前記所定の幅にほぼ等しい距離をおいて設けることができる。
【００１０】
本発明の他の好適例によれば、フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、照射ビームパルスの前記第１及び第２小ビームの逐次的な照射を、フィルム試料上の前記第２端と前記第１端とを結ぶさらなる方向に進めながら行うことができ、このさらなる方向は前記走査方向と逆である。この時点では、フィルム試料の複数の第５領域を、照射ビームパルスの前記第２小ビームで連続的に照射して、これらの第５領域を厚み全体にわたって融解させて、隣接する第５領域間に追加的な未照射領域を残すことができる。また、各照射ビームパルスの前記第２小ビームによって照射する前記第５領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つ。さらに、フィルム試料の複数の第６領域を、照射ビームパルスの前記第１小ビームによって照射して、これらの第６領域を厚み全体にわたって融解させて、前記第６領域の各々は、再凝固して結晶化した前記第５領域の各対、及びこれらの対の間の各未照射領域に部分的にオーバラップしている。
【００１１】
さらに他の好適例では、照射ビームパルスの一部をマスクして、強度を低減した部分強度照射パルスを連続的に放出して、この部分強度照射パルスがフィルム試料の特定領域を照射する際に、この特定領域をフィルム試料の厚み全体より少なく融解させることができる。そして、再凝固して結晶化した前記第２領域の各々を、前記部分強度の照射パルスのそれぞれによって連続的に照射する。
【００１２】
本発明のさらなる好適例は、基板上の半導体薄膜フィルム試料を処理する方法及びシステムを提供するものである。この基板は、半導体薄膜フィルム内の結晶成長の種にならない表面部分を有する。このフィルム試料は第１端及び第２端を有する。照射ビーム発生器を制御して、連続的な照射ビームパルスを所定の反復度で放出する。各照射ビームパルスをマスクして、複数の第１小ビーム及び複数の第２小ビームを規定して、各照射ビームパルスの前記複数の第１及び第２小ビームはフィルム試料に当たるように供給し、そしてフィルム試料の照射部分を厚み全体にわたって融解させるのに十分な強度を有する。フィルム試料を一定の所定速度で連続的に走査して、照射ビームパルスの前記第１及び第２の小ビームが、フィルム試料上の前記第１端と前記第２端とを結ぶ走査方向に進みながら連続して当たるようにする。フィルム試料の連続的な走査中には、照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて、フィルム試料の複数の第１領域を連続的に照射して、前記第１領域を厚み全体にわたって融解させて、前記第１領域に隣接する未照射領域を残す。前記第１領域の各々が第１幅の第１境界を有し、この境界は前記走査方向に垂直な第１線に沿って伸びる。また前記連続的な走査中には、各照射ビームパルスの前記第１小ビームを用いて照射した前記第１領域の各々が、再凝固して結晶化するのを待つ。前記第１領域の再凝固及び結晶化に続いて、フィルム試料の複数の第２領域を、照射ビームパルスの前記第２小ビームを用いて連続的に照射して、これらの第２領域を厚み全体にわたって融解させる。前記第２領域の各々の第１部分領域が、再凝固して結晶化した前記第１領域のうちの少なくとも１つに完全にオーバラップして、前記第２領域の第２部分領域の各々が、再凝固して結晶化した前記第１領域に隣接して存在する各未照射領域にオーバラップしている。
【００１３】
（実施例の詳細な説明）
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
連続動作のＳＬＳを提供する特定のシステムが、米国特許出願０９／５２６，５８５（以下「’５８５出願」と称する）に記載され、この開示全体を参考文献として本明細書に含める。’５８５出願はこれらのシステム及び方法の詳細、及びこれらのシステム及び方法を試料の微小平行移動に利用することを明示的に記載しており、この試料は、上部に設けたアモルファスシリコン薄膜フィルム有し、この薄膜フィルムを照射ビームパルスによって照射して、薄膜フィルム上の逐次的横方向結晶化を促進する。’５８５出願に記載のシステムと同様の、本発明によるアモルファスシリコン薄膜フィルムの連続動作のＳＬＳ処理を実行するシステムの好適な実施例を図１に示す。この好適なシステムは、照射ビーム（例えばレーザービーム）を放出するＬａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ社のＬＰＸ−３１５Ｉ ＸｅＣｌ型パルスエキシマレーザー１１０と、このレーザービームのエネルギー密度を調整する可制御のビームエネルギー密度変調器１２０と、ＭｉｃｒｏＬａｓ社の二枚板可変減衰器１３０と、ビームステアリング（操舵）鏡１４０、１４３、１４７、１６０、及び１６２と、ビーム拡大及びコリメート（視準）レンズ１４１及び１４２と、ビームホモジナイザ（均一化器）１４４と、コンデンサーレンズ１４５と、視野レンズ１４８と、平行移動ステージ（台）（図示せず）に装着可能な投射マスク１５０と、４倍〜６倍の接眼レンズ（アイピース）１６１と、可制御のシャッタ１５２と、入射する照射ビームパルスを、ＳＬＳ処理すべきシリコン薄膜フィルム５２を有する試料４０を試料平行移動ステージ１８０上に装着したものの上に集光させる多素子の対物レンズ１６３と、振動隔離兼自己レベリング系１９１、１９２、１９３、及び１９４上に支持されている花崗岩ブロックの光学ベンチ１９０と、パルスエキシマレーザー１１０、ビームエネルギー密度変調器１２０、可変減衰器１３０、シャッタ１５２、及び試料平行移動ステージ１８０を制御すべく結合したコンピュータ１０６（例えば、プログラムを実行する汎用コンピュータあるいは特定目的のコンピュータ）とを具えている。
【００１４】
試料平行移動ステージ１８０をコンピュータ１０６によって制御して、試料４０のＸ−Ｙ平面方向、及びＺ方向への平行移動を達成する。このようにして、コンピュータ１０６が試料４０の照射ビームパルス１６４に対する相対位置を制御する。照射ビーム１６４の反復度及びエネルギー密度もコンピュータ１０６によって制御する。パルスエキシマレーザー１１０の代わりに、以下に記述する方法で半導体（またはシリコン）薄膜フィルム５２を融解させるのに適した他の既知の短いエネルギーパルス源によって照射ビームパルスを発生することができることは、当業者にとって明らかである。こうした既知の照射源は、固体レーザー、断続光連続波レーザー、パルス電子ビーム、パルスイオンビーム、等とすることができ、照射源１１０から試料４０への照射ビーム径路を適切に調整する。図１に示すシステムの実施例では、コンピュータ１０６が試料４０の平行移動を制御して、本発明によるシリコン薄膜フィルムの単一走査、連続動作のＳＬＳ処理を実行するが、コンピュータ１０６は、適切なマスク／レーザービームの平行移動ステージ（表示の簡略化のため図示せず）に装着したマスク１５０及び／またはエキシマレーザー１１０の平行移動を制御して、照射ビームパルス１６４の強度パターンを、被制御のビーム径路に沿ってシリコン薄膜フィルム５２に対して移動すべく適応させることもできる。照射ビームパルスの強度パターンを移動する他の可能な方法は、コンピュータ１０６にビームステアリング鏡を制御させることである。図１のシステムは、試料４０上のシリコン薄膜フィルム５２の単一走査、連続動作のＳＬＳ処理を行うために用いることができ、その方法については以下に詳細に説明する。
【００１５】
’５８５出願にさらに詳細に記載されているように、所定流束量の複数のエキシマレーザーパルスを発生して、これらのエキシマレーザパルスの流束量を可制御的に調整して、レーザーパルス平面の強度特性を均一化（ホモジナイズ）して、均一化した各レーザーパルスをマスクして小ビームを規定して、アモルファスシリコン薄膜フィルムをこれらの小ビームで照射して、これらの小ビームで照射した部分の融解を行って、パターン化した前記小ビームに対して試料を可制御的かつ連続的に平行移動することによって、アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を処理して単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムにする。’５８５出願に記載のように、前記小ビームの出力を可制御的に調整して、これにより、試料を連続動作で前記小ビームに対して順次平行移動して、順次変化する試料上の位置に応じて流束量が変化する照射パルスをマスクした前記小ビームによって試料を照射することによって、試料上に設けたアモルファスシリコン薄膜フィルムを処理して、単結晶、あるいは結晶粒の形状で結晶粒界位置が被制御の多結晶のシリコン薄膜フィルムにする。本発明によるシステム及び方法による改善の利点の１つは、試料の微小平行移動（即ち’５８５出願に記載の微小平行移動）を全く必要とせずに試料４０の所定部分の照射を完了できることによって、照射して試料のシリコン薄膜フィルム上のＳＬＳを促進するための処理時間を大幅に節減できることである。
【００１６】
図２に、上部にアモルファスシリコン薄膜フィルムを有する試料４０の好適な具体例の拡大図を示す。図２に示すように、この好適な試料４０はＹ方向４０ｃｍ×Ｘ方向３０ｃｍの大きさである。試料４０は概念的に多数の列（例えば第１列２１０、第２列２２０、等）に分割することができる。各列の位置／大きさをコンピュータ１０６の記憶装置に記憶して、後にコンピュータ１０６が試料４０の平行移動を制御するために利用する。列２１０、２２０等の各々は例えばＸ方向２ｃｍ×Ｙ方向４０ｃｍの寸法である。従って試料４０がＸ方向３０ｃｍの大きさであれば、試料４０は概念的に１５列に分割することができる。以下に説明するシステムの制約の範囲内で、試料４０を、異なる寸法を有する列（例えば１ｃｍ×４０ｃｍの列、３ｃｍ×４０ｃｍの列、４ｃｍ×４０ｃｍの列、等）に分割することができる。試料４０を概念的に列に分割する際には、列の全長にわたって伸びる各列の少なくとも小部分を、隣り合う列にオーバラップ（重複）させて、即ちオーバラップ部分２３０のようにして、シリコン薄膜フィルム５２に未照射領域が生じる可能性を少しなりとも回避すべきである。オーバラップ部分２３０は、すべての隣り合う列に設けることが好ましい。例えばオーバラップ領域を１μｍの幅にすることができる。２μｍのような他の幅のオーバラップ部分も可能であり、本発明の範囲内であることは明らかである。
【００１７】
図３に、照射ビーム１６４をマスクした強度パターン２３５の好適な具体例の拡大図を示し、この強度パターンは、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２に照射ビーム１６４が当たる際に、マスク１５０によって規定される。強度パターン２３５は、透明及び不透明の領域の特定パターンを有するマスク１５０を、均一化した照射ビームパルス１４９の径路内に配置することによって生成され、マスク１５０を出る結果的な小ビームを対物レンズ１６３によって集束させて、所望の強度パターン２３５を有するマスクした照射ビームパルスを生成する。本発明のシステム及び方法はこうした強度パターン２３５を用いて、シリコン薄膜フィルム５２の単一走査、連続動作のＳＬＳを達成することができる。この図に示す第１の好適な強度特性２３５は２つの小ビーム区画（セクション）２５０、２６０を含み、各区画内のスリット形小ビームは、所定の様式で互いに分離している。第１区画２５０内のスリット形小ビーム２５５には、第２区画２６０内のスリット形小ビームの位置に対するオフセット（偏移、ずれ）を与える。図３に示す好適な強度パターン２３５については、以下に詳細に説明する。
【００１８】
上述したように、強度パターン２３５は２つの区画、即ち第１小ビーム区画２５０及び第２小ビーム区画２６０を含む。第１小ビーム区画２５０は第１のスリット形小ビーム２５５を有し、その各々がＸ方向の幅約３μｍ及びＹ方向の長さ約１／２ｍｍを有する。第１のスリット形小ビーム２５５は互いに、第１の影領域２５７の分の等間隔をおいている（即ち第１のスリット形小ビーム２５５が、第１の影領域２５７の分だけ互いに離間している）。第１の影領域２５７は、例えば１１／２（＝３／２）μｍの幅を有することができる。
【００１９】
図３に示すように、第２小ビーム区画２６０は、第１小ビーム区画２５０とＹ方向にほぼ隣接して位置し、第２のスリット形小ビーム２６５を有する。第２小ビーム区画２６０は、第２のスリット形小ビーム２６５を互いに分離する第２の影領域２６７を含む。第２のスリット形小ビーム２６５及び第２の影領域２６７は、中間の影領域２４０によって、第１のスリット形小ビーム２５５及び第１の影領域２５７から分離されている。第２のスリット形小ビーム２６５及び第２の影領域２６７の寸法は、それぞれ第１のスリット形小ビーム２５５及び第１の影領域２５７の寸法とほぼ同じである。第１のスリット形小ビーム２５５の各々の、Ｙ方向に伸びる端２５８が、第２のスリット形小ビーム２６５の各々の領域内に伸びる線Ｍに一致して、第１のスリット形小ビーム２５５の各々の他の端２５９が、第２のスリット形小ビーム２６５のうち線Ｍが内部を通って伸びているものに隣接した第２のスリット形小ビーム２６５の領域内に伸びる線Ｎに一致することが好ましい。第１小ビーム区画２５０は、５μｍの幅を有する中間の影領域２４０によって第２小ビーム区画２６０から分離されている。なお、マスクした照射ビームパルス１６４は、影領域２５７、２６７、２４０内にはビームエネルギーを全く投射せずに、十分なレーザーパルス強度の小ビームをシリコン薄膜フィルム５２上に供給する。
【００２０】
従って、強度パターン２３５のＹ方向の寸法は、第１のスリット形小ビーム２５５（１／２ｍｍ）及び第２のスリット形小ビーム２６５（１／２ｍｍ）の長さ、及び中間の影領域２４０が占める５μｍを加えた後には、およそ１．００５ｍｍである。強度パターン２３５のＸ方向の寸法は、概念的な列２１０、２２０の幅に等しくすべきである。従って、図３に示す好適な強度パターン２３５のおよその寸法は、Ｘ方向に２ｃｍｍ×Ｙ方向に約１．００５ｍｍである。これに加えて、均一化した照射ビーム１４９の断面は、強度パターン２３５を規定するマスク１５０の少なくとも一部分を覆うのに十分な大きさにすべきである。マスク１５０を出て、対物レンズ１６３によって集束される小ビーム１５１のアレイが、試料４０の概念的な列２１０、２２０の各々の幅にほぼ一致するＸ方向の寸法を有するマスクした照射ビームパルス１６４になる。マスクした照射ビームパルス１６４の断面（及び従って強度パターン２３５の断面）のＸ方向の幅は、概念的な列２１０、２２０の各々の幅よりも少し大きいことが好ましい。こうした寸法の利点は、以下の、本発明による方法の第１実施例のさらに詳細な説明より明らかになる。
【００２１】
なお、第１及び第２のスリット形小ビーム２５５、２６５の幅は、例えば入射するレーザーパルスのエネルギー密度、入射する照射ビームパルスの持続時間、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２の厚さ、基板の温度及び熱伝導率、等のような多くの要素に依存し得る。処理効率の立場からは、より大きいＸ方向の幅を有するスリット形小ビーム２５５、２６５を利用して、試料４０をより大きい幅で覆うことが望ましいが、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２の一部分をこれらの小ビームで照射して厚み全体にわたって融解させる際に、こうした融解部分が再凝固して結晶化した際にこの部分中に核生成が生じないように、第１及び第２のスリット形小ビーム２５５、２６５の幅を選択することが重要である。特に、スリット形小ビーム２５５、２６５の幅が大き過ぎる場合には、完全に融解した部分中の特定領域が、被制御の結晶粒成長がこの領域に達する前に再凝固し得る。このことが発生する場合には、照射領域内の結晶粒成長の制御について妥協することになる。
【００２２】
本発明の範囲内で、第１のスリット形小ビーム２５５、第１の影領域２５７、第２のスリット形小ビーム２６５、第２の影領域２６７、及び／または影領域２４０の他の寸法及び形状も考えられる。例えば、第１及び第２のスリット形小ビーム２５５、２６５の長さが（１／２ｍｍの代わりに）約１ｍｍであれば、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５のＹ方向の寸法が２ｍｍになる。
【００２３】
本発明による強度パターン２３５にとって重要なことの１つは、シリコン薄膜フィルム領域の、第１小ビーム区画２５０によって事前に照射（並びに再凝固して結晶化）した部分を、第２小ビーム区画２６０によって照射すべく試料４０を平行移動する場合には、第２のスリット形小ビームの各々が、第１小ビーム区画２５０の第１のスリット形小ビーム２５５によって事前に照射した領域の各対に部分的に当たって）、これらの対の間の未照射領域（即ち各影領域２５７がオーバラップしている領域）にも当たることである。その理由は、試料４０を試料平行移動ステージ１８０によってＹ方向に平行移動する際に、照射ビームパルス１６４をマスクした第２のスリット形小ビーム２６５が、シリコン薄膜フィルム２５２の、（照射ビームパルス１６４をマスクした第１のスリット形小ビーム２５５によって）事前に融解し、冷却して再凝固し、そして結晶化した部分を完全に融解させるべきであるからである。本発明によるこうした好適な技法は、シリコン薄膜フィルム５２の冷却領域内の、横方向、被制御の結晶粒成長を促進して、こうした結晶粒成長を、第１のスリット形小ビーム２５５によって完全に融解し、冷却して再凝固した（その後再融解しない）領域から、事前に再凝固して再融解した領域内に拡張して、さらに横方向の結晶を、（元々融解させる領域に隣接した）新たに融解させる領域内に拡張することができる。この技法及び本実施例による方法の詳細については、以下にさらに詳細に説明する。
【００２４】
図２に示して上述した好適な試料４０については、そして前述した目的のためには、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５を、Ｘ方向２ｃｍ×Ｙ方向１／２ｃｍ（例えば長方形）に規定することができる。しかし上述したように、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５は、特定の形状あるいは大きさに限定されない。実際に、本明細書で提供する教示にもとづいて、強度パターン２３５の他の形状あるいは大きさ（例えば正方形、円形、等）を用いることができることは、当業者にとって明らかである。マスクした照射ビームパルス１６４の異なる強度パターンを所望する場合には、マスク１５０、及びできれば均一化した照射ビーム１４９を変更して、対物レンズ１６３による集束後の強度パターン２３５を規定しなければならないことは明らかである。
【００２５】
マスクした照射ビームパルス１６４の断面（即ちビームパルス領域ＢＡ）は次式のように定義することができる：
【数１】
2004520715.tif 000003
ここに、ＥＰＵＬＳＥは、レーザーまたは照射ビームパルスの１パルス当たりのエネルギー、
ＫＯＰＴＩＣＳは、照射ビームエネルギーがシステムの光学系を通過する割合、
ＥＤＰＲＯＣＥＳＳは、プロセスのエネルギー密度（例えば５００Åのシリコン薄膜フィルム及び３０ｎｓのパルス持続時間については５００ｍＪ／ｃｍ２）。
ＥＤＰＲＯＣＥＳＳは実験的に規定することが好ましい。
【００２６】
ここで、図４、図５Ａ〜図５Ｇ、及び図６Ａ、図６Ｂを参照して、本発明による第１実施例を詳細に説明する。図４に、コンピュータ１０６の制御下で図１の試料平行移動ステージ１８０によって試料４０を平行移動する間に、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２の一部分に当たるビームパルスの好適な照射径路を示す。この図では、本発明による単一走査、連続動作のＳＬＳを達成する方法の第１実施例を利用している。図５Ａ〜図５Ｇには、以下に図４を参照して説明する、本発明の方法の第１実施例による連続動作のＳＬＳプロセスの逐次的な種々の段階における、照射ビームパルス１６４の強度パターン、及び試料４０上のシリコン薄膜フィルムの概念的な第１列２１０上の結晶構造を示す。前記方法のこの部分では、マスクした照射ビームパルス１６４が、マスク１５０によって規定される強度パターンを有して、図３に示す強度パターン２３５を提供する。図６Ａ、図６Ｂには、図４に示す本発明の方法の第１実施例によるＳＬＳプロセスの連続する２段階における、マスクした照射ビームパルスの強度パターン、及び上部にシリコン薄膜フィルム５２を有する試料４０の概念的な第２列２２０内の結晶構造の一部分を示す。前記方法のこの部分は、図５Ａ〜図５Ｇに示す試料４０の概念的な第１列２１０全体のシリコン薄膜フィルム５２が完全に融解して、冷却し再凝固して結晶化した後に実行する。
【００２７】
図４を参照して説明する。試料４０を、コンピュータ１０６によって制御される試料平行移動ステージ１８０上に配置する。試料４０は、固定位置のマスクした（マスク１５０によって規定される強度パターン２３５を有する）照射ビームパルス１６４が、試料４０から離れた位置３００に当たるように配置する。その後に試料４０をＹ方向に平行移動して、マスクした照射ビームパルス１６４が、試料４０の端４５に達して位置３１０に当たる前に所定速度に達するための運動量を得る。このことを図４に径路３０５で示し、この図は試料４０をＹ方向に平行移動する間の、マスクした照射ビームパルス１６４の径路を示す。コンピュータ１００は、試料４０のＸ及びＹ方向の動きを制御することによって、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２マスクした照射ビームパルス１６４に対する試料４０の相対位置を制御する。マスクした照射ビームパルス１６４のパルス持続時間、パルス反復度、及び各パルスのエネルギーも、コンピュータ１０６によって制御する。
【００２８】
図４に示す本発明の第１実施例では、静止しているビームパルス１６４に対して試料４０を平行移動して、シリコン薄膜フィルム５２の、所定の照射径路に沿って連続する部分を順次照射して、シリコン薄膜フィルム５２中に、被制御の結晶粒径及び結晶形状と被制御の結晶粒界位置及び結晶粒界方向とを有する大きな結晶の横方向の成長を得る。特に試料４０をＹ方向に平行移動する間には、静止した照射ビームパルス１６４が、第１列２１０全体の、径路３１５に沿って連続する部分に当たってこの部分を融解させて、このことは位置３１０から始まって、照射ビームパルス１６４が（端４５の反対側でこの端に平行な）下端４７の位置３２０に達するまで行う。マスクした各照射ビームパルス１６４の強度パターンの各小ビームが、シリコン薄膜フィルム５２の領域を厚み全体にわたって融解させるのに十分なエネルギーを有し、かつ融解領域内部の核生成なしに融解領域内の横方向に結晶を成長させるのに十分な寸法である限りは、マスクした照射ビーム１６４は、マスク１５０によって規定される強度パターン２３５のみに限られる。
【００２９】
繰り返せば、シリコン薄膜フィルムの照射の径路は、試料４０の平行移動を参照する構図として図４に示してあり、（図１に示す）静止した照射ビームパルス１６４が静止した試料４０を横切るように示している。
【００３０】
図４に示すように、試料４０を参照する構図では、コンピュータ１０６が照射ビームパルス１６４を放出させて、マスクした照射ビームパルス１６４が第１位置３００に当たるように、試料４０を位置決めする。そして、コンピュータ１０６の制御下で試料４０を＋Ｙ方向に加速して、静止している照射ビームパルス１６４に対する所定速度に到達させて、照射ビームパルス１６４は試料４０上の第１径路３０５をトレースする（たどる）。なおここでも、径路３０５は、静止しているマスクした照射ビームパルス１６４の移動の結果ではなく、静止している照射ビームパルス１６４に対する試料４０の移動を表わすものである。
【００３１】
試料４０の上端４５が、照射ビームパルス１６４が当たる位置３１０に達すると、試料４０を、静止している照射ビームパルス１６４に対して所定速度で平行移動する。この所定速度Ｖは、次式に従って定義することができる：
【数２】
2004520715.tif 000004
ここに、ｆは、静止している照射ビームパルス１６４の周波数（パルス反復度）であり、
ＷＢは、マスクした照射ビームパルス１６４のＹ方向の寸法である。
上述したように、マスクした照射ビームパルス１６４のＹ方向の寸法は２ｃｍである。静止している照射ビームパルス１６４の周波数ｆは、１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ（好適には２５０Ｈｚ）のパルス反復度にすることができる。本発明のこの実施例では、前記所定速度は例えば２５０ｃｍ／ｓである。使用するエキシマレーザー１１０の構成及び種類に応じて、他の周波数を利用することも可能である。その後に、試料４０を所定速度で＋Ｙ方向に連続的に平行移動する間に、マスクした照射ビームパルス１６４が、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２の、第２照射径路３１５に沿って連続する部分を所定のパルス反復度で照射して、照射ビームパルス１６４は試料４０の長手を−Ｙ方向に横切る。
【００３２】
図５Ａ〜図５Ｇには、試料４０が＋Ｙ方向に平行移動する間の、（照射ビームパルス１６４による）照射、及び試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２の第１列２１０の再凝固という連続的なステップを示し、これにより、試料４０の第１列２１０におけるシリコン薄膜フィルム５２の、第２照射径路３１５に沿って連続する部分が照射される。
【００３３】
特に図５Ａには、試料４０の上端４５に隣接する概念的な第１列２１０におけるシリコン薄膜フィルム５２の第１領域４１０の照射及び完全な融解を示し、ここでは、静止している照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５の第１小ビーム区画２５０のみが試料４０に重なって、第１のスリット形小ビーム２５５が、試料の領域４１０内のシリコン薄膜フィルム５２を照射して完全に融解させる。試料４０上のシリコン薄膜フィルム５２の領域４１５は、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５の第１の影領域２５７が重なっていることの結果として、照射及び融解されない。
【００３４】
試料４０を、（図４に示す）位置３１０を越えて平行移動する際には、マスクした照射ビーム１６４が、強度特性２３５（あるいは第１の照射ビームパルス）の第１のスリット形の小ビーム２５５を放出供給して、概念的な第１列上のシリコン薄膜フィルム５２の第１領域４１０の各々を照射する。このようにして、シリコン薄膜フィルムの第１領域４１０内にある部分を厚み全体にわたって融解させる。なお、強度特性２３５の影領域２５７の各々が重なっている、試料４０の第１列２１０の各領域４１５は融解せずに残る。
【００３５】
ここで図５Ｂを参照して説明する。第１照射ビームパルスによって融解した、試料４０の概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の各領域４１０は、所定のパルス反復度による第２照射ビームパルスによって照射される前に、冷却して再凝固し、そして結晶化して２列の結晶粒４２０、４２５を形成し、これらの結晶粒はそれぞれに隣接する未融解領域４１５から互いの方に向かって成長する。
【００３６】
融解した第１領域４１０が再凝固して結晶化する間には、融解した第１領域４１０に隣接する未融解領域４１５の各々が、それぞれに隣接する融解した第１領域４１０内の横方向の結晶粒成長の種になる。隣接する結晶粒４２０、４２５が約１．５μｍの特徴的な成長距離だけ成長した後には、２列の結晶粒４２０、４２５が複数の結晶粒界４３０のそれぞれに沿って互いに接する。再凝固した第１領域４１０内の結晶粒の列４２０、４２５は共にそれぞれの中心部分を有し、この中心部分では結晶粒界が、照射径路３１５に対して大きな角度（例えば約９０°）をなす。
【００３７】
融解領域４１０の冷却、再凝固、及び結晶化が行われる間には、試料４０をＹ方向の照射径路３１５に沿って連続的に、静止照射ビームパルス１６４に対して平行移動する。このことは、第１列２１０上のシリコン薄膜フィルム５２の他の領域を第２照射ビームパルスによって照射する際には、静止した照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５の第２小ビーム２６５が、シリコン薄膜フィルム５２の各部分に当たって、これらの小ビームは、再凝固して結晶化した領域４１０の隣接する各対、及びこれらの対の間の各未照射領域に部分的にしか当たらない、という理由による。例えば、試料４０の平行移動の距離が第１のスリット形小ビーム２５５の長さ（例えば１／２ｍｍ）未満になるように、第２照射ビームパルスの放出のタイミングを制御する。
【００３８】
図５Ｃを参照して説明する。試料４０の概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２を、強度特性２３５の第１小ビーム区画２５０及び第２小ビーム区画２６０を共に用いて照射する。第１列２１０上の、強度特性２３５の第１のスリット形小ビーム２５５が再凝固した領域４１０の一部分に当たるような位置に、試料４０が到達すると、コンピュータ１０６はエキシマレーザー１１０を制御して、マスク１５０を通る他の照射ビームパルス（即ち第２照射ビームパルス）を発生させて、シリコン薄膜フィルム５２の、概念的な第１列２１０内にある部分の特定領域を照射する。上述したように、第２照射ビームパルスがシリコン薄膜フィルム５２の適切な領域を照射するように、コンピュータ１０６はパルスのタイミングを合わせて試料４０の平行移動を制御する。
【００３９】
図５Ｃに示すように、第１のスリット形小ビーム２５５が、概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の第２領域４３５を照射して完全に融解させて、第２のスリット形小ビーム２６５が、概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の第３領域４４５を完全に融解させるように、第２照射ビームパルスを発生する。第２領域４３５は、第１列２１０内で、図５Ｂに示す第１領域４１０と同じ走査径路に沿って伸びることが好ましい。しかし、第２領域４３５は少しオフセット（偏移、ずれ）させて設けて、このオフセットの距離は、第１領域４１０のＹ方向の長さ（即ち１／２ｍｍ）よりも少し小さくする。図５Ｃに示すように、第１領域４１０と第２領域４３５とがオーバラップしている領域４４０を設けて、これらのオーバラップ領域は、第１領域４１０の、再凝固した後に強度特性２３５の第１のスリット形小ビーム２５５によって再び完全に融解した小部分である。コンピュータ１０６は、パルスのタイミング及び試料４０の平行移動を制御して、こうしたオーバラップ領域４４０の存在を可能にして、シリコン薄膜フィルム５２上に未照射領域が生じる可能性を回避する。オーバラップ領域４４０の幅は例えば１μｍにすることができる。オーバラップ領域４４０の他の幅（例えば０．５μｍ、１．５μｍ、２μｍ、等）も用いることができる。
【００４０】
第３領域４４５は、中心線Ｐに平行な（Ｙ方向の）線Ｑに沿って伸び、中心線Ｐからのオフセットが約０．７５μｍであることが好ましく、中心線Ｐに沿って、第１領域４１０及び第２領域４３５が伸びる。これに加えて、第２領域４３５の各々の下端４３６が、第３領域４４５の各々の下端４４６からＹ方向に５０５μｍだけオフセットしている。第２領域４３５の各々の上端４３７は、第３領域４４５の各々の下端４４６からＹ方向に５μｍだけオフセットしている。第２領域４３５及び第３領域４４５のこうした構成により、第３領域４４５が、マスクした第１照射ビームパルスによって融解して再凝固した第１領域４１０の一部分４５０にオーバラップしている。従って、第３領域４４５がオーバラップしていた、これらの部分４５０中のシリコン薄膜フィルム５２は、以前に未融解であった領域と共に、再び厚み全体にわたって完全に融解する。
【００４１】
図５Ｄに、第２及び第３領域内、オーバラップ領域４４０内、部分４５０内、及び事前に融解している領域内にある、完全に融解したシリコン薄膜フィルム５２の、冷却、再凝固、結晶粒成長、及び結晶化を示す。第２領域４３５を参照すれば、これらの領域４１０の各々が再凝固し結晶化して２列の結晶粒４６０、４６５を形成し、これらの結晶粒は、種になる隣接した未融解領域４５５から互いの方に向かって成長する。隣接する２列の結晶粒４６０、４６５が約１．５μｍの特徴的な成長距離だけ成長した後には、２列４６０、４６５が複数の結晶粒界４６８のそれぞれに沿って互いに隣接する。第２の再凝固領域４３５の各々における列４６０、４６５は共に、それぞれの中心部分を有し、これらの中心部分では、結晶粒界が第２照射径路３１５に対して大きな角度（例えば約９０°）をなす。
【００４２】
事前に照射して再凝固した第１領域４１０の非オーバラップ部分のそれぞれに隣接する融解した第３領域４４５内では、第１領域４１０のこうした非オーバラップ部分中の結晶粒が、第３領域４４５の隣接領域内の結晶粒成長の種になって、第３領域４４５内で結晶粒が互いに逆向きに成長して、結晶粒界４７０で互いに接する。このようにして、第１領域４１０内のシリコン薄膜フィルム５２の結晶粒４２０、４２５が第３領域４４５まで伸びて、結晶粒の長さが増加する。
【００４３】
図５Ｂを参照して上述したことと同様に、融解した第２及び第３領域４３５、４４５の再凝固が行われる間に、試料４０を第２照射径路３１５に沿って連続的に、静止した照射ビームパルス１６４に対して平行移動する。特に、シリコン薄膜フィルム５２の他の領域が図３に示す強度パターン２３５を有する第３ビームパルスによって照射されるように、試料４０を平行移動し、そして第３照射ビームパルスが、再凝固した第２及び第３領域４３５、４４５の特定領域に部分的にしか当たらないように、試料４０を平行移動する。第３照射ビームパルスの発生のタイミングは、上述した第２パルスの発生の制御と同様の方法で制御する。
【００４４】
図５Ｅを参照して説明する。第１のスリット形小ビーム２５５が、第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の第４領域４７５を照射して完全に融解させて、第２のスリット形小ビーム２６５が、第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の第５領域４８５を完全に融解させるように、第３照射ビームパルスを発生する。第４領域４７５は、図５Ｂに示す第１領域４１０と同方向に伸びることが好ましい。図５Ｃの第２領域４３５と同様に、第４領域４７５は、第２領域４３５から負のＹ方向に、第２領域４３５の長さよりも少し小さい（即ち１／２ｍｍより少し小さい）距離をおいて設ける。第２領域４３５と第４領域４７５がオーバラップしている領域４９０、及び第３領域４４５と第５領域４８５がオーバラップしている領域４９５は、それぞれ前記第１及び第２領域の小部分であり、これらの領域は再凝固した後に、照射ビームパルス１６４をマスクしてさらなる強度特性４０５にした第１のスリット形小ビーム２５５及び第２のスリット形小ビーム２６５によって再び完全に融解される。コンピュータ１０６は、パルスのタイミング及び試料４０の平行移動を制御して、こうしたオーバラップ領域４９０、４９５の生成を可能にして、シリコン薄膜フィルム５２上に未照射領域が生じる可能性を回避する。オーバラップ領域４９０、４９５の幅は、オーバラップ領域４４０の幅と同様である。
【００４５】
第４領域４７５と第５領域４８５との位置関係は、第２領域４３５と第３領域４４５との位置関係とほぼ同様である。こうした構成により、第５領域４８５は、再凝固した第３領域４４５の一部分４９７にオーバラップしている。従って、（第５領域４８５がオーバラップしている）これらの部分４９７中のシリコン薄膜フィルム５２は再び完全に融解する。
【００４６】
図５Ｆに、予め完全に融解している第４及び第５領域４７５、４８５、及びオーバラップ領域４９０、４９７内の再凝固及び結晶粒成長を示す。図５Ｄを参照して上述した再凝固及び横方向の成長の説明は、ここでも同様に当てはまる。特に、第４領域４７５が再凝固して、被制御の横方向の結晶粒成長が、この領域の端部を種にして行われる際に、２列をなす結晶粒５００、５０５が形成されて、これにより、それぞれ列４６０、４６５が効果的に伸びる。第５領域４８５については、２列をなす結晶粒５１０、５１５も同様にして形成される。従って、シリコン薄膜フィルム５２の被制御の横方向の結晶粒成長が第１列２１０に沿ってさらに伸びて、第４及び第５領域４７５、４８５内にある、事前に完全に融解しているシリコン薄膜フィルム５２を含める。
【００４７】
試料４０を連続的に平行移動して、シリコン薄膜フィルム５２の第１列２１０を、マスクした照射ビーム１６４によって第２径路３１５に沿って照射する際には、第１列２１０上のシリコン薄膜フィルム５２のさらなる領域を融解させて、領域４３５、４４５、及び領域４７５、４８５が融解している構成に一致するようにして、第１列２１０のこうしたさらなる領域のすべてにおける被制御の逐次的な横方向の凝固及び結晶成長が達成される。こうして、試料４０の概念的な第１列２１０全体のシリコン薄膜フィルム５２のすべての部分、即ち試料４０の上端４５から下端４７までに、連続動作のＳＬＳを施す。第１列２１０内の全領域に照射及び連続動作のＳＬＳを施しているので、この列内に設けたシリコン薄膜フィルム５２のいずれの部分もさらに照射する必要性がない。特に、第１列２１０についてのこうした連続動作のＳＬＳの最終製品を図５Ｇに示し、この図には、すべての融解領域４１０、４３５、４４５、４７５、４８５、等の冷却及び再凝固が完了すると、間断なく連続する比較的長い結晶粒の列５１０を、概ねＸ方向に沿って配向した結晶粒界と共に有する再凝固領域５２０が形成されることを示している。このことは、照射ビームパルスを用いてこうした試料の各列を照射する間に試料４０の微小平行移動を実行する必要のある従来のＳＬＳ法に対する改善である。こうした微小平行移動は、試料平行移動ステージによって、微小平行移動すべき試料を停止に至るまで減速し、そして試料の平行移動速度を所定速度に達するまで増加させるような、試料の連続的な平行移動を行いながら、シリコン薄膜フィルムの特定列を照射している間に試料の平行移動を継続することを必要とする。
【００４８】
図４に戻って説明する。マスクした照射ビームパルス１６４が当たる固定位置、即ち試料４０に対する位置３２０が試料４０の下端４７に達するように、試料４０を平行移動する際には、試料４０が完全停止に至るまで試料４０の第３径路に沿った平行移動を減速して、完全停止時には、照射ビームパルス１６４が当たる固定位置が試料４０に対して位置３３０にある。本実施例では、前記所定のパルス反復度は例えば２５０〜３００パルス／秒であり（この値は本実施例で用いるエキシマレーザー１１０用に好適である）、各パルスは、約３０ｎｓのパルス持続時間で約５００ｍＪ／ｃｍ２の小ビーム強度を提供する。
【００４９】
試料４０を平行移動するものとして、静止した照射ビームパルス１６４が位置３３０で停止に至った後には、コンピュータ１０６の制御下で試料４０をＸ方向に平行移動して、マスクした照射ビームパルス１６４が位置３４０で試料４０に当たるまで、照射ビームパルス１６４が第４径路３３５を辿るようにする。そして、照射ビームパルスが第５径路３４５を横切るように試料４０をＹ方向に加速して、試料４０の下端が、マスクした照射ビームパルス１６４が当たる位置３４７に達する時点までに、試料４０が所定平行移動速度に達するようにする。その後に、第６照射径路３５０の全長にわたって、試料４０を所定速度で−Ｙ方向に連続的に平行移動して、この間にマスクした照射ビームパルス１６４が、試料４０の第２列２２０上の金属層５２を所定のパルス反復度で順次照射する。
【００５０】
図６Ａを参照して説明する。この図には、試料４０を平行移動した後の、シリコン薄膜フィルム５２の概念的な第２列２２０内の、試料４０の下端４７の直上にある部分５４０を示し、この部分にはマスクした照射ビームパルス１６４が、第６径路３５０に沿って当たる。まずシリコン薄膜フィルム５２の第２列２２０内にある部分５４０を第２のスリット形小ビーム２６５を用いて照射して、部分５４０の領域５５０を厚み全体にわたって完全に融解させる。このことは、マスクした照射ビームパルス１６４の強度特性の一部を、上述した構成で提供するからであり、照射ビームパルス１６４は、第２のスリット形小ビーム２６５を有する第２小ビーム区画２６０を用いて、領域５５０を照射して完全に融解させる。プロセス中のこの時点では、第１のスリット形小ビーム２５５は試料４０の列２２０を照射しない、というのは、これらの小ビームは試料４０の第２列２２０の境界外を照射するからである。なお、概念的な第１列２１０の再凝固領域５２０に隣接した特定領域５５０の小ストリップ（片）５５０は、こうした領域５５０の長さ（例えば１／２ｍｍ）に沿って、再凝固領域５２０に小部分５５５だけオーバラップしている。第２のスリット形小ビーム２６５による照射の前に、マスクした照射ビームパルス１６４が第６径路３５０に沿って試料４０を照射する際には、この小部分５５５に、試料の第１列２１０における照射及びＳＬＳが施される。小部分５５５は、図４に示すオーバラップ部分２３０の最初の部分に相当する。照射されて融解した領域５５０のシリコン薄膜フィルム５２は、影領域５６０によって分離されている。上述したように、これらの領域５６０を照射しない理由は、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン２３５の第１影領域２５７が、領域５６０を照射して融解させていないからである。
【００５１】
領域５５０内に設けたシリコン薄膜フィルム５２が冷却し再凝固して、この領域内で、それぞれの端から始まる結晶粒成長を行う。特に、各領域５５０は隣接する２列の結晶粒５７０、５７５（図６Ｂに示す）を有し、これらの結晶粒はそれぞれの領域５５０の全長にわたって伸びる。第１列２１０のＳＬＳに関して上述したように、結晶粒成長は影領域５６０を種としてここから始まり、それぞれの領域５５０の中心に向かう。小さなオーバラップ領域５５５を有する特定領域５５０に関しては、これに隣接する完成部分５６５が種になって、この特定領域５５０内に横方向に成長する。
【００５２】
図６Ｂを参照して説明する。領域５５０が冷却して再凝固する間に、試料４０を第６径路３５０に沿って負のＹ方向に所定速度で連続的に平行移動して、概念的な第２列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２の他の部分を照射する。上述したように、コンピュータ１０６によって試料４０を平行移動する間に、マスクした照射ビームパルス１６４が第６径路に沿ってシリコン薄膜フィルム５２に当たるので、第２のスリット形小ビーム２６５が領域５８０内のシリコン薄膜フィルム５２を照射して完全に融解させる。図５Ｃ及び図６Ａを参照して上述したように、領域５８０の各々は、事前に照射して再凝固したそれぞれの領域５５０の一部分にオーバラップしている小領域５８２を有する。これに加えて、そして図６Ａを参照して上述したように、再凝固領域５２０に隣接する特定領域５８０は、再凝固領域５２０にオーバラップしてその一部分５８４を融解させる小領域５８３を有する。これに加えて、第１のスリット形小ビーム２５５が領域５８５内のシリコン薄膜フィルム５２を照射して完全に融解させる。小領域５８３は、図４に示すオーバラップ領域２３０に相当し、これは図６Ａに示す小領域５５５に続く。
【００５３】
図６Ｂにさらに示すように、領域５８５は、領域５８０の全長よりも少し大きい距離だけ領域５８０から（負のＹ方向に）離して設ける。領域５８０、５８５の互いに対する位置構成は、図５Ｃに示して上述した領域４３５、４４５の構成とほぼ同様である。その後に領域５８０、５８５が、図５Ｃを参照して上述したのとほぼ同様に冷却して再凝固し、試料の第２列内に設けたシリコン薄膜フィルム５２に対するＳＬＳを、第１列２１０については試料４０の上端４５から行う代わりに下端４７から行う点だけが異なる。
【００５４】
再び図４に戻って説明する。マスクした照射ビームパルス１６４が当たる固定位置が試料４０の上端に到達するように、試料４０を−Ｙ方向に平行移動する際には、第７径路３５５に沿った試料４０の平行移動を完全停止に至るまで減速して、完全停止時には、照射ビームパルス１６４が試料４０上に当たる固定位置が試料４０に対して位置３６０にある。試料４０を平行移動するものとして、静止した照射ビームパルス１６４が第４位置３６０で停止に至った（即ち試料４０の平行移動が停止した）後には、コンピュータ１０６の制御下で試料４０をＸ方向に平行移動して、マスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の境界外の位置３４０に当たるまで、照射ビームパルス１６４が第８径路３６５を辿るようにする。そして、マスクした照射ビームパルス１６４が第２照射径路３１５にほぼ平行な他の径路を横切るように、試料４０をＹ方向に加速する（即ち試料４０を再びＹ方向に平行移動する）。この手順は、試料４０のすべての概念的な列内に設けたシリコン薄膜フィルム５２を照射して、この内部にＳＬＳを良好に達成するまで継続する。
【００５５】
上述したように、試料４０のこうした平行移動及び照射の各々は、試料４０のあらゆる概念的な列に対して行う。従って、試料４０を概念的に１５列に分割すれば、試料４０をＹ方向または負のＹ方向に１５回連続して平行移動することになる。本発明による、単一ステップ、連続動作のＳＬＳを図７に示す。この図には試料４０の最終製品を示し、ここでは試料４０の全周に広がるシリコン薄膜フィルム５２のあらゆる領域を照射して、被制御のＳＬＳ及び結晶粒成長を促進する。
【００５６】
高いアスペクトの均一化（ホモジナイズ）した照射ビーム、即ち試料４０を平行移動する方向に広幅で薄い強度特性を有する照射ビームを用いることが好ましい。特にこうした強度特性を利用する際には、試料４０のすべての列を照射するためのステップ数がより少なくなる。また本発明による方法の上述した実施例を利用することには、タイミング上の利点もある。一般に、試料４０の全体に設けたシリコン薄膜フィルム５２を照射して処理するための総処理時間ＴＰＲＯＣＥＳＳは、次式のように計算される。
ＴＰＲＯＣＥＳＳ＝ＴＣＲＹＳＴＡＬＩＺＡＴＩＯＮ＋ＴＷＡＳＴＥＤ          （３）
ここに、
【数３】
2004520715.tif 000005
ＡＴＯＴＡＡＬは、試料４０の総面積（例えば４０ｃｍ×３０ｃｍ＝１２００ｃｍ２）であり、
ＡＢＥＡＭは、ビーム面積（例えば２ｃｍ×１ｍｍ＝２０ｍｍ２）であり、
ｎは、特定点において行ったショット数（例えば図５Ａ〜図５Ｇ及び図６Ａ〜図６Ｂに示す２つのショットプロセスについてはｎ＝２）である
本実施例では、列毎の結晶化時間は約１秒である。従って、１５列を有する試料についての結晶化の合計時間は１５秒である。次に、無駄時間を評価すべきである。例えば、
ＴＷＡＳＴＥＤ＝ｎＳＴＥＰ×ＴＳＴＥＰ                            （５）
ここに、
ｎＳＴＥＰは、試料を次の列にステップ移動する回数（例えば１５列に対しては試料を１４回ステップ移動する）であり、
ＴＳＴＥＰは、こうしたステップ移動毎に必要な時間（例えば０．３秒）である。
従って試料４０については、ＴＷＡＳＴＥＤは１４×０．３秒＝４．２秒である。この結果を’５８５出願に記載のシステム及び方法についての無駄時間と比較すれば、試料４０の各列の結晶化時間については、本発明のシステム及び方法と’５８５出願のシステム及び方法とでは同一であるが（本発明では、’５８５出願に記載の試料の速度に比べて試料の速度を半分に低下させているため）、’５８５出願のシステム及び方法の無駄時間は、本発明のシステム及び方法の無駄時間よりも大きい。このことは、本発明のシステム及び方法は、マスクした照射ビームパルス１６４を試料４０の周辺外の位置に当てる際に、試料４０を（’５８５出願に記載のように）微小平行移動する必要がない、という理由による。従って本発明によれば、試料４０を微小平行移動しないので、微小平行移動時間は問題にならない。従って、’５８５出願の試料に１列あたり１回の微小平行移動を施せば、試料上のシリコン薄膜フィルムを結晶化しない場合の無駄時間は、微小平行移動のために１４列×０．３秒＝４．２秒であり、試料全体の通常の平行移動のために４．２秒である。従って、本発明のシステム及び方法を用いて各試料を結晶化するための時間は、’５８５出願のシステム及び方法に比べて例えば４．２秒だけ節減される。
【００５７】
図８に、本発明のシステム及び方法で利用するさらなるマスク１５０によって規定した照射ビームパルスの強度パターンの第２の好適な具体例の拡大図を示し、この照射ビームが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際に、シリコン薄膜フィルム上でより大きな結晶粒成長が促進される。この好適な強度パターンは、ステップ動作で供給されるスリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５、６１７、６１９、等を含む。スリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５、６１７、６１９のＸ方向の幅は、強度パターン２３５の第１のスリット形小ビーム２５５の幅（例えば３μｍ）と同じにすることができ、そしてこれらのスリット形小ビームの長さは例えば０．２μｍにすることができる。スリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５、６１７、６１９、等の他の大きさ及び形状も考えられ、本発明の範囲内である。
【００５８】
特に、スリット形小ビーム６０１は、強度パターン６００の最も右上の隅に設ける。スリット形小ビーム６０３は、スリット形小ビーム６０１から少しオフセットさせて設ける。特にスリット形小ビーム６０３の上端６３０は、スリット形小ビーム６０１の中心線６０２を延長した線Ａの少し上まで伸びる。同様に、スリット形小ビーム６０５は、スリット形小ビーム６０３から（Ｘ方向に）少しオフセットさせて設けて、スリット形小ビーム６０５の上端６３１は、スリット形小ビーム６０３の中心線６０４を延長した線Ｂの少し上まで伸びる。スリット形小ビーム６０５に対するスリット形小ビーム６０７の位置、及びスリット形小ビーム６０７に対するスリット形小ビーム６０９の位置にも、同じことが当てはまる。スリット形小ビーム６１１、６１３、６１５、６１７、及び６１９は、スリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９とほぼ同じ構成に配置し、但しスリット形小ビーム６１１のＹ方向の始端位置はスリット形小ビーム６０１と同じであるが、スリット形小ビーム６１１はスリット形小ビーム６０１からＸ方向に特定長６３５だけオフセットしている。本発明の好適な実施例によれば、スリット形小ビーム６１１の上端６３４は、スリット形小ビーム６０９の下端６３３を延長した線Ｃの少し上まで伸びる。強度パターン６００は、強度パターン６００の第１行６４０（スリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９から成る）が、強度パターン６００の第２行６４１（スリット形小ビーム６１１、６１３、６１５、６１７、６１９から成る）のＸ方向の上方に来て、第３行６４２がこれに続く、というような構成にして設ける。強度パターン６００は、マスク１５０に当たる照射レーザービーム１４９の幅、及びマスク１５０のスリット及び不透明領域の構成に応じて、例えば１００行、１０００行、等のような多数の行を含むことができる。
【００５９】
図９に、内部にシリコン薄膜フィルム５２を有する試料４０の概念的な第１列２１０の一部分の結晶粒構造を示し、これは、本発明の方法の第２の好適な実施例によるＳＬＳプロセスの代表的な段階において、図８のマスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン６００がシリコン薄膜フィルム５２のそれぞれの部分に当たる際のものである。図９に示す、本発明の方法の好適な実施例を用いて、シリコン薄膜フィルム５２上により長い結晶粒を成長させることができる。本発明による方法のこの好適な実施例は、図４、図５Ａ〜図５Ｇ、及び図６Ａ〜図６Ｂを参照して上述した実施例とほぼ同様の方法で実現することができ、ここでは強度パターン２３５の代わりに強度パターン６００を用いて照射して、試料４０の概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２を完全に融解させる。
【００６０】
特に図９には、試料４０をＹ方向に連続的に平行移動する間に、試料４０の概念的な第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２を強度パターン６００によって照射する際の、好適な実施例を示す。試料４０の概念的な第１列２１０の領域６５０、６５２、６５４、６５６、６５８、６６０、６６２、６６４、６６６、６６８等は、厚み全体にわたって完全に融解する。マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン６００のスリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５、６１７、６１９等が、こうした領域６５０、６５２、６５４、６５６、６５８、６６０、６６２、６６４、６６６、６６８等に当たって、これらの領域内に設けたシリコン薄膜フィルム５２を完全に（即ちシリコン薄膜フィルム５２の厚み全体にわたって）融解させるので、これらの特定領域が照射されていることがわかる。
【００６１】
領域６５０の大部分に設けたシリコン薄膜フィルム５２には、事前に横方向結晶化を施していない。領域６５２に関しては、この領域６５２内に設けたシリコン薄膜フィルム５２に当たるスリット形小ビーム６０３が、この領域の位置に相当する再凝固部分（スリット形小ビーム６０１によって事前に照射している）の半分以上を融解させる。特に領域６５２の上端は、境界６４４をＹ軸に沿って延長した線Ｍの少し上方に来て、境界６４４は、スリット形小ビーム６０１によって事前に照射して結晶粒成長させることによって形成される。領域６５２のこうした位置によって、領域６５２の中心線６５３は、領域６５０の下端を延長した線Ｎの上方に来ることは明らかである。同様に、領域６５４の中心線６５５は、領域６５２の下端を延長した軸の少し上方に位置し、領域６５６の中心線６５７は、領域６５４の下端を延長した線の少し上方に位置し、そして領域６５８の中心線６５９は、領域６５６の下端を延長した線の少し上方に位置する。従って領域６５０、６５２、６５４、６５６、６５８は、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン６００の第１行６４０のスリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９の構成にほぼ相当する構成にして設ける。
【００６２】
領域内のシリコン薄膜フィルム５２が厚み全体にわたって完全に融解している領域６６０、６６２、６６４、６６６、６６８は、領域６５０、６５２、６５４、６５６、６５８とほぼ同じ構成に配置し、但し領域６６０は領域６５０からＸ方向にオフセットさせて設け、このオフセットの距離は、図８を参照して上述したスリット形小ビーム６０１とスリット形小ビーム６１１との間の距離６３５におよそ等しくする。これに加えて、領域６５８は、シリコン薄膜フィルム５２の、スリット形小ビーム６１１によって事前に照射した領域にオーバラップしている部分６７０を有する。小部分６７０を利用して、シリコン薄膜フィルム５２の再凝固した領域の端部にできる小さい結晶粒領域を最小化するか、あるいは排除することが好ましい。
【００６３】
図１０に、試料４０をＹ方向に連続的に平行移動する間の、図８のマスクを用いた第１列２１０のＳＬＳの進行を示す。このようにして、第１列２１０内のシリコン薄膜フィルム５２の多数の行７１０、７２０、７３０等を生成する。これらの行７１０、７２０、７３０等の数は、図８に示す強度パターン６００の行６４０、６４１、６４２等の数に相当する。図４の方法と同様に、マスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の下端４７に到達するように試料４０を平行移動して、マスクした照射ビームパルス１６４がもはや試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２に当たらない際には、試料４０を、特定位置に達するまでＸ方向に平行移動して、さらなる平行移動のために試料４０を位置決めして、これにより照射ビームパルス１６４が、試料４０の概念的な第２列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２に当たることができる。その後に、試料４０を−Ｙ方向に平行移動して、試料４０の概念的な第２列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２を、図９及び図１０を参照して上述したのとほぼ同様の方法で照射する。しかし、まず（スリット形小ビーム６０１、６１１ではなく）スリット形小ビーム６０９、６１９が、列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２を照射して、この照射は下端４７から始まって、上端４５で、試料４０の第２列の照射を完了する。このようにして、試料４０のすべての概念的な列内のシリコン薄膜フィルム５２に連続動作のＳＬＳを効果的に施して、このフィルム上により長い結晶粒が成長する。
【００６４】
図８に示すマスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン６００を用いて試料４０を照射しつつ、試料４０を平行移動する好適な速度Ｖは次式で与えられる。
Ｖ＝ＬＢ×ｆＬＡＳＥＲ                          （６）
ここに、
ＬＢは、図８に示すスリット形小ビーム６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５、６１７、６１９等のうちの１つの幅であり、
ｆＬＡＳＥＲは、例えばエキシマレーザー１１０が放出する照射ビーム１４９の周波数である。図８に示す好適な実施例では、ＬＢは０．２ｍｍに等しく、ｆＬＡＳＥＲは３００Ｈｚに等しくすることができる。従って試料平行移動に好適な速度Ｖは、各行６４０、６４１、６４２等に供給する強度パターン６００の５本の小ビームに対して、６０ｍｍ／秒に等しくすることができる。本発明の好適な実施例によれば、強度特性６００のスリット形小ビームの１行当たりの数を例えば１０スリットまで増加させる場合には、各スリット形小ビームの長さを半分まで減少させて例えば０．１ｍｍにすることが好ましい。従って、強度パターン６００のスリット形小ビームが１列当たり１０本で、上述した計算式を用いれば試料平行移動の速度は３０ｍｍ／秒に等しくなる。しかし、より多数の強度パターン６００のスリット形小ビームを単一行に用いれば、試料４０の概念的な各列のシリコン薄膜フィルム５２上により長い結晶粒を得ることが可能になる。
【００６５】
図１１に、本発明のシステム及び方法で利用する他のマスク１５０によって規定される照射ビームパルスの強度パターン８００の第３の好適な具体例の拡大図を示し、これは、この照射ビームパルスが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際の図である。図３の強度パターン２３５と同様に、強度パターン８００は第１小ビーム区画２５０及び第２小ビーム区画２６０を含む。これに加えて強度パターン８００は、第２小ビーム区画２６０に隣接する１つの強度低減区画８１０を含む。強度低減部分８１０は、均一化した照射ビーム１４９の強度の７０％の強度しかなく、マスク１５０のグレースケール部分によって発生することができ、即ち均一化した照射ビーム１４９を、マスク１５０のこうしたグレースケール部分を通して照射することによって発生する。強度低減部分８１０が当たったシリコン薄膜フィルム５２の領域は厚み全体にわたって融解することがなく、実際には、マスクした照射ビームパルス１６４のこうした強度低減部分８１０は、この部分を照射したシリコン薄膜フィルム５２の領域を部分的に融解させるに過ぎない。
【００６６】
図１１に示す強度パターン８００は、図５Ａ〜図５Ｇ、及び図６Ａ〜図６Ｂに示す本発明による方法の好適な実施例によって、試料４０を照射するために用いることができる。強度パターン８００内に強度低減部分８１０が存在するため、（図３の強度パターン２３５用に、マスクした照射ビームパルス１６４の幅を１ｍｍにしたのに対して）マスクした照射ビームパルス１６４の断面の幅を約１．５ｍｍにすれば、強度パターン８００の、強度低減部分８１０を含めたすべての領域を利用することができる。しかし、マスクした照射ビームパルス１６４の幅は増加するが、図４、図５Ａ〜図５Ｇ、及び図６Ａ〜図６Ｂの強度パターン２３５で用いたのと同じ所定速度で試料４０を平行移動することができる。
【００６７】
図に示す、強度パターン８００を用いた本発明による連続動作のＳＬＳプロセスは、図５Ａ〜図５Ｄを参照して上述した、強度パターン２３５の最初の２つの照射ビームパルスがシリコン薄膜フィルム５２に当たるものとほぼ同様である。しかし図５Ｅに示す３番目の照射ビームについては、強度パターン８００の強度低減部分８１０を用いて、符号８２０を付けた領域を完全に照射する。領域８２０は、強度パターン８００の強度低減部分８１０によって照射する間には部分的に融解するに過ぎない。その後に、領域８２０内に成長する結晶粒を維持保全する間に領域８２０が再凝固する。この部分的な融解は有利である、というのは、領域８２０の再凝固時にこの領域の表面が平坦化して、これにより、この表面上のピーク及び谷が最小になるからである。この手順は、試料４０を連続的に平行移動してマスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の下端４７を丁度通過するまで、試料４０の概念的な第１列２１０に対して継続する。
【００６８】
図４を参照して上述した手順は、強度パターン２３５を利用する上述した方法とほぼ同様の方法で継続する。しかし、強度パターン８００を利用して試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２を照射する、本発明による方法の本実施例によれば、マスクした照射ビームパルス１６４を試料４０の第１列２１０のいずれの領域にも当て終えた後で、かつこの照射ビームを試料４０の第２列２２０に当て始める前に、強度パターン８００の強度低減部分８１０を、マスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の概念的な第２列２２０を照射し始める際の位置に置く。従って、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン８００の強度低減部分８１０は、強度パターン８００の２つの小ビーム区画２５０、２６０の後方に設ける。このことは、例えばマスク１５０を１８０°回転させることによって行うことができる。このようにして、強度低減部分８１０が、第２列２２０の事前に照射して再凝固した領域（即ち強度パターン８００の第１及び第２小ビーム区画２５０、２６０によるＳＬＳを既に施した領域）を部分的に照射することができる。強度パターン８００の強度低減部分８１０が試料の上端４５に到達すると、（例えばマスク１５０のグレースケール部分を１８０°回転することによって、）この部分を再び、試料４０の概念的な第１列２１０をマスクしたビームパルス１６４によって照射した際に利用したのと同じ位置に置くことができる。このようにして、試料４０全体のシリコン薄膜フィルムに連続動作のＳＬＳを効果的に施しつつ、試料４０の周辺全域の、照射して再凝固し、そして結晶化したシリコン薄膜フィルム５２を平坦化することができる。
【００６９】
図１２に、本発明のシステム及び方法で利用する他のマスクによって概念的に規定した、照射ビームパルスの強度パターン８３０の第４具体例の拡大図を示し、この図は、この照射ビームパルスが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際のものである。図１１の強度パターン８００と同様に、強度パターン８３０は第１小ビーム区画２５０、第２小ビーム区画２６０、及び第２小ビーム区画２６０に隣接する第１の強度低減区画８１０を含む。これに加えて強度パターン８３０は、第１小ビーム区画２５０に隣接する第２の強度低減区画８４０を含む。第１の強度低減部分８１０のように、第２の強度低減部分８４０は、均一化した照射ビーム１４９の強度の７０％しか有さず、そしてマスク１５０の他のグレースケール部分によって、即ち均一化した照射ビーム１４９をこの部分を通して照射することによって発生することができる。
【００７０】
なお、図１２に示す強度パターンは、第１及び第２の強度低減部分８１０、８４０を共に用いて、試料４０上に設けたシリコン薄膜フィルム５２を照射するように示してある。しかし以下に詳細に説明するように、強度パターン８３０のこれらの強度低減パターン８１０、８４０のうちの１つのみを用いて、こうした照射を行うことになる。
【００７１】
図１２に示す強度パターン８３０は、本発明による方法でシリコン薄膜フィルム５２を照射するために、図１１を参照して上述した強度パターン８００の使用法と同様に用いることができる。ここでもマスクした照射ビームパルス１６４の断面の幅は約１．５ｍｍである。特に、マスクした照射ビームパルス１６４が概念的な第１列２１０を照射するように試料４０を連続的に平行移動する際には、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン８３０の第１小ビーム区画２５０、第２小ビーム区画２６０、及び第１の強度低減部分８１０のみを照射して試料４０上のシリコン薄膜フィルム５２に当てるが、第２の強度低減部分８４０は利用しない。従って概念的な第１列２１０のＳＬＳの手順は、上述のような、強度パターン８００を用いる概念的な第１列２１０用の手順とほぼ同様に継続する。
【００７２】
そして、マスクした照射ビームパルス１６４を概念的な第１列２１０のいずれの領域にも当て終えた後で、かつこの照射ビームを試料４０の概念的な第２列２２０に当て始める前に、マスク１５０をマスク平行移動ステージによって位置決めあるいはＹ方向に移動（シフト）して、マスクした照射ビームパルス１６４が試料の概念的な第２列２２０を照射し始める際に、強度パターン８３０の第２の強度低減部分８４０を利用できるようにして、第１の強度低減部分８１０は、試料の概念的な第２列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２の照射には全く利用しない。このように、マスクした照射ビームパルス１６４の強度パターン８３０の強度低減部分８４０を、マスクした照射ビームパルス１６４のの強度パターン８３０の第１及び第２区画２５０、２６０の後端に設けて、試料４０の概念的な第２列２２０内のシリコン薄膜フィルム５２を照射する。試料４０の上端４５に達すると、マスク１５０をマスク平行移動ステージによって位置決めあるいは負のＹ方向に移動して、強度パターン８３０を、マスクした照射ビームパルス１６４によって試料４０の概念的な第１列２１０を照射した際に利用したのと同じ位置に置く。
【００７３】
図１３Ａ〜図１３Ｄに、本発明の方法の他の好適な実施例による、照射ビームパルスの強度パターン、及びＳＬＳプロセスの逐次的な種々の段階における、試料４０上のシリコン薄膜フィルム５２の概念的な第１列の一部分の結晶粒構造を示す。本実施例では、試料４０全体のシリコン薄膜フィルム５２は既に、連続動作のＳＬＳを施し、そして（コンピュータ１０６によって制御される）試料平行移動ステージ１８０によって時計回り方向に９０°回転させている。こうした回転の後に、試料４０を再び概念的に例えば１５列に分割して、試料４０を、図４、図５Ａ〜図５Ｇ、及び図６Ａ〜図６Ｂを参照して上述したのと同じ方法で平行移動する。
【００７４】
特に図１３Ａには、概念的な第１列８５０の融解領域８６０を示し、この領域には、試料４０をＹ方向に連続的に平行移動する間に、図３に示す強度パターン２３５の第１小ビーム区画２５０の小ビーム２５５を照射している。図５Ａを参照して領域２１０について上述したように、領域８６０は厚み全体にわたって融解している。領域２１０とは対照的に、第１列８５０の領域８６０は融解する前に事前にＳＬＳを施している。次に図１３Ｂに示すように、領域８６０が冷却して再凝固し、そして再結晶化する。領域８６０の境界を始点として、結晶粒の発生及び成長が行われる。本実施例では、試料４０のシリコン薄膜フィルム５２に既にＳＬＳを施しているので、領域８６０の端に生じる結晶粒（被制御の方法で成長する）は領域８６０を種にして、再凝固中の領域８６０内への成長を開始して、より大きな単一の結晶粒成長の領域を有する領域８６５を形成する。図１３Ｃに示すように、試料４０をＹ方向に平行移動して、図５Ｃを参照して上述したのとほぼ同様の方法で照射する手順を継続する。領域４３５、４４５と同様に、概念的な第１列８５０内のシリコン薄膜フィルム５２の特定領域８７０、８７５は、図１３Ｂの事前に照射して再凝固した領域８６５の特定部分にオーバラップしている。図１３Ｄに示すように、領域８７０の冷却及び再凝固時には、図５Ａ〜図５Ｇを参照して上述したプロセスを用いて成長する結晶粒を用いた横方向の結晶粒成長が、領域８７０の境界から発生し促進されて、結果的な領域８８５を形成する。領域８７５の冷却、再凝固、及び再結晶化に関しては、領域８７５の境界にできる再凝固領域８６５の結晶粒を用いて、結果的な領域８８０内の結晶粒成長が促進される。図１３Ａ〜図１３Ｄを参照して上述した手順によれば、この手順は図５Ａ〜図５Ｇ及び図６Ａ〜図６Ｂを参照して上述した技法に関するものなので、図１４に示すように、試料４０のシリコン薄膜フィルム５２上に、より大きな単一結晶粒の領域９００を生成するＳＬＳを達成することが可能になる。
【００７５】
次に図１５を参照して説明する。図１５には、本発明による連続動作のＳＬＳプロセスのための、コンピュータ１０６（または他の制御装置）を用いて実行する好適なステップのフロー図を示し、これにより、結晶粒の形状及び大きさ、及び試料４０のシリコン薄膜フィルム５２内の結晶粒界の位置及び向きを制御する。図１５のフロー図に示すように、まず図１のシステムの、エキシマレーザー１１０、ビームエネルギー密度変調器１２０、ビーム減衰器１３０、及びシャッタ１５２のようなハードウエア構成要素の少なくとも一部を、コンピュータ１０６によって初期化する（ステップ１００１）。そして試料４０を、試料平行移動ステージ１８０上に装荷する（ステップ１００５）。なお、こうした装荷は手動で行うことも、既知の試料装荷装置を用いてコンピュータ１０６の制御下で自動的に行うこともできる。次に、好適にはコンピュータ１０６の制御下で、試料平行移動ステージ１８０を初期位置に移動する（ステップ１０１０）。そして必要であれば、システムの他の種々の光学要素を、手動あるいはコンピュータ１０６の制御下で、焦点及びアライメント（位置合わせ）についての適切な調整を行う（ステップ１０１５）。そして照射ビームパルス１６４を所望の強度、パルス持続時間、及びパルス反復度に安定化させる（ステップ１０２０）。そして、前の照射ビームパルスによる照射に続いて、シリコン薄膜フィルム５２の各融解領域が完全に再凝固した後に、次の照射ビームパルスがシリコン薄膜フィルム５２を照射するか否かを決定する（ステップ１０２１）。照射しない場合には、エキシマレーザー１１０のパルス反復度を調整する（ステップ１０２２）。そして、各照射ビームパルスの強度パターンの各小ビームが、これらの小ビームが当たるシリコン薄膜フィルム５２の各部分を厚み全体にわたって融解させて、かつこの強度パターンの影領域が重なっている隣接領域を融解させないために、十分な強度を有するか否かを特定する（ステップ１０２４）。融解不足あるいは融解過剰が発生した場合には、減衰器１３０を調整して、各照射ビームパルスが、照射領域内の金属層を完全に融解させて、かつ隣接する未照射領域を過剰融解しないようにする（ステップ１０２５）。
【００７６】
そしてマスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の概念的な第１列２１０に当たるように、試料４０を位置決めする（ステップ１０２７）。そして、試料４０の現在列を、マスク１５０、７００、８００、８３０によって制御される強度パターンを有する照射ビームパルス１６４を用いて照射する（ステップ１０３０）。そしてマスクした照射ビームパルス１６４が試料４０の現在列に沿った所定方向に進みながらシリコン薄膜フィルム５２を照射するように、試料４０を連続的に平行移動する（ステップ１０３５）。
【００７７】
そして、上部にシリコン薄膜フィルム５２を設けた試料４０のすべての概念的な列にＳＬＳプロセスを施し終えたか否かを特定する（ステップ１０４５）。施し終えていない場合には、試料４０を次の未照射の概念的な列まで平行移動して、プロセスをステップ１０３０に戻して、所定方向（例えば反対方向）のさらなる平行移動を行って、照射ビームパルス１６４によって試料４０の次の概念的な列を照射する（ステップ１０５０）。試料４０のすべての列に対するＳＬＳプロセスを完了している場合には、図１に示すシステムのハードウエア構成要素及びビームを停止して、プロセスを終了することができる（ステップ１０５５）。
【００７８】
以上の好適な実施例は単に本発明の原理を例示したものである。請求項に規定した本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書の教示にもとづいて、上述した実施例に対して種々の変形及び変更を加え得ることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単一走査、連続動作の逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）を実行するシステムの実施例を示す図であり、これはシリコン薄膜フィルムにおける効果的な、大きな結晶粒成長のために、試料の微小平行移動を必要としない。
【図２】上部にシリコン薄膜フィルムを有する試料の具体例を、概念的に分割して示す拡大図である。
【図３】本発明のシステム及び方法で利用するマスクの第１具体例によって規定した照射ビームパルスの強度パターンを示す拡大図であり、この照射ビームパルスが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際に、単一走査、連続動作のＳＬＳを促進する。
【図４】本発明による、単一走査、連続動作のＳＬＳを行う方法の第１実施例を用いた図１のシステムによって試料を平行移動する間に、試料に当たるビームパルスの好適な照射径路を示す図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｇは、図４に示す、本発明の方法の第１実施例によるＳＬＳプロセスの逐次的な各段階における、照射ビームパルスの強度パターン、及び上部にシリコン薄膜フィルムを有する試料の概念的な第１列の結晶構造の一部分を示す図であり、ここでは、図３の照射ビームパルスの強度パターンを用いて、試料の概念的な第１列を照射している。
【図６】図６Ａ、図６Ｂは、図４に示す、本発明の方法の第１実施例によるＳＬＳプロセスの逐次的な２段階における、照射ビームパルスの強度パターン、及び上部にシリコン薄膜フィルムを有する試料の概念的な第２列の結晶構造の一部分を示す図であり、このプロセスは、図５Ａ〜図５Ｇに示す試料の概念的な第１列全体のシリコン薄膜フィルムが完全に融解し、再凝固して結晶化した後に、試料の概念的な第２列に沿って実行する。
【図７】試料のすべての概念的な列のシリコン薄膜フィルムが完全に融解し、再凝固して結晶化した後の、結晶シリコンフィルムを図式的に示す図である。
【図８】本発明のシステム及び方法で利用するさらなるマスクによって規定した照射ビームが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際の、この照射ビームのパルスの強度パターンの第２具体例を示す拡大図であり、この照射ビームパルスは、シリコン薄膜フィルム中のより大きな結晶粒の成長を促進する。
【図９】本発明の方法の第２実施例によるＳＬＳプロセスの好適な段階における、照射ビームパルスの強度パターン、及び上部にシリコン薄膜フィルムを有する試料の概念的な第１列の結晶構造の一部分を示す図であり、このプロセスは図８に示すマスクを利用して、シリコン薄膜フィルム中により長い結晶を成長させる。
【図１０】試料の概念的な第１列の特定部分のビームパルスによる照射を完了した後の、図９のＳＬＳプロセスのさらなる進行を図式的に示す図であり、この特定部分はその後結晶化させる。
【図１１】本発明のシステム及び方法で利用する他のマスクによって規定した照射ビームパルスが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際の、この照射ビームパルスの強度パターンの第３具体例を示す拡大図であり、この照射ビームパルスは、照射ビームパルスのスリット形小ビームの１つの部分に隣接して生じる、より低エネルギーの部分を含む。
【図１２】本発明のシステム及び方法で利用するさらに他のマスクによって規定した照射ビームパルスが基板上のシリコン薄膜フィルムに当たる際の、この照射ビームパルスの強度パターンの第４具体例を示す拡大図であり、この照射ビームパルスは２つのより低エネルギーの部分を含み、これらの部分の各々は互いに対向して、照射ビームパルスのスリット形小ビームの異なる部分にそれぞれ隣接して生じる。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｄは、本発明の方法の第３実施例によるＳＬＳプロセスの逐次的な種々の段階における、照射ビームパルスの強度パターン、及び上部にシリコン薄膜フィルムを有する試料の概念的な第１列の結晶構造の一部分を示す図であり、このプロセスは、試料を時計回りに９０°回転させた後に、図５Ａ〜図５Ｇに示す第１実施例の方法における技法を用いる。
【図１４】図１３Ａ〜図１３Ｄに示す技法を用いて、回転させた試料のすべての概念的な列のシリコン薄膜フィルムが完全に融解し、再凝固して結晶化した後の、試料の結晶シリコンフィルムを図式的に示す図である。
【図１５Ａ】図１のシステム、及び本発明の一実施例による図５Ａ〜図５Ｇ、図６Ａ〜図６Ｂに示す方法によって実現するステップを示すフロー図である。
【図１５Ｂ】図１のシステム、及び本発明の一実施例による図５Ａ〜図５Ｇ、図６Ａ〜図６Ｂに示す方法によって実現するステップを示すフロー図である。
【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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