JP3859978B2

JP3859978B2 - 基板上の半導体材料膜に横方向に延在する結晶領域を形成する装置

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Publication number: JP3859978B2
Application number: JP2001055483A
Authority: JP
Inventors: エスイムジェイムス
Original assignee: ザトラスティーズオブコロンビアユニヴァーシティインザシティオブニューヨーク
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP2001274088A

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、半導体集積化デバイス用の半導体材料の処理方法に関するものである。
【０００２】
発明の背景
半導体デバイスは例えば水晶又はガラスの基板上のシリコンの層又は膜に形成することができる。この技術はイメージセンサ及びアクティブマトリックス液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）のデバイスの製造に用いられる。後者の場合、適切に透明な基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の規則的なアレイにおいて、各トランジスタは画素コントローラとして作用する。市販されているＡＭＬＣＤデバイスにおいて、薄膜トランジスタは水和したアモルファスシリコン膜に形成される（ａ−Ｓｉ：ＨＴＦＴ）。
【０００３】
ＴＦＴのスイッチング特性を増強するため、アモルファスシリコンの代わりに多結晶シリコンが用いられている。多結晶構造体は、例えば堆積しているアモルファス又は微結晶シリコン膜をエキシマレーザで結晶化（ＥＬＣ）することにより得られる。
【０００４】
しかしながら、ランダムに結晶化している多結晶シリコンを用いる場合、満足されない結果が生じてしまう。小さな粒子のポリシリコンの場合、例えばＴＦＴのアクティブチャネル領域において多数の大きな角度の粒子境界によりデバイス性能が制限されてしまう。大粒子のポリシリコンはこの点に関しては優れているが、あるＴＦＴに別のＴＦＴと比べて顕著な粒子構造の不規則性が存在するとＴＦＴアレイにデバイス特性の不均一性が生じてしまう。
【０００５】
発明の概要
デバイス特性及びデバイスの不均一性を改善するため、基板上の半導体膜に横方向に凝固させる技術を適用する。この人為的に制御されるスーパラテラル成長（ＡＣＳＬＧ）と称せられる技術は、例えばレーザビームパルスのような適当な放射パルスにより膜の一部を露光し、膜をその全厚さにわたって局部的に溶融することを含む。溶融した半導体材料が凝固すると、膜の予め定めた完全に溶融しなかった部分から結晶構造が成長する。
この技術の第１の好適な実施例において、露光される構造体は基板により支持された第１の半導体膜、第１の半導体膜上の耐熱性膜、及び耐熱性膜上の第２の半導体膜を含む。この実施例において、構造体の前側及び後側の両方をパルスで露光する。
【０００６】
好適な第２の実施例において、横方向の凝固は、第１の領域からくびれた第２の領域を経てデバイス領域として意図した第３の領域へ進行する。この実施例では、基板を介して加熱する領域と関連して一方の側からの露光を用いる。
好適な第３の実施例において、ビームを繰り返し照射し、放射パターンを横方向にステップ移動させて溶融及び凝固を繰り返すことにより拡大した単一結晶領域を形成する。
有益なものとして、この技術は高速液晶表示装置の製造に用いることができ、その製造においては画素コントローラ及び／又はドライバ回路は単一結晶として又は規則的な／準規則的な多結晶膜として形成する。別の用途として、イメージセンサ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）デバイス、及び３次元集積化回路デバイスが含まれる。
【０００７】
好適実施例の説明
以下において実験的に実現された特有の実施例及びその変形例について説明する。明示的又は内在的な数個の変形例は実施例と共通し、さらに請求の範囲内において別の変形例が当業者にとって自明である。例えば、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム、ゲルマニウム砒素又はインジウム燐のようなシリコン以外の半導体材料を用いることを含むものである。処理条件下における安定性、不活性及び耐熱性について考慮された例えばシリコン、水晶、ガラス又はプラスチックのような適切な材料の基板を用いることも含むものである。例えば電子ビーム又はイオンビームのようなレーザビーム以外の放射ビームを用いることも含む。
【０００８】
第１実施例
図１の投影露光装置は、エキシマレーザ１１、ミラー１２、ビームスプリッタ１３、可変焦点視野レンズ１４、パターン化された投影マスク１５、２個の素子の結像レンズ１６、サンプルステージ１７、可変減衰器１８、及び収束レンズ１９を含んでいる。この投影装置を用いることにより、ステージ１７上のサンプル１０の前側面及び後側面に同時に放射パルスを供給することができる。
【０００９】
この技術の第１実施例の場合、図２に示すように、透明基板２０、第１のアモルファスシリコン膜２１、ＳｉＯ₂ 膜２２、及び第２のアモルファスシリコン膜２３を含む「二重層」（ＤＬ）サンプル構造体を用意した。アモルファスシリコン膜の膜厚は１００ｎｍとし、ＳｉＯ₂ 膜の膜厚は５００ｎｍとした。例えば窒化シリコン又は高温ガラスのような別の耐熱性材料を膜２２に用いることができる。
【００１０】
第２のすなわち頂部シリコン膜２３上にパターン投影を行い第１のすなわち底部シリコン膜２１にブロードなビーム照射を行うと、第１のシリコン膜２１は含まれる犠牲層として調整され、頂部シリコン膜２３における横方向の結晶化速度を最大にすることができる。これらの膜の役割は、パターンを基板を介して第１の膜上に投影する場合、反転させることができる。パターンが投影された膜において、横方向に凝固した粒子が形成され、例えばＴＦＴ用に良好に適合した処理膜が形成される。
【００１１】
図２に基づく構造体は、アモルファス−シリコン、ＳｉＯ₂ トラックアモルファス−シリコンを水晶基板上に順次低圧化学気相体積することにより用意される。アモルファス又は微結晶堆積する別の適切な堆積方法には、例えばプラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、又はスパッタリングが含まれる。
【００１２】
サンプルは図１の投影露光装置のステージ１７上に配置する。マスク１５は、１０〜１００μｍの種々の分離距離で５０μｍ幅の簡単な細条のパターンを有する。
【００１３】
マスクパターンは３〜６の範囲の種々の縮小倍率でサンプル上に投影する。後ろ側のエネルギー密度は可変減衰器１８により制御する。サンプルは３０８ｎｍの波長の３０ｎ秒ＸｅＣｌエキシマレーザを用いて室温で照射され、この波長域において水晶は透明である。このレーザは、LambdaPhysik Compex ３０１の商品名で市販されている。ガラス基板の場合、例えば３４８ｎｍのようなより長い波長が必要である。
【００１４】
ビーム照射は固定された前側エネルギー密度及び種々の後側エネルギー密度で行う。評価した前側エネルギー密度はサンプル面で約１．０Ｊ／ｃｍ² である。後側エネルギー密度は１７０〜６８０ｍＪ／ｃｍ² である。
照射に続いて試験を行うため、膜全体をセコ（Ｓｅｃｃｏ）エッチ剤を用いて欠陥エッチングを行い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて試験を行った。最も大きな不均一な粒子は５１０ｍＪ／ｃｍ² の後側エネルギー密度の場合に得られた。これらの粒子は細条状領域の２個の側から横方向に成長し、細条の中心線上に良好に規定された粒子境界で２本の粒子列を形成している。
生じた個別の結晶体がＴＦＴのアクティブチャネル領域全体を形成するのに十分でない場合でも、この結晶体は例えば図３Ａ又は図３Ｂに図示するようなＴＦＴのアクティブチャネル領域として作用できる規則的な又は準規則的な多結晶構造体を形成する。ソース電極３１、ドレイン電極３２、ゲート電極３３及びアクティブチャネル領域３４を示す。図３Ａにおいて、アクティブチャネル領域は、上述したようにして生成された両方の粒子列を含む。図３Ｂのような十分に大きな粒子の場合、アクティブチャネル領域は粒子の単一列として形成することができる。
【００１５】
第１の実施例による処理方法において、底部犠牲層２１の役割は、ビームにより加熱する場合エネルギーを蓄積する加熱サセプタの役割として理解することができ、最大の効果はこの膜が溶融する場合に得られる。蓄積した熱は凝固中に解放される。これにより、頂部膜２３が伝導により熱を喪失する程度が低減される。従って、最大の利点を得るためには、露光される構造体を適切な寸法にすることが重要である。ＳｉＯ₂ 膜２２が薄過ぎる場合、シリコン膜２１及び２３の放熱は一緒になってしまい、膜２１を形成することによる利点が得られない。他方において、膜２２が物理的なプロセスの熱拡散距離に対して厚過ぎる場合、膜２１が頂部膜２３の変換に対して不十分に作用することになる。底部膜２１に関して、その厚さは、この膜が十分な熱量を有するように選択する必要がある。しかし、膜２１がより厚い場合、この膜を溶融するのにより多くのエネルギーが必要となる。
【００１６】
シリコン層２３上にパターンを露光する代わりに、例えば近接マスク、コンタクトマスク又はフォトリソグラフィによりパターン化された堆積したマスク層により所望のパターンを規定することができる。
マスキングの変形例において、マスク層は例えば入射する放射を吸収又は反射することによりマスクの下側の領域での加熱を低減するように作用できる。或いは、適切な厚さの適当なマスク材料を用い場合、相補的な反射防止効果が実現され、付加的なエネルギーをマスク材料の下側の半導体膜に流入させることができる。例えば、ＳｉＯ₂ 膜を用いてこの効果をシリコン膜に及ぼすことができる。この変形例は、マスク層が溶融した半導体材料に対する拘束部材として作用し、溶融半導体層が表面張力の作用により塊に凝集したり変形するのを防止する利点がある。
【００１７】
第２実施例
図４の露光装置は、エキシマレーザ４１、プリズム偏向器４２、集束レンズ４３、真空チャンバ４４及びサンプルを配置するホットステージ４５を含む。
本発明の図４の露光装置を用いる第２の実施例において、図５のサンプル構造体は、基板５０、熱酸化膜５１、第１のパターン化されたアモルファスシリコン膜５２、ＳｉＯ₂ 膜５３、第２のパターン化されたアモルファスシリコン膜５４、及びさらに堆積したＳｉＯ₂ 膜５５を含む。典型的な厚さは、熱酸化膜５１については１００ｎｍとし、アモルファスシリコン膜５２については１００ｎｍとし、ＳｉＯ₂膜５３については２１０ｎｍとし、アモルファスシリコン膜５４については１２０ｎｍとし、ＳｉＯ₂ 膜５５については１７０ｎｍとする。
【００１８】
このサンプル構造体はシリコンウェハ５０上の熱酸化膜５１上に低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）によりアモルファスシリコン膜５２を堆積することにより得られる。シリコン膜５２にフォトレジストをコートし、その後ステッパにより露光し、現像し、さらにシリコン膜５２をＳＦ₆ ／Ｏ₂ プラスマで反応性イオンエッチングを行いパターン形成を行う。シリコン膜５２の第１レベルのアイランドの得られたパターンを図６Ａに上方から見た図面として示す。このパターンは、デバイスとして使用される四角形の主アイランド領域５２３、矩形の「テイル」領域５２１、及びテイル領域５２１と主アイランド領域５２３とを結ぶ「ボトルネック」領域５２２の３個の領域で構成される。これらの寸法は以下のように選択する。テイル領域５２１については２０×１０μｍとし、ボトムネック領域５２２については５×３μｍとし、主アイランド領域５２１については１０×１０μｍから５０×５０μｍの範囲の異なる寸法とする。
【００１９】
第１レベルのアイランドにはプラズマ−エンハンスド気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によりＳｉＯ₂ 膜５３を形成し、上側にアモルファスシリコンを堆積する。フォトリソグラフィ処理を用いてアモルファスシリコンについてパターニングを行い、５×５μｍの寸法の「第２のレベルのアイランド」５４を形成する。第２レベルのアイランド５４はテイル領域５２１の上側に直接位置し露光中のビーム遮光区域として作用する。最後に、この構造体全体にＰＥＣＶＤのＳｉＯ₂ 層を形成する。
【００２０】
処理を行うため、サンプルを１０^-5トールの圧力の真空チャンバ内の耐熱性グラファイトのホットステージ上に配置する。別の適当な加熱装置を利用できる場合、真空処理を省略することができる。基板温度が１０００〜１２００°になるまで加熱を行い、これには約３分の立ち上がり時間を必要とする。露光する前にサンプルを最終的な基板温度に約２分間保持する。サンプルの温度は、直接取り付けた熱電対により間欠的にモニタすると共にディジタルの赤外線サーモメータにより連続的にモニタする。サンプルは、単一のエキシマレーザパルスを用いてテイル領域内のビーム遮光領域区域以外の全ての第１のレベルのアイランドが完全に溶融するのに十分高いエネルギー密度で露光する。
【００２１】
微細構造の分析を行うため、露光したサンプルをセコウ（Ｓｅｃｃｏ）エッチングを行った。１１５０°Ｃの基板温度で露光したサンプルの場合、セコウエッチングされたサンプルのノマルスキー顕微鏡写真は、２０×２０、４０×４０及び５０×５０μｍのアイランドは単一結晶のアイランド（ＳＣＩ）に完全に変換されているのを示している。エッチングされたサンプルの欠陥パターンは、主アイランド領域が、ＳＬＧの研究で認められている平面欠陥に加えて、ゾーンメルティングの再結晶化で観測されるものと同様な小角サブ境界を含むことを示唆している。１１００°Ｃのような低い基板温度の場合、２０×２０μｍの小さいアイランドだけが大角粒界のない単一結晶のアイランドに変換された。１０５０及び１０００°Ｃの一層低い基板温度の場合、２０×２０μｍのアイランドに大角粒界面が発生している。
【００２２】
この第２実施例の凝固過程は図６Ｂ〜６Ｄに基づいて理解することができる。すなわち、露光に際して、第２レベルの四角形の領域５４はこの領域に入射するビームエネルギーの大部分を遮光し、テイル領域５２１のビームが遮光された区域での完全な溶融が阻止される。露光された第１レベルの領域の残りの部分は、図６Ｂに示すように完全に溶融する。膜が基板を介して冷却されると、ビームが遮光された領域の液相−固相界面は冷却不足になり、シリコン粒子６１がビーム遮光領域から外側に向けて急速に成長を開始する。テイル領域内において、多くの粒子６１は素早く結びつき、１個又は数個の好ましく位置する粒子だけがボトルネック部５２２に向けて成長する。ボトルネック部５２２は、１個の粒子がボトルネック部を経て主アイランド領域５２３に拡張するような形態を有する。基板温度が十分に高く主アイランド領域５２３が急激に冷却された液中での凝集が防止されるほど小さい場合、ボトルネック部５２２を経て成長した１個の粒子の横方向の成長により主アイランド５２３全体が単一の結晶領域に変換される。
【００２３】
従って、主アイランド領域５２３の単一結晶形態への有用な変換は、基板温度とアイランド領域の大きさとの適切な組合せを必要とする。溶融したシリコンは、横方向凝固により完全に変換するために必要な特性時間よりも長い特定の体積を凝固させるための特性時間にわたって十分に高い温度に維持する必要がある。この特性変換時間は主として変換すべき距離すなわち主アイランドの横方向の寸法に依存するので、、特性変換時間が液体中で凝固がトリガされる前に達成できる平均横方向成長距離に匹敵するようにアイランドの大きさを基板温度に関係付ける必要がある。ゾーンメルティング再結晶と比較して、本発明の技術は例えば１００ｎｍ又はそれ以下の厚さの極めて薄い膜を再結晶させることができる。
【００２４】
ビームを阻止する代わりに、第１の実施例について説明したように、反射防止膜を用いて相補的なマスキングにより種領域を規定することができる。或いは、露光により種領域を規定することができる。
【００２５】
第３実施例
図７の投影露光装置は、エキシマレーザ７１、ミラー７２、可変焦点視野レンズ７４、パターンが形成されたマスク７５、２素子結像レンズ７６、サンプルステージ７７、及び可変減衰器７８を含む。サンプル７０はサンプルステージ７７上に配置する。この装置を用いて鮮明なビームを発生させることにより、順次横方向凝集（ＳＬＳ）プロセスで単一結晶のシリコン領域を段階成長させることができる。或いは、近接マスク又は接触マスクを用いてビーム成形することができる。
【００２６】
図８のサンプル構造体は、基板８０、熱酸化膜８１、及びアモルファスシリコン膜８２を有する。
以下の説明において、図９Ａ〜９Ｆ、第１の変形例の２個の例を示す図１０Ａ〜１０Ｆ及び第２の変形例を示す図１１Ａ〜１１Ｂを参照して第３実施例の技術を説明する。
【００２７】
本例において矩形にパターン化されているアモルファスシリコン膜８２からスタートし（図９Ａ）、２本の破線により境界されているシリコン膜８２の領域９１をパルスで露光し、この領域のシリコンを完全に溶融させ（図９Ｂ）、次に領域９１の溶融シリコンを再凝固させる（図９Ｃ）。ここで、領域９１は細条状とし、この領域９１の露光はマスクされた露光により又は近接マスクを用いて行うことができる。領域９１の溶融シリコンの再凝固に際し、２個の粒子列が領域９１の破線の境界部から領域９１の中央に向けて爆発的に成長する。２本の粒子列の成長は、最終の距離９２に至る特有の横方向の成長である。領域９１の残りの部分において、微細に粒子化した多結晶領域９３が形成される。好ましくは、この細条の幅は、再凝固に際し２本の粒子列が集束することなく互いに近づくように選択する。本発明から除外されるものではないが、幅が広くなっても処理の効率に寄与することはない。幅を狭くすると望ましくない傾向にある。この理由は、以後の工程において長さを短くしなければならず、しかも凝固プロセス中に対向する方向から成長する粒子が一緒になる位置において半導体表面が不規則になる可能性があるためである。シリコン膜上に酸化キャップ層を形成し、凝集を遅くすると共にシリコン膜の表面の歪みを低減して表面を円滑にすることができる。
【００２８】
露光される隣接領域はマスク投影又は近接マスクに対してサンプルを結晶成長の方向にシフト（ステッピング）することにより規定される。シフトした（ステップ移動した）領域９４は図９Ｄの２本の破線により境界される。シフトする距離は、露光される次の領域が前回露光した領域と重なって図９Ｅに示すように一方の結晶の列が部分的に溶融する間に他方の結晶の列が完全に溶融するように設定する。再凝固に際し、部分的に溶融している結晶の列は、する。９Ｆに示すように、一層長くなる。この態様において、露光される部分を繰り返しシストすることにより、所望の長さの単一結晶粒子を成長せることができる。
露光された領域のパターンが単一細条でなく、図１０Ａの破線で規定されるように山形形状１０１である場合、図１０Ｂ〜10F に示す露光領域を同一の順序でシフトすることにより、シフトされた山形パターンの縁部の頂部から粒子の成長が拡大する。このようにして、単一結晶の領域を幅及び長さを増大しながら成長させることができる。
【００２９】
大面積の単一結晶領域は、図１１Ａに図示され、テイル領域１１１、細いボトルネック領域１１２及び主アイランド領域１１３を有するパターン化されたアモルファスシリコン膜に順次シフト（ステップ状に）した露光領域を形成することにより成長させることができる。図１１Ａ〜１１Ｃの領域１１１、１１２及び１１３の断面は、放射遮光アモルファスシリコン領域５４及び第２の二酸化シリコン層５５が存在しないことを除いて図５に示すものと同様である。マスクされた露光又は近接マスクにより規定された露光領域は図１１Ａ〜１１Ｃの破線により境界された領域により図示されており、この図１１はテイル領域１１１からボトルネック領域１１２を経て単一粒子を成長させて単一結晶のアイランド領域１１３を形成するための露光領域の順次の横方向シフト（ステッピング）を示す。
【００３０】
図９Ａ〜９Ｆ、図１０Ａ〜１０Ｆ及び図１１Ａ〜１１Ｃの実施例の順次の横方向溶融及び再凝固は、水晶基板上にコートされ膜厚が１００〜２４０ｎｍのの二酸化シリコン上に化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積したアモルファスシリコン膜について行った。単一結晶細条の形成はは、欠陥エッチングサンプルの光学式走査電子顕微鏡により確認した。
【００３１】
選択的なものとして、基板を加熱して溶融に必要なビームエネルギーを低減し又は１ステップ当たりの横方向の成長距離を増大することができる。この利点は、図１に示すステージ上のサンプルを２方向からの露光により実現することができる。
【００３２】
別の処理及び用途
本発明により形成された半導体膜を用いることにより、例えばパターン規定、エッチング、不純物注入、絶縁層の堆積、コンタクト形成、及びパターン化された金属層の相互接続のような良好に確立された別の技術により集積化された半導体デバイスを製造することができる。好適な薄膜半導体トランジスタにおいて、少なくともアクティブチャネル領域は、例えば図３Ａ及び３Ｂに示す単一結晶の規則的な又は少なくともほぼ規則的な微細構造を有する。
特に注目すべきことは、図１２に線図的に示す液晶表示装置にこのようなＴＦＴが含まれることである。このデバイスは、少なくとも表示窓部分１２１が透明な基板１２０を含む。この表示窓含む１２１は画素１２２の規則的なアレイを含み、各画素はＴＦＴ画素コントローラを含む。各画素コントローラはドライバ１２３により個別にアドレスされることができる。好ましくは、画素コントローラ及び／又はドライバ回路は本発明の技術に基づいて形成した半導体材料で形成する。
別の用途して、イメージセンサ、スタテックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、シリコン−オンインシュレータ（ＳＯＩ）デバイス、及び三次元集積回路デバイスが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの技術の第１実施例として用いることができる投影露光装置の線図でである。
【図２】図２は第１実施例のためのサンプル構造体の拡大した線図的側面図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂは第１実施例の半導体材料に形成することができるＴＦＴデバイスの微細構造体の拡大した線図的上面図である。
【図４】図４はこの技術の第２の実施例で用いることができる露光装置の線図である。
【図５】図５は第２実施例のサンプル構造体の拡大した線図的側面図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは順次の処理工程における図５のサンプル構造体の線図的上面図である。
【図７】図７は第３実施例に用いることができる露光装置の線図である。
【図８】図８は第３実施例のサンプル構造体の拡大した線図的側面図である。
【図９】図９Ａ〜９Ｆは処理の第１の変形例の第１の形式の順次の工程における図８のサンプル構造体の線図的側面図である。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｆは処理の第１の変形例の第２の形式の順次の工程における図８のサンプル構造体の線図的側面図である。
【図１１】図１１Ａ〜１１Ｃは処理の第２の変形例の順次の工程におけるサンプル構造体の線図的側面図である。
【図１２】図１２はＴＦＴが含まれている液晶表示装置の線図的上面図である。

Claims

基板上の半導体材料膜に横方向に延在する結晶領域を形成する装置であって、
（ａ）パルス状の放射ビームを発生するパルス放射ビーム源と、
（ｂ）それぞれ前記半導体材料膜を露光するための予め定めた強度パターンを有すると共に、前記半導体材料膜の露光された部分をその厚さ全体にわたって溶融させるための十分なエネルギーを有するマスクされた放射ビームパルスを形成するビームマスクと、
（ｃ）前記半導体材料膜の少なくとも一部分がマスクされた放射ビームパルスにより露光される間に前記基板上に、前記半導体材料膜を保持すると共に、前記基板上の前記半導体材料膜を、前記マスクされた放射ビームパルスに対して横切る方向に移動させるサンプル移動ステージとを具え、
前記サンプル移動ステージが第１の位置に位置する場合、前記半導体材料膜の第１の部分を、マスクされた放射ビームパルスにより露光して、第１の部分の前記半導体材料をその厚さ全体にわたって溶融し、第１の部分の前記半導体材料を凝固させて前記第１の部分の境界に沿って少なくとも１個の半導体結晶を形成し、前記半導体結晶を次の処理に対する直前の部分とし、
前記サンプル移動ステージが次の位置に移動し、この位置において、前記少なくとも１個の半導体結晶と部分的にオーバラップする前記半導体材料膜の次の部分を、マスクされた放射ビームパルスにより露光して前記次の部分の半導体材料をその厚さ全体にわたって溶融し、前記次の部分の溶融した前記半導体材料を凝固させて横方向に成長させることにより前記少なくとも１個の半導体結晶を拡大し、
前記サンプル移動ステージが別の位置まで繰り返し移動し、その位置において、直前の部分が凝固した後、前記半導体材料膜の別の部分を、マスクされたビームパルスにより露光し、各別の部分は直前の部分の少なくとも１個の半導体結晶と部分的にオーバラップし、横方向に成長させることにより前記少なくとも１個の半導体結晶を所望の結晶領域が形成されるまで拡大させる装置。
請求項１に記載の装置において、前記パルス放射ビーム源をパルス発振するレーザとし、当該装置は、放射ビームパルスがレーザから前記ビームマスクまで伝搬する第１の光路を含む装置。
請求項２に記載の装置において、前記パルス発振するレーザをパルス発振エキシマレーザとした装置。
請求項２に記載の装置において、前記第１の光路が、前記レーザからの放射ビームパルスをビームマスクに投影する視野レンズを有する装置。
請求項２に記載の装置において、前記ビームマスクを投影マスクとした装置。
請求項２に記載の装置において、前記マスクを近接マスクとした装置。
請求項２に記載の装置において、前記マスクを接触マスクとした装置。
請求項２に記載の装置において、前記第１の光路が、レーザからの放射ビームパルスの強度を減衰させる可変減衰器を含む装置。
請求項２に記載の装置において、前記第１の光路が、少なくとも１個のビームステアリングミラーを含む装置。
請求項１に記載の装置において、パルス放射ビーム源をレーザとし、前記ビームマスクを投影マスクとし、さらに前記ビームマスクからサンプル移動ステージ上の半導体材料までマスクされた放射ビームパルスが伝搬する第２の光路を有する装置。
請求項１０に記載の装置において、前記第２の光路が、マスクされた放射ビームパルスをサンプル移動ステージ上で露光される前記半導体材料膜の一部分上に集束させる対物レンズを含む装置。
請求項１０に記載の装置において、前記第２の光路が、前記マスクされた放射ビームパルスを減衰させる可変減衰器を含む装置。
請求項１１に記載の装置において、前記第２の光路が、少なくとも１個のビームステアリングミラーを有する装置。
請求項１に記載の装置において、前記ビームマスクが、各マスクされた放射ビームパルスの強度パターンを規定し、この強度パターンが前記半導体材料膜を露光する少なくとも１個の細条の形状を含む装置。
請求項１に記載の装置において、前記ビームマスクが、各マスクされた放射ビームパルスの強度パターンを規定し、この強度パターンが前記半導体材料膜を露光する少なくとも１個の山形の形状を含む装置。