專利名稱：對基片上薄膜區域作激光結晶處理以提供本質上均勻性的工藝和系統以及這樣的薄膜區 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及處理薄膜的方法，更特別地，涉及處理薄膜來獲得本質上均勻的晶粒區域，以在其中放置薄膜晶體管(TFT)的至少一個活躍區域的方法。
背景技術：
已知半導體薄膜，如硅薄膜，被用于為液晶顯示設備提供象素。這樣的薄膜原先已通過準分子激光器退火(ELA)方法進行了處理(即，由準分子激光器照射，然后結晶)。然而，使用這樣的已知ELA方法處理過的半導體薄膜通常遇到微結構不均勻的問題，借助于在這樣的薄膜上制造的薄膜晶體管(TFT)設備不均勻的性能，這些問題得以顯現。不均勻性通常源于照射半導體薄膜的準分子激光器的輸出能量中內在的脈沖之間的變化。上述不均勻性可能表現在，例如，顯示的一個區域中的象素亮度水平和其他區域中的亮度相比有明顯區別。
已做出相當多的努力嘗試減少或消除不均勻性來改進“現有的”ELA(也稱為線性光束ELA)處理。例如，由Maegawa等人提交的編號為5,766,989的美國專利，描述了形成多晶薄膜的ELA方法和制造薄膜晶體管的方法，將其全部內容完整包括在此作為參考。此發明嘗試處理特性在基片上不均勻的問題，并提供特定的選項可以明顯地降低這樣的不均勻性。
然而，在現有的ELA方法中使用的光束形狀方法的細節使得降低半導體薄膜中的不均勻性非常困難。這特別是因為上面描述的能量注量可能對每個光束脈沖都不同，并因此會給照射、固化和結晶的那部分半導體薄膜帶來不均勻性。
使用順序橫向固化來制造大晶粒單晶或多晶硅薄膜的方法在現有技術中是已知的。例如，在Im提交的編號為6,322,625的美國專利和編號為09/390,537美國專利申請中，描述了使用可控制能量的激光脈沖的能量和小范圍平移硅樣本生長大晶粒多晶或單晶硅結構，以實現順序橫向固化的特別有利的裝置和方法，將它們的全部內容包括在此作為參考，且它們所指定的代理人和本申請相同。在這些專利文獻中，已詳細討論了用適當的輻射脈沖照射基片上的至少部分半導體薄膜，以貫穿其厚度完全熔化這部分薄膜。以此方式，當已熔化的半導體材料固化時，晶體結構從選擇的未進行完全熔化的半導體薄膜區域中生長為固化的部分。此發明提到在其中可能發生成核作用的區域中進行的小晶粒生長。如在現有技術中已知的那樣，這樣的成核作用會在發生成核作用的區域中產生小晶粒材料。
如熟悉技術的人所知，在編號為6,322,625的美國專利中描述了順序橫向固化(SLS)，它使用截面區域較大的光束脈沖來照射特定區域，在橫向的晶體生長在這樣的區域中生效之前，成核作用可能在這樣的區域中發生。這通常被認為是不需要的，并因此避免將TFT設備放置在這些區域內。
當特定的TFT設備不需要高性能水平時，在特定應用中，它們需要良好的均勻性。因此，生成包括允許在其中產生均勻的小晶粒材料的半導體薄膜，而不需要多次照射半導體薄膜上的相同區域的基片是較佳的。
發明內容
本發明的一個目標是提供改進的處理和系統，以便可以在基片薄膜上產生普遍均勻的區域，使得TFT設備可以適合這樣的區域。本發明的另一個目標是允許這樣的區域(基于光束脈沖的閾值行為)成核，然后固化，使得當再固化時，成核的區域成為具有均勻小晶粒材料的區域。本發明的又一個目標是提高處理半導體薄膜用于液晶顯示器或有機發光二極管顯示器的速度。本發明的又一個目標是允許半導體薄膜中的每個照射區域只被照射一次，不需要重照射它的部分，而仍然在其中提供良好的均勻材料。
根據這些目標的至少部分以及其他將參考下面的說明闡明的目標，現在確定了成核小晶粒材料具有非常好的均勻性(如，均勻晶粒)。目前也查明，即使熔化這些區域的光束脈沖具有波動的能量密度，這樣的成核區域中的晶粒大小也不會發生明顯變化。當光束的能量密度保持在貫穿其厚度完全熔化這些區域所需的閾值之上時，特別會發生這樣的情況。例如，在半導體薄膜具有約0.1μm的厚度情況下，每個光束脈沖的能量密度應在50mJ/cm2之上。進一步來說，已發現薄膜中的均勻性對入射到半導體薄膜上的光束的空間不均勻性不敏感，只要光束的最小強度在上述閾值之上。
在本發明的一個例子實施例中，提供了用于處理薄膜樣本的處理和系統以及薄膜結構。特別地，可以控制光束發生器發射至少一個光束脈沖。使用該光束脈沖，以足夠的強度照射薄膜樣本的至少一部分來貫穿整個厚度完全熔化這部分樣本。這樣的光束脈沖可以具有預定的形狀。允許再固化這部分薄膜樣本，且再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成。當再固化時，第一個區域包括大晶粒，而第二個區域具有通過成核作用形成的區域。第一個區域包圍第二個區域，且其晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構。配置第二個區域以便在其上提供薄膜晶體管(TFT)的活躍區域。
在本發明的另一個例子實施例中，第一個區域具有第一條邊界和第二條邊界，第二條邊界與第一個區域的第一條邊界相對并與其平行。同樣，第二個區域具有第三條邊界和第四條邊界，第四條邊界與第二個區域的第三條邊界相對并與其平行。第一條邊界和第二條邊界之間的距離小于第三條邊界和第四條邊之間的距離。第二個區域最好對應于至少一個象素。另外，第二個區域可以具有截面，在其上提供TFT的所有部分。第一個區域的部分也可能在上面包含TFT的小部分。可以提供第一個區域相對于第二個區域的大小和位置，使得在第一個區域中對TFT的性能沒有影響或其可忽略。
根據本發明的又一個實施例，可以平移薄膜樣本達預定距離。用另一個光束脈沖，可以照射薄膜樣本的另一部分。在距這樣的部分達本質上對應于預定距離的地方提供這另一部分。允許再固化薄膜的這另一部分，再固化的部分由第三個區域和第四個區域構成。另外，第三個區域可以包圍第四個區域，且第三個區域的至少一部分至少部分地與第一個區域的至少一部分重疊。進一步來說，當對其進行了再固化之后，第三個區域具有橫向生長的晶粒，而第四個區域具有成核的區域。第四個區域也可以由第二個區域的邊緣提供的邊緣構成。進一步來說，第四個區域可以由與第二個區域的邊緣近似鄰的邊緣接構成，且第四個區域的邊緣不一定延伸到第一個區域中的任何部分。光束脈沖可以具有本質上和其他光束脈沖注量相同(或不同)的注量。
在本發明的又一個實施例中，可以平移薄膜樣本達預定距離。然后，可以使用光束脈沖照射薄膜的另一部分。在距這樣的部分達本質上對應于預定距離的地方提供這另一部分。薄膜可以是預置模式的硅薄膜樣本或連續的硅薄膜樣本。另外，可以平移薄膜樣本達預定距離，且可以使用至少一個光束脈沖照射薄膜樣本的另一部分。最好在距此部分本質上達對應于預定距離的地方提供這另一部分。另外，可以將薄膜樣本移到要照射的薄膜樣本另一部分的第一個相對預先計算的位置。在這樣的移動之后，可以在其距離不同于預定距離的第二個相對預先計算的位置提供薄膜樣本。
根據本發明的又一個實施例，可以再次平移薄膜樣本達預定距離。然后，可以停止平移薄膜樣本，且允許薄膜樣本的振動平靜下來。此后，使用至少一個光束脈沖照射薄膜的另一部分，距這樣的部分達本質上對應于預定距離的地方提供這另一部分。然后，用另一個光束脈沖照射此部分薄膜樣本，并允許再固化。此光束脈沖的注量不同于另一個光束脈沖的注量(如，低于該光束脈沖的注量)。
根據本發明的又一個實施例，確定第一個區域的位置，避免將TFT的活躍區域放置在其上。光束脈沖最好包括多個子束(beamlet)，且由子束來照射第一個和第二個區域。半導體薄膜樣本可以是硅薄膜樣本，并可能由硅、鍺和其合金組成。半導體薄膜的厚度約在100到10,000之間。可以掩模光束脈沖的位置來產生至少一個掩模的光束脈沖，使得用掩模的光束脈沖來照射薄膜樣本的部分。在第一個區域中提供的大晶粒可以是橫向生長的晶粒，而第一個區域中橫向生長的晶粒可以是等軸晶粒。
根據本發明的又一個實施例，提供具有第一個區域和第二個區域的半導體薄膜樣本。較佳地，在第一個區域中具有大晶粒。第二個區域由第一個區域包圍并包括通過成核半導體薄膜中第二個區域所處區域的至少一部分形成的區域。第一個區域中的晶粒結構與第二個區域中的晶粒結構不同。較佳地將第二個區域配置為在其上提供薄膜晶體管(TFT)的活躍區域。
附圖包括在此并構成本發明的一部分，在其中展示了本發明的較佳實施例并用它們來說明本發明的原理。
圖1A是本發明照射系統的實施例的示意框圖，該系統照射半導體薄膜樣本的特定區域，使得它們成核并固化，從而產生均勻的小晶粒區域；圖1B是放大的包括半導體薄膜的樣本的截面側視圖；圖2是本發明的樣本的第一個例子實施例的頂視分解圖，在概念上劃分該樣本，且該樣本具有在其上使用圖1A的例子系統對半導體薄膜的整個表面區域執行本發明的處理的半導體薄膜；圖3是本發明的掩模的第一個例子實施例的頂視圖，該掩模具有包圍一個開口或透明區域的光束阻擋區域，且圖1A的例子系統可以使用它來掩模激光束源產生的光束脈沖，使之成為圖案化的光束脈沖，使得這樣經掩模的光束脈沖照射半導體薄膜上的特定區域；圖4A-4D展示在本發明的處理的例子實施例中的各個順序階段，對樣本的第一個例子概念欄中的樣本上提供的半導體薄膜的特定部分，先經圖3的掩模進行掩模輻射光束脈沖照射，然后再固化和結晶；圖4E-4F展示在本發明的處理的例子實施例中的各個順序階段，對樣本的第二個例子概念欄中的樣本上提供的半導體薄膜的特定部分，先經圖3的掩模進行掩模輻射光束脈沖照射，然后再固化和結晶；圖5A是本發明的掩模的第二個例子實施例頂視圖，該掩模具有包圍多個小開口或透明區域或縫隙的光束阻擋區域，且圖1A的例子系統可以使用它來掩模光束源產生的光束脈沖，使之成為為圖案化的子束，使得這樣經掩模的子束脈沖照射半導體薄膜上的特定區域；圖5B是圖5A中所述的掩模的第二個實施例中的子束的放大視圖；圖6A-6D展示在本發明的處理的例子實施例中的第一個例子實施例的各個順序階段，對樣本的第一個例子概念欄中的樣本上提供的半導體薄膜的特定部分，經圖5的掩模進行掩模的輻射光束脈沖強度模式照射，然后再固化和結晶；圖7為示意圖，展示在樣本上提供的半導體薄膜，及用具有由掩模圖案化的截面的光束脈沖來照射這樣的薄膜，該掩模具有包圍一個狹長的開口或透明區域的光束阻擋區域，且可以用于圖1A的例子系統；圖8A為示意圖，展示對應于圖4D和6D中的區域的兩個特定的經照射、再固化和結晶的區域，其中整個TFT設備位于通過成核作用形成的均勻的小晶粒區域中；圖8B為示意圖，展示對應于圖4D和6D中的區域的兩個特定的經照射、再固化和結晶的區域，其中僅TFT設備的活躍區域的整個截面位于通過成核作用形成的均勻的小晶粒區域中，而其他區域位于結晶區域之間的邊界區域上；圖9為流程圖，展示本發明的例子處理流程，該流程由圖1A的計算裝置使用本發明在圖4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制；及圖10為流程圖，展示本發明的另一個例子處理流程，該流程由圖1A的計算裝置使用本發明在圖4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制，其中基于半導體薄膜相對于光束照射的位置觸發圖1A的光束源。
具體實施例方式
應理解，本發明的各種系統都可以用來產生、成核、固化和結晶半導體(如，硅)薄膜上的一個或多個區域，所述半導體薄膜中具有均勻的材料使得可以在這樣的區域中放置至少一個薄膜晶體管(TFT)的活躍區域。下面更詳細地描述實現這樣區域的系統和處理的例子實施例，以及處理得到的結晶的半導體薄膜。然而，應理解，本發明不在任何方面限制于在此所述的系統、處理和半導體薄膜的例子實施例。
在編號為09/526,285的美國專利申請(稱為’585申請)中描述了提供連續移動的SLS的特定系統，將其內容完整包括在此作為參考。可以使用本質上和本發明的例子實施例類似的系統在上述半導體薄膜上產生成核、固化和結晶的部分，TFT設備的活躍區域可以位于所述半導體薄膜上。特別地，在樣本170上使用本發明的系統，該樣本具有非晶硅薄膜，用輻射光束脈沖照射該薄膜來促進對半導體薄膜的特定區域進行的成核作用、接下來的固化和結晶。示例系統包括發射照射光束(如，激光束)的光束源110(如，Lambda Physik型號LPX-315I XeCl脈沖準分子激光器)、修改激光束能量密度的可控光束能量密度調制器120、MicroLas雙板可變衰減器130、光束轉向鏡140、143、147、160和162，光束擴展和準直透鏡141和142、光束均化器144、聚光透鏡145、場鏡148、可以安裝在位移平臺(未示出)中的投影掩模150、4x-6x的接目鏡161、可控快門152、用于將輻射光束脈沖164聚焦到包括要處理的半導體薄膜并安裝在樣本位移平臺180上的樣本170上的多元件物鏡163、支撐在振動隔離和自流平系統191、192、193和194上的方箱光具座190，及與其連接來控制光束源110、光束能量密度調制器120、可變衰減器130、快門152和樣本位移平臺180的計算裝置100(如，執行本發明的程序的通用計算機或專用計算機)。
樣本位移平臺180較佳地由計算裝置100控制來實現樣本170在平面的X-Y方向，及Z方向上平移。以此方式，計算裝置100控制樣本40和照射光束脈沖164的相對位置。照射光束脈沖164的重復和能量密度也由計算機100控制。熟悉技術的人應理解，不僅是光束源110(如，脈沖準分子激光器)，照射光束脈沖可以由適合于以下面所述的方式貫穿其整個厚度完全地熔化樣本170的半導體(如，硅)薄膜中選擇的區域的其他已知的短能量脈沖源產生。這樣的已知源可以是脈沖固態激光器、斬光連續波激光器、脈沖電子束和脈沖離子束等等。由光束源110產生通常輻射光束脈沖提供從10mJ/cm2到1J/cm2范圍的光束密度，從10到103毫微秒范圍的脈沖持續時間(FWHM)，和從10Hz到104Hz范圍的脈沖重復頻率。
雖然計算裝置100如圖1A所示的系統的例子實施例中那樣，通過樣本平臺180控制樣本170的平移，以便對樣本170的半導體薄膜執行本發明的處理，也可以調整計算裝置100，使其可以控制安裝在適當的掩模/激光束位移平臺(為說明簡單起見，未在此示出)中的掩模150和/或光束源110，沿著控制下的光束路徑相對于樣本170的半導體薄膜平移它們來切換照射光束脈沖164強度模式。切換照射光束脈沖的強度模式的另一種可能的方法是讓計算機100控制光束轉向反射鏡。圖1的例子系統可以用于以下面進一步詳細描述的方式執行對樣本170的硅薄膜的處理。本發明的例子系統可以使用掩模150來明確定義所產生的經掩模的光束脈沖164的輪廓，并在這些部分由這樣經掩模的光束脈沖164照射然后結晶時，減少半導體薄膜此部分中的邊緣區域。
如圖1B所示，樣本170的半導體薄膜175可以直接位于玻璃基片172上，并可以在其中提供一個或多個中間層177。半導體薄膜175可以具有100到10,000(1μm)之間的厚度，只要至少可以貫穿其整個厚度完全熔化其中的特定所需區域。根據本發明的例子實施例，半導體薄膜17可以由硅、鍺、鍺化硅(SiGe組成，較佳地，它們包含低水平的雜質。也可以對半導體薄膜175使用其他元素或半導體材料。中間層177直接位于半導體薄膜175的下面，它可以由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和/或氧化物、氮化物或適合用于促進樣本170的半導體薄膜175的指定區域內的成核作用和小晶粒生長的其他材料的混合物組成。玻璃基片172的溫度可以在室溫到800℃之間。可以通過預熱基片172使玻璃基片172具有較高的溫度，由于玻璃基片172緊貼著薄膜175，這可以有效地支持更大的晶粒在樣本170的半導體薄膜175的成核、再固化然后結晶的區域中生長。
圖2展示樣本170的半導體薄膜175(如，非晶硅薄膜)的例子實施例的放大視圖，及光束脈沖164相對于樣本170上的位置的相對平移路徑。此例子樣本170具有Y方向40cm乘X方向30cm的維度。可以將樣本170在概念上劃分為一定數量的欄(如，第一個概念欄205、第二個概念欄206、第三個概念欄207等等)。可以將每個概念欄的位置/大小存儲在計算裝置100的存儲設備中，并由計算裝置100隨后用于控制樣本170的平移，和/或控制光束源110在半導體薄膜175的這些位置或基于存儲的位置的其他位置發射光束。欄205、206、207等等中的每一個的維度可以為例如Y方向1/2cm乘X方向30cm。因此，如果樣本170的大小在Y方向為40cm，則可以將樣本150在概念上劃分為八十(80)個這樣的欄。也可以將樣本170在概念上劃分為具有其他維度的欄(如，1cm乘30cm的欄，2cm乘30cm的欄，2cm乘30cm的欄，等等)。實際上，對樣本170的概念欄的維度絕對沒有限制，只要光束脈沖164能夠照射并完全熔化半導體薄膜175在這些欄中的特定區域，使得在這樣的區域內促進成核作用、固化和小晶粒生長，以便在薄膜樣本175上形成均勻的區域，從而至少允許將TFT設備的活躍區域完全放置在其中，而不用擔心其中的不均勻性。每個欄的位置/維度及其位置都存儲在計算裝置100的存儲設備中，并由這樣的計算裝置100用于控制位移平臺180相對于光束脈沖164的平移和/或控制光束源110發射光束111。
可以用根據本發明的第一個例子實施例的掩模150(如圖3所示)圖案化的光束脈沖164照射半導體薄膜175。確定第一個例子掩模150的大小使得它的截面區域大于光束脈沖164的截面區域。以此方式，掩模150可以圖案化脈沖光束，使之具有由掩模150的開口或透明區域控制的形狀和輪廓。在這個例子實施例中，掩模150包括光束阻擋部分155和開口或透明部分157。光束阻擋部分155防止那些照射這樣的部分155的脈沖光束區域從此通過，因此防止其進一步進入圖1A所示的本發明的例子系統的光學系統來照射樣本170上提供的半導體薄膜175中對應的區域。相反，開口或透明部分157允許其截面對應于部分157的這部分光束脈沖164進入本發明系統的光學系統，并照射半導體薄膜175中的對應區域。以此方式，掩模150能夠圖案化光束脈沖164，以便在預定的部分照射樣本170的半導體薄膜175，如下面更詳細地說明的那樣。
現在參考如圖4A-4F中所示對樣本170的半導體薄膜175進行的照射說明本發明的處理的第一個例子實施例。在本發明的此例子處理中，圖3中的例子掩模150確定光束111的形狀，并在圖2中展示對樣本170的半導體薄膜175進行的例子照射和/或照射。例如，為了照射樣本170的半導體薄膜175中選擇的區域，可以通過移動掩模150或樣本位移平臺180來相對于光束脈沖164平移樣本170。為了上述目的，激光束149的長和寬可以大于X方向1cm乘Y方向1/2cm(如，矩形)，使得可以用圖3的掩模150來確定它的形狀。然而，應理解脈沖激光束149不僅限于這樣的形狀和大小。實際上，當然，如熟悉技術的人所知的那樣，可以實現激光束149的其他形狀和/或大小(如，正方形、三角形、圓形等等形狀)。
將樣本170在概念上劃分為欄205、206、207等等之后，激活脈沖激光束111(通過使用計算裝置100驅動光束源110或打開快門130)，并產生照射在遠離半導體薄膜175的第一個位置220的脈沖激光子束164。然后，在計算裝置100控制下平移樣本170并在向前的X方向加速來達到相對于第一條光束路徑225中的固定位置的子束的預定速度。
在本發明的處理的一個例子變體中，脈沖子束164較佳地在樣本170相對于脈沖激光束149的移動速度達到預定速度時達到樣170的第一條邊緣210’。然后，以預定速度在X方向連續地(即，不停止)平移樣本170，使得脈沖子束164在第二條光束路徑230的整個長度上繼續照射樣本170接下來的部分。
在越過第一條邊緣210’之后，光束脈沖164照射和照射半導體薄膜175的第一個區域310，較佳地用足夠強度進行照射，以便貫穿其厚度完全熔化這樣的區域，如圖4A所示。然后，如圖4B所示，允許第一個區域310固化和結晶，從而在其中形成兩個區域-第一個小晶粒區域315和第一個橫向生長區域318。第一個小晶粒區域315在第一個區域310的大部分中的成核作用之后形成。區域315的維度稍微小于照射第一個區域310的光束脈沖164的維度，使得第一個小晶粒區域315由第一個橫向生長區域318(下面對其細節進行說明)包圍。
通過從半導體薄膜175未熔化的部分和第一個熔化的區域310之間的邊界橫向地生長晶粒形成第一個橫向生長區域318。第一個橫向生長的區域318中的晶粒從這些邊界朝向第一個熔化的區域的中心生長到預定距離，來達到第一個小晶粒區域315并形成它們之間的邊界。此預定距離由再固化第一個熔化的區域310的速率控制。例如，此預定距離可以在1μm至5μm之間。因此，第一個橫向生長的區域318明顯小于它所包圍的第一個小晶粒區域315。通常，區域315的晶粒比區域318的晶粒小。然而，第一個小晶粒區域315中的小晶粒材料能夠提供良好的均勻性，以便將TFT設備(至少它的活躍區域)放置在這樣的均勻的小晶粒區域中。為了本發明的目的，不希望將TFT設備活躍區域放置在這樣的小晶粒區域上。
此后，如圖4C所示，繼續平移樣本170(或調整掩模150)，使得光束脈沖164照射并完全熔化(貫穿其厚度)半導體薄膜175的第二個區域320。這第二個區域320可以是接下來在第一個概念欄205中沿著+X方向緊隨第一個區域320的區域。類似于第一個區域310，第二個區域320再固化并結晶為第二個小晶粒區域325和第二個橫向生長的區域328，它們各自對應于第一個小晶粒區域315和第一個橫向生長的區域318的特性和維度。如果，在照射第二個區域320期間，光束脈沖164稍微和第一個橫向生長的區域318重疊，則當再固化時，此區域318中的晶粒提供籽晶并橫向生長已經熔化的第二個區域320緊接著第一個橫向生長的區域318的部分。以此方式，第二個橫向生長的區域328的相鄰部分由第一個橫向生長的區域318提供籽晶，以便從其中橫向生長晶粒。所產生的結晶的第二個區域320在圖4D中展示。在距結晶的第一個區域310的一定距離處提供第二個區域320也在本發明的范圍之內。因此，第二個橫向生長的區域328中位置接近結晶的第一個橫向生長的區域318的部分由第一個區域310和第二個區域之間未受照射的部分中的晶粒提供籽晶。
繼續平移和照射半導體薄膜175的第一個概念欄205，直到繼續處理這第一個概念欄205中所有區域310、320、...、380、390(和它們各自的小晶粒區域315、325、...、385、395及橫向生長的區域318、328、...、338、398)最后脈沖子束164達到樣本170的第二條邊緣210”時，如圖4E所示。以本質上重復的方式沿著第一個概念欄205對區域310、320、380、390進行結晶。當光束脈沖164越過第二條邊緣210”時，樣本170的平移可以相對于光束脈沖164(在第三條光束路徑235中)減速，來達到第二個位置240(圖2)。應注意，在光束脈沖164已越過樣本170的第二條邊緣210”之后，不需要關閉脈沖光束111，因為它不再照射樣本170。
雖然遠離樣本170和第二條邊緣210”，樣本在-Y方向通過第四條光束路徑245平移到第三個位置247，從而能夠沿著第二個概念欄206照射半導體薄膜175的部分。然后，允許樣本170在位置247平靜下來，以便使得在平移樣本170到第三個位置247時樣本170可能發生的任何振動停止。實際上，為了使樣本170到達第二個概念欄206，對于具有1/2cm的寬度(在-Y方向)的欄，近似平移1/2cm。然后通過第四條光束路徑250將樣本170在-X方向加速到預定速度，使得光束脈沖164對半導體薄膜175的照射達到并越過第二條邊緣210”。
此后，沿著第五條光束路徑255平移樣本170，然后可以對第二個概念欄206重復上面對于照射第一個欄205所述的例子處理，以便在+X方向平移樣本時照射其他區域410、420，及它們相應的小晶粒區域415、425和橫向生長的區域418、428。以此方式，可以正確地照射樣本70的所有概念欄。再次，當光束脈沖164到達第一條邊緣210’時，樣本170的平移沿著第六條光束路徑260減速，并達到第四個位置265。在該位置，沿著第七條光束路徑270在-Y方向平移樣本170，使得光束脈沖越過樣本170的周線達到第五個位置272，且允許停止平移樣本170，以便去除樣本170中的任何振動。此后，樣本170沿著第八條光束路徑275在-X方向加速，使得光束脈沖164達到并越過樣本170的第一條邊緣210’，且光束脈沖164照射并完全熔化第三個概念欄207中的特定區域，使得它們能夠以本質上與如上對第一個概念欄205的區域310、320、...、380、390和第二個概念欄206的區域410、420、...所述相同的方式結晶。
可以對半導體薄膜175的所有概念欄、對薄膜175特定部分中選擇的欄重復此流程，薄膜175不一定在概念上劃分為欄。另外，計算裝置100可以基于存儲在計算裝置100的存儲設備中的預定位置(如，而不是通過設置預定的脈沖持續時間來照射半導體薄膜175)控制光束源110發射光束111。例如，計算裝置100可以控制光束源110產生光束111并僅用與其對應的光束脈沖164照射薄膜175的特定區域中的預定位置，使得這些位置由計算裝置100存儲并使用來觸發光束111的發射，這導致光束脈沖僅在樣本170平移到直接位于光束脈沖164的路徑中的那些區域中時進行照射。計算裝置100可以基于該位置在X方向上的坐標使光束源110進行發射。
另外，當光束脈沖164的照射路徑指向半導體薄膜175上要熔化和結晶的區域時，不一定以連續的方式平移樣本170。因此，樣本170的平移可以停止在樣本170中間，并照射、完全熔化，然后再固化和結晶該中間區域。此后，可以移動樣本170，將半導體薄膜175的另一部分安排在光束脈沖164的路徑中，然后使樣本的平移再次停止，并根據上面已詳細描述的處理的例子實施例以及下面將描述的處理的實施例照射并完全熔化該特定位置。
根據本發明，在此所述和所示的任何掩模及那些在’535申請中描述和展示掩模都可以用于本發明的處理和系統。例如，可以使用圖5A中展示的掩模的第二個例子實施例150’，而不是使用圖3中所示的允許廣泛照射半導體薄膜175的掩模。和圖3中具有單個開口或透明區域157的掩模150相比，掩模150’具有通過光束阻擋區域455相互分離的多個開口或透明區域450。掩模150’的開口或透明區域450也可以稱為“縫隙”。這些縫隙允許小光束脈沖(或子束)通過它們照射并完全熔化它們所照射的半導體薄膜175的區域。在圖5B中提供一個縫隙450的放大的視圖，如所示縫隙450的維度可以為0.5μm乘0.5μm。應清楚地看到，在本發明的范圍內，縫隙可以有其他維度。例如，縫隙可以為矩形、圓形、三角形、人字形、鉆石形等等。
圖6A-6D展示本發明的處理的第二個實施例的例子過程，其中光束脈沖164(由子束組成)沿著半導體薄膜175的第一個概念欄205照射多個連續區域，光束脈沖164的形狀由圖5A中的掩模150’確定。樣本170相對于光束脈沖164照射區域的平移本質上和前面參考圖4A-4F所述的平移相同。光束脈沖164對區域310、320、...、380、390、410、420的照射(其形狀由圖3的掩模150確定)和光束脈沖164對區域460、470的照射(其形狀由掩模150’確定)之間的區別在于前者照射和完全熔化整個區域310、320、...380、390、410、420，而后者僅照射和貫穿它們的整個厚度完全熔化區域460、470中特定的小部分462。
類似于圖4A中的區域310，如圖6A所示，照射和完全熔化區域460的部分462。此后，如圖4B所示，再固化部分462來形成小晶粒區域464(由成核作用造成)和橫向生長的區域468。類似于第一個小晶粒區域315，相應的部分462的小晶粒區域465在其中具有均勻的小晶粒材料，且確定其大小使得可以在每個這樣的區域465中內放置TFT設備的至少一個活躍區域(可能是整個TFT設備)。區域465的均勻的小晶粒材料通過對此區域進行的成核作用和再固化形成。如圖6C所示，在沿-X方向平移樣本170時，以處理部分462本質上相同的方式照射和完全熔化區域470的部分472。以這樣的方式，形成區域470的小晶粒區域475和橫向生長的區域478。
另外，可以使用如圖7所示的本發明的掩模的第三個實施例150”，它具有狹長的開口或透明區域490，以便圖案化光束149并確定其形狀，使之成為光束脈沖164。例如，區域490可以長0.5cm，寬0.1mm。以此方式，可以用其形狀由此掩模150”確定的光束脈沖164照射圖2所示的樣本170的每個概念欄。另外，區域490的長可以為30cm。這樣，可以通過在-Y方向從樣本170的一邊平移樣本170到另一邊，照射和完全熔化半導體薄膜175選擇的部分，而不是將半導體薄膜175劃分為一定數量的概念欄并單獨照射每個欄。重要的是可以使用這樣的處理方法形成均勻的小晶粒區域，以使得可以在其上放置相應的TFT設備的活躍區域。
圖8A展示可能對應于圖4D中的第一個和第二個區域310、320的第一個和第二個經照射、再固化和結晶的區域510和520，和/或圖6D中的區域460的相鄰部分462。特別地，圖8A展示整個TFT設備610、620，可以將它們放置在區域510、520中相應的均勻的小晶粒區域515、525內。第一個TFT設備610位于區域510的小晶粒區域515中，它包括柵極612、漏極614、源極616，及活躍區域618，所有這些都在遠離橫向生長的區域518的地方提供。類似地，對第二個TFT設備610，其柵極622、漏極624、源極626，特別是活躍區域628，也位于其中，它們并不與區域520中相應的橫向生長的區域528重疊。
圖8B展示也可能對應于圖6D中的區域460的相鄰部分462的第一個和第二個經照射、再固化和結晶的區域510和520，在它們上面提供相應的TFT設備610’、620’。在此例子實施例中，只在區域510、520的相應的均勻的小晶粒區域515、525中提供區域510、520的相應的活躍區域618’、628’，而TFT設備610’、620’的其他部分位于區域510、520中相應的橫向生長的區域518、528之上。特別地，第一個TFT設備610’包括活躍區域618’，該活躍區域整個位于區域510的小晶粒區域515中，而此TFT設備610’的柵極612’、漏極614’和源極616’與橫向生長的區域518重疊。同樣，對第二個TFT設備610’，其活躍區域628’整個位于區域520的相應的小晶粒區域525中，而在區域520的相應的橫向生長的區域520上直接提供第二個TFT設備620’的柵極622’、漏極624’和源極626’。同樣，在區域510的小晶粒區域515和區域520的小晶粒區域525之間的邊界區域500上提供柵極622’。應理解，源極612、612’、622、622’、漏極614、614’、624、624’和源極616、616’、626、626’中的任何一個都可以在橫向生長的區域518、528和邊界區域500上提供。另外，根據本發明的另一個實施例，可以將相應的TFT設備610’、620’的小部分活躍區域618’、628’放置在邊界區域500或橫向生長的區域518、528上，同時在小晶粒區域515、525內提供這些活躍區域618’、628’中的大部分。
圖9為流程圖，展示至少部分在本發明的圖1A的計算裝置使用本發明的圖4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第一個例子處理流程。在步驟1000，首先初始化圖1A的系統的硬件組件，如光束源110、能量光束調制器120、光束衰減器和快門130，這至少部分由計算裝置100進行。在步驟1005，將樣本170裝載到樣本位移平臺180上。應注意，這樣的裝載可以手動執行或使用現有的樣本裝載裝置在計算裝置100控制下自動執行。接下來，在步驟1010，較佳地在計算裝置100控制下，將樣本位移平臺180移動到初始位置。在步驟1015，如果需要的話，手動或在計算裝置100控制下調整和/或對齊系統的各種其他光學組件以便正確聚集和對齊。在步驟1020，將照射/激光束111穩定在預定的脈沖能量水平、脈沖持續時間和重復速率。在步驟1024，較佳地確定每個光束脈沖164是否具有足夠的能量來完全熔化半導體薄膜175中照射的部分而不會過度熔化它們。如果不是這樣，則在步驟1025由光束源110在計算裝置100的控制下調整光束111的衰減，并再次執行步驟1024來確定是否有足夠的能量來熔化半導體薄膜中的部分。
在步驟1027，定位樣本170，使光束脈沖164照射半導體薄膜的第一個欄。然后，在步驟1030，使用經掩模的強度圖案或具有形狀的光束脈沖(如，使用掩模150或確定光束的形狀)照射并貫穿其整個厚度完全熔化這部分半導體薄膜。此后，允許半導體薄膜經照射的部分固化和結晶，使得固化的部分的特定區域已成核并在其中包括了均勻的物質，以便至少將TFT設備的活躍部分整個放置在其中。在步驟1035，確定光束脈沖對當前概念欄的照射是否已完成。如果否，則在步驟1045，繼續用下一個光束脈沖164照射樣本。然而，如果在步驟1035，確定了對當前概念欄的照射和結晶已完成，則在步驟1045確定是否有樣本170的其他概念欄要處理。如果有，則處理進入步驟1050，其中平移樣本170，使得光束脈沖164指向要根據本發明進行處理的下一個概念欄。否則，在步驟1055，對樣本170的例子處理已完成，可以關閉圖1A所示系統的硬件組件和光束111，然后處理終止。
圖10為流程圖，展示至少部分地在圖1A的計算裝置使用本發明的圖4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第二個例子處理流程，其中較佳地基于半導體薄膜175上的預定位置照射樣本170。此例子流程中的步驟1100-1120本質上和圖9的流程中的步驟1000-1020相同，并因此不在此做進一步描述。然而，在步驟1024確定每個光束111是否具有足夠的能量來照射半導體薄膜175的至少部分，使得經照射的部分結晶。如果否，則在步驟1125，調整光束脈沖的衰減，然后再次校驗能量注量。在校驗光束脈沖的能量注量之后，移動樣本來照射樣本170的第一個欄。
然后，在步驟1130，讓結果光束149通過掩模159來確定該光束脈沖的形狀，并確定結果脈沖的邊緣部分的形狀。然后，在步驟1135，沿著當前欄連續地平移樣本170。在步驟1140，在平移樣本170期間，照射并貫穿其整個厚度完全熔化半導體薄膜175的部分，如，使用經掩模的強度圖案光束脈沖使得經照射的部分結晶。對半導體薄膜175的部分進行的照射可以在光束脈沖164達到樣本170上的特定位置執行，這樣的位置由計算裝置100預先確定并存儲在其存儲設備中。因此，光束源110可以在樣本相對于光束脈沖164到達這些位置時進行發射。其后，允許半導體薄膜175中經照射的部分固化和結晶，使得固化的部分中的特定區域已成核，并在其中包括了均勻的材料，以便允許將TFT設備的活躍區域放置在其上。繼續這樣的處理，直到達到半導體薄膜175上當前概念欄的末端(如樣本170的邊緣)。在步驟1145，確定是否有樣本170的其他概念欄要處理。如果有，則處理進入步驟1150，在其中平移樣本，使得光束脈沖164指向下一個要根據本發明進行處理的概念欄。否則，執行步驟1155，它本質上與圖9的步驟1055相同。
上述說明僅展示本發明的原理。對熟悉技術的人來說，閱讀上文之后明顯可以對上述實施例做出各種修改和更改。例如，雖然上述實施例是關于半導體薄膜的至少部分橫向固化和結晶進行說明的，可以將其應用到其他材料處理方法，如，微電機、光燒蝕和顯微結構方法，包括那些在編號為PCT/US01/12799的國際專利申請和編號為09/390,535、09/390,537和09/526,585的美國專利申請中描述的方法，將它們的內容完整包括在此作為參考。也可以將上述參考專利申請中描述的各種掩模圖案和強度光束圖案用于本發明的處理和系統。亦應理解，雖然上述系統和處理用于處理例如半導體薄膜，這些方法和系統也可以用于處理其他薄膜，包括金屬薄膜，等等。
因此應理解，熟悉技術的人能夠設計大量系統和方法，它們雖然沒有在此明確展示或描述，但它們實現本發明的原理，并因此它們也包括在本發明的精神和范圍之內。
權利要求
1.一種處理薄膜樣本的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)控制光束發生器發射至少一個光束脈沖；(b)用所述至少一個光束脈沖，以足夠的強度照射所述薄膜樣本的至少一部分來貫穿其厚度完全熔化樣本的所述至少一部分；及(c)允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成，其中，進行再固化后，第一個區域包括大晶粒，第二個區域包括通過成核作用形成的小晶粒區域，其中所述第一個區域包圍所述第二個區域，且其晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構，且將所述第二個區域配置為在其上提供電子設備的活躍區域。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一個區域具有第一條邊界和第二條邊界，所述第二條邊界與第一個區域的第一條邊界相對并平行；所述第二個區域具有第三條邊界和第四條邊界，所述第四條邊界與第二個區域的第三條邊界相對并平行；及第一條邊界和第二條邊界之間的距離小于第三條邊界和第四條邊界之間的距離。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二個區域對應于至少一個象素。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二個區域具有用于在其上提供所述電子設備的所有部分的截面。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述第一個區域相對于第二個區域的大小和位置，使得所述第一個區域對所述電子設備的性能沒有影響或其影響可忽略。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(d)平移所述薄膜樣本達預定距離；(e)用另一個光束脈沖，照射薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分；及(f)允許再固化薄膜樣本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三個區域和第三個區域組成，其中所述第三個區域包圍所述第四個區域，且至少一部分所述第三個區域的至少部分地和所述第一個區域的至少一部分重疊；及進行再固化后，所述第三個區域具有橫向生長的晶粒，且所述第四個區域具有成核的區域。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四個區域由遠離所述第二個區域的邊緣處提供的邊緣組成。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四個區域由與第二個區域的邊緣近似鄰接的邊緣組成，且所述第四個區域的邊緣不延伸到所述第一個區域的任何部分中。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量本質上和所述另一個光束脈沖的注量相同。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(g)平移所述薄膜樣本達預定距離；及(h)使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分，且提供所述步驟(d)和(e)來控制所述第一個區域的寬度。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是預置模式的硅薄膜樣本和連續的硅薄膜樣本之一。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子設備是薄膜晶體管。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(i)平移所述薄膜樣本達預定距離；(j)使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分；及(k)對薄膜樣本的其他部分重復步驟(i)和(j)，且在完成重復的步驟(j)之后不停止薄膜樣本的平移。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述步驟(i)將薄膜樣本移到第一個相對于薄膜樣本的所述另一部分的預先計算的位置來進行照射，且，在步驟(k)之后，將薄膜樣本移到第二個相對的預先計算的位置，其距離不同于所述預定距離。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(l)平移所述薄膜樣本達預定距離；(m)停止平移薄膜樣本，并讓薄膜樣本的振動平靜下來；及(n)在步驟(m)之后，使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(o)在步驟(c)之后，用另一個光束脈沖照射薄膜樣本的所述至少一部分；及(p)在步驟(o)之后，允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述另一個光束脈沖的注量小于所述至少一個光束脈沖的注量。
20.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(a)在步驟(c)之后，確定所述第一個區域的位置，以避免將所述電子設備的活躍區域放置在其上。
21.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區域。
22.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本和金屬薄膜樣本之一。
23.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺及硅鍺化合物中的至少一種組成。
24.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大約在在100到10,000之間。
25.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(r)在步驟(b)之前，掩模所述至少一個光束脈沖的部分來產生至少一個經掩模的光束脈沖，其中在步驟(b)中使用所述至少一個經掩模的光束脈沖來照射薄膜樣本的所述至少一部分。
26.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一個區域中提供所述大晶粒是橫向生長的晶粒。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一個區域的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
28.一種處理薄膜樣本的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)控制光束發生器發射至少一個光束脈沖；(b)用所述至少一個光束脈沖，以足夠的強度照射所述薄膜樣本的至少一部分來貫穿其厚度完全熔化樣本的所述至少一部分，所述至少一個光束脈沖具有預定形狀；(c)允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成，所述第一個區域包圍所述第二個區域，且進行再固化后，第一個區域包括大晶粒，第二個區域包括通過成核作用形成的小晶粒區域；(d)平移所述薄膜樣本達預定距離；及(e)用另一個光束脈沖照射薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分，其中提供步驟(b)到(e)來控制所述第一個區域的寬度，且所述第二個區域具有允許在其上提供電子設備的活躍區域的截面。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二個區域對應于至少一個象素。
30.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一個區域具有第一條邊界和第二條邊界，所述第二條邊界與第一個區域的第一條邊界相對并平行；所述第二個區域具有第三條邊界和第四條邊界，所述第四條邊界與第二個區域的第三條邊界相對并平行；及第一條邊界和第二條邊界之間的距離小于第三條邊界和第四條邊界之間的距離。
31.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二個區域具有用于在其上提供所述電子設備的所有部分的截面。
32.如權利要求28所述的方法，其特征在于，提供所述第一個區域相對于第二個區域的大小和位置，使得所述第一個區域對所述電子設備的性能沒有影響或其影響可忽略。
33.如權利要求28所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(f)在步驟(e)之后，允許再固化薄膜樣本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三個區域和第三個區域組成，其中所述第三個區域包圍所述第四個區域，且至少一部分所述第三個區域的至少部分地和所述第一個區域的至少一部分重疊；及進行再固化后，所述第三個區域具有橫向生長的晶粒，且所述第四個區域具有成核的區域。
34.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四個區域由遠離所述第二個區域的邊緣處提供的邊緣組成。
35.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四個區域由與第二個區域的邊緣近似鄰接的邊緣組成，且所述第四個區域的邊緣不延伸到所述第一個區域的任何部分中。
36.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量本質上和所述另一個光束脈沖的注量相同。
37.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
38.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是預置模式的硅薄膜樣本和連續的硅薄膜樣本之一。
39.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述電子設備是薄膜晶體管。
40.如權利要求28所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(g)對薄膜樣本的其他部分重復步驟(d)和(e)，而不停止薄膜樣本的平移。
41.如權利要求40所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)將薄膜樣本移到第一個相對于薄膜樣本的所述另一部分的預先計算的位置來進行照射，且，在步驟(e)之后，將薄膜樣本移到第二個相對的預先計算的位置，其距離不同于所述預定距離。
42.如權利要求28所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(h)在步驟(d)之后，停止平移薄膜樣本，并讓薄膜樣本的振動平靜下來；及(i)在步驟(h)之后，使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分。
43.如權利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
44.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述另一個光束脈沖的注量小于所述至少一個光束脈沖的注量。
45.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區域。
46.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本和金屬薄膜樣本之一。
47.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺及硅鍺化合物中的至少一種組成。
48.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大約在在100到10,000之間。
49.如權利要求28所述的方法，其特征在于，進一步包括步驟(j)在步驟(b)之前，掩模所述至少一個光束脈沖的部分來產生至少一個經掩模的光束脈沖，其中在步驟(b)中使用所述至少一個經掩模的光束脈沖來照射薄膜樣本的所述至少一部分。
50.如權利要求28所述的方法，其特征在于，在所述第一個區域中提供所述大晶粒是橫向生長的晶粒。
51.如權利要求50所述的方法，其特征在于，所述第一個區域的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
52.一種處理薄膜樣本的系統，其特征在于，所述系統包括處理裝置，所述處理裝置配置為(a)控制光束發生器發射至少一個光束脈沖，所述光束脈沖足以貫穿其厚度完全熔化所述薄膜樣本的至少一部分；(b)控制位移平臺，使得用所述至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的至少一部分，所述至少一個光束脈沖具有預定的截面，其中允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成，其中，進行再固化后，第一個區域包括大晶粒，第二個區域包括通過成核作用形成的小晶粒區域，其中所述第一個區域包圍所述第二個區域，且其晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構，其中將所述第二個區域配置為在其上提供電子設備的活躍區域。
53.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述第二個區域對應于至少一個象素。
54.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述第一個區域具有第一條邊界和第二條邊界，所述第二條邊界與第一個區域的第一條邊界相對并平行；所述第二個區域具有第三條邊界和第四條邊界，所述第四條邊界與第二個區域的第三條邊界相對并平行；及第一條邊界和第二條邊界之間的距離小于第三條邊界和第四條邊界之間的距離。
55.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述第二個區域具有用于在其上提供所述電子設備的所有部分的截面。
56.如權利要求52所述的系統，其特征在于，提供所述第一個區域相對于第二個區域的大小和位置，使得所述第一個區域對所述電子設備的性能沒有影響或其影響可忽略。
57.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(c)控制所述位移平臺平移所述薄膜樣本達預定距離；(d)控制所述激光束發生器用另一個光束脈沖照射薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分，其中允許再固化薄膜樣本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三個區域和第三個區域組成，其中所述第三個區域包圍所述第四個區域，且至少一部分所述第三個區域的至少部分地和所述第一個區域的至少一部分重疊；及進行再固化后，所述第三個區域具有橫向生長的晶粒，且所述第四個區域具有成核的區域。
58.如權利要求57所述的系統，其特征在于，所述第四個區域由遠離所述第二個區域的邊緣處提供的邊緣組成。
59.如權利要求57所述的系統，其特征在于，所述第四個區域由與第二個區域的邊緣近似鄰接的邊緣組成，且所述第四個區域的邊緣不延伸到所述第一個區域的任何部分中。
60.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量本質上和所述另一個光束脈沖的注量相同。
61.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
62.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(e)控制所述位移平臺平移所述薄膜樣本達預定距離；及(f)控制所述激光束發生器使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分，且所述處理裝置照射所述至少一部分，并允許所述至少一部分再固化，以便控制所述第一個區域的寬度。
63.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本是預置模式的硅薄膜樣本和連續的硅薄膜樣本之一。
64.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述電子設備是薄膜晶體管。
65.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(g)控制所述位移平臺平移所述薄膜樣本達預定距離；(h)控制所述激光束發生器使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分；及(i)對薄膜樣本的其他部分重復處理(g)和(h)，且在完成重復的處理(i)之后不停止薄膜樣本的平移。
66.如權利要求65所述的系統，其特征在于，所述處理裝置執行處理(g)將薄膜樣本移到第一個相對于薄膜樣本的所述另一部分的預先計算的位置來進行照射，且，在所述處理裝置執行處理(i)之后，將薄膜樣本移到第二個相對的預先計算的位置，其距離不同于所述預定距離。
67.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(j)控制所述位移平臺平移所述薄膜樣本達預定距離，停止平移薄膜樣本，并讓薄膜樣本的振動平靜下來；及(k)在處理(j)之后，控制所述激光束發生器使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分。
68.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(l)在處理(b)之后，控制所述激光束發生器用另一個光束脈沖照射薄膜樣本的所述至少一部分；及(m)在處理(l)之后，允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化。
69.如權利要求58所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
70.如權利要求69所述的系統，其特征在于，所述另一個光束脈沖的注量小于所述至少一個光束脈沖的注量。
71.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區域。
72.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本和金屬薄膜樣本之一。
73.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺及硅鍺化合物中的至少一種組成。
74.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述薄膜的厚度大約在在100到10,000之間。
75.如權利要求52所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(l)在處理(b)期間，掩模所述至少一個光束脈沖的部分來產生至少一個經掩模的光束脈沖，其中在處理(b)中使用所述至少一個經掩模的光束脈沖來照射薄膜樣本的所述至少一部分。
76.如權利要求52所述的系統，其特征在于，在所述第一個區域中提供所述大晶粒是橫向生長的晶粒。
77.如權利要求76所述的系統，其特征在于，所述第一個區域的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
78.一種處理薄膜樣本的系統，其特征在于，所述系統包括處理裝置，所述處理裝置配置為(a)控制光束發生器發射至少一個光束脈沖，所述至少一個光束脈沖具有足夠貫穿其厚度完全熔化薄膜樣本的至少一部分的強度；(b)控制位移平臺，使得用所述至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的至少一部分，所述至少一個光束脈沖具有預定的截面，其中允許薄膜樣本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成，所述第一個區域包圍所述第二個區域，且進行再固化后，第一個區域包括大晶粒，第二個區域包括通過成核作用形成的小晶粒區域；(c)控制所述位移平臺平移所述薄膜樣本達預定距離；及(d)控制所述激光束發生器用另一個光束脈沖照射薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分，其中提供處理(b)到(d)來控制所述第一個區域的寬度，及所述第二個區域具配置為在其上提供電子設備的活躍區域。
79.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述第二個區域對應于至少一個象素。
80.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述第一個區域具有第一條邊界和第二條邊界，所述第二條邊界與第一個區域的第一條邊界相對并平行；所述第二個區域具有第三條邊界和第四條邊界，所述第四條邊界與第二個區域的第三條邊界相對并平行；及第一條邊界和第二條邊界之間的距離小于第三條邊界和第四條邊界之間的距離。
81.如權利要求80所述的系統，其特征在于，對所述薄膜樣本進行再固化后，在所述第二個區域中形成了成核區域。
82.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述第二個區域具有用于在其上提供所述電子設備的所有部分的截面。
83.如權利要求78所述的系統，其特征在于，提供所述第一個區域相對于第二個區域的大小和位置，使得所述第一個區域對所述電子設備的性能沒有影響或其影響可忽略。
84.如權利要求78所述的系統，其特征在于，允許再固化薄膜樣本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三個區域和第四個區域組成，其中所述第三個區域包圍所述第四個區域，且至少一部分所述第三個區域的至少部分地和所述第一個區域的至少一部分重疊；及進行再固化后，所述第三個區域具有橫向生長的晶粒，且所述第四個區域具有成核的區域。
85.如權利要求84所述的系統，其特征在于，所述第四個區域由遠離所述第二個區域的邊緣處提供的邊緣組成。
86.如權利要求84所述的系統，其特征在于，所述第四個區域由與第二個區域的邊緣近似鄰接的邊緣組成，且所述第四個區域的邊緣不延伸到所述第一個區域的任何部分中。
87.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量本質上和所述另一個光束脈沖的注量相同。
88.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
89.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本是預置模式的硅薄膜樣本和連續的硅薄膜樣本之一。
90.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述電子設備是薄膜晶體管。
91.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(e)對薄膜樣本的其他部分重復處理(c)和(d)，而不停止薄膜樣本的平移。
92.如權利要求89所述的系統，其特征在于，所述處理(c)將薄膜樣本移到第一個相對于薄膜樣本的所述另一部分的預先計算的位置來進行照射，且，在處理(d)之后，將薄膜樣本移到第二個相對的預先計算的位置，其距離不同于所述預定距離。
93.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(f)在處理(e)之后，控制所述位移平臺停止平移薄膜樣本，并讓薄膜樣本的振動平靜下來；及(g)在處理(f)之后，控制所述激光束發生器使用至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的另一部分，其中在距所述至少一部分本質上對應于所述預定距離的距離處提供所述另一部分。
94.如權利要求93所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖的注量不同于所述另一個光束脈沖的注量。
95.如權利要求93所述的系統，其特征在于，所述另一個光束脈沖的注量小于所述至少一個光束脈沖的注量。
96.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區域。
97.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本和金屬薄膜樣本之一。
98.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺及硅鍺化合物中的至少一種組成。
99.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述薄膜的厚度大約在在100到10,000之間。
100.如權利要求78所述的系統，其特征在于，所述處理裝置進一步配置為(l)在處理(b)之前，掩模所述至少一個光束脈沖的部分來產生至少一個經掩模的光束脈沖，其中在處理(b)中使用所述至少一個經掩模的光束脈沖來照射薄膜樣本的所述至少一部分。
101.如權利要求78所述的系統，其特征在于，在所述第一個區域中提供所述大晶粒是橫向生長的晶粒。
102.如權利要求101所述的系統，其特征在于，所述第一個區域的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
103.一種薄膜樣本，其特征在于，所述薄膜樣本包括由至少一個光束脈沖照射所述薄膜樣本的至少一部分，所述光束脈沖貫穿其厚度完全熔化所述樣本的所述至少一部分；再固化所述薄膜樣本的所述至少一部分，使之包括第一個區域和第二個區域；對所述至少一部分進行再固化后，所述第一個區域包括大晶粒，所述第二個區域包括通過成核作用形成的區域；所述第一個區域包圍所述第二個區域，且其晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構；及將所述第二個區域配置為在其上提供電子設備的活躍區域。
104.一種薄膜樣本，其特征在于，所述薄膜樣本包括具有大晶粒的第一個區域；及由所述第一個區域包圍的第二個區域，它包括通過對第二個區域所處的所述薄膜的至少一部分進行成核作用形成的區域；所述第一個區域的晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構；及將所述第二個區域配置為在其上提供電子設備的活躍區域。
全文摘要
本發明提供用于處理薄膜樣本(如半導體薄膜)的處理和系統以及薄膜結構。特別地，可以控制光束發生器發射至少一個光束脈沖。使用該光束脈沖，以足夠的強度照射薄膜樣本的至少一部分來貫穿整個厚度完全熔化這部分樣本，且該光束脈沖具有預定的形狀。允許再固化這部分薄膜樣本，且再固化的至少一部分由第一個區域和第二個區域組成。當再固化時，第一個區域包括大晶粒，而第二個區域具有通過成核作用形成的區域。第一個區域包圍第二個區域，且其晶粒結構不同于第二個區域的晶粒結構。配置第二個區域以便在其上提供電子設備的活躍區域。
文檔編號C30B35/00GK1774791SQ03822407
公開日2006年5月17日 申請日期2003年8月19日 優先權日2002年8月19日
發明者J·S·艾姆 申請人:紐約市哥倫比亞大學托管會