专利名称：对基片上薄膜区域作激光结晶处理以提供本质上均匀性的工艺和系统以及这样的薄膜区 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理薄膜的方法，更特别地，涉及处理薄膜来获得本质上均匀的晶粒区域，以在其中放置薄膜晶体管(TFT)的至少一个活跃区域的方法。
背景技术：
已知半导体薄膜，如硅薄膜，被用于为液晶显示设备提供象素。这样的薄膜原先已通过准分子激光器退火(ELA)方法进行了处理(即，由准分子激光器照射，然后结晶)。然而，使用这样的已知ELA方法处理过的半导体薄膜通常遇到微结构不均匀的问题，借助于在这样的薄膜上制造的薄膜晶体管(TFT)设备不均匀的性能，这些问题得以显现。不均匀性通常源于照射半导体薄膜的准分子激光器的输出能量中内在的脉冲之间的变化。上述不均匀性可能表现在，例如，显示的一个区域中的象素亮度水平和其他区域中的亮度相比有明显区别。
已做出相当多的努力尝试减少或消除不均匀性来改进“现有的”ELA(也称为线性光束ELA)处理。例如，由Maegawa等人提交的编号为5,766,989的美国专利，描述了形成多晶薄膜的ELA方法和制造薄膜晶体管的方法，将其全部内容完整包括在此作为参考。此发明尝试处理特性在基片上不均匀的问题，并提供特定的选项可以明显地降低这样的不均匀性。
然而，在现有的ELA方法中使用的光束形状方法的细节使得降低半导体薄膜中的不均匀性非常困难。这特别是因为上面描述的能量注量可能对每个光束脉冲都不同，并因此会给照射、固化和结晶的那部分半导体薄膜带来不均匀性。
使用顺序横向固化来制造大晶粒单晶或多晶硅薄膜的方法在现有技术中是已知的。例如，在Im提交的编号为6,322,625的美国专利和编号为09/390,537美国专利申请中，描述了使用可控制能量的激光脉冲的能量和小范围平移硅样本生长大晶粒多晶或单晶硅结构，以实现顺序横向固化的特别有利的装置和方法，将它们的全部内容包括在此作为参考，且它们所指定的代理人和本申请相同。在这些专利文献中，已详细讨论了用适当的辐射脉冲照射基片上的至少部分半导体薄膜，以贯穿其厚度完全熔化这部分薄膜。以此方式，当已熔化的半导体材料固化时，晶体结构从选择的未进行完全熔化的半导体薄膜区域中生长为固化的部分。此发明提到在其中可能发生成核作用的区域中进行的小晶粒生长。如在现有技术中已知的那样，这样的成核作用会在发生成核作用的区域中产生小晶粒材料。
如熟悉技术的人所知，在编号为6,322,625的美国专利中描述了顺序横向固化(SLS)，它使用截面区域较大的光束脉冲来照射特定区域，在横向的晶体生长在这样的区域中生效之前，成核作用可能在这样的区域中发生。这通常被认为是不需要的，并因此避免将TFT设备放置在这些区域内。
当特定的TFT设备不需要高性能水平时，在特定应用中，它们需要良好的均匀性。因此，生成包括允许在其中产生均匀的小晶粒材料的半导体薄膜，而不需要多次照射半导体薄膜上的相同区域的基片是较佳的。
发明内容
本发明的一个目标是提供改进的处理和系统，以便可以在基片薄膜上产生普遍均匀的区域，使得TFT设备可以适合这样的区域。本发明的另一个目标是允许这样的区域(基于光束脉冲的阈值行为)成核，然后固化，使得当再固化时，成核的区域成为具有均匀小晶粒材料的区域。本发明的又一个目标是提高处理半导体薄膜用于液晶显示器或有机发光二极管显示器的速度。本发明的又一个目标是允许半导体薄膜中的每个照射区域只被照射一次，不需要重照射它的部分，而仍然在其中提供良好的均匀材料。
根据这些目标的至少部分以及其他将参考下面的说明阐明的目标，现在确定了成核小晶粒材料具有非常好的均匀性(如，均匀晶粒)。目前也查明，即使熔化这些区域的光束脉冲具有波动的能量密度，这样的成核区域中的晶粒大小也不会发生明显变化。当光束的能量密度保持在贯穿其厚度完全熔化这些区域所需的阈值之上时，特别会发生这样的情况。例如，在半导体薄膜具有约0.1μm的厚度情况下，每个光束脉冲的能量密度应在50mJ/cm2之上。进一步来说，已发现薄膜中的均匀性对入射到半导体薄膜上的光束的空间不均匀性不敏感，只要光束的最小强度在上述阈值之上。
在本发明的一个例子实施例中，提供了用于处理薄膜样本的处理和系统以及薄膜结构。特别地，可以控制光束发生器发射至少一个光束脉冲。使用该光束脉冲，以足够的强度照射薄膜样本的至少一部分来贯穿整个厚度完全熔化这部分样本。这样的光束脉冲可以具有预定的形状。允许再固化这部分薄膜样本，且再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成。当再固化时，第一个区域包括大晶粒，而第二个区域具有通过成核作用形成的区域。第一个区域包围第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构。配置第二个区域以便在其上提供薄膜晶体管(TFT)的活跃区域。
在本发明的另一个例子实施例中，第一个区域具有第一条边界和第二条边界，第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并与其平行。同样，第二个区域具有第三条边界和第四条边界，第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并与其平行。第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边之间的距离。第二个区域最好对应于至少一个象素。另外，第二个区域可以具有截面，在其上提供TFT的所有部分。第一个区域的部分也可能在上面包含TFT的小部分。可以提供第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得在第一个区域中对TFT的性能没有影响或其可忽略。
根据本发明的又一个实施例，可以平移薄膜样本达预定距离。用另一个光束脉冲，可以照射薄膜样本的另一部分。在距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。允许再固化薄膜的这另一部分，再固化的部分由第三个区域和第四个区域构成。另外，第三个区域可以包围第四个区域，且第三个区域的至少一部分至少部分地与第一个区域的至少一部分重叠。进一步来说，当对其进行了再固化之后，第三个区域具有横向生长的晶粒，而第四个区域具有成核的区域。第四个区域也可以由第二个区域的边缘提供的边缘构成。进一步来说，第四个区域可以由与第二个区域的边缘近似邻的边缘接构成，且第四个区域的边缘不一定延伸到第一个区域中的任何部分。光束脉冲可以具有本质上和其他光束脉冲注量相同(或不同)的注量。
在本发明的又一个实施例中，可以平移薄膜样本达预定距离。然后，可以使用光束脉冲照射薄膜的另一部分。在距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。薄膜可以是预置模式的硅薄膜样本或连续的硅薄膜样本。另外，可以平移薄膜样本达预定距离，且可以使用至少一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分。最好在距此部分本质上达对应于预定距离的地方提供这另一部分。另外，可以将薄膜样本移到要照射的薄膜样本另一部分的第一个相对预先计算的位置。在这样的移动之后，可以在其距离不同于预定距离的第二个相对预先计算的位置提供薄膜样本。
根据本发明的又一个实施例，可以再次平移薄膜样本达预定距离。然后，可以停止平移薄膜样本，且允许薄膜样本的振动平静下来。此后，使用至少一个光束脉冲照射薄膜的另一部分，距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。然后，用另一个光束脉冲照射此部分薄膜样本，并允许再固化。此光束脉冲的注量不同于另一个光束脉冲的注量(如，低于该光束脉冲的注量)。
根据本发明的又一个实施例，确定第一个区域的位置，避免将TFT的活跃区域放置在其上。光束脉冲最好包括多个子束(beamlet)，且由子束来照射第一个和第二个区域。半导体薄膜样本可以是硅薄膜样本，并可能由硅、锗和其合金组成。半导体薄膜的厚度约在100到10,000之间。可以掩模光束脉冲的位置来产生至少一个掩模的光束脉冲，使得用掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的部分。在第一个区域中提供的大晶粒可以是横向生长的晶粒，而第一个区域中横向生长的晶粒可以是等轴晶粒。
根据本发明的又一个实施例，提供具有第一个区域和第二个区域的半导体薄膜样本。较佳地，在第一个区域中具有大晶粒。第二个区域由第一个区域包围并包括通过成核半导体薄膜中第二个区域所处区域的至少一部分形成的区域。第一个区域中的晶粒结构与第二个区域中的晶粒结构不同。较佳地将第二个区域配置为在其上提供薄膜晶体管(TFT)的活跃区域。
附图包括在此并构成本发明的一部分，在其中展示了本发明的较佳实施例并用它们来说明本发明的原理。
图1A是本发明照射系统的实施例的示意框图，该系统照射半导体薄膜样本的特定区域，使得它们成核并固化，从而产生均匀的小晶粒区域；图1B是放大的包括半导体薄膜的样本的截面侧视图；图2是本发明的样本的第一个例子实施例的顶视分解图，在概念上划分该样本，且该样本具有在其上使用图1A的例子系统对半导体薄膜的整个表面区域执行本发明的处理的半导体薄膜；图3是本发明的掩模的第一个例子实施例的顶视图，该掩模具有包围一个开口或透明区域的光束阻挡区域，且图1A的例子系统可以使用它来掩模激光束源产生的光束脉冲，使之成为图案化的光束脉冲，使得这样经掩模的光束脉冲照射半导体薄膜上的特定区域；图4A-4D展示在本发明的处理的例子实施例中的各个顺序阶段，对样本的第一个例子概念栏中的样本上提供的半导体薄膜的特定部分，先经图3的掩模进行掩模辐射光束脉冲照射，然后再固化和结晶；图4E-4F展示在本发明的处理的例子实施例中的各个顺序阶段，对样本的第二个例子概念栏中的样本上提供的半导体薄膜的特定部分，先经图3的掩模进行掩模辐射光束脉冲照射，然后再固化和结晶；图5A是本发明的掩模的第二个例子实施例顶视图，该掩模具有包围多个小开口或透明区域或缝隙的光束阻挡区域，且图1A的例子系统可以使用它来掩模光束源产生的光束脉冲，使之成为为图案化的子束，使得这样经掩模的子束脉冲照射半导体薄膜上的特定区域；图5B是图5A中所述的掩模的第二个实施例中的子束的放大视图；图6A-6D展示在本发明的处理的例子实施例中的第一个例子实施例的各个顺序阶段，对样本的第一个例子概念栏中的样本上提供的半导体薄膜的特定部分，经图5的掩模进行掩模的辐射光束脉冲强度模式照射，然后再固化和结晶；图7为示意图，展示在样本上提供的半导体薄膜，及用具有由掩模图案化的截面的光束脉冲来照射这样的薄膜，该掩模具有包围一个狭长的开口或透明区域的光束阻挡区域，且可以用于图1A的例子系统；图8A为示意图，展示对应于图4D和6D中的区域的两个特定的经照射、再固化和结晶的区域，其中整个TFT设备位于通过成核作用形成的均匀的小晶粒区域中；图8B为示意图，展示对应于图4D和6D中的区域的两个特定的经照射、再固化和结晶的区域，其中仅TFT设备的活跃区域的整个截面位于通过成核作用形成的均匀的小晶粒区域中，而其他区域位于结晶区域之间的边界区域上；图9为流程图，展示本发明的例子处理流程，该流程由图1A的计算装置使用本发明在图4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制；及图10为流程图，展示本发明的另一个例子处理流程，该流程由图1A的计算装置使用本发明在图4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制，其中基于半导体薄膜相对于光束照射的位置触发图1A的光束源。
具体实施例方式
应理解，本发明的各种系统都可以用来产生、成核、固化和结晶半导体(如，硅)薄膜上的一个或多个区域，所述半导体薄膜中具有均匀的材料使得可以在这样的区域中放置至少一个薄膜晶体管(TFT)的活跃区域。下面更详细地描述实现这样区域的系统和处理的例子实施例，以及处理得到的结晶的半导体薄膜。然而，应理解，本发明不在任何方面限制于在此所述的系统、处理和半导体薄膜的例子实施例。
在编号为09/526,285的美国专利申请(称为’585申请)中描述了提供连续移动的SLS的特定系统，将其内容完整包括在此作为参考。可以使用本质上和本发明的例子实施例类似的系统在上述半导体薄膜上产生成核、固化和结晶的部分，TFT设备的活跃区域可以位于所述半导体薄膜上。特别地，在样本170上使用本发明的系统，该样本具有非晶硅薄膜，用辐射光束脉冲照射该薄膜来促进对半导体薄膜的特定区域进行的成核作用、接下来的固化和结晶。示例系统包括发射照射光束(如，激光束)的光束源110(如，Lambda Physik型号LPX-315I XeCl脉冲准分子激光器)、修改激光束能量密度的可控光束能量密度调制器120、MicroLas双板可变衰减器130、光束转向镜140、143、147、160和162，光束扩展和准直透镜141和142、光束均化器144、聚光透镜145、场镜148、可以安装在位移平台(未示出)中的投影掩模150、4x-6x的接目镜161、可控快门152、用于将辐射光束脉冲164聚焦到包括要处理的半导体薄膜并安装在样本位移平台180上的样本170上的多元件物镜163、支撑在振动隔离和自流平系统191、192、193和194上的方箱光具座190，及与其连接来控制光束源110、光束能量密度调制器120、可变衰减器130、快门152和样本位移平台180的计算装置100(如，执行本发明的程序的通用计算机或专用计算机)。
样本位移平台180较佳地由计算装置100控制来实现样本170在平面的X-Y方向，及Z方向上平移。以此方式，计算装置100控制样本40和照射光束脉冲164的相对位置。照射光束脉冲164的重复和能量密度也由计算机100控制。熟悉技术的人应理解，不仅是光束源110(如，脉冲准分子激光器)，照射光束脉冲可以由适合于以下面所述的方式贯穿其整个厚度完全地熔化样本170的半导体(如，硅)薄膜中选择的区域的其他已知的短能量脉冲源产生。这样的已知源可以是脉冲固态激光器、斩光连续波激光器、脉冲电子束和脉冲离子束等等。由光束源110产生通常辐射光束脉冲提供从10mJ/cm2到1J/cm2范围的光束密度，从10到103毫微秒范围的脉冲持续时间(FWHM)，和从10Hz到104Hz范围的脉冲重复频率。
虽然计算装置100如图1A所示的系统的例子实施例中那样，通过样本平台180控制样本170的平移，以便对样本170的半导体薄膜执行本发明的处理，也可以调整计算装置100，使其可以控制安装在适当的掩模/激光束位移平台(为说明简单起见，未在此示出)中的掩模150和/或光束源110，沿着控制下的光束路径相对于样本170的半导体薄膜平移它们来切换照射光束脉冲164强度模式。切换照射光束脉冲的强度模式的另一种可能的方法是让计算机100控制光束转向反射镜。图1的例子系统可以用于以下面进一步详细描述的方式执行对样本170的硅薄膜的处理。本发明的例子系统可以使用掩模150来明确定义所产生的经掩模的光束脉冲164的轮廓，并在这些部分由这样经掩模的光束脉冲164照射然后结晶时，减少半导体薄膜此部分中的边缘区域。
如图1B所示，样本170的半导体薄膜175可以直接位于玻璃基片172上，并可以在其中提供一个或多个中间层177。半导体薄膜175可以具有100到10,000(1μm)之间的厚度，只要至少可以贯穿其整个厚度完全熔化其中的特定所需区域。根据本发明的例子实施例，半导体薄膜17可以由硅、锗、锗化硅(SiGe组成，较佳地，它们包含低水平的杂质。也可以对半导体薄膜175使用其他元素或半导体材料。中间层177直接位于半导体薄膜175的下面，它可以由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和/或氧化物、氮化物或适合用于促进样本170的半导体薄膜175的指定区域内的成核作用和小晶粒生长的其他材料的混合物组成。玻璃基片172的温度可以在室温到800℃之间。可以通过预热基片172使玻璃基片172具有较高的温度，由于玻璃基片172紧贴着薄膜175，这可以有效地支持更大的晶粒在样本170的半导体薄膜175的成核、再固化然后结晶的区域中生长。
图2展示样本170的半导体薄膜175(如，非晶硅薄膜)的例子实施例的放大视图，及光束脉冲164相对于样本170上的位置的相对平移路径。此例子样本170具有Y方向40cm乘X方向30cm的维度。可以将样本170在概念上划分为一定数量的栏(如，第一个概念栏205、第二个概念栏206、第三个概念栏207等等)。可以将每个概念栏的位置/大小存储在计算装置100的存储设备中，并由计算装置100随后用于控制样本170的平移，和/或控制光束源110在半导体薄膜175的这些位置或基于存储的位置的其他位置发射光束。栏205、206、207等等中的每一个的维度可以为例如Y方向1/2cm乘X方向30cm。因此，如果样本170的大小在Y方向为40cm，则可以将样本150在概念上划分为八十(80)个这样的栏。也可以将样本170在概念上划分为具有其他维度的栏(如，1cm乘30cm的栏，2cm乘30cm的栏，2cm乘30cm的栏，等等)。实际上，对样本170的概念栏的维度绝对没有限制，只要光束脉冲164能够照射并完全熔化半导体薄膜175在这些栏中的特定区域，使得在这样的区域内促进成核作用、固化和小晶粒生长，以便在薄膜样本175上形成均匀的区域，从而至少允许将TFT设备的活跃区域完全放置在其中，而不用担心其中的不均匀性。每个栏的位置/维度及其位置都存储在计算装置100的存储设备中，并由这样的计算装置100用于控制位移平台180相对于光束脉冲164的平移和/或控制光束源110发射光束111。
可以用根据本发明的第一个例子实施例的掩模150(如图3所示)图案化的光束脉冲164照射半导体薄膜175。确定第一个例子掩模150的大小使得它的截面区域大于光束脉冲164的截面区域。以此方式，掩模150可以图案化脉冲光束，使之具有由掩模150的开口或透明区域控制的形状和轮廓。在这个例子实施例中，掩模150包括光束阻挡部分155和开口或透明部分157。光束阻挡部分155防止那些照射这样的部分155的脉冲光束区域从此通过，因此防止其进一步进入图1A所示的本发明的例子系统的光学系统来照射样本170上提供的半导体薄膜175中对应的区域。相反，开口或透明部分157允许其截面对应于部分157的这部分光束脉冲164进入本发明系统的光学系统，并照射半导体薄膜175中的对应区域。以此方式，掩模150能够图案化光束脉冲164，以便在预定的部分照射样本170的半导体薄膜175，如下面更详细地说明的那样。
现在参考如图4A-4F中所示对样本170的半导体薄膜175进行的照射说明本发明的处理的第一个例子实施例。在本发明的此例子处理中，图3中的例子掩模150确定光束111的形状，并在图2中展示对样本170的半导体薄膜175进行的例子照射和/或照射。例如，为了照射样本170的半导体薄膜175中选择的区域，可以通过移动掩模150或样本位移平台180来相对于光束脉冲164平移样本170。为了上述目的，激光束149的长和宽可以大于X方向1cm乘Y方向1/2cm(如，矩形)，使得可以用图3的掩模150来确定它的形状。然而，应理解脉冲激光束149不仅限于这样的形状和大小。实际上，当然，如熟悉技术的人所知的那样，可以实现激光束149的其他形状和/或大小(如，正方形、三角形、圆形等等形状)。
将样本170在概念上划分为栏205、206、207等等之后，激活脉冲激光束111(通过使用计算装置100驱动光束源110或打开快门130)，并产生照射在远离半导体薄膜175的第一个位置220的脉冲激光子束164。然后，在计算装置100控制下平移样本170并在向前的X方向加速来达到相对于第一条光束路径225中的固定位置的子束的预定速度。
在本发明的处理的一个例子变体中，脉冲子束164较佳地在样本170相对于脉冲激光束149的移动速度达到预定速度时达到样170的第一条边缘210’。然后，以预定速度在X方向连续地(即，不停止)平移样本170，使得脉冲子束164在第二条光束路径230的整个长度上继续照射样本170接下来的部分。
在越过第一条边缘210’之后，光束脉冲164照射和照射半导体薄膜175的第一个区域310，较佳地用足够强度进行照射，以便贯穿其厚度完全熔化这样的区域，如图4A所示。然后，如图4B所示，允许第一个区域310固化和结晶，从而在其中形成两个区域-第一个小晶粒区域315和第一个横向生长区域318。第一个小晶粒区域315在第一个区域310的大部分中的成核作用之后形成。区域315的维度稍微小于照射第一个区域310的光束脉冲164的维度，使得第一个小晶粒区域315由第一个横向生长区域318(下面对其细节进行说明)包围。
通过从半导体薄膜175未熔化的部分和第一个熔化的区域310之间的边界横向地生长晶粒形成第一个横向生长区域318。第一个横向生长的区域318中的晶粒从这些边界朝向第一个熔化的区域的中心生长到预定距离，来达到第一个小晶粒区域315并形成它们之间的边界。此预定距离由再固化第一个熔化的区域310的速率控制。例如，此预定距离可以在1μm至5μm之间。因此，第一个横向生长的区域318明显小于它所包围的第一个小晶粒区域315。通常，区域315的晶粒比区域318的晶粒小。然而，第一个小晶粒区域315中的小晶粒材料能够提供良好的均匀性，以便将TFT设备(至少它的活跃区域)放置在这样的均匀的小晶粒区域中。为了本发明的目的，不希望将TFT设备活跃区域放置在这样的小晶粒区域上。
此后，如图4C所示，继续平移样本170(或调整掩模150)，使得光束脉冲164照射并完全熔化(贯穿其厚度)半导体薄膜175的第二个区域320。这第二个区域320可以是接下来在第一个概念栏205中沿着+X方向紧随第一个区域320的区域。类似于第一个区域310，第二个区域320再固化并结晶为第二个小晶粒区域325和第二个横向生长的区域328，它们各自对应于第一个小晶粒区域315和第一个横向生长的区域318的特性和维度。如果，在照射第二个区域320期间，光束脉冲164稍微和第一个横向生长的区域318重叠，则当再固化时，此区域318中的晶粒提供籽晶并横向生长已经熔化的第二个区域320紧接着第一个横向生长的区域318的部分。以此方式，第二个横向生长的区域328的相邻部分由第一个横向生长的区域318提供籽晶，以便从其中横向生长晶粒。所产生的结晶的第二个区域320在图4D中展示。在距结晶的第一个区域310的一定距离处提供第二个区域320也在本发明的范围之内。因此，第二个横向生长的区域328中位置接近结晶的第一个横向生长的区域318的部分由第一个区域310和第二个区域之间未受照射的部分中的晶粒提供籽晶。
继续平移和照射半导体薄膜175的第一个概念栏205，直到继续处理这第一个概念栏205中所有区域310、320、...、380、390(和它们各自的小晶粒区域315、325、...、385、395及横向生长的区域318、328、...、338、398)最后脉冲子束164达到样本170的第二条边缘210”时，如图4E所示。以本质上重复的方式沿着第一个概念栏205对区域310、320、380、390进行结晶。当光束脉冲164越过第二条边缘210”时，样本170的平移可以相对于光束脉冲164(在第三条光束路径235中)减速，来达到第二个位置240(图2)。应注意，在光束脉冲164已越过样本170的第二条边缘210”之后，不需要关闭脉冲光束111，因为它不再照射样本170。
虽然远离样本170和第二条边缘210”，样本在-Y方向通过第四条光束路径245平移到第三个位置247，从而能够沿着第二个概念栏206照射半导体薄膜175的部分。然后，允许样本170在位置247平静下来，以便使得在平移样本170到第三个位置247时样本170可能发生的任何振动停止。实际上，为了使样本170到达第二个概念栏206，对于具有1/2cm的宽度(在-Y方向)的栏，近似平移1/2cm。然后通过第四条光束路径250将样本170在-X方向加速到预定速度，使得光束脉冲164对半导体薄膜175的照射达到并越过第二条边缘210”。
此后，沿着第五条光束路径255平移样本170，然后可以对第二个概念栏206重复上面对于照射第一个栏205所述的例子处理，以便在+X方向平移样本时照射其他区域410、420，及它们相应的小晶粒区域415、425和横向生长的区域418、428。以此方式，可以正确地照射样本70的所有概念栏。再次，当光束脉冲164到达第一条边缘210’时，样本170的平移沿着第六条光束路径260减速，并达到第四个位置265。在该位置，沿着第七条光束路径270在-Y方向平移样本170，使得光束脉冲越过样本170的周线达到第五个位置272，且允许停止平移样本170，以便去除样本170中的任何振动。此后，样本170沿着第八条光束路径275在-X方向加速，使得光束脉冲164达到并越过样本170的第一条边缘210’，且光束脉冲164照射并完全熔化第三个概念栏207中的特定区域，使得它们能够以本质上与如上对第一个概念栏205的区域310、320、...、380、390和第二个概念栏206的区域410、420、...所述相同的方式结晶。
可以对半导体薄膜175的所有概念栏、对薄膜175特定部分中选择的栏重复此流程，薄膜175不一定在概念上划分为栏。另外，计算装置100可以基于存储在计算装置100的存储设备中的预定位置(如，而不是通过设置预定的脉冲持续时间来照射半导体薄膜175)控制光束源110发射光束111。例如，计算装置100可以控制光束源110产生光束111并仅用与其对应的光束脉冲164照射薄膜175的特定区域中的预定位置，使得这些位置由计算装置100存储并使用来触发光束111的发射，这导致光束脉冲仅在样本170平移到直接位于光束脉冲164的路径中的那些区域中时进行照射。计算装置100可以基于该位置在X方向上的坐标使光束源110进行发射。
另外，当光束脉冲164的照射路径指向半导体薄膜175上要熔化和结晶的区域时，不一定以连续的方式平移样本170。因此，样本170的平移可以停止在样本170中间，并照射、完全熔化，然后再固化和结晶该中间区域。此后，可以移动样本170，将半导体薄膜175的另一部分安排在光束脉冲164的路径中，然后使样本的平移再次停止，并根据上面已详细描述的处理的例子实施例以及下面将描述的处理的实施例照射并完全熔化该特定位置。
根据本发明，在此所述和所示的任何掩模及那些在’535申请中描述和展示掩模都可以用于本发明的处理和系统。例如，可以使用图5A中展示的掩模的第二个例子实施例150’，而不是使用图3中所示的允许广泛照射半导体薄膜175的掩模。和图3中具有单个开口或透明区域157的掩模150相比，掩模150’具有通过光束阻挡区域455相互分离的多个开口或透明区域450。掩模150’的开口或透明区域450也可以称为“缝隙”。这些缝隙允许小光束脉冲(或子束)通过它们照射并完全熔化它们所照射的半导体薄膜175的区域。在图5B中提供一个缝隙450的放大的视图，如所示缝隙450的维度可以为0.5μm乘0.5μm。应清楚地看到，在本发明的范围内，缝隙可以有其他维度。例如，缝隙可以为矩形、圆形、三角形、人字形、钻石形等等。
图6A-6D展示本发明的处理的第二个实施例的例子过程，其中光束脉冲164(由子束组成)沿着半导体薄膜175的第一个概念栏205照射多个连续区域，光束脉冲164的形状由图5A中的掩模150’确定。样本170相对于光束脉冲164照射区域的平移本质上和前面参考图4A-4F所述的平移相同。光束脉冲164对区域310、320、...、380、390、410、420的照射(其形状由图3的掩模150确定)和光束脉冲164对区域460、470的照射(其形状由掩模150’确定)之间的区别在于前者照射和完全熔化整个区域310、320、...380、390、410、420，而后者仅照射和贯穿它们的整个厚度完全熔化区域460、470中特定的小部分462。
类似于图4A中的区域310，如图6A所示，照射和完全熔化区域460的部分462。此后，如图4B所示，再固化部分462来形成小晶粒区域464(由成核作用造成)和横向生长的区域468。类似于第一个小晶粒区域315，相应的部分462的小晶粒区域465在其中具有均匀的小晶粒材料，且确定其大小使得可以在每个这样的区域465中内放置TFT设备的至少一个活跃区域(可能是整个TFT设备)。区域465的均匀的小晶粒材料通过对此区域进行的成核作用和再固化形成。如图6C所示，在沿-X方向平移样本170时，以处理部分462本质上相同的方式照射和完全熔化区域470的部分472。以这样的方式，形成区域470的小晶粒区域475和横向生长的区域478。
另外，可以使用如图7所示的本发明的掩模的第三个实施例150”，它具有狭长的开口或透明区域490，以便图案化光束149并确定其形状，使之成为光束脉冲164。例如，区域490可以长0.5cm，宽0.1mm。以此方式，可以用其形状由此掩模150”确定的光束脉冲164照射图2所示的样本170的每个概念栏。另外，区域490的长可以为30cm。这样，可以通过在-Y方向从样本170的一边平移样本170到另一边，照射和完全熔化半导体薄膜175选择的部分，而不是将半导体薄膜175划分为一定数量的概念栏并单独照射每个栏。重要的是可以使用这样的处理方法形成均匀的小晶粒区域，以使得可以在其上放置相应的TFT设备的活跃区域。
图8A展示可能对应于图4D中的第一个和第二个区域310、320的第一个和第二个经照射、再固化和结晶的区域510和520，和/或图6D中的区域460的相邻部分462。特别地，图8A展示整个TFT设备610、620，可以将它们放置在区域510、520中相应的均匀的小晶粒区域515、525内。第一个TFT设备610位于区域510的小晶粒区域515中，它包括栅极612、漏极614、源极616，及活跃区域618，所有这些都在远离横向生长的区域518的地方提供。类似地，对第二个TFT设备610，其栅极622、漏极624、源极626，特别是活跃区域628，也位于其中，它们并不与区域520中相应的横向生长的区域528重叠。
图8B展示也可能对应于图6D中的区域460的相邻部分462的第一个和第二个经照射、再固化和结晶的区域510和520，在它们上面提供相应的TFT设备610’、620’。在此例子实施例中，只在区域510、520的相应的均匀的小晶粒区域515、525中提供区域510、520的相应的活跃区域618’、628’，而TFT设备610’、620’的其他部分位于区域510、520中相应的横向生长的区域518、528之上。特别地，第一个TFT设备610’包括活跃区域618’，该活跃区域整个位于区域510的小晶粒区域515中，而此TFT设备610’的栅极612’、漏极614’和源极616’与横向生长的区域518重叠。同样，对第二个TFT设备610’，其活跃区域628’整个位于区域520的相应的小晶粒区域525中，而在区域520的相应的横向生长的区域520上直接提供第二个TFT设备620’的栅极622’、漏极624’和源极626’。同样，在区域510的小晶粒区域515和区域520的小晶粒区域525之间的边界区域500上提供栅极622’。应理解，源极612、612’、622、622’、漏极614、614’、624、624’和源极616、616’、626、626’中的任何一个都可以在横向生长的区域518、528和边界区域500上提供。另外，根据本发明的另一个实施例，可以将相应的TFT设备610’、620’的小部分活跃区域618’、628’放置在边界区域500或横向生长的区域518、528上，同时在小晶粒区域515、525内提供这些活跃区域618’、628’中的大部分。
图9为流程图，展示至少部分在本发明的图1A的计算装置使用本发明的图4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第一个例子处理流程。在步骤1000，首先初始化图1A的系统的硬件组件，如光束源110、能量光束调制器120、光束衰减器和快门130，这至少部分由计算装置100进行。在步骤1005，将样本170装载到样本位移平台180上。应注意，这样的装载可以手动执行或使用现有的样本装载装置在计算装置100控制下自动执行。接下来，在步骤1010，较佳地在计算装置100控制下，将样本位移平台180移动到初始位置。在步骤1015，如果需要的话，手动或在计算装置100控制下调整和/或对齐系统的各种其他光学组件以便正确聚集和对齐。在步骤1020，将照射/激光束111稳定在预定的脉冲能量水平、脉冲持续时间和重复速率。在步骤1024，较佳地确定每个光束脉冲164是否具有足够的能量来完全熔化半导体薄膜175中照射的部分而不会过度熔化它们。如果不是这样，则在步骤1025由光束源110在计算装置100的控制下调整光束111的衰减，并再次执行步骤1024来确定是否有足够的能量来熔化半导体薄膜中的部分。
在步骤1027，定位样本170，使光束脉冲164照射半导体薄膜的第一个栏。然后，在步骤1030，使用经掩模的强度图案或具有形状的光束脉冲(如，使用掩模150或确定光束的形状)照射并贯穿其整个厚度完全熔化这部分半导体薄膜。此后，允许半导体薄膜经照射的部分固化和结晶，使得固化的部分的特定区域已成核并在其中包括了均匀的物质，以便至少将TFT设备的活跃部分整个放置在其中。在步骤1035，确定光束脉冲对当前概念栏的照射是否已完成。如果否，则在步骤1045，继续用下一个光束脉冲164照射样本。然而，如果在步骤1035，确定了对当前概念栏的照射和结晶已完成，则在步骤1045确定是否有样本170的其他概念栏要处理。如果有，则处理进入步骤1050，其中平移样本170，使得光束脉冲164指向要根据本发明进行处理的下一个概念栏。否则，在步骤1055，对样本170的例子处理已完成，可以关闭图1A所示系统的硬件组件和光束111，然后处理终止。
图10为流程图，展示至少部分地在图1A的计算装置使用本发明的图4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第二个例子处理流程，其中较佳地基于半导体薄膜175上的预定位置照射样本170。此例子流程中的步骤1100-1120本质上和图9的流程中的步骤1000-1020相同，并因此不在此做进一步描述。然而，在步骤1024确定每个光束111是否具有足够的能量来照射半导体薄膜175的至少部分，使得经照射的部分结晶。如果否，则在步骤1125，调整光束脉冲的衰减，然后再次校验能量注量。在校验光束脉冲的能量注量之后，移动样本来照射样本170的第一个栏。
然后，在步骤1130，让结果光束149通过掩模159来确定该光束脉冲的形状，并确定结果脉冲的边缘部分的形状。然后，在步骤1135，沿着当前栏连续地平移样本170。在步骤1140，在平移样本170期间，照射并贯穿其整个厚度完全熔化半导体薄膜175的部分，如，使用经掩模的强度图案光束脉冲使得经照射的部分结晶。对半导体薄膜175的部分进行的照射可以在光束脉冲164达到样本170上的特定位置执行，这样的位置由计算装置100预先确定并存储在其存储设备中。因此，光束源110可以在样本相对于光束脉冲164到达这些位置时进行发射。其后，允许半导体薄膜175中经照射的部分固化和结晶，使得固化的部分中的特定区域已成核，并在其中包括了均匀的材料，以便允许将TFT设备的活跃区域放置在其上。继续这样的处理，直到达到半导体薄膜175上当前概念栏的末端(如样本170的边缘)。在步骤1145，确定是否有样本170的其他概念栏要处理。如果有，则处理进入步骤1150，在其中平移样本，使得光束脉冲164指向下一个要根据本发明进行处理的概念栏。否则，执行步骤1155，它本质上与图9的步骤1055相同。
上述说明仅展示本发明的原理。对熟悉技术的人来说，阅读上文之后明显可以对上述实施例做出各种修改和更改。例如，虽然上述实施例是关于半导体薄膜的至少部分横向固化和结晶进行说明的，可以将其应用到其他材料处理方法，如，微电机、光烧蚀和显微结构方法，包括那些在编号为PCT/US01/12799的国际专利申请和编号为09/390,535、09/390,537和09/526,585的美国专利申请中描述的方法，将它们的内容完整包括在此作为参考。也可以将上述参考专利申请中描述的各种掩模图案和强度光束图案用于本发明的处理和系统。亦应理解，虽然上述系统和处理用于处理例如半导体薄膜，这些方法和系统也可以用于处理其他薄膜，包括金属薄膜，等等。
因此应理解，熟悉技术的人能够设计大量系统和方法，它们虽然没有在此明确展示或描述，但它们实现本发明的原理，并因此它们也包括在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种处理薄膜样本的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲；(b)用所述至少一个光束脉冲，以足够的强度照射所述薄膜样本的至少一部分来贯穿其厚度完全熔化样本的所述至少一部分；及(c)允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，其中，进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域，其中所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构，且将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(d)平移所述薄膜样本达预定距离；(e)用另一个光束脉冲，照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分；及(f)允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第三个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(g)平移所述薄膜样本达预定距离；及(h)使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，且提供所述步骤(d)和(e)来控制所述第一个区域的宽度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(i)平移所述薄膜样本达预定距离；(j)使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分；及(k)对薄膜样本的其他部分重复步骤(i)和(j)，且在完成重复的步骤(j)之后不停止薄膜样本的平移。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤(i)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在步骤(k)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(l)平移所述薄膜样本达预定距离；(m)停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(n)在步骤(m)之后，使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(o)在步骤(c)之后，用另一个光束脉冲照射薄膜样本的所述至少一部分；及(p)在步骤(o)之后，允许薄膜样本的所述至少一部分再固化。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(a)在步骤(c)之后，确定所述第一个区域的位置，以避免将所述电子设备的活跃区域放置在其上。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。
25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(r)在步骤(b)之前，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在步骤(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。
28.一种处理薄膜样本的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲；(b)用所述至少一个光束脉冲，以足够的强度照射所述薄膜样本的至少一部分来贯穿其厚度完全熔化样本的所述至少一部分，所述至少一个光束脉冲具有预定形状；(c)允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，所述第一个区域包围所述第二个区域，且进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域；(d)平移所述薄膜样本达预定距离；及(e)用另一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，其中提供步骤(b)到(e)来控制所述第一个区域的宽度，且所述第二个区域具有允许在其上提供电子设备的活跃区域的截面。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。
32.如权利要求28所述的方法，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。
33.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(f)在步骤(e)之后，允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第三个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。
35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。
36.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。
37.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
38.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。
39.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。
40.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(g)对薄膜样本的其他部分重复步骤(d)和(e)，而不停止薄膜样本的平移。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在步骤(e)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。
42.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(h)在步骤(d)之后，停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(i)在步骤(h)之后，使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。
45.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。
46.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。
47.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。
48.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。
49.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(j)在步骤(b)之前，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在步骤(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。
50.如权利要求28所述的方法，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。
52.一种处理薄膜样本的系统，其特征在于，所述系统包括处理装置，所述处理装置配置为(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲，所述光束脉冲足以贯穿其厚度完全熔化所述薄膜样本的至少一部分；(b)控制位移平台，使得用所述至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的至少一部分，所述至少一个光束脉冲具有预定的截面，其中允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，其中，进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域，其中所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构，其中将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。
53.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。
54.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。
55.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。
56.如权利要求52所述的系统，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。
57.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(c)控制所述位移平台平移所述薄膜样本达预定距离；(d)控制所述激光束发生器用另一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，其中允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第三个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。
58.如权利要求57所述的系统，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。
59.如权利要求57所述的系统，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。
60.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。
61.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
62.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(e)控制所述位移平台平移所述薄膜样本达预定距离；及(f)控制所述激光束发生器使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，且所述处理装置照射所述至少一部分，并允许所述至少一部分再固化，以便控制所述第一个区域的宽度。
63.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。
64.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。
65.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(g)控制所述位移平台平移所述薄膜样本达预定距离；(h)控制所述激光束发生器使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分；及(i)对薄膜样本的其他部分重复处理(g)和(h)，且在完成重复的处理(i)之后不停止薄膜样本的平移。
66.如权利要求65所述的系统，其特征在于，所述处理装置执行处理(g)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在所述处理装置执行处理(i)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。
67.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(j)控制所述位移平台平移所述薄膜样本达预定距离，停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(k)在处理(j)之后，控制所述激光束发生器使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。
68.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(l)在处理(b)之后，控制所述激光束发生器用另一个光束脉冲照射薄膜样本的所述至少一部分；及(m)在处理(l)之后，允许薄膜样本的所述至少一部分再固化。
69.如权利要求58所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
70.如权利要求69所述的系统，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。
71.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。
72.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。
73.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。
74.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。
75.如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(l)在处理(b)期间，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在处理(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。
76.如权利要求52所述的系统，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。
77.如权利要求76所述的系统，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。
78.一种处理薄膜样本的系统，其特征在于，所述系统包括处理装置，所述处理装置配置为(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲，所述至少一个光束脉冲具有足够贯穿其厚度完全熔化薄膜样本的至少一部分的强度；(b)控制位移平台，使得用所述至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的至少一部分，所述至少一个光束脉冲具有预定的截面，其中允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，所述第一个区域包围所述第二个区域，且进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域；(c)控制所述位移平台平移所述薄膜样本达预定距离；及(d)控制所述激光束发生器用另一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，其中提供处理(b)到(d)来控制所述第一个区域的宽度，及所述第二个区域具配置为在其上提供电子设备的活跃区域。
79.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。
80.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。
81.如权利要求80所述的系统，其特征在于，对所述薄膜样本进行再固化后，在所述第二个区域中形成了成核区域。
82.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。
83.如权利要求78所述的系统，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。
84.如权利要求78所述的系统，其特征在于，允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第四个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。
85.如权利要求84所述的系统，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。
86.如权利要求84所述的系统，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。
87.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。
88.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
89.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。
90.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。
91.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(e)对薄膜样本的其他部分重复处理(c)和(d)，而不停止薄膜样本的平移。
92.如权利要求89所述的系统，其特征在于，所述处理(c)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在处理(d)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。
93.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(f)在处理(e)之后，控制所述位移平台停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(g)在处理(f)之后，控制所述激光束发生器使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。
94.如权利要求93所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。
95.如权利要求93所述的系统，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。
96.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。
97.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。
98.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。
99.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。
100.如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理装置进一步配置为(l)在处理(b)之前，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在处理(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。
101.如权利要求78所述的系统，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。
102.如权利要求101所述的系统，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。
103.一种薄膜样本，其特征在于，所述薄膜样本包括由至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的至少一部分，所述光束脉冲贯穿其厚度完全熔化所述样本的所述至少一部分；再固化所述薄膜样本的所述至少一部分，使之包括第一个区域和第二个区域；对所述至少一部分进行再固化后，所述第一个区域包括大晶粒，所述第二个区域包括通过成核作用形成的区域；所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构；及将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。
104.一种薄膜样本，其特征在于，所述薄膜样本包括具有大晶粒的第一个区域；及由所述第一个区域包围的第二个区域，它包括通过对第二个区域所处的所述薄膜的至少一部分进行成核作用形成的区域；所述第一个区域的晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构；及将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。
全文摘要
本发明提供用于处理薄膜样本(如半导体薄膜)的处理和系统以及薄膜结构。特别地，可以控制光束发生器发射至少一个光束脉冲。使用该光束脉冲，以足够的强度照射薄膜样本的至少一部分来贯穿整个厚度完全熔化这部分样本，且该光束脉冲具有预定的形状。允许再固化这部分薄膜样本，且再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成。当再固化时，第一个区域包括大晶粒，而第二个区域具有通过成核作用形成的区域。第一个区域包围第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构。配置第二个区域以便在其上提供电子设备的活跃区域。
文档编号C30B35/00GK1774791SQ03822407
公开日2006年5月17日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者J·S·艾姆 申请人:纽约市哥伦比亚大学托管会