TW200523988A - Method and system for providing a single-scan, continuous motion sequential lateral solidification for enabling a bi-directional grain growth, and a mask for facilitating such bi-directional grain growth - Google Patents

Method and system for providing a single-scan, continuous motion sequential lateral solidification for enabling a bi-directional grain growth, and a mask for facilitating such bi-directional grain growth Download PDF

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Description

200523988 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於處理薄膜半導體材料之方法、系 罩，且特別是關於一種由基材上非晶或多晶矽薄膜 用連續橫向固化技術單向掃瞄整個樣本或其至少一 促進該再固化融化樣本或其部分中之晶粒的雙向成 大型晶粒、晶形及晶粒邊界控制之半導體薄膜。 【先前技術】 在半導體處理之領域中，已有數種使用雷射將非 換為多晶石夕薄膜之嘗試。例如，J a m e s I m等人於1 Bulletin 39 (1 996)“整合主動矩陣液晶顯示器之結 膜（Crystalline Si Films for Integrated Active-Liquid-Crystal Displays)”中描述傳統準分子雷射 術。在此傳統系統中，一準分子雷射光束係經塑形 有長幾至3 0公分、寬5 0 0微米之伸長剖面的光束。 之光束步進式地照射非晶矽樣本（例如藉移動此樣 式），以幫助融化並藉再固化樣品的方式來完成晶形 邊緣控制之多晶石夕，這種技術稱為樣本融化部分之 向固 4匕（sequential lateral solidification; SLS)，用 較大晶粒邊界之成長以達到均勻性或其他類似特性 之前已有使用不同之SLS製程之數種技術製程 及樣本的描述來有效地處理樣本。例如國際專利 02/086954描述一種方法及系統以提供被光束脈衝 統及光 藉由使 部分以 長形成 晶矽轉 1 MRS 晶石夕i 彝 •Matrix 退火技 成一具 被塑形 本的方 與晶粒 連續橫 以幫助 〇 、光罩 公開號 照射之 200523988 樣本的單一掃瞄、連續移動連續橫向固化。在此公開案中， 其並不需要”微轉換（microtranslating)’’薄膜即可達成一樣 本上多晶矽薄膜半導體加速連續橫向固化及該半導體之連 續運動，且在樣本連續移動的同時再照射該預照射區域之 方向係與該薄膜起始照射方向相同。 本發明之一目的係經由限制此部分及或樣本之照射來 增加融化及再固化S L S處理樣本之晶粒尺寸及/或其部分 以得到所欲之晶粒長度。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一種以連續橫向固化^^^技 術來製造大型晶粒、晶形、晶粒邊界及位置控制之多晶矽 半導體薄膜之技術’並於再固化區域内以雙向成長晶粒之 加速方式產生此種薄膜。 上述及其他目的可以實施例所述之系統及方法達成，其 處理薄膜樣本之至少一部份。此部分具有一第一晶粒邊界 及一第二晶粒邊界。特別的是照射光束產生器以一預設重複 速度連續發射照射光束脈衝。每一照射光束脈衝都被光罩塑 形以定義出一或多個第一射束及一或多個第二射束。並且樣 本上之一或多個第一區域被照射光束脈衝之一第一射束連 續地照射以使第一區域之效徊芦疮〜人q , 匕Q之正個厗度完全地融化及再固化及 結晶以成長晶粒。其後薄膜樣本之一或多個第二區域被第二 射束照射以使整個厚度完全地融化。至少兩個第二一 地重疊融化及再固化第一區域之一特. 匕A之特殊區域，以使此特殊區 域部分 200523988 域中之晶粒藉由此再固化過程成長進入第二區域之每— 者。此外，該至少兩第二區域之至少一者係重疊於該特殊區 域内之一晶粒邊界。 【實施方式】 國際公開號〇2/〇86954(“954號公開案”）描述用以提供 單一掃瞄、連續移動連續橫向固化之特定方法及系統，其 全文係合併於此以作為參考。此9 5 4號公開案明白地描述 及示範這些方法及系統之細節，及其利用樣本之微轉換 (microtranslating)。其上有可被光束脈衝照射之非晶矽薄 膜，且相對於另外的部分不需要微轉換樣本及或光束以在 樣本被照射及再固化區域中得到想要之晶粒長度。類似於 9 5 4號公開案所揭示之系統，第1圖係說明依據本發明之 一系統範例實施例，用以執行非晶矽薄膜之連續移動連續 橫向固化。範例之系統包含一脈衝準分子雷射1 1 〇 (L a m b d a P h y s i k m o d e 1 L P X - 3 1 5 1)產生一照射光束（例如一雷射光 束）、一用以改變雷射光束能量密度之可控制光束能量密度 調變器120、一 MicroLas雙板可變衰減器130、一光束轉 向鏡（beam steering mirror) 140^ 143、147、160 及 162、 光束展開及準直透鏡141及142、一光束均勻器144、一聚 光鏡（condenser lens)145、一視野透鏡（fieid lens)148、_ 可被固定於光學移轉台（translating stage，未顯示）上之投 射光罩1 5 0、一四倍至6倍目鏡1 6 1、一可控制快門1 5 2、 一將照射光束脈衝1 6 4聚焦於樣本1 7 〇 (其上有待連續橫向 200523988 固化處理之 之多元投射 振及自動舉 光學桌190 電腦設置或 雷射源11 0 快門152及 此樣本彩 上達成樣本 4 0相對於照 制照射光束 應該解的是 可由其他已 所產生。這S 樣本170)做 身十（chopped 子束等。 在第1廣 動台之移動 之同時，此1 光束移動台 脈衝沿著所 另一種3 腦1 0 6控制 半導體薄膜52，固定於樣本移動台180上）上 鏡（multi-element projective lens)163、一由減 升系統191、192、193及194所支撐之花崗岩 、一電腦1 0 6 (例如一執行電腦設置程式之通用 是一特殊目的電腦設置），其耦合於脈衝準分子 、光束能量密度調變器120、可變衰減器130、 樣本移動台1 8 0。 [動台180可由，以於平面χ-γ方向及z方向 4 〇之移動。電腦1 0 6以此種方式控制此樣本 射光束脈衝1 6 4之相對位置。此電腦1 〇 6亦控 脈衝1 64之重複及能量密度。熟悉該項技藝者 除了脈衝式準分子雷射丨丨〇外，照射光束脈衝 知適用於融化半導體（或矽）之短能量脈衝光源 έ已知光源可為對照射光束路徑（由光源丨丨〇至 適當改良之脈衝固態雷射、經斬切之連續波雷 continuous wave laser)、脈衝電子束及脈衝離 1所不之系統實施例中，當電腦1 〇 6控制樣本移 以進行本發明之薄膜單掃瞄連續運動S IS過程 t腦106亦可用來控制固定於適當之光罩/雷射 之光罩及或準分子雷射的移動以移動照射光束 控制之光束路徑相對於矽薄膜之強度圖案。 「月b移動照射光束脈衝強度圖案之方式係使電 一光束轉向鏡。第i圖所示之系統可在樣本17〇 200523988 上執行矽薄膜之單掃瞄連續運動SIS過程，其更詳述於下。 一非晶矽薄膜樣本可藉由預設光量之複數個準分子雷 射脈衝處理成一單晶矽或非晶矽薄膜，其可控制地調變準 分子雷射脈衝之光量、調和雷射脈衝平面強度曲線、以射 束（beamlet)照射照射非晶矽薄膜樣本以融化被射束照射 之部分。控制相對於圖案照射連續地移動樣本1 7 〇。藉由 樣本相對於射束之連續移動順序及樣本在相對連續位置被 不同光蓋之光罩脈衝射束的照射，射束之輸出被可控制地 調變以處理樣本1 70上之非晶矽薄膜成為單晶矽或晶粒形 狀晶粒邊界位置控制多晶矽薄膜。本發明之系統、方法及 光罩的一優點係不需要樣本之微轉換（例如，954號專利所 述之微轉換），所以可以大幅地節省照射及促進樣本矽薄膜 上之連續橫向固化處理時間，並且同時使得晶粒成長於兩 個方向，例如兩相反方向。 第2圖顯示光罩150第一實施例之一放大圖，此光罩 150使通過之光束149成形以產生一撞擊樣本170之薄膜 的強度圖案。特別的是，光罩1 5 0之狹縫可是光束之個別 部分穿過，同時其他部分為不透明使光束1 4 9之部分無法 通過。此光罩1 50包含第一概念列200、第二概念列300 及第三組狹缝4 0 1。其中位於第一組狹縫2 0 1、2 1 1、2 2 1、 226、 231、 236' 246、 251、 256、 261、 266、 271 及 281 為於光罩1 5 0之第一概念列2 〇 〇上’第二組狹缝3 0 1、3 1 1、 321、 326、 331、 336、 341、 351、 356、 361、 366 及 381 位於第二概念列3 0 0上，第三組狹縫4 0 1位於第四概念列 200523988 4 0 0上等。每一俠縫之長度沿著正X方向可為3 1 5微米且 寬度可為5.5微米。藉由使光束脈衝通過光罩1 7 0，狹縫 之尺寸可與強度圖案之狹縫形狀射束相同於或是成比例。 狹縫之其他尺寸或是形狀及狹縫形狀射束是可以預想得到 的，例如點狀狹縫、山形（chevron-shaped)狹縫等，均在本 發明之專利範圍内。 在此實施例中，第一組狹缝之第二狹縫2 1 1係鄰接於第 一狹縫2 01 —偏移值（沿著正X方向）。第一狹縫2 0 1之一 中間縱向延伸部 2 02係位於第二狹縫 2 1 1之縱向水平線 213 ，其稍微低於第二狹縫2 1 1之上緣。 第三狹縫2 2 1及第四狹缝2 2 6係縱向地相互平行，並且 相互偏移1 · 2 5微米。沿著正X方向，第三狹缝2 2 1及第四 狹縫226與第二狹縫211之間有一水平偏移。第四狹縫226 之縱向延伸部2 2 8係位於第二狹缝2 1 1之中間縱向水平線 2 12上，其稍微低於第四狹縫226之上緣。第三狹縫221 之中間縱向延伸部2 2 2距離第四狹縫2 2 6之上緣約為4 · 0 微米。 第五狹縫2 3 1及第六狹縫2 3 6係縱向地相互平行，但是 其相互之距離大於第三狹縫221與第四狹縫 226間之距 離。特別的是，第五狹縫2 3 1之縱向延伸部2 3 1係沿著第 三狹縫2 2 1延伸部之下緣，且第六狹縫2 3 6之縱向延伸部 2 3 8係沿著第四狹縫2 2 6之上緣。如此，第五狹缝2 3 1之 下緣縱向地延伸（沿著Y方向）於縱向延伸部2 2 3與第三狹 縫2 21之中間縱向延伸部2 2 2之間。並且，第六狹縫2 3 6 200523988 之上緣縱向地延伸（沿著γ方向）於縱向延 姑么冬+丄 叫228與第四 狹縫 之中間縱向延伸部2 2 7之間。第七好 \姑蟢2仏 乐七狹鏠241及第 八狹、4 246間之相互距離係更大於第五狹縫 1 ^ ^ ± 1與苐六狹 、邊236間之相對位置，但是類似於第五 盘篦六姑 縫236之方式，因為他們被第三狹 以 … 第四狹縫226 所伴Ik °類似之位置描述適用於光罩 z ^ * 概念列之第 縫26 1 一組狹縫的第九狹縫251與第十狹縫256、第十一 與第十二狹鏠266及第十三狹縫271與第十四狹縫〜2=} 光罩第二概念列300之第二組狹縫及第三概念列4〇〇 與第四概念列500之狹縫係以實質上類似於上述第一概合 列2〇0之方式設置。因此’藉由本發明第3-U圖所示之範 例’以較少數之照射可於薄膜5 2上沿兩相反方向成長較長 之晶粒。 請參閱第3圖，樣本170係置於樣本移動台18〇之上， 此樣本移動台180係為電腦1〇〇所控制。此樣纟η。係經 放置以使固定位置塑形之照射光束脈衝164(其具有該光 罩150狹縫所定義之強度圖案）可撞擊一遠離樣本17〇之位 置。之後，樣|17〇係以貞丫方向移動，且在光罩照射光 束脈衝164到達及撞擊樣本17〇左緣之前得到動量達到— 預設速度。藉由控制樣本丨70移動於X及Y方向，電腦 1〇〇控制樣本170相對於光罩照射光束脈衝164之相對位 置。電腦1 00亦控制光罩照射光束脈衝丨64之每個脈衝的 脈衝週期、脈衝重複速度及能量。 第3圖顯示當樣本移動台丨8 〇、使樣本1 7 〇被光罩^ 〇 200523988 產生強度圖案之部分撞擊及照射時，樣本i 7〇由通過光罩 150狹縫之光束脈衝所產生之第一組強度圖案所初始撞擊 及照射之情況。特別的是，藉由此移動及照射，僅有強户 圖案（疋義為射束並被光罩150第一、第二概念列及第=概 念列之第一狹縫201、301及401等所塑形）撞擊照射及* 全融化樣本170第一概念列250、第二概念列35〇及第三 概念列4 5 0之對應部分6 0 1、7 0 1及801等之整個厚度。這 些對應部分601、701及801係位於樣本170之一邊緣，且 其彼此相對位置實質與第一狹缝20丨、3〇1及4〇1之位置及 形狀上類似或成比例。然後，對應部分6 0 1、7 0 1及8 〇 i 開始再固化，且這些對應部分邊緣之晶粒作為融化及再固 化部分601、701及801之來源並朝向再固化部分6〇1、7〇1 及8 0 1之中央成長。樣本丨7 〇融化部分晶粒成長之細節應 可為該等熟習此項技藝人士所理解且已詳述於‘945公開 案中。 如第4圖所示，先前照射部分6(H、701及801係再固 化及結晶化成為對應之多晶區域6 〇 2、7 0 2及8 0 2。之後， 電腦100於負γ方向上以樣本移動台18〇連續地移動樣本 1 70 。當樣本1 70相對於光束脈衝之撞擊移動到達時下一 個位置時，電腦100使下一個光束脈衝通過光罩17〇以提 供第二組強度圖案。在第二次照射中，由於樣本1 7〇相對 於光束脈衝之移動，光罩15〇第一概念列2〇〇上之第一組 狹縫的第一及第二狹縫201、211所塑形照射強度圖案/射 束會撞擊、照射及完全融化樣本170之第一概念列25〇的 10 200523988 對應部分6 1 1、6 1 6的整個厚度。在此同時，光罩 概念列3 0 0上之第二組狹縫的第一及第二狹縫 會扯擊、照射及完全融化樣本丨7 〇之第二概念列 應部分711、716的整個厚度。並且，光罩15〇第 400上之第二組狹縫的第一及第二狹縫4〇1、411 照射及完全融化樣本1 7 0之第三概念列4 5 0的 811、816的整個厚度。 如第4圖所示，對應部分6丨6、7丨6及8 ] 6部 稍微低於個別之再固化部分6 0 2、7 0 2及8 0 2。特 這些部分616、716及816再融化部分602、702 特定區域。特別的是，融化部分6 1 6、7 1 6及8 1 6 微高於對應於第一狹縫2 0 1、3 0 1及4 0 1之中間契 302及402之再固化部分602、702及802的中間 部。並且，被照射融化部分6 1 1、7 1 1及8 11沿著 再固化部分602、702及802之縱向相同之縱向：; 沿著X方向）延伸，並且與再固化部分602、702 X方向有一偏移值。例如融化部分6 11、7 1 1及8 : 左緣可鄰接或是與再固化部分602、702及802之；ί 然後，融化部分6 11、7 11及8 1 1開始再固化 之晶粒成長實質上與再固化部分601、701及801 化部分6 1 6、7 1 6及8 1 6亦開始再固化。邊緣之晶 融化部分611、711及811實質上相同之方式成书 因為融化部分6 1 6、7 1 6及8 1 6之上緣分別地再 150 第二 301 、 311 3 5 0的對 三概念列 會撞擊、 對應部分 分重疊且 別的是， 及802的 之上緣稍 L 伸 202、 縱向延伸 實質上與 7向（例如 及802在 1 1之每一 7緣重疊。 ，且其上 相同。融 粒亦以與 〔。然而， 固4匕部分 11 200523988 6 02、7 02及8 02之中間紙λ a η 7丄 固4匕部 作為融 固4匕部 化部分 Τ間縱向延伸部重疊，所以在再 分602、702及802中高於士叫， 门於中間縱向延伸部之晶粒會 化及再固化部分6 1 6 分 602、702 及 8 02 616 ' 716 及 816 ° 716及816之晶種。如此，再 中之晶粒成長會延伸進入再固 士第5 A圖所7^ ’之前被照射部分6 1 1、7 1 1及8 11再固 化及結晶成為對應之已處理多晶區域6〇3、7〇3及8〇3。並 且之前被照射部分6 1 1、7 1 1 。 刀6 1 1 7 1 1及8 1 1之再固化亦被再固化成 為對應之已處理多晶區域6〇2、7〇2及8 〇2。然後，當樣本 170相對於光束脈衝到達下-位置時，…〇。會：使得 下一個光束脈衝通過光I 170以提供第三組強度圖案。在 此下-個照射期間’由於樣纟17G相對於光束脈衝之位 置，光罩150第一概念列2〇〇上之第一組狹縫的第一狹縫 201、及第二狹縫211第三狹縫221及第四狹縫226所塑形 之照射強度圖案/射束會撞擊、照射及完全融化樣本丨7〇之 第一概念列25 0的對應部分621、622、623及624的整個 厚度。在此同時，光罩15〇第二概念列3〇〇上之第二組狹 縫的第一狹縫3 0 1、第二狹縫3 〇丨、第三狹縫3 2丨及第四狹 縫326會撞擊、照射及完全融化樣本170之第二概念列350 的對應部分721、722、723及724的整個厚度。類似可應 用於樣本1 7 0之個別概念列4 5 0。 第5 A圖係顯示個別之第一及第二部分6 2 1、6 2 2、7 2 1、 722、821及822相對於再固化部分603、703及803之位 12 200523988 置實質上與第一及第二部分611、616、711、716、821及 822相對於再固化部分603、703及803之位置相同，因此 不再進一步詳述。第三及第四部分623、624、723及724 中之每對以與狹縫221、226、321及326等間之距離實質 上相同（或是與其成比例）之方式分隔。融化之第三部分 623、723及823個別地與再固化部分602、702及802部 分重疊且稍微高於再固化部分602、702及802。並且，融 化之第四部分624、724.及824個別地與再固化部分602、 702及8 02部分重疊且稍微低於再固化部分602、702及 802。因此這些部分623、624、723、724、823及824再融 化部分602、702及802之特定區域。 特別的是，第三融化部分623、723及823之下緣稍微 低於再固化部分602、702及802之上緣。並且，第四融化 部分624、724及824之上緣稍微高於再固化部分602、702 及8 02之中間縱向延伸部（其對應於第二狹縫2 1 1、3 1 1等 之中間縱向延伸部202、302及402)。並且，部分623、624、 72 3、724、8 23及824之左緣可鄰接或是重疊於再固化部 分602、702及802之右緣。 然後’融化部分62 1 -622、721-722及82 1 -822開始再 固化且其上以實質上與部分611、616、711、716、811及 8 1 6相同之方式成長晶粒。並且，前述再固化部分602之 晶種作為第三部分623及第四部分624之晶粒的晶種。特 別的是’部分602之晶粒由其下緣長入第三部分623及由 13 200523988
上緣長入第四部分。融化部分624、716及816亦開始再固 化。的讀，因為部分624、724及824之上緣重疊於再固化 部分602、7 02及8 02之中間縱向延伸部，再固化部分6〇2、 7 02及8 02中高於中間延伸部之由上緣晶粒作為再固化部 分624、724及8 24之晶種並朝向再固化部分624、724及 824之中央成長。因此，來自第四部分624、724及824下 緣及上緣之晶粒（例如來自再固化部分6 0 2、7 0 2及8 0 2)。 朝向部分624、724及824之中央部分成長。並且，來自第 三部分6 2 3、7 2 3及8 2 3上緣及其下緣之晶粒（例如來自再 固化部分602、702及802)亦朝向第三部分623、723及823 個別之中央部分成長。如此第三部分623、723及823之晶 粒會分別延伸至再固化部分6 1 6、7 1 6及8 1 6。
第5 B圖係顯示樣本1 7 〇第二概念列3 5 〇 一部分區段由 融化部分7 2 1 - 7 2 4再固化之放大圖。特別的是，部分7 0 4 係由第一融化部分7 2 1再固化而成。前述融化部分7 0 3作 為第二融化部分7 2 2之晶種以使部分7 〇 3之晶粒向下（沿著 方向負Y方向）成長，同時來自第二融化部分722下緣之 晶粒向上成長並與來自固化部分7 〇 3向下成長之晶粒交 會’以便形成一晶粒邊界於其中，並且形成新的再固化部 分703及其他再固化部分7〇3，。並且，前述再固化部分702 之晶粒同時作為第三及第四融化部分723及724之晶種。 特別的是，前述再固化部分7 〇 2向上（沿著Y方向）成長進 入第三部分7 2 3，同時來自第三部分7 2 3上緣之晶粒向下 成長並與來自固化部分7 0 2向下成長之晶粒交會，以便形 14 200523988 成一晶粒邊界於其中。 Y方I、#八 。且，部分702之晶粒向下（沿著負 八724 τ ^ 化部分724，同時來自第四融化部 为724下緣之晶粒並 交會，以便“曰自固化部分702向下成長之晶粒 又曰 便形成一晶粒邊炅认甘丄 702 2曰^r # ^ 界於其中。如此，新再固化部分 702之日日粒雙向地延伸 建弟二及第四融化部分723及724 之中間£ ¥又。第二穷楚 士 一 第四融化部分723及724之其他半部 有不同之晶粒，因此分 刀⑴形成再固化部分7 0 5，及7 0 5，，。 然後，如第6Α圖所示，舍梯| 、 、 吾樣本17 0相對於光束脈衝之 才里擊到達下一個順序位 置日守，電腦1〇〇進一步使下一光克 脈衝通過光罩15〇以楹徂结 采 提仏第四組強度圖案。在此下一個昭 射期間因為樣太！ 7η & ^ ' 相對於光束脈衝撞擊之位置，強度圖 案被光罩150第一概念列2〇〇之第一組狹縫之第一、第二、 第 第四第五及第六狹缝201、211、221、226、231 及2 3 6所塑形、撞擊、照射並完全融化對應部分6 3丨_ 6 2 6 之整個厚度。同時，第二概念列3 〇〇之第二組狹縫之第一、 第一、第二、第四、第五及第六狹縫301、311、321、326、 3 3 1及3 3 6摱擊、照射並完，全融化樣本丨7 〇第二概念列3 5 〇 對應部分73 1 -726之整個厚度。類似方式適用於樣本17〇 之第三及第四概念列350。 第6A圖係顯示第一及第二部分631-634、731-734、 831-834相對於再固化部分603、703及803之位置實質上 係相同於第一及第二部分621-624、721-724、821-824相 對於再固 4 匕咅[5 分 603、603，、604、703、703，、704、 803、 8 03’及804之位置，因此此處不再予以詳述。每對第五及 15 200523988
第六部分63 5、636、73 5及73 6等係以實質上相同於狹縫 231、226、331及326等間之距離的方式（或是直接地成比 例於）相互地分離。第三融化部分6 3 3、7 3 3及8 3 3部分地 重疊且稍微高於個別之再固化部分603、703及803。第四 融化部分6 3 4、7 3 4及8 3 4部分地重疊且稍微低於個別之再 固化部分603、703及803。並且，第四融化部分634、734 及8 34完全覆蓋再固化部分703’。第五融化部分63 5、735 及83 5部分地重疊且稍微高於個別之再固化部分602、702 及802。並且，第五融化部分63 5、73 5及83 5完全覆蓋再 固化部分7 0 5，。第六融化部分6 3 6、7 3 6及8 3 6部分地重 疊且稍微低於個別之再固化部分6 0 2、7 0 2及8 0 2。因此， 這些部分623、624、723、724、823及824會再融化部分 602、702及802之特定區域。第六融化部分636、736及 836完全覆蓋再固化部分705’。
特別的是，第五融化部分6 3 5、7 3 5及8 3 5之下緣稍微 低於再固化部分 605-605，、705-705,及 805-805,間之邊 界。第六融化部分636、736及836之上緣稍微高於再固化 部分 605-605”、705-705，，及 805-805，，間之邊界。 第6 B圖係顯示樣本1 7 0第二概念列3 5 0特定區段由融 化部分7 3 1 - 7 3 6再固化之放大圖。特別的是，部分7 0 6由 第一融化部分731再固化而成。前述再固化部分704作為 第二融化部分7 3 2之晶種，使得部分7 0 4之晶粒向下成長 (沿著負Y方向）’同時來自第二部分732下緣之晶粒向上 成長與來自部分7 0 3向下成長之晶粒相會，藉以形成邊界 16 200523988 於其中，並且形成新的再固化區段 703’及另一固化區段 703。前述再固化部分703同時作為第三及第四部分733、 734之晶種，且其他部分703’、703”係參照上述部分705’、 705”所形成。並且，前述再固化部分702之晶粒更向上成 長（沿著Y方向）進入再固化第五部分7 3 5，同時來自再固 化第五部分 7 3 5上緣之晶粒向下成長與來自再固化部分 7 0 2向上成長之晶粒相遇以形成晶粒邊界於其中。並且部 分7 02之晶粒再固化部分702之晶粒更向上成長（沿著負Y 方向）進入再固化第六部分7 3 6，同時來自再固化第六.部分 73 6上緣之晶粒向下成長與來自再固化部分702向下成長 之晶粒相遇以形成晶粒邊界於其中。如此，新再固化部分 702之晶粒再雙向地延伸到達第五及第六再固化部分 735 及736之中間區段。第五及第六融化部分735及736之其 他半部有不同之晶粒，因此分別形成再固化部分 7 0 5及 7 0 5 ”。因此較大之晶粒（例如沿者平行於水平成長軸之晶粒 長度）任何照射次數。 依據本發明之示範過程連續隨著光束光罩 1 5 0之狹縫 圖案使用以塑造光束脈衝之形狀照射樣本 1 7 0之預設部 分，隨著電腦以樣本移動台1 8 0移動樣本。如此，藉由數 次之照射及上述連續移動SLS技術，部分602、702及802 之晶粒以相反方向（例如雙向地）連續地成長，以相對少量 之脈衝增加長度。第11圖係顯示依據本發明上述實施例之 樣本之概念列 2 5 0、3 5 0及 4 5 0以及具有長晶粒之部分 6 0 2、7 0 2及8 0 2。例如，晶粒之長度如下： 17 200523988
Lg 2(Ns)xDms 2中，“系為特殊晶粒之長度，Ns係為影響此特殊晶粒之 …、射-人數且係為兩步驟（例如微步驟）間之距離。 必須理解的是藉由本發明之本實施例不僅整個樣本 可仔到此較長晶粒成長，樣本上所選擇部分亦可得 :。的確，1〇〇可程式化以預設方式控制移動台18〇 '多動樣纟1 70以便僅有樣本i 7〇之預選區段被照射。事 實上可能不僅樣本之概念列能被處理，列、規則形狀區段 :不規則形狀區段亦可…，當樣本"Ο被移動至一供 知射之預設位置時電腦可控制光束脈衝之觸發。另外，可 使用光罩1 50之點狀圖案以產生此形狀之強度圖案分佈來 、，射樣本170之選擇區域。依據上述連續移動SLS製程及 果國專利第6,5 5 5，449號之描述（其揭露内容係在此作為參 σ用光罩170上之圖案以及其他可能圖案來得到雙向 晶粒成長。 明參閱第12圖’其顯示一藉由本發明電腦1〇〇(或其他 二制羞置）輔助及連續移動s L s製程所執行步驟之流程圖 控制樣本1 7 0薄膜晶粒之長度、位置及晶粒邊界之方向。 士第12圖所不之流程圖，在步驟1 〇 〇 〇中第1圖之系統的 更體το件’例如準分子雷射丨丨〇、光束能量密度調變器 1 2 〇、 、可變衰減器1 3 0及快門1 5 2，首先被電腦丨〇 〇至少部 刀啟動。在步驟1 005中樣本17〇被載入樣本移動台18〇。 18 200523988 必須注意的是此載入可為手動或在電腦1 0 0之控制下使用 已知的樣本載入裝置來自動地執行。接著，在步驟丨〇 i 〇 中樣本移動台1 8 0被移動（在電腦1 〇 〇之控制下較佳）至一 起始位置。若有必要在步驟1 〇丨5中系統之其他光學元件被 手動地調整或是電腦1 〇 〇之控制下以較佳地聚焦及對準。 然後在步驟i 〇2〇中照射光束脈衝i 64被穩定至一想要的強 度、脈衝期間及脈衝重複速度。在步驟1〇21中在每一融化 區域經由前一照射光束之照射已經完全地再固化後決定是 否下一照射光束脈衝照射薄膜17〇。若不，在步驟1〇22中 調整準分子雷射110之光束重複速度。在步驟1 024中，決 定是否強度圖案之每一射束具有足夠之強度來融化被照射 之薄膜整個厚度，而不融化被強度圖案之一陰影區域重疊 之鄰接區域。如果融化不足或是融化過度發生，在步驟 1 02 5中’調整此衰減器丨3 〇以使每一照射光束脈衝具有足 夠之能量來完全地融化被照射區域之金屬層，且不過度融 化鄰接之為照射區域。 在步驟1027中，樣本170被置於概念列250、350及 450對準照射光束脈衝164。在步驟1 030中，樣本170被 經光罩1 50控制之強度圖案的光束脈衝丨64照射。如此， 概念列2 5 0、3 5 0及4 5 0之每一晶粒以雙向方式成長。在步 驟1 〇3 5中，樣本1 70被連續地移動以使被光罩塑形之照射 光束脈衝1 6 4沿者一預設方向並依據第1圖至第3圖所述 之實施例連續地照射樣本1 70之薄膜。 19 200523988 在步驟1〇45中，決定是否樣本170(或是其上欲得部分） 已經歷上述SLS製程。若不，依據本發明樣本17〇被移動 以使樣本1 70之未被照射區域能被照射，且過程回到步驟 1〇3〇以進行下一處理。在步驟1 055中，若樣本17〇或其 上欲得部分之SLS製程已完成，可關閉第1圖所示系統之 硬體元件及光束並終止此製程。 前述實施例僅依據本發明之原理說明，依據本發明此處 之教導’在不悖離本發明之範圍及專利請求項所請求之情 况下對所述實施例之不同改良及變化對熟悉該項技藝者均 為顯而易見。 【_式簡早5兒明】 第1圖係顯示依據本發明之一系統範例實施例，用以執 行非晶矽薄膜之連續移動連續橫向固化，其薄膜上之晶粒 成長不需要微轉換，且使被照射及再固化區域之晶粒以L 向成長； 又 第2圖係顯示本發明系統及方法所用之光罩第一實施 例的放大圖，此光罩以單一掃瞄及連續移動作為產生之強 夜_案以撞擊基材上薄膜，並且使薄膜區域雙向地被照 射、融化及再固化； 第3至第5A圖、第6A圖及第7至u圖係顯示藉第2 _所示之光罩塑形之強度圖案照射之連續s L s階段，且依 辕本發明第一實施例中一具有矽薄膜於其上之樣本的晶粒 結構； 20 200523988 第5B圖係顯示第5A圖樣本被光罩強度圖案照射後再 固化區域之放大圖； 第6B圖係顯示第6A圖樣本被光罩強度圖案照射後再 固化區域之放大圖；及 第1 2圖係顯示一藉由本發明第1圖系統所執行步驟之 流程圖及第3至1 1圖之過程。 【主要元件符號說明】 11 0準分子雷射 120光束能量密度調變器 1 3 0衰減器 140光束轉向鏡 1 5 2可控制快門 100電腦 150光罩 180樣本移動台 170樣本 164照射光束脈衝 200第一概念列 201 、 211 、 221 、 226 、 231 、 236 、 246 、 251 、 256 、 261 、 266、271、281 第一組狹縫 3 00第二概念列 301、 311、 321、 326、 331、 336、 341、 351、 356、 361、 21 200523988 3 66 >381 第二組狹縫 401第三組狹縫 400第四概念列 2 1 3縱向水平線 2 2 8縱向延伸部 2 1 2中間縱向水平線 2 3 1第五狹縫 2 3 6第六狹縫 2 3 3縱向延伸部 2 3 8縱向延伸部 222中間縱向延伸部 227中間縱向延伸部 241第七狹縫 246第八狹縫 2 5 1第九狹縫 2 5 6第十狹縫 2 6 1第十一狹縫 266第十二狹縫 271第十三狹縫 2 8 1第十四狹縫 601 、 701 、 801 對應部分 2 5 0第一概念列 3 5 0第二概念列 22 200523988 4 5 0第三概念列 602 、 702 、 802 多晶區域 6 1 1、6 1 6對應部分 7 11、7 1 6對應部分 8 11、8 1 6對應部分 603 、 703 、 803多晶區域 602 、 702 、 802多晶區域 721 -724融化部分 703再固化部分 703’其他再固化部分 705再固化部分 705’再固化部分 63 1 -626對應部分 73 1 -726對應部分

Claims (1)

  1. 200523988 拾、申請專科範麗： 1 · 一種處理一基材上薄膜樣本之至少一部分的方法，該 膜樣本之該至少一部分具有一第一邊界及一第二邊界， 方法至少包含下列步驟： (a) 控制一照射光束產生器以按一預設重複速度發射 續照射光束脈衝； (b) 以光罩塑形照射光束脈衝以定義一或多個第一射 及一或多個第二射束； (c) 以一固定之預設速度連續掃瞄該薄膜樣本； (d) 在步驟（c)期間，以該第一射束連續地照射該薄膜 一或多個第一區域以融化該第一區域之整個厚度，其中 一該第一區域可再固化及結晶，藉以成長晶粒於其中形 一晶粒邊界；及 (e) 在步驟（c)期間及步驟（d)之後，以該照射光束脈衝 該第二射束連續地照射該薄膜樣本之兩或多個第二區域 使該第二區域之整個厚度融化，其中至少兩個該第二區 部分地重疊於該經再固化及結晶之第一區域之一特殊 域，以使該特殊區域之晶粒藉由一再固化反應成長進入 至少兩第二區域之每一者中，且其中該至少兩第二區域 至少一者係重疊於該特殊區域之該晶粒邊界。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該經再固化 結晶之第一區域之該特殊區域包含一第一組晶粒及一第 薄 該 連 束 之 每 成 之 以 域 該 之 及 24 200523988 組晶粒，且其中該特殊區域中之該晶粒邊界分隔該第一組 晶粒及該第二組晶粒。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二區域之 至少一者約部分地重疊於該經再固化及結晶之第一區域之 該特殊區域的一半。 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少兩第二 區域之另一者不重疊於該特殊區域之任一晶粒邊界。 5 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少兩第二 區域之另一者覆蓋該特殊區域中之另一晶粒邊界。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該特殊區域沿 著一第一軸延伸，該至少兩第二區域之第一者沿著平行於 該第一軸之一第二軸延伸，且該至少兩第二區域之第二者 沿著平行於該第一軸之一第三軸延伸，其中該至少兩第二 區域之第一者係配置於偏離於該第一軸之一第一位置，且 其中該至少兩第二區域之第二者位於偏離於該第一軸且相 反於該第一軸之一第二位置。 7.如申請專利範圍第6項所述之方法，更包含至少下列步 驟： 25 200523988 (〇以光罩塑形每一該照射光束脈衝以定義一或多個第 三射束及一或多個第四射束；及 (g)在步驟（C)中及步驟（e)後，以該第三射束及該第四射 束分別連續地照射該薄膜樣本之第三及第四區域以完全地 融化該第三區域及該第四區域之整個厚度，其中該第三區 域之至少一者係部分地重疊於該至少兩經再固化及結晶之 第二區域之第一者以使一第二特殊區域之晶粒藉由一再固 化反應成長進入該第三區域之至少一者中以形成一第二晶 粒邊界，且其中該第四區域之至少一者部分地重疊於該至 少兩經再固化及結晶之第二區域之第二者以使該特殊區域 之晶粒藉由一再固化反應成長進入該第四區域之至少一者 中以形成一第三晶粒邊界。 8 .如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第三區域之 至少一者重疊於該第二晶粒邊界，且其中該第三區域之至 少一者重疊於該第三晶粒邊界。 9. 一種用以處理一基材上一薄膜樣本之至少一部分的系 統，該薄膜之該至少一部分具有一第一邊界及一第二邊 界，該系統至少包含： 一光罩，與一照射光束產生器配合； 一處理器，可程式化執行下列步驟： (a)控制該照射光束產生器以按一預設重複速度連續 26 200523988 地發射射出複數個光束脈衝’以使每一該光束脈衝通 光罩m義-或多個第-射束及_或多個第二射束；過这 (b)控制該照射光束產生器及—移轉配置之至少一者 以按一固定之預設速度連續地掃瞄該薄膜樣本； ⑷在步驟(b)期間，控制該移轉配置及該光束脈衝之至 少-者以藉該第一射束連續地照射該薄膜樣本之一或多個 第-區域以融化該第一區域之整個厚度…該藉每一照 射光束脈衝之第一射束照射之每一 母 4第一區域可再固化及 結晶以成長晶粒於其中形成一晶粒邊界；及 (d )在步驟（b )期間及步驟（） 冲、佼，控制該移轉配置及 =束脈衝之至少一者以藉該照射光束脈衝之該第二射束 :二 也照射該薄膜樣本之兩或多個第二區域以使該第二區 域之整個厚度融化，其 於該經再固化及.… 第4域係部分地重疊 …及結晶之第-區域之-特殊區域，以使該特 殊區域之晶撕勒：^ _ …错由一再固化反應成長進入該至少兩第二區 域之各者，且甘1, 特殊… 少兩第二區域之至少-者重疊於該 特殊£域中之晶粒邊界。 :·曰如申：專利範圍第9項所述之系統，其中該經再固化及 ::之第一區域之該特殊區域包含-第-組晶粒及一第二 組晶粒，且盆 » 該特殊區域中之該晶粒邊界分隔該第一組 晶粒及該第二組晶粒。 27 200523988 1 1 ·如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該至少兩第二 區域之另一者不重疊於該特殊區域之任一晶粒邊界。 1 2 ·如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該第二區域之 至少一者係部分地重疊於該經再固化及結晶之第一區域之 該特殊區域的一半。 1 3 .如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該至少兩第二 區域之另一者係覆蓋該特殊區域中之另一晶粒邊界。 1 4.如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該特殊區域沿 著一第一軸延伸，該至少兩第二區域之第一者沿著一平行 於該第一軸之第二軸延伸，且該至少兩第二區域之第二者 沿著平行一於該第一軸之第三軸延伸，其中該至少兩第二 區域之第一者係配置於偏離於該第一軸之一第一位置，且 其中該至少兩第二區域之第二者係配置於偏離於該第一軸 且相反於該第一軸之一第二位置。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之系統，其中該每一照射 光束脈衝被塑形以定義出一或多個第三射束及一或多個第 四射束，且其中該處理器更可程式化以執行下列步驟： (h)在步驟（b)期間及步驟（d)後，控制該移轉配置及該光 束脈衝之至少一者以藉該第三射束及該第四射束分別連續 28 200523988 地照射該薄膜樣本之第三及策四區域以完全地融化該第 區域及該第四區域各者之整個厚度，其中該第三區域之 少一個部分地重疊於該至少兩經再固化及結晶之第二區 之第一者以使一第二特殊區域之晶粒藉由一再固化反應 長進入該第三區域之至少一者中以形成一第二晶粒邊界 且其中該第四區域之至少一者部分地重疊於該至少兩經 固化及結晶之第二區域之第二者，以使該特殊區域之晶 藉由一再固化反應成長進入該第四區域之至少一者中以 成一第三晶粒邊界。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之系統，其中該第三區 之至少一者重疊於該第二晶粒邊界，且其中該第三區域 至少一者重疊於該第三晶粒邊界。 至 域 成 再 粒 形 域 之 29
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