专利名称：用于薄膜结晶的系统和方法
技术领域：
公开的主题总体上涉及到薄膜的结晶，特别是涉及使用线束脉冲的激光辐射的薄膜的结晶。
背景技术：
近年来，各种结晶或改善无定形或多晶半导体薄膜结晶技术都在进行研究。这类结晶薄膜可以应用于生产制造各种器件，例如图像传感器和有源矩阵液晶显示器 (“AMIXD”)器件。在后者中，薄膜晶体管(“TFT”)的规则阵列准备在合适的透明基板上， 各晶体管起到像素控制器的作用。提高半导体薄膜结晶性的现有技术方法通常涉及采用成形激光束辐射薄膜。成形激光束最佳应为具有均勻的宽度，顶帽短型(top-hat-short)轴外形，并且沿其长度具有均勻能量的长线束。但是产生这样波束是具有挑战性的，其多数线束沿束的长度具有非均勻性，同时波束的横截面更圆，在某种情况下成高斯型。非均勻性可具有随机和周期性部分 (以下分别称为“随机非均勻性”和“周期性非均勻性”)。激光束中的这些非均勻性可转移至膜的非均勻性，这将导致实施该膜的器件的非均勻性，例如，在AMLCD应用中显示器亮度的非均勻性。发明概述本申请阐述了一种采用在膜表面上连续地前进的长窄束形的辐射脉冲来结晶薄膜的系统和方法。该方法结晶薄膜，其中结晶区域的质量和性能变化减少。一方面，本申请阐述了一种处理薄膜的方法。该方法包括在第一扫描沿所述膜的 X方向采用多个线束激光脉冲对具有X轴和y轴的膜进行连续地辐射，以形成第一组辐射区域；将所述膜沿所述膜的y方向平移一定距离，其中该距离小于所述线束的长度；以及在第二扫描中沿所述膜的χ方向的反方向使用线束激光脉冲序列对所述膜进行连续地辐射， 来形成第二组辐射区域，其中每个所述第二组辐射区域与所述第一组辐射区域的一部分重叠，并且其中每个所述第一和第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个结晶区域。在任何上述实施方案中，每个所述线束激光脉冲的注量足够熔融在所述第一和第二组辐射区域中的贯穿其厚度的膜，并且其中每个所述第一组辐射区域彼此隔离。在任何上述实施方案中，每个所述第一组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，并且其中每个所述第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，该晶体相对于所述第一组辐射区域的一个或者多个横向生长的晶体延伸。在任何上述实施方案中，采用的激光结晶法是顺次横向固化法。在任何上述实施方案中，每个所述第一组辐射区域彼此重叠。在任何上述实施方案中，在所述第一扫描中的激光束脉冲的数量比完成所述膜结晶需要的量少。在任何上述实施方案中，在所述第二扫描中的激光束脉冲的数量为完成所述膜结
晶需要的量。在任何上述实施方案中，采用的激光结晶法是准分子激光退火法。在任何上述实施方案中，所述结晶法采用约10到约100或约10到约40个脉冲/ 单位面积。在任何上述实施方案中，各扫描内辐射区域之间的重叠小于80 %或者小于90 %。在任何上述实施方案中，该方法包括至少2次连续扫描或者包括2-8次连续扫描。在任何上述实施方案中，y方向平移距离大约是10微米到大约10毫米或者大约是100微米到大约2毫米。在任何上述实施方案中，该方法包括在扫描之间使薄膜旋转约180度。另一方面，该申请涉及一种处理膜的系统，包括至少一个用于产生多个激光束脉冲的激光器，该激光束脉冲用于所述膜的脉冲激光结晶，其中每个激光脉冲形成具有长度和宽度的线束；用于定位设置其上的膜的膜支撑体，其能够沿至少两个方向移动；以及用于联合所述激光束脉冲频率提供控制所述膜支撑体运动的指令的控制器，控制所述膜支撑体运动包括在第一扫描沿所述膜的X方向采用多个线束激光脉冲对具有X轴和y轴的膜进行连续地辐射，以形成第一组辐射区域；将所述膜沿所述膜的y方向平移一定距离，其中该距离小于所述线束的长度；以及在第二扫描中沿所述膜的χ方向的反方向使用线束激光脉冲序列对所述膜进行连续地辐射，来形成第二组辐射区域，其中每个所述第二组辐射区域与所述第一组辐射区域的一部分重叠，并且其中每个所述第一和第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个结晶区域。在任何上述实施方案中，每个所述线束激光脉冲的注量足够熔融在所述第一和第二组辐射区域中的贯穿其厚度的膜，并且其中每个所述第一组辐射区域彼此隔离。在任何上述实施方案中，每个所述第一组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，并且其中每个所述第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，该晶体相对于所述第一组辐射区域的一个或者多个横向生长的晶体延伸。在任何上述实施方案中，采用的激光结晶法是顺次横向固化法。在任何上述实施方案中，每个所述第一组辐射区域彼此重叠。在任何上述实施方案中，在所述第一扫描中的激光束脉冲的数量比完成所述膜结晶需要的量少。在任何上述实施方案中，在所述第二扫描中的激光束脉冲的数量为完成所述膜结
晶需要的量。在任何上述实施方案中，采用的激光结晶法是准分子激光退火法。在任何上述实施方案中，所述结晶法采用约10到约100个脉冲/单位面积。在任何上述实施方案中，所述结晶法采用约10到约40个脉冲/单位面积。
在任何上述实施方案中，各扫描内辐射区域之间的重叠小于80%。在任何上述实施方案中，各扫描内辐射区域之间的重叠小于90%。在任何上述实施方案中，该方法包括至少2次连续扫描。在任何上述实施方案中，该方法包括2-8次连续扫描。在任何上述实施方案中，y平移距离大约是100微米到大约10毫米。在任何上述实施方案中，y平移距离大约是100微米到大约2毫米。在任何上述实施方案中，所述膜在扫描之间转约180度。另一方面，本公开涉及一种包括通过本公开的方法处理的膜的产品。在任何上述实施方案中，该产品是液晶显示器屏幕。附图简述本发明的技术参考以下附图来阐述，这些附图仅仅用来说明该发明而不是限制该发明。图IA表示具有通过准分子激光退火技术形成的结晶微结构的薄膜内形成的TFT。
图1B-1D表示具有通过顺次侧面结晶技术形成的结晶微结构的薄膜内形成的 TFT。图2A-2D表示根据某些实施方案产生一致晶体的线束顺次侧面固化法。图3示意性示出沿其长度宽度变化的线束脉冲。图4-6示意性示出根据线扫描SLS方法的一个或多个实施方案的过程，其中根据本公开的一个或多个实施方案寻址结晶质量的周期变化。图7A-7B示意性示出根据ELA方法的一个或多个实施方案的过程，其中根据本公开的一个或多个实施方案寻址结晶质量的周期变化。图8示意性示出根据本公开的一个或多个实施方案用于进行薄膜结晶方法的系统。发明详述一方面，穿过薄膜基本上同一区域采用激光束多次扫描通过线束辐射获得具有多个一致特性的薄膜。线束辐射是采用线束辐射薄膜表面来引起薄膜中的结晶。该方法可以用任何脉冲激光线束结晶方法来实施。例如，该方法可以采用准分子激光退火法(“ELA”) 或者顺次侧向固化(“SLS”)结晶法。此外，在随后的描述中说明该方法不仅限于硅薄膜结晶，也可以应用于在熔融时重结晶的任何薄膜。对后面的详述中，除非特别标注，该方法可以应用于任何类似材料。该方法同样可以应用于非连续薄膜中，像通过平版印刷技术使膜图案化或者只在选择区域沉积的薄膜，例如，通过喷墨印刷技术或者阴影掩模印刷。根据本公开的一方面，每次多次扫描结晶过程中，只有薄膜的一部分被辐射到或者每单位面积的辐射脉冲的数目仅是完成结晶过程所必需的一部分或一个比例。在每次扫描之间，薄膜在扫描方向的垂直方向移动一小段距离，例如“横向转移”。横向转移可以理解为“侧向”平移，也就是说，将平板向着扫描方向垂直方向平移。因此，如果扫描方向是任意只能规定在一个χ轴方向，薄膜(或者激光束)要在扫描过程中向y轴方向移动一个小距离。平移距离可很小，并通常是在沿光束长度出现的任何周期性不一致的级别上。平移距离可以小至100微米甚至10微米，但是也可以大到几个毫米或更大。
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当光束相对于每次扫描之间的样本侧向平移时，这将导致在结晶材料中的(周期性)非一致性，其源自相对于之前扫描的那些移动的激光线束质量中的变化。结果，不存在一 “条”或者结晶区域，其中所有材料在有着相同的峰值强度的条件下结晶，相反存在许多条，其中仅有一部分材料具有这样的峰。这些区域中放置的器件将不会因为条纹特性受到影响，器件跨度距离至少要大于一个结晶区域。结晶半导体薄膜例如硅膜采用包含ELA和SLS方法的各种激光处理方法来加工以提供液晶显示器的像素。SLS适合于加工在AMIXD器件以及有源矩阵发光二极管 (“AM0LED”)器件中采用的薄膜。在ELA中，薄膜区域被准分子激光辐射以部分熔融膜，然后结晶。此过程通常采用长、相对窄的束形(其在基板表面上连续地进行)，以便该波束可潜在地在一次扫描中穿过表面辐射整个半导体薄膜。ELA法产生小颗粒多晶薄膜；然而，该方法通常受限于微结构的非一致性，这可由脉冲至脉冲之间能量波动和/或者波束强度特性的不一致性引起。图IA 所示为可以通过ELA法获得的随机微结构。硅薄膜被多次辐射来产生均勻颗粒大小的随机多晶薄膜。该图以及所有随后的图中没有按照实际比例，而是用于阐述该方法的本质特性。SLS是脉冲激光结晶处理过程，该过程可以产生高质量的多晶薄膜，其具有在基板上的均勻的大颗粒，包括那些像玻璃和塑料等不耐热的基板。SLS处理过程和系统的示范在共同拥有的美国专利号6, 322，625，6，368，945，6，555，449和6，573，531中描述，它们全部内容通过引用并入本文。图1B-1D所示为具有通过SLS方法形成的结晶微结构的膜内形成的 TFT。SLS采用控制的激光脉冲来熔融基板上无定形或者多晶薄膜区域。薄膜熔融区域然后侧面结晶为方向性固化的侧面柱微结构或者多个位置控制的大的单晶区域。总体来说，采用大量的激光脉冲，熔融/结晶过程在大的薄膜表面上顺次反复。然后基板上处理过的薄膜用于生产一个大的显示器，或甚至分割以产生多个显示器。图1B-1D所示为具有不同的微结构的膜内制备的TFT的示意图，所述微结构可采用SLS技术获得。SLS处理过程可采用长窄波束(其在基板表面上连续地进行)，在该情况下该过程被称为线扫描 SLS( “LS-SLS”)。然而，传统的ELA和SLS技术受限于从一个发射至下一个的激光脉冲的变化。用于熔融薄膜区域的激光脉冲通常具有的能量注量不同于熔融其他薄膜区域的激光脉冲的能量注量。进而，这可导致穿过显示器区域的重结晶薄膜的区域有着轻微的性能差异。例如，在顺次辐射相邻的薄膜区域时，第一区域采用具有第一能量注量的激光脉冲辐射，第二区域采用具有同第一激光脉冲轻微不同的能量注量的第二激光脉冲辐射；第三区域采用具有同第一和第二激光脉冲轻微不同能量注量的第三激光脉冲辐射，等。通过使半导体薄膜的第一、第二和第三区域的辐射和结晶而经历的所得能量密度至少一定程度上彼此全部不同，因为辐射相邻区域的顺次束脉冲的注量变化。使激光束成形为较长的线束(还具有一致的宽度，优选顶帽短型横截面外形，和沿其长度具有一致的能量)是具有挑战性的。沿长轴的不一致性可更显著，因此更加不利。 此外，沿长轴的非一致性可在规模上对人眼来说是非常清晰可见的(例如，在一厘米或者几毫米内10%的亮度偏移)。然而眼睛可以适当地忍受像素之间的变化，也忍受更大级别 (10倍于cm)和像素之间逐步的变化，显示器区域之间或者小级别(毫米到厘米)的起伏变化很难被眼睛适应。线束通常沿着束长度的宽度和能量不一致，并且横截面通常成圆形甚至是成高斯状的。沿着束长度的不一致性可能包含随机成分，并且很可能包含周期性成分。这些是激光源相干和内部光学元件细微组合的共同结果(例如，用于均勻化的透镜阵列)。这种非均勻性很可能传递到器件非均勻性的不可接受的水平，进而导致显示器亮度的不一致。对于所有基于像素的显示器这是事实，但对于AMOLED器件尤其是这样。例如，线束中强度峰可能导致沿扫描方向在较高能量结晶的材料的长条，并且长条内制备的器件可能有着不同于外部器件的特性。例如，线束SLS处理过程可以采用一个一维(ID)投影系统来产生长的、高宽比较高的激光束，一般长度在1-100厘米级别，例如“线束”。长宽比可以在约50或者更多的范围内，比如达到100，或500，或1000，或2000或10000，甚至达到约2xl05，甚至例如更多。被高宽比较高(长)辐射图案辐射的薄膜可以被加工成提供增强像素之间亮度一致性的TFT， 因为一次扫描将结晶这样的区域，该区域对于整个显示器足够大。线束长度优选地至少约单个显示器(例如液晶或者OLED显示器)大小或其幅度，优选地约可制备多个显示器基板的大小。这非常有用，因为减少或者消除了薄膜的辐射区域之间任何边界的出现。任何滚压的加工品在进行多次薄膜扫描时，一般不会在液晶或者OLED显示器中出现。线束长度可以适用于蜂窝电话显示器基板，例如，大约2英寸用于蜂窝电话，大约10到16英寸用于膝上电脑(采用长宽比2 3,3 4或者其它常用比例)。一个通常的LS-SLS辐射方案，本文中称为“统一的SLS”或“2次发射(shot) SLS", 可以用于生产表征为横向延伸的晶体的重复柱的一致性结晶薄膜。结晶方案涉及薄膜前进量比实际横向生长长度“(LGL”)大，例如δ >LGL，此处δ是脉冲之间的平移距离，小于横向生长长度的两倍，例如δ <2LGL。特性横向生长长度是指在设置好的辐射条件和样品条件下，一次辐射步骤引起结晶颗粒横向生长的距离。最后，横向生长受限于液态硅薄膜骤冷成核的开始。因此特性横向生长长度是因素的函数，例如脉冲持续时间，无定形硅薄膜厚度和基板温度。实际横向生长长度可能比特性长度短，例如如果晶体生长中遇到源自其它硅部分的穿过其厚度没有完全熔融的固体前面。50纳米厚的薄膜的典型横向生长长度在大概要达到2. 0到3. 0微米，取决于脉冲持续时间。在2次发射SLS情况下，平移距离大于一倍但是小于两倍的颗粒长度，在缺乏成核情况下对应束宽的一半。描述晶体一致性生长参照图2A-2D。参照图2A，第一次辐射或者扫描采用一个窄(例如，小于LGL特性曲线两倍)而狭长的(例如，大于10毫米或者达到或者高于1000毫米)，有着足以完全熔融薄膜的能量密度激光束脉冲。结果，暴露在激光束下的薄膜(如图2A的400区域所示)，被完全熔融并结晶。这种情况下，颗粒横向生长在未辐射区域和熔融区域之间的界面420。通过选择激光脉冲宽度使得熔融区域的宽度小于两倍的特性LGL，颗粒在固态/熔融界面都生长并且大约相遇在熔融区域的中心(例如在中线405)处停止横向生长。两个熔融面在温度足够低到产生结晶核之前相遇处约在中线405处。参照图2B，在用一个预先设定好的移动大于约一个LGL且小于最多两个LGL的距离δ后，基板的第二个区域400’采用第二个激光束脉冲辐射。基板的移动距离δ同激光束脉冲所必需的重叠度相关。基板移动的越长，覆盖的程度越少。LGL在激光束重叠度大于约10%小于约90%的时候是有利和优选的。重叠区域用括号430和虚线435来表示。暴露在第二激光束辐射的薄膜区域400’完全熔融并结晶。这种情况下，第一次辐射脉冲产生的颗粒成为第二次辐射脉冲横向生长晶体的晶核种子。图2C所示为区域440横向结晶超过了横向生长长度情形。因此，纵向狭长的结晶由两个激光束平均的辐射而形成。因为形成横向扩展的晶体柱必须要两次辐射脉冲，该过程也称做为“2次发射”的过程。辐射连续穿过整个基板来产生多列的横向生长晶体。图2D所示为多次辐射并显现的多个柱440横向生长晶体基板的微结构。观察到，沿着束的长度，线束在宽度，形状和/或者能量密度上存在变化。一些情况下这种变化本质上是周期性的。另外一些情况下线束一端的非均勻的周期性要大于另一端的。图3所示为一个典型的线束300阐明了线束宽度周期性变化的辐射图形。相似的例子也可以由能量密度得到。线束不是按照比例绘制的，通常采用相对于线束长度而言比绘制的更窄的线束。沿着束的长度，线束长度显示出了周期性变化310，320。一些情况下周期性可很宽如310所示。周期性如此大以至于跨越了表层的几个器件所以不易发现这种变化。相反，320中的周期性小多了。周期性变化的距离范围在微米到毫米之间，例如，100微米到5毫米。这种周期性如此小以至于它可能导致器件之间的结晶质量。通过以周期性变化的次序移动每次扫描，晶体品质的改变被平均出去以便得到更加均勻的结构。现在回到图4-6，其所示为采用LS-SLS结晶的方法。在LS-SLS过程中，所选定区域的全部结晶在整个区域内采用“η”字形扫描完成，只有一小部分全部处理过(例如，大约为1/η)或者仅仅1/η的总辐射脉冲必需用于完整的结晶。例如，图4-6，所示，如果η = 3，基板500脉冲间移动距离为普通扫描过车的3倍。每个脉冲辐射一个区域510。这种大距离移动的结构是非晶材料515将仍然保留在结晶区域中。激光束前进方向如箭头所示， 为在静止激光束基础上辐射扫描的方向。在其它实施方案中，基板是静止的而激光用来扫描。根据图5所示的第二次扫描，脉冲之间的移动距离又是通常距离的三倍，但是这时脉冲相比较于第一次扫描在χ方向偏移了长度525，所以脉冲和前一次扫描辐射区域范围相重叠。此外，基板在y方向上移动了距离535。根据上文所述，χ方向移动根据激光束长度变化的周期性选取。最后回到图6，第三次基板的扫描按照图6中箭头所示的方向完成。基板再一次在扫描之前移动了，在y方向移动长的距离550，同样在χ方向移动偏移M0。三次扫描之后，通过在χ方向偏移和y方向偏移来完成，整个基板预先选好的区域560都被辐射了。基板的上部和下部区域没有完全结晶，只有560区域完全结晶并且可以应用于生产器件，并且比采用普通方式更加均勻。该方法关于这个平面或者一部分基板的结晶，取决于光束的长度。如果面板足够大，一个面板内的多次结晶可以采用上述方法对不同区域进行。在其它实施方案中，器件同颗粒边界预置成一定角度，以便于器件有意地跨越几个晶粒边界。这个倾角可以采用预先相对基板的χ-y轴设定。在其它实施方案中，可以通过扫描成一定倾角的基板直接在薄膜中引入倾角，例如，在结晶过程中χ-y轴的移动和偏移不是和基板的边缘平行的。采用同TFT矩阵成一定角度的方向扫描可以减少问题，在一定意义上分散非均勻性。参照于2005年12月2日的美国申请序列第11/293，655号，题目 “薄膜的线性扫描横向固化”，该文全部内容通过引用并入本文。当前申请也预想到相似的方法可以应用于线束的地板辐射技术，例如在部分熔融或者接近全部熔融的情形下；称为线束ELA结晶法。准分子激光退火技术允许薄膜材料的快速(在小于一微秒的级别)熔融和重结晶。该技术中，在窄光束扫描整个表面时，薄膜暴露在许多辐射脉冲中。每个脉冲熔融薄膜的一部分，这些部分将会重新固化和结晶。采用一个典型的线束ELA流程生产基于低温多晶硅(LTPS)的显示器，至少一些脉冲部分脉冲的能量密度足够引起薄膜接近全部熔融。接近完全熔融意味着薄膜可能大部分薄膜整体熔融， 但是至少一些固态部分仍然分布在表面的下层。在这种将近全部熔融条件下，横向生长进行着，而其可能出现直径超过薄膜厚度的晶体。这种接近完全熔融的方法和随后产生的超级横向生长现象详述于如James S. Im et al，于1993年63期1969页的应用物理快报中。 多次熔融和重结晶有助于组织薄膜材料生产某种粗糙表面并且产生一个小而均勻的结晶颗粒结构。晶体的大小发现通常同激光波长相关联，例如)(eCl气体准分子激光(λ = 308) 大约300纳米的晶体颗粒。典型的ELA流程采用至少10或者20个激光脉冲辐射薄膜给定的区域，并在大多情况下可以更高，例如，从至少30到至少50个激光脉冲。图7Α描述了传统的ELA单次扫描法，图示为当线束700扫描薄膜709时在其短轴上的线束700的横截面。线束700沿箭头705方向前进，当线束700穿过薄膜709时，薄膜 709的区域707可以被多个激光脉冲辐射。图7Β描述了目前ELA方法的原理图。该方法由两次对基板的线束扫描710，712组成第一扫描710沿箭头715的方向，例如χ方向，第二扫描712沿720的方向，例如χ的反方向。沿箭头720方向的第二扫描712也可以包括线束700沿垂直于箭头715和720方向例如y方向的平移715。显然，当该方法中每次各自的扫描激光脉冲总数少于传统的ELA方法激光脉冲总数，因为在翻转扫描时，区域717可以被相同数量的激光脉冲辐射，如同传统ELA方法中的区域707。例如，如果采用ELA过程每单位面积上的脉冲束为100，那么如果采用基于当前的实现方法进行两次ELA扫描，第一扫描每单位面积上产生50个脉冲，第二扫描每单位面积上产生50个脉冲。在ELA方法中线束用于重叠扫描。该线束通常比SLS实现中的线束要宽。例如， 在ELA过程中线束可能需要约300到约400微米的宽度，而在SLS扫描线束通常大约在3 到6微米宽并且可以达到在8到10微米宽。一些SLS线束可以达到50微米宽。在2次发射SLS中，SLS须采用足够窄的线束以避免晶核形成；然而，这个宽度可能因为脉冲持续时间或者薄膜厚度而改变。尽管SLS是控制的横向生长技术，但ELA本质上是泛滥(flood) 辐射技术，其中ELA技术不需要对横向熔融区域的尺寸进行控制，因此ELA处理过程中可以采用宽的光束。另外，ELA线束的注量不需要依照完全熔融薄膜进行选择。因此，ELA光束可以采用低于使得给定薄膜完全熔融的注量值的约5%到20%注量。SLS实施方案中线束注量应当在约10 %或约20，或约50 %，甚至80 %或100 %的高于完全熔融的注量，以确保薄膜的完全熔融来完成足够的横向生长。能使得薄膜完全熔融的注量值取决于薄膜厚度和脉冲持续的时间。另外，ELA线束可拥有相对低频(同相对高的频率相比，即期望SLS线束中的3kHz，4kHz或者6kHz)而且周期在约300Hz到约600Hz。ELA和SLS中可适用的激光可以采用高频和高功率的脉冲光束，功率为约300W到约600W，甚至到约lkW。高功率激光在每个脉冲中提供了足够的能量来使得沿着辐射区域方向的薄膜区域在该脉冲作用下熔融。 其它的脉冲激光源，比如也可以采用固态激光源，这类光源功率较低，比如100W或者200W 以及较短的线束长度。二极管泵固态激光源(DPSQ通常应用在波长在约532纳米的倍频使用。这些高频(例如10，OOOHz或者100，000Hz，甚至更高)源可以产生非常快的扫描结果并且可以应用于小尺寸器件上，例如小显示器，其它电子元件(例如射频身份识别芯片 (RFID))，或者显示器周边电子元件的集成。然而，该实现方法并不仅限制于这些特殊频率的激光源。例如，小于IkHz的低频激光器，也适用于这里描述的辐射原理之中。举例来说，ELA线束可以采用相对较低频率的激光源来产生相对较宽的波束(达到约400微米)，像JSW结晶系统(The Japanese Steel Works,Ltd. ,located at Gate City Ohsaki-ffest Tower, 11-1, Osaki 1-chome, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan)，^1 ""SJ以用t匿对较高频率的激光源产生相对较窄的光束(从约10微米或者小于约40微米，甚至更小)， 例如 TCZ 系统(TCZ Pte. Ltd. located at No. IYishun Avenue 7Singapore 768923)。ELA方法产生的一个主要的非一致性是“墙”的问题，意思是面板亮度中的亮/暗线。例如发射之间的能量密度的变化可能导致与扫描方向垂直方向产生mura，而沿着光束传播方向的线束非均勻性(例如穿过表层)可能导致平行与扫描方向的mura。后者形成的mura可以通过采用在y方向对样品相邻扫描反向的方式进行多次ELA扫描基板来克服， 所以线束表面特性随着先前扫描改变，mura的图形‘被破坏了’。不同于上述的SLS处理过程，该方法部分基板在脉冲之间仍然没有被辐射到，ELA辐射在脉冲之间采用了实用的重叠覆盖。通常传统的ELA处理方法中，脉冲之间有至少90%的重叠，例如，脉冲之间包含约 90% -99%的重叠。在将多次χ方向偏移和y方向移动扫描辐射的理念用于ELA后，现在重叠在每次扫描减少了，多次扫描进行超过了大部分相同的区域达到区域所必需的重叠水平。例如，一次扫描中不是进行了 90%的重叠，可以在两次扫描之间沿着y方向横向移动使得单次扫描重叠80%。尽管重叠不需要每次都相同，但它是有益的，因为载物台的速度相同，并且该移动速度对当前的制造是稳定的。此外，随后的扫描可以在相反的方向，但也可以在相同的方向，这里载物台需要在下次扫描之前返回开始的位置。激光在载物台反向移动期间可以阻挡或者关闭。本公开方法不仅对实际中消除并行mura有效，而且也可以有效地用于减少垂直的mura。脉冲之间的变化不总是无关联的。一个例子就是脉冲平均功率可能慢慢随着多个脉冲的时间尺度漂移(例如成百上千或者上百万甚至更多)。一些系统可以在商业中应用，该问题的定位是通过经常性的对能量密度的监测并且采用这个反馈来补偿脉冲能量密度的漂移。如果检测到漂移，可以通过逐渐地调整泵功率(例如准分子激光的高压)；或者通过更新激光器媒介(例如在准分子激光器气体混合器中加入新的气体)；或者通过调整光学衰减器的传输性。这种反馈可以做为脉冲能量突变而不是逐渐变化的例子。反馈补偿可能在修正短期(例如IOs或者100s或者1000s的脉冲)的渐变不是有效的。这样描述的波动可能太大了并且可能导致mura。多次扫描，如本公开所教导，另外益处是它也减少了垂直的mura，就是相比前一次没有进行能量波动修正的第二次重叠区域扫描。为了得到恰当的脉冲率和扫描率的组合，更高的载物台扫描速度，更低的激光重复率(即激光频率)，或它们的组合是必需的。然而，较低的重复率会显著降低生产率。幸运的是扫描速度通常对于线扫描SLS来说是低的。因此增加扫描塑料可能是最好的方法来达到合适脉冲和扫描的速率的结合。一些生产率的降低仍然会遇到，比如为了随后扫描而必须绕的弯路(即反向扫描)和加速或者减速所需要的时间。现在基于2次发射线扫描SLS 路线的准分子激光退火方案的生产率要比采用2-D投影系统高许多，由于该方法采用更高功率的激光源的原因。同样，对于2-次发射线扫描SLS方案来说翻转量小很多。
最后，关于多次扫描LS-SLS处理过程，所需要的是精确的激光源放置。由于这个原因，先前发明了“载物台同步”激光控制并被认为非常精确。这样系统的精确度显示为载物台移动数十厘米每秒，所以较慢的载物台移动精度不成问题。对于多次扫描的ELA，这样载物台同步激光控制可能不是必要的，因为处理过程是一个泛辐射过程，并且横向放置激光脉冲同先前的脉冲要求不严格。另一方面，载物台同步激光控制可能有利于通过控制激光束边缘的放置(较小空间)得到更加统一的材料，以及更好的平板之间的可复制性。对于两种实现方法，甚至是预期的而不是额外的，在扫描之间的侧向移动，载物台需要旋转大约180度。本公开发明的另一方面关系到一个薄膜结晶系统。该系统如图8所示，包括一个待结晶的薄膜800，它可以放置在基板805上，至少一个激光源用于产生一个或者多个激光束脉冲810，即用于薄膜结晶的脉冲激光，用于定位薄膜的膜支撑体815，其能够至少沿两个方向移动，并且一个用于控制薄膜平台与激光束脉冲频率的控制器。在SLS实施方案中，激光束源被构造为使得各激光脉冲形成这样的线束，其长、宽和足够穿过膜的厚度熔融薄膜的注量。在SLS实施方案中，参照如上所述的方法，控制器控制膜支撑体的运动和激光束的频率。在ELA实施方案中，激光束源被构造为形成有着长度和宽度的线束。在ELA实施方案中，线束以这样的速度移动，该速度被选择为使得每个脉冲辐射并熔融与先前辐射部分重叠的膜的部分，并且辐射薄膜一部分的总脉冲比完全结晶需要的量小。在ELA实施方案中，参照如上所述的方法，控制器控制膜支撑体的运动和激光束的频率。尽管已经公开和阐述了本发明的示例，对于那些本领域的技术人员很容易理解， 在不偏离本发明所附权利要求所限定的范围的情况下，可对本发明进行的各种变化和修改。因此，本发明仅限于所附权利要求以及与其等同形式。
权利要求
1.一种处理膜的方法，该方法包括在第一扫描沿所述膜的χ方向采用多个线束激光脉冲对具有χ轴和y轴的膜进行连续地辐射，以形成第一组辐射区域；将所述膜沿所述膜的y方向平移一定距离，其中该距离小于所述线束的长度；以及在第二扫描中沿所述膜的χ方向的反方向使用线束激光脉冲序列对所述膜进行连续地辐射，来形成第二组辐射区域，其中每个所述第二组辐射区域与所述第一组辐射区域的一部分重叠，并且其中每个所述第一和第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个结晶区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中每个所述线束激光脉冲的注量足够熔融在所述第一和第二组辐射区域中的贯穿其厚度的膜，并且其中每个所述第一组辐射区域彼此隔离。
3.如权利要求2所述的方法，其中每个所述第一组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，并且其中每个所述第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，该晶体相对于所述第一组辐射区域的一个或者多个横向生长的晶体延伸。
4.如权利要求1所述的方法，其中采用的激光结晶法是顺次横向固化法。
5.如权利要求1所述的方法，其中每个所述第一组辐射区域彼此重叠。
6.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一扫描中的激光束脉冲的数量比完成所述膜结晶需要的量少。
7.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二扫描中的激光束脉冲的数量为完成所述膜结晶需要的量。
8.如权利要求1所述的方法，其中采用的激光结晶法是准分子激光退火法。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述结晶法采用约10到约100个脉冲/单位面积。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述结晶法采用约10到约40个脉冲/单位面积。
11.如权利要求8所述的方法，其中各扫描内辐射区域之间的重叠小于80%。
12.如权利要求8所述的方法，其中各扫描内辐射区域之间的重叠小于90%。
13.如权利要求1所述的方法，其中该方法包括至少2次连续扫描。
14.如权利要求1所述的方法，其中该方法包括2-8次扫描。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述y方向平移距离大约是10微米到大约10毫米。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述y方向平移距离大约是100微米到大约2毫米。
17.如权利要求1所述的方法，包括在扫描之间将所述膜旋转约180度。
18.一种处理膜的系统，包括至少一个用于产生多个激光束脉冲的激光器，该激光束脉冲用于所述膜的结晶，其中每个激光脉冲形成具有长度和宽度的线束；用于定位设置其上具有χ轴和y轴的膜的膜支撑体，其能够沿至少两个方向移动；以及用于联合所述激光束脉冲频率提供控制所述膜支撑体运动的指令的控制器，其中控制所述膜支撑体运动包括沿所述膜的χ方向采用多个线束激光脉冲对设置在第一扫描中的膜进行连续地辐射， 以形成第一组辐射区域；将所述膜沿所述膜的1方向平移一定距离，其中该距离小于所述线束的长度；以及在第二扫描中沿所述膜的X方向的反方向使用线束激光脉冲序列对所述膜进行连续地辐射，来形成第二组辐射区域，其中每个所述第二组辐射区域与所述第一组辐射区域的一部分重叠，并且其中每个所述第一和第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个结晶区域。
19.如权利要求18所述的系统，其中每个所述线束激光脉冲的注量足够熔融在所述第一和第二组辐射区域中的贯穿其厚度的膜，并且其中每个所述第一组辐射区域彼此隔离。
20.如权利要求19所述的系统，其中每个所述第一组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，并且其中每个所述第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个横向生长的晶体，该晶体相对于所述第一组辐射区域的一个或者多个横向生长的晶体延伸。
21.如权利要求19所述的系统，其中采用的激光结晶法是顺次横向固化法。
22.如权利要求18所述的系统，其中每个所述第一组辐射区域彼此重叠。
23.如权利要求18所述的系统，其中在所述第一扫描中的激光束脉冲的数量比完成所述膜结晶需要的量少。
24.如权利要求18所述的系统，其中在所述第二扫描中的激光束脉冲的数量为完成所述膜结晶需要的量。
25.如权利要求18所述的系统，其中采用的激光结晶法是准分子激光退火法。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述结晶法采用约10到约100个脉冲/单位面积。
27.如权利要求25所述的系统，其中所述结晶法采用约10到约40个脉冲/单位面积。
28.如权利要求25所述的系统，其中各扫描内辐射区域之间的重叠小于80%。
29.如权利要求25所述的系统，其中各扫描内辐射区域之间的重叠小于90%。
30.如权利要求18所述的系统，其中该方法包括至少2次连续扫描。
31.如权利要求18所述的系统，其中该方法包括2-8次连续扫描。
32.如权利要求18所述的系统，其中所述y平移距离大约是100微米到大约10毫米。
33.如权利要求18所述的系统，其中所述y平移距离大约是100微米到大约2毫米。
34.如权利要求18所述的系统，其中所述膜在扫描之间转约180度。
35.包括采用权利要求1所述方法处理的薄膜的产品。
36.如权利要求35所述的产品，其中该产品是液晶显示器屏幕。
全文摘要
本发明描述了采用在基板表面上连续前进的长窄束形的脉冲辐射来使薄膜结晶的系统和方法。该方法提供结晶薄膜，其中结晶区域的质量和性能变化减少。一方面，该方法包括在第一扫描沿薄膜的x方向采用多个线束激光脉冲连续辐射具有x轴和y轴的薄膜，以形成第一组辐射区域；将薄膜沿y方向平移一定距离，其中该距离小于线束的长度；并且第二扫描中沿薄膜x方向的反方向采用线束激光脉冲序列连续地对薄膜进行辐射来形成第二组辐射区域，其中每个第二组辐射区域与第一组辐射区域的一部分重叠，并且其中每个第一和第二组辐射区域在冷却时形成一个或者多个结晶区域。
文档编号H01L21/02GK102232239SQ200980145194
公开日2011年11月2日 申请日期2009年11月13日 优先权日2008年11月14日
发明者J·S·艾姆 申请人:纽约市哥伦比亚大学理事会