用於雷射束空間強度分布優化的系統和方法

2023-12-12 19:44:47 3

專利名稱：用於雷射束空間強度分布優化的系統和方法
用於雷射束空間強度分布優化的系統和方法
背景
1. 發明領域本發明的領域總地涉及液晶顯示器(LCD)，並且更具體地涉及製造LCD的 系統和方法。
2.
背景技術：
已經存在良好建立並正在增長的有源矩陣式LCD市場，在所述有源矩陣式 LCD中，有源薄膜電晶體(TFT)被用來控制顯示器中的每個像素。例如，有源矩陣式 LCD是用於計算機屏幕的主流技術。此外，近年來，有源矩陣式LCD解決方案還大舉進 入諸如電視、行動電話、PDA、錄像機等市場部分。有源矩陣式LCD被預測為顯示器行業增長最快的部分，下一個五年預計的年 平均增長率超過35%。相反，預測無源式LCD和常規陰極射線管(CRT)具有平緩直至 負的增長率。僅有的被預測為具有正增長的其他顯示技術為有機發光二極體(OLED)顯 示器，其正針對於專用應用而興起，並且預測在2007年之後(beyond)每年高於增加一 倍。除了快速的總體增長之外，LCD市場的性質正在改變，即更新的LCD應用包 括更大的多樣性和更特殊的要求。例如，電話佔約所有LCD的50。/。，但僅佔LCD總面積 的2%。相反，監視器佔LCD的約27。/。，但佔總面積的50%。隨著TV應用和大屏幕尺寸 的快速增長，計劃到2008年電視構成超過LCD總面積的30。/。。與之前的LCD應用相比， 這些大屏幕的應用具有很多特殊的要求。為了支持所預期的高增長率以及為了成功地把握新的市場機遇，LCD製造商 必須能夠在新興顯示器製造技術上佔優，以提高LCD出售品(offering)的特徵和性能， 而同時改進他們的產品成本和吞吐率(throughput)。隨著LCD產業轉變到快速增長和產品多樣性的下一階段， 一些成功因素可以 包括更小的像素尺寸、作為TFT尺寸的直接函數(direction function)的更高的密度，以 及用於支持視頻要求的更快的TFT切換速度。更亮的顯示能力、對於每像素更多光的改 進的開口率(aperture ratio)，以及更低的總體生產成本同樣是成功的因素。更低的生產 成本可能得自於更快的處理吞吐率和持續較高的每面板顯示器良率兩者。為了長期的成
4功，對於LCD製造商來說投資於這樣的技術解決方案是重要的，所述技術解決方案還可 以以成本有效的方式適用於新興高增長屏幕類型(例如OLED)的高效製造。當前用於在玻璃基底上創建傳導層的兩種主要的工藝方法是非晶矽 (Amorphous silicon) (a-Si)和低溫多晶矽(poly-Si或LTPS)，所述這兩種工藝方法將 支持用於有源矩陣式LCD的TFT的製造。在a-Si工藝中，在PECVD矽膜上直接創建柵 極層。在多晶矽或LTPS工藝中，在製成柵極之前結晶PECVD矽膜，以生產高性能的TFT。 在這些工藝中，保持低溫以避免玻璃基底熔融。因為通過非晶矽電晶體的電子移動固有地 (inherently)較慢，因此基於a-Si的TFT必須物理尺寸較大，以便提供足夠的從源極到 漏極的電流。另一方面，由於以多晶矽可以實現的顯著較高的電子遷移率(electron-mobility) ，基於LTPS的TFT可以更小而更快。因為多晶矽電晶體固有地較小，因此更 多的光可以通過每個像素。這允許考慮改進的開口率、更大的像素密度或這兩者的設計靈 活性。儘管LTPS有TFT尺寸和性能優勢，當今大多數LCD面板仍舊是使用非晶矽 工藝製造的。這是由於主要由較少工藝步驟而導致的a-Si的相對較低的成本以及與欠成熟 的LTPS設備相關聯的潛在未知因素。a-Si還已經是使成本最小化的"安全"工藝，因為大 屏幕LCD中的單個缺陷意味著報廢整個設備；然而，儘管a-Si工藝相當好地被確定並且 是可控的，現在已經很清楚，a-Si技術在關於支持對更高的像素密度、更快的響應和更亮 的顯示的新興的要求方面正趨近於其極限。迄今為止，LTPS—般已經以製造更小的、更高性能的顯示器為目標，因為更 小物理尺寸的基於多晶矽的TFT允許增加的屏幕亮度、更高的像素密度以及更低的功耗。 同樣，LTPS電晶體固有更快的切換支持視頻應用(例如視頻錄像機以及蜂窩電話和PDA 中的視頻特徵)的要求。顯示器製造商還需要提前為有機發光二極體技術的興起作打算，該技術將以計 劃在2007年開始的快速增長成為顯示器市場的一重要部分。 一些簡單的OLED設備已經 在運用於專用應用(例如用於汽車儀器和數位相機的小屏幕、高亮度顯示器)。 一些公司 已經宣布他們意圖生產大屏幕的OLED顯示器，當所述大屏幕的OLED顯示器被產業化 時，將獲取針對顯示亮度和色彩為關鍵區分因素的應用的重要市場份額。在基於OLED的顯示器中，分子結構實際上發光，而不是作為背光光源的光 閥(light valve)，因此使得能夠有亮得多的屏幕。因為OLED中的發光材料是電流驅動 的，而不是如LCD中是電壓驅動的，因此多晶矽更高的電子遷移率和更穩定的載流容量 (current capacity)將是OLED實現的關鍵使能因素(enabler) 。 OLED固有的更高的發 光度(luminescence)將允許設計者選擇較小的像素來產生相同的亮度，由此使能更高的 解析度。OLED顯示器的實現因此將與通過多晶矽而可獲得的較小几何形狀相容得多。
向前發展，顯示器製造商需要採用可以為多晶矽生產提供高吞吐率、高生產率 (yield)能力的面板製造技術，以滿足當今多樣的、快速增長的LCD要求，同時還為將 來(例如OLED市場上升(ramp-up))打下基礎。LCD或者OLED製造方法可以關注於 三個領域生產高性能TFT，跨(across)整個面板產生均勻的(uniform)材料和器件， 以及通過高吞吐率和低操作成本的組合優化生產效率。最廣泛使用的LTPS製造技術涉及這樣的表面處理，所述表面處理使用雷射器 來熔融矽膜，在非常短的時間段(一般以納秒計)內將其加熱到一液點(liquid point)， 之後矽膜再結晶為多晶矽。LTPS技術中主要的挑戰包括對工藝的有效控制，以確保跨整 個面板均勻結晶，同時提供高水平的持續處理吞吐率和低操作成本。常規地，兩種工藝之一被用於在LTPS工藝中熔融矽受激準分子雷射退火 (ELA)或者連續橫向固化(Sequential Lateral Solidification, SLS) 。 ELA工藝的低生產 力和高操作費用已經妨礙了 ELA的廣泛應用。ELA的吞吐率固有地低，因為需要多達 50-100個雷射脈衝來處理單個點(spot)。使用300W的雷射器，當前一代的ELA系統的 吞吐率約為對Gen4 LCD來說10個面板/小時以及對Gen5來說僅5-6個面板/小時。從性能和生產率的觀點看，ELA工藝有著其他重大限制。ELA工藝是基於部 分熔融的原理，其中一些接近底部的材料保持固態並且作為導致結晶垂直發生的"晶種"。 已知該工藝導致大的顆粒尺寸變化，並且具有小的處理窗口 (process window)。此外， 電子遷移率由於小的顆粒尺寸而相對低，因此ELA工藝艱難滿足玻璃上系統(System on Glass, SOG)或OLED的要求。 SLS系統在生產力、成本和生產率上提供一些改進。SLS是基於橫向晶體生長， 其中結晶作用從熔融矽的邊緣水平地進展，產生具有提高的電子遷移率的較大晶體顆粒。 在標準的SLS技術中，使用掩模來為每次雷射"照射(shot)"曝光大致4毫米x5毫米的區 域，並且通過使該小的曝光區域在整個玻璃上步進來處理基底。使用300W的受激準分子雷射器，SLS系統能夠每小時產生多至18個Gen4 面板或10個Gen5面板。然而，因為SLS掩模是在多趟(pass)中以遞增方式"步進"以覆 蓋面板，因此雷射能量在照射與照射間的變化(shot-to-shot variation)可能導致在整個面 板上多晶矽的可變性。步進還可能由於多步之間的重疊而造成接縫(seam)，這在顯示中 可能是可見的。另外，標準SLS技術所不希望的人為現象(artifact)在於在矽的固化期間 形成的大的垂直凸起。在SLS退火之後出現的凸起的圖形(pattern)可能使得難以沉積均 勻的柵極介電層，導致跨面板上TFT性能的非均勻性。為了滿足快速改變的市場的需求，未來的顯示器需要更亮，具有更豐富、更逼 真的色彩，更快的視頻能力，更寬的觀看角度，在室內或室外同樣良好工作，更耐久，並 且均是更低成本的。

發明內容
—種被配置為使玻璃基底上的矽層退火的薄光束定向結晶系統使用特殊的短 軸雷射光束分布，所述短軸雷射光束分布在一個邊緣包括強度峰值。該系統被配置為熔融 矽膜的一部分，導致橫向晶體生長。通過推進基底或者雷射器某個每脈衝步長並且使矽層 經受來自雷射器的連續逐次(successive)"照射"，整個矽層通過熔融和晶體生長的重複 (iteration)來結晶。從每次照射所導致的橫向晶體生長在熔融區域的中心造成凸起。該 凸起必須被重新熔融。因此，所述步長必須是這樣的，即在連續逐次照射之間即熔融區之 間具有足夠的重疊，以確保凸起被熔融。這要求步長小於來自任何單次雷射脈衝的橫向生 長距離。等於橫向晶體生長長度的步長是理論最大步長。較小的步長減小吞吐率而增加成 本。根據本文描述的系統和方法所使用的特殊的短軸雷射分布可以增加步長，同時仍舊確 保熔融凸起，並且由此增加吞吐率且降低成本。下面在題為"具體實施方式
"的章節中描述本發明的這些和其他特徵、方面和實 施方案。


結合附圖描述了本發明的特徵、方面和實施方案，在附圖中圖1是圖示在單次脈衝輻照之後膜表面的示例性橫截面的圖；圖2是圖示在單次脈衝輻照之後膜表面的另一示例性橫截面的圖；圖3是圖示在對圖1的膜表面的橫截面的第二次輻照期間光束的示例性位置的
圖；圖4是圖示在圖3中所圖示的第二次輻照期間入射光子的示例性散射(scatter) 的圖；圖5A-5C是圖示示例性短軸空間強度分布的圖；
圖6是圖示在"n"個脈衝後光束的示例性位置的圖；圖7是圖示在"n+l"個脈衝後的光束空間強度和光束示例性位置的圖；以及
圖8是用於製造液晶顯示器的示例性設備。
具體實施例方式薄光束定向結晶(thin-beam directional crystallization或者thin-beam directional 'Xtallization， TDX)製造方法可以組合多晶矽的固有優點和高效的數量導向的生產能力。 最終結果可能是出眾的電子遷移率、平坦的表面形貌、大的處理窗口以及更大的吞吐率。 不同類型的雷射器可以被用於薄光束定向結晶，例如，在一個實施方案中，可以使用固態 雷射器。在另一實施方案中，高功率受激準分子雷射器可以被用於TDX工藝。初始針對 微光刻應用的半導體而開發的主振蕩器功率放大器(MOPA)配置也可以使用。該雷射器
7可以工作在351納米，並且以傑出的脈衝到脈衝穩定性和高可靠性提供超過卯0瓦的功率。 還可以使用其他波長，例如308納米的波長。 一般來說，可以使用被所要熔融的材料(例 如矽)強烈吸收的任何波長。在2004年2月18日遞交、申請序列號為No.10/781,251、標 題為"Very High Energy, High Stability Gas Discharge Laser Surface Treatment System(非常高 能量、高穩定性氣體放電雷射器表面處理系統)"的同時待審定的美國專利申請；2004年 7月1日遞交、申請序列號為No.lO/884,101、標題為"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing OpticalSystem(雷射薄膜多晶矽退火光學系統)"的美國專利申請；2004年7月1日遞交、 申請序列號為No. 10/884,547、標題為"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System (雷射 薄膜多晶矽退火系統)"的美國專利申請；以及2005年8月11日遞交、申請序列號為 No.l 1/201,877、標題為"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing Optical System (雷射薄膜多 晶矽退火光學系統)"的美國專利申請中描述了TDX系統，這些美國專利申請通過引用以 如同完整傳述那樣被包括在本文中。與本文所描述的系統和方法連通使用的TDX光學系統可以將雷射轉換為非常 長而薄的均勻光束，並且將所述光束傳遞到矽襯底上。此外，它可以被配置來穩定光束的 能量、密度和指向；所有這些可以提高TDX工藝的一致性(consistency)。在一個實施方 案中，每個脈衝可以曝光約為5微米寬720毫米長的區域。光束的長度可以與基底寬度匹 配，從而玻璃在單趟中被處理。這可以幫助確保高度的均勻性(uniformity)和快的吞吐率。 在曝光期間，可以以恆速掃描面板，並且可以觸發雷射器以例如2微米的節距或步長進行 觸發。該節距可以被選擇為使得熔融區總是從前一脈衝的高質量晶體生晶(seedfrom)， 產生長的定向多晶矽晶體。每次脈衝還熔融前一熔融區中心處的大的脊或凸起，導致更平 坦的表面。TDX工藝是以受控超橫向生長形式為基礎，其中熔融區從邊緣朝向中心橫向重 新固化。與其中晶體生長從矽層內垂直發展的ELA不同，橫向生長產生具有高電子遷移 率的大的定向多晶矽顆粒。TDX工藝具有比ELA大得多的處理窗口，因為它依賴於矽膜 空間受控的完全熔融，並且避免對能量敏感的部分膜熔融。對玻璃上系統(SOG)設計途徑的使用是另一演進舞臺，這僅在多晶矽的情況 下才可能，並且其也將從TDX在LTPS工藝效率的新進展受益。以LTPS可實現的更高的 電子遷移率和更小尺寸的電晶體允許直接將驅動電子器件製造到薄的矽覆層中。這提供有
力的方法來通過降低對巻帶自動結合(tab bond)連接的需要而降低面板成本且還提升面 板強健性。多晶矽高得多的電子遷移率允許驅動電子器件的額外集成，例如將數模轉換器 (DAC)集成在基底上，以及通過使用更快的驅動器控制更多的TFT開關來減少驅動器 的數量。以SOG得到的總體成本節省可能是非常巨大的，尤其是對於處理由很多小的 LCD屏幕構成的大面板來說。使用常規的a-Si途徑，其中單獨的巻帶自動結合的驅動電 子裝置用於每個屏幕；驅動晶片可能構成每屏幕成本的重要百分比以及昂貴的額外組裝步
8驟。相比之下，以多晶矽進行的SOG允許驅動電子器件在背板製造工藝期間被高效地制 成。有鑑於此，圖1是根據本文所描述的系統和方法的一個實施方案圖示在薄光束 定向結晶工藝中單次脈衝輻照後膜表面102的示例性橫截面的圖。膜表面102例如可以為 非晶矽。薄光束輻照使用雷射來使表面102的部分熔融。熔融部分一般從側邊向內朝熔融 區的中間凝固(freeze)或固化，留下兩個橫向固化區104和106。這是因為矽膜102的每 個未熔融邊緣充當"晶種"，熔融矽可以在其上生長。凸起108可以存在於最後的凝固點，所述凝固點一般在被輻照表面的中心或者 在這附近。可以在兩個邊緣生長到彼此中時導致所述凸起105。在兩個邊緣生長在一起的 中心處或此附近，結晶的結構一般將不匹配，因為每個邊緣是從熔融區的相對側"生晶"的， 並且這些側一般不是互相匹配的。在失配的結構相遇的地方，晶體將推動到彼此中並且從 表面向上推。這些凸起108可以在膜厚度的數量級。膜厚度普遍為約50到100納米，然 而，其他膜厚度是可能的。凸起108打破(breakup)表面的均勻化結晶結構。此外，如上面所討論的， 在退火後出現的凸起108的圖形也可能使得難以沉積均勻的柵極介電層，導致跨面部上 TFT性能的非均勻性。為了去除凸起108，可以在下次雷射照射中重新熔融所述凸起108。例如，膜表面102可以在下一次照射的雷射下移動某個步長。然而，必須將該 步長設置為確保足夠的雷射能量注入到凸起108，從而確保凸起108熔融。因此，重新熔 融每個凸起108的需要限制了可以實現的最大步長。最大理論步長等於橫向生長距離110， 因為雷射必須重新熔融凸起108。在圖l的實施例中，橫向生長距離等於熔融區的寬度的 約一半。因此，可以使用並且仍舊確保熔融凸起108的理論最大步長約等於橫向生長距離 減去凸起108的寬度。然而， 一般來說，步長必須被保持為遠小於理論最大值，例如小數百納米，其 中雷射脈衝寬度為約5nm。該減小降低吞吐率。實際的步長將小於最大理論步長，因為需 要更多的能量來重新熔融凸起108。這是因為凸起108比其餘膜表面102厚。此外，凸起 108可以散射雷射。因此，不僅由於凸起的厚度而要耗費更多的能量來重新熔融凸起108， 還將需要更多的能量來補償凸起108散射的雷射能量。圖4是圖示在輻照期間入射光子的示例性散射的圖。隨著入射光子408輻照表 面102，這些光子中的一些402被凸起108散射。因此，可能需要更多的能量來熔融凸起 108。如上面討論的，該散射和凸起108的額外厚度可以減小可實現的步進距離並且增加 LCD的處理時間，因為需要更多能量來熔融凸起108。因此，將更多能量引導到凸起108 的位置的空間強度短軸分布可以被用來最大化步長304。
還應該注意到，雷射光束寬度必須被控制以避免形成如圖2中圖示的帶核 (nucleated)顆粒204。帶核顆粒可能在中心於側邊可以生長在一起前冷卻時發生。當中 心在側邊可以生長在一起前冷卻時，其結構一般將不與任一側的晶體結構匹配，因為它不 是從任一側離開而"生晶"的。相反，如果中心的冷區比側邊生長在一起要快的話，則它可 以從內垂直生晶。如果熔融區太寬，即雷射光束寬度太寬，則這可能發生。當熔融區太寬 時，側邊不能在中心固化之前生長在一起。如果光束太寬，則隨著橫向固化區206和208生長到中心帶核區204，可能產 生兩個凸起210和212。當邊緣生長到帶核區204中時可能導致凸起210和212。每個橫 向固化區206和208的結晶結構一般將不與帶核區204匹配，因為每個邊緣是從熔融區的 相對側"生晶"的。在失配結構相遇的地方，晶體將推動到彼此中並且從表面向上推。如上 面討論的， 一般優選的是在膜表面202固化時形成的LCD的結晶結構是均勻化的。凸起 212和212打破表面均勻化的結晶結構。因此，限制光束寬度使得不產生帶核區204是有 利的。例如，在一個實施方案中，光束寬度約為5pm;然而，將理解，光束寬度將取決於 特定實施方案。只要每側可以在核發生之前生長在一起，細顆粒帶核區204將不會產生。如上面討論的，膜表面102可以在光束下移動或步進以熔融凸起108。表面102 例如可以向左移動少於脈衝寬度的一半。凸起108則可以連同橫向固化區104的小部分、 橫向固化區106的全部以及未輻照非晶矽114的部分被重新熔融。隨著橫向固化區從左向 右生長，它將從橫向固化區104生晶，使橫向固化區104的晶體結構連續，直到在中間處 相遇而形成新的凸起。這可以參照圖3看到。圖3是圖示在圖1的膜表面的橫截面的第二次輻照期間光束的示例性位置的 圖。在第一輻照期間光束的位置被示出為在位置302。如上面討論的，膜表面102可以在 光束下移動以熔融表面102的下一區段(section)。表面102例如可以向左移動一步進距 離304，所述步進距離304可以稍小於脈衝寬度的一半。光束隨後將在第二次照射期間被 定位在306，其將以入射光子308輻照表面102。光子308可以重新熔融凸起108連同橫 向固化區104的小部分310、橫向固化區106的全部以及未輻照非晶矽114的部分312。 隨著新的橫向固化區從左向右生長，它將從橫向固化區104生晶，使橫向固化區104的晶 體結構連續，直到在新的熔融區的中間處相遇而形成新的凸起。該新的凸起將大致在位置 314處形成。圖6是圖示在"n"個脈衝後光束的示例性位置602的圖。膜表面102可以以恆 速移動。每個脈衝可以被定時為在膜表面102移動一標稱步長604時發生。如可以看到的， 連續逐次的橫向固化區604隨著雷射沿表面102移動而產生，所述每個橫向固化區604約 為光束寬度602的長度的一半。如上面討論過的，標稱步長604—般小於理論最大步長， 並且可以通過使強度峰值接近凸起108來最大化實際步長。參照圖3，步進距離304可以小於理論最大值，因為耗費額外的能量來重新熔
10融凸起108，並且光可能被凸起108散射。處理僅可以在每個區段冷區時進行。較小的步 進可能增加處理時間，並且浪費時間重新熔融之前曾熔融的區域。橫向固化區104的小部 分310被來自光束的光子308重新熔融。如將理解的，所述小部分310越大，則一般耗費 來處理膜表面102的時間越長。因此，如果所述小部分310可以被最小化，即可以實現更 大的步長，則一般可以加速製造工藝，導致更短的處理時間和更大的生產量。圖5A-5C是圖示可以被用來將更多能量引導到凸起108的位置的示例性短軸 空間強度分布的圖。圖5A示出禮帽式分布(top hat profile)。 一般來說，例如圖5A中圖 示的具有陡側邊的禮帽式分布是優選的，因為它導致對表面102的更均勻的能量施加；然 而，如注意到的，將更多能量引導到凸起108可能是優選的，以便增加步長。可以通過提 升具有如圖5A所示的禮帽式分布的光束的能量密度來將更多能量引導到凸起108。但是， 一般來說，簡單地提升具有禮帽式分布的光束的能量密度是不足夠的，因為這最終可能導 致入射在非晶矽膜上的光束側的膜損壞或者燒結(agglomeration)。大致使光束強度分布與膜所需熔融溫度相關聯的雷射光束短軸分布一般是優 選的。該分布可以被修整為使得最大每脈衝步進距離成為可能而不超出損壞閾值。圖5B 和5C圖示與凸起108的位置相關聯的兩種短軸分布，其中強度峰值出現在光束邊緣。例 如，如2004年7月1日遞交、序列號為No. 10/884,547、標題為"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System (雷射薄膜多晶矽退火系統)"的同時待審定美國專利申請的圖8和圖9 中所圖示的對光束傳遞和光束處理系統的恰當控制可以被用於處理該短軸空間強度分布， 該美國專利申請通過引用以如同完整闡述那樣被包括在本文中。圖7是圖示具有類似於圖5b中所圖示的短軸空間強度分布的光束712的使用 的圖。如上面曾討論的，大致使光束強度分布與膜所需熔融溫度相關聯的短軸雷射光束分 布一般是優選的。如在圖7中可以看到的，強度在凸起108附近最高。以這種方式，可以 供給更多能量，以提供如上所討論的由於增加的厚度和散射而可能需要用來熔融凸起108 所需的額外能量。因為更多的能量被包含在短軸分布的左手側，所以步長704可以增加， 從而更接近地趨近於理論最大值，但仍舊確保凸起108的充分熔融。換言之，通過使用諸如圖5B和5C中所圖示的短軸空間強度分布，部分310 可以減小，而步長可以增加。將理解，步長的增加將取決於實現方案，但是步長可以由於 光束在凸起108的位置增加的強度而更接近理論最大值。對於總光束寬度，步長例如可以 增加多至數百納米。圖8是根據本文描述的系統和方法的一個實施方案用於製造液晶顯示器的示 例性表面處理系統800。如上述的薄光束定向結晶將具有更高的吞吐率、提高的多晶矽均 勻性的橫向晶體生長的益處與修整短軸空間強度分布為熔融矽膜所需的能量相結合。與標 準ELA工藝相反，薄光束定向結晶工藝增加吞吐率，同時產生更均勻的材料。
使用特殊設計的雷射器802和定製的光束形成光學系統804，基底809可以暴 露給長而薄的光束808。光束形成光學系統804可以產生例如上面關於圖5A和5B所討論 的短軸空間雷射光束分布。在一個實施方案中，長而薄的光束808可以測量為5微米寬乘 以直至730毫米長。該光束配置可以允許在單次雷射脈衝期間跨玻璃基底809寬度的完全 覆蓋。因為5微米寬的區被致使完全熔融，矽通過橫向生長結晶而固化，導致高遷移率的 多晶矽。為了處理整個基底809，可以在光束808之下掃描該玻璃，從而在單趟中發生結 晶。玻璃可以恆速移動，並且可以觸發雷射器在約2微米的平移(translation)後進行發射。 通過將每個新的"條帶"重疊在之前一個之上，新的條帶可以從前一條帶的良質多晶矽"生 晶"，並且該系統可以跨整個基底809實現長的、均勻的晶體顆粒的連續生長。具有如上面描述的短軸空間強度分布的薄光束定向結晶可以比ELA高效得 多，其中，與ELA所使用的20-40個脈衝相比，在薄光束定向結晶中使用少得多的脈衝來 曝光每個區域。這可以提供高得多的面板吞吐率。此外，處理窗口可以比ELA大得多， 因為它不依賴於部分熔融，這可以幫助提高生產率。因為整個面板可以在單趟中曝光，所 以具有如上描述的短軸空間強度分布的薄光束定向結晶還可以避免在諸如SLS和ELA的 多趟曝光技術中可以看到的重疊區所導致的非均勻性。薄光束定向結晶的實際實現可以包括例如該系統中的三個主要部件雷射器 802、光束形成光學系統804和工作檯810。在一個實施方案中，可以使用具有悉心選擇的 功率、脈衝頻率和脈衝能量組合以支持長光束和高掃描率的特殊設計的高功率雷射器802。 該雷射器802例如可以提供900W的功率，這幾乎是當前ELA雷射器功率的三倍，以確 保最高的吞吐率。在一個實施方案中，可以使用初始為高要求的半導體光刻應用所設計的 雷射器802，來確保跨整個基底良好的多晶矽和TFT性能均勻性。在一個實施方案，可以使用步進器(stepper)或平移器(translator)來在長而 薄的光束808之下移動工作檯810。以這種方式，可以控制面板809在光束808下的部分， 從而面板809的各個部分可以被處理。在一個實施方案中，面板809可以為非晶矽包覆的 玻璃面板。因此，光束808可以被用來熔融面板809上的矽膜表面。開發了光學系統來構建最佳光束形狀。在一個實施方案中，最佳光束形狀可以 是足夠長以覆蓋基底的整個寬度並且足夠窄以優化結晶過程。可以對在該光學系統中包含 的投影光學系統的設計特別小心，以確保在高功率負載下的熱穩定性和受控的焦深 (DOF)，以及使光學系統的壽命最大化。在一個實施方案中，為了確保在掃描方向上的快速移動，雷射器必須以高重複 率(例如6KHz)進行工作，並且工作檯速度可以例如對於約2微米的節距為12毫米/秒。 基底可以在單趟中曝光，這需要約150毫焦/脈衝來曝光Gen4基底。在一個實施方案中， 具有6KHz、 900W的雷射器的薄光束結晶系統可以在少至75秒中處理整個Gen4面板。
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對於根據本文所描述的系統和方法可以使用的表面處理系統800的示例性實 施方案的更詳細的描述，在序列號為No. 10/781,251; 10/884,101; 10/884,547和11/201,877
的美國申請中描述。儘管上面已經描述了本發明的一些實施方案，但是將理解，所描述的實施方案 僅是為實施例的方式。因此，本發明應該不基於所描述的實施方案而受限。相反，本文描 述的發明的範圍應該僅受限於當連同上述描述和附圖考慮的所附權利要求書。
權利要求
1. 一種處理液晶顯示器的方法，包括在短軸方向整形雷射光束分布，從而使更多的能量處於所述分布的一個邊緣附近，所述邊緣對應於所述光束所施加的矽襯底上的凸起；以及將施加所述雷射光束的步長增加至接近最大理論步長。
2. 如權利要求1的所述的方法，還包括整形所述雷射光束的長軸分布，以生成長而 薄的光束。
3. 如權利要求2的所述的方法，其中所述雷射光束分布在所述短軸方向約為5微米 寬。
4. 如權利要求3的所述的方法，其中所述光束分布約為730毫米長。
5. 如權利要求3的所述的方法，其中所述光束分布大約和玻璃基底一樣寬。
6. 如權利要求3的所述的方法，其中玻璃基底在所述光束分布下以恆速移動。
7. 如權利要求6的所述的方法，其中，在0.5至4微米的平移後所述光束分布被觸發 發射。
8. 如權利要求5的所述的方法，其中，在約2.5微米的平移後所述光束分布被觸發發射。
9. 如權利要求8的所述的方法，其中所述光束具有351納米的波長。
10. 如權利要求1的所述的方法，其中所述光束具有308納米的波長。
11. 一種液晶顯示器，由如下步驟生產在短軸方向整形雷射光束分布，從而使更多的能量處於所述分布的一個邊緣附近，所 述邊緣對應於所述光束所施加的矽襯底上的凸起；以及 將施加所述雷射光束的步長增加至接近最大理論步長。
12. —種製造液晶顯示器的設備，包括 被配置為周期性地產生雷射的雷射器；光束整形光學系統，所述光學系統被耦合到所述雷射器並且被配置為將從所述雷射器 發出的雷射光束轉換為具有短軸和長軸的長而薄的光束，其中在短軸方向的光束分布在一 個邊緣附近具有更多的能量，所述邊緣對應於所述光束所施加的矽襯底上的凸起；以及被配置為支撐所述矽襯底的工作檯；以及耦合到所述工作檯的平移器，所述平移器被配置為推進所述矽襯底，從而產生與所述 雷射器的周期性發射相協同的步長，所述步長接近最大理論步長。
13. 如權利要求12的所述的設備，其中所述雷射器為至少卯O瓦的雷射器。
14. 如權利要求12的所述的設備，其中所述雷射器工作在351納米。
15. 如權利要求12的所述的設備，其中所述雷射器工作在308納米。
16. 如權利要求12的所述的設備，其中所述光束整形光學系統被配置為產生具有在 所述短軸方向約為5微米的分布的雷射光束。
17. 如權利要求12的所述的設備，其中所述光束整形光學系統被配置為產生具有在 所述長軸方向約為730毫米的分布的雷射光束。
18. 如權利要求16的所述的設備，其中所述平移器被配置為以恆定速度移動所述矽 襯底。
19. 如權利要求17的所述的設備，其中所述雷射器被配置為在約5微米的平移後發射。
20. 如權利要求15的所述的設備，其中所述步長約為2.5微米。
21. 如權利要求12的所述的設備，其中所述矽襯底被設置在玻璃表面上。
22. 如權利要求12的所述的設備，其中所述雷射器是兩腔雷射系統。
23. 如權利要求22的所述的設備，其中所述腔中的一個作為主振蕩器，另一個作為 功率放大器。
全文摘要
在被配置為使玻璃基底上的矽層退火的薄光束定向結晶系統中，使用特殊的短軸雷射光束分布，所述短軸雷射光束分布在一個邊緣包括強度峰值。該系統被配置為完全熔融矽膜的一空間受控的部分，導致橫向晶體生長。通過推進基底或者雷射器某個步長並且使矽層經受來自雷射器的連續逐次「照射」，使整個矽層結晶。橫向晶體生長在熔融區域的中心造成凸起。該凸起必須被重新熔融。因此，所述步長必須是這樣的，即在連續逐次照射之間即熔融區之間具有足夠的重疊，以確保凸起被熔融。這要求步長小於光束寬度的一半。較小的步長減小吞吐率而增加成本。根據本文描述的系統和方法所使用的特殊的短軸雷射分布可以增加步長，並且由此增加吞吐率且降低成本。
文檔編號B23K26/00GK101484267SQ200780025327
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月27日 優先權日2006年5月1日
發明者B·A·特克, D·S·諾爾斯 申請人:Tcz私營有限公司