用于激光束空间强度分布优化的系统和方法

专利名称：用于激光束空间强度分布优化的系统和方法
用于激光束空间强度分布优化的系统和方法
背景
1. 发明领域本发明的领域总地涉及液晶显示器(LCD)，并且更具体地涉及制造LCD的 系统和方法。
2.
背景技术：
已经存在良好建立并正在增长的有源矩阵式LCD市场，在所述有源矩阵式 LCD中，有源薄膜晶体管(TFT)被用来控制显示器中的每个像素。例如，有源矩阵式 LCD是用于计算机屏幕的主流技术。此外，近年来，有源矩阵式LCD解决方案还大举进 入诸如电视、移动电话、PDA、录像机等市场部分。有源矩阵式LCD被预测为显示器行业增长最快的部分，下一个五年预计的年 平均增长率超过35%。相反，预测无源式LCD和常规阴极射线管(CRT)具有平缓直至 负的增长率。仅有的被预测为具有正增长的其他显示技术为有机发光二极管(OLED)显 示器，其正针对于专用应用而兴起，并且预测在2007年之后(beyond)每年高于增加一 倍。除了快速的总体增长之外，LCD市场的性质正在改变，即更新的LCD应用包 括更大的多样性和更特殊的要求。例如，电话占约所有LCD的50。/。，但仅占LCD总面积 的2%。相反，监视器占LCD的约27。/。，但占总面积的50%。随着TV应用和大屏幕尺寸 的快速增长，计划到2008年电视构成超过LCD总面积的30。/。。与之前的LCD应用相比， 这些大屏幕的应用具有很多特殊的要求。为了支持所预期的高增长率以及为了成功地把握新的市场机遇，LCD制造商 必须能够在新兴显示器制造技术上占优，以提高LCD出售品(offering)的特征和性能， 而同时改进他们的产品成本和吞吐率(throughput)。随着LCD产业转变到快速增长和产品多样性的下一阶段， 一些成功因素可以 包括更小的像素尺寸、作为TFT尺寸的直接函数(direction function)的更高的密度，以 及用于支持视频要求的更快的TFT切换速度。更亮的显示能力、对于每像素更多光的改 进的开口率(aperture ratio)，以及更低的总体生产成本同样是成功的因素。更低的生产 成本可能得自于更快的处理吞吐率和持续较高的每面板显示器良率两者。为了长期的成
4功，对于LCD制造商来说投资于这样的技术解决方案是重要的，所述技术解决方案还可 以以成本有效的方式适用于新兴高增长屏幕类型(例如OLED)的高效制造。当前用于在玻璃基底上创建传导层的两种主要的工艺方法是非晶硅 (Amorphous silicon) (a-Si)和低温多晶硅(poly-Si或LTPS)，所述这两种工艺方法将 支持用于有源矩阵式LCD的TFT的制造。在a-Si工艺中，在PECVD硅膜上直接创建栅 极层。在多晶硅或LTPS工艺中，在制成栅极之前结晶PECVD硅膜，以生产高性能的TFT。 在这些工艺中，保持低温以避免玻璃基底熔融。因为通过非晶硅晶体管的电子移动固有地 (inherently)较慢，因此基于a-Si的TFT必须物理尺寸较大，以便提供足够的从源极到 漏极的电流。另一方面，由于以多晶硅可以实现的显著较高的电子迁移率(electron-mobility) ，基于LTPS的TFT可以更小而更快。因为多晶硅晶体管固有地较小，因此更 多的光可以通过每个像素。这允许考虑改进的开口率、更大的像素密度或这两者的设计灵 活性。尽管LTPS有TFT尺寸和性能优势，当今大多数LCD面板仍旧是使用非晶硅 工艺制造的。这是由于主要由较少工艺步骤而导致的a-Si的相对较低的成本以及与欠成熟 的LTPS设备相关联的潜在未知因素。a-Si还已经是使成本最小化的"安全"工艺，因为大 屏幕LCD中的单个缺陷意味着报废整个设备；然而，尽管a-Si工艺相当好地被确定并且 是可控的，现在已经很清楚，a-Si技术在关于支持对更高的像素密度、更快的响应和更亮 的显示的新兴的要求方面正趋近于其极限。迄今为止，LTPS—般已经以制造更小的、更高性能的显示器为目标，因为更 小物理尺寸的基于多晶硅的TFT允许增加的屏幕亮度、更高的像素密度以及更低的功耗。 同样，LTPS晶体管固有更快的切换支持视频应用(例如视频录像机以及蜂窝电话和PDA 中的视频特征)的要求。显示器制造商还需要提前为有机发光二极管技术的兴起作打算，该技术将以计 划在2007年开始的快速增长成为显示器市场的一重要部分。 一些简单的OLED设备已经 在运用于专用应用(例如用于汽车仪器和数码相机的小屏幕、高亮度显示器)。 一些公司 已经宣布他们意图生产大屏幕的OLED显示器，当所述大屏幕的OLED显示器被产业化 时，将获取针对显示亮度和色彩为关键区分因素的应用的重要市场份额。在基于OLED的显示器中，分子结构实际上发光，而不是作为背光光源的光 阀(light valve)，因此使得能够有亮得多的屏幕。因为OLED中的发光材料是电流驱动 的，而不是如LCD中是电压驱动的，因此多晶硅更高的电子迁移率和更稳定的载流容量 (current capacity)将是OLED实现的关键使能因素(enabler) 。 OLED固有的更高的发 光度(luminescence)将允许设计者选择较小的像素来产生相同的亮度，由此使能更高的 分辨率。OLED显示器的实现因此将与通过多晶硅而可获得的较小几何形状相容得多。
向前发展，显示器制造商需要采用可以为多晶硅生产提供高吞吐率、高生产率 (yield)能力的面板制造技术，以满足当今多样的、快速增长的LCD要求，同时还为将 来(例如OLED市场上升(ramp-up))打下基础。LCD或者OLED制造方法可以关注于 三个领域生产高性能TFT，跨(across)整个面板产生均匀的(uniform)材料和器件， 以及通过高吞吐率和低操作成本的组合优化生产效率。最广泛使用的LTPS制造技术涉及这样的表面处理，所述表面处理使用激光器 来熔融硅膜，在非常短的时间段(一般以纳秒计)内将其加热到一液点(liquid point)， 之后硅膜再结晶为多晶硅。LTPS技术中主要的挑战包括对工艺的有效控制，以确保跨整 个面板均匀结晶，同时提供高水平的持续处理吞吐率和低操作成本。常规地，两种工艺之一被用于在LTPS工艺中熔融硅受激准分子激光退火 (ELA)或者连续横向固化(Sequential Lateral Solidification, SLS) 。 ELA工艺的低生产 力和高操作费用已经妨碍了 ELA的广泛应用。ELA的吞吐率固有地低，因为需要多达 50-100个激光脉冲来处理单个点(spot)。使用300W的激光器，当前一代的ELA系统的 吞吐率约为对Gen4 LCD来说10个面板/小时以及对Gen5来说仅5-6个面板/小时。从性能和生产率的观点看，ELA工艺有着其他重大限制。ELA工艺是基于部 分熔融的原理，其中一些接近底部的材料保持固态并且作为导致结晶垂直发生的"晶种"。 已知该工艺导致大的颗粒尺寸变化，并且具有小的处理窗口 (process window)。此外， 电子迁移率由于小的颗粒尺寸而相对低，因此ELA工艺艰难满足玻璃上系统(System on Glass, SOG)或OLED的要求。 SLS系统在生产力、成本和生产率上提供一些改进。SLS是基于横向晶体生长， 其中结晶作用从熔融硅的边缘水平地进展，产生具有提高的电子迁移率的较大晶体颗粒。 在标准的SLS技术中，使用掩模来为每次激光"照射(shot)"曝光大致4毫米x5毫米的区 域，并且通过使该小的曝光区域在整个玻璃上步进来处理基底。使用300W的受激准分子激光器，SLS系统能够每小时产生多至18个Gen4 面板或10个Gen5面板。然而，因为SLS掩模是在多趟(pass)中以递增方式"步进"以覆 盖面板，因此激光能量在照射与照射间的变化(shot-to-shot variation)可能导致在整个面 板上多晶硅的可变性。步进还可能由于多步之间的重叠而造成接缝(seam)，这在显示中 可能是可见的。另外，标准SLS技术所不希望的人为现象(artifact)在于在硅的固化期间 形成的大的垂直凸起。在SLS退火之后出现的凸起的图形(pattern)可能使得难以沉积均 匀的栅极介电层，导致跨面板上TFT性能的非均匀性。为了满足快速改变的市场的需求，未来的显示器需要更亮，具有更丰富、更逼 真的色彩，更快的视频能力，更宽的观看角度，在室内或室外同样良好工作，更耐久，并 且均是更低成本的。

发明内容
—种被配置为使玻璃基底上的硅层退火的薄光束定向结晶系统使用特殊的短 轴激光光束分布，所述短轴激光光束分布在一个边缘包括强度峰值。该系统被配置为熔融 硅膜的一部分，导致横向晶体生长。通过推进基底或者激光器某个每脉冲步长并且使硅层 经受来自激光器的连续逐次(successive)"照射"，整个硅层通过熔融和晶体生长的重复 (iteration)来结晶。从每次照射所导致的横向晶体生长在熔融区域的中心造成凸起。该 凸起必须被重新熔融。因此，所述步长必须是这样的，即在连续逐次照射之间即熔融区之 间具有足够的重叠，以确保凸起被熔融。这要求步长小于来自任何单次激光脉冲的横向生 长距离。等于横向晶体生长长度的步长是理论最大步长。较小的步长减小吞吐率而增加成 本。根据本文描述的系统和方法所使用的特殊的短轴激光分布可以增加步长，同时仍旧确 保熔融凸起，并且由此增加吞吐率且降低成本。下面在题为"具体实施方式
"的章节中描述本发明的这些和其他特征、方面和实 施方案。


结合附图描述了本发明的特征、方面和实施方案，在附图中图1是图示在单次脉冲辐照之后膜表面的示例性横截面的图；图2是图示在单次脉冲辐照之后膜表面的另一示例性横截面的图；图3是图示在对图1的膜表面的横截面的第二次辐照期间光束的示例性位置的
图；图4是图示在图3中所图示的第二次辐照期间入射光子的示例性散射(scatter) 的图；图5A-5C是图示示例性短轴空间强度分布的图；
图6是图示在"n"个脉冲后光束的示例性位置的图；图7是图示在"n+l"个脉冲后的光束空间强度和光束示例性位置的图；以及
图8是用于制造液晶显示器的示例性设备。
具体实施例方式薄光束定向结晶(thin-beam directional crystallization或者thin-beam directional 'Xtallization， TDX)制造方法可以组合多晶硅的固有优点和高效的数量导向的生产能力。 最终结果可能是出众的电子迁移率、平坦的表面形貌、大的处理窗口以及更大的吞吐率。 不同类型的激光器可以被用于薄光束定向结晶，例如，在一个实施方案中，可以使用固态 激光器。在另一实施方案中，高功率受激准分子激光器可以被用于TDX工艺。初始针对 微光刻应用的半导体而开发的主振荡器功率放大器(MOPA)配置也可以使用。该激光器
7可以工作在351纳米，并且以杰出的脉冲到脉冲稳定性和高可靠性提供超过卯0瓦的功率。 还可以使用其他波长，例如308纳米的波长。 一般来说，可以使用被所要熔融的材料(例 如硅)强烈吸收的任何波长。在2004年2月18日递交、申请序列号为No.10/781,251、标 题为"Very High Energy, High Stability Gas Discharge Laser Surface Treatment System(非常高 能量、高稳定性气体放电激光器表面处理系统)"的同时待审定的美国专利申请；2004年 7月1日递交、申请序列号为No.lO/884,101、标题为"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing OpticalSystem(激光薄膜多晶硅退火光学系统)"的美国专利申请；2004年7月1日递交、 申请序列号为No. 10/884,547、标题为"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System (激光 薄膜多晶硅退火系统)"的美国专利申请；以及2005年8月11日递交、申请序列号为 No.l 1/201,877、标题为"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing Optical System (激光薄膜多 晶硅退火光学系统)"的美国专利申请中描述了TDX系统，这些美国专利申请通过引用以 如同完整傳述那样被包括在本文中。与本文所描述的系统和方法连通使用的TDX光学系统可以将激光转换为非常 长而薄的均匀光束，并且将所述光束传递到硅衬底上。此外，它可以被配置来稳定光束的 能量、密度和指向；所有这些可以提高TDX工艺的一致性(consistency)。在一个实施方 案中，每个脉冲可以曝光约为5微米宽720毫米长的区域。光束的长度可以与基底宽度匹 配，从而玻璃在单趟中被处理。这可以帮助确保高度的均匀性(uniformity)和快的吞吐率。 在曝光期间，可以以恒速扫描面板，并且可以触发激光器以例如2微米的节距或步长进行 触发。该节距可以被选择为使得熔融区总是从前一脉冲的高质量晶体生晶(seedfrom)， 产生长的定向多晶硅晶体。每次脉冲还熔融前一熔融区中心处的大的脊或凸起，导致更平 坦的表面。TDX工艺是以受控超横向生长形式为基础，其中熔融区从边缘朝向中心横向重 新固化。与其中晶体生长从硅层内垂直发展的ELA不同，横向生长产生具有高电子迁移 率的大的定向多晶硅颗粒。TDX工艺具有比ELA大得多的处理窗口，因为它依赖于硅膜 空间受控的完全熔融，并且避免对能量敏感的部分膜熔融。对玻璃上系统(SOG)设计途径的使用是另一演进舞台，这仅在多晶硅的情况 下才可能，并且其也将从TDX在LTPS工艺效率的新进展受益。以LTPS可实现的更高的 电子迁移率和更小尺寸的晶体管允许直接将驱动电子器件制造到薄的硅覆层中。这提供有
力的方法来通过降低对巻带自动结合(tab bond)连接的需要而降低面板成本且还提升面 板强健性。多晶硅高得多的电子迁移率允许驱动电子器件的额外集成，例如将数模转换器 (DAC)集成在基底上，以及通过使用更快的驱动器控制更多的TFT开关来减少驱动器 的数量。以SOG得到的总体成本节省可能是非常巨大的，尤其是对于处理由很多小的 LCD屏幕构成的大面板来说。使用常规的a-Si途径，其中单独的巻带自动结合的驱动电 子装置用于每个屏幕；驱动芯片可能构成每屏幕成本的重要百分比以及昂贵的额外组装步
8骤。相比之下，以多晶硅进行的SOG允许驱动电子器件在背板制造工艺期间被高效地制 成。有鉴于此，图1是根据本文所描述的系统和方法的一个实施方案图示在薄光束 定向结晶工艺中单次脉冲辐照后膜表面102的示例性横截面的图。膜表面102例如可以为 非晶硅。薄光束辐照使用激光来使表面102的部分熔融。熔融部分一般从侧边向内朝熔融 区的中间凝固(freeze)或固化，留下两个横向固化区104和106。这是因为硅膜102的每 个未熔融边缘充当"晶种"，熔融硅可以在其上生长。凸起108可以存在于最后的凝固点，所述凝固点一般在被辐照表面的中心或者 在这附近。可以在两个边缘生长到彼此中时导致所述凸起105。在两个边缘生长在一起的 中心处或此附近，结晶的结构一般将不匹配，因为每个边缘是从熔融区的相对侧"生晶"的， 并且这些侧一般不是互相匹配的。在失配的结构相遇的地方，晶体将推动到彼此中并且从 表面向上推。这些凸起108可以在膜厚度的数量级。膜厚度普遍为约50到100纳米，然 而，其他膜厚度是可能的。凸起108打破(breakup)表面的均匀化结晶结构。此外，如上面所讨论的， 在退火后出现的凸起108的图形也可能使得难以沉积均匀的栅极介电层，导致跨面部上 TFT性能的非均匀性。为了去除凸起108，可以在下次激光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激光下移动某个步长。然而，必须将该 步长设置为确保足够的激光能量注入到凸起108，从而确保凸起108熔融。因此，重新熔 融每个凸起108的需要限制了可以实现的最大步长。最大理论步长等于横向生长距离110， 因为激光必须重新熔融凸起108。在图l的实施例中，横向生长距离等于熔融区的宽度的 约一半。因此，可以使用并且仍旧确保熔融凸起108的理论最大步长约等于横向生长距离 减去凸起108的宽度。然而， 一般来说，步长必须被保持为远小于理论最大值，例如小数百纳米，其 中激光脉冲宽度为约5nm。该减小降低吞吐率。实际的步长将小于最大理论步长，因为需 要更多的能量来重新熔融凸起108。这是因为凸起108比其余膜表面102厚。此外，凸起 108可以散射激光。因此，不仅由于凸起的厚度而要耗费更多的能量来重新熔融凸起108， 还将需要更多的能量来补偿凸起108散射的激光能量。图4是图示在辐照期间入射光子的示例性散射的图。随着入射光子408辐照表 面102，这些光子中的一些402被凸起108散射。因此，可能需要更多的能量来熔融凸起 108。如上面讨论的，该散射和凸起108的额外厚度可以减小可实现的步进距离并且增加 LCD的处理时间，因为需要更多能量来熔融凸起108。因此，将更多能量引导到凸起108 的位置的空间强度短轴分布可以被用来最大化步长304。
还应该注意到，激光光束宽度必须被控制以避免形成如图2中图示的带核 (nucleated)颗粒204。带核颗粒可能在中心于侧边可以生长在一起前冷却时发生。当中 心在侧边可以生长在一起前冷却时，其结构一般将不与任一侧的晶体结构匹配，因为它不 是从任一侧离开而"生晶"的。相反，如果中心的冷区比侧边生长在一起要快的话，则它可 以从内垂直生晶。如果熔融区太宽，即激光光束宽度太宽，则这可能发生。当熔融区太宽 时，侧边不能在中心固化之前生长在一起。如果光束太宽，则随着横向固化区206和208生长到中心带核区204，可能产 生两个凸起210和212。当边缘生长到带核区204中时可能导致凸起210和212。每个横 向固化区206和208的结晶结构一般将不与带核区204匹配，因为每个边缘是从熔融区的 相对侧"生晶"的。在失配结构相遇的地方，晶体将推动到彼此中并且从表面向上推。如上 面讨论的， 一般优选的是在膜表面202固化时形成的LCD的结晶结构是均匀化的。凸起 212和212打破表面均匀化的结晶结构。因此，限制光束宽度使得不产生带核区204是有 利的。例如，在一个实施方案中，光束宽度约为5pm;然而，将理解，光束宽度将取决于 特定实施方案。只要每侧可以在核发生之前生长在一起，细颗粒带核区204将不会产生。如上面讨论的，膜表面102可以在光束下移动或步进以熔融凸起108。表面102 例如可以向左移动少于脉冲宽度的一半。凸起108则可以连同横向固化区104的小部分、 横向固化区106的全部以及未辐照非晶硅114的部分被重新熔融。随着横向固化区从左向 右生长，它将从横向固化区104生晶，使横向固化区104的晶体结构连续，直到在中间处 相遇而形成新的凸起。这可以参照图3看到。图3是图示在图1的膜表面的横截面的第二次辐照期间光束的示例性位置的 图。在第一辐照期间光束的位置被示出为在位置302。如上面讨论的，膜表面102可以在 光束下移动以熔融表面102的下一区段(section)。表面102例如可以向左移动一步进距 离304，所述步进距离304可以稍小于脉冲宽度的一半。光束随后将在第二次照射期间被 定位在306，其将以入射光子308辐照表面102。光子308可以重新熔融凸起108连同横 向固化区104的小部分310、横向固化区106的全部以及未辐照非晶硅114的部分312。 随着新的横向固化区从左向右生长，它将从横向固化区104生晶，使横向固化区104的晶 体结构连续，直到在新的熔融区的中间处相遇而形成新的凸起。该新的凸起将大致在位置 314处形成。图6是图示在"n"个脉冲后光束的示例性位置602的图。膜表面102可以以恒 速移动。每个脉冲可以被定时为在膜表面102移动一标称步长604时发生。如可以看到的， 连续逐次的横向固化区604随着激光沿表面102移动而产生，所述每个横向固化区604约 为光束宽度602的长度的一半。如上面讨论过的，标称步长604—般小于理论最大步长， 并且可以通过使强度峰值接近凸起108来最大化实际步长。参照图3，步进距离304可以小于理论最大值，因为耗费额外的能量来重新熔
10融凸起108，并且光可能被凸起108散射。处理仅可以在每个区段冷区时进行。较小的步 进可能增加处理时间，并且浪费时间重新熔融之前曾熔融的区域。横向固化区104的小部 分310被来自光束的光子308重新熔融。如将理解的，所述小部分310越大，则一般耗费 来处理膜表面102的时间越长。因此，如果所述小部分310可以被最小化，即可以实现更 大的步长，则一般可以加速制造工艺，导致更短的处理时间和更大的生产量。图5A-5C是图示可以被用来将更多能量引导到凸起108的位置的示例性短轴 空间强度分布的图。图5A示出礼帽式分布(top hat profile)。 一般来说，例如图5A中图 示的具有陡侧边的礼帽式分布是优选的，因为它导致对表面102的更均匀的能量施加；然 而，如注意到的，将更多能量引导到凸起108可能是优选的，以便增加步长。可以通过提 升具有如图5A所示的礼帽式分布的光束的能量密度来将更多能量引导到凸起108。但是， 一般来说，简单地提升具有礼帽式分布的光束的能量密度是不足够的，因为这最终可能导 致入射在非晶硅膜上的光束侧的膜损坏或者烧结(agglomeration)。大致使光束强度分布与膜所需熔融温度相关联的激光光束短轴分布一般是优 选的。该分布可以被修整为使得最大每脉冲步进距离成为可能而不超出损坏阈值。图5B 和5C图示与凸起108的位置相关联的两种短轴分布，其中强度峰值出现在光束边缘。例 如，如2004年7月1日递交、序列号为No. 10/884,547、标题为"Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System (激光薄膜多晶硅退火系统)"的同时待审定美国专利申请的图8和图9 中所图示的对光束传递和光束处理系统的恰当控制可以被用于处理该短轴空间强度分布， 该美国专利申请通过引用以如同完整阐述那样被包括在本文中。图7是图示具有类似于图5b中所图示的短轴空间强度分布的光束712的使用 的图。如上面曾讨论的，大致使光束强度分布与膜所需熔融温度相关联的短轴激光光束分 布一般是优选的。如在图7中可以看到的，强度在凸起108附近最高。以这种方式，可以 供给更多能量，以提供如上所讨论的由于增加的厚度和散射而可能需要用来熔融凸起108 所需的额外能量。因为更多的能量被包含在短轴分布的左手侧，所以步长704可以增加， 从而更接近地趋近于理论最大值，但仍旧确保凸起108的充分熔融。换言之，通过使用诸如图5B和5C中所图示的短轴空间强度分布，部分310 可以减小，而步长可以增加。将理解，步长的增加将取决于实现方案，但是步长可以由于 光束在凸起108的位置增加的强度而更接近理论最大值。对于总光束宽度，步长例如可以 增加多至数百纳米。图8是根据本文描述的系统和方法的一个实施方案用于制造液晶显示器的示 例性表面处理系统800。如上述的薄光束定向结晶将具有更高的吞吐率、提高的多晶硅均 匀性的横向晶体生长的益处与修整短轴空间强度分布为熔融硅膜所需的能量相结合。与标 准ELA工艺相反，薄光束定向结晶工艺增加吞吐率，同时产生更均匀的材料。
使用特殊设计的激光器802和定制的光束形成光学系统804，基底809可以暴 露给长而薄的光束808。光束形成光学系统804可以产生例如上面关于图5A和5B所讨论 的短轴空间激光光束分布。在一个实施方案中，长而薄的光束808可以测量为5微米宽乘 以直至730毫米长。该光束配置可以允许在单次激光脉冲期间跨玻璃基底809宽度的完全 覆盖。因为5微米宽的区被致使完全熔融，硅通过横向生长结晶而固化，导致高迁移率的 多晶硅。为了处理整个基底809，可以在光束808之下扫描该玻璃，从而在单趟中发生结 晶。玻璃可以恒速移动，并且可以触发激光器在约2微米的平移(translation)后进行发射。 通过将每个新的"条带"重叠在之前一个之上，新的条带可以从前一条带的良质多晶硅"生 晶"，并且该系统可以跨整个基底809实现长的、均匀的晶体颗粒的连续生长。具有如上面描述的短轴空间强度分布的薄光束定向结晶可以比ELA高效得 多，其中，与ELA所使用的20-40个脉冲相比，在薄光束定向结晶中使用少得多的脉冲来 曝光每个区域。这可以提供高得多的面板吞吐率。此外，处理窗口可以比ELA大得多， 因为它不依赖于部分熔融，这可以帮助提高生产率。因为整个面板可以在单趟中曝光，所 以具有如上描述的短轴空间强度分布的薄光束定向结晶还可以避免在诸如SLS和ELA的 多趟曝光技术中可以看到的重叠区所导致的非均匀性。薄光束定向结晶的实际实现可以包括例如该系统中的三个主要部件激光器 802、光束形成光学系统804和工作台810。在一个实施方案中，可以使用具有悉心选择的 功率、脉冲频率和脉冲能量组合以支持长光束和高扫描率的特殊设计的高功率激光器802。 该激光器802例如可以提供900W的功率，这几乎是当前ELA激光器功率的三倍，以确 保最高的吞吐率。在一个实施方案中，可以使用初始为高要求的半导体光刻应用所设计的 激光器802，来确保跨整个基底良好的多晶硅和TFT性能均匀性。在一个实施方案，可以使用步进器(stepper)或平移器(translator)来在长而 薄的光束808之下移动工作台810。以这种方式，可以控制面板809在光束808下的部分， 从而面板809的各个部分可以被处理。在一个实施方案中，面板809可以为非晶硅包覆的 玻璃面板。因此，光束808可以被用来熔融面板809上的硅膜表面。开发了光学系统来构建最佳光束形状。在一个实施方案中，最佳光束形状可以 是足够长以覆盖基底的整个宽度并且足够窄以优化结晶过程。可以对在该光学系统中包含 的投影光学系统的设计特别小心，以确保在高功率负载下的热稳定性和受控的焦深 (DOF)，以及使光学系统的寿命最大化。在一个实施方案中，为了确保在扫描方向上的快速移动，激光器必须以高重复 率(例如6KHz)进行工作，并且工作台速度可以例如对于约2微米的节距为12毫米/秒。 基底可以在单趟中曝光，这需要约150毫焦/脉冲来曝光Gen4基底。在一个实施方案中， 具有6KHz、 900W的激光器的薄光束结晶系统可以在少至75秒中处理整个Gen4面板。
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对于根据本文所描述的系统和方法可以使用的表面处理系统800的示例性实 施方案的更详细的描述，在序列号为No. 10/781,251; 10/884,101; 10/884,547和11/201,877
的美国申请中描述。尽管上面已经描述了本发明的一些实施方案，但是将理解，所描述的实施方案 仅是为实施例的方式。因此，本发明应该不基于所描述的实施方案而受限。相反，本文描 述的发明的范围应该仅受限于当连同上述描述和附图考虑的所附权利要求书。
权利要求
1. 一种处理液晶显示器的方法，包括在短轴方向整形激光光束分布，从而使更多的能量处于所述分布的一个边缘附近，所述边缘对应于所述光束所施加的硅衬底上的凸起；以及将施加所述激光光束的步长增加至接近最大理论步长。
2. 如权利要求1的所述的方法，还包括整形所述激光光束的长轴分布，以生成长而 薄的光束。
3. 如权利要求2的所述的方法，其中所述激光光束分布在所述短轴方向约为5微米 宽。
4. 如权利要求3的所述的方法，其中所述光束分布约为730毫米长。
5. 如权利要求3的所述的方法，其中所述光束分布大约和玻璃基底一样宽。
6. 如权利要求3的所述的方法，其中玻璃基底在所述光束分布下以恒速移动。
7. 如权利要求6的所述的方法，其中，在0.5至4微米的平移后所述光束分布被触发 发射。
8. 如权利要求5的所述的方法，其中，在约2.5微米的平移后所述光束分布被触发发射。
9. 如权利要求8的所述的方法，其中所述光束具有351纳米的波长。
10. 如权利要求1的所述的方法，其中所述光束具有308纳米的波长。
11. 一种液晶显示器，由如下步骤生产在短轴方向整形激光光束分布，从而使更多的能量处于所述分布的一个边缘附近，所 述边缘对应于所述光束所施加的硅衬底上的凸起；以及 将施加所述激光光束的步长增加至接近最大理论步长。
12. —种制造液晶显示器的设备，包括 被配置为周期性地产生激光的激光器；光束整形光学系统，所述光学系统被耦合到所述激光器并且被配置为将从所述激光器 发出的激光光束转换为具有短轴和长轴的长而薄的光束，其中在短轴方向的光束分布在一 个边缘附近具有更多的能量，所述边缘对应于所述光束所施加的硅衬底上的凸起；以及被配置为支撑所述硅衬底的工作台；以及耦合到所述工作台的平移器，所述平移器被配置为推进所述硅衬底，从而产生与所述 激光器的周期性发射相协同的步长，所述步长接近最大理论步长。
13. 如权利要求12的所述的设备，其中所述激光器为至少卯O瓦的激光器。
14. 如权利要求12的所述的设备，其中所述激光器工作在351纳米。
15. 如权利要求12的所述的设备，其中所述激光器工作在308纳米。
16. 如权利要求12的所述的设备，其中所述光束整形光学系统被配置为产生具有在 所述短轴方向约为5微米的分布的激光光束。
17. 如权利要求12的所述的设备，其中所述光束整形光学系统被配置为产生具有在 所述长轴方向约为730毫米的分布的激光光束。
18. 如权利要求16的所述的设备，其中所述平移器被配置为以恒定速度移动所述硅 衬底。
19. 如权利要求17的所述的设备，其中所述激光器被配置为在约5微米的平移后发射。
20. 如权利要求15的所述的设备，其中所述步长约为2.5微米。
21. 如权利要求12的所述的设备，其中所述硅衬底被设置在玻璃表面上。
22. 如权利要求12的所述的设备，其中所述激光器是两腔激光系统。
23. 如权利要求22的所述的设备，其中所述腔中的一个作为主振荡器，另一个作为 功率放大器。
全文摘要
在被配置为使玻璃基底上的硅层退火的薄光束定向结晶系统中，使用特殊的短轴激光光束分布，所述短轴激光光束分布在一个边缘包括强度峰值。该系统被配置为完全熔融硅膜的一空间受控的部分，导致横向晶体生长。通过推进基底或者激光器某个步长并且使硅层经受来自激光器的连续逐次“照射”，使整个硅层结晶。横向晶体生长在熔融区域的中心造成凸起。该凸起必须被重新熔融。因此，所述步长必须是这样的，即在连续逐次照射之间即熔融区之间具有足够的重叠，以确保凸起被熔融。这要求步长小于光束宽度的一半。较小的步长减小吞吐率而增加成本。根据本文描述的系统和方法所使用的特殊的短轴激光分布可以增加步长，并且由此增加吞吐率且降低成本。
文档编号B23K26/00GK101484267SQ200780025327
公开日2009年7月15日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年5月1日
发明者B·A·特克, D·S·诺尔斯 申请人:Tcz私营有限公司