[发明专利]用于非周期性脉冲连续横向固化的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119(e)要求2010年1月12日提交的美国申请序列号61/294,288和2009年12月31日提交的美国申请序列号61/291,663的优先权，其中每个申请的公开的全部内容通过引用被明确地并入本文。

本文引证的所有专利、专利申请、专利公布和公布通过引用被全部明确地并入本文。在本申请的教导和并入的文件的教导之间的冲突的情况下，本申请的教导将占主导地位。

背景技术

在半导体处理的领域中，描述了将非晶硅薄膜转变成多晶膜的很多技术。一种这样的技术是连续横向固化（“SLS”）。SLS是脉冲激光结晶化过程，其可在衬底——包括但不限于不耐热的衬底（例如，玻璃和塑料）——上产生具有细长晶粒的多晶膜。在共同拥有的美国专利号6,322,625、6,368,945、6,555,449和6,573,531中描述了SLS系统和过程的例子，这些专利的全部内容通过引用被并入本文。

SLS使用位置控制的激光脉冲来熔化衬底上的非晶或多晶薄膜的区域。膜的熔化区域接着横向结晶化成定向固化的微结构或多个位置控制的大单晶区域。通常，熔化/结晶化过程在薄膜的表面上继续地重复。一个或多个设备例如图像传感器、有源矩阵液晶显示器（“AMLCD”）和有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示设备于是可从结晶化膜制造。在AMLCD和AMOLED显示设备中，薄膜晶体管（“TFT”）或TFT电路的规则阵列在透明衬底上制造，且每个晶体管或电路用作像素控制器。

在常规SLS系统中，成功的结晶化中的一个因素是相对于激光脉冲平移样本的镜台的精确度。对于当前的Gen-4二维（“2D”）投影SLS系统，镜台的平移速度大约为数十cm/s，例如18cm/s。镜台例如这些镜台具有离优选地直的运动线的某些偏移。偏移将在本文统称为镜台摆动。如本文使用的，“镜台摆动”指当镜台在激光路径上平移时镜台位置从其预期位置的变化和偏移。这样的变化可以是例如当镜台在x方向上移动时镜台在y方向上的无意识的小运动。2D投影系统产生用于执行SLS的二维图案化光束。其它方法可产生用于执行SLS的线光束。

在常规单扫描双激发SLS中与镜台摆动有关的一个问题是在由两个连续激光脉冲制成的材料，即，双激发材料中的长晶界的非等距间隔。单扫描SLS过程指可在单次扫描中完全结晶化衬底上的区域的SLS过程。双激发SLS指使用两个激光脉冲完全结晶化这样的区域的给定部分的SLS过程。在两个脉冲之间的镜台的摆动可导致第二脉冲与第一脉冲的非对称重叠。理想地，第二脉冲的细光束聚集在由第一脉冲的细光束照射的区域之间，以便实现在双激发过程所产生的晶界之间的恒定间隔。如果第二脉冲的细光束由于镜台摆动而没有被很好地定位，则在一个柱中的晶粒可能比在相邻柱中的晶粒短，且没有完全延伸出柱的宽度的很多晶粒（例如，阻塞的晶粒）可保留在较宽的柱中。此外，由投影光学器件中的各种色差引起的细光束畸变也可导致在扫描中第二脉冲的局部非对称重叠。如本文使用的“光束畸变”指在投影光学器件中的可能导致不均匀的细光束形成的色差。

发明内容

描述了使用激光器的位置控制的连续触发的非周期性脉冲SLS方法和工具。系统可实现多个激光器或单个激光器以在结晶化过程中产生不同的非周期性激光脉冲，即，在每个激光脉冲导致分开的熔化和固化循环方面不同。一个或多个激光器在协调的脉冲序列中用于在单次扫描中照射并结晶化膜的选定区域。例如，与单源脉冲率比较，来自两个不同的激光源的激光脉冲的快速序列提供在处理局部区域时增加有效脉冲率的能力。它也允许在连续的脉冲之间的较大重叠，而不需要降低镜台平移速度。在来自两个激光器的脉冲之间的膜的重叠区域可以大于70%或95%，且在一些情况下大于99%。这个高的重叠程度可用于减轻镜台摆动和激光光束畸变的问题。

在实施方案的任一个中，用于非周期性脉冲连续横向固化的所公开的系统和方法涉及处理薄膜。当使薄膜在选定的方向上前移时用于处理薄膜的方法包括：使用第一激光脉冲和第二激光脉冲照射薄膜的第一区域，以及使用第三激光脉冲和第四激光脉冲照射薄膜的第二区域，其中在第一激光脉冲和第二激光脉冲之间的时间间隔小于在第一激光脉冲和第三激光脉冲之间的时间间隔。在一些实施方案中，每个脉冲提供成形光束并具有足以熔化整个厚度的薄膜以形成熔化区域的注量，熔化区域在冷却时横向结晶。在一些实施方案中，第一区域和第二区域彼此相邻。在一些实施方案中，第一区域和第二区域间隔开一段距离。