[发明专利]用于点束和线束结晶的系统和方法

说明书

用于结晶薄膜的方法和系统提供了光学系统，所述光学系统被配置为产生指向所述薄膜的激光点束并且在所述激光点束与所述薄膜接触之前截断所述激光点束。在照射所述薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，所截断的激光点束在第一方向中连续地平移，其中所述薄膜冷却并且凝固以形成晶粒。

相关申请的交叉引用

本申请要求在35U.S.C.§119(e)下的2018年8月14日提交的标题为“TECHNIQUESFOR THIN FILM CRYSTALLIZATION USING TRUNCATED LASER BEAM”的美国临时专利申请号62/718,483以及2017年10月13日提交的标题为“TECHNIQUES FOR OPTIMIZING SPOT BEAMCRYSTALLIZATION”的美国临时专利申请号62/571,872的优先权，其中两个申请的内容全部通过引用并入本文。

本申请还与2017年1月9日提交的国际专利申请号PCT/US2017/012716和2017年1月13日公开的国际专利申请号WO/2017/120584标题为“Methods and Systems for SpotBeam Crystallization”相关，其内容全部通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于点束和线束结晶的方法和系统，并且尤其涉及用于优化点束结晶的技术。

背景技术

薄膜(例如硅膜)可以使用激光控制的照射和薄膜熔化来处理。激光控制的熔化可以在薄膜中生成所选的结晶结构。以前的激光结晶方法包括顺序横向固化(“SLS”)和准分子激光退火(“ELA”)。这两种方法都依赖于在继续处理薄膜之前的一个熔化和固化的完整循环，例如，在下一个脉冲或一系列脉冲照射薄膜之前，薄膜的先前照射的区域经历完整的熔化和固化循环并且变得完全固化。此外，这些方法可以产生晶粒度(grain sizes)相对较均匀的约0.3至3.0微米的薄膜，这对于每英寸约300至500像素的显示器和移动设备来说是足够的。

下一代设备，包括用于虚拟现实观看的设备，每英寸需要远远更高的像素(例如，每英寸约数千像素)来产生高质量的图像。这要求结晶薄膜具有比以前的ELA和SLS方法中使用长线束能达到的更好的均匀性。此外，以前的工艺涉及具有高激光维护和操作成本的昂贵设备，并且效率不高。

发明内容

本公开涉及用于点束结晶技术的方法和系统，其中小激光束点连续地跨薄膜前进以产生持续的完全或部分熔融区域，其在薄膜上平移并结晶以形成均匀的多晶结构或晶粒。

根据本公开的各方面，所公开的用于对薄膜结晶的方法可以包括提供薄膜和光学系统的步骤，所述光学系统被配置为产生指向薄膜的激光点束，以及在激光点束与薄膜接触之前截断激光点束。所公开的方法还可以包括以下步骤在照射薄膜的非晶硅区域以在所照射的非晶硅区域中生成熔融区域的同时，在第一方向中连续地平移所截断的激光束，并且允许所照射的非晶硅区域冷却和固化。

根据本公开的各方面，截断激光点束的步骤可以包括提供接近掩模，其大致降低了激光点束的能量密度，其中接近掩模可以包括例如刀锋或狭缝中的一者。

根据本公开的各方面，截断激光点束可以导致在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡激光点束的一部分。

根据本公开的各方面，截断激光点束可以包括提供投影掩模和投影光学装置，其在非晶硅的结晶阈值附近以能量密度值来阻挡激光点束的一部分。

根据本公开的各方面，光学系统可以包括恒频激光器、连续波固态激光器、准连续波固态激光器、脉冲激光器和光纤激光器中的一者，并且激光的波长可以在UV光谱或可见光谱中。

根据本公开的各方面，激光点束在至少一个方向上的能量密度分布是高斯分布，并且截断激光点束导致消除了高斯分布的前尾端。