[發明專利]脈沖線束

有效

• 申請號: 201410095844.9
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051244B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: J·M·哈登;S·R·卡爾森;R·J·馬丁森
• 申請（專利權）人: 恩耐公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/08;H01L21/02;H01S5/042;H01S5/40;B23K26/0622;B23K1/005
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 周家新

技術領域

本公開內容涉及基于激光二極管的材料處理系統。

背景技術

各種類型的硅襯底被用在包含太陽能電池和顯示器器件的許多應用中。所謂的非晶硅（a-Si）被用在高分辨率液晶顯示器中，以提供有源層，薄膜晶體管可以被限定在所述有源層中。可以使用PECVD將非晶硅沉積在薄膜中。可以通過如下方式來產生低溫多晶硅（polysilicon）（LTPS）：將a-Si層曝光至高強度的紫外激光脈沖，所述高強度的紫外激光脈沖在不加熱下面的襯底的情況下快速地熔融所沉積的a-Si層。然后，a-Si層以晶粒（grain）方式結晶，所述晶粒具有的尺寸依賴于處理期間的溫度梯度。LTPS層的典型遷移率在約50-150cm²/V-sec的數量級上，高于與a-Si相關聯的0.5cm²/V-sec的遷移率。

常規LTPS處理基于用準分子激光器的表面處理，或所謂的準分子層退火（ELA）。在ELA中，線形的、近似均勻的激光束（典型地，308nm的激光束）作為持續時間約25ns的一系列脈沖被引導到被加熱且被熔融的a-Si層。然后，所熔融的層再結晶，以形成一層多晶體硅（polycrystalline silicon）（p-Si）。激光脈沖能量和束均勻性必須被精確地控制。靶a-Si層的每個區域都被曝光至若干準分子激光脈沖，且加熱、熔融以及再結晶處理被重復。所產生的LTPS層展現矩形陣列的結晶區（crystalline region）。處理通常以產生結晶區或“晶粒”為目的，對于大多數薄膜晶體管（TFT）背板，結晶區或“晶粒”具有約300nm的尺度。

將準分子激光器維持作為生產設備是復雜且昂貴的。即使最好的準分子激光器也趨于具有非常有限的使用壽命，且準分子激光器腔體及其相關聯的光學部件的更換可能是破壞性的且昂貴的。盡管可以獲得滿意的結果，但是與ELA相關聯的處理成本仍居高不下。其他基于激光的處理也需要復雜的或昂貴的設備，因此需要替代的方法。

發明內容

公開了使用脈沖激光二極管以進行材料處理的方法和設備。在一個實施例中，方法包括：選擇一個襯底；以及，通過將所述襯底在一個曝光區域中曝光至來自至少一個激光二極管的脈沖光束來處理所述襯底。在特定的實施例中，所述脈沖光束被成形，以形成線束，其中所述曝光區域對應于所述線束。根據一些實施例，所述脈沖光束的光學脈沖具有一個脈沖持續時間T和一個脈沖重復頻率f，使得fT小于1、0.5或0.1。在典型的實施例中，所述脈沖光束的波長范圍在700nm與980nm之間，且峰脈沖功率是至少10/fT、100/fT或1000/fT瓦特。在一些實施例中，所述脈沖光束由多個激光二極管產生，其中與所述激光二極管相關聯的波長在700nm與980nm之間，且在一些實施例中，所述多個激光二極管中的至少兩個具有相差至少100nm的發射波長。在其他實施例中，所述多個激光二極管中的至少一個被配置以發射連續光束。在又一些實施例中，所述脈沖光學束作為線束被引導至所述襯底。根據一些實施例，所述脈沖光束和所述襯底中的至少一個被掃描以處理所述襯底。在一些實施例中，掃描被配置成使得所述襯底區域接收至少2個、5個、10個、20個或100個的順次的光學脈沖。在特定的實施例中，所述襯底是表面上具有非晶硅層的玻璃，且所述脈沖光束被施加，從而在所述表面上產生多晶硅層。在一些情況下，所述非晶硅層被處理，使得多晶硅的遷移率是至少1、10、50、75、100或150cm²/Vs。在附加的替代方案中，所述脈沖光束被引導至光導（light guide），所述光導被配置以使所述脈沖光束均化，且所述襯底被曝光至所均化的光束。

設備包括一個脈沖束源，所述脈沖束源包含被配置以產生相應的脈沖光束的多個激光二極管。束成形系統(beam shaping system)被配置以成形多個脈沖光束，且將一個襯底曝光至所述脈沖光束，其中所述脈沖光束的占空比小于約0.5、0.2、0.1、0.05或0.01。在其他實施例中，所述束成形光學系統包含：一個束均化器(homogenizer)，被配置以產生均化束（homogenized beam）；以及，一個透鏡，被配置以將所述均化束作為線束引導至所述襯底。在一些實施例中，多個光纖被定位，以將多個束中的相應束輸送至所述束均化器。

從下面參考附圖進行的詳細描述中，所公開技術的前述和其他的目的、特征和優勢將變得更加明顯。

附圖說明

圖1例示了一個代表性的處理系統，包含激光二極管脈沖束源。