[發明專利]用于準分子激光硅結晶的能量控制器

有效

• 申請號: 201880037164.8
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN110998794B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: I·布拉金
• 申請（專利權）人: 相干激光系統有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01S3/13;H01S3/134
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務所(普通合伙) 33239
• 代理人: 周積德

準分子激光退火設備(40)包括準分子激光器(42)，該準分子激光器將激光輻射脈沖傳送到支撐在基板上的硅層(58)，該基板相對于激光脈沖平移，使得連續的脈沖在基板上重疊。監控每個激光輻射脈沖的能量，并將其發送到控制電子設備(48)，然后通過高通數字濾波器(62)調整下一個激光脈沖的能量。

技術領域

本發明總體上涉及使用準分子激光束的硅層的結晶。本發明尤其涉及通過連續的準分子激光脈沖的受控照射來進行硅層的反復熔化和結晶。

背景技術

平板顯示器是所有當代便攜式消費電子設備和大幅面電視的使能技術。硅結晶化是通常用于制造薄膜晶體管(TFT)有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)和有源矩陣有機發光二極管(AMOLED)顯示器的處理步驟。晶體硅形成半導體基板，其中顯示器的電子電路通過常規的光刻工藝形成。

通常，結晶是使用激光輻射的脈沖束執行的，該脈沖束的形狀為沿長度方向(長軸)具有均勻強度分布并且在整個寬度方向(短軸)上具有均勻或“禮帽式”強度分布的長線形式。在結晶過程中，玻璃基板上的非晶硅薄層(“硅膜”)通過脈沖激光輻射反復熔化，而基板和其上的硅層則相對于光源和光學器件進行掃描，輸送脈沖激光輻射。通過以一定的最佳能量密度暴露于脈沖激光輻射下，反復進行熔化和再固化(再結晶)，直到在硅膜中獲得所需的晶體微觀結構為止。

光學元件用于在硅膜上將激光輻射的脈沖束形成一條長線。結晶發生在具有該長線激光輻射的長度和寬度的條帶上。盡一切努力使脈沖激光輻射的強度沿長線保持高度均勻。為了保持晶體微觀結構均勻，必須進行這種努力。脈沖激光輻射的優選來源是準分子激光器，其發射波長在電磁光譜的紫外線區域中的激光輻射。使用準分子激光脈沖的上述結晶過程通常稱為準分子激光退火(ELA)。這個過程是一個微妙的過程。最佳能量密度的誤差范圍可能只有百分之幾，甚至只有±0.5％。

在ELA的典型示例中，光束的“線長”(長軸尺寸)在約750毫米(mm)至1500mm的范圍內。光束的“線寬”(短軸尺寸)約為0.4mm。脈沖激光輻射的持續時間約為50ns，脈沖重復頻率約為500赫茲(Hz)，即，脈沖在時間上間隔約2毫秒(ms)。垂直于光束的長軸以一定的速率掃描基板和其上的硅層，以使得硅層上的任何位置被約20個連續脈沖照射，從而使硅層再結晶。該過程由圖1A和圖1B示意性地示出。

圖1A示意性地示出了上述準分子激光束的典型短軸強度分布12。光束的特征在于線寬W，在此在強度分布的最大強度點的一半之間測量。箭頭A表示被照射的工件(其上具有硅層的基板)的掃描方向。圖1B示意性地示出了上面討論的脈沖重疊方案，其中基板上的任何位置都被大約20個連續脈沖照射。用于成形準分子激光束的方法和設備在轉讓給本發明的受讓人的美國專利No.7,615,722和美國專利No.7,428,039中有所描述，并且所述專利的全部公開內容通過引用合并于此。

已經開發出并正在使用用于將準分子激光器的輸出監視和控制到大約上述的±0.5％公差的方法和設備。然而，仍然繼續需要改善以提高的制造產量來生產大面積晶體硅層的這種方法和設備。

發明概述

本發明涉及用于通過沿入射光束路徑將脈沖重復頻率的多個激光脈沖傳送到硅層同時使基板相對于入射光束路徑平移來使支撐在基板上的硅層結晶的設備。激光脈沖具有大約平頂的強度分布和在平移方向上的寬度。選擇脈沖重復頻率與基板平移配合，使得連續的激光脈沖在基板上重疊。該設備包括產生和傳送激光脈沖的激光發射器。每個激光脈沖具有脈沖能量。提供均質化和光束整形光學器件，并將其布置為接收激光脈沖，使激光脈沖具有大約平頂的強度分布，并將平頂的激光脈沖傳送至基板。提供了激勵器，其產生電脈沖并將其傳送到激光發射器，以使激光發射器通電。每個電脈沖具有電脈沖能量。提供了能量監測器并將其布置為測量每個激光脈沖的脈沖能量，將測量的脈沖能量傳送到控制電路，該控制電路包括數字濾波器。為控制電路提供硅層結晶所需的優選設定能量水平。控制電路和其中的數字濾波器被布置為調整下一個脈沖的電脈沖能量，以將激光脈沖的平均脈沖能量保持在設定能量水平，并且使小于脈沖重復頻率的預定頻率以下的激光脈沖的脈沖能量波動最小化。