專利名稱：使用疊加掃描元件的單次掃描線掃描結(jié)晶法的制作方法
使用疊加掃描元件的單次掃描線掃描結(jié)晶法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2010年6月3日提交的美國臨時申請?zhí)?1/351，065和2010年6月14日提交的美國臨時申請?zhí)?1/354，299的優(yōu)先權(quán)。本文引用的所有專利、專利申請、專利公布以及出版物以全文引用的方式并入本文。在本申請的教義與所并入文件的教義之間矛盾的情況下，應(yīng)以本申請的教義為準。背景先前的商業(yè)化薄膜激光結(jié)晶法需要每個單位面積的膜使用多個脈沖來實現(xiàn)完全結(jié)晶。所述方法的實例包括線束準分子激光退火(excimer laser annealing ;ELA)和順序側(cè)向固化(sequential lateral solidification ;SLS)。為提高處理量，這些工藝優(yōu)選以使得膜中的各區(qū)域僅被掃描一次的方式來進行(即，單次掃描工藝)。在實踐中，這通?！ひ庵^將樣品負載在載臺上并以恒定速度掃描，同時以重疊光束脈沖射中膜表面。此外，激光通常以恒定的重復率操作以便使功率輸出和處理量達到最大。因此，對于所述方法，脈沖間的重疊在整個膜上是相同的。舉例來說，在典型的ELA工藝中，光束在整個膜上可重疊約95% ;在使用2D投影光學器件的典型雙擊(2-shot) SLS工藝中，光束(如本文所用，雙擊SLS是指需要兩個脈沖來實現(xiàn)膜的完全結(jié)晶的SLS方案，換句話說，每個單位面積的膜被至多兩個激光脈沖照射)可在整個膜上重疊約50% (參見例如美國專利6，908，835，“Methodand System for Providing a Single-Scan,Continuous Motion Sequential LateralSolidification”)；并且在典型的線掃描SLS工藝中，光束可在整個膜上重疊少于50%(對于雙擊 SLS)(參見例如美國專利 7，029，996 “Methods for Producing UniformLarge-Grained and Gain Boundary Location Manipulated Polycrystalline Thin FilmSemiconductors Using Sequential Lateral Solidification”)或者在整個膜上重疊多于 50%(對于定向 SLS)(參見例如美國專利 6，322，625 “Crystallization Processing ofSemiconductor Film Regions on a Substrate, and Devices Made Therewith，，)。舉例來說，雙擊線掃描SLS工藝的示意圖在圖la中示出。圖Ia示出膜105上的一系列脈沖100。如圖Ia中所示，脈沖之間的重疊少于50%。因此，在4μπι步長(即各脈沖沿方向101移動4 μ m)和6kHz脈沖重復率下，載臺以2. 4cm/s移動以使膜完全結(jié)晶。因此，在給定某一側(cè)向生長長度和某一激光重復率的情況下，掃描速度對于適當產(chǎn)生所需的微結(jié)構(gòu)至關(guān)重要；為獲得定向材料(如本文所用，定向SLS是指側(cè)向生長的晶粒的集合由與側(cè)向生長的晶粒部分重疊的其它激光脈沖重復外延延伸的SLS方案)，掃描速度須使得脈沖之間的重疊超過50%，而為獲得雙擊微結(jié)構(gòu)，掃描速度須使得脈沖之間的重疊少于50%，但聞于0%。如上述完全結(jié)晶的膜可用于制造通常為矩陣型裝置的大面積電子器件應(yīng)用，諸如平板顯示器和X射線感應(yīng)器。一個實例是用于液晶顯示器(LCD)或有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器的主動矩陣底板，其中所述矩陣中的節(jié)點對應(yīng)于像素薄膜晶體管(TFT)或像素電路。在制造過程中，除去像素TFT或電路之間的Si以允許透光。因此，結(jié)晶膜中的大區(qū)域得不到使用。
與上述方法相反，另一類型的結(jié)晶方案選擇性區(qū)域結(jié)晶法(SAC)使用樣品對準技術(shù)(例如使用光學檢測來定位基準或某些結(jié)晶特征)以使得能夠僅使膜中用于在矩陣型大面積電子裝置中制造后續(xù)裝置或電路的那些區(qū)域選擇性結(jié)晶。因此，引導光束脈沖以使稍后用于制造矩陣中的一個或多個節(jié)點(例如單個柱)的區(qū)域結(jié)晶。因此，通過僅使像素TFT或電路選擇性結(jié)晶和通過跳過其間的區(qū)域，可以需要較少的脈沖來使樣品結(jié)晶，從而可能產(chǎn)生較高的處理量。具有恒定激光重復率的單次掃描SAC工藝對于單脈沖工藝來說可以容易地實施，所述單脈沖工藝諸如完全熔融結(jié)晶或部分熔融結(jié)晶。舉例來說，可以增加載臺掃描速度來跳過脈沖之間的區(qū)域。換句話說，兩個脈沖之間移行的距離可以超過光束寬度(參見例如美國專利申請公布號2007/001，0104 “Processes and systems forlaser crystallization processing of film regions on a substrate utilizing aline-type beam, and structures of such film regions，，)。對于諸如先前的商業(yè)化工藝ELA和SLS等多脈沖工藝，SAC不象單次掃描中那樣可以直接建立。實際上，需要在膜表面上非周期性地安置脈沖，以使得一些脈沖重疊，同時 使一些脈沖周期性地不重疊(或以較小程度重疊)，以使不需要加工的區(qū)域不(或不完全)結(jié)晶。最近已發(fā)展出通過使用具有多個激光源/管的系統(tǒng)和通過使管發(fā)生稍許延遲來有效實施此技術(shù)的技術(shù)。所述延遲對應(yīng)于短載臺移行距離，其允許在各脈沖序列內(nèi)發(fā)生大的重疊和在各后續(xù)脈沖序列之間發(fā)生小的重疊或不重疊。這種非周期性脈沖工藝可用于使用以恒定重復率操作的激光的單次掃描工藝，前提是(I)實現(xiàn)完全結(jié)晶所需要的脈沖的數(shù)量不超過管的數(shù)量，和(2)由各脈沖序列加工的區(qū)域足夠大以使得至少面積足以容納單個像素TFT或電路的區(qū)域完全結(jié)晶。一個實例是2D投影雙擊SLS工藝(參見例如美國申請?zhí)?12/776, 756 “Systems and Methods for Non-Periodic Pulse Sequential LateralSolidification”)。在上述實例中，兩個激光源可以較短間隔連續(xù)發(fā)射以便產(chǎn)生大部分重疊的矩形脈沖(其中雙擊結(jié)晶區(qū)域的寬度足夠?qū)捯匀菁{整個像素TFT或電路)和適當邊緣以解決對準誤差(例如數(shù)十微米至100微米或數(shù)百微米)。所需的非周期性脈沖安置也可以使用以突發(fā)模式操作(即以非周期性發(fā)射速率操作)的激光或者用以特定時間間隔周期性阻擋光束的光束阻擋設(shè)備來執(zhí)行。然而，SAC的此種實施不能引起處理量增加，而是僅減少激光脈沖的使用?；蛘撸梢詫⒚}沖重新引導至樣品上的另一區(qū)域或者另一樣品。圖Ib描繪突發(fā)模式或光束阻擋雙擊線掃描SLS方法。在圖Ib中，當激光是照射第一區(qū)域110時，激光以四個脈沖照射膜105。接著關(guān)斷或阻斷激光對第二區(qū)域115的照射，使得不再對膜105進行照射。再次開啟激光對第三區(qū)域120進行照射，產(chǎn)生對膜四個脈沖的照射。最后，關(guān)斷激光對第四區(qū)域125的照射。所描繪的掃描以2. 4cm/s的速度進行。一些當前商業(yè)化的基于脈沖激光的低溫多晶硅工藝并不能輕易同時滿足使用多個以恒定重復率操作的激光的單次掃描SAC工藝的要求。舉例來說，線束ELA通常需要每單位面積具有至少10或15個或者甚至20個脈沖，并且在一些情況下甚至需要40個脈沖來實現(xiàn)令人滿意程度的材料均一性。盡管非周期性脈沖技術(shù)可能仍有助于ELA(如PCT/US10/55106 中所述減少掃描數(shù)量，“Systems and Methods for Non-Periodic PulsePartial Melt Film Processing”)，但建造具有10個或更多個激光源的激光工具并不切合實際，這是因為例如結(jié)晶工具更為復雜且維護頻繁，以及組合所述脈沖需要更為復雜的光學設(shè)置。因此，需要多次掃描來實現(xiàn)完全結(jié)晶。在一次掃描中，每個目標區(qū)域被一個或較少數(shù)量的脈沖加工。在每個下次掃描時，同一區(qū)域再次被另外的脈沖加工直至實現(xiàn)完全結(jié)晶。與ELA不同，線掃描SLS滿足了實現(xiàn)完全結(jié)晶需要小數(shù)量的脈沖的要求；然而，由此種小數(shù)量的脈沖結(jié)晶的區(qū)域不夠?qū)拸亩荒苁瓜袼豑FT或電路的區(qū)域完全結(jié)晶。例如，線束可能為6 μ m寬，從而產(chǎn)生3 μ m的側(cè)向生長長度，即光束寬度的一半。在約33%的重疊下第二次照射時(步長4 μ m，光束寬度6 μ m)，形成各自具有約4 μ m長度的伸長晶粒的柱。盡管這可能足以容納單個短通道TFT的通道，但其將不足以容納較長通道TFT、TFT的源極汲極區(qū)、以特定布局設(shè)計的多個TFT(其可能包括通道方向垂直于晶粒的伸長方向的某些TFT)或者其它電子元件(諸如儲存電容)。此外，對準技術(shù)可能不能提供足夠的精確度并且可能需要至少數(shù)微米或五微米或者可能十到數(shù)十微米的邊緣。總之，其可能再造成需要多達10個脈沖或者甚至20個或更多個脈沖來完全加工面積足以容納像素TFT或電路的區(qū)域。因此，情形相當于常規(guī)線束ELA的情形單次掃描恒定重復率SAC工藝不易用已知方法執(zhí)行。·
因此，先前提出的涉及線束ELA或線掃描SLS的SAC方案通常將需要包括多次掃描(例如，關(guān)于線束ELA,PCT/US10/55106“Systems and Methods for Non-Periodic PulsePartial Melt Film Processing”,并且關(guān)于線掃描 SLS,美國申請?zhí)?12/776，756 “Systemsand Methods for Non-Periodic Pulse Sequential Lateral Solidification，，)。然而，如上所述，還存在激光源不是以恒定的重復率操作的SAC方案，這種操作模式(具有較低激光功率)不使處理量獲得任何增加，而僅是使激光管壽命增加。概述一方面，本發(fā)明涉及用于加工薄膜的方法。所述方法包括由脈沖激光源產(chǎn)生多個激光束脈沖，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融薄膜并且在冷卻時使得在所述薄膜中結(jié)晶的通量；使用第一光路將第一激光束脈沖引導至薄膜上；使所述薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進；和使用光學掃描元件使第二激光束脈沖從第一光路偏轉(zhuǎn)至第二光路，使得所述偏轉(zhuǎn)引起所述膜經(jīng)歷激光束脈沖相對于所述薄膜的第二掃描速度，其中第二掃描速度小于第一掃描速度。在一些實施方案中，各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以完全熔融薄膜的通量。在一些實施方案中，結(jié)晶方法包括順序側(cè)向固化(SLS)工藝。在一些實施方案中，各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以部分熔融薄膜的通量。在一些實施方案中，結(jié)晶方法包括線束準分子激光退火(ELA)工藝。在一些實施方案中，光學掃描元件是選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二脈沖被引導至與第一脈沖相同的小面。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二脈沖被引導至與第一脈沖不同的小面。在一些實施方案中，結(jié)晶是在單次掃描中完成的。在一些實施方案中，方法包括使用第一光路將第三光束脈沖弓I導至薄膜上。本發(fā)明的另一方面涉及用于加工薄膜的方法，其包括以下步驟界定包括第一區(qū)域和第二區(qū)域在內(nèi)的多個區(qū)域；由脈沖激光源產(chǎn)生多個激光束脈沖，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融薄膜并在冷卻時使得在薄膜中結(jié)晶的通量；使薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進從而產(chǎn)生第一掃描方向；和使用光學掃描元件偏轉(zhuǎn)所述激光束脈沖中的至少兩個，使得所述光束脈沖以第二掃描速度掃描膜中的第一區(qū)域直至所述第一區(qū)域被完全加工，其中第二掃描速度小于第一掃描速度。在一些實施方案中，各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以完全熔融薄膜的通量。在一些實施方案中，結(jié)晶方法包括順序側(cè)向固化(SLS)工藝。在一些實施方案中，各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以部分熔融薄膜的通量。在一些實施方案中，結(jié)晶方法包括線束準分子激光退火(ELA)工藝。在一些實施方案中，光學掃描是選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖相同的小面。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖不同的小面。在一些實施方案中，結(jié)晶是在單次掃描中完成的。在一些實施方案中，方法包括在第一區(qū)域被以第二掃描速度掃描后，以第一掃描速度照射第二區(qū)域。本發(fā)明的另一方面涉及根據(jù)上述方法加工的薄膜。本發(fā)明的另一方面涉及包括根據(jù)上述方法加工的薄膜的裝置，其中所述裝置包括安置于所述薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域內(nèi)的多個電子電路。在一些實施方案中，所述裝置可為顯示裝置。本發(fā)明的一個方面涉及用于使薄膜結(jié)晶的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括產(chǎn)生多個激光束脈沖的脈沖激光源，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融薄膜并在冷卻時使得在薄膜中結(jié) 晶的通量；用于使用第一光路將激光束引導至薄膜上的光學器件；用于緊固薄膜及使薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進從而產(chǎn)生第一掃描方向的恒定速度掃描元件；和用于使激光束從第一光路偏轉(zhuǎn)至第二光路，使得所述偏轉(zhuǎn)使得膜經(jīng)歷激光束相對于薄膜的第二掃描速度的光學掃描兀件，其中第二掃描速度小于第一掃描速度。在一些實施方案中，光學掃描是選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被弓丨導至與第一激光脈沖相同的小面。在一些實施方案中，光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖不同的小面。在一些實施方案中，結(jié)晶是在單次掃描中完成的。附圖
簡述參考以下圖式，以下描述將更容易理解，其中圖Ia描繪常規(guī)雙擊線掃描SLS工藝。圖Ib描繪突發(fā)模式或光束阻擋雙擊線掃描SLS工藝。圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案，在掃描期間通過沿y方向線性移動反射鏡對膜進行的掃描，其中膜以恒定速度沿(-y)方向移動。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案，使用旋轉(zhuǎn)反射鏡對膜進行的疊加掃描。圖4示意性說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案，可用于疊加掃描以使薄膜結(jié)晶的系統(tǒng)的實施方案。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案的疊加雙擊線掃描SLS工藝。圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案的疊加雙擊線掃描SLS工藝。圖7描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案，由可變速率掃描元件誘導的光束位移隨時間而變的波形。
圖8描繪說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案，可用于疊加掃描以使薄膜結(jié)晶的系統(tǒng)的實施方案。圖9描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案，對膜進行的疊加掃描。描述因此，較高結(jié)晶處理量可以通過(I)使用最少數(shù)量的掃描(優(yōu)選為單次掃描)和通過(2)使用選擇性區(qū)域結(jié)晶方案，同時(3)使激光以恒定的重復率運行來實現(xiàn)。增加處理量在當前被視為是關(guān)于實施用于制造大面板(例如第8代母玻璃，即2. 20x2. 50m2)的基于脈沖激光的低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展環(huán)節(jié)。這種技術(shù)會有助于主動矩陣發(fā)光二極管(AMOLED)Tv制造以及超高清晰度IXD(UDIXD)制造。高性能底板對于要求例如240Hz的刷新率的3D-TV應(yīng)用是特別需要的。此處，提出對于線束ELA或線掃描SLS可以允許以恒定的激光重復率進行單次掃 描選擇性區(qū)域結(jié)晶的技術(shù)。如下文所述，可以使用與能夠?qū)⒓す饷}沖重新引導至目標區(qū)域上相結(jié)合的周期性脈沖序列來產(chǎn)生脈沖的非周期性安置。因此，描述具有可變掃描速率的單次掃描，其中在目標區(qū)域中使用低有效掃描速度，而在其間的區(qū)域中使用高有效掃描速度。如本文所用的術(shù)語有效掃描速度是指在膜表面上經(jīng)歷的照射的速度和方向。因此，本系統(tǒng)使用兩個疊加的掃描元件來有效產(chǎn)生具有可變掃描速度的單次掃描。雖然一個掃描元件以可能高于常規(guī)設(shè)置(例如雙重或三重)中的掃描速度的恒定速度掃描光束，但第二掃描兀件可以在平行和反平行方向(即相反方向)上的掃描之間與第一元件交替。接著以通過疊加兩個掃描元件的掃描速度(即以反平行模式掃描時的低有效掃描速度和以平行模式掃描時的高有效掃描速度)所產(chǎn)生的有效掃描速度使樣品結(jié)晶。鑒于放置樣品的載臺較重并且因此難以以足夠速率加速或減速，因此最好使用樣品載臺來進行恒定速度掃描。或者，樣品可以是固定的并且可以例如通過掃描部分或全部光束遞送系統(tǒng)或者甚至也可以通過掃描激光來掃描光束。接著可使用移動光學元件或者光束偏轉(zhuǎn)元件來進行可變速度掃描。在一個實施方案中，光束偏轉(zhuǎn)元件可以是例如旋轉(zhuǎn)反射鏡(以前后“拉鋸”模式操作例如可獲自Cambridge Technology, Lexington, MA的基于電流計的光學掃描器)。在另一實施方案中，可變速度掃描可以限定將某些光學元件安置在平移載臺上并且前后掃描所述光學元件，或者通過使用旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡。所述技術(shù)大體為本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知。須注意，當掃描光束時，樣品層面上的光束性質(zhì)不變(至少在低速度掃描期間)。舉例來說，如果使用聚焦的線束，那么聚焦元件與樣品之間的光路優(yōu)選保持恒定或者變化不超過光束的聚焦深度。在旋轉(zhuǎn)掃描中(基于電流計的光學掃描器或者多面體掃描器)，如果掃描角度變得過大，那么可以使用掃描透鏡(例如可獲自Bay Photonics LLC(Canton, MA)的透鏡)來補償光路長度的變化。圖2描繪在掃描期間通過沿(+y)與(_y)兩個方向線性移動反射鏡，同時膜以恒定速度沿(_y)方向移動來對膜400進行的掃描。膜以恒定速度沿(_y)方向移動引起沿(+y)方向415的掃描，在本文中稱為長掃描。在圖2a中，為開始短掃描，即使用可變速度掃描元件的掃描，使反射鏡410沿(+y)方向移動接近激光束405，使得激光束被重新引導至并照射膜上的位置a。在圖2中，反射鏡410充當可變掃描元件并且移動的膜105充當恒定速度掃描元件。此外，由反射鏡410 (以及本文中公開的任何可變速率掃描元件)產(chǎn)生的掃描在本文中稱為短掃描并且由膜105產(chǎn)生的掃描在本文中稱為長掃描。將結(jié)合掃描速度、掃描元件和短/長掃描提及本文中論述的疊加掃描。從其起始位置，反射鏡沿(_y)方向(箭頭404)移動以開始短掃描，即與恒定速度掃描膜的長掃描方向呈反平行。在圖2b中，反射鏡返回至中心位置，使得激光束被引導至并照射膜上的位置b。在圖2c中，反射鏡410移動離開激光束405(沿(_y)方向404)，使得激光束被引導至并照射膜上的位置C。區(qū)域a、b和c都重疊，具有所要求的重疊，例如在線掃描雙擊SLS工藝中為2 μ m。此舉使得用于后續(xù)TFT像素或電路制造的第一區(qū)域的結(jié)晶得以完成并且完成短掃描。在圖2d中，膜繼續(xù)沿(-Y)方向移動，同時反射鏡已移回至其在圖2a中的起始位置，即反射鏡已沿(+y)方向或與長掃描(箭頭417)平行移動。此舉開始第二短掃描。朝向激光束405的移動使得激光束被引導至并照射薄膜上的位置d，其為用于TFT像素或電路的第二區(qū)域中的第一脈沖并且其不與第一區(qū)域重疊。過程如前所述繼續(xù)進行；在圖2e中，反射鏡返回至其中心位置，使得激光束被引導至并照射膜上的位置e。因此反射鏡410為在沿y方向向后和向前掃描光束之間交替的可變速率掃描元件。在大多數(shù)情況下，光束將不會直接射在膜上，而是首先將由光學元件(例如投影透鏡或其它折射或反射光學器件)進一步成形。原則上，可變速率掃描元件可以安置在光學光路中的任何位置，只要其安置在用于分開和疊合光束的元件(例如通常用于使光束均勻的小透鏡陣列)以外即可。為限制可變速率掃描元件的尺寸，可能需要將其安置在一個光束軸·擴張形成線束之前的上游遠處(即更接近激光源)。光學元件界定光傳播通過系統(tǒng)的光徑。光徑通常由稱為光軸的虛線界定。對于由簡單透鏡和反射鏡構(gòu)成的系統(tǒng)，光軸通過各表面的曲率中心，并且與旋轉(zhuǎn)對稱軸一致。通過圖2a至圖2e的點線示意性示出這些光學元件的光軸(點線)，即光徑。通常，在光束遞送系統(tǒng)中，光束優(yōu)選沿接近光軸的光路行進，以使可能由偏軸行進引起的光學畸變減至最小。可變速率掃描元件使光束偏轉(zhuǎn)至偏離光軸的光路上。如本文所用，光路是光束沿由光學元件界定并且可由光軸描述的光徑行進的實際路徑?？勺兯俾蕭呙柙軌蚩焖俑淖儝呙璺较颉４丝赡芤笃揭茠呙柙?，例如當在某一距離上向后和向前移動大質(zhì)量的速度變得過大時?；蛘撸梢允褂眯D(zhuǎn)或傾斜掃描元件。圖3描繪此構(gòu)想。替代將反射鏡移離和移向光束，現(xiàn)在反射鏡是固定的，但沿箭頭306的方向繞軸旋轉(zhuǎn)以使光束偏轉(zhuǎn)離開光軸。在圖3a中，光束405被引導至與光軸301成角度302安置且因此使光束與光軸偏轉(zhuǎn)角度304的反射鏡300。這導致光束被重新引導以照射膜400的位置a。圖3b描繪激光束被引導至現(xiàn)在與光軸成角度307安置的反射鏡300，從而使得不與光軸偏轉(zhuǎn)。因此，光束照射膜400上的位置b。圖3c描繪光束405被引導至現(xiàn)在與光軸301成角度312安置且因此使光束與光軸偏轉(zhuǎn)角度314的反射鏡300。此偏轉(zhuǎn)使得光束被重新引導以照射膜400的位置C。圖3d描繪區(qū)域a、b和c都重疊，具有所要求的重疊，例如在線掃描雙擊SLS工藝中為2 μ m。這使得用于稍后TFT像素或電路制造的第一區(qū)域的結(jié)晶得以完成。在圖3d中，膜繼續(xù)沿(_y)方向移動(箭頭305并且產(chǎn)生膜沿(+y)方向的掃描)，同時反射鏡已成角度302移回至圖3a中的第一位置。光束的偏轉(zhuǎn)使得激光束被引導至并照射薄膜上的位置d，其為用于TFT像素或電路的第二區(qū)域中的第一脈沖并且其不與第一區(qū)域重疊。過程如前所述繼續(xù)進行；在圖3e中，反射鏡成角度307返回至3b中的位置，使得激光束被引導至并照射膜上的位置e。例如受電流計或一些類型的用于使反射鏡傾斜的線性微型致動器控制的旋轉(zhuǎn)反射鏡在可使下一區(qū)域結(jié)晶之前仍需要反向掃描。所述反向掃描的進行將犧牲工藝處理量，因為在此時間期間發(fā)射的脈沖將不與用于像素TFT或電路的任一區(qū)域重疊。所述脈沖可視為廢脈沖。圖4示意性說明可用于疊加掃描以使薄膜105結(jié)晶的系統(tǒng)200的另一實施方案。疊加掃描系統(tǒng)200包括具有多個小面210-217的旋轉(zhuǎn)盤205，所述小面各自至少部分具有反射性。激光束220被引導至旋轉(zhuǎn)盤205，所述旋轉(zhuǎn)盤205被配置成使得小面重新引導激光束220以使其照射膜105。當盤205旋轉(zhuǎn)時，其使得激光束220掃描膜205的表面，因此使膜105的連續(xù)部分結(jié)晶。當盤205繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，反射激光束的各新小面沿旋轉(zhuǎn)方向有效“重置”光束相對于膜的位置，使得激光束沿此方向回到其在膜上的起始點。換句話說，反向掃描為瞬間的并且不犧牲工藝處理量。同時，膜沿(_y)方向以恒定速度平移，(產(chǎn)生沿(+y)方向恒定速度的掃描)使得當盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，新小面將激光束反射至膜中的后續(xù)區(qū)域上。在圖4中，多面體掃描器205充當可變掃描元件并且移動的載臺230充當恒定速度掃描元件。此夕卜，由旋轉(zhuǎn)盤205產(chǎn)生的掃描在本文中稱為短掃描并且由載臺230產(chǎn)生的掃描在本文中稱為長掃描。 具體地說，小面210-217經(jīng)過配置以便重新引導脈沖激光束220，使得激光束220照射在膜105的規(guī)定區(qū)域240內(nèi)。在激光束220照射區(qū)域240的情況下，其使膜105熔融，所述膜105在冷卻時結(jié)晶。盤205繞軸245旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)使得小面210-217相對于激光束220移動，使得其表現(xiàn)為激光束220的移動反射鏡，并且引導光束220的走向沿穿過膜105的直線。小面210-217的移動使激光束220相對于膜105沿(_y)方向移動。激光束相對于膜105沿(_y)方向的相對速度Vffigja由盤205的旋轉(zhuǎn)速度決定。同時，載臺230使膜105沿對應(yīng)于沿(+y)方向的掃描速度的(_y)方向(即，以與旋轉(zhuǎn)盤205的短掃描方向反平行的方向)移動。因此，相對于膜的指定點的凈光束速度將為Vfisja與的總和。因而，載臺可以高速(例如4. 8cm/s)移動,而短掃描的速度可為-2. 4cm/s,由此產(chǎn)生2. 4cm/s的有效速度。此外，膜表面的照射型態(tài)由載臺掃描速度和方向以及盤的小面尺寸和旋轉(zhuǎn)速率以及盤與膜之間的距離界定。因此一系列脈沖在多面體反射鏡進一步旋轉(zhuǎn)之前被一個小面反射。所述旋轉(zhuǎn)引起下一系列的脈沖被相鄰小面反射。因此此模式可稱為“逐小面短掃描(short scan perfacet) ”或僅稱為“逐小面掃描(scan-per-facet) ”。在完全由一個小面的反射轉(zhuǎn)變至下一小面的反射之間，一個或多個脈沖可能由所述兩個小面之間的轉(zhuǎn)角區(qū)域反射。那些脈沖將不會正確地在膜上成像并且因?qū)μ囟▍^(qū)域的結(jié)晶沒有貢獻而被視為廢脈沖。一般來說，優(yōu)選通過將一個維度上的光束截面限制成遠小于小面的長度來使廢脈沖的數(shù)量減至最少。雖然圖4示出具有八個小面的刻面盤205，但意欲此小面數(shù)量僅用于說明。一般來說，還涵蓋其它使光束偏轉(zhuǎn)以提供高速掃描的方式，例如單個可移動反射鏡。或者，根據(jù)膜的期望加工速度和尺寸，可以使用例如其它數(shù)量的小面。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案的在膜上的疊加雙擊線掃描SLS工藝。y軸是距離。箭頭101a、101b、132a、132b和134a、134b表示在兩個激光脈沖之間的時間間隔內(nèi)在膜上的行進距離并且因此與掃描的相對速度相關(guān)。掃描涉及使膜105行進以產(chǎn)生沿(+y)方向132a、b的恒定速度長掃描(長掃描速度是膜沿(_y)方向以此恒定速度移動的結(jié)果)。長掃描132a、b的速度可為例如4. 8cm/s。同時，在掃描130的第一區(qū)域中，沿反平行方向，即(_y)方向進行短掃描。反平行方向上的短掃描速度134a可為例如-2. 4cm/s。因此，作為長掃描速度132a與短掃描速度134a的總和的有效掃描速度IOla在第一區(qū)域130中以
2.4cm/s的速度行進(4. 8cm/s+_2. 4cm/s)。因而,第一區(qū)域130可經(jīng)歷與圖Ia和圖Ib中的工藝類似的雙擊SLS工藝，但載臺以較高速度速率(即4. 8cm/s)移動。第二區(qū)域135描繪平行掃描，其中短掃描速度134b與長掃描速度在相同的(+y)方向上。因此，有效掃描為
2.4cm/s短掃描速度134b與4. 8cm/s長掃描速度132b的總和，從而有效掃描速度為7. 2cm/
S。根據(jù)所使用的短掃描元件，平行掃描可以產(chǎn)生一個或多個缺失的脈沖(141、142)，即不產(chǎn)生雙擊結(jié)晶區(qū)域的脈沖。第三區(qū)域140描繪另一反平行掃描。因此，使用平行與反平行掃描的組合，僅膜的選定部分(第一區(qū)域130和第三區(qū)域140)經(jīng)歷雙擊SLS并且掃描的處理量可以獲得增加。反平行掃描由沿(_y)方向重新引導光束的短掃描元件以與所述掃描元件的速度成比例的速度(即，反射鏡的向后和向前移動或旋轉(zhuǎn))產(chǎn)生。平行掃描由短掃描的“重置”產(chǎn)生。一旦短掃描在(_y)方向上完成，光束即被引導至短掃描的起點(即初 始平移位置(圖2))、逐小面掃描中的下一小面(圖3)、逐小面脈沖掃描中的第一小面(圖8)或者電流計或微型致動器控制的反射鏡的起始位置。光束至起始位置的此移動產(chǎn)生沿(+y)方向的平行掃描。圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案的疊加雙擊線掃描SLS工藝。圖6不同于圖5的地方在于平行掃描中可變速率光束掃描器的速度高于反平行掃描，如兩個箭頭154a、154b之間的不同距離所表明。在反平行掃描期間，圖6示出短掃描速度154a為-4. 8cm/s (兩個脈沖之間位移-8 μ m)且長掃描速度152a為7. 2cm/s (兩個脈沖之間位移12 μ m)。因此，在反平行掃描區(qū)域150、160中，有效掃描速度再次為2.4cm/s。另一方面，在平行掃描區(qū)域155中，可變速率掃描元件在兩個脈沖之間的位移(向右的箭頭154b)為24μπι。因此這些脈沖之間的平均短掃描速度為14. 4cm/s且凈光束速度IOlb為21. 6cm/s。平行掃描期間可變速率掃描器在這些脈沖之間的位移無需為線性的，因此速度無需為恒定的。如圖6所示，平行掃描區(qū)域155中增加的有效掃描速度IOlb足夠大以使得沒有脈沖照射圖6的平行掃描區(qū)域155中的膜，而在圖5的平行掃描區(qū)域140中具有一次或多次照射。圖la、圖lb、圖5和圖6為示例性掃描，其示出少數(shù)脈沖用于說明性目的。脈沖的數(shù)量和像素間距在典型的硅加工應(yīng)用中可以較大。根據(jù)可利用可變速度掃描元件獲得的掃描速度的范圍，像素之間的區(qū)域可能根本沒有或者未完全結(jié)晶。舉例來說，平行掃描可以足夠快以允許光束到達兩個連續(xù)脈沖之間的下一目標區(qū)域，如圖6中所示?；蛘撸淇赡茌^慢以使得脈沖仍射中之間的區(qū)域，但沒有重疊或重疊不足，以使得所述區(qū)域不完全結(jié)晶，如圖5中所示。圖7示出在某一中心位置(由垂直軸上的原點指示)周圍和由可變速率掃描元件誘導的光束位移(y軸)隨時間(X軸)而變的波形。中心位置優(yōu)選與光軸一致以便使光學畸變減至最小。圖3和圖9中所用的在正向和反向掃描速度(分別用于反平行和平行掃描)上具有對稱性的可變速率光束掃描器可以具有圖7a的三角形波形，其結(jié)果如例如圖5中所示。圖3和圖9中所用的可變速率光束掃描器也可以在正向和反向掃描速度上具有不對稱性并且可以如圖7b的不對稱波形實施，其結(jié)果如例如圖6中所示。圖4中所用的在正向和反向掃描速度上具有不對稱性的可變速率光束掃描器可以對應(yīng)于圖7c的鋸齒形波形。圖8中所用的可變速率光束掃描器可以對應(yīng)于如圖7d的階梯狀波形。圖7c和圖7d的水平軸上的垂線指示與圖6中所給出的實例對應(yīng)的激光脈沖的時序。由圖7得知，所有這些波形都是反平行掃描中合意掃描速率的恰當實例，使得凈光束掃描速度具有所要求的值，在以上實例中為2.4cm/s。所述技術(shù)可以進一步與突發(fā)模式操作或光束阻擋進行組合以在之間的區(qū)域中避免任何脈沖和/或減少廢脈沖的數(shù)量以便增加激光管壽命。為使處理量達到最大，優(yōu)選使平行掃描模式(即高速掃描)的持續(xù)時間減至最少，以使移動元件大部分時間以反平行模式(即適用于結(jié)晶的低速掃描)操作?；陔娏饔嫷膾呙杵骺梢允沟靡粋€方向上的掃描較慢且呈線性，而在相反方向上的掃描較快且呈正弦曲線形的方式使用(于圖7b和圖3中示出)?；陔娏饔嫷膾呙杵骶哂腥齻€組件電流計、反射鏡和控制所述系統(tǒng)的伺服驅(qū)動板。電流計具有操縱反射鏡的致動器和提供反射鏡位置信息的整體位置檢測器。反射鏡通常為可以在所需要的掃描角度范圍內(nèi)保持所需要的光束直徑的反射鏡。伺服電路驅(qū)動電流計并且控制反射鏡的位置。通過反射鏡的受控移動，輸入激光束可以受控方式在膜上掃描。
雖然這種不對稱掃描速度可能適用于基于低頻激光(例如來自Japan SteelWorks, Ltd. (Japan)的線束ELA設(shè)備中所用的激光)的系統(tǒng)，但其對于諸如來自TCZ (SanDiego, CA)的薄光束線掃描結(jié)晶設(shè)備中所用的基于高頻激光的系統(tǒng)可能不可行。對于所述高頻激光，可變速率掃描元件的重復率可較高，而且如圖7b中的不對稱掃描速度難以使用以向后和向前運動掃描的任何光學元件實現(xiàn)。任何所述運動需要加速和減速，隨后在相反方向上運動。所述向后和向前運動的重復率取決于使像素TFT或電路的柱完全結(jié)晶所需要的脈沖數(shù)量以及激光重復率。為進行說明，需要50個脈沖使用具有4 μ m步長的線掃描SLS工藝來加工200 μ m寬的柱。因此與其一致的是，例如在使用6kHz激光的情況下，反平行掃描的持續(xù)時間是O. 0083秒。因此，重復率對于對稱掃描速度可以是約60Hz，或者在可以在較高速度下進行反向掃描的情況下高達約100Hz。在一替代實施方案中，將旋轉(zhuǎn)光學元件與刻面反射鏡(例如來自Lincoln LaserCompany, Phoenix, AZ的多面體反射鏡)一起使用以產(chǎn)生光束的鋸齒狀運動(圖7c)。旋轉(zhuǎn)光學元件的優(yōu)勢在于其以恒定速度移動，從而消除對加速和減速的需要。這種光學元件的類似用途先前已在以連續(xù)波激光掃描工藝在載臺的限制掃描速度下獲得極高掃描速率(例如約 lm/s)的方案中公開(參見WO 2007-067541“System and Method for Processinga Film and Thin Films”)。其中，使用旋轉(zhuǎn)光學元件以較高速度產(chǎn)生垂直掃描方向。極高掃描速度(即lm/s)為連續(xù)波(CW)激光防止損壞大面積電子器件中所用的低溫耐受性基板所需。因此，使用可變速率掃描元件通過在垂直方向上在可允許的載臺速度上疊加極高掃描速率以比可允許的載臺速度高得多的速度掃描CW激光。此處，我們使用類似的元件來降低反平行掃描方向上的掃描速度。因此，各小面受到在樣品表面上重疊以完全加工一個區(qū)域的短脈沖序列(例如圖6中的四個脈沖)照射。此外，本方法涉及基于脈沖激光的工藝而非連續(xù)波激光工藝，以及長軸垂直于載臺的移動而非平行于載臺的移動的線束。在一個實施方案中，在使用多面體反射鏡掃描器的情況下，掃描在一個方向上線性前進并且在各小面的端部突然被重新引導至其在下一小面上的開始位置。可能有一個或多個脈沖在小面之間的邊緣被廢棄。突發(fā)模式操作可用于防止所述無關(guān)脈沖。此外，為防止由掃描速度中的誤差造成的漂移，可以使用編碼器以使得掃描器的速度可受到調(diào)控并且與系統(tǒng)的其余部分(例如激光的脈沖觸發(fā))同步。
除使用單一小面進行短掃描外(“逐小面掃描”)，還可以每個脈沖使用一個小面來建立短掃描，其中各小面將各脈沖引導至所需的位置(“逐小面脈沖”)，例如通過拋光小面使其具有關(guān)于掃描器旋轉(zhuǎn)軸的傾斜角(以使得掃描在垂直于先前段落中的旋轉(zhuǎn)小面的方向上)。圖8描繪具有八個用于反射激光束262的小面的旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡260。在本發(fā)明的一個實施方案中，旋轉(zhuǎn)多面體反射鏡260可用于產(chǎn)生短掃描。優(yōu)勢在于可使用較高的旋轉(zhuǎn)速度，其產(chǎn)生更穩(wěn)定的掃描。小面無需為連續(xù)的，其可以隔三個小面，例如具有10個小面的多面體反射鏡可以具有如下小面順序1-4-7-10-3-6-9-2-5-8-1。小面也可以不在一起而分開旋轉(zhuǎn)。一般來說，全部小面都關(guān)于多面體反射鏡的旋轉(zhuǎn)軸成不同角度安置。舉例來說，半數(shù)小面可以成正角傾斜，而另一半小面可成負角傾斜。圖8中描繪的多面體反射鏡具有8個小面，其按順序1-8受到照射。圖8中的八個小面各自關(guān)于多面體反射鏡的旋轉(zhuǎn)軸成不同角度傾斜。此引起光束(其可以具有矩形截面)沿垂直于反射鏡旋轉(zhuǎn)平面的方向(即，平行于旋轉(zhuǎn)反射鏡的掃描器的軸)(_y)方向103的掃掠。接著可如所示簡單使用負透鏡265使光束成形為線束。雖然圖2a中僅示出負透鏡，但加工系統(tǒng)可以包括其它更復雜的用于聚焦、引導和校準激光束的光學器件。如果樣品是固定的，即沒有長掃描，那么這 將引起照射區(qū)域A、B和C，根據(jù)掃描速度，這可以如所示間隔照射或者其可以重疊。然而，當長掃描速度不為零并且光束沿(+y)方向掃描(例如，通過使樣品沿(_y)方向101移動)時，兩個掃描速度相加得到期望有效掃描速度103。舉例來說，為在雙擊線掃描SLS工藝中實現(xiàn)4μπι的步進距離，如所示區(qū)域a、b和C。所公開的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于選擇性區(qū)域結(jié)晶中。在用于矩陣型電子器件的Si膜的選擇性區(qū)域結(jié)晶中，使對應(yīng)于像素TFT或電路的柱的區(qū)域結(jié)晶。區(qū)域的寬度取決于電子器件的尺寸并且柱的間距(中心至中心跨距)取決于所需的顯示分辨率。發(fā)現(xiàn)所結(jié)晶區(qū)域之間的間距為((用于短掃描的脈沖數(shù))/(激光頻率))*(載臺速度)；例如在圖Id中4個脈沖* ((7. 2cm/s) / (6000Hz)) =48 μ m。假定激光頻率是固定參數(shù)，則較大間距需要增加載臺速度，即長掃描速度。為維持激光脈沖之間的某一優(yōu)選重疊，也需要增加短掃描速度，以使有效掃描速度保持相同。在同一實例中，載臺速度可增加至12cm/s以得到80μπι的間距?？勺儝呙杷俾试又?9. 6cm/s掃描光束以使目標區(qū)域中的有效掃描速度為所需的2.4cm/s。對于平移掃描器，此可以通過增加向后和向前掃描運動的幅度同時保持頻率相同來實現(xiàn)；因此，增加速度。對于旋轉(zhuǎn)掃描器，增加可變掃描速率元件的速度的一種方式為在較大角度范圍內(nèi)掃描光束。當使用基于電流計的掃描器時，元件可以較高速度掃描，同時保持相同的重復率并因此獲得較長掃掠(在較大角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn))。當使用多面體掃描器來掃描光束時(“逐小面掃描”)，則可以使用具有較少數(shù)目小面并且以較高速度旋轉(zhuǎn)的多面體反射鏡。舉例來說，為以-9. 6cm/s而非-4. 8cm/s掃描，可以使用一半數(shù)目的小面而旋轉(zhuǎn)速度加倍。當以“逐小面脈沖”模式使用多面體掃描器時，可以使用小面與旋轉(zhuǎn)軸成較大角度的多面體反射鏡。替代在較大角度范圍內(nèi)掃描光束(這可能涉及必需替換刻面反射鏡)，可以利用其它光學解決方案來增加短掃描的速度，例如改變可變速率掃描器下游的光學元件之間的距離。另一方面，如果需要間距相等的較寬結(jié)晶區(qū)域，那么可以使用較慢的掃描速率。舉例來說，如果需要間距為48 μ m的6個脈沖，那么載臺速度應(yīng)為O. 0048cm*6000Hz/6=4. 8cm/
S。如同上文對于較大間距所述，可以相應(yīng)地調(diào)整短掃描的掃描速度。
前述分別關(guān)于產(chǎn)生較大間距和較寬結(jié)晶區(qū)域的實例假定沒有廢脈沖，這通常不切合實際。如果短掃描之間的脈沖被廢棄，那么公式如下((用于短掃描的脈沖數(shù)+短掃描之間的廢脈沖數(shù))/ (激光頻率))* (載臺速度)。因此，在圖5中(4個脈沖+2個脈沖)*((4.8Cm/S)/(6000HZ))=48ym。如果所使用的樣品載臺具有受限(優(yōu)化)的掃描速度范圍，那么為減少結(jié)晶區(qū)域的寬度或者增加結(jié)晶區(qū)域之間的間距，可能必需增加廢脈沖的數(shù)量(通過在結(jié)晶區(qū)域之間具有脈沖(圖5)或者比必需的結(jié)晶區(qū)域?qū)?或者降低激光重復率。當使用單個小面來執(zhí)行短掃描(“逐小面掃描”)時，多面體掃描器重新引導光束經(jīng)過的角度可能過大從而不允許小間距照射(例如雙擊線掃描SLS工藝中的4 μ m步長或者定向線掃描SLS工藝中的2 μ m步長)。舉例來說，12刻面多面體反射鏡使光束掃過30度角。高角速度可能導致短掃描速度高達許多倍從而不允許脈沖的適當重疊。相反，可以使用兩個掃描器以彼此相對掃描，從而降低角度，參見例如美國專利號5，198,919 “Narrowfield or view scanner，，。應(yīng)注意,反平行掃描中的有效掃描速度無需處于恒定掃描的正方向或相同方向。 舉例來說，有效掃描方向可以是相反的負方向，或者有效掃描速度可以是零或幾乎為零。零有效掃描速度可以適用于光束寬度足以覆蓋整個節(jié)點(或節(jié)點柱)的線束ELA工藝。因此，多個脈沖均被引導至相同區(qū)域(即100%重疊)。因此使未受任何脈沖的邊緣部分照射的中心區(qū)域的寬度達到最大成與單個光束的頂帽部分相同的寬度。在此區(qū)域中，避開光束邊緣將產(chǎn)生更均勻結(jié)晶的區(qū)域。如果使用“逐小面脈沖”多面體掃描器，那么可以進一步優(yōu)化小面的反射率以實現(xiàn)某一所需的脈沖能量序列，例如較低初始脈沖能量密度以產(chǎn)生具有對于進一步累積ELA加工來說最優(yōu)的性質(zhì)的小晶粒多晶材料。此外，最后一個脈沖或者最后的數(shù)個脈沖可以具有較低能量密度以誘導表面熔融，以便產(chǎn)生在晶粒邊界處突起不太明顯的較平滑膜表面。因此，當短掃描速度具有與反平行掃描期間的長掃描速度相同的量級時，光束在表面上固定。先前已認識到，在用同一光束在不對其進行移動的情況下重復照射時，所述光束中的任何不均一性可能使影響擴大并且可能導致材料不均一。此處應(yīng)注意，雖然光束重疊100%，但其實際上沿不同路徑行進(從光軸偏轉(zhuǎn))，從而由光學器件的缺陷造成的任何光學畸變總是在變化。換句話說，由光學畸變引起的任何光束不均一性可以通過使用光學元件的不同部分被光束平均化。另外，實際上可能優(yōu)選的是具有小的非零掃描速度(即，產(chǎn)生小于100%的重疊，例如98%、95%或90%)以使由激光脈沖的不對稱不均一性引起的光束不均一性平均化。在一些實施方案中，短掃描速度也具有垂直于長掃描速度的方向的分量。此垂直分量使得光束在短掃描期間側(cè)向位移。圖9描繪使用具有垂直于長掃描速度910的方向的分量的斜向短掃描速度925對薄膜400進行的疊加掃描。圖9中所不的掃描產(chǎn)生膜的斜向有效掃描。圖9中所示的掃描實質(zhì)上類似于圖3中所描繪的掃描，例外之處在于反射鏡和光學器件被設(shè)計成使得光束405沿與長掃描速度910傾斜的方向偏轉(zhuǎn)。應(yīng)注意，短掃描速度的平行分量仍需要使得可在脈沖之間建立某一所需的重疊，因此短掃描速度925 —般高于不存在垂直分量情況下的短掃描速度(圖2、圖3、圖4、圖8)。在圖9a中，光束405被引導至與光軸901成角度902安置且因此使光束與光軸偏轉(zhuǎn)角度904的反射鏡900。這導致光束被引導至并照射照射膜400的位置a。圖9b描繪激光束被引導至現(xiàn)在與光軸成角度907安置的反射鏡900，從而使得不與光軸901偏轉(zhuǎn)。因此，光束照射膜400上的位置b。圖9c描繪光束405被引導至現(xiàn)在與光軸901成角度912安置且因此使光束與光軸偏轉(zhuǎn)角度909的反射鏡900。此偏轉(zhuǎn)使得光束被重新引導至并照射膜400的位置C。圖9d描繪區(qū)域a、b和c都重疊并且斜向錯開，具有所要求的重疊，例如在線掃描雙擊SLS工藝中為4 μ m。這使得用于稍后TFT像素或電路制造的第一區(qū)域的結(jié)晶得以完成。在圖9d中，膜繼續(xù)沿(_y)方向移動，而反射鏡已移回至其在圖9a中的起始位置。朝向激光束405的移動使得激光束被引導至并照射薄膜上的位置d，其為用于TFT像素或電路的第二區(qū)域中的第一脈沖并且其不與第一區(qū)域重疊。過程如前所述繼續(xù)進行；在圖9e中，反射鏡旋轉(zhuǎn)至9b中的小面，使得激光束被引導至并照射膜上的位置e。美國公布號10/056990 “Systems and Methods for the Crystallization of Thin Films”(其公開多次掃描斜線工藝)中公開的線束的側(cè)向位移可有效使來自光學畸變或起源于光束的不均一性平均化。如果反平行掃描期間沿長掃描方向的有效掃描速度是零，那么光束運動甚至可以完全沿著垂直于掃描方向的方向。雖然本方法由此可有效地使用某些線束結(jié)晶技術(shù)來進行SAC，但其可能不適于2D投影SLS，其中脈沖的非周期性安置最好在時域內(nèi)實現(xiàn)以獲得載臺晃動和光束畸變的有害影響較少的益處。如本文所用的載臺晃動是指脈沖之間載臺的不正確移動，主要是在垂直于掃描方向的方向上。載體晃動的影響可通過減少重疊脈沖之間的時間間隔來降低。對于線型結(jié)晶方案(即，光束在垂直于掃描方向的方向上均勻)，載臺晃動的問題顯著減少，因為其垂直分量對結(jié)晶沒有影響。此外，線掃描SLS通常尤其使用重復率顯著較高(例如3kHz或6kHz或更高,或者甚至高達數(shù)十千赫)的激光，從而已使脈沖之間的載臺誤差減至最小。
實施例對于需要30個脈沖來加工整個像素TFT或電路區(qū)域的6kHz線掃描SLS工藝，每秒進行200次掃描。如果一次掃描由單個小面執(zhí)行，例如在使用具有八個小面的多面體反射鏡的情況下，那么這需要反射鏡旋轉(zhuǎn)速率為25Hz=1500rpm。如果每次照射由單個小面進行，那么需要750Hz=45，OOOrpm掃描器。對于逐小面脈沖，可以使用較大數(shù)量的小面，例如20 ;這將因此需要以300Hz=18，OOOrpm旋轉(zhuǎn)。可以購得速度低至300rpm，但更通常高于Ik和高達數(shù)萬rpm(例如55k rpm)的掃描器馬達；例如購自Lincoln Laser公司。對于需要15次脈沖來加工整個區(qū)域的600Hz ELA工藝，每秒進行40次掃描。使用多面體反射鏡逐小面掃描來進行這種操作可能不太有吸引力，因為旋轉(zhuǎn)速度變得極低(例如對于八個小面反射鏡來說為5Hz或300rpm)。例如，可以使用基于電流計的掃描器。在另一實施方案中，可以使用逐小面脈沖多面體掃描器。也可以使用平移掃描器。雖然已顯示和描述了本發(fā)明的實施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下在其中進行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于加工薄膜的方法，所述方法包括 由脈沖激光源產(chǎn)生多個激光束脈沖，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融所述薄膜并在冷卻時使得在所述薄膜中結(jié)晶的通量； 使用第一光路將第一激光束脈沖引導至薄膜上； 使所述薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進；和 使用光學掃描元件使第二激光束脈沖從所述第一光路偏轉(zhuǎn)至第二光路，使得所述偏轉(zhuǎn)引起所述膜經(jīng)歷所述激光束脈沖相對于所述薄膜的第二掃描速度， 其中所述第二掃描速度小于所述第一掃描速度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以完全熔融所述薄膜的通量。
3.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶方法包括順序側(cè)向固化(SLS)工藝。
4.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以部分熔融所述薄膜的通量。
5.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶方法包括線束準分子激光退火(ELA)工藝。
6.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光學掃描兀件選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。
7.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光學掃描元件包括多面體掃描器并且所述第二脈沖被引導至與所述第一脈沖相同的小面上。
8.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光學掃描元件包括多面體掃描器并且所述第二脈沖被引導至與所述第一脈沖不同的小面上。
9.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶是在單次掃描中完成的。
10.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其包括 使用所述第一光路將第三光束脈沖引導至所述薄膜上。
11.一種用于加工薄膜的方法，所述方法包括 界定包括第一區(qū)域和第二區(qū)域在內(nèi)的多個區(qū)域； 由脈沖激光源產(chǎn)生多個激光束脈沖，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融所述薄膜并在冷卻時使得在所述薄膜中結(jié)晶的通量； 使所述薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進，從而產(chǎn)生第一掃描方向；和使用光學掃描元件使所述激光束脈沖中的至少兩個偏轉(zhuǎn)，使得所述光束脈沖以第二掃描速度掃描所述膜中的所述第一區(qū)域直至所述第一區(qū)域被完全加工， 其中所述第二掃描速度小于所述第一掃描速度。
12.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以完全熔融所述薄膜的通量。
13.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶方法包括順序側(cè)向固化(SLS)工藝。
14.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以部分熔融所述薄膜的通量。
15.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶方法包括線束準分子激光退火(ELA)工藝。
16.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法,其中所述光學掃描選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。
17.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖相同的小面上。
18.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖不同的小面上。
19.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述結(jié)晶是在單次掃描中完成的。
20.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其包括 在所述第一區(qū)域被以所述第二掃描速度掃描后，以所述第一掃描速度照射所述第二區(qū)域。
21.一種薄膜，其根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法進行了加工。
22.一種裝置，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法加工的薄膜，其中所述裝置包括安置于所述薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域內(nèi)的多個電子電路。
23.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述裝置包括顯示裝置。
24.一種用于使薄膜結(jié)晶的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 產(chǎn)生多個激光束脈沖的脈沖激光源，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融所述薄膜并在冷卻時使得在所述薄膜中結(jié)晶的通量； 用于使用第一光路將所述激光束引導至所述薄膜上的光學器件； 用于緊固所述薄膜并使所述薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進從而產(chǎn)生第一掃描方向的恒定速度掃描兀件；和 用于使所述激光束從所述第一光路偏轉(zhuǎn)至第二光路使得所述偏轉(zhuǎn)引起所述膜經(jīng)歷所述激光束脈沖相對于所述薄膜的第二掃描速度的光學掃描元件，其中所述第二掃描速度小于所述第一掃描速度。
25.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述光學掃描選自由傾斜反射鏡、旋轉(zhuǎn)反射鏡、線性移動光學元件和多面體掃描器組成的組。
26.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述光學掃描兀件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖相同的小面上。
27.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述光學掃描元件包括多面體掃描器并且第二激光脈沖被引導至與第一激光脈沖不同的小面上。
28.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶是在單次掃描中完成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用疊加掃描元件進行單次掃描線掃描結(jié)晶的方法和系統(tǒng)。一方面，所述方法包括由脈沖激光源產(chǎn)生多個激光束脈沖，其中各激光束脈沖具有經(jīng)過選擇以熔融薄膜并在冷卻時使得在所述薄膜中結(jié)晶的通量；使用第一光路將第一激光束脈沖引導至薄膜上；使所述薄膜以恒定的第一掃描速度沿第一方向行進；和使用光學掃描元件使第二激光束脈沖從所述第一光路偏轉(zhuǎn)至第二光路，使得所述偏轉(zhuǎn)引起所述膜經(jīng)歷所述激光束脈沖相對于所述薄膜的第二掃描速度，其中所述第二掃描速度小于所述第一掃描速度。
文檔編號C30B13/00GK102918186SQ201080067192
公開日2013年2月6日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者J·S·艾姆, P·C·范德威爾特 申請人:紐約市哥倫比亞大學理事會