用于测量平板显示器的光纤激光退火多晶硅薄膜的形态特性的过程和系统技术方案

一种测量具有晶体结构的激光退火薄膜的形态特性的方法，所述晶体结构由至少一行并排定位的晶粒限定，每个晶粒具有长度(Lg)和宽度(Wg)，所述长度对于所述晶粒一致的，其中，行的长度(Lr)对应于晶粒的累积宽度Wg并产生各个衍射级次的衍射，方法包括：产生单色光；修整单色光以在0°(入射)和掠射角之间的范围内变化的角度进入到激光退火薄膜的表面上；测量从表面衍射的单色光的性质的变化，从而测量激光退火薄膜沿着一行的长度(Lr)的形态特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量平板显示器的光纤激光退火多晶硅薄膜的形态特性的过程和系统
本公开涉及平板显示器的制造。更具体地，本公开涉及一种用于确定通过低温多晶硅退火(LTPS)方法制造的在石英衬底上的多晶硅(p-Si)膜的光学均匀性的基于激光的方法和系统。
技术介绍
平板显示器(FPD)制造环境是世界上最具竞争且技术最复杂的。薄膜晶体管(TFT)技术是FPD的基础，FPD可以是高分辨率、高性能液晶显示器(LCD)(如图1所示)或有机发光二极管(OLED)，在此对有机发光二极管(OLED)特别感兴趣。TFT显示电路制作于薄的半透明非晶硅(“a-硅或a-Si”)层上，并且布置在跨过该层以对应于各个像素的背板中。工业界意识到，使用载流子迁移率比a-Si高大约两个量级的多晶硅(poly-Si)实质上减小了像素尺寸，提高了孔径比和像素分辨率。作为多晶硅的这些性质的结果，便携式/移动电子器件现在的主要特征是高分辨率平板显示器。存在两种根本不同的用于通过结晶(退火)将a-Si转化为多晶硅的方法。一种是热退火(TA)方法，另一种是低温多晶硅退火(LTPS)方法，该低温多晶硅退火(LTPS)方法是本公开的主题的一部分。在后者中，a-Si首先被热处理以转变成液态非晶硅，然后将其保持在熔融状态一段时间。选择足以保持熔融状态的温度范围以允许最初形成的多晶体能够生长和结晶。LTPS方法基于两种通用方法-准分子激光退火(ELA)和顺序横向固化(SLS)。后者是用于制备本公开的p-Si膜的方法，并且在共同拥有的美国申请14790170中对此进行了详细描述，该申请全文并入本文。有源矩阵有机发光显示器(AMOLED)是通过向有色有机或聚合物材料施加电信号来输出光的自发光器件。因此，OLED是电流驱动器件，而LCD技术是电压驱动的。有源矩阵(AM)上的薄膜晶体管(TFT)的一致且稳定的阈值电压(Vth)分布对于人眼的良好视觉印象是必不可少的。因此，AMOLED的寿命不仅由发光材料决定，而且由p-Si背板的可靠性决定。因此，所需的高TFTVth一致性是与普通LCDLTPS背板相比具有较高晶体均匀性程度的p-Si膜的先决条件。在玻璃上制造p-Si膜的步骤是整个OLEDFPD制造工艺的最早阶段之一。因此，即使完美地执行所有后期工艺阶段，当该基本p-Si形成步骤偏移出规格时，由于偏移将导致不可避免的产量损失。因此需要一种定量确定p-Si膜的不均匀性的方法。另外需要一种被配置为实现所需方法的系统。附图说明通过以下附图说明本专利技术的方法和系统，在附图中：图1A是经激光退火的p-Si样品的图像；图1B是样品的低分辨率显微镜图像；图1C是两行激光退火的p-Si样品的示意图，其中每行由多个晶粒限定；图1D是个体晶粒的示意顶视图；图2是本专利技术的系统的光学示意图；图3是样品的正视图，示出了图3的专利技术示意图中使用的扫描方向；图4是用于确定图2系统中使用的衍射角的系统的光学示意图；图5是图2的系统用0.7mm激光束处理的一个样品的原始图像；图6是说明用于处理图5样品的衍射光栅的强度的标度；图7是图2的系统用2mm激光束处理的另一样品的原始图像；图8是说明用于处理图7样品的衍射光栅的强度的标度；图9A是用0.7mm激光束获得的若干行上的空间光栅强度分布；图9B是用0.7mm激光束获得的单行上的空间光栅强度分布；图10A是用2mm激光束获得的若干行上的空间光栅强度分布；图10B是用2mm激光束获得的单行上的空间光栅强度分布；图11是所公开的激光退火系统的正交视图。具体实施方式现在详细参考所公开的系统。在有可能的情况下，附图和说明书中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的部件或步骤。术语“耦合”和类似术语不一定表示直接和立即连接，而是还包括通过中间元件或设备的连接。附图为简化形式，且完全不是按精确比例绘制的。参照图1A和图1B，对SiO2衬底上的非晶硅(a-Si)薄膜的激光退火产生多晶(p-Si)膜10。该膜可以用作产生OLED屏幕的基础材料。通过用白光在小角度下沿着可见线照射膜10，可以看到彩虹似的彩色图案。特别是，在中等放大倍率(LeicaZ16APO，同轴照明)下，垂直于毫米宽条纹的周期线开始出现(图1B)。高放大倍率(OlympusBX51，透射和DIC模式)显示间隔0.7μm的周期线的带，对应于重熔过程中的光束偏移/步骤。该图案表明在方向A-A上的下部周期性结构充当衍射光栅，其操作原理对于光学领域的普通技术人员来说是公知的。衍射光栅的存在表明可以测量形态特性，即表征p-Si膜10的某些特征。基于这些测量，可以建立可接受的范围并用于大批量生产激光退火装置中以分选出“良好的面板”，即用所需的可接受的光学不均匀程度表征的面板。后者对于电荷载流子的电迁移率的一致性并且最终对于FPD的期望性能是至关重要的。具体参照图1B，p-Si膜10的放大图像的形貌包括在A-A方向上(即，沿着邻接的并排行12的长度Lr)彼此邻接的多个行12。可以看出，每行12通常具有一致的矩形横截面，该矩形横截面具有行宽度Wr。图1C高度示意性地示出了具有两行12的薄膜10。示意性地示出p-Si的晶体结构具有多个晶粒14，每个晶粒具有相当理想的矩形形状。实际上，形状可能与所示形状不同。然而，理想与否，晶粒14均具有晶粒宽度Wg和长度Lg，在图1D的单个晶粒14中更好地看到该晶粒宽度Wg和长度Lg。对于所公开的行和晶粒几何形状的这种详细描述对于描述周期性结构，即限定每个行12的长度Lr的衍射光栅，是非常重要的。返回图1C，因此行12的长度Lr是各个晶粒14的宽度Wg的总和。所有晶粒的晶粒长度Lg是一致的；它对应于在激光退火系统中使用的退火束的长轴，因此限定了每行12的宽度Wr。图2示出了被配置为测量p-Si膜10的形态特性的本专利技术的系统20。后者的特征在于由邻接晶粒14的邻接长边Lg的至少一行12限定的晶体结构。沿行长度(Lr)形成各个级次的衍射。系统20能够测量指示光栅强度的衍射光的功率。系统20包括激光源22，其可被配置为以连续波(CW)、准CW或脉冲机制操作，输出任何所需波长的单色或非常窄带光束24，例如532nm。仅作为示例给出，光束24具有40μm的光束直径。光束24聚焦在样品10的表面上并具有覆盖区域(footprint)，该覆盖区域与测量性质变化的所需空间分辨率有关。经聚焦的入射光束24以一定角度照射周期结构(即，衍射光栅)的脊。脊形成在同一行的邻接晶粒之间的界面处。测量衍射光束以确定任何级次的衍射峰(例如，第一级次衍射峰)的相应强度。在实验中，入射角约为50°。通常，该角度可以在0°和掠射角之间变化。优选地，选择角度以避免由玻璃衬底的多次反射引起的伪影。光子传感器26用于测量光栅空间强度，并且可以根据扫描方案从光电二极管或CCD中选择。基于测量的数据被收集在中央处理单元28中，在中央处理单元28中存储、处理和显示该数据以表征薄膜10的光学不均匀程度。然后，该数据可用于确定激光退火工艺在批量生产中使用的一系列可接受参数，如本文参考图11所讨论的。由于在图3的纵向方向Y上扫描样品14的表面，形成了限定行12的长度Lr的多个晶粒14。在测试中，将样品10放置在支撑激光退火膜的二维平移台上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量具有晶体结构的激光退火薄膜的形态特性的方法，所述晶体结构由至少一行并排定位的晶粒限定，每个晶粒具有度(Lg)和宽度(Wg)，所述长度对于是所述晶粒一致的，其中，所述行的长度(Lr)对应于所述晶粒的累积宽度Wg并产生具有各个级次的衍射，所述方法包括：产生单色光；修整所述单色光以在0o(入射)和掠射角之间的范围内变化的角度进入到所述激光退火薄膜的表面上；以及测量从所述表面衍射的所述单色光的性质的变化，从而测量所述激光退火薄膜沿着所述一行的长度(Lr)的形态特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.11 US 62/334,8811.一种测量具有晶体结构的激光退火薄膜的形态特性的方法，所述晶体结构由至少一行并排定位的晶粒限定，每个晶粒具有度(Lg)和宽度(Wg)，所述长度对于是所述晶粒一致的，其中，所述行的长度(Lr)对应于所述晶粒的累积宽度Wg并产生具有各个级次的衍射，所述方法包括：产生单色光；修整所述单色光以在0o(入射)和掠射角之间的范围内变化的角度进入到所述激光退火薄膜的表面上；以及测量从所述表面衍射的所述单色光的性质的变化，从而测量所述激光退火薄膜沿着所述一行的长度(Lr)的形态特性。2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述薄膜是多晶硅(p-Si)薄膜，并且具有由一行和附加行构成的阵列，所述一行和附加行累积地限定所述激光退火薄膜的期望区域并且以行宽度Wr和行长度Lr邻接。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括用经修整的单色光对所述激光退火薄膜的期望区域进行光栅扫描，所述单色光的覆盖区域与测量性质变化的期望空间分辨率相关。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括照射所述激光退火薄膜的期望区域以便使其以期望的衍射级次成像到像素检测器上，从而测量所述变化。5.根据权利要求4所述的方法，其中，照射所述期望区域包括对经修整的单色光的衍射级次进行成像。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括生成衍射光的测量性质的图，其中，所述性质包括衍射效率、与照射阵列数量相对应的衍射角和所述衍射光的偏振状态。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括确定所述衍射光的所测量的性质的公差范围。8.根据权利要求7所述的方法，还包括确定多个激光退火行的分布不均匀性MURA。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：将在激光退火过程期间所述激光退火薄膜的所测量的性质与所述公差范围进行比较，以及如果所述衍射光的任何所测量的性质超出所述公差范围，则生成中断所述激光退火过程的控制信号。10.根据权利要求8所述的方法，还包括：在对非晶硅薄膜中已经被转化为所述p-Si薄膜的部分的激光退火过程期间而所述薄膜的其余部分正在进行退火的同时，将所测量的性质与所述公差范围进行比较，以及如果任何测量的性质超出所述公差范围，则实时生成控制信号，以及调整所述激光退火过程的参数，以使得所述性质在所述范围内。11.一种用于测量具有晶体结构的激光退火薄膜的形态特性的系统，所述晶体结构由至少一行并排定位的晶粒限定，每个晶粒具有长度(Lg)，所述长度(Lg...

【专利技术属性】
技术研发人员：佛朗瑞恩·胡博，亚历山大·里马诺夫，迈克尔·冯达尔曾，丹·皮尔洛夫，爱德华·赤帝尔科沃斯基，约翰·希克斯，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US