CN106483672A - 激光结晶装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光结晶装置。一种激光结晶装置包括：产生包括P偏振分量和S偏振分量的入射激光束的激光发生器；转换入射激光束以产生发射激光束的光学系统；以及其上安装有具有通过被发射激光束照射进行激光结晶的目标薄膜的目标基底的台。光学系统包括：偏移从激光发生器接收的入射激光束的偏振轴方向的至少一个半波片(HWP)；完全反射激光束的至少一个反射镜；以及反射激光束的一部分并透射激光束的另一部分的至少一个偏振分束器(PBS)。

Description

激光结晶装置

技术领域

本公开的实施例涉及激光结晶装置，更特别地，涉及通过使用受激准分子激光将非晶硅薄膜结晶成多晶硅薄膜的激光结晶装置。

背景技术

在低温下制备多晶硅薄膜晶体管的方法包括固相结晶(SPC)方法、金属诱导结晶(MIC)方法、金属诱导横向结晶(MILC)方法、受激准分子激光退火(ELA)方法等。特别是，在制造有机发光器件(OLED)或液晶显示器(LCD)的工艺中，使用高能量激光束的结晶的ELA方法被使用。

ELA方法包括将激光束照射到非晶硅以将非晶硅相变成多晶硅，并使用20倍以上的累积射击工艺对硅的一部分进行结晶。当使用308纳米波长的紫外线受激准分子激光器时，UV光在约300纳米至约400纳米的波长范围内被充分吸收，但是因为UV光也具有大约40％或更高的反射比，反射的UV光不被用于结晶并损失。因为多晶硅的反射比为约50％或更大，尽管累积射击，其损失也大。

被入射到目前与大规模生产设备一起使用的分束偏振模块的激光束具有随机偏振，偏振模块具有多个透镜和反射镜。激光束在偏振模块中从四边形光束被转换成线性光束。当随机偏振的激光束被用于晶粒取向时，需要15射击或更多的多个光束。

发明内容

本公开的实施例可以提供一种激光结晶装置，其包括将随机偏振的激光束转换成线性偏振的激光束以提高晶粒取向的光学系统。

示例性实施例提供了一种激光结晶装置，其包括：激光发生器，该激光发生器产生包括P偏振分量和S偏振分量的入射激光束；光学系统，该光学系统转换入射激光束以产生发射激光束；以及台，具有通过被发射激光束照射进行激光结晶的目标薄膜的目标基底安装在台上。光学系统包括：至少一个半波片(HWP)，该至少一个半波片偏移从激光发生器接收的入射激光束的偏振轴方向；至少一个反射镜，该至少一个反射镜完全反射激光束；以及部分反射并部分透射激光束的至少一个偏振分束器(PBS)。

根据进一步的实施例，激光发生器包括产生第一入射激光束的第一激光发生器，并且光学系统包括：第一半波片，第一半波片偏移从第一激光发生器接收的第一入射激光束的偏振轴方向以产生第二激光束；第一反射镜，该第一反射镜反射从第一半波片接收的第二激光束；第一偏振分束器，该第一偏振分束器将从第一反射镜反射的第二激光束的一部分反射为第三激光束并将第二激光束的另一部分透射为第四激光束；第二反射镜，该第二反射镜反射从第一偏振分束器透射的第四激光束；第二半波片，该第二半波片偏移由第一偏振分束器反射的第三激光束的偏振轴方向以产生第五激光束；以及第三半波片，该第三半波片偏移从第二反射镜反射的第四激光束的偏振轴方向以产生第六激光束。

根据进一步的实施例，入射激光束被随机偏振。

根据进一步的实施例，从第一半波片接收的第二激光束被线性偏振。

根据进一步的实施例，偏振分束器透射P偏振分量并反射S偏振分量。

根据进一步的实施例，偏振分束器以约45°到约60°的角度倾斜。

根据进一步的实施例，半波片当以90°的角度倾斜时在S偏振分量和P偏振成分之间进行转换。

根据进一步的实施例，激光发生器进一步包括产生第二入射激光束的第二激光发生器，光学系统进一步包括：第四半波片，该第四半波片偏移从第二激光发生器接收的第二入射激光束的偏振轴方向以产生第七激光束；第三反射镜，该第三反射镜反射从第四半波片接收的第七激光束；第二偏振分束器，该第二偏振分束器将由第三反射镜反射的第七激光束的一部分反射为第八激光束并将第七激光束的另一部分透射为第九激光束；第四反射镜，该第四反射镜反射从第二偏振光分束器透射的第九激光束；第五半波片，该第五半波片偏移从第二偏振分束器反射的第八激光束的偏振轴方向以产生第十激光束；以及第六半波片，该第六半波片偏移由第四反射镜反射的第九激光束的偏振轴方向以产生第十一激光束。

根据进一步的实施例，从第四半波片接收的第二入射激光束被线性偏振。

示例性实施例提供了一种激光结晶装置，其包括：第一激光发生器，该第一激光发生器产生第一入射激光束；第一半波片，该第一半波片偏移从第一激光发生器接收的第一入射激光束的偏振轴方向以产生第二激光束；第一反射镜，该第一反射镜反射从第一半波片接收的第二激光束；第一偏振分束器，该第一偏振分束器将从第一反射镜接收的第二激光束的一部分反射为第三激光束并将第二激光束的另一部分透射为第四激光束；第二反射镜，该第二反射镜反射从第一偏振分束器接收的第四激光束；第二半波片，该第二半波片偏移从第一偏振分束器接收的第三激光束的偏振轴方向以产生第五激光束；以及第三半波片，该第三半波片偏移从第二反射镜接收的第四激光束的偏振轴方向以产生第六激光束，其中第五激光束和第六激光束被组合以产生发射激光束。

根据进一步的实施例，第一入射激光束被随机偏振。

根据进一步的实施例，从第一半波片接收的第二激光束被线性偏振。

根据进一步的实施例，第一偏振分束器透射P偏振分量并反射S偏振分量。

根据进一步的实施例，第一偏振分束器以45°到60°的角度倾斜。

根据进一步的实施例，半波片的每一个当以90°的角度倾斜时在S偏振分量和P偏振分量之间进行转换。

根据进一步的实施例，激光结晶装置包括：第二激光发生器，该第二激光发生器产生第二入射激光束；第四半波片，该第四半波片偏移从第二激光发生器接收的第二入射激光束的偏振轴方向以产生第七激光束；第三反射镜，该第三反射镜反射从第四半波片接收的第七激光束；第二偏振分束器，该第二偏振分束器将由第三反射镜反射的第七激光束的一部分反射为第八激光束并将第七激光束的另一部分透射为第九激光束；第四反射镜，该第四反射镜反射从第二偏振光分束器接收的第九激光束；第五半波片，该第五半波片偏移由第二偏振分束器接收的第八激光束的偏振轴方向以产生第十激光束；以及第六半波片，该第六半波片偏移由第四反射镜反射的第九激光束的偏振轴方向以产生第十一激光束。

根据进一步的实施例，从第四半波片接收的第二入射激光束被线性偏振。

根据进一步的实施例，激光结晶装置包括台，具有通过被发射激光束照射进行激光结晶的目标薄膜的目标基底安装在该台上。

根据实施例，随机偏振的激光束可被转换成线性偏振的激光束，并可以任意地调整激光束的偏振轴。

此外，形成在目标薄膜上的晶粒尺寸和晶粒取向可通过调整直线束中的偏振轴的角度来确定。

此外，因为晶粒可以仅由偏振以预定状态排列，最佳能量密度(OPED)余量可以增加，这可以增加激光结晶装置的使用寿命。

此外，相同的晶粒形状可通过更少的射击来实现，以减少工艺之间的射击的数量。

附图说明

图1示意性地示出了根据示例性实施例的激光结晶装置。

图2示意性地示出了根据示例性实施例的光学系统。

图3示意性地示出了根据另一示例性实施例的光学系统。

图4是示出了根据另一示例性实施例的包括半波片、反射镜和偏振分束器的光学系统的透视图。

图5示出了根据示例性实施例的偏振分束器。

图6示意性地示出了根据示例性实施例的半波片。

具体实施方式

如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。

此外，在示例性实施例中，相似的附图标记可指示具有相同结构的相似元件，在描述第一示例性实施例之后，将描述其它示例性实施例相对于第一示例性实施例的区别。

在图中为了清楚和方便，图中的部分的相对尺度和比例在尺寸上可能被夸大或减小，任何尺度是示例性的和非限制性的。另外，在两个或更多图中示出的相似结构、元件或部件可以使用相似的附图标记，以显示类似的特征。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。

在下文中，将参考图1和图2描述根据示例性实施例的激光结晶装置。

图1示意性地示出了根据示例性实施例的激光结晶装置，图2示意性地示出了根据该示例性实施例的光学系统。

参考图1，根据示例性实施例的激光结晶装置包括：产生第一入射激光束L1的激光发生器15；转换第一入射激光束L1来产生发射激光束L1'的光学系统20；以及台30，具有通过利用发射激光束L1'照射进行激光结晶的目标薄膜110的目标基底100安装在台30上。

由激光发生器15产生的第一入射激光束L1包括P偏振和S偏振，并被转换成发射受激准分子激光束L1'，该发射受激准分子激光束L1'在目标薄膜110中诱导相变以使目标基底100上的目标薄膜110结晶。目标薄膜110可以是非晶硅层，并且可以通过诸如低压化学沉积、常压化学沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射和真空蒸发的方法来形成。

光学系统20包括偏移从激光发生器15接收的第一入射激光束L1的偏振轴方向的至少一个半波片(HWP)。另外，光学系统20包括完全反射激光束的至少一个反射镜。此外，光学系统20包括反射激光束的一部分并透射激光束的另一部分的至少一个偏振分束器(PBS)。

参考图2，根据示例性实施例的激光结晶装置包括产生第一激光束的第一激光发生器。

根据示例性实施例的光学系统20包括第一半波片H1、第一反射镜M1、第一偏振分束器PBS1、第二反射镜M2、第二半波片H2和第三半波片H3。当从激光发生器15接收的第一入射激光束L1穿过第一半波片H1时，偏振轴改变。第一入射激光束L1在最初被随机偏振，并被转换成由第一半波片H1线性偏振的第二激光束2。在第二激光束2被入射到第一偏振分束器PBS1之前，偏振角被调整到最佳角度。此外，第二激光束2可以被分解为在入射平面内的S偏振分量和垂直于入射平面的P偏振分量，第二激光束2的S偏振和P偏振被均匀地分布。

从第一半波片H1接收的第二激光束2被第一反射镜M1反射。第一反射镜M1反射第二激光束2的全部，包括S偏振分量和P偏振分量。

由第一反射镜M1反射的第二激光束2传播到第一偏振分束器PBS1，第一偏振分束器PBS1反射第二激光束2的一部分并透射第二激光束2的另一部分。根据实施例，第一偏振分束器PBS1反射第二激光束2的S偏振并透射P偏振。根据实施例，第一偏振分束器PBS1反射第二激光束2的50％并透射第二激光束2的50％。

由第一偏振分束器PBS1反射的第三激光束3传播到第二半波片H2，第二半波片H2偏移第三激光光束3的偏振轴方向。

此外，透射通过第一偏振分束器PBS1的第四激光束4被第二反射镜M2反射，以传播到第三半波片H3，第三半波片H3偏移第四激光束4的偏振轴方向。

第二半波片H2和第三半波片H3可以被单独地轴向旋转，因此，偏振轴角度可以被独立地调节。第二半波片H2通过轴向旋转将S偏振的第三激光束3转换成P偏振的第五激光束5。第三半波片H3通过轴向旋转将P偏振的第四激光束4转换成S偏振的第六激光束6。分别从第二半波片H2和第三半波片H3传播的第五激光束5和第六激光束6被组合以形成发射激光束L1'，发射激光束L1'可以基于待形成在目标薄膜110中的晶粒的取向被调节为只有P偏振或只有S偏振。发射激光束L1'可以增强周期性，因此，所需的晶粒可以仅通过几个射击来形成。

图3示意性地示出了根据另一示例性实施例的光学系统，图4是示出了根据另一示例性实施例的包括半波片、反射镜和偏振分束器的光学系统的透视图。

参考图3和图4，除了图1和图2中描述的激光结晶装置之外，根据示例性实施例的激光结晶装置进一步包括产生第二入射激光束L2的第二激光发生器，并且除了图1和图2中描述的光学系统的部件之外，根据示例性实施例的光学系统40进一步包括第四至第六半波片H4、H5和H6、第三和第四反射镜M3和M4以及第二偏振分束器PBS2。

从第二激光发生器接收的第二入射激光束L2包括P偏振分量和S偏振分量，在穿过第四半波片H4时偏振轴改变。第二入射激光束L2由第四半波片H4从随机偏振光束转换成线性偏振的第七激光束7。类似于第一半波片H1的作用，第四半波片H4将偏振角调整到其中S偏振和P偏振被均匀分布的最佳角，第二入射激光束L2传播到第二偏振分束器PBS2。

从第四半波片H4接收的第七激光束7完全由第三反射镜M3反射，并传播到第二偏振分束器PBS2。第七激光束7的S偏振由第二偏振分束器PBS2反射，P偏振由第二偏振分束器PBS2透射。根据实施例，第二偏振分束器PBS2反射第七激光束7的50％并透射第七激光束7的50％。

由第二偏振分束器PBS2反射的第八激光束8传播到第五半波片H5，第五半波片H5偏移偏振轴方向。

此外，由第二偏振分束器PBS2透射的第九激光束9被第四反射镜M4反射以传播到第六半波片H6，第六半波片H6偏移偏振轴方向。

第五半波片H5和第六半波片H6可以被单独地轴向旋转，因此，偏振轴角度可以被独立地调节。第五半波片H5通过轴向旋转将S偏振的第八激光束8转换成P偏振的第十激光束10。第六半波片H6通过轴向旋转将P偏振的第九激光束9转换成S偏振的第十一激光束11。分别从第二半波片H2、第三半波片H3、第五半波片H5和第六半波片H6传播的第五、第六、第十和第十一激光束5、6、10和11被组合以形成发射激光束L1'，发射激光束L1'可以基于待形成在目标薄膜110中的晶粒的取向被调节为只有P偏振或只有S偏振。发射激光束L1'可以增强周期性，因此，所需的晶粒可以仅通过几个射击来形成。

图5示意性地示出了根据示例性实施例的偏振分束器，图6示意性地示出了根据示例性实施例的半波片。

参考图5，第一偏振分束器PBS1以约45°之间至约60°之间的角度倾斜。根据实施例，第一偏振分束器PBS1以56°的角度倾斜。根据实施例，第一偏振分束器PBS1由介电材料制成，并且可以由熔融二氧化硅制成。入射到第一偏振分束器PBS1的第二激光束2具有S偏振分量和P偏振分量，S偏振分量相对于垂直于第一偏振分束器PBS1的线以预定角度θ入射并以相同角度被反射为第三激光束，P偏振分量由第一偏振分束器PBS1折射以在与入射的第二激光束2相同的方向上作为第四激光束4进行传播。

另外，如图6所示，第二半波片H2可以旋转，以基于旋转角θ在S偏振和P偏振之间改变入射的第三激光束3的偏振方向。当半波片H2以90°(θ＝45°)的角度倾斜时，入射的P分量被转换成S分量，入射的S分量被转换成P分量。当半波片H2的角度被设定为90°的角度时，形成包括分别为50％的P波和50％的S波的第五激光束5。

当从第一偏振分束器PBS1发射的第二激光束2的S偏振和P偏振穿过可独立旋转的半波片时，激光束的偏振轴可以被偏移成用于晶粒取向的最佳偏振轴。通过单独调节半波片，可以最大化光束能。

因此，根据示例性实施例，随机偏振的激光束可被转换成线性偏振的激光束，并且激光束的偏振轴可被任意调整。

此外，形成在目标薄膜上的晶粒尺寸和晶粒取向可通过调整直线束中的偏振轴的角度来确定。

此外，因为晶粒可以通过偏振以预定状态排列，最佳能量密度(OPED)余量可以增加，这可以增加激光结晶装置的使用寿命。

此外，相同的晶粒形状可通过更少的射击来实现，以减少工艺之间的射击数量。

尽管已经结合目前被认为是实际的示例性实施例描述了此公开，但是应该理解的是，本公开的实施例不限于所公开的示例性实施例，而是相反，意在覆盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种激光结晶装置，包括：

激光发生器，该激光发生器产生包括P偏振分量和S偏振分量的入射激光束；

光学系统，该光学系统转换所述入射激光束以产生发射激光束；和

台，具有通过被所述发射激光束照射进行激光结晶的目标薄膜的目标基底安装在所述台上，

其中所述光学系统包括：

至少一个半波片，该至少一个半波片偏移所述入射激光束的偏振轴方向，

至少一个反射镜，该至少一个反射镜完全反射所述入射激光束，和

至少一个偏振分束器，该至少一个偏振分束器部分反射并部分透射所述入射激光束。

2.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述激光发生器包括第一激光发生器，该第一激光发生器产生第一入射激光束，并且

所述光学系统包括：

第一半波片，该第一半波片偏移从所述第一激光发生器接收的所述第一入射激光束的偏振轴方向以产生第二激光束，

第一反射镜，该第一反射镜反射从所述第一半波片接收的所述第二激光束，

第一偏振分束器，该第一偏振分束器将从所述第一反射镜反射的所述第二激光束的一部分反射为第三激光束并将所述第二激光束的另一部分透射为第四激光束，

第二反射镜，该第二反射镜反射从所述第一偏振分束器透射的所述第四激光束，

第二半波片，该第二半波片偏移从所述第一偏振分束器反射的所述第三激光束的偏振轴方向以产生第五激光束，和

第三半波片，该第三半波片偏移从所述第二反射镜反射的所述第四激光束的偏振轴方向以产生第六激光束。

3.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述入射激光束被随机偏振。

4.根据权利要求2所述的激光结晶装置，其中：

从所述第一半波片接收的所述第二激光束被线性偏振。

5.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述偏振分束器透射所述P偏振分量并反射所述S偏振分量。

6.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述偏振分束器以45°到60°的角度倾斜。

7.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述偏振分束器由熔融二氧化硅制成。

8.根据权利要求1所述的激光结晶装置，其中：

所述半波片当以90°的角度倾斜时在所述S偏振分量和所述P偏振分量之间进行转换。

9.根据权利要求2所述的激光结晶装置，其中：

所述激光发生器进一步包括产生第二入射激光束的第二激光发生器，并且

所述光学系统进一步包括：

第四半波片，该第四半波片偏移从所述第二激光发生器接收的所述第二入射激光束的偏振轴方向以产生第七激光束，

第三反射镜，该第三反射镜反射从所述第四半波片接收的所述第七激光束，

第二偏振分束器，该第二偏振分束器将由所述第三反射镜反射的所述第七激光束的一部分反射为第八激光束并将所述第七激光束的另一部分透射为第九激光束，

第四反射镜，该第四反射镜反射从所述第二偏振光分束器透射的所述第九激光束，

第五半波片，该第五半波片偏移从所述第二偏振分束器反射的所述第八激光束的偏振轴方向以产生第十激光束，和

第六半波片，该第六半波片偏移由所述第四反射镜反射的所述第九激光束的偏振轴方向以产生第十一激光束。

10.根据权利要求9所述的激光结晶装置，其中：

从所述第四半波片接收的所述第二入射激光束被线性偏振。