CN110661167A - 激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法，该激光能量补偿系统包括：第一分束器、调整模块和监控模块，第一分束器用于接收激光信号，将激光信号分成第一束激光信号及第二束激光信号，并将第一束激光信号传输至监控模块，将第二束激光信号传输至调整模块；监控模块用于判断第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至调整模块；调整模块用于根据判断结果对第二束激光信号进行调整，并将调整后的第二束激光信号传输至激光信号所在光路。通过实施本发明，不仅可以监控激光能量变化，还可以对激光能量进行补偿，使得激光能量保持稳定，解决了现有激光晶化装置无法使激光能量保持稳定的技术问题。

Description

激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法。
背景技术
目前，在LTPS(Low Temperature Poly-Silicon,低温多晶硅，简称：P-Si)技术中，镀有A-Si(Amorphous Silicon,非晶硅,简称：A-Si)膜层的玻璃基板经过激光照射，可以使A-Si熔融后重新结晶生成P-Si薄膜。该过程通常称为激光晶化过程，而照射在A-Si表面激光能量的稳定性和均一性是决定晶化均一性的重要因素之一。
但是，激光器由于自身热量的累积以及器件的热膨胀、环境温湿度的改变等因素，在使用过程中难免有一定的能量波动。同时，激光器也有一定的寿命，在长期使用后能量会出现衰减。现有的激光晶化装置通常只能监控激光能量是否发生变化，无法使激光能量保持稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明提供激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法，以解决现有技术中激光晶化装置通常只能监控激光能量是否发生变化，无法使激光能量保持稳定的技术问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种激光能量补偿系统，该激光能量补偿系统包括：第一分束器、调整模块和监控模块，所述第一分束器用于接收激光信号，将所述激光信号分成第一束激光信号及第二束激光信号，并将所述第一束激光信号传输至所述监控模块，将所述第二束激光信号传输至所述调整模块；所述监控模块用于判断所述第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至所述调整模块；所述调整模块用于根据所述判断结果对所述第二束激光信号进行调整，并将调整后的第二束激光信号传输至所述激光信号所在光路。
可选地，所述调整模块包括：第一衰减器、放大器、微处理器及激光合并器；所述微处理器连接所述衰减器和放大器，所述微处理器用于根据所述判断结果控制所述第一衰减器和/或所述放大器对所述第二束激光信号进行调整，并将调整后的第二束激光信号传输至所述激光合并器的第一入口；所述激光合并器的第一入口用于接收所述调整后的第二束激光信号，所述激光合并器的第二入口用于接收原始激光信号，所述激光合并器用于将所述调整后的第二束激光信号和所述原始激光信号合并后，由所述激光合并器的出口输出至所述原始激光信号所在光路。
可选地，所述监控模块包括：监控器和第二衰减器，所述第二衰减器用于将所述第一束激光信号衰减后传输至所述监控器；所述监控器用于判断衰减后的第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至所述调整模块。
可选地，所述调整模块还包括：第一反射镜，所述第一反射镜用于接收所述调整后的第二束激光信号，将所述调整后的第二束激光信号反射至所述激光合并器的第一入口。
可选地，所述监控模块还包括：第二反射镜，所述第二反射镜用于接收所述第一束激光信号，将所述第一束激光信号反射至所述第二衰减器。
本发明实施例第二方面提供一种激光晶化装置，该激光晶化装置包括：激光器、第二分束器及如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的激光能量补偿系统，所述第二分束器用于接收激光信号，将所述激光信号分为第三束激光信号及第四束激光信号，将所述第三束激光信号用于照射待加工产品，将所述第四束激光信号传输至所述激光能量补偿系统；所述激光能量补偿系统用于监控所述第四束激光信号是否发生变化，当第四束激光信号发生变化时，所述激光能量补偿系统用于对第四束激光信号进行调整，并将调整后的第四束激光信号传输至所述激光信号所在光路。
可选地，该激光晶化装置还包括：第三反射镜，所述第三反射镜用于接收所述第四束激光信号，将所述第四束激光信号反射至所述激光能量补偿系统。
可选地，该激光晶化装置还包括：线性转换系统，所述线性转换系统用于接收补偿后的第三束激光信号，将补偿后的第三束激光信号转换为线光束后照射至待加工产品。
可选地，该激光晶化装置还包括：承载平台，用于承载所述待加工产品，所述待加工产品为包含待晶化薄膜的基板。
本发明实施例第三方面提供一种激光晶化装置补偿激光能量的方法，应用于如本发明实施例第二方面及第二方面任一项所述的激光晶化装置，该方法包括：采用所述第二分束器接收激光信号，并将所述激光信号分为第三束激光信号及第四束激光信号，将所述第三束激光信号用于照射待加工产品，将所述第四束激光信号传输至所述激光能量补偿系统；通过所述激光能量补偿系统监控所述第四束激光信号是否发生变化，当第四束激光信号发生变化时，通过所述激光能量补偿系统对第四束激光信号进行调整，并将调整后的激光信号传输至所述激光信号所在光路，进行补偿。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的激光能量补偿系统、激光晶化装置及补偿激光能量的方法，通过设置第一分束器将需要监控的激光能量分别传输至调整模块和监控模块，监控模块可以监控激光能量是否发生变化，当激光能量发生突变时，监控模块用于将判断结果发送至调整模块，调整模块可以根据判断结果确定激光突变量，并对激光能量进行补偿，使得激光能量保持稳定。将该激光能量补偿系统用于激光晶化装置或激光退火设备中时，可以提高照射在A-Si表面激光的稳定性，降低晶化缺陷发生率，提高晶化良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有激光晶化装置中激光能量突变曲线；
图2为现有激光晶化装置的结构框图；
图3为本发明实施例中激光能量补偿系统的原理框图；
图4为本发明实施例中激光晶化装置的原理框图；
图5为本发明实施例中激光晶化装置补偿激光能量的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
正如背景技术中所述，现有的激光晶化装置或激光退火设备在对A-Si膜层进行晶化的过程中，如图1所示，激光能量可能会在某一时刻发生突变，突变的激光照射在上生成的P-Si晶粒的尺寸发生较大突变，生成的P-Si膜层的均匀性降低，出现较明显的晶化缺陷。现有技术中为了解决激光能量突变的问题，在激光晶化装置或激光退火设备中设置了激光能量监控器，如图2所示，现有激光晶化装置包括激光器1用于发射激光，3个全反射镜2用于改变光路方向，分束器3用于将部分激光分到激光能量监控器4中，激光能量监控器4前还设置衰减器5用于对分出的激光进行衰减，光学系统6用于改变光束性质。然而，采用该激光晶化装置对A-Si膜层进行晶化，只能监控激光能量的变化，无法使激光能量保持稳定。
基于此，本发明实施例提供一种激光能量补偿系统，如图3所示，该激光能量补偿系统包括：第一分束器10、调整模块20和监控模块30，第一分束器10用于接收激光信号W，将激光信号W分成第一束激光信号Wc及第二束激光信号Wd，并将第一束激光信号Wc传输至监控模块30，将第二束激光信号Wd传输至调整模块20；监控模块30用于判断第一束激光信号Wc是否发生变化，并将判断结果传输至调整模块20；调整模块20用于根据判断结果对第二束激光信号Wd进行调整，并将调整后的第二束激光信号W2传输至激光信号W所在光路。
本发明实施例提供的激光能量补偿系统可以用于需要对激光进行补偿的装置中，该激光能量补偿系统可以与相应装置构成闭环回路，并实时监控补偿激光能量的变化。具体的，上述激光信号W开始可以是激光器发出的激光信号，当该激光能量补偿系统工作后，上述激光信号W则是激光器发出的激光信号和调整后的第二束激光信号W2的和。
可选地，本发明实施例提供的激光能量补偿系统可以用于激光晶化装置或激光退火设备中，监控激光能量的变化，同时根据激光能量的变化对激光能量进行补偿，使得激光能量保持稳定。此外，本发明实施例提供的激光能量补偿系统也可以用于其他需要对激光能量进行补偿的设备中，本发明对此不做限定。
本发明实施例提供的激光能量补偿系统，通过设置第一分束器将需要监控的激光能量分别传输至调整模块和监控模块，监控模块可以监控激光能量是否发生变化，当激光能量发生突变时，监控模块用于将判断结果发送至调整模块，调整模块可以根据判断结果确定激光突变量，并对激光能量进行补偿，使得激光能量保持稳定。将该激光能量补偿系统用于激光晶化装置或激光退火设备中时，可以提高照射在A-Si表面激光的稳定性，降低晶化缺陷发生率，提高晶化良率。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图3所示，调整模块20可以包括：第一衰减器21、放大器22、微处理器23及激光合并器24；微处理器23连接第一衰减器21和放大器22，微处理器23用于根据判断结果控制第一衰减器21和/或放大器22对第二束激光信号Wd进行调整，并将调整后的第二束激光信号W2传输至激光合并器24的第一入口；激光合并器24的第一入口用于接收调整后的第二束激光信号W2，激光合并器24的第二入口用于接收原始激光信号W1，激光合并器24用于将调整后的第二束激光信号W2和原始激光信号W1合并后，由激光合并器24的出口输出至原始激光信号W1所在光路。该激光合并器24输出的激光信号W可以再次通过第一分束器10进入监控模块30和调整模块20进行监控和补偿，由此可以对激光信号W形成闭环控制回路。
本发明实施例提供的激光能量补偿系统，通过在调整模块中设置第一衰减器和放大器，当激光能量发生突变时，微处理器可以控制第一衰减器和/或放大器对激光能量进行增加或衰减补偿，从而可以使得原始激光信号处于稳定状态。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图3所示，监控模块30可以包括：监控器31和第二衰减器32，第二衰减器32用于将第一束激光信号Wc衰减后传输至监控器31；监控器31用于判断衰减后的第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至调整模块20。
本发明实施例提供的激光能量补偿系统，通过在监控模块中设置第二衰减器，第二衰减器可以将第一束激光信号衰减后传输至监控器，以免第一束激光信号的能量过大，对监控器造成损害。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图3所示，调整模块20还可以包括：第一反射镜25，第一反射镜25用于接收调整后的第二束激光信号W2，将调整后的第二束激光信号W2反射至激光合并器24的第一入口。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图3所示，监控模块还可以包括：第二反射镜33，第二反射镜33用于接收第一束激光信号Wc，将第一束激光信号Wc反射至第二衰减器32。
可选的，该激光能力补偿系统还可以包括两个反射镜11和12，两个反射镜11和12用于将激光信号W反射至第一分束器10。
本发明实施例提供的激光能量补偿系统，通过在调整模块和监控模块中设置反射镜，可以改变激光信号在光路中的传播方向，从而使得激光信号可以传输至相应元件中。
可选地，第一反射镜25、第二反射镜33及反射镜11和12可以是全反射镜，全反射镜可以减少激光信号在反射过程中的能量损失，此外，第一反射镜25、第二反射镜33及反射镜11和12也可以是其他实现反射功能的元件，本发明对此不做限定。
本发明实施例还提供一种激光晶化装置，如图4所示，该激光晶化装置包括：激光器40、第二分束器41及如上述实施例任一项所述的激光能量补偿系统42，其中，第二分束器41用于接收激光信号W，将激光信号W分为第三束激光信号Wa及第四束激光信号Wb，将第三束激光信号Wa用于照射待加工产品，将第四束激光信号Wb传输至激光能量补偿系统42；激光能量补偿系统42用于监控第四束激光信号Wb是否发生变化，当第四束激光信号Wb发生变化时，激光能量补偿系统42用于对第四束激光信号Wb进行调整，并将调整后的第四束激光信号W2传输至激光信号W所在光路。
本发明实施例提供的激光晶化装置，通过在该激光晶化装置中设置激光能量补偿系统，可以和现有激光晶化装置形成激光能量闭环控制系统，实时监控激光器发出的原始激光信号，具体地，当该激光能量补偿系统开始工作后，激光信号W包括激光器发出的原始激光信号W及调整后的第四束激光信号W2，因此该激光晶化装置不仅可以实时监控照射待加工产品的激光能量的变化，还可以在激光能量发生突变时，对激光能量进行补偿，使得照射待加工产品的激光能量处于动态稳定状态。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图4所示，该激光晶化装置还可以包括：第三反射镜43，第三反射镜43用于接收第四束激光信号Wb，将第四束激光信号Wb反射至激光能量补偿系统42。通过在激光晶化装置中设置第三反射镜43，可以改变第四束激光信号Wb的传播方向，使得第四束激光信号Wb可以传输至激光能量补偿系统42。
可选地，如图4所示，该激光晶化装置还可以包括第四反射镜44、第五反射镜45、第六反射镜46，其中，第三反射镜43、第四反射镜44、第五反射镜45及第六反射镜46可以不断改变第四束激光信号Wb在激光晶化装置中传播方向，最终使得第四束激光信号Wb可以传输至激光能量补偿系统42。在激光晶化装置中设置多个反射镜可以使得反射的第四束激光信号Wb远离原始激光信号W1所在光路，便于该激光晶化装置中有足够的空间设置激光能量补偿系统42，同时还可以使得光束在经第六反射镜46反射至激光能量补偿系统42之前光束为垂直向下。
可选地，第三反射镜43至第六反射镜46可以是全反射镜，全反射镜可以减少激光信号在反射过程中的能量损失，此外第三反射镜43至第六反射镜46也可以是其他实现反射功能的元件，本发明对此不做限定。同时，本发明实施例提供的激光晶化装置并不限于上述多个反射镜，还可以在激光晶化装置中设置更多的反射镜实现反射功能。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图4所示，该激光晶化装置还可以包括：线性转换系统47，线性转换系统47用于接收补偿后的第三束激光信号，将补偿后的第三束激光信号转换为线光束后照射至待加工产品。具体地，激光器40发出的原始激光通常为点光束，线性光学系统47可以将点光束转换为线光束照射在待加工产品上，便于对待加工产品的晶化。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，该激光晶化装置还可以包括：承载平台48，用于承载待加工产品，待加工产品为包含待晶化薄膜的基板。可选地，该待晶化薄膜可以是A-Si膜层。
本发明实施例提供的激光晶化装置，如图4所示，激光能力补偿系统根据调整后的第四束激光信号W2对原始激光信号W1进行补偿，得到激光信号W，第二分束器41将激光信号W分为第三束激光信号Wa和第四束激光信号Wb,同时，激光能量补偿系统42中的第一分束器10将第四束激光信号Wb分为第一束激光信号Wc和第二束激光信号Wd，假设第一分束器10的分光比为f3：f4,第二分束器41的分光比为f1：f2,第一衰减器的衰减比例为k2，放大器的放大比例为k1,并假设激光在传输过程中的损耗为0，则可以根据激光信号在该激光晶化装置中的传输过程得到以下公式(1)至公式(6)。
W＝W1+W2 公式(1)
W＝Wa+Wb 公式(2)
Wa/Wb＝f1/f2 公式(3)
Wb＝Wc+Wd 公式(4)
Wc/Wd＝f3/f4 公式(5)
W2＝(k1*k2)*Wd 公式(6)
该激光晶化装置照射在待加工产品上的激光信号为Wa，因此可以根据上述公式(1)至公式(6)计算得到Wa的值，Wa可以用公式(7)表示,
Figure BDA0002208922750000121
具体地，根据上述公式(7)可以得到Wa与W1、k1、k2变量之间的等式关系；当激光器发射出的激光能量W1发生变化时，监控器31监控到能量变化，将判断结果传递给微处理器23，微处理器23控制k1、k2参数变化，可以对Wa进行动态补偿，使Wa处于动态稳定状态。
本发明实施例提供的激光晶化装置，通过在激光晶化装置中设置激光能量补偿系统，在监测到激光能量变化时及时进行激光能量补偿，形成闭环补偿控制，因此，本发明实施例提供的激光晶化装置可以提高照射在A-Si表面激光的稳定性，降低晶化缺陷发生率，提高晶化良率。
本发明实施例还提供一种激光晶化装置补偿激光能量的方法，应用于如上述实施例任一项所述的激光晶化装置，如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：采用所第二分束器接收激光信号，并将激光信号分为第三束激光信号及第四束激光信号，将第三束激光信号用于照射待加工产品，将第四束激光信号传输至激光能量补偿系统；
步骤S102：通过激光能量补偿系统监控第四束激光信号是否发生变化，当第四束激光信号发生变化时，通过激光能量补偿系统对第四束激光信号进行调整，并将调整后的激光信号传输至激光信号所在光路，进行补偿。
本发明实施例提供的激光晶化装置补偿激光能量的方法，通过激光能量监控系统监控第四束激光信号是否发生变化，并在第四束激光信号发生变化时，对其进行补偿。因此，本发明实施例提供的激光晶化装置补偿激光能量的方法可以提高照射在A-Si表面激光的稳定性，降低晶化缺陷发生率，提高晶化良率。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光能量补偿系统，其特征在于，包括：第一分束器、调整模块和监控模块，
所述第一分束器用于接收激光信号，将所述激光信号分成第一束激光信号及第二束激光信号，并将所述第一束激光信号传输至所述监控模块，将所述第二束激光信号传输至所述调整模块；
所述监控模块用于判断所述第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至所述调整模块；
所述调整模块用于根据所述判断结果对所述第二束激光信号进行调整，并将调整后的第二束激光信号传输至所述激光信号所在光路。
2.根据权利要求1所述的激光能量补偿系统，其特征在于，所述调整模块包括：第一衰减器、放大器、微处理器及激光合并器；
所述微处理器连接所述衰减器和放大器，所述微处理器用于根据所述判断结果控制所述第一衰减器和/或所述放大器对所述第二束激光信号进行调整，并将调整后的第二束激光信号传输至所述激光合并器的第一入口；
所述激光合并器的第一入口用于接收所述调整后的第二束激光信号，所述激光合并器的第二入口用于接收原始激光信号，所述激光合并器用于将所述调整后的第二束激光信号和所述原始激光信号合并后，由所述激光合并器的出口输出至所述原始激光信号所在光路。
3.根据权利要求2所述的激光能量补偿系统，其特征在于，所述监控模块包括：监控器和第二衰减器，
所述第二衰减器用于将所述第一束激光信号衰减后传输至所述监控器；
所述监控器用于判断衰减后的第一束激光信号是否发生变化，并将判断结果传输至所述调整模块。
4.根据权利要求2所述的激光能量补偿系统，其特征在于，所述调整模块还包括：第一反射镜，所述第一反射镜用于接收所述调整后的第二束激光信号，将所述调整后的第二束激光信号反射至所述激光合并器的第一入口。
5.根据权利要求3所述的激光能量补偿系统，其特征在于，所述监控模块还包括：第二反射镜，所述第二反射镜用于接收所述第一束激光信号，将所述第一束激光信号反射至所述第二衰减器。
6.一种激光晶化装置，其特征在于，包括：激光器、第二分束器及如权利要求1-5任一项所述的激光能量补偿系统，
所述第二分束器用于接收激光信号，将所述激光信号分为第三束激光信号及第四束激光信号，将所述第三束激光信号用于照射待加工产品，将所述第四束激光信号传输至所述激光能量补偿系统；
所述激光能量补偿系统用于监控所述第四束激光信号是否发生变化，当第四束激光信号发生变化时，所述激光能量补偿系统用于对第四束激光信号进行调整，并将调整后的第四束激光信号传输至所述激光信号所在光路。
7.根据权利要求6所述的激光晶化装置，其特征在于，还包括：第三反射镜，所述第三反射镜用于接收所述第四束激光信号，将所述第四束激光信号反射至所述激光能量补偿系统。
8.根据权利要求6所述的激光晶化装置，其特征在于，还包括：线性转换系统，所述线性转换系统用于接收补偿后的第三束激光信号，将补偿后的第三束激光信号转换为线光束后照射至待加工产品。
9.根据权利要求7所述的激光晶化装置，其特征在于，还包括：承载平台，用于承载所述待加工产品，所述待加工产品为包含待晶化薄膜的基板。
10.一种激光晶化装置补偿激光能量的方法，应用于如权利要求6-9任一项所述的激光晶化装置，其特征在于，
采用所述第二分束器接收激光信号，并将所述激光信号分为第三束激光信号及第四束激光信号，将所述第三束激光信号用于照射待加工产品，将所述第四束激光信号传输至所述激光能量补偿系统；
通过所述激光能量补偿系统监控所述第四束激光信号是否发生变化，当第四束激光信号发生变化时，通过所述激光能量补偿系统对第四束激光信号进行调整，并将调整后的激光信号传输至所述激光信号所在光路，进行补偿。
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