KR20180014439A - Fiber laser-based systems for uniform crystallization of amorphous silicon substrates - Google Patents

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Abstract

부분적 용융 레이저 어닐링(LA) 또는 순차적 측방향 응고(SLS) 어닐링 프로세스에 의해서 비정질 Si(a-Si) 패널을 결정화하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 펄스형 고조파 빔을 방출하는, 적어도 하나의 단일 횡방향 모드(SM) 준-연속적 파동(QCW) 섬유 레이저 공급원; 섬유 레이저 공급원의 하류에 위치되고 고조파 빔이 희망하는 발산 및 공간적 분산 특성을 가지도록 고조파 빔을 변형시키도록 구성된 빔 컨디션닝 조립체; 대상 평면 내의 희망 스캐닝 속도에서 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제공하도록 동작되는 빔 속도 및 프로파일 조립체; 컨디셔닝된 고조파 빔의 폭이 좁은 라인폭으로 감소되도록, 대상 평면 내의 컨디셔닝된 고조파 빔을 희망 축소로 적어도 하나의 빔 축을 따라 화상 평면 상으로 화상화하기 위한 빔 화상화 조립체; 및 노광 시간으로 적어도 2차례 a-Si 패널의 각각의 위치를 조사하기 위해서, 화상화된 좁은 라인폭 빔과 패널 사이에서 상대적인 위치 및 속도를 제공하도록 동작되는 패널 핸들링 조립체를 포함한다.A system is provided for crystallizing amorphous Si (a-Si) panels by either partial melting laser annealing (LA) or sequential lateral solidification (SLS) annealing processes. The system includes at least one single transverse mode (SM) quasi-continuous wave (QCW) fiber laser source that emits pulsed harmonic beams; A beam conditioning assembly positioned downstream of the fiber laser source and configured to deform the harmonic beam such that the harmonic beam has desired divergence and spatial dispersion characteristics; A beam velocity and profile assembly operative to provide a conditioned harmonic beam having a desired intensity profile at a desired scanning rate in an object plane; A beam imaging assembly for imaging the conditioned harmonic beam in the object plane onto the image plane along at least one beam axis with the desired reduction so that the width of the conditioned harmonic beam is reduced to a narrow line width; And a panel handling assembly operative to provide a relative position and velocity between the imaged narrow line width beam and the panel to inspect each position of the a-Si panel at least twice in exposure time.

Figure P1020187002768
Figure P1020187002768

Description

비정질 실리콘 기재의 균일한 결정화를 위한 섬유 레이저-기반 시스템Fiber laser-based systems for uniform crystallization of amorphous silicon substrates

본 개시내용은 평판 디스플레이를 제조하기 위한 섬유 레이저-기반의 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 개시내용은 실질적으로 균일한 다결정질 규소 디스플레이를 제조하기 위해서 고조파 레이저 빔에 의해서 비정질 규소 패널을 어닐링하기 위한 섬유 레이저 시스템, 및 본 발명에 따른 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to fiber laser-based methods and systems for manufacturing flat panel displays. In particular, the disclosure relates to a fiber laser system for annealing an amorphous silicon panel by a harmonic laser beam to produce a substantially uniform polycrystalline silicon display, and to a method of operation of the system according to the invention.

평판 디스플레이(FPD) 제조 환경은 세계적으로 가장 경쟁력 있고 복잡한 기술 중 하나이다. 일반적으로, 이러한 기술은 FPD를 구비하며 고해상도, 밝고 큰 디스플레이, 적은 전력 소비 및 빠른 비디오 능력, 그리고, 당연히, 저비용을 특징으로 하는 소형 제품을 계속적으로 필요로 한다.The flat panel display (FPD) manufacturing environment is one of the most competitive and complex technologies in the world. In general, these techniques continue to require compact products that have FPDs and are characterized by high resolution, bright and large displays, low power consumption and fast video capability, and, of course, low cost.

막막 트랜지스터(TFT) 기술은, 고해상도, 고성능 액정 디스플레이(LCD), 또는 유기 발광 다이오드(OLED)일 수 있는 FPD 제조를 위한 기초가 된다. TFT 기술의 초기에, 디스플레이 회로는 비정질 규소("a-규소 또는 a-Si")의 얇은 불투명한 층 상에 제조되었고 각각의 화소에 상응하도록 층에 걸쳐 후면판 내에 배열되었다. 각각의 화소는, 특정 입자 지역 및 배향으로 각각 형성된 많은 수의 결정질 입자를 포함한다.Film transistor (TFT) technology is the basis for FPD fabrication, which can be a high resolution, high performance liquid crystal display (LCD), or an organic light emitting diode (OLED). In the early days of TFT technology, the display circuitry was fabricated on a thin opaque layer of amorphous silicon ("a-silicon or a-Si") and arranged in the backplane across the layer to correspond to each pixel. Each pixel contains a large number of crystalline particles, each formed with a specific particle region and orientation.

그 이후에, a-Si는, a-Si의 캐리어 이동도(carrier mobility) 보다 약 2자릿수(two orders of magnitude) 더 큰 캐리어 이동도를 가지고, 개구율(aperture ratio), 화소 해상도를 실질적으로 개선하며, 화소 크기를 감소시키는 폴리-규소(p-Si)에 의해서 적어도 부분적으로 대체되었다. 폴리-Si의 이러한 성질의 결과로서, 휴대용/모바일 전자 장치는 이제 고해상도 평판 소형 디스플레이를 특징으로 한다.Thereafter, the a-Si has two orders of magnitude greater carrier mobility than the a-Si carrier mobility and substantially improves the aperture ratio and pixel resolution. And is at least partially replaced by poly-silicon (p-Si), which reduces the pixel size. As a result of this nature of poly-Si, portable / mobile electronic devices now feature high resolution flat panel small displays.

결정화(어닐링)를 통해서 a-Si를 폴리-Si로 변환하기 위한 2가지 기본적으로 상이한 접근방식이 있다. 그 중 하나는 열적 어닐링(TA) 접근방식이고, 다른 하나는 여기에서 특히 관심의 대상이 되는 저온 폴리-규소 어닐링(LTPS) 접근방식이다. 후자에서, a-Si는 초기에 열적으로 처리되어 액체 비정질 Si로 변환되며, 이어서 이는 특정 기간 동안 용융 상태에서 유지된다. 용융 상태를 유지하기에 충분한 온도 범위를 선택하여, 초기에 형성된 폴리-미결정(poly-crystallite)이 성장 또는 결정화되게 한다. 결정화 단계가 완료된 후에, 표면을 냉각시켜 프로세스된 재료의 응고 상(phase)을 유도한다. LTPS 접근 방식은 2개의 일반적인 방법 - 엑시머 레이저 어닐링(ELA) 또는 부분적 용융 LA 및 순차적인 측면 응고(SLS) - 을 기초로 하고, SLS는 여기에서 특별한 관심의 대상이 되고 또한 공통-소유의 그리고 본원에서 참조로 전체가 포함되는 미국 특허출원 제14/790,170호(US '790)의 청구 대상이다.There are two fundamentally different approaches for converting a-Si to poly-Si through crystallization (annealing). One is a thermal annealing (TA) approach and the other is a low temperature poly-silicon annealing (LTPS) approach of particular interest. In the latter, a-Si is initially thermally treated and converted to liquid amorphous Si, which is then maintained in the molten state for a specified period of time. A temperature range that is sufficient to maintain the molten state is selected to allow the initially formed poly-crystallite to grow or crystallize. After the crystallization step is complete, the surface is cooled to induce a solidification phase of the processed material. The LTPS approach is based on two general methods - excimer laser annealing (ELA) or partially molten LA and sequential side coagulation (SLS) - SLS is of particular interest here and is also a common- U.S. Patent Application No. 14 / 790,170 (US '790), which is incorporated by reference in its entirety.

통상적인 ELA와 대조적으로, SLS 방법은 3xx nm 파장에서 동작되는 엑시머 레이저로부터의 빔에 의해서 a-Si 막의 전체 두께를 용융시키는 단계를 포함한다. 결과적으로, 결정화 전선(crystallization front)이 용융 막의 대향 측면들로부터 성장된다. 다시 말해서, 성장이 측방향적이다. 측방향적으로 발전되는 결정 입자가 큰 수평방향 치수까지 길게 늘어질 수 있다. 후자가 유리한데, 이는 입자가 더 크게 성장함에 따라 전자 이동성이 커지기 때문이다. 그러나, 다른 방법에 대비되는 각각의 방법의 장점 및 단점에도 불구하고, SLA 및 부분적 어닐링(EL) 방법들 모두는 실행 가능한 선택사항이다.In contrast to conventional ELA, the SLS method involves melting the entire thickness of the a-Si film by a beam from an excimer laser operated at 3xx nm wavelength. As a result, a crystallization front is grown from opposite sides of the molten film. In other words, growth is lateral. The crystal grains generated laterally can be elongated to a large horizontal dimension. The latter is advantageous because the electron mobility increases as the particles grow larger. However, despite the advantages and disadvantages of each method versus other methods, both SLA and partial annealing (EL) methods are viable options.

역사적으로, LA 및 SLS 프로세스 모두에서 사용되는 엑시머 레이저는 TFT 평판 디스플레이의 어닐링을 주도한다. 엑시머 레이저는 300 W 이상까지의 프로세싱 파워의 평균 범위를 가지는 넓은 범위의 프로세싱 파워, 1 J 보다 큰 에너지 및 10 내지 250 ns의 펄스 폭을 제공한다. 또한, 엑시머는, 부가적인 주파수 변환이 없이 a-Si 내로 직접적으로 흡수되는 파장(3xx nm)의 UV 광을 전달한다.Historically, excimer lasers used in both LA and SLS processes have led to the annealing of TFT flat panel displays. Excimer lasers provide a wide range of processing power with an average range of processing power up to 300 W or more, energy greater than 1 J and pulse widths from 10 to 250 ns. The excimer also transmits UV light of wavelength (3xx nm) directly absorbed into a-Si without additional frequency conversion.

엑시머 레이저의 펄스 주파수는 비교적 낮다. 출원인의 지식 한도 내에서, 이는 SLS 프로세스에서 6 kHz를 초과하지 않고 표준 ELA 에서 상당히 더 낮다. 그러한 표준 ELA의 비교적 낮은 주파수는 각각의 위치의 복수의 조사(irradiation) 필요성을 설명할 수 있는데, 이는 후속 펄스들 사이의 지속시간이, 초과시에 여기된 원자가 그들의 이동성을 상실하게 되는, (프로세스의) 시간 상수보다 크기 때문이다. SLS와 관련하여, 큰 에너지를 초래하는 KHz 주파수에서, 엑시머는 하루의 동작 기간 중에 복수의 가스 변경을 필요로 하며, 이는 대량 생산에 적합하지 않다. 엑시머 레이저의 전술한 그리고 다른 단점 중 많은 것이 섬유 레이저에서는 특유하지 않다.The pulse frequency of the excimer laser is relatively low. Within the applicant's knowledge limit, this is significantly lower in standard ELA without exceeding 6 kHz in the SLS process. The relatively low frequency of such a standard ELA can account for a plurality of irradiation needs at each location because the duration between subsequent pulses is such that the excited atoms over time lose their mobility ) Time constant. With respect to SLS, at the KHz frequency resulting in a large energy, the excimer requires multiple gas changes during the day's operating period, which is not suitable for mass production. Many of the above and other disadvantages of excimer lasers are not unique to fiber lasers.

그에 따라 좁은 폭 레이저 빔과 함께 SLS 및 부분적 어닐링(LA) 방법 모두를 이용하는 것에 의해서 실질적으로 균일한 p-결정질 구조(p-Si)를 제공하도록 동작 가능한 섬유 레이저-기반의 어닐링 시스템의 이용 필요성이 존재한다.The need for the use of a fiber laser-based annealing system operable to provide a substantially uniform p-crystalline structure (p-Si) by using both SLS and partial annealing (LA) exist.

SLS 프로세스는 표적 상의 라인 빔(line beam)을 필요로 하고, 장축은 단축보다 몇 개의 자릿수만큼 더 큰 크기이다(예를 들어, 2mm 장축/5 ㎛ 단축(

Figure pct00001
400:1)). 일차적인 스캐닝은 전형적으로 단축의 방향으로 실시되나, 장축 스캐닝이 배제되는 것은 아니다.The SLS process requires a line beam at the target and the major axis is several orders of magnitude larger than the minor axis (e.g., 2 mm major axis / 5 μm minor axis
Figure pct00001
400: 1). Primary scanning is typically performed in the direction of the short axis, but long axis scanning is not ruled out.

라인 빔의 치수는 3개의 매개변수: 단축의 희망하는 폭(희망하는 폴리-Si 입자 크기 및 단축 세기 프로파일의 함수), 표적 상의 희망하는 영향(fluence)(J/cm2), 및 표적에 도달하는 펄스 에너지에 의해서 효과적으로 관리된다. 예를 들어, 100 μJ 펄스 에너지 및 1 J/cm2 의 요구되는 영향을 가지는 5 ㎛ 너비의 라인이

Figure pct00002
2 mm의 라인 빔 길이를 허용할 수 있다. 특정 관계는 단축의 세기 프로파일에 따라 달라진다. 예를 들어, 상단부 모자형(hat) 단축 프로파일은 가우스 단축 프로파일보다 긴 라인 빔을 허용할 수 있을 것이고, 모든 다른 매개변수는 동일할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전술한 값들은 고려 중인 다양한 매개변수들 사이의 상대적인 관계를 나타내는 것이다.The dimensions of the line beam are determined by three parameters: the desired width of the short axis (the desired poly-Si particle size and the function of the short axis intensity profile), the desired fluence of the target (J / cm 2 ) By the pulse energy. For example, a 5 [mu] m wide line with a required impact of 100 [mu] J pulse energy and 1 J / cm < 2 >
Figure pct00002
A line beam length of 2 mm may be acceptable. The specific relationship depends on the strength profile of the short axis. For example, the top hat short axis profile would allow a longer line beam than the Gaussian short axis profile, and all other parameters could be the same. Nevertheless, the above values represent the relative relationship between the various parameters under consideration.

그러한 라인 빔으로 어닐링하고자 하는 패널은, 개별적인 분출 모드 섬유 레이저(burst mode fiber laser)를 가지는 SLS에서 달성될 수 있는 라인 빔의 길이 보다 몇 자릿수 더 큰 크기이다. 효과적인 연속적 폴리-Si 입자 구조를 달성하기 위해서 개별적인 또는 다수의 레이저로부터의 빔들을 함께 봉합(stitch)하는 것이 필요할 것이다.The panel to be annealed with such a line beam is several orders of magnitude larger than the length of the line beam that can be achieved in an SLS with a separate burst mode fiber laser. It would be necessary to stitch the beams from separate or multiple lasers together to achieve an effective continuous poly-Si particle structure.

부분적인 LA 프로세스는 상당히 더 큰 영향의 요건 및 더 큰 평균 파워를 필요로 한다. 그러나, 부분적으로 SLS 내의 1 내지 2 미크론 라인폭보다 큰 5 미크론 초과의 빔 폭으로 인해서, 봉합 문제는 존재하지 않는다.The partial LA process requires significantly larger impact requirements and larger average power. However, due to the beam width, which in part is greater than 5 microns larger than the 1 to 2 micron line width in the SLS, there is no sealing problem.

양 SLS 및 양 SLS의 LA 프로세스에서 특유한, 전술한 그리고 다른 문제를 해결하는 본 발명에 따른 시스템은 큰 패널을 어닐링하기 위한 선택된 방법의 구현을 가능하게 한다. 개시된 시스템의 양태는, 바로 아래에서 요약되는, 각각의 축을 따른 스캐닝/스텝핑, 다수 레이저 양립성(compatibility), 필수적인 속력 및 정확도, 자동-포커스 양립성, 열 관리, 능동적 정렬 및 열 관리를 포함한다.A system according to the present invention, which is unique in the LA process of both SLS and both SLS and which solves the above and other problems, enables the implementation of a selected method for annealing a large panel. Aspects of the disclosed system include scanning / stepping, multiple laser compatibility, essential speed and accuracy, auto-focus compatibility, thermal management, active alignment and thermal management along each axis, summarized below.

개시내용의 일 양태에 따라, 부분적 용융 레이저 어닐링(LA) 또는 순차적 측방향 응고(SLS) 어닐링 프로세스에 의해서 비정질 Si(a-Si) 패널을 결정화하기 위한 개시된 시스템은, 경로를 따라 적어도 80 MHz의 펄스 반복율로 펄스형 고조파 빔을 방출하는, 적어도 하나의 단일 횡방향 모드(SM) 준-연속적 파동(QCW) 섬유 레이저 공급원을 포함한다. 시스템은 섬유 레이저 공급원의 하류에 위치되고 고조파 빔이 희망하는 발산 및 공간적 분산 특성을 가지도록 고조파 빔을 변형시키도록 구성된 빔 컨디션닝 조립체를 포함하는 전달 시스템을 더 갖는다. 전달 시스템은, 대상 평면 내의 희망 스캐닝 속도에서 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제공하도록 동작되는 빔 속도 및 프로파일 조립체를 더 갖는다. 또한, 전달 시스템은, 컨디셔닝된 고조파 빔의 폭이 화상 평면에서 적어도 1 ㎛의 좁은 라인폭으로 감소되도록, 대상 평면 내의 컨디셔닝된 고조파 빔을 희망 축소로 적어도 하나의 빔 축을 따라 화상 평면 상으로 화상화하기 위한 빔 화상화 조립체를 포함한다. 시스템은, 1 ㎛ 이하의 균일한 입자 폭을 가지는 폴리실리콘(p-Si) 구조로의 a-Si의 변환을 제공하기 위해서 적어도 100 ns의 각각의 시간 동안의 노광 시간으로 적어도 2차례 a-Si 패널의 각각의 위치를 조사하기 위해서, 화상화된 좁은 라인폭 빔과 패널 사이에서 상대적인 위치 및 속도를 제공하도록 동작될 수 있는 패널 핸들링 조립체를 구비한다.The disclosed system for crystallizing an amorphous Si (a-Si) panel by a partial melting laser annealing (LA) or sequential lateral solidification (SLS) annealing process, according to one aspect of the disclosure, At least one single transverse mode (SM) quasi-continuous wave (QCW) fiber laser source that emits pulsed harmonic beams at a pulse repetition rate. The system further includes a delivery system including a beam conditioning assembly positioned downstream of the fiber laser source and configured to deform the harmonic beam such that the harmonic beam has a desired divergence and spatial dispersion characteristics. The delivery system further includes a beam velocity and profile assembly operative to provide a conditioned harmonic beam having a desired intensity profile at a desired scanning rate within the object plane. The delivery system is further configured to cause the conditioned harmonic beam in the object plane to be imaged onto the image plane along the at least one beam axis with the desired reduction so that the width of the conditioned harmonic beam is reduced to a narrow line width of at least 1 占 퐉 in the image plane. ≪ / RTI > The system comprises at least two times a-Si with an exposure time of at least 100 ns each to provide conversion of a-Si into a polysilicon (p-Si) structure having a uniform particle width of 1 mu m or less, And a panel handling assembly operable to provide relative position and velocity between the imaged narrow line width beam and the panel to inspect each position of the panel.

다른 양태에 따라, 1 양태에서 설명된 시스템은, 함께 조합 가능한 각각의 빔을 방출하는 다수의 SM QCW 섬유 레이저 공급원을 더 갖는다.According to another aspect, the system described in one embodiment further comprises a plurality of SM QCW fiber laser sources that emit respective combinable beams.

다른 양태에서, 전술한 양태 중 임의의 양태의 시스템은, 고-비율의 가우스 고조파 빔을 편평한-상단부 고조파로 변환하도록 구성되고 빔 단편화 및 재조합 시스템, 빔 재-아포다이제이션(re-apodization) 시스템, 빔 조합 시스템, 및 빔 크로핑(cropping) 시스템으로부터 선택되는, 빔 속도 및 프로파일 시스템을 구비한다.In another aspect, a system of any of the above aspects is configured to convert a high-ratio Gaussian harmonic beam to a flat-to-top harmonic and includes a beam fragmentation and recombination system, a beam re-apodization system , A beam combining system, and a beam cropping system.

전술한 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템의 다른 양태는, 파리 눈(fly's eye) 또는 바이-프리즘 광학 배열체(bi-prism optical arrangement)로부터 선택되는 빔 단편화 및 재조합 시스템에 관한 것이다.Another aspect of the system according to the present invention of any of the above embodiments relates to a beam fragmentation and recombination system selected from a fly's eye or a bi-prism optical arrangement.

전술한 양태 중 임의의 양태에서 개시된 본 발명에 따른 시스템의 다른 양태에서, 파리 눈은 화상화 또는 비-화상화 균질기(homogenizer)이다.In another embodiment of the system according to the invention disclosed in any of the above embodiments, the flies are imaged or non-imaging homogenizers.

전술한 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템의 다른 양태는, 대상 평면에서 크롭되는 세기 프로파일의 중앙 균질 중앙 상단 부분을 생성하기 위해서 다수의 고조파 빔들을 중첩 및 점재(intersperse)시키도록 구성된 빔 조합 시스템에 관한 것이다.Another aspect of a system in accordance with the present invention of any of the above aspects is a system configured to superimpose and intersperse a plurality of harmonic beams to create a central, ≪ / RTI >

개시된 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 양태에서, 빔 조합 시스템은 다수의 고조파 빔들을 중첩시키도록 동작된다. 결과적인 고조파 빔이 장축 방향으로 균질하도록, 중첩된 빔들 중 하나가 외번된다(everted).In another aspect of the system according to the present invention of any of the disclosed aspects, the beam combining system is operated to superimpose a plurality of harmonic beams. One of the superimposed beams is everted so that the resulting harmonic beam is homogeneous in the major axis direction.

다른 양태에 따른 전술한 양태 중 임의의 양태의 시스템에서, 빔 조합 시스템은 편광화 빔 조합기 또는 필드 렌즈 조합기 또는 회절 빔 조합기 또는 파리 눈으로 구성된다.In a system of any of the above aspects according to another aspect, the beam combining system consists of a polarized beam combiner or field lens combiner or a diffracted beam combiner or fly eye.

전술한 양태 및 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템에서, 빔 재-아포다이제이션 시스템은, 고비율의 가우스 고조파 빔을 적어도 하나의 빔 축에서 편평한-상단부 세기 프로파일로 변환하는 적어도 하나의 또는 다수의 비원통형 광학 요소로 구성된다.In a system of any of the foregoing aspects and the following aspects, a beam re-apodization system includes at least one or a plurality of beams that convert a high-ratio Gaussian harmonic beam from at least one beam axis into a flat- Cylindrical non-cylindrical optical element.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템에서, 화상화된 좁은 라인폭 빔이 봉합이 없이 결정화의 라인을 균질하게 그리고 연속적으로 생성하도록, 빔 속도 및 프로파일 시스템은 희망 속도를 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제공하도록 동작되는 스캐너로 구성된다.In a system of any of the foregoing and following aspects, the beam speed and profile system is designed to produce a conditioned harmonic with desired velocity, such that the imaged narrow line width beam produces a homogeneous and continuous line of crystallization without sealing, And a scanner operative to provide a beam.

전술한 그리고 이하의 양태의 각각의 시스템에서, 스캐너는 회전 거울 또는 음향 광학 편향기 또는 검류계로부터 선택된다.In each of the systems described above and in the following embodiments, the scanner is selected from a rotating mirror or acousto-optical deflector or galvanometer.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 개시된 시스템의 추가적인 양태에서, 빔 화상화 조립체는, 짧은 빔 축 방향을 따른 희망 스캐닝 속도에서 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제1 마스크 상에 포커스하는 포커싱 렌즈로 구성된다. 제1 마스크는 대상 평면을 형성하고, 장축 방향으로 빔의 연부를 날카롭게 하기 위한 컷팅 나이프(cutting knife), 및 제1 마스크 하류에 그리고 패널에 인접하여 위치된 대물 렌즈를 갖는다.In a further aspect of the disclosed system of any of the foregoing and following aspects, the beam imaging assembly focuses a conditioned harmonic beam having a desired intensity profile at a desired scanning rate along a short beam axis direction onto a first mask And a focusing lens. The first mask has a cutting knife for forming the object plane and for sharpening the edge of the beam in the major axis direction and an objective lens located downstream of the first mask and adjacent to the panel.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템에 따라, 빔 화상화 조립체는 제1 마스크와 대물 렌즈 사이에 위치되고 결정화의 라인의 잔류 불균질성을 흐려지게(vignette) 하도록 구성되는 제2 마스크를 더 포함한다.According to a system of any of the foregoing and following aspects, the beam imaging assembly further comprises a second mask positioned between the first mask and the objective lens and configured to vignette the residual inhomogeneity of the lines of crystallization .

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태에서 설명된 시스템의 다른 양태에 따라, 빔 화상화 조립체는 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔의 수직 빔 축들을 따라서 상이한 희망 축소를 제공하는 애너모픽 렌즈(anamorphic lens) 배열체로 구성된다.According to another aspect of the system described in any of the foregoing and following aspects, the beam imaging assembly includes an anamorphic lens that provides different hope reduction along the vertical beam axes of the conditioned harmonic beam with the desired intensity profile lens arrangement.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템의 현재의 양태는, 애너모픽적이고 각각의 수직 빔 축들을 따라 상이한 축소를 제공하고 상이한 대상 평면을 가지는 2개의 이격된 마스크를 포함하는 빔 화상화 조립체에 관한 것이다.A current embodiment of a system of any of the foregoing and following aspects is directed to a beam imaging assembly comprising two spaced masks that are anamorphic and provide different shrinkage along each vertical beam axis and have different object planes .

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 또 다른 양태는, 패널 상의 빔라인의 희망 길이를 규정하도록 구성된 근접 마스크를 가지는 빔 화상화 조립체에 관한 것이고, 그러한 근접 마스크는 연부 회절을 제한하는 거리로 패널로부터 이격된다.Another aspect according to the present invention of any of the foregoing and following aspects is directed to a beam imaging assembly having a proximity mask configured to define a desired length of a beamline on a panel such that the proximity mask limits edge diffraction Away from the panel.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템은 또한, 패널이 고정된 빔 화상화 조립체에 대해서 직교적 XY 평면들을 따라 변위될 수 있도록, 피어닐링 패널을 지지하는 지지부를 가지는 패널 핸들링 조립체를 포함한다.The system of any of the foregoing and following aspects also includes a panel handling assembly having a support for supporting the annealed panel such that the panel can be displaced along orthogonal XY planes relative to the fixed beam imaging assembly do.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 양태는, 직교적 XY 평면들을 따라 변위될 수 있는 빔 화상화 조립체에 대해서 패널이 정지적이 되도록 구성되고 피어닐링 패널을 지지하는 지지부를 포함하는 패널 핸들링 조립체에 관한 것이다.Another aspect of the system according to the present invention of any of the foregoing and following aspects is directed to a beam imaging assembly that is displaceable along orthogonal XY planes and configured to be stationary with respect to the beam imaging panel, To the panel handling assembly.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태에서 개시된 본 발명의 시스템의 또 다른 양태에서, 패널 핸들링 조립체는, 패널이 XY 평면 중 하나 상에서 변위될 수 있도록 그리고 빔 화상화 조립체는 XY 평면 중 다른 하나 상에서 변위될 수 있도록 피어닐링 패널을 지지하는 지지부로 구성된다.In yet another aspect of the system of the present invention described in any of the foregoing and following aspects, the panel handling assembly is configured such that the panel can be displaced on one of the XY planes and the beam imaging assembly is moved on the other of the XY planes And a supporting portion for supporting the annealed panel so as to be displaced.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태와 관련된 이러한 양태의 시스템은, 변위 가능한 빔 화상 시스템에 대해서 고정된 위치에 장착되는 또는 그와 함께 변위될 수 있는 SM QCW 섬유 레이저 공급원으로 구성된다.A system of this aspect relating to any of the above and the following aspects consists of a SM QCW fiber laser source that can be mounted in a fixed position relative to a displaceable beam imaging system or displaceable therewith.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템은 자동 포커스 시스템, 빔 프로파일러, 및 무라(MURA) 측정 시스템을 더 포함한다.The system of any of the foregoing and following aspects further includes an autofocus system, a beam profiler, and a MURA measurement system.

이러한 양태에서, 전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 시스템은 가간섭성 효과(coherence effect)를 제거하기 위해서 지연 단계 유리 요소(delay step glass element)를 가지는 파리 눈 균질화기로 구성된다.In such an embodiment, the system of any of the embodiments described above and in the following embodiments consists of a fly-eye homogenizer having a delay step glass element to eliminate the coherence effect.

전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 양태는, p-Si 구조의 잔류 불균질 영역이 효과적으로 잔류 불균질성을 평활화하고 무라를 미리결정된 기준 범위로 감소시키는 순차적인 라인들을 따른 상이한 위치들에 있도록, 좁은 라인폭 빔을 패널 상으로 디더링(dither)시키도록 동작되는 디더링 시스템을 포함한다.Another aspect of the system according to the present invention of any of the foregoing and the following aspects is that the residual heterogeneity region of the p-Si structure effectively scatters residual inhomogeneity and reduces the mura to a predetermined reference range, And a dithering system operative to dither the narrow line width beam onto the panel so as to be at different positions along the line.

전술한 그리고 이하의 양태 24 중 임의의 양태에서 규정된 개시된 시스템의 또 다른 양태는, 대상 평면 하류의 패널 또는 임의의 적합한 구성요소, 또는 렌즈 또는 거울과 같은 빔 전달 시스템의 광학 구성요소, 또는 SLS 어닐링 프로세스 중에 컨디셔닝된 고조파 좁은 폭 라인 빔의 방향으로 빔 경로를 따르는 광학 구성요소, 또는 대상 평면을 형성하는 마스크를 발진시키도록 동작되는 디더링 시스템에 관한 것이다.Another aspect of the disclosed system described above and in any of the following aspects 24 is an optical system comprising a panel or any suitable component downstream of the object plane or an optical component of a beam delivery system such as a lens or mirror, To an optical component along a beam path in the direction of a conditioned harmonic narrow width line beam during an annealing process, or to a dithering system operated to oscillate a mask forming a target plane.

전술한 설명된 양태 중 임의의 양태에서 개시된 본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 시스템은 하나의 또는 다수의 통과로 SLS 및 AL 프로세스 모두에서 연속적인 라인을 생성하도록 구성된다.In accordance with another aspect of the invention disclosed in any of the above-described aspects, the system is configured to generate successive lines in both the SLS and AL processes with one or more passes.

전술한 양태 중 임의의 양태에서 설명된 바와 같은 개시내용의 또 다른 양태에서, 본 발명에 따른 시스템은 둘 이상의 통과 이후에 다수의 빔의 맞물림(interdigitation)을 제공하도록 동작된다.In another aspect of the disclosure as described in any of the above embodiments, the system according to the present invention is operated to provide interdigitation of multiple beams after more than two passes.

또 다른 양태에서, 전술한 그리고 이하의 양태 중 임의의 양태의 본 발명에 따른 시스템은 기계적 스캐닝, 음향-광학 또는 전자-광학 방법을 이용하는 펄스 픽킹(pulse picking)을 제공하도록 구성된다.In another aspect, a system according to the present invention of any of the foregoing and following aspects is configured to provide pulse picking using mechanical scanning, acousto-optic or electro-optical methods.

개시된 시스템의 전술한 그리고 다른 양태가, 도면과 함께 하는 이하의 구체적인 설명으로부터 보다 더 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 일반적인, 크게 개략적인 도면이다.
도 2a는 도 1의 본 발명에 따른 시스템의 하나의 변경예이다.
도 2a는 도 1의 본 발명에 따른 시스템의 다른 실시예이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 본 발명에 따른 시스템의 빔 컨디셔닝/균질화 및 빔 프로파일링 하위조립체의 도면이다.
도 4는 도 2a 및 도 2b의 빔 화상화 하위조립체의 도면이다.
도 5는 도 1의 패널 핸들링 하위-조립체의 도면이다.
도 6은 빔 편광화 조합기를 가지는 빔 균질화 하위조립체의 광학적 구성(optical schematic)이다.
도 7는 도 6의 균질한 하위조립체의 동작 원리에 관한 도식적 표상이다.
도 8의 (a) 내지 도 9의 (b)는 각각 도 6의 균질화 하위조립체의 동작 원리에 관한 추가적인 도식적 표상이다.
도 10a 내지 도 10c는 다수의 빔을 조합하도록 동작되는 각각의 배열체이다.
도 11의 (a) 내지 도 11의 (c)는 각각 빔 균질화 하위조립체의 다른 구성의 수직도, 측면도 및 상면도이다.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)는 레이저 빔에 의해서 결정화하고자 하는 단일 라인의 열 변형을 도시한다.
도 12의 (a)는 스캐닝 하위조립체의 일반적인 동작 원리를 도시한다.
도 13의 (b) 내지 도 13의 (d)는 각각의 상이한 세기 프로파일을 가지는 고조파 레이저 빔을 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 각각 다각형 스캐너 및 다각형을 이용하는 시스템의 도면이다.
도 15의 (a) 내지 도 15의 (b);
도 16a 및 도 16b;
도 17의 (a) 및 도 17의 (b);
도 18의 (a) 및 도 18의 (b);
도 19의 (a) 및 도 19의 (b);
도 20의 (a) 내지 도 20의 (d);
도 21의 (a) 내지 도 21의 (c)
도 22; 및
도 23;
도 24 내지 도 27.
The above and other aspects of the disclosed system will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a general, highly schematic diagram of a system according to the present invention.
Figure 2a is a variation of the system according to the invention of Figure 1;
Figure 2a is another embodiment of the system according to the invention of Figure 1;
Figure 3 is a view of the beam conditioning / homogenization and beam profiling subassembly of the system according to the invention of Figures 2a and 2b.
Figure 4 is a view of the beam imaging subassembly of Figures 2a and 2b.
Figure 5 is a view of the panel handling sub-assembly of Figure 1;
Figure 6 is an optical schematic of a beam homogenization subassembly with a beam polarizing combiner.
Figure 7 is a graphical representation of the operating principle of the homogeneous subassembly of Figure 6;
Figures 8 (a) through 9 (b) are additional schematic representations of the operating principle of the homogenization subassembly of Figure 6, respectively.
Figures 10a-c are respective arrangements operated to combine multiple beams.
Figures 11 (a) - 11 (c) are vertical, side and top views, respectively, of another configuration of the beam homogenization subassembly.
Figs. 12 (a) to 12 (c) show the thermal deformation of a single line to be crystallized by the laser beam.
Figure 12 (a) shows the general operating principle of the scanning subassembly.
Figures 13 (b) to 13 (d) show a harmonic laser beam having a different intensity profile.
Figures 14A-14C are diagrams of a system using polygon scanners and polygons, respectively.
15 (a) to 15 (b);
16A and 16B;
17 (a) and 17 (b);
18 (a) and 18 (b);
19 (a) and 19 (b);
20 (a) to 20 (d);
21 (a) to 21 (c)
22; And
23;
24-27.

이제 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명할 것이다. 가능한 경우에는 언제든지, 동일한 또는 유사한 숫자를 도면 및 상세한 설명에서 이용하여, 동일한 또는 유사한 부분 또는 단계를 나타낸다. 도면의 일부는 단순화된 형태이고 정밀한 축척(scale)을 가지지는 않는다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다이오드 및 섬유 레이저 분야의 당업자에게 일반적이고 익숙한 의미가 명세서 및 청구범위 내의 단어 및 문구에 부여되도록 의도된다. "결합"이라는 단어 및 그 유사 용어가 반드시 직접적이고 즉각적인 연결을 나타내는 것이 아니고, 자유 공간 또는 중간 요소를 통한 기계적 및 광학적 연결을 또한 포함한다.Embodiments of the present invention will now be described in detail. Wherever possible, the same or similar reference numerals are used in the drawings and the detailed description to refer to the same or like parts or steps. Some of the drawings are in a simplified form and do not have a precise scale. Unless specifically stated otherwise, ordinary and familiar meanings to those skilled in the art of diode and fiber lasers are intended to be given to words and phrases in the specification and claims. The word "coupled" and similar terms do not necessarily indicate a direct and immediate connection, but also include mechanical and optical connections through free space or intermediate elements.

본 발명에 따른 섬유 레이저-기반의 시스템은 표준 ELA 및 SLS 모두를 포함하는 규소 어닐링 프로세스의 생산성을 높이는 것이고 현재 이용 가능한 어닐링 시스템의 제조 및 동작 비용을 크게 줄이도록 구성된다. SLS 맥락에서, 본 발명의 시스템은, 모든 알려진 세대의 Si 패널의 a-Si 패널 상으로 입사되는, 3xx 및 5xx nm 펄스형 빔에서의 적어도 1 ㎛ 너비의 고조파 펄스형 빔을 출력하도록 구성된다. 결과적으로, 처리하고자 하는 패널의 전체 지역에 걸쳐 균일한 ㎛-미만의 입자를 가지는 p-Si 결정질 구조가 생성된다.The fiber laser-based system according to the present invention is designed to increase the productivity of a silicon annealing process that includes both standard ELA and SLS and is configured to significantly reduce the manufacturing and operating cost of presently available annealing systems. In the context of SLS, the system of the present invention is configured to output a harmonic pulsed beam of at least 1 탆 width in 3xx and 5xx nm pulsed beams incident on an a-Si panel of all known generation Si panels. As a result, a p-Si crystalline structure having uniform < RTI ID = 0.0 > um-less < / RTI >

도 1은, 작은 그리고 큰 a-Si 패널을 어닐링하기 위해서 SLS 및 LA 프로세스 모두에서 이용될 수 있는 본 발명에 따른 모듈형 시스템(10)의 일반적인 레이아웃을 도시한다. 특별한 어닐링 방법과 관계없이, 본 발명에 따른 시스템(10)은, 몇 개의 순차적으로 위치된 하위조립체를 포함하는 빔 전달 시스템의 광학적 구성을 통해서 빔 경로를 따라 전파되는 실질적으로 회절-제한된 레이저 펄스형 빔을 생성하는 섬유 레이저 공급원(12)을 기초로 한다. 상류 하위-조립체(14)는 추가적인 균질화 및 스캐닝 하위-조립체(16)를 위해서 발산 및 빔 크기를 제어하도록 구성된다. 균질화 및 스캐닝 하위조립체(16)는 마스크 평면에서 컨디셔닝된 빔의 세기 및 속도를 제어하도록 구성된다. 이하의 하위-조립체(18)는, 피어닐링 패널과 빔 전달 시스템 사이에서 상이한 변위의 패턴들을 제공하도록 동작되는 패널 핸들링 하위조립체(20)를 통해서 희망 축소로 a-Si 표면 상에 컨디셔닝된 빔을 화상화하도록 동작된다. 본 발명에 따른 모듈형 시스템(10)은 이하에서 구체적으로 개시된 바와 같은 나열된 전술한 하위조립체의 각각의 몇몇 구성을 특징으로 한다. Figure 1 shows a general layout of a modular system 10 according to the present invention that can be used in both SLS and LA processes to anneal small and large a-Si panels. Regardless of the particular annealing method, the system 10 in accordance with the present invention is a substantially diffraction-limited laser pulse type (e. G., ≪ RTI ID = 0.0 > Is based on a fiber laser source 12 that produces a beam. Assembly 14 is configured to control the divergence and beam size for additional homogenization and scanning sub- The homogenization and scanning subassembly 16 is configured to control the intensity and velocity of the conditioned beam in the mask plane. The following sub-assemblies 18 provide a conditioned beam on the a-Si surface in the hope of reduction through a panel handling subassembly 20 that is operated to provide patterns of different displacements between the annealed panel and the beam delivery system And is operated to image. The modular system 10 in accordance with the present invention features several configurations of each of the above-described sub-assemblies listed above specifically as disclosed below.

도 2a는 IR 펌프 레이저, 냉각 시스템, 제어 회로 및 섬유 레이저 공급원(12)의 동작을 가능하게 하는 다른 주변 구성요소를 둘러싸는 가동형 콘솔(22) 상에 장착된 모듈형 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 반전된 U-형상의 브래킷(24) 및 콘솔(22) 상에 장착된 기부(26)를 가지는 갠트리 기계(Gantry machine)로 구성된다. 도시된 구성에서, 공작물의 표면이 후술되는 다양한 형태적 패턴에 따라 레이저 처리되도록, 빔 화상화 하위-조립체(18)가 정지되어 있는 동안, 레이저 처리하고자 하는 패널을 지지하는 스테이지(20)는 패널을 X-Y 평면 내에서 안내한다. 대안적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 패널 및 빔-화상화 하위-조립체(18) 모두는 각각의 평면 내에서 각각 이동될 수 있다. 6세대 내지 8세대 패널에 특히 유리한 또 다른 구성은, 빔 화상화 하위-조립체가 X-Y 평면 내에서 이동되는 동안, 패널이 정지적으로 유지될 수 있게 한다. 본 발명에 따른 시스템은 실질적으로 어떠한 구조적 변경이 없이 패널과 빔 전달 조립체 사이의 변위의 모든 가능한 변경과 함께 동작되는 다양한 구성을 다시 가질 수 있는 광학적 구성을 갖는다.Figure 2a shows a modular system 10 mounted on a movable console 22 surrounding an IR pump laser, a cooling system, control circuitry and other peripheral components enabling the operation of the fiber laser source 12 do. The system 10 consists of a gantry machine having an inverted U-shaped bracket 24 and a base 26 mounted on the console 22. While the beam imaging sub-assembly 18 is stationary, the stage 20, which supports the panel to be laser processed, can be moved in the illustrated configuration so that the surface of the workpiece is laser processed according to various morphological patterns, In the XY plane. Alternatively, as shown in FIG. 2B, both the panel and the beam-imaging subassembly 18 can be moved within respective planes, respectively. Another configuration that is particularly advantageous for a sixth to eighth generation panel allows the panel to remain intact while the beam imaging subassembly is moved within the X-Y plane. The system according to the present invention has an optical configuration that can again have various configurations that operate with all possible variations of the displacement between the panel and the beam delivery assembly without substantially any structural changes.

섬유 레이저 공급원(12)은, 함께-계류중이고 공동-소유된 US '790 출원에서 개시되어 있다. 간략히, 콘솔(22) 내에 위치될 수 있는 레이저 펌프에 더하여, 레이저 공급원(12)이 구성된다. 섬유 레이저 펌프는 kHz 내지 MHz 반복율 범위에서 1 ㎛의 기본 파장 범위 내의 실질적으로 회절 제한된, 펌프 빔을 출력하는 준-연속적 체계(QCW)로 동작된다. 펌프 빔은 빔 안내 광학 및 고조파 발생기와 함께 구성된 레이저 헤드(28) 내로 커플링된다. 주파수/파장 변환 스테이지의 수에 따라서, 약 532 nm 파장 또는 약 355 nm 파장의 고조파 빔이 시스템(10)의 하위-조립체를 통한 빔 경로를 따른 전파를 위해서 출력된다. 단일-모드 또는 로우-모드(low-mode)(SM) 펌프 공급원(12)은 2 MHz까지의 포켓 반복율(PaRR) 및 50 내지 500 ns 사이의 패킷 지속시간에서 펄스의 패킷을 출력하도록 동작된다. 각각의 패킷 내의 펄스는 약 80 MHz로부터 200 MHz까지 변화되는 주파수로 출력된다. 공급원(12)은 실질적으로 가우스 세기의 프로파일을 가지는 펄스형 빔을 펄스의 분출 또는 연속적인 펄스의 빔으로 출력하도록 구성된다. 표적 상의 적어도 1 미크론-너비 라인 빔, 제어 가능한 영향, 증분적인 스테이지 속도 그리고 다른 빔 및 시스템 매개변수와 조합되어 연속적인 펄스의 빔은, 기껏해야 1 미크론과 동일하나 바람직하게는 1 미크론보다 짧을 뿐만 아니라 2 미크론만큼 짧은 균일한 입자 길이를 가지며 약 20 내지 30 ps의 짧은 가간섭성 시간을 가지는 p-Si 구조를 생성한다.The fiber laser source 12 is disclosed in co-pending, co-owned US '790 application. Briefly, in addition to a laser pump that can be located within the console 22, a laser source 12 is configured. The fiber laser pump operates with a substantially diffraction limited, quasi-continuous system (QCW) that outputs a pump beam within a fundamental wavelength range of 1 μm in the kHz to MHz repetition rate range. The pump beam is coupled into the laser head 28, which is configured with beam guiding optics and a harmonic generator. Depending on the number of frequency / wavelength conversion stages, a harmonic beam of about 532 nm wavelength or about 355 nm wavelength is output for propagation along the beam path through the sub-assembly of system 10. A single-mode or low-mode (SM) pump source 12 is operated to output packets of pulses at a pocket repetition rate (PaRR) of up to 2 MHz and a packet duration between 50 and 500 ns. The pulses in each packet are output at frequencies varying from about 80 MHz to 200 MHz. The source 12 is configured to output a pulsed beam having a profile of substantially Gaussian intensity as a burst of pulses or a beam of successive pulses. The beam of successive pulses in combination with at least one micron-wide line beam on the target, the controllable effect, the incremental stage speed and other beam and system parameters is at most 1 micron, but preferably less than 1 micron But also a p-Si structure with a short coherence time of about 20 to 30 ps with a uniform particle length as short as 2 microns.

도 2와 함께 도 3을 참조하면, 1과 같거나 1에 근접하는 M2 를 가지는 출력 고조파 빔은 빔 컨디셔닝 하위-조립체(14)를 통해서 더 전파된다. 빔 컨디셔닝 하위-조립체의 구성은 하위-조립체(14)의 하류에 위치되는 균질화 하위-조립체 및/또는 스캐닝 하위-조립체의 필요에 맞춰 구체적으로 재단된다(tailored).Referring to FIG. 3 with FIG. 2, an output harmonic beam having M 2 that is equal to or close to 1 is further propagated through the beam conditioning subassembly 14. The configuration of the beam conditioning subassembly is tailored specifically to the needs of the homogenization subassembly and / or the scanning subassembly located downstream of the subassembly 14.

도 2 내지 도 5에 도시된 시스템(10)이 가우스 세기 프로파일을 편평한 상단부 또는 상단부 모자형 프로파일로 변환하도록 동작되는 균질화 하위-조립체를 포함하기 때문에, 빔 컨디셔닝 하위조립체(14)는 상류 및 하류 시준기로 구성된다. 앞서서 개시된 파장의 고조파 섬유 레이저 빔은 전형적으로 장축 및 단축의 각각으로 큰 종횡비 및 가우스 세기 분산을 가지는 타원형이다. 그에 따라 상류 시준기 구성요소는 단축으로 희망 크기를 가지는 고조파 빔을 제공하도록 구성된 원통형 렌즈를 포함한다. 이는 네거티브 및 포지티브 원통체 렌즈(30)를 가지는 갈리린 망원경(Gallilean telescope)으로서 명목적으로 구성된다. 유사하게, 네거티브 및 포지티브 원통형 렌즈(32)를 포함하는 하류 시준기는 장축 방향으로 희망 크기를 가지는 고조파 빔을 제공한다. 이러한 점에서, 시준된 고조파 빔은 추가적인 균질화를 위해서 컨디셔닝된다.Because the system 10 shown in Figures 2-5 includes a homogenization subassembly that is operative to convert the Gaussian intensity profile into a flat top or top hat profile, the beam conditioning subassembly 14 includes an upstream and downstream collimator . The harmonic fiber laser beams of the previously disclosed wavelength are typically elliptical with large aspect ratios and Gaussian intensity variances, respectively, in the long and short axes. Accordingly, the upstream collimator component includes a cylindrical lens configured to provide a harmonic beam having a desired size in a short axis. This is for illustrative purposes as a Gallilean telescope having a negative and positive cylindrical lens 30. Similarly, a downstream collimator including a negative and positive cylindrical lens 32 provides a harmonic beam having a desired size in the major axis direction. In this regard, the collimated harmonic beam is conditioned for further homogenization.

가우스 세기 프로파일을 가지는 타원형(그러나 원형 빔이 배제되지 않는다) 고조파 빔은, 중첩될 때, 간섭되기 쉽다. 가간섭성 특성은 또한 스페클(speckle) 관련된 현상으로 인해서 회절 균질화 해결책을 배제한다. 따라서, 가간섭성은 다소 완화되어야 한다.An elliptical (but not circular beam excluded) harmonic beam with a Gaussian intensity profile is susceptible to interference when superimposed. The coherence properties also exclude the diffraction homogenization solution due to speckle related phenomena. Therefore, coherence should be somewhat mitigated.

SLS 및 LA 프로세스 모두는 라인의 길이를 따라 충분한 균질성을 가지는 라인 빔을 필요로 한다. 비록 SLS 프로세스가 ELA 어닐링 프로세스보다 한 자릿수까지 균질성에 덜 민감하지만, 여전히 적절한 균질성이 있어야 한다. 세기 프로파일이 균질할수록, 프로세스 윈도우는 펄스 대 펄스 에너지 변동 및 포커스 깊이에 대해서 더 개방된다.Both the SLS and LA processes require line beams with sufficient homogeneity along the length of the line. Although the SLS process is less sensitive to homogeneity to single digits than the ELA annealing process, it still must have adequate homogeneity. As the intensity profile is homogenous, the process window is more open to pulse-to-pulse energy variations and focus depth.

균질화 하위조립체(16)는 가간섭성 문제를 해결하고, 빔 라인의 길이를 따라 실질적으로 균일한 세기 분산을 가지는 표적 상의 라인 빔을 제공한다. 단축은 5개 파장 미만의 크기를 가질 수 있고, 회절 해상도(점 확산 함수) 한계로 인해서, 물리적으로 합리적인 광학 구성요소로 이러한 축을 얼마나 균질적으로 만들어질 수 있는지에 대한 한계가 존재한다. 매우 넓은 빔 폭(예를 들어, 10 ㎛ 이상)을 제외하고, 균질화 라인 폭으로부터 획득될 수 있는 장점이 많지 않다.The homogenization subassembly 16 solves the coherence problem and provides a line beam on the target with a substantially uniform intensity distribution along the length of the beam line. The short axis may have a size of less than five wavelengths and due to the diffraction resolution (point spread function) limitations, there is a limit to how homogeneous such axes can be made with physically rational optical components. There are not many advantages that can be obtained from the homogenization line width, except for very wide beam widths (e.g., greater than 10 micrometers).

개념적으로, 균질화는 2개의 표준 기술: 도 2 내지 도 5의 시스템(10)에서 이용되는 바와 같은 파리 눈 균질화기, 및 바이-프리즘과 함께 이용되는 빔 단편화 및 재조합 기술을 기초로 한다. 단편화 및 재조합 기술의 원리는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다. 만약, 본 발명에 따른 시스템에서 생성되는 것과 유사한, 가우스-유사 레이저 빔이 다수의 빔으로 분할되고 이어서 하나 이상의 분할된 빔의 프로파일을 변경한 후에 조합된다면, 적어도 하나의 축을 따라 균질한 빔을 생성할 수 있다. 파리 눈 균질화기는 빔의 다수의 단편을 중첩시키고, 매우 낮은 공간적 가간섭성을 가지는 빔을 필요로 한다. 그렇지 않으면, 그들은 심한 스페클 및 다른 간섭 관련 현상의 문제를 갖는다.Conceptually, homogenization is based on two standard techniques: fly-eye homogenizer as used in system 10 of FIGS. 2-5, and beam fragmentation and recombination techniques used with bi-prism. The principles of fragmentation and recombination techniques are well known to those of ordinary skill in the art. If a Gaussian-like laser beam, similar to that produced in the system according to the invention, is combined after being divided into a plurality of beams and then changing the profile of one or more divided beams, a homogenous beam is generated along at least one axis can do. The fly eye homogenizer overlaps multiple pieces of the beam and requires a beam with very low spatial coherence. Otherwise, they suffer from severe speckle and other interference related phenomena.

섬유 레이저는 일반적으로, 그들의 일반적으로 큰 가간섭성으로 인해서, 파리 눈 균질화를 위한 후보로 간주되지 않는다. 그러나, 실험을 통해서, 본원에서 그리고 US '790에서 개시된 레이저 공급원이 충분히 짧은 가간섭성 시간을 가지고, 그에 따라 중첩 위치에서 가간섭성 시간이 초과되도록 보장하기 위해서 지연 유리의 섹션이 개별적인 단편에 부가될 수 있다는 것을 확인하였다. 파리 눈 균질화기는 이러한 레이저에 대한 선택사항이다. 따라서, 개시된 파리 눈 및 바이-프리즘 균질화기는 개시된 QCW 레이저를 성공적으로 이용한다.Fiber lasers are generally not considered candidates for fly eye homogenization due to their generally large coherence. However, through experimentation, it has been found that the laser source disclosed herein and in US '790 has a sufficiently short coherence time so that a section of the retarder is added to the individual piece to ensure coherent time is exceeded at the overlap position . Flies eye homogenizer is an option for these lasers. Thus, the disclosed fly-eye and bi-prism homogenizer successfully exploits the disclosed QCW lasers.

도 2 내지 도 5의 균질화 하위-조립체(16)는 마스크(54)의 평면에서 균질화된 라인 빔을 제공한다(도 4). 이는 입사 가우스 빔을 각각의 빔렛(beamlet)으로 분할하는 원통체 렌즈렛의 제1 어레이(34)를 포함한다. 이어서, 빔렛은 각각의 지연 유리(36, 38, 42)에 충돌되고, 그러한 지연 유리는 유닛으로서 이러한 빔렛들 사이의 광학적 지연을 제공하여, 간섭을 최소화하고 그에 따라 레이저 빔 가간섭성의 효과를 완화하며, 이는 편평한-상단부 세기 프로파일의 형성을 유도한다. 편평한-상단부 빔은 이상적으로 균일한 세기를 가지지 않을 수 있다. 그에 따라, 선택적으로, 하위-조립체(16)는, 균질화된 빔의 희망하는 대부분의 균질한 부분만을 경로 아래로 더 전파시키는 개구를 구비하는 1-차원적인 마스크(40)를 더 가질 수 있다. 이어서, 균질화된 빔은 집광 렌즈(48) 상으로 입사된다.The homogenization subassembly 16 of FIGS. 2-5 provides a homogenized line beam in the plane of the mask 54 (FIG. 4). Which includes a first array of cylindrical lenslets 34 that divides the incident Gaussian beam into respective beamlets. The beamlets then impinge on each retarded glass 36, 38, 42, which provides optical retardation between such beamlets as a unit to minimize interference and thereby alleviate the coherent effect of the laser beam , Which leads to the formation of a flat-top strength profile. The flat-top beam may not ideally have a uniform intensity. Accordingly, optionally, the sub-assembly 16 may further have a one-dimensional mask 40 with an opening that further propagates only the most desired homogeneous portion of the homogenized beam down the path. Then, the homogenized beam is incident on the condenser lens 48.

2개의 주요 유형의 파리 눈 균질화기: 본 발명에 따른 시스템에 모두 포함되는 화상화 및 비화상화 파리 눈 균질화기들이 있다. 기본적인 메커니즘이 렌즈렛의 제1 어레이(34)의 마스크 또는 대상 평면으로의 화상화이기 때문에, "화상화"라는 용어는 많은 의미를 갖는다. 구조적으로, 화상화 균질화기는 또한 위상 변환기(36, 38)와 집광 렌즈(48) 사이에 위치된 도 3의 렌즈렛의 제2 어레이(44)를 포함한다. 제2 어레이(44)의 렌즈 및 집광 렌즈(48)는 개별적인 필드 다이아프램(field diaphragm)을 마스크/대상 평면에 화상화한다. 이러한 유형의 균질화기는 2개의 렌즈 어레이, 집광 렌즈 및 입사 빔의 광학 축의 정밀한 정렬을 필요로 한다.Two main types of fly eye homogenizer: there are both visualized and non-animated flame homogenizers that are all included in the system according to the present invention. The term "imaging" has many meanings because the basic mechanism is the imaging of the first array 34 of lenslets into a mask or object plane. Structurally, the imaging homogenizer also includes a second array 44 of lenslets of FIG. 3 positioned between the phase converters 36, 38 and the condenser lens 48. The lenses of the second array 44 and the focusing lens 48 image the individual field diaphragms onto the mask / object plane. This type of homogenizer requires precise alignment of the optical axes of the two lens arrays, the focusing lens and the incident beam.

광학 통합기의 덜 복잡한 버전은 비-화상화 균질화기로 지칭된다. 비-화상화 균질화기는, 지연 유리(36, 38 및 42) 및 집광 렌즈(48)가 후속되는 하나의, 제1 렌즈 어레이(34)로 이루어진다. 화상화 균질화기와 유사하게, 렌즈 어레이(34)는 고조파 입사 가간섭 빔을, 그들이 집광 렌즈(48)를 통과하고 집광 렌즈의 후방 포컬 평면 내에 위치된 균질화 위치에서 중첩되기 전에, 위상 변환기를 통해서 전파되는 빔렛으로 분할한다. 균질화 평면 내의 세기 패턴은 렌즈 어레이에 의해서 발생되는 공간적 주파수 스펙트럼과 관련된다. 비-화상화 균질화기를 이용하여 양호한 편평한-상단부 균일성을 획득하기 위해서, 렌즈 어레이는 희망 각도 스펙트럼 화상 내에서 균일한 세기로 광을 분산시켜야 한다.A less complex version of the optical integrator is referred to as a non-imaging homogenizer. The non-imaging homogenizer consists of a single, first lens array 34 followed by retarded glasses 36, 38 and 42 and a condenser lens 48. Similar to the imaging homogenizer, the lens array 34 is configured so that the harmonic incidence passes the interference beam through the phase converter, before they pass through the condenser lens 48 and are superimposed at the homogenization position located in the rear focal plane of the condenser lens Into a beamlet. The intensity pattern in the homogenization plane is related to the spatial frequency spectrum generated by the lens array. In order to obtain good flat-top uniformity using a non-imaging homogenizer, the lens array must disperse light at uniform intensity within the desired angular-spectral image.

도 4를 참조하면, 집광된 균질한 빔은, 균질화된 빔을 희망 축소 배수로 패널의 표면 상의 화상 평면에 전달하도록 구성된, 빔 화상화 하위조립체(18)를 통과한다. 균질화된 빔은 먼저 빔의 단축의 방향으로 포커싱 렌즈(50)에 의해서 마스크(54) 상으로 투사되고 포커스된다. 마스크(54)는 장축 방향으로 투사된 균질화된 빔의 연부를 크로핑하는 블레이드로 구성된다. 이어서, 이러한 마스크 평면은, 화상화 시스템의 수치적 개구에 의해서 제한된 연부 해상도를 가지는 일부 최적화된 축소에서 대물 렌즈(60) 상으로 재-화상화된다. 예를 들어 10x 또는 30x의 축소는 포인팅 안정성(pointing stability)에 대한 민감도를 감소시킨다. 그러나, 만약 화상화 시스템이 포커스를 벗어난다면, 마스크의 날카로운 연부로부터의 회절로 인해서, 회절 패턴이 라인 빔의 단부에서 나타날 것이다. 임의의 화상화 시스템에서와 같이, 포커스의 깊이 및 해상도는, 화상화가 회절 제한된 해상도를 가지는 한, 서로 반비례한다. 라인 빔을 수용하는 선택적인 마스크(56)는 이전에 날카로워진 연부의 잔류 불균질성을 제거하는 흐려짐 개구(vignetting aperture)로서 보여질 수 있다. Referring to FIG. 4, the focused homogeneous beam passes through a beam imaging subassembly 18 configured to transmit the homogenized beam to the image plane on the surface of the panel in the hope reduction multiple. The homogenized beam is first projected and focused onto the mask 54 by the focusing lens 50 in the direction of the short axis of the beam. The mask 54 consists of a blade that crops the edges of the homogenized beam projected in the longitudinal direction. This mask plane is then re-imaged onto the objective lens 60 at some optimized shrinkage with edge resolution limited by the numerical aperture of the imaging system. For example, a reduction of 10x or 30x reduces the sensitivity to pointing stability. However, if the imaging system is out of focus, due to diffraction from the sharp edges of the mask, a diffraction pattern will appear at the end of the line beam. As with any imaging system, the depth and resolution of the focus are inversely proportional to each other so long as the imaging is of diffraction-limited resolution. An optional mask 56 that accommodates the line beam can be viewed as a vignetting aperture that eliminates the residual inhomogeneity of the previously sharpened edge.

도 5를 참조하면, 희망하는 정도의 균일화된 세기 및 폭을 가지는 축소된 라인 빔은, 대물 렌즈(60) 내로 커플링되고 스테이지(62) 상에 놓이는 a-Si 유리 패널을 조명하기 전에, 전환 거울(turning mirror)(58)에 추가적으로 충돌된다. 패널, 특히 큰 패널은 이상적으로 편평하기 어렵다. 자동-포커싱 조립체(64)의 이용은, 구면 또는 애너모픽 대물 렌즈(60) 사이의 희망 포컬 거리를 유지할 수 있게 하고 그에 따라 표적 상의 라인 빔의 빔 세기의 희망하는 균일 범위를 제어할 수 있게 한다. 시스템 구현예 및 패널 두께의 균일성 모두에 따라서, 동적 자동 포커스를 구현할 필요가 있을 수 있고, 개별적인 빔은 패널 지역 전체를 통해서 균질한 폴리-Si 입자 구조를 유지하도록 연속적으로 조정되는 그들의 포컬 평면을 갖는다. 자동-포커스가 요구되는 지의 여부, 그리고 필요로 하는 정확도는 라인 빔 광학 전달 시스템의 포커스의 깊이에 따라 달라질 것이다.5, a reduced line beam having a desired degree of uniformed intensity and width is coupled to an objective lens 60 and illuminated before switching on an a-Si glass panel that rests on stage 62, And is additionally impacted by a turning mirror 58. Panels, especially large panels, are not ideally flat. The use of the auto-focusing assembly 64 allows the desired focal distance between the spherical or anamorphic objective 60 to be maintained, thereby controlling the desired uniform range of beam intensity of the line beam on the target. Depending on both the system implementation and the uniformity of the panel thickness, it may be necessary to implement dynamic autofocus, and individual beams may have their focal planes continuously adjusted to maintain homogeneous poly-Si particle structure throughout the panel area . Whether autofocus is required and the required accuracy will depend on the depth of focus of the line beam optical delivery system.

종종, 어닐링된 패널을 관찰하면, 결정화 프로세스 중에 생성되는 주기적인 미세구조에 의해서 유발되는 무지개색(iridescence)을 확인할 수 있다. 미세구조의 불균일성은 마찬가지로, 2개의 어닐링된 패널 지역이 빔 장축 방향으로 함께 봉합될 때 기원하는 것으로 생각되는 "무라"로 알려진 세기의 변동을 유발한다. 어닐링된 패널의 형태적 특성을 측정하는 하위-조립체(68)가, 본원에서 전체가 참조로 포함되는 미국 가특허출원 제62334881호에 개시되어 있다. 무라의 존재는 시스템(10)의 자동적 재조정을 필요로 할 수 있다. 보다 특히, 단독형 무라 측정 시스템(68)이 동작되어, 독립적인 레이저 공급원에 의해서 생성되고 실시간으로 패널로부터 회절되는 광의 특성을 측정한다. 그러한 특성은 회절 효율, 회절 각도 및 회절된 광의 편광 상태의 불균질성을 포함할 수 있다. 무라의 측정된 매개변수 또는 매개변수들이 미리 결정된 범위를 초과하는 경우에, 하나의 또는 다수의 피드백 제어 루프를 제공하는 것은 전술한 하위조립체 중 임의의 것을 실시간으로 재조정하는 것을 허용한다.Often, by observing the annealed panel, iridescence caused by the periodic microstructure generated during the crystallization process can be confirmed. The non-uniformity of the microstructures likewise causes variations in the intensity known as "mura" which is believed to originate when the two annealed panel areas are sealed together in the beam longitudinal direction. A sub-assembly 68 for measuring the morphological characteristics of the annealed panel is disclosed in U.S. Patent Application No. 62334881, which is incorporated herein by reference in its entirety. The presence of mura may require automatic rebalancing of the system 10. More particularly, the stand alone type measurement system 68 is operated to measure the characteristics of light generated by an independent laser source and diffracted from the panel in real time. Such characteristics may include diffraction efficiency, diffraction angle, and heterogeneity of the polarization state of the diffracted light. Providing one or more feedback control loops, when the measured parameters or parameters of the mura exceed a predetermined range, allows real time rebalancing of any of the subassemblies described above.

또 다른 측정 하위-조립체는, 균질화 하위조립체 하류의 빔 경로를 따라 임의의 곳에 배치된 빔 조면계(profilometer)(70)로서 구성된다. 빔 조면계(70)는 카메라 및 분석 소프트웨어로 구성된 카메라-기반의 빔 프로파일링 시스템일 수 있다. 종종, 해당 과제에 따라서, 이러한 시스템은 빔 감쇠 또는 빔 크기조정 부속물과 함께 이용될 필요가 있다. 카메라-기반의 빔 프로파일링의 장점은 실시간으로 관찰하는 것 및 높은 정확도 측정으로 레이저의 구조를 측정하는 것이다. 만약 측정된 빔 프로파일 매개변수 또는 매개변수들이 미리 결정된 범위를 벗어난다면, 어닐링 프로세스가 종료되고 식별된 오작동 하위-조립체의 문제 해결이 시작된다.Another measurement subassembly is configured as a beam profilometer 70 disposed anywhere along the beam path downstream of the homogenization subassembly. The beam gauge 70 may be a camera-based beam profiling system comprised of a camera and analysis software. Often, depending on the task, such systems need to be used with beam attenuation or beam sizing aids. The advantage of camera-based beam profiling is to observe in real time and measure the structure of the laser with high accuracy measurements. If the measured beam profile parameters or parameters are outside a predetermined range, the annealing process is terminated and troubleshooting of the identified malfunctioning sub-assembly begins.

도 6 및 도 7을 참조하면, 단편화 및 재조합 기술을 기초로 하는 시스템(10)의 하위-조립체(16)의 균질화는 바이-프리즘을 포함한다. 본 발명에 따른 바이-프리즘-기반의 하위-조립체(16)는 2개의 빔렛들 사이에 광학적 경로차를 부여하도록 구성된다. 지연이 가간섭성 길이/시간보다 길도록, 경로차가 설정되어야 한다.Referring to FIGS. 6 and 7, homogenization of the sub-assembly 16 of the system 10 based on fragmentation and recombination techniques includes a bi-prism. The bi-prism-based subassembly 16 according to the present invention is configured to impart an optical path difference between the two beamlets. The path difference should be set so that the delay is longer than the coherent length / time.

특히, 미리 컨디셔닝된 고조파 원형 또는 타원형 가우스 빔(80)은, 에너지 분할을 제어하도록 구성된, λ/2 파장판(82)을 통해서 전파되고, 각각의 짧은 경로 및 긴 경로를 따라 2개의 수직 편광화된 빔렛(84 및 86)을 지향시키는 상류 편광화 빔 분할기(72) 내에서 더 분열된다. 빔렛(86)은 다수 전환 거울(88) 편광화 빔 조합기(74)를 포함하는 하위-조립체(16)의 더 긴, 지연 경로를 따라서 안내된다. 다른 빔렛(84)은, 그 외번이 이루어지고 편광화 빔 조합기(74) 내로 더 커플링되는, 단일 축 외번 프리즘(76)을 통해서 전파된다.In particular, the preconditioned harmonic circular or elliptical Gaussian beam 80 is propagated through the? / 2 waveplate 82, configured to control the energy split, and is split into two vertically polarized Are further split in an upstream polarizing beam splitter 72 that directs the beamed beams 84 and 86. The beamlet 86 is guided along the longer, retarded path of the sub-assembly 16 including the multiple-conversion mirror 88 polarizing beam combiner 74. The other beamlet 84 is propagated through a single-axis external prism 76, whose exclusion is made and further coupled into the polarization beam combiner 74.

예를 들어, 경로(86)가 경로(84)보다 1 m 더 길다면, 2개의 경로들 사이에

Figure pct00003
3 ns의 시간차가 존재할 것이다. 150 MHz 반복율의 1.5 ns 펄스의 경우에, 이러한 지연은, 2개의 경로로부터의 분출 내의 펄스가 별개의 시간에 도달하는 것을 보장하기에 충분하고, 간섭은 존재하지 않을 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 청색 빔렛(86) 및 적색 빔렛(84)은, 시간적인 서로의 중첩이 없이 그리고 간섭이 없이, 3.3 ns의 지연으로 각각의 긴 경로 및 짧은 경로를 통과한다. 동일한 편광의 빔렛들은 6.7 ns 반복율에 상응하는 150 MHz에서 서로간을 따른다. 따라서, 서로 끼워진 빔렛들이
Figure pct00004
303 ns 분출로 300 MHz 유효 반복율로 출력된다. 만약 2개의 경로 사이의 시간 지연이 펄스 지속시간보다 짧지만 레이저 가간섭성 시간보다 긴 경우에, 간섭이 또한 없을 것임을 고려하여야 한다.For example, if path 86 is one meter longer than path 84,
Figure pct00003
There will be a time difference of 3 ns. In the case of a 1.5 ns pulse of 150 MHz repetition rate, this delay is sufficient to ensure that the pulses in the ejection from the two paths arrive at a distinct time, and no interference will be present. As shown in FIG. 7, the blue beamlet 86 and the red beamlet 84 pass through each long and short path with a delay of 3.3 ns, without temporal overlap of each other and without interference. Beamlets of the same polarization follow each other at 150 MHz, corresponding to a repetition rate of 6.7 ns. Thus,
Figure pct00004
303 ns is output with an effective repetition rate of 300 MHz. If the time delay between the two paths is shorter than the pulse duration but the laser is longer than the coherent time, it should be considered that there will also be no interference.

이러한 방법이 파리 눈보다 확실히 더 단순하지만, 빔의 보다 양호한 균질성이 파리 눈 방법으로 획득될 수 있는데, 이는 바이-프리즘 방법에서의 단지 2개의 광선에 대비되는 다수의 렌즈렛 및 그에 따른 다수의 빔렛 때문이다.Although this method is certainly simpler than the fly eye, the better homogeneity of the beam can be obtained with the flies eye method, which results in a plurality of lenslets compared to only two beams in the bi-prism method, Because.

도 8의 (a) 및 도 8의 (b) 그리고 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 균질화 하위-조립체(16)의 다른 변경예를 도시한다. 이러한 유형의 균질화기는 도 6의 바이-프리즘 단편화 및 재조합에 관한 것이고, 일반적으로 빔 조합으로 지칭될 수 있다. 특히, 시간 슬라이스 바이-프리즘 균질화기는, 펄스 분출 내의 2개의 펄스가 시간적 중첩을 가지고 특정 위치에 도달하지 않는 한, 다수의 빔 및/또는 빔 단편의 기하형태적 중첩을 통해서 빔 조합 균질화 기술까지 확장될 수 있다.Figures 8 (a) and 8 (b) and 9 (a) and 9 (b) illustrate another variation of the homogenization subassembly 16. This type of homogenizer relates to the bi-prism fragmentation and recombination of FIG. 6 and can be generally referred to as a beam combination. In particular, the time slice bi-prism homogenizer extends to beam combining homogenization techniques through the geometric superposition of multiple beams and / or beam fragments, as long as the two pulses in the pulse ejection do not reach a certain position with temporal overlap .

도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는, 중앙 균질 섹션(96)을 생성하기 위해서 중첩되고 시간적으로 점재된 네 개(4개)의 빔(88, 90, 92 및 94)을 각각 도시한다. 도 8의 (b)는 4개의 빔 중첩을 도시하고, 그러한 중첩에서 빔(88 및 94)은 동시적인 반면, 빔(90 및 92)은 점재된다. 확인될 수 있는 바와 같이, 빔은 시간적으로 또는 공간적으로 중첩되지 않는다. 시스템(10)의 문맥에서, 이러한 균질 섹션은 마스크에 의해서 크로핑되고 이어서 패널 표면 상으로 화상화된다.Figures 8 (a) and 8 (b) show four (four) beams 88, 90, 92 and 94 which are overlapped and temporally dotted in order to create a central homogeneous section 96 Respectively. Figure 8 (b) shows four beam overlays where beams 88 and 94 are simultaneous while beams 90 and 92 are spotted. As can be appreciated, the beams do not overlap in time or space. In the context of system 10, this homogeneous section is cropped by the mask and then imaged onto the panel surface.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 외반을 가지는 3개의 빔 중첩을 도시한다. 여기에서, 라인 빔의 대부분이 장축을 따라 균질하도록, 외측 빔이 외반된다. 그러한 방법은 라인 빔의 연장된 길이를 허용하고, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 큰 패널을 어닐링하기 위해서 이용되는 섬유 레이저 빔에서 요구되는 라인 봉합의 품질을 낮춘다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)의 크로핑 기술보다 더 효과적이지만, 이러한 기술은 여전히 균질화된 라인 빔의 단부들에서 레이저 파워를 폐기하였다.Figures 9 (a) and 9 (b) show three beams overlap with valgus. Here, the outer beam is distorted so that the majority of the line beams are uniform along the long axis. Such a method allows an extended length of the line beam and lowers the quality of the line suture required in the fiber laser beam used to anneal the large panel, as described further below. Although more effective than the cropping technique of Figures 8 (a) and 8 (b), this technique still discarded the laser power at the ends of the homogenized line beam.

가우스 빔 프로파일이 상단부 모자형 빔 프로파일로 변환될 수 있게 하는 가장 단순한 방법은, 균질성 요건 내에 있는 빔의 중앙 부분을 크로핑하는 것이다. 크로핑은 도 4의 마스크(대상) 평면(54)에서 이루어져야 하고, 이는 이어서 도 5의 대물 렌즈(60)를 통해서 조합된 대상/프로세스 (화상) 평면에 화상화된다. 이러한 방법에서 대물 렌즈(60)는, 각각의 축을 따른 상이한 축소를 가지는, 애너모픽 원통형 요소, 또는 일정한 축소를 제공하는 구면적으로 대칭적인 요소를 이용할 수 있다. 이러한 방법은 빔 에너지의 대부분을 폐기한다. 이와 관련하여, 빔 조합 방법은 단일 빔의 중앙, 균질 부분을 단순히 크로핑하는 것 보다 효율적이나, 여전히 동일한 문제를 갖는다.The simplest way to allow a Gaussian beam profile to be converted to a top hat beam profile is to crop the central portion of the beam within the homogeneity requirement. The cropping should be made in the mask (object) plane 54 of FIG. 4, which is then imaged onto the combined object / process (image) plane through the objective lens 60 of FIG. In this way, the objective lens 60 may use an anamorphic cylindrical element with different shrinkage along each axis, or a symmetrical element with a spherical area that provides a constant shrinkage. This method discards most of the beam energy. In this regard, the beam combining method is more efficient than simply cropping the center, homogeneous portion of a single beam, but still has the same problem.

도 10a 내지 도 10c는 각각의 빔 조합 구성을 도시한다. 도 10a는 2개의 선형적으로 p-편광화된 그리고 s-편광화된 입력 레이저 빔을 수용하는 편광화 빔 조합기를 포함하는 시스템을 도시한다. 입력 빔은, ½ 파동판을 각각 구비할 수 있는, 도시된 시스템의 각각의 레그(leg)를 따라서 전파된다. 도 10b는, 이러한 빔을 단일 빔 웨이스트(waist)로 포커스할 수 있는 필드 렌즈를 통과하는 다수의 빔들을 각도적으로 조합할 수 있는 빔 조합 구조물을 도시한다. 도 10c는, 상이한 차수들(orders)의 다수의 수렴 빔이 통과 빔들을 단일 출력 빔으로 조합하도록 구성된 회절 빔 조합기에 충돌하는, 빔 조합 배열체를 도시한다.Figures 10A-10C illustrate respective beam combining configurations. 10A shows a system including a polarized beam combiner that receives two linearly p-polarized and s-polarized input laser beams. The input beam propagates along each leg of the system shown, which may comprise a half-wave plate, respectively. Figure 10B shows a beam combining structure capable of angularly combining multiple beams passing through a field lens capable of focusing such beam into a single beam waist. Figure 10c shows a beam combining arrangement in which a plurality of converging beams of different orders collide with a diffracting beam combiner configured to combine the passing beams into a single output beam.

도 11의 (a) 내지 도 11의 (c)를 참조하면, 빔 균질화 하위조립체(16)는 비구면 광학 요소를 이용하여 가우스 빔의 아포다이제이션을 상단부 모자형 아포다이제이션으로 리맵(remap)하도록 구성된다. 이러한 유형의 가장 잘 알려진 예로 piShaper가 있다. piShaper는, 세기 프로파일이 제어된 방식으로 변형되는 망원경이고, 기본적인 원리 중 하나는, 이러한 유형의 균질화기를, 예를 들어, 단편화 및 재조합-기반과 구별하는, 전체 시스템의 영의 파동 수차(zero wave aberration)이다.Referring to Figures 11 (a) to 11 (c), the beam homogenization subassembly 16 utilizes an aspheric optical element to remap the apodization of the Gaussian beam to the top hat apodization . The best known example of this type is piShaper. piShaper is a telescope in which the intensity profile is transformed in a controlled manner and one of the basic principles is that the zero wave of the entire system, which distinguishes this type of homogenizer from, for example, fragmentation and recombination- aberration).

전술한 바와 같이, SLS 프로세스는 장축을 따른 균질화만을 절대적으로 요구한다. 최적의 상단부 모자형 재-아포다이제이션은 그에 따라 하나의 축만 있거나, 애너모픽일 것이다. 두 경우 모두에서, 원통체 렌즈가 요구된다. 도시된 시스템은, 예를 들어, 원형 빔을, 각각의 축을 따라 회절 제한된 지점 확산으로 균질화된, 1 mm의 긴 라인 빔으로 변환하도록 설계된 애너모픽 교차 비원통체 렌즈(98)를 포함한다. 이러한 렌즈는 빔 세기 프로파일을 포커스에서 직접적으로 변환한다. 이러한 방법은 마스크 평면을 조명하기 위해서 이용될 수 있고, 그러한 마스크 평면은 이어서 애너모픽 또는 비구면적으로 대칭인 대물 렌즈를 통해서 프로세스 평면 상으로 화상화된다. 본 발명의 실제 적용예에서, 장축을 따라 빔 프로파일을 변환하는 단일 애너모픽 렌즈의 이용이 요구된다. 이러한 방법은 입력 빔 프로파일 및 발산뿐만 아니라 집중 그리고 입사의 각도에 민감한 정렬이다. 그러한 방법을 이용하는 임의의 빔 전달은 10 미크론 단위의 빔 집중 및 10 마이크로 라디안의 직교성을 보장할 수 있어야 한다.As described above, the SLS process absolutely requires homogenization along the long axis. The optimal top hat re-apodization will thus be one axis only or anamorphic. In both cases, a cylindrical lens is required. The illustrated system includes, for example, an anamorphic cross cylindrical lens 98 designed to convert a circular beam into a 1 mm long line beam homogenized by diffraction limited point spread along each axis. These lenses convert the beam intensity profile directly in focus. This method can be used to illuminate a mask plane, which is then imaged onto the process plane through an objective lens that is symmetrical to anamorphic or acetabular areas. In an actual application of the present invention, the use of a single anamorphic lens to transform the beam profile along the long axis is required. This method is not only the input beam profile and divergence but also the concentration and angle-sensitive alignment of the incidence. Any beam propagation using such a method should be able to guarantee a beam concentration of 10 microns and orthogonality of 10 micro radians.

이제 프로파일의 스캐닝 시스템 및 스캐닝 하위조립체(16)를 설명하면, 특정 길이 및 세기를 가지는 라인 빔이 특정 속도로 희망 결정화 라인의 전체 길이를 따라서 스캐닝되는 경우에, 희망 노출 시간 및 영향으로 전체 라인을 균질하게 조사할 수 있다. 이러한 방법은 임의의 길이의 연속적으로 긴 라인을 생성하기 위해서 장축 방향으로 짧은 빔이 끌릴(drag) 수 있게 하고, 그에 따라 라인 봉합을 불필요하게 한다. 단축을 따른 빔의 프로파일은 덜 중요하나, 빔의 길이를 따라서 일정하게 유지되어야 한다. 상단부 모자형 또는 심지어 수퍼가우스(supergaussian) 단축 프로파일은 레이저 파워의 더 많은 이용을 가능하게 할 것이나, 프로세스가 효과적이게 하는데 있어서 필수적인 것은 아니다. 스캐닝 기술은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 도 16a 내지 도 16d의 회전 거울 또는 음향-광학 편향기(AOD)에 의해서 실현된다.Now that the scanning system and scanning subassembly 16 of the profile is described, it will be appreciated that when a line beam having a particular length and intensity is scanned along the entire length of the desired crystallization line at a specific speed, Homogeneous irradiation can be performed. This method allows a short beam to drag in the major axis direction to create successive long lines of arbitrary length, thereby obviating line sealing. The profile of the beam along the minor axis is less important, but must remain constant along the length of the beam. A top hat or even a supergaussian shortening profile will make more use of laser power possible, but it is not necessary for the process to be effective. The scanning technique is realized by a rotating mirror or an acousto-optical deflector (AOD) of Figs. 16A to 16D, as described below.

도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 스캐닝 기술을 구현하는 일반적인 동작 원리 구성을 도시한다. 도 11의 (a)는 화살표(A)의 방향으로 긴 라인을 조사하는 일정한 펄스의 빔을 도시한다. 라인을 따른 모든 위치는, 예를 들어, 동일한 상단부 편평 빔(도 11의 (c))에 노출되고, 그에 따라 특정의 시점에서, 초기 부분(101)이 완전히 결정화된다. 최근에 조사된 라인 범위(103)는 여전히 결정화의 프로세스 이내이고, 패널이 화살표(A)를 따라서 더 이동될 때 완전히 결정화될 것이고, 라인 범위(105)는 현재 조사되고 있고 범위(107)는 아직 조사되지 않는다. 도 11의 (b)에 도식적으로 도시된 결정화하고자 하는 라인의 열 프로파일은 전술한 라인 범위(101 내지 107)의 상태를 도시한다.Figures 12 (a) and 12 (b) show a general operating principle configuration for implementing a scanning technique. Fig. 11 (a) shows a beam of constant pulses irradiating a long line in the direction of arrow (A). All positions along the line are exposed, for example, to the same top end flat beam (Figure 11 (c)), so that at a particular point in time, the initial portion 101 is completely crystallized. The recently investigated line range 103 is still within the process of crystallization and will be completely crystallized as the panel is further moved along the arrow A and the line range 105 is currently being examined and the range 107 Not investigated. The thermal profile of the line to be crystallized, which is schematically shown in Fig. 11 (b), shows the state of the line ranges 101 to 107 described above.

주어진 레이저 파워 및 라인 빔 폭에 대해서, 희망하는 영향 및 노출 시간을 달성하기 위한 필요 라인 빔 길이 및 스캐닝 속도는 이하와 같이 결정될 수 있다: 길이(Lb) 및 이동 속도(v)의 라인 빔을 가지는 도 11의 (c)의 상단부 모자형 라인 빔을 가정한다. 이러한 속도에서, 노출 시간은For a given laser power and line beam width, the required line beam length and scanning speed to achieve the desired effect and exposure time can be determined as follows: A line beam of length L b and moving speed v Assume the upper hat-shaped line beam of Fig. 11 (c). At this rate, the exposure time is

T = Lb/v이다.T = L b / v.

그에 따라, 노출 시간(T) 및 라인 빔 길이(Lb)의 경우에, 요구되는 속도는:Thus, in the case of exposure time T and line beam length L b , the required speed is:

v = Lb/T 이다.v = L b / T.

표적 레이저 파워(P), 및 라인 빔 폭(Wb)에 대해서, 세기는:For the target laser power P and the line beam width W b , the intensity is:

I = P/Lb Wb 이다.I = P / L b and b .

임의 지점에서의 스캐닝 영향을:The scanning effect at any point is:

H = I T = P T / Lb Wb 이다.H = IT = PT / L b and b .

전술한 것을 요약하면, 레이저 파워(P) 및 라인 빔 폭(Wb)에서, 희망 영향(H) 및 노출 시간(T)에 대해서, 필요 라인 길이 및 스캐닝 속도가:To summarize the above, for the desired effect H and exposure time T, the required line length and scanning speed are set to be: laser power P and line beam width W b :

Lb = P T/H Wb L b = PT / HW b

v = P/H Wb 라는 것이 용이하게 확인된다.it is easily confirmed that v = P / HW b .

예:Yes:

레이저 파워 = 150 WLaser power = 150 W

라인 빔 폭 = 5 ㎛Line beam width = 5 탆

요구되는 노출 시간 = 300 nsRequired exposure time = 300 ns

요구되는 영향 = 0.7 J/cm2 (7,000 J/m2)Required effect = 0.7 J / cm 2 (7,000 J / m 2 )

전술한 것을 기초로, 라인 빔 길이(Lb) = 1.3 mmBased on the foregoing, the line beam length Lb = 1.3 mm

스캐닝 속도 = 4,300 m/s 이다.Scanning speed = 4,300 m / s.

도 13의 (a) 내지 도 13의 (d)는 스캐닝 구성을 개념적으로 도시한다. 레이저 공급원은, 스캐닝 조립체 이후에 마스크 평면 내에서 또는 화상 평면에서 직접적으로 희망 빔 프로파일을 생성하는 빔 컨디셔닝 하위조립체를 통과하는 고조파 빔을 출력한다. 도 13의 (b) 내지 도 13의 (d)를 간략히 설명하면, 희망 프로파일은 양 축(104)을 따른 가우스, 하나의 축의 방향을 따른 가우스/준(Quasi) 가우스 및 다른 축(106)의 방향을 따른 상단부 모자형 그리고 108에 의해서 표시된 바와 같은 양 축의 방향을 따른 상단부 모자형 프로파일일 수 있다. 만약 상단부 모자형 프로파일을 희망한다면, 균질화 하위조립체가 요구되고, 그 구성은 레이저 빔 특성 및 희망 프로파일에 따라 달라진다. 빔은, 마스크 평면을 통과하기 전에 또는 화상 평면 패널에 직접적으로 전달되기 전에, 스캐너 및 스캐닝 광학기기 상으로 입사되어 희망 빔 프로파일을 획득한다.Figures 13 (a) to 13 (d) conceptually show the scanning configuration. The laser source outputs a harmonic beam that passes through a beam conditioning subassembly that produces a desired beam profile in the mask plane or directly in the image plane after the scanning assembly. 13 (b) to 13 (d), the desired profile is defined by the gauss along both axes 104, the Gaussian / Quasi Gauss along the direction of one axis, And a top hat profile along the direction of both axes as indicated by 108. The top hat profile shown in FIG. If a top hat profile is desired, a homogenization subassembly is required, the configuration of which depends on the laser beam characteristics and the desired profile. The beam is incident on the scanner and the scanning optics to obtain the desired beam profile before passing through the mask plane or before being transmitted directly to the image flat panel.

도 14a 내지 도 14e는, 1각형(monogon) 또는 다면형 다각형(100)과 같은, 회전 거울을 구비한 빔 전달 및 스캐닝 하위조립체(18)의 가능한 구성 중 하나를 도시한다. 도 2를 간략히 다시 설명하면, 스캐너(100)는 전환 거울(46) 대신에 갠트리 기계에 장착되고 마스크를 조명하기 위해서 균질화기와 함께 또는 균질화기가 없이 이용될 수 있다. 면은 45o 또는 90o 와 같은 임의 각도로 배향될 수 있고, 도 14b 내지 도 14e에 도시된 망원경식의, 원통형 갈리린 확산기를 향해서 광 경로를 따라 고조파 빔을 편향시킨다. 이어서, 확장된 빔은, 대물 렌즈(60) 내로 커플링되기 전에, 단축 필드 렌즈(50), 마스크(54) 및 전환 거울(58)을 통과한다.Figs. 14A-14E illustrate one possible configuration of a beam delivery and scanning subassembly 18 with a rotating mirror, such as a monogon or polygonal polygon 100. Fig. 2, the scanner 100 may be used with a homogenizer or without a homogenizer to illuminate the mask and mounted to the gantry machine instead of the switch mirror 46. [ The plane may be oriented at any angle, such as 45 o or 90 o, and deflects the harmonic beam along the optical path towards the telescopic cylindrical gallylin diffuser shown in Figs. 14b through 14e. The extended beam then passes through the uniaxial field lens 50, the mask 54 and the switching mirror 58 before being coupled into the objective lens 60.

다른 유형의 스캐닝-기반의 빔 전달 시스템은 음향-광학 영향에 의존하고 AOD로서 추가적으로 지칭되는 광학 솔리드 스테이트 편향기의 이용을 포함한다. 도시하지는 않았으나 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 AOD는 이동 부분을 포함하지 않고, 그에 따라 기계적 스캐너보다 빠른 편향 속도를 나타내고 더 신뢰 가능하다. AOD는, 재료 내의 음파를 전파에 의해서 유도되는, 광학적으로 투명한 재료 내에서 굴절률을 주기적으로 변화시키는 것을 기초로 한다. 굴절률을 변화시키는 것은, 재료의 밀도 변화를 유도하는, 재료의 굴절 및 압축의 결과이다. 이러한 주기적으로 변화되는 굴절률은, 재료를 통해서 이동되는 레이저 빔을 회절시킬, 결정 내에서 소리의 속력으로 이동되는, 광학 격자와 유사하게 작용한다.Other types of scanning-based beam delivery systems include the use of optical solid state deflectors, which are dependent on acousto-optic effects and are additionally referred to as AODs. AOD, which is not well-known to those of ordinary skill in the art, does not include a moving part and thus exhibits a faster deflection rate than a mechanical scanner and is more reliable. AOD is based on periodically varying the refractive index in an optically transparent material, which is induced by propagation of sound waves in the material. Changing the refractive index is a result of the refraction and compression of the material, which leads to a change in the density of the material. This periodically varying refractive index acts similarly to an optical grating, which is moved by the speed of sound in the crystal, which diffracts the laser beam traveling through the material.

SLS의 맥락에서, 라인 빔으로 어닐링하고자 하는 패널은, 개별적인 분출 모드 섬유 레이저로 달성될 수 있는 라인 빔의 길이 보다 몇 자릿수 더 큰 크기이다. 따라서, 입자 크기가 1 미크론보다 작고 0.2 미크론 정도로 작은 연속적인 폴리-Si 입자 구조를 효과적으로 달성하기 위해서 개별적인 또는 다수의 레이저로부터의 빔을 함께 봉합하는 것이 필요하다.In the context of SLS, the panel to be annealed with a line beam is several orders of magnitude larger than the length of the line beam that can be achieved with an individual ejection mode fiber laser. Therefore, it is necessary to seal together the beams from individual or multiple lasers in order to effectively achieve a continuous poly-Si particle structure with a particle size of less than 1 micron and as small as 0.2 microns.

ELA 프로세스를 위해서 이용되는 엑시머 레이저는 낮은 반복율과 함께 펄스당 큰 에너지를 갖는다. 이는, 그러한 레이저가 큰 패널의 단일 라인 어닐링에 적합하게 하고, 라인 빔은 전체 패널 폭을 둘러싼다.Excimer lasers used for the ELA process have a large energy per pulse with a low repetition rate. This makes such a laser suitable for single-line annealing of large panels, and the line beam encompasses the entire panel width.

그러나, 동일한 총 파워 출력을 가지는 분출 모드 섬유 레이저는 몇 자릿수만큼 더 작은 펄스 에너지를 가지며, 몇 자릿수 더 큰 반복율을 필요로 한다. 펄스 에너지는 너무 낮아서 단일 레이저로부터의 라인 빔이 전체 패널 폭을 둘러싸게 할 수 없다.However, an ejection mode fiber laser with the same total power output has a pulse energy that is a few orders of magnitude smaller and requires a larger number of repetition rates. The pulse energy is too low to allow the line beam from a single laser to encircle the entire panel width.

이러한 이유로, 결과적인 폴리-Si 입자 구조가 관심 영역에 걸쳐 연속적이 되도록, 개별적인 라인 빔을 함께 봉합하거나 스캔할 필요가 있다. 관심 영역은 전체 패널 지역일 수 있거나, 그 일부일 수 있다.For this reason, it is necessary to seal or scan the individual line beams together so that the resulting poly-Si particle structure is continuous across the region of interest. The area of interest may be the entire panel area, or it may be a part thereof.

또한, 매우 큰 반복율에서, SLS 결정화가 발생되기 위한 충분한 냉각을 허용하기에 충분치 못한 시간이 개별적인 분출들 사이에 존재할 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 빔 위치에서 결정화 발생을 위한 충분한 냉각이 존재하도록, 모든 제2 라인 빔을 제1 통과에 배치할 필요가 있을 수 있고, 이어서 개재되는(intervening) 라인 빔을 제2 통과에 배치할 필요가 있다. 대안적으로, 펄스 픽킹 방법 또는 장축 방향으로 동시에 스캐닝하는 방법이 구현될 수 있다. 펄스 픽킹은 통과마다 모든 제2 라인을 배치하는 것 대신에, 또는 그와 함께 이용될 수 있다. 2개의 인접한 라인을 장축 내에서 함께 봉합하는 것은 상당한 난관을 제공한다. 이상적으로 각각의 라인 빔은 완벽하게 날카로운 연부를 가질 것이고, 인접한 빔들의 연부들이 정확하게 접경될 것이다.Also, at very high repetition rates, there may be insufficient time between individual ejections to allow sufficient cooling for SLS crystallization to occur. In such a case, it may be necessary to arrange all the second line beams in the first pass so that there is sufficient cooling for the occurrence of crystallization at each beam position, and then the intervening line beam is passed through the second pass You need to deploy. Alternatively, a pulse picking method or a method of simultaneously scanning in the major axis direction can be implemented. Pulse picking may be used instead of, or in conjunction with, all second lines per pass. Suturing two adjacent lines together in the long axis provides considerable difficulty. Ideally, each line beam will have a perfectly sharp edge, and the edges of adjacent beams will be precisely bounded.

다른 가능성은, 인접한 빔들이 중첩될 때 유효 세기가 균질하게 유지되도록, 빔의 단부의 세기 프로파일을 재단하는 것이다. 비록 중첩되는 가간섭 빔에서 가간섭성/스페클 문제가 존재하지만, 각각의 분출 내의 개별적인 펄스가 동시에 도달하지 않도록, 인접 빔들을 점재시킬 수 있다.Another possibility is to trim the intensity profile of the end of the beam so that the effective intensity remains homogeneous when adjacent beams overlap. Although there are coherence / speckle problems in the overlapping interference beams, adjacent beams can be spotted so that individual pulses within each ejection do not arrive at the same time.

이하의 개시내용은 연속적인 폴리-Si 커버리지를 위한 다양한 빔 라인들의 봉합 방법을 포함한다. 빔 전달 및 패널 핸들링 하위조립체를 제어하는 것은, 다양한 라인 패턴 및 개별적인 라인 빔이 봉합되어 관심 영역을 둘러싸게 하는 방식을 제공할 수 있다.The following disclosure includes a method of sealing various beam lines for continuous poly-Si coverage. Controlling the beam delivery and panel handling subassemblies can provide a way for various line patterns and individual line beams to be sealed to surround the area of interest.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)를 참조하면, 1-D 스캐닝을 가지는 연속적인 라인은, LA 연속적 라인 빔과 다소 유사하게, 개별적인 빔이 효과적으로 연속적인 라인을 구성하도록 개별적인 빔을 정렬시키기 위해서 이용되는 개념적으로 가장 단순한 방법이다. 이어서, 이러한 효과적인 라인 빔은 도 16a에 도시된 바와 같이 전체 패널을 따라서 일(1) 차원으로 스캐닝될 것이다. 개별적인 라인 빔의 치수에 따라, 이는 대물 렌즈/투사 렌즈 및 기타 광학 요소의 매우 조밀한 충진(packing)을 초래할 수 있고, 그에 따라 장착 및 정렬 고정이 극도의 난관이 될 수 있다.Referring to Figures 15 (a) and 15 (b), successive lines with 1-D scanning have a separate beam, which is somewhat analogous to the LA continuous line beam, so that the individual beams effectively constitute a continuous line. It is the simplest conceptually used to align. This effective line beam will then be scanned in one dimension along the entire panel as shown in Figure 16A. Depending on the dimensions of the individual line beams, this may result in very tight packing of the objective lens / projection lens and other optical elements, so that mounting and alignment fixation can be an extremely difficult challenge.

도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는, 조밀한 충진 문제를 완화시키는 각각의 구성을 도시한다. 접힘 거울(fold mirror)(110)을 개별적인 빔의 웨이스트 부근에 즉, 화상 평면에 근접하여 배치함으로써, 빔들 사이에 충분한 자유 공간이 존재한다. 개별적인 대물/투사 렌즈 또는 렌즈들(60)(도 5)은, 다수 레이저 빔의 경우에, 이러한 렌즈의 고정을 위한 공간을 자유롭게 하기 위해서 상이한 배향들로 순차적으로 배치될 수 있다. 각각 도 15의 (a) 및 도 15의 (b) 상의 2개의 도시된 배열체는 개별적인 라인 빔의 교번적인 방향 접힘, 및 3방향 접힘 적층을 도시한다. 이러한 기본적인 개념은 동일한 목표를 달성하기 위한 다른 구성으로 확장될 수 있다. 연속적인 라인을 생성하는 것과 관련된 난관은 일차적으로 정렬, 가간섭적인 간섭, 자동 포커스 및 기계적/열적 안정성과 관련된다.Figures 15 (a) and 15 (b) illustrate respective configurations for mitigating the compact filling problem. By placing the fold mirrors 110 near the waist of the individual beams, i.e., close to the image plane, there is sufficient free space between the beams. The individual objective / projection lenses or lenses 60 (Fig. 5) may be sequentially arranged in different orientations to free up space for the fixation of such lenses, in the case of multiple laser beams. The two illustrated arrangements on Figures 15 (a) and 15 (b) respectively show alternating directional folding of individual line beams, and three-way folding lamination. This basic concept can be extended to other configurations to achieve the same goal. The difficulties associated with generating successive lines are primarily associated with alignment, interference interference, autofocus, and mechanical / thermal stability.

결과적인 연속적 라인 빔이 어닐링 프로세스를 지원하기 위해서 세기 및 프로파일 모두에서 충분히 균질하도록, 개별적인 라인 빔은, 위치 및 각도 모두에서, 주의 깊게 정렬되어야 한다. SLS 프로세스를 위해서, 개별적인 빔은 전체 연속적 결정화 라인 길이를 따라서

Figure pct00005
0.1 ㎛ 공차까지 서로에 대해서 정렬되어야 한다.The individual line beams must be carefully aligned, both in position and in angle, so that the resulting continuous line beam is sufficiently homogeneous in both intensity and profile to support the annealing process. For the SLS process, the individual beams are aligned along the entire continuous crystallization line length
Figure pct00005
They should be aligned with respect to each other up to a tolerance of 0.1 mu m.

개별적인 라인 빔들이 만나는 곳에서 일부 중첩이 요구된다. 중첩의 범위는 특정 빔 프로파일에 따라 다를 것이다. SLS 프로세스를 위해서 이용되는 섬유 레이저는 큰 공간적 및 시간적 가간섭성을 가지고, 중첩될 때 간섭 영향을 받기 쉽다. 이웃하는 개별적인 빔들 모두는 서로에 대해서 무작위적인 위상을 가져야 하거나, t 프로파일 및 속도 하위조립체를 참조하여 전술한 바와 같이, 각각의 분출 내의 개별적인 펄스들이 이웃하는 라인 빔에 대해서 별개의 시간들에 도달하도록 펄스 분출들이 타이밍되어야 한다.Some overlap is required where individual line beams meet. The range of superposition will depend on the specific beam profile. Fiber lasers used for SLS processes have large spatial and temporal coherence and are susceptible to interference when superimposed. All of the neighboring individual beams must have a random phase with respect to each other or the individual pulses in each ejection should arrive at distinct times for the neighboring line beams as described above with reference to the t profile and velocity subassembly Pulse ejections must be timed.

비록 개별적인 라인 빔이 요구되는 연속적인 라인 빔 매개변수를 전달하도록 구성될 수 있더라도, 큰 지역의 패널을 연속적으로 프로세스하는 동안 라인 빔은 정렬을 유지하여야 한다. 예를 들어 8세대 패널의 큰 치수를 고려하면, 차별적인 열 팽창으로 인해서, 심지어 1 ℃의 작은 온도차도 패널 치수에 걸쳐 10 ㎛ 이상의 오정렬을 초래할 수 있다.Although the individual line beams may be configured to carry the required continuous line beam parameters, the line beams must maintain alignment while continuously processing large area panels. Considering the large dimensions of the eighth-generation panel, for example, due to the differential thermal expansion, even a small temperature difference of 1 占 폚 can cause misalignment of more than 10 占 퐉 over the panel dimensions.

또한, 단일 통과에서의 결정화 발생을 위해서 분출 반복율이 너무 크다면, 모든 제2 분출을 제1 통과에 배치하고 이어서 나머지 분출을 제2 통과에 채우는 것이 요구될 수 있다.Also, if the ejection repetition rate is too large for the crystallization occurrence in a single pass, it may be required to place all the second ejections in the first pass and then fill the remaining ejections in the second pass.

마지막으로, 레이저 프로세스의 포커스의 깊이가 제한될 것이고, 이는 패널이 필요한 포커스 깊이를 충족시키기에는 불충분한 편평도를 가지게 할 수 있다. 이러한 경우에, 개별적인 라인 빔의 각각에 대해서 동적 자동 포커스를 구현할 필요가 있을 것이다.Finally, the depth of focus of the laser process will be limited, which may cause the panel to have insufficient flatness to meet the required focus depth. In this case, it will be necessary to implement dynamic autofocus for each of the individual line beams.

연속적인 라인의 추가적인 변경예는 도 16b에 도시된 바와 같은 다수 통과를 포함한다. 만약 연속적인 라인의 길이가 패널 폭의 일부로 제한된다면, 통과들 사이에 라인 빔 오프셋을 가지고, 몇몇 통과를 이용하는 것에 의해서 전체 패널이 커버될 수 있다. 만약 라인이 ½ 패널 폭이라면, 2번의 통과가 요구될 수 있다. 1/3 패널 폭은 3번의 통과를 요구할 수 있고, 기타 등등이 요구될 수 있다. 이러한 접근 방식이 전체 패널 폭 라인 빔과 연관된 난관의 일부를 용이하게 하지만, 통과들 사이에서 폴리-Si 입자 구조의 연속성을 유지하는 것과 연관된 난관이 존재한다. 연속적인 통과에서의 분출은

Figure pct00006
0.1 ㎛ 의 정확도까지 양 축으로 정렬되어야 한다. 다시, 반복율이 너무 크다면, 순차적인 분출들의 물리적 분리가 요구될 것이다.A further variation of successive lines includes multiple passes as shown in Figure 16B. If the length of a continuous line is limited to a portion of the panel width, the entire panel can be covered with a line beam offset between passes and by using several passes. If the line is ½ panel wide, two passes may be required. 1/3 panel width may require 3 passes, and so on. While this approach facilitates some of the fallopian tubes associated with the entire panel width line beam, there is a fallout associated with maintaining the continuity of the poly-Si particle structure between passes. The ejection in successive passes
Figure pct00006
It should be aligned on both axes to an accuracy of 0.1 μm. Again, if the repetition rate is too large, a physical separation of sequential sprays will be required.

도 17의 (a) 및 도 17의 (b)를 참조하면, 다수의 짧은 라인 빔으로부터 연속적인 라인 빔을 생성하고자 하는 시도 대신에, 빔이 일 방향으로 스캔될 수 있고 다른 방향으로 스텝핑되어 연속적인 폴리-Si 입자 구조를 제공할 수 있도록, 균일하게 이격된 개별적인 라인 빔을 패널에 걸쳐 분산시킬 수 있다. 간결함을 위해서, 라인 빔은 단계마다(step after step) 동일한 방향으로 스캐닝된다. 대안적으로, 각각의 통과에 대한 스텝핑 이후에 교번적인 방향으로 스캐닝할 수 있다. 레이저의 수, 레이저의 특정 특성, 개별적인 라인 빔 치수, 및 개별적인 라인 빔을 어떻게 생성하는지에 따라서, 빔의 실제 수는 몇 개 내지 몇 십 개일 수 있다. 다시, 분출 반복율은 순차적인 분출들의 물리적 분리를 요구할 수 있다. 도 17의 분리된 라인 빔들이 도 16의 많은 수의 연속적으로 봉합된 개별적인 라인 빔으로 각각 이루어지도록, 도 16b 그리고 도 17의 (a) 및 도 17의 (b)에 도시된 실시예가 조합될 수 있다.17A and 17B, instead of attempting to generate a continuous line beam from a plurality of short line beams, the beam can be scanned in one direction and stepped in the other direction to form a continuous Separately spaced individual line beams can be scattered across the panel to provide a poly-Si particle structure. For the sake of brevity, the line beam is scanned in the same direction step by step. Alternatively, it may be scanned in an alternate direction after stepping for each pass. Depending on the number of lasers, the particular characteristics of the lasers, the individual line beam dimensions, and how the individual line beams are generated, the actual number of beams can be from several to several tens. Again, the ejection repetition rate may require physical separation of sequential ejections. The embodiment shown in Figures 16b and 17a and 17b can be combined so that the separate line beams of Figure 17 are each made up of a number of successively seamed individual line beams of Figure 16, have.

순차적인 분출들을 물리적으로 분리하는 요건은 반복률 및/또는 맞물림 제약으로 인해서 발생될 수 있다. 순차적인 펄스들을 물리적으로 분리하기 위한 2가지 기본적인 방법이 있다.The requirement for physically separating sequential spatters may arise due to repetition rate and / or engagement constraints. There are two basic methods for physically separating sequential pulses.

하나의 기술은 증가된 스캔 속력을 가지는 다수의 통과를 포함한다. 여기에서, 개별적인 펄스들이 물리적으로 분리되어 모든 제2 라인 빔을 생성하도록, 단일 라인 빔이 충분한 속력으로 패널에 대해서 단축 방향으로 스캔된다. 연속적으로 발생되는 통과가 단축 방향으로 오프셋되고, 그에 따라 누락된 교번적인 라인 빔들이 배치된다.One technique involves multiple passes with increased scanning speed. Here, a single line beam is scanned in the minor axis direction with respect to the panel at a sufficient speed so that individual pulses are physically separated to produce all the second line beams. The successively generated pass is offset in the minor axis direction, so that the missing alternating line beams are disposed.

이러한 전술한 기술은 라인 빔 간격을 요구하는 다른 기술에 비해서 가장 개념적으로 단순한 것이나, 이는 또한 단일 통과에서 라인 빔들을 연속적으로 배치하는 것에 비해서 스캔 속력의 배가(doubling)를 요구한다. 예를 들어, 만약 레이저가 1MHz에서 동작되고, 라인 빔이 2 ㎛ 마다 이격되어야 한다면, 단일 통과는 2m/s의 스캐닝 속력을 필요로 하는 반면, 2배의 통과는 4m/s를 필요로 할 것이다. 이는, 0.1 ㎛ 레벨의 정확도로 큰 패널에 걸쳐 빔을 스캔하기 위한 극히 빠른 속력이다.While this above described technique is most conceptually simple compared to other techniques requiring line beam spacing, it also requires a doubling of the scan speed relative to successively placing the line beams in a single pass. For example, if the laser is operated at 1 MHz and the line beam should be spaced every 2 μm, a single pass would require a scanning speed of 2 m / s, whereas a double pass would require 4 m / s . This is an extremely fast speed for scanning the beam across a large panel with an accuracy of 0.1 mu m level.

만약, 맞물림 비율이 2 보다 큰, 다수-통과 맞물림이 구현된다면, 스캐닝 속력 문제는 맞물림 비율과 선형적으로 정도가 더해진다(compounded).If multi-pass engagement is implemented with an engagement ratio greater than 2, then the scanning speed problem is compounded linearly with the engagement ratio.

만약 펄스 분출이 상이한 빔 라인들로 순차적으로 분리된다면, 개별적인 빔 라인에 대한 유효 반복률이 계수에 의해서 감소되도록, 일정한 계수 값에서 반복된다. 2 m/s의 단일 빔 라인을 요구하는 전술한 예는, 예를 들어, 계수가 4라면, 500 mm/s의 4개의 빔 라인으로 수정될 수 있다.If the pulse ejection is sequentially separated into different beam lines, it is repeated at a constant coefficient value such that the effective repetition rate for the individual beam lines is reduced by the coefficient. The above example requiring a single beam line of 2 m / s can be modified to, for example, four beam lines of 500 mm / s if the coefficient is four.

만약 다수 스캔이 이용된다면, 다수 통과 연속 라인 빔, 별개의 라인 빔 위치, 또는 그 조합이든지 간에, 개별적인 통과들 사이의 이음매(seam)에서 난관이 항상 존재할 것이다. 이음매에 걸쳐 폴리-Si 입자 구조의 연속성을 유지하는 것은 난관이 될 것이다. SLS 어닐링된 패널로부터 제조하고자 하는 최종 장치를 위한 특정 요건은 허용 가능한 이음매 불연속성을 규정할 것이다.If multiple scans are used, there will always be a fallout at the seam between the individual passes, whether a multiple pass continuous line beam, a separate line beam location, or a combination thereof. Maintaining the continuity of the poly-Si particle structure across the seam will be a challenge. The specific requirements for the final device to be fabricated from the SLS annealed panel will define an acceptable seam discontinuity.

만약 그러한 요건이 너무 엄격하여 연속적인 이음매로 충족시킬 수 없다면, 빔 맞물림 체계를 구현할 수 있고, 도 18, 도 19, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 개별적인 빔들 사이의 경계들이 패널에 걸쳐 엇갈린다. 맞물림의 정도에 따라, 장치 트랜지스터가 빔 봉합 경계의 특정 부분 지역보다 더 큰 지역을 가지지 않는 것이 보장될 수 있다.If such a requirement is too rigid and can not be met with successive joints, a beam engagement scheme may be implemented and boundaries between the individual beams may be applied across the panel, as shown in Figures 18, 19, 20 and 21 They are staggered. Depending on the degree of engagement, it can be ensured that the device transistor does not have a region larger than a particular partial region of the beam sealing boundary.

맞물림은 또한 패널 상에서 물리적으로 인접되는 빔의 배치 시간을 분리하는 것에 관한 부가된 장점을 가지며, 그에 의해서 큰 반복률로 인한 펄스들 사이의 부적절한 결정화 시간의 영향을 감소 또는 제거한다.Engagement also has the added advantage of separating the placement time of physically adjacent beams on the panel thereby reducing or eliminating the effect of improper crystallization time between pulses due to a large repetition rate.

도 18의 (a) 내지 도 18의 (c)를 참조하면, 맞물림은 개별적인 통과와 오프셋되게 각각 배치하는 것에 의해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 만약 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이 2-빔 맞물림이 요구된다면, 펄스 간격이 정확히 2 라인 폭이 되도록, 스캔 속력이 결정될 수 있을 것이다. 이어서, 빔은 빔 길이의 절반만큼 패널에 대해서 스텝핑될 것이다. 제2 통과는 펄스를 제1 통과의 펄스들 사이에 정확하게 배치할 것이다. 이어서, 빔은 다시 빔 길이의 절반만큼 스텝핑될 것이고, 도 18의 (c)에 도시된 바와 같이, 제3 통과는 제1 통과의 빔과 정확하게 정렬된 빔을 배치할 것이다. Referring to Figures 18 (a) - 18 (c), the engagement can be achieved by disposing them offset with individual passes. For example, if two-beam engagement is required, as shown in Figure 19 (b), the scan speed may be determined such that the pulse interval is exactly two line widths. The beam will then be stepped over the panel by half the beam length. The second pass will place the pulse correctly between the pulses of the first pass. The beam will then be stepped again by half the length of the beam, and the third pass will place the beam exactly aligned with the beam in the first pass, as shown in Figure 18 (c).

만약 도 19의 (a) 내지 도 19의 (e)에 도시된 바와 같이 3-빔 맞물림이 요구된다면, 펄스들이 3개 라인 폭만큼 이격되고 스텝 크기가 통과들 사이에서 빔 길이의 1/3이 되는 것을 제외하고, 동일한 과정이 후속될 것이다. 맞물리는 빔의 수는 임의로 크게 선택될 수 있다. 이러한 방법은 최대로 달성 가능한 시스템 스캔 속력에 의해서 제한될 것이다. 주어진 펄스 반복률 및 라인 폭에서, 요구되는 스캔 속력은 맞물린 빔의 수와 함께 선형적으로 증가될 것이다. 맞물림은 반복률 및 결정화 시간과 관련된 모든 문제를 자동적으로 제거한다. If three-beam engagement is required, as shown in Figures 19 (a) to 19 (e), the pulses are spaced by three line widths and the step size is one third of the beam length between passes The same process will follow. The number of interlocking beams can be chosen arbitrarily large. This method will be limited by the maximum achievable system scan speed. At a given pulse repetition rate and line width, the required scan speed will increase linearly with the number of interdigitated beams. Engagement automatically eliminates all problems related to repetition rate and crystallization time.

도 20의 (a) 내지 도 20의 (d) 및 도 21의 (a) 내지 도 21의 (c)를 참조하면, 모든 펄스를 개별적으로, 한번에 하나의 통과로 배치하는 대신에, 모든 요구되는 맞물림이 단일 통과 내에서 발생되도록 다수의 빔을 동시에 배치할 수 있다. 이러한 형상(figure)은 단일 통과 2-빔 3-빔 맞물림을 설명한다. 단일 스캔 중에, 다수의 빔이 맞물리도록, 빔들이 서로에 대해서 배치된다. 개별적인 펄스 배치를 위한 모드에서와 같이, 맞물린 빔의 수는 구현예의 실용성에 의해서만 제한된다.Referring to Figures 20 (a) through 20 (d) and Figures 21 (a) through 21 (c), instead of placing all the pulses individually in one pass at a time, Multiple beams can be simultaneously placed so that engagement occurs within a single pass. This figure illustrates single pass two-beam three-beam engagement. During a single scan, the beams are arranged with respect to each other such that a plurality of beams are engaged. As in the mode for individual pulse placement, the number of interlocked beams is limited only by the practicality of the implementation.

스캔 방향으로 개별적인 빔들을 분리함으로써, 이러한 방법은 결정화 시간과 관련하여 유효 반복률을 맞물린 펄스의 수와 함께 선형적으로 감소시킨다. 이러한 방법은 맞물린 패턴을 채우기 위해서 요구되는 통과의 수를 감소시킬 뿐만 아니라, 도 22의 펄스 픽킹 방법과 조합되어 양호하게 작용한다.By separating the individual beams in the scanning direction, this method linearly reduces the effective repetition rate with respect to the crystallization time, together with the number of engaged pulses. This method works well in combination with the pulse picking method of Figure 22, as well as reducing the number of passes required to fill the interlocking pattern.

빔 봉합 방법은 레이저 및 시스템 재원의 제약 내에서 요구되는 p-Si 입자 특성을 달성하기 위해서 조합되어 구현될 수 있다. 또한, 개시된 기술의 각각 및 그 조합은 다수의, 협력적인 레이저 공급원으로, 그리고 또한 후술되는 펄스 픽킹 방법과 함께 구현될 수 있다.The beam sealing method can be implemented in combination to achieve the p-Si particle characteristics required within the constraints of the laser and system resources. In addition, each of the disclosed techniques and combinations thereof can be implemented with multiple, cooperative laser sources, and also with the pulse picking method described below.

전술한 바와 같이, 큰 레이저 반복률은 SLS에서 펄스들 사이에서 결정화를 위한 불충분한 시간을 초래할 수 있다. 물리적으로 분리된 펄스들로 각각의 스캔 라인을 채우기 위해서 다수의 통과를 이용하는 대신에, 펄스를 고정된 계수를 가지는 별개의 빔 라인으로 픽킹할 수 있다. 펄스 픽킹은, 앞서서 개시된 바와 같은 기계적(스캐닝 다각형, 검류계, 등), 음향-광학 방법 또는 통상의 기술자에게 알려진 전자-광학 방법을 이용하는 스캐닝 하위조립체(100)와 연관된다.As described above, a large laser repetition rate can result in insufficient time for crystallization between pulses in the SLS. Instead of using multiple passes to fill each scan line with physically separated pulses, the pulses can be picked into separate beam lines with fixed coefficients. Pulse picking is associated with a scanning subassembly 100 that utilizes mechanical (scanning polygons, galvanometers, etc.) as previously described, an acousto-optic method, or an electro-optical method known to the ordinarily skilled artisan.

펄스 픽킹 기술은 상이한 방법들로 구현될 수 있다. 하나의 방식은 펄스 픽킹된 빔을 개별적인 빔 라인으로 지향시키는 것을 포함하고, 그러한 개별적인 빔 라인은 이어서 단일 라인과 유사하게 스캔된다. 이는 2개의 접근 방식 - 연속적인 라인 및 맞물린 라인 빔들 - 을 이용하여 실현될 수 있고 개별적인 빔 라인의 유효 반복률을 감소시키는 장점을 가지나, 레이저마다 다수의 빔 전달을 필요로 한다. The pulse picking technique may be implemented in different ways. One approach involves directing the pulse-picked beam to a separate beam line, such that the individual beam lines are then scanned similarly to a single line. This can be realized using two approaches-continuous lines and interlocked line beams-and has the advantage of reducing the effective repetition rate of individual beam lines, but requires multiple beam transmissions per laser.

제1 접근 방식은 펄스 픽킹된 빔들이 서로에 대해서 지연될 수 있게 하고 조합될 수 있게 하여, 단일 빔 전달을 통해서 통과될 수 있는 하나의 긴 균질한 연속적 라인을 형성할 수 있게 한다. 이는, 낮은 반복률, 더 높은 펄스 에너지 레이저로 달성될 수 있는 것과 유사한 라인 빔을 초래한다. 대안적인 접근 방식은 맞물림과 관련되고, 전술한 바와 같이, 다수 통과 맞물림을 생성하기 위해서 펄스 픽킹된 빔을 이용하는 것 또는 단일 통과 맞물림된 패턴을 생성하도록 배열된 것을 포함한다.The first approach allows pulse-picked beams to be delayed and combined with respect to each other, allowing one long homogeneous continuous line to be passed through a single beam transmission. This results in a line beam similar to that achievable with a low repetition rate, higher pulse energy laser. An alternative approach involves engaging, including using a pulse-picked beam to create a multi-pass engagement, as described above, or arranging to create a single pass engaging pattern.

펄스 픽킹의 다른 방식은, 도 23에 도시된 다각형(100) 또는 AOD와 같은, 회전 스캐너와 함께 장축 스캐닝을 포함한다. 재지향된 빔은 근접 마스크 상으로 입사되고, 그곳에서 나이프 연부는 표면을 조사하는 빔의 길이를 규정한다. 빔의 라인폭은 근접 마스크의 축소 정도와 상이한 축소 정도를 가지는 앞서서 개시된 단축 마스크를 이용하여 형성된다. 결과적으로, 펄스의 연속적인 분출은, 장축을 따라서 분리되고 단축과 관련하여 효과적으로 감소된 분출 반복률에서 연속적인 더 긴 라인에서 봉합되는, 인접한, 밀접 배치된 라인들을 생성한다. 이는 라인 끌기 기술과 상이한데, 이는 라인 끌기 기술은 연속성을 특징으로 하고 명백하게 봉합을 요구하지 않기 때문이다. 연속적인 분출과 같은 빔의 장축을 따른 스캔은 패널 상에서 라인 내에서 연속적으로 봉합된다. Another way of pulse picking involves long axis scanning with a rotating scanner, such as polygon 100 or AOD shown in FIG. The redirected beam is incident on the proximity mask, where the knife edge defines the length of the beam that illuminates the surface. The line width of the beam is formed using the previously described uniaxial mask with a degree of reduction different from that of the proximity mask. As a result, successive ejections of the pulses produce adjacent, closely spaced lines that are seamed along successive longer lines at ejection repetition rates that are separated along the major axis and effectively reduced with respect to the minor axis. This is different from the line draw technique because the line draw technique is characterized by continuity and obviously requires no suture. A scan along the long axis of the beam, such as a continuous ejection, is successively sealed within the line on the panel.

앞서서 개시된 모든 구성 및 기술에도 불구하고, 라인 빔 내의 국소적이고, 지속적인 불균질성 영역은 다결정질 입자 구조 내에서 패터닝을 초래할 수 있다. 이러한 패턴은, 특히 패터닝이 주기적이 될 봉합된 라인들에서, 마감된 디스플레이 내에서 가시적인 무라를 유발할 수 있다. 하나의 완화 기술은, 불균질성을 효과적으로 평활화하기 위해서 그리고 결과적인 무라를 용인 가능한 레벨로 감소시키기 위해서, (봉합을 포함하는) 불균질 영역이 순차적 라인 내의 상이한 위치들에 있도록, 라인 빔을 패널 상으로 디더링하는 것이다.Notwithstanding all of the above-described arrangements and techniques, the local, persistent heterogeneity region in the line beam can result in patterning within the polycrystalline grain structure. Such a pattern can cause visible irregularities in the finished display, especially in the sealed lines where the patterning will be periodic. One relaxation technique is to place the line beam on the panel so that the heterogeneous areas (including the seams) are at different positions in the sequential line, to effectively smooth out the heterogeneity and reduce the resultant mura to acceptable levels. Dithering.

구조적으로, 디더링 시스템은 빔 경로 내로 배치되는 회전 쐐기 또는 확산 요소를 포함할 수 있다. 이는 가간섭 빔 내의 스페클 제거에 있어서 매우 효과적일 수 있으나, SLS 어닐링 프로세스에서 이용하기 어려울 수 있는데, 이는 회전 요소가 2 차원에서 빔을 오염시키고 SLS 어닐링이 매우 좁은 라인 빔을 요구하기 때문이다. 임의의 디더링/오염은 라인 빔의 장축 방향만으로 존재하여야 한다. Structurally, the dithering system may include a rotating wedge or diffusing element disposed within the beam path. This may be very effective in speckle removal in an interference beam, but may be difficult to use in an SLS annealing process because the rotation element contaminates the beam in two dimensions and SLS annealing requires a very narrow line beam. Any dithering / contamination should exist only in the long axis direction of the line beam.

디더링은 본질적으로 주기적 또는 확률적(stochastic)일 수 있다. 주기적인 디더링은, 톱니 또는 사인 곡선과 같은, 주기적 프로파일을 따를 것이다. 확률적 디더링은 불균질성의 무작위적인(또는 의사-무작위적인) 분산을 초래할 것이다. 바람직한 유형의 디더링은 디더링 방법 및 무라의 용인 가능한 레벨에 따라 달라질 것이다. 확률적인 디더링은 무라 감소에 있어서 더 효과적일 것으로 예상되는 반면, 주기적 디더링은 용인 가능한 무라를 달성하면서 덜 복잡하게/저비용적으로 구현될 수 있다.Dithering can be inherently periodic or stochastic. Periodic dithering will follow a periodic profile, such as a sawtooth or sinusoid. Probabilistic dithering will result in a random (or pseudo-random) variance of heterogeneity. The preferred type of dithering will depend on the dithering method and the acceptable level of mura. While probabilistic dithering is expected to be more effective in reducing the spread, periodic dithering can be implemented with less complexity / lower cost while achieving acceptable tolerability.

디더링의 크기 및 주기성(확률적이 아닌 경우)은, 봉합이 있거나 없거나 간에, 불균질성의 유형에, 그리고 어떠한 레벨의 무라가 용인 가능한 지에 따라 달라질 것이다. 그 크기 및 주기성은 10 미크론 단위로부터, 잠재적으로, 1 밀리미터 초과의 범위일 수 있다. 일차원적인 디더링은 도 24 내지 도 28에 도시된 몇몇 대안적인 하위조립체에 의해서 달성될 수 있다.The magnitude and periodicity (if non-stochastic) of the dithering will depend on the type of heterogeneity, and whether or not any level of mura is acceptable, with or without stitching. Its size and periodicity can range from 10 microns units, potentially in excess of 1 millimeter. One-dimensional dithering can be achieved by some alternative subassemblies shown in Figures 24-28.

도 24는 패널 또는 마스크 이후의 임의의 적합한 구성요소를 발진시키도록 동작되는 디더링 시스템(120)을 도시한다. 패널은 SLS 어닐링 프로세스 중에 라인 빔의 방향으로 발진/진동된다. 장치 길이 라인의 경우에, 이는, 도 27에 도시된 바와 같이, 주기적 또는 확률적 발진일 수 있다. 봉합된 라인의 경우에, 주기적 발진을 이용하는 것이 필요할 수 있고, 연속적인 통과가 동일한 주기적 경로를 따른다. 이는 봉합된 라인의 일정한 중첩, 및 스캔 경로를 따른 중첩 영역의 평활화 모두를 보장할 것이다. 만약 확률적인 디더링이 봉합된 라인과 함께 이용된다면, 연속적인 스캔들 사이의 중첩은 매우 가변적일 것이다. 이는 많은 유형의 장치, 특히 OLED 장치에서 용인 가능하지 않을 수 있다.Figure 24 shows a dithering system 120 that is operated to oscillate any suitable components after the panel or mask. The panel is oscillated / oscillated in the direction of the line beam during the SLS annealing process. In the case of a device length line, this may be a periodic or stochastic oscillation, as shown in Fig. In the case of a sealed line, it may be necessary to utilize a periodic oscillation, and a continuous pass follows the same periodic path. This will ensure both a constant overlap of the stitched lines and smoothing of the overlapping areas along the scan path. If probabilistic dithering is used with a stitched line, the overlap between successive scans will be highly variable. This may not be acceptable for many types of devices, especially OLED devices.

도 25는, 라인 빔의 선명한 형성을 유지하면서, 필요한 불균질성 평활화를 생성하기 위해서, SLS 어닐링 프로세스 중에 라인 빔의 방향으로 발진/진동되는, 렌즈 또는 거울과 같은, 빔 전달 시스템의 광학 구성요소를 발진시키는 디더링 시스템(120)의 다른 구성을 도시한다. 만약 디더링이 마스크 평면 앞에서 빔 내로 도입된다면, 마스크는 패널 상의 라인 빔 연부의 직선형 경로를 유지하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 주기적 또는 확률적 디더링이 동일하게 적용될 수 있을 것이다. 만약 디더링이 마스크 이후에 도입된다면, 결과적인 라인 분산은 패널을 발진시키는 것과 동등할 것이고 도 27에 도시된 바와 같이 주기적 대 확률적 디더링에 대한 동일한 내용이 유지된다.Figure 25 shows an optical component of a beam delivery system, such as a lens or mirror, oscillating / oscillating in the direction of the line beam during the SLS annealing process, in order to produce the necessary heterogeneity smoothing while maintaining a clear formation of the line beam. The dithering system 120 shown in FIG. If dithering is introduced into the beam in front of the mask plane, the mask can be used to maintain a straight path of the line beam edge on the panel. In this case, periodic or probabilistic dithering may be equally applied. If dithering is introduced after the mask, the resulting line dispersion will be equivalent to oscillating the panel and the same holds for periodic vs. probabilistic dithering as shown in FIG.

도 26은 마스크를 발진시키는 디더링 시스템(120)의 또 다른 구성을 도시한다. 마스크는 SLS 어닐링 프로세스 중에 라인 빔의 방향으로 발진/진동된다. 이는 연속적인 통과들 사이에서 봉합 구역을 평활화할 것이나, 라인 빔 내의 불균질성을 평활화하지 않을 것이다. 다시, 패널 발진에 대한 것과 같이, 주기적 대 확률적 디더링에 대한 동일한 내용이 유지된다.Fig. 26 shows another configuration of the dithering system 120 that oscillates the mask. The mask is oscillated / oscillated in the direction of the line beam during the SLS annealing process. This will smooth the seam area between consecutive passes, but will not smooth out the heterogeneity in the line beam. Again, the same holds for periodic versus probabilistic dithering, as for panel oscillation.

본 발명을 구현하는 특정의 구체적인 구조가 본원에서 도시되고 설명되었지만, 통상의 기술자는, 기본적인 발명의 개념의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 부품들의 다양한 수정 및 재배열이 이루어질 수 있다는 것 그리고 그러한 것이, 첨부된 청구항의 범위에 의해서 표시되는 바와 같은 것을 제외하고, 본원에서 도시되고 설명된 특별한 형태로 제한되지 않는다는 것을 명백하게 이해할 것이다.While specific embodiments of the invention have been shown and described herein, it will be appreciated by those of ordinary skill in the art that various modifications and rearrangements of parts may be made without departing from the spirit and scope of the basic inventive concept, It is to be clearly understood that the invention is not limited to the specific forms shown and described herein except as indicated by the scope of the appended claims.

Claims (24)

부분적 용융 레이저 어닐링(LA) 또는 순차적 측방향 응고(SLS) 어닐링 프로세스에 의해서 비정질 Si(a-Si) 패널을 결정화하기 위한 시스템이며:
경로를 따라 적어도 80 MHz의 펄스 반복률에서 펄스형 고조파 빔을 방출하는, 적어도 하나의 단일 횡방향 모드(SM) 준-연속적 파동(QCW) 섬유 레이저 공급원;
섬유 레이저 공급원의 하류에 위치되고 고조파 빔이 희망하는 발산 및 공간적 분산 특성을 가지도록 고조파 빔을 변형시키도록 구성된 빔 컨디션닝 조립체;
대상 평면 내의 희망 스캐닝 속도에서 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제공하도록 동작되는 빔 속도 및 프로파일 조립체;
컨디셔닝된 고조파 빔의 폭이 화상 평면에서 적어도 1 ㎛의 좁은 라인폭으로 감소되도록, 대상 평면 내의 컨디셔닝된 고조파 빔을 희망 축소로 적어도 하나의 빔 축을 따라 화상 평면 상으로 화상화하기 위한 빔 화상화 조립체; 및
1 ㎛ 이하의 균일한 입자 크기를 가지는 폴리실리콘(p-Si) 구조로의 a-Si의 변환을 제공하기 위해서 적어도 100 ns의 각각의 시간 동안의 노광 시간으로 적어도 2차례 a-Si 패널의 각각의 위치를 조사하기 위해서, 화상화된 좁은 라인폭 빔과 패널 사이에서 상대적인 위치 및 속도를 제공하도록 동작되는 패널 핸들링 조립체를 포함하는, 시스템.
A system for crystallizing amorphous Si (a-Si) panels by partial melting laser annealing (LA) or sequential lateral solidification (SLS)
At least one single transverse mode (SM) quasi-continuous wave (QCW) fiber laser source emitting a pulsed harmonic beam at a pulse repetition rate of at least 80 MHz along a path;
A beam conditioning assembly positioned downstream of the fiber laser source and configured to deform the harmonic beam such that the harmonic beam has desired divergence and spatial dispersion characteristics;
A beam velocity and profile assembly operative to provide a conditioned harmonic beam having a desired intensity profile at a desired scanning rate in an object plane;
A beam imaging assembly for imaging a conditioned harmonic beam in a target plane onto an image plane along at least one beam axis with a desired reduction so that the width of the conditioned harmonic beam is reduced to a narrow line width of at least 1 占 퐉 in the image plane. ; And
To provide the conversion of a-Si into a polysilicon (p-Si) structure having a uniform particle size of 1 mu m or less, at least two times of exposure time for each time of at least 100 ns each And a panel handling assembly operative to provide relative position and velocity between the imaged narrow line width beam and the panel to examine the position of the panel.
제1항에 있어서,
다수의 SM QCW 섬유 레이저 공급원을 더 포함하는, 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a plurality of SM QCW fiber laser sources.
제1항 또는 제2항에 있어서,
빔 속도 및 프로파일 시스템은 고-비율의 가우스 고조파 빔을 편평한-상단부 고조파로 변환하도록 구성되고 빔 단편화 및 재조합 시스템, 빔 재-아포다이제이션 시스템, 빔 조합 시스템, 및 빔 크로핑 시스템으로부터 선택되는, 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
The beam speed and profile system is configured to convert a high-ratio Gaussian harmonic beam to a flat-top harmonic and is selected from a beam fragmentation and recombination system, a beam re-apodization system, a beam combining system, and a beam cropping system. system.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 단편화 및 재조합 시스템은 파리 눈 또는 바이-프리즘 광학 배열체로부터 선택되는, 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the beam fragmentation and recombination system is selected from fly-eye or bi-prism optical arrays.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
파리 눈은 화상화 또는 비-화상화 균질화기인, 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the fly eye is an imaged or non-imaging homogenizer.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 조합 시스템은 대상 평면에서 크롭되는 세기 프로파일의 중앙 균질 중앙 상단 부분을 생성하기 위해서 다수의 고조파 빔들을 중첩 및 점재시키도록 구성되는, 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the beam combining system is configured to superimpose and dot multiple harmonic beams to produce a central, homogeneous, central upper portion of the intensity profile being cropped in the object plane.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 조합 시스템은 다수의 고조파 빔을 중첩시키도록 동작되고, 결과적인 고조파 빔이 장축 방향으로 균질하도록 중첩된 빔 중 하나가 외번되는, 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The beam combining system is operated to superimpose a plurality of harmonic beams and one of the superimposed beams is externally so that the resulting harmonic beam is uniform in the longitudinal direction.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 조합 시스템은 편광화 빔 조합기 또는 필드 렌즈 조합기 또는 회절 빔 조합기 또는 파리 눈으로 구성되는, 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the beam combining system is comprised of a polarization beam combiner or field lens combiner or a diffracted beam combiner or fly eye.
제1항 또는 제2항에 있어서,
빔 재-아포다이제이션 시스템은, 고비율의 가우스 고조파 빔을 적어도 하나의 빔 축에서 편평한-상단부 세기 프로파일로 변환하는 적어도 하나의 또는 다수의 비원통형 광학 요소로 구성되는, 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
The beam re-apodization system is comprised of at least one or a plurality of non-cylindrical optical elements that convert a high-ratio Gaussian harmonic beam into a flat-to-top intensity profile in at least one beam axis.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
화상화된 좁은 라인폭 빔이 봉합이 없이 결정화의 라인을 균질하게 그리고 연속적으로 생성하도록, 빔 속도 및 프로파일 시스템은 희망 속도를 가지는 컨디셔닝된 고조파 빔을 제공하도록 동작되는 스캐너로 구성되는, 시스템.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the beam speed and profile system is configured to provide a conditioned harmonic beam having a desired velocity such that the imaged narrow line width beam produces a homogeneous and continuous line of crystallization without stitching.
제10항에 있어서,
스캐너는 회전 거울 또는 음향 광학 편향기 또는 검류계로부터 선택되는, 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the scanner is selected from a rotating mirror or an acoustooptic deflector or galvanometer.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 화상화 조립체는, 짧은 빔 축 방향으로 희망 스캐닝 속도에서 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝 고조파 빔을, 대상 평면을 형성하고 장축 방향으로 빔의 연부를 선명화하기 위한 컷팅 나이프를 가지는 제1 마스크 상에 포커스하는 포커싱 렌즈, 및 제1 마스크의 하류에 그리고 패널에 인접하여 위치되는 대물 렌즈로 구성되는, 시스템.
12. The method according to any one of claims 1 to 11,
The beam imaging assembly includes a conditioning harmonic beam having a desired intensity profile at a desired scanning velocity in a short beam axis direction on a first mask having a cutting knife for forming a target plane and sharpening the edge of the beam in a major axis direction A focusing lens for focusing, and an objective lens positioned downstream of the first mask and adjacent to the panel.
제12항에 있어서,
빔 화상화 조립체는 제1 마스크와 대물 렌즈 사이에 위치되고 결정화의 라인의 잔류 불균질부를 흐리게 하도록 구성된 제2 마스크를 더 포함하는, 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein the beam imaging assembly further comprises a second mask positioned between the first mask and the objective lens and configured to blur the remaining inhomogeneities of the lines of crystallization.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 화상화 조립체는 희망 세기 프로파일을 가지는 컨디셔닝 고조파 빔의 직교적인 빔 축들을 따라서 상이한 희망 축소를 제공하는 애너모픽 렌즈 배열체로 구성되는, 시스템.
12. The method according to any one of claims 1 to 11,
Wherein the beam imaging assembly is comprised of an anamorphic lens arrangement that provides different hope reduction along orthogonal beam axes of a conditioning harmonic beam having an intensity profile of interest.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 화상화 조립체는 애너모픽적이고 각각의 직교적인 빔 축들을 따라 상이한 축소를 제공하고 상이한 대상 평면을 가지는 2개의 이격된 마스크를 포함하는, 시스템.
12. The method according to any one of claims 1 to 11,
Wherein the beam imaging assembly comprises two spaced masks that are anamorphic and provide different shrinkage along respective orthogonal beam axes and have different object planes.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
빔 화상화 조립체는 패널 상의 빔라인의 희망 길이를 규정하도록 구성된 근접 마스크를 가지고, 근접 마스크는 연부 회절을 제한하는 거리에서 패널로부터 이격되는, 시스템.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the beam imaging assembly has a proximity mask configured to define a desired length of the beamline on the panel, wherein the proximity mask is spaced from the panel at a distance that limits edge diffraction.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
패널 핸들링 조립체는, 패널이 고정된 빔 화상화 조립체에 대해서 직교적 XY 평면들을 따라 변위될 수 있도록, 피어닐링 패널을 지지하는 지지부를 포함하는, 시스템.
17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The panel handling assembly includes a support for supporting the panel to be peened such that the panel can be displaced along orthogonal XY planes relative to the fixed beam imaging assembly.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
패널 핸들링 조립체는, 피어닐링 패널을 지지하며 패널이 직교적 XY 평면들을 따라 변위될 수 있는 빔 화상화 조립체에 대해서 정지적이 되도록 구성된 지지부를 포함하는, 시스템.
17. The method according to any one of claims 1 to 16,
Wherein the panel handling assembly includes a support configured to support the panned panel and to be stationary relative to the beam imaging assembly where the panel can be displaced along orthogonal XY planes.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
패널 핸들링 조립체는, 패널이 XY 평면 중 하나 상에서 변위될 수 있도록 그리고 빔 화상화 시스템이 XY 평면 중 다른 하나 상에서 변위될 수 있도록, 피어닐링 패널을 지지하는 지지부로 구성되는, 시스템.
19. The method according to any one of claims 1 to 18,
The panel handling assembly is comprised of a support for supporting the annealed panel such that the panel can be displaced on one of the XY planes and the beam imaging system can be displaced on the other of the XY planes.
제18항 또는 제19항에 있어서,
SM QCW 섬유 레이저 공급원은 변위 가능한 빔 화상 시스템에 대해서 고정된 위치에 장착되거나 그와 함께 변위 가능하게 장착되는, 시스템.
20. The method according to claim 18 or 19,
Wherein the SM QCW fiber laser source is mounted or displaceably mounted in a fixed position relative to the displaceable beam imaging system.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
자동 포커스 시스템, 빔 프로파일러 및 무라 측정 시스템을 더 포함하는, 시스템.
21. The method according to any one of claims 1 to 20,
Further comprising an autofocus system, a beam profiler and a mura measurement system.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
파리 눈 균질화기는 가간섭성 효과를 제거하기 위해서 지연 스텝 유리 요소로 구성되는, 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the fly eye homogenizer comprises a delay step glass element to eliminate coherence effects.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
p-Si 구조의 잔류 불균질 영역이 효과적으로 잔류 불균질성을 평활화하고 무라를 미리결정된 기준 범위로 감소시키는 순차적인 라인들을 따른 상이한 위치들에 있도록, 좁은 라인폭 빔을 패널 상으로 디더링시키도록 동작되는 디더링 시스템을 더 포함하는, 시스템.
23. The method according to any one of claims 1 to 22,
the dithering operation is performed to dither the narrow line width beam onto the panel so that the remaining inhomogeneities of the p-Si structure are at different positions along sequential lines that effectively smooth out the residual inhomogeneity and reduce the mura to a predetermined reference range ≪ / RTI >
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
디더링 시스템은:
패널 또는 대상 평면 하류의 임의의 적합한 구성요소, 또는
렌즈 또는 거울과 같은, 빔 전달 시스템의 광학 구성요소, 또는
SLS 어닐링 프로세스 중에 컨디셔닝된 고조파 좁은 폭 라인 빔의 방향으로 빔 경로를 따른 광학 구성요소, 또는
대상 평면을 형성하는 마스크, 를 발진시키도록 동작되는, 시스템.
24. The method according to any one of claims 1 to 23,
The dithering system is:
Panel, or any suitable component downstream of the target plane, or
Optical components of the beam delivery system, such as a lens or mirror, or
An optical component along the beam path in the direction of the harmonic narrow width line beam conditioned during the SLS annealing process, or
A mask defining a target plane.
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