WO2018060086A1 - Method and apparatus for processing a layer - Google Patents

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WO2018060086A1
WO2018060086A1 PCT/EP2017/074052 EP2017074052W WO2018060086A1 WO 2018060086 A1 WO2018060086 A1 WO 2018060086A1 EP 2017074052 W EP2017074052 W EP 2017074052W WO 2018060086 A1 WO2018060086 A1 WO 2018060086A1
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Paul Alexander Harten
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Definitions

  • the present invention relates to a method for processing a layer, in particular a layer on a substrate, according to the preamble of claim 1 and a device for processing a layer, in particular a layer on a substrate, according to the preamble of claim 11.
  • Device for example, three different semiconductor lasers are provided, each of which is OPS laser
  • optically pumped semiconductor laser can act. These lasers each have an external resonator in which a frequency doubling is made, so that the from the
  • Semiconductor lasers emanating laser radiation may have a wavelength between 450 nm and 575 nm.
  • the wavelength between 450 nm and 575 nm.
  • Wavelengths of the example three different laser light sources each about 5 nm from each other, so that their
  • Laser radiations can be coupled together by wavelength couplers. With these combined laser radiation, a thin, amorphous silicon layer is irradiated to crystallize it. In this case, the laser radiation from the silicon layer is partially absorbed, because the wavelengths of the laser radiation, for example in the blue
  • Crystallization process is set in motion.
  • a disadvantage here proves that the laser light sources are very complicated and therefore are quite expensive.
  • Semiconductor lasers that emit laser radiation in the blue spectral range, more expensive than, for example, in the infrared spectral emitting semiconductor laser.
  • Called excimer laser annealing or ELA.
  • ELA Called excimer laser annealing
  • about 50 nm thin amorphous silicon layers are converted into a polycrystalline state with a pulsed ultraviolet excimer laser, which electron mobility of the layer and the
  • the problem underlying the present invention is to provide a device of the type mentioned, the
  • the invention is inventively by a method of
  • the difference between the first wavelength and the second wavelength is at least 100 nm. This makes the method more effective and / or with lower costs. It can be provided that the difference between the first wavelength and the second
  • Wavelength is at least 200 nm, in particular at least 300 nm, preferably at least 400 nm in size.
  • the wavelengths of the laser radiation emanating from the semiconductor lasers can be in a spectral range between 300 nm and 2,000 nm.
  • the at least one first wavelength may be in the blue spectral range, for example at about 455 nm.
  • the at least one second wavelength in the infrared
  • Spectral range for example, at about 980 nm.
  • the first laser radiation having a wavelength for example in the blue spectral range, can be at least partially absorbed by the layer and thereby this
  • the silicon layer after heating, the silicon layer also absorbs in the infrared spectral range, so that the second laser radiation with a wavelength, for example, in the infrared spectral range is absorbed and can contribute to the crystallization.
  • the device to be used becomes more cost-effective because semiconductor lasers emitting in the infrared are significantly less expensive than semiconductor lasers emitting in the blue spectral range.
  • Laser radiation of the at least one second semiconductor laser is greater than the intensity of the laser radiation of the at least one first semiconductor laser, in particular more than twice as large
  • the first, generally more expensive, blue semiconductor laser can be dimensioned comparatively small, so that the costs can also be reduced thereby.
  • Laser radiation to be processed areas of the layer with a time interval of less than 1 s, in particular less than 10 ms, preferably with a time interval between 100 s and 10 ms impinge. Due to the time interval with which the different laser radiation impinges on areas of the layer to be processed, the preheating function of the first laser radiation can be optimized.
  • the layer is a silicon layer.
  • the layer can be crystallized.
  • the layer is tempered and / or sintered and / or activated and / or compacted.
  • the layer thicknesses of the layer to be processed can be between 10 nm and 100,000 nm.
  • Laser radiations are formed linear, in particular wherein one or more linear intensity distributions arise on the layer to be processed by the superposition of the laser radiation.
  • Laser radiation can overlap completely or partially in the working plane.
  • the lines can be offset slightly in the cross-direction of the line. It can in particular be provided that the laser radiation of the first semiconductor laser arrives in time to be processed before the laser radiation of the second semiconductor laser in areas of the layer. The first laser radiation can thus precede the second laser radiation and a
  • Preheat effect in particular, the absorption of the second laser radiation can make possible.
  • the laser radiation of the individual meet
  • the optical means can be designed so that the
  • Intensity distributions of the laser radiation are formed linear, in particular wherein during operation of the device by the
  • Homogeneity can be achieved, for example, by varying the
  • Each of the semiconductor lasers can do so using a power supply be adjusted so that the output power continuously constant (cw) or modulated (pulsed) emerges.
  • the duty cycle can be between 1% and 99%.
  • the pulse duration can be between 100 ns and 100 s.
  • the layer and the semiconductor lasers may be arranged in the device so as to communicate with each other, in particular
  • adjustable, speed between 1 mm / s and 1000 mm / s are movable.
  • the device may include suitable means for moving, for example, the layer or the semiconductor lasers. Alternatively or additionally, there is also the possibility that the laser radiation is moved relative to the layer,
  • suitable scanning means such as movable mirrors and at least one F-theta lens.
  • the melting behavior of thin silicon layers can be controlled advantageously.
  • thin amorphous silicon layers can be transformed into polycrystalline silicon layers. This particular on any
  • the conversion may preferably be in one neither temporally nor spatially interrupted
  • Crystallization of thin amorphous silicon layers can be reduced by at least a factor of two for LTPS and other silicon crystallization processes compared to today's excimer-based LTPS.
  • LTPS low-density polyethylene
  • other silicon crystallization processes compared to today's excimer-based LTPS.
  • the semiconductor lasers may be laser diodes, in particular laser diode bars.
  • outgoing first laser radiation is 455 nm.
  • Laser radiation is 980 nm. Both semiconductor lasers are
  • the laser radiation emanating from the two semiconductor lasers has a linear intensity distribution in a working plane in which the layer to be processed is located.
  • the length of the line is 2 m and the width of the line 100 ⁇ in both laser beams.
  • the linear intensity distributions of both laser radiations can overlap completely or partially in the working plane.
  • the lines in the cross-line direction can be something
  • the laser radiation of the first semiconductor laser with a wavelength of 455 nm arrives in time to be processed before the laser radiation of the second semiconductor laser with a wavelength of 980 nm in areas of the layer to be processed.
  • the first laser radiation thus precedes the second one.
  • the intensity of the first laser radiation is 4 kW / cm 2 .
  • Intensity of the second laser radiation is 100 kW / cm 2 .
  • the layer to be processed for example, a thin
  • the thickness of the layer may be between 10 nm and 100,000 nm, for example, the thickness of the layer may be 50 nm.
  • the silicon layer is preheated by the time advance of the first laser radiation with a wavelength of 455 nm.
  • the silicon of the layer has a greater absorption in the infrared spectral range than at room temperature, so that by the time later arriving second laser radiation with a wavelength of 980 nm, the
  • Crystallization can be carried out.
  • the laser sources are chosen as in the first example. They are, however, operated pulsed.
  • the pulse duration can be 0.03 s.
  • the speed of the feed steps or the feed frequency can be 10 Hz.
  • Laser radiation can be done in steps of 0.1 mm.
  • each of the pulses of the second laser radiation has a time offset with respect to the pulses of the first laser radiation or begins later in time, so that the first and the second laser radiation are applied to regions of the layer to be processed at a time interval, for example a time interval between 100 s and 10 ms impinge. This allows a region of the layer to be processed only be heated by the first laser radiation before the second laser radiation impinges on the corresponding area.

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Abstract

A method for processing a layer, in particular a layer on a substrate, comprising the following method steps: producing a first laser radiation having a first wavelength by at least one first semiconductor laser, producing a second laser radiation having a second wavelength that differs from the first wavelength by at least one second semiconductor laser, striking the layer with the laser radiations, wherein the laser radiations are superposed on the layer and/or incident on regions of the layer successively in time, and wherein the difference between the first wavelength and the second wavelength is at least 100 nm.

Description

„Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung einer Schicht"  "Method and device for processing a layer"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Schicht, insbesondere einer Schicht auf einem Substrat, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Schicht, insbesondere einer Schicht auf einem Substrat, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11. The present invention relates to a method for processing a layer, in particular a layer on a substrate, according to the preamble of claim 1 and a device for processing a layer, in particular a layer on a substrate, according to the preamble of claim 11.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art sind aus der WO 2008/010956 A1 bekannt. Bei der darin beschriebenen A method and a device of the aforementioned type are known from WO 2008/010956 A1. In the described therein
Vorrichtung sind beispielsweise drei verschiedene Halbleiterlaser vorgesehen, bei denen es sich jeweils um OPS-Laser Device, for example, three different semiconductor lasers are provided, each of which is OPS laser
beziehungsweise optisch gepumpte Halbleiterlaser handeln kann. Diese Laser weisen jeweils einen externen Resonator auf, in dem eine Frequenzverdopplung vorgenommen wird, so dass die aus den or optically pumped semiconductor laser can act. These lasers each have an external resonator in which a frequency doubling is made, so that the from the
Halbleiterlasern austretenden Laserstrahlungen eine Wellenlänge zwischen 450 nm und 575 nm aufweisen können. Dabei sind dieSemiconductor lasers emanating laser radiation may have a wavelength between 450 nm and 575 nm. Here are the
Wellenlängen der beispielsweise drei verschiedenen Laserlichtquellen jeweils etwa um 5 nm voneinander verschieden, so dass deren Wavelengths of the example, three different laser light sources each about 5 nm from each other, so that their
Laserstrahlungen durch Wellenlängenkoppler miteinander gekoppelt werden können. Mit diesen kombinierten Laserstrahlungen wird eine dünne, amorphe Siliziumschicht bestrahlt, um sie zu kristallisieren. Dabei werden die Laserstrahlungen von der Siliziumschicht teilweise absorbiert, weil die Wellenlängen der Laserstrahlungen beispielsweise im blauen Laser radiations can be coupled together by wavelength couplers. With these combined laser radiation, a thin, amorphous silicon layer is irradiated to crystallize it. In this case, the laser radiation from the silicon layer is partially absorbed, because the wavelengths of the laser radiation, for example in the blue
Spektralbereich liegen. Durch die Absorption von Teilen der Spectral range lie. Due to the absorption of parts of the
Laserstrahlungen wird die Siliziumschicht erwärmt, so dass ein Laser radiation heats the silicon layer, leaving a
Kristallisationsprozess in Gang gesetzt wird. Crystallization process is set in motion.
Als nachteilig hierbei erweist sich, dass die Laserlichtquellen sehr kompliziert aufgebaut sind und daher recht teuer sind. Generell sind Halbleiterlaser, die Laserstrahlung im blauen Spektralbereich aussenden, teurer als beispielsweise im infraroten Spektralbereich emittierende Halbleiterlaser. A disadvantage here proves that the laser light sources are very complicated and therefore are quite expensive. Generally are Semiconductor lasers that emit laser radiation in the blue spectral range, more expensive than, for example, in the infrared spectral emitting semiconductor laser.
Im Stand der Technik ist es weiterhin üblich, in der In the prior art, it is still common in the
Flachbildschirmfertigung einen sogenannte Low Temperature PolySilicon (LTPS) Prozess anzuwenden. Dieser Prozess wird auch Flat-panel production to apply a so-called Low Temperature PolySilicon (LTPS) process. This process will too
Excimer-Laser-Annealing beziehungsweise ELA genannt. Hierbei werden mit einem gepulsten, ultravioletten Excimerlaser etwa 50 nm dünne amorphe Siliziumschichten in einen polykristallinen Zustand überführt, welche die Elektronenmobilität der Schicht und die Called excimer laser annealing or ELA. In this case, about 50 nm thin amorphous silicon layers are converted into a polycrystalline state with a pulsed ultraviolet excimer laser, which electron mobility of the layer and the
Leitungsfähigkeit der aus der Schicht entstehenden elektronischen Bauteile beziehungsweise Baugruppen um Größenordnungen verbessert. Die Verwendung eines Excimerlasers ist ebenfalls sehr kostenaufwendig, wobei insbesondere auch die laufenden Kosten für den Betrieb und die Wartung des Lasers beachtlich sind.  Conductivity of emerging from the layer electronic components or assemblies improved by orders of magnitude. The use of an excimer laser is also very expensive, and in particular the running costs for the operation and maintenance of the laser are considerable.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die The problem underlying the present invention is to provide a device of the type mentioned, the
einfacher aufgebaut und/oder kostengünstiger ist. Weiterhin soll ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden, das effektiver und/oder mit geringeren Kosten durchführbar ist. is simpler and / or less expensive. Furthermore, a method of the type mentioned is to be specified, which is more effective and / or feasible at a lower cost.
Die wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs The invention is inventively by a method of
genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 erreicht. Die mentioned type achieved with the characterizing features of claim 1 and by a device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 11. The
Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Subclaims relate to preferred embodiments of the invention.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 100 nm groß ist. Dadurch lässt sich das Verfahren effektiver und/oder mit geringeren Kosten durchführen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten According to claim 1 it is provided that the difference between the first wavelength and the second wavelength is at least 100 nm. This makes the method more effective and / or with lower costs. It can be provided that the difference between the first wavelength and the second
Wellenlänge mindestens 200 nm groß ist, insbesondere mindestens 300 nm, vorzugsweise mindestens 400 nm groß ist. Die Wellenlängen der von den Halbleiterlasern ausgehenden Laserstrahlungen können in einem Spektralbereich zwischen 300 nm und 2.000 nm liegen. Wavelength is at least 200 nm, in particular at least 300 nm, preferably at least 400 nm in size. The wavelengths of the laser radiation emanating from the semiconductor lasers can be in a spectral range between 300 nm and 2,000 nm.
Insbesondere kann die mindestens eine erste Wellenlänge im blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 455 nm liegen. Weiterhin kann die mindestens eine zweite Wellenlänge im infraroten In particular, the at least one first wavelength may be in the blue spectral range, for example at about 455 nm. Furthermore, the at least one second wavelength in the infrared
Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 980 nm liegen. Spectral range, for example, at about 980 nm.
Wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Siliziumschicht kristallisiert werden soll, kann die erste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge beispielsweise im blauen Spektralbereich zumindest teilweise von der Schicht absorbiert werden und dadurch diese If a silicon layer is to be crystallized with the method according to the invention, the first laser radiation having a wavelength, for example in the blue spectral range, can be at least partially absorbed by the layer and thereby this
Schicht aufheizen. Es zeigt sich, dass das Absorptionsverhalten der Siliziumschicht im aufgeheizten Zustand beziehungsweise bei deutlich erhöhten Temperaturen anders ist als bei Raumtemperatur. Heat up the layer. It turns out that the absorption behavior of the silicon layer in the heated state or at significantly elevated temperatures is different than at room temperature.
Insbesondere absorbiert die Siliziumschicht nach dem Aufheizen auch im infraroten Spektralbereich, so dass auch die zweite Laserstrahlung mit einer Wellenlänge beispielsweise im infraroten Spektralbereich absorbiert wird und zu der Kristallisation beitragen kann. In particular, after heating, the silicon layer also absorbs in the infrared spectral range, so that the second laser radiation with a wavelength, for example, in the infrared spectral range is absorbed and can contribute to the crystallization.
Dadurch wird die zu verwendende Vorrichtung kostengünstiger, weil im Infraroten emittierende Halbleiterlaser deutlich kostengünstiger als im blauen Spektralbereich emittierende Halbleiterlaser sind. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Intensität derAs a result, the device to be used becomes more cost-effective because semiconductor lasers emitting in the infrared are significantly less expensive than semiconductor lasers emitting in the blue spectral range. In particular, it may be provided that the intensity of
Laserstrahlung des mindestens einen zweiten Halbleiterlasers größer als die Intensität der Laserstrahlung des mindestens einen ersten Halbleiterlasers ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, Laser radiation of the at least one second semiconductor laser is greater than the intensity of the laser radiation of the at least one first semiconductor laser, in particular more than twice as large
vorzugsweise mehr als 10 Mal so groß, beispielsweise mehr als 20 Mal so groß ist. Dadurch kann der erste, in der Regel teurere blaue Halbleiterlaser vergleichsweise klein dimensioniert werden, so dass auch dadurch die Kosten reduziert werden können. preferably more than 10 times as large, for example more than 20 Time is so big. As a result, the first, generally more expensive, blue semiconductor laser can be dimensioned comparatively small, so that the costs can also be reduced thereby.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite It can be provided that the first and the second
Laserstrahlung auf zu bearbeitende Bereiche der Schicht mit einem zeitlichen Abstand von weniger als 1 s, insbesondere von weniger als 10 ms, vorzugsweise mit einem zeitlichen Abstand zwischen 100 s und 10 ms auftreffen. Durch den zeitlichen Abstand, mit dem die unterschiedlichen Laserstrahlungen auf zu bearbeitende Bereiche der Schicht auftreffen, kann die Vorheizfunktion der ersten Laserstrahlung optimiert werden. Laser radiation to be processed areas of the layer with a time interval of less than 1 s, in particular less than 10 ms, preferably with a time interval between 100 s and 10 ms impinge. Due to the time interval with which the different laser radiation impinges on areas of the layer to be processed, the preheating function of the first laser radiation can be optimized.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Schicht eine Siliziumschicht ist. Insbesondere kann die Schicht kristallisiert werden. There is the possibility that the layer is a silicon layer. In particular, the layer can be crystallized.
Es kann aber auch eine Schicht aus einem anderen Material It can also be a layer of a different material
bearbeitet werden. Außerdem kann anstelle des Kristallisierens oder zusätzlich zu dem Kristallisieren auch vorgesehen sein, dass die Schicht getempert und/oder gesintert und/oder aktiviert und/oder kompaktiert wird. to be edited. In addition, instead of crystallizing or in addition to crystallizing, it may also be provided that the layer is tempered and / or sintered and / or activated and / or compacted.
Die Schichtdicken der zu bearbeitenden Schicht können zwischen 10 nm und 100.000 nm betragen. The layer thicknesses of the layer to be processed can be between 10 nm and 100,000 nm.
Es kann vorgesehen sein, dass die Intensitätsverteilungen der It can be provided that the intensity distributions of the
Laserstrahlungen linienförmig ausgebildet sind, insbesondere wobei durch die Überlagerung der Laserstrahlungen eine oder mehrere linienförmige Intensitätsverteilungen auf der zu bearbeitenden Schicht entstehen. Die linienförmigen Intensitätsverteilungen beider Laser radiations are formed linear, in particular wherein one or more linear intensity distributions arise on the layer to be processed by the superposition of the laser radiation. The linear intensity distributions of both
Laserstrahlungen können in der Arbeitsebene ganz oder teilweise überlappen. Insbesondere können die Linien in Linienquerrichtung etwas gegeneinander versetzt sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Laserstrahlung des ersten Halbleiterlasers zeitlich vor der Laserstrahlung des zweiten Halbleiterlasers in zu bearbeitende Bereiche der Schicht gelangt. Die erste Laserstrahlung kann der zweiten Laserstrahlung also vorauslaufen und eine Laser radiation can overlap completely or partially in the working plane. In particular, the lines can be offset slightly in the cross-direction of the line. It can in particular be provided that the laser radiation of the first semiconductor laser arrives in time to be processed before the laser radiation of the second semiconductor laser in areas of the layer. The first laser radiation can thus precede the second laser radiation and a
Vorheizung bewirken, die insbesondere die Absorption der zweiten Laserstrahlung erst ermöglichen kann. Preheat effect, in particular, the absorption of the second laser radiation can make possible.
Gemäß Anspruch 11 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur According to claim 11 it is provided that the device for
Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Implementation of a method according to the invention is suitable.
Insbesondere treffen die Laserstrahlungen der einzelnen In particular, the laser radiation of the individual meet
Halbleiterlaser mindestens teilweise überlappend auf die Schicht auf. Dabei kann die Strahlung jedes der Halbleiterlaser mit Hilfe von Optikmitteln, insbesondere von Strahlformungsvorrichtungen Semiconductor laser at least partially overlapping on the layer. In this case, the radiation of each of the semiconductor lasers with the aid of optical means, in particular beam shaping devices
mindestens teilweise so aufbereitet werden, dass sie sich beim be at least partially processed so that they are
Auftreffen auf der dünnen Siliziumschicht in einer definierten, insbesondere homogenen geometrischen Verteilung befinden. Impact on the thin silicon layer in a defined, in particular homogeneous geometric distribution.
Als geometrische Verteilung kommen beispielsweise ein rechteckiges Feld oder ein linienförmiges Feld oder ein kreisförmiges Feld oder eine Kombination der vorgenannten Geometrien in Betracht. Dabei können die Optikmittel so gestaltet sein, dass die As a geometric distribution, for example, a rectangular field or a linear field or a circular field or a combination of the aforementioned geometries come into consideration. In this case, the optical means can be designed so that the
Intensitätsverteilungen der Laserstrahlungen linienförmig ausgebildet sind, insbesondere wobei im Betrieb der Vorrichtung durch die Intensity distributions of the laser radiation are formed linear, in particular wherein during operation of the device by the
Überlagerung der Laserstrahlungen eine oder mehrere linienförmige Intensitätsverteilungen auf der zu bearbeitenden Schicht entstehen. Overlapping the laser radiation one or more line-shaped intensity distributions arise on the layer to be processed.
Die Homogenität kann sich beispielsweise durch Variation der Homogeneity can be achieved, for example, by varying the
Strahlungsintensität kleiner als 20% auf insbesondere mehr als 50% der beleuchteten Fläche auszeichnen, wobei mit einer Auflösung von weniger als 10 μιτι gemessen wird. Die Laserstrahlung jedes Radiation intensity less than 20% in particular more than 50% of the illuminated area distinguished, being measured with a resolution of less than 10 μιτι. The laser radiation every
einzelnen der Halbleiterlaser kann mit Hilfe einer Stromversorgung so eingestellt sein, dass die abgegebene Leistung kontinuierlich konstant (cw) oder moduliert (gepulst) austritt. Der Duty Cycle kann zwischen 1% und 99% liegen. Die Pulsdauer kann zwischen 100 ns und 100 s liegen. Die Schicht und die Halbleiterlaser können in der Vorrichtung so angeordnet sein, dass sie zueinander mit, insbesondere Each of the semiconductor lasers can do so using a power supply be adjusted so that the output power continuously constant (cw) or modulated (pulsed) emerges. The duty cycle can be between 1% and 99%. The pulse duration can be between 100 ns and 100 s. The layer and the semiconductor lasers may be arranged in the device so as to communicate with each other, in particular
einstellbarer, Geschwindigkeit zwischen 1 mm/s und 1000 mm/s verschiebbar sind. Die Vorrichtung kann dazu geeignete Mittel umfassen, die beispielsweise die Schicht oder die Halbleiterlaser bewegen können. Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Laserstrahlungen relativ zu der Schicht bewegt werden, adjustable, speed between 1 mm / s and 1000 mm / s are movable. The device may include suitable means for moving, for example, the layer or the semiconductor lasers. Alternatively or additionally, there is also the possibility that the laser radiation is moved relative to the layer,
beispielsweise durch geeignete Scannmittel wie bewegbare Spiegel und mindestens ein F-Theta-Objektiv. for example, by suitable scanning means such as movable mirrors and at least one F-theta lens.
Durch die Kombination mehrerer strahlgeformter, beispielsweise modulierter Halbleiterlaser verschiedener Wellenlänge lässt sich das Schmelzverhalten dünner Silizium-Schichten vorteilhalft steuern. Für LTPS und andere Silizium-Kristallisationsprozesse können so dünne amorphe Siliziumschichten in polykristalline Siliziumschichten umgewandelt werden. Dies insbesondere auf beliebiger By combining a plurality of beam-shaped, for example, modulated semiconductor lasers of different wavelengths, the melting behavior of thin silicon layers can be controlled advantageously. For LTPS and other silicon crystallization processes, thin amorphous silicon layers can be transformed into polycrystalline silicon layers. This particular on any
Trägermaterialgröße beziehungsweise -fläche wie beispielsweise 100 mm bis 6000 mm Kantenlänge. Die Umwandlung kann vorzugsweise in einem weder zeitlich noch räumlich unterbrochenen Carrier material size or area such as 100 mm to 6000 mm edge length. The conversion may preferably be in one neither temporally nor spatially interrupted
Kristallisationsverlauf stattfinden, ohne dass dabei teure und Crystallization process take place without being expensive and
wartungsintensive Excimerlaser verwendet werden müssen. Die Gesamtkosten beziehungsweise Prozesskosten pro Fläche dermaintenance-intensive excimer lasers must be used. The total costs or process costs per area of the
Kristallisation dünner amorpher Siliziumschichten lässt sich für LTPS und andere Silizium-Kristallisationsprozesse mindestens um einen Faktor zwei senken im Vergleich zum heutigen Excimer-basierten LTPS. lm Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele Crystallization of thin amorphous silicon layers can be reduced by at least a factor of two for LTPS and other silicon crystallization processes compared to today's excimer-based LTPS. In the following, preferred embodiments will be described
beschrieben. described.
Beispiel 1 : Example 1 :
Es werden ein erster und ein zweiter Halbleiterlaser verwendet. Die Halbleiterlaser können Laserdioden, insbesondere Laserdiodenbarren sein. Die Wellenlänge der von dem ersten Halbleiterlaser There are used a first and a second semiconductor laser. The semiconductor lasers may be laser diodes, in particular laser diode bars. The wavelength of the first semiconductor laser
ausgehenden ersten Laserstrahlung beträgt 455 nm. Die Wellenlänge der von dem zweiten Halbleiterlaser ausgehenden zweiten outgoing first laser radiation is 455 nm. The wavelength of the emanating from the second semiconductor laser second
Laserstrahlung beträgt 980 nm. Beide Halbleiterlaser werden Laser radiation is 980 nm. Both semiconductor lasers are
kontinuierlich betrieben beziehungsweise als CW-Laser. operated continuously or as a CW laser.
Die von den beiden Halbleiterlasern ausgehende Laserstrahlung weist in einer Arbeitsebene, in der sich die zu bearbeitende Schicht befindet, eine linienförmige Intensitätsverteilung auf. Dabei ist bei beiden Laserstrahlungen die Länge der Linie 2 m und die Breite der Linie 100 μιτι. Es findet ein kontinuierlicher Vorschub der The laser radiation emanating from the two semiconductor lasers has a linear intensity distribution in a working plane in which the layer to be processed is located. In this case, the length of the line is 2 m and the width of the line 100 μιτι in both laser beams. There is a continuous feed of
kombinierten Laserstrahlungen relativ zu der zu bearbeitenden Combined laser radiation relative to the processed
Schicht in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Layer in a direction perpendicular to the longitudinal direction of
linienförmigen Intensitätsverteilungen statt. line-shaped intensity distributions take place.
Die linienförmigen Intensitätsverteilungen beider Laserstrahlungen können in der Arbeitsebene ganz oder teilweise überlappen. The linear intensity distributions of both laser radiations can overlap completely or partially in the working plane.
Insbesondere können die Linien in Linienquerrichtung etwas In particular, the lines in the cross-line direction can be something
gegeneinander versetzt sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Laserstrahlung des ersten Halbleiterlasers mit einer Wellenlänge von 455 nm zeitlich vor der Laserstrahlung des zweiten Halbleiterlasers mit einer Wellenlänge von 980 nm in zu bearbeitende Bereiche der Schicht gelangt. Die erste Laserstrahlung läuft der zweiten also voraus. Die Intensität der ersten Laserstrahlung beträgt 4 kW/cm2. Die be offset against each other. It can be provided in particular that the laser radiation of the first semiconductor laser with a wavelength of 455 nm arrives in time to be processed before the laser radiation of the second semiconductor laser with a wavelength of 980 nm in areas of the layer to be processed. The first laser radiation thus precedes the second one. The intensity of the first laser radiation is 4 kW / cm 2 . The
Intensität der zweiten Laserstrahlung beträgt 100 kW/cm2. Intensity of the second laser radiation is 100 kW / cm 2 .
Die zu bearbeitende Schicht kann beispielsweise eine dünne The layer to be processed, for example, a thin
Siliziunnschicht sein, die insbesondere amorph ist und mit den Siliziunnschicht be particularly amorphous and with the
Laserstrahlungen kristallisiert werden soll. Die Dicke der Schicht kann zwischen 10 nm und 100.000 nm betragen, beispielsweise kann die Dicke der Schicht 50 nm betragen. Laser radiation should be crystallized. The thickness of the layer may be between 10 nm and 100,000 nm, for example, the thickness of the layer may be 50 nm.
Bei dem Verfahren wird durch das zeitliche Vorauseilen der ersten Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 455 nm die Siliziumschicht vorgeheizt. Im angeheizten Zustand weist das Silizium der Schicht eine größere Absorption im infraroten Spektralbereich auf als bei Raumtemperatur, so dass durch die zeitlich etwas später eintreffende zweite Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 980 nm die In the method, the silicon layer is preheated by the time advance of the first laser radiation with a wavelength of 455 nm. In the heated state, the silicon of the layer has a greater absorption in the infrared spectral range than at room temperature, so that by the time later arriving second laser radiation with a wavelength of 980 nm, the
Kristallisation durchgeführt werden kann. Crystallization can be carried out.
Beispiel 2: Example 2:
Die Laserquellen werden wie in dem ersten Beispiel gewählt. Sie werden jedoch gepulst betrieben. Dabei kann die Pulsdauer 0,03 s betragen. Das Tempo der Vorschubschritte beziehungsweise die Vorschubfrequenz kann 10 Hz betragen. Der Vorschub der The laser sources are chosen as in the first example. They are, however, operated pulsed. The pulse duration can be 0.03 s. The speed of the feed steps or the feed frequency can be 10 Hz. The feed of the
Laserstrahlungen kann in Schritten von 0,1 mm erfolgen. Laser radiation can be done in steps of 0.1 mm.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein jeder der Pulse der zweiten Laserstrahlung zu den Pulsen der ersten Laserstrahlung einen zeitlichen Versatz aufweist beziehungsweise zeitlich später beginnt, so dass die erste und die zweite Laserstrahlung auf zu bearbeitende Bereiche der Schicht mit einem zeitlichen Abstand, beispielsweise mit einem zeitlichen Abstand zwischen 100 s und 10 ms auftreffen. Dadurch kann ein zu bearbeitender Bereich der Schicht erst von der ersten Laserstrahlung aufgeheizt werden bevor die zweite Laserstrahlung auf den entsprechenden Bereich auftrifft. In this case, it can be provided, in particular, that each of the pulses of the second laser radiation has a time offset with respect to the pulses of the first laser radiation or begins later in time, so that the first and the second laser radiation are applied to regions of the layer to be processed at a time interval, for example a time interval between 100 s and 10 ms impinge. This allows a region of the layer to be processed only be heated by the first laser radiation before the second laser radiation impinges on the corresponding area.

Claims

Patentansprüche: claims:
Verfahren zur Bearbeitung einer Schicht, insbesondere einer Schicht auf einem Substrat, umfassend folgende Process for processing a layer, in particular a layer on a substrate, comprising the following
Verfahrensschritte: Steps:
Mit mindestens einem ersten Halbleiterlaser wird eine erste Laserstrahlung erzeugt, die eine erste Wellenlänge aufweist mit mindestens einem zweiten Halbleiterlaser wird eine zweite Laserstrahlung erzeugt, die eine zweite, von der ersten Wellenlänge verschiedene, Wellenlänge aufweist, die Schicht wird mit den Laserstrahlungen beaufschlagt, wobei die Laserstrahlungen auf der Schicht überlagert werden und/oder zeitlich nacheinander auf Bereiche der Schicht auftreffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 100 nm groß ist. With at least one first semiconductor laser, a first laser radiation is generated which has a first wavelength with at least one second semiconductor laser, a second laser radiation is generated which has a second, different from the first wavelength, the layer is exposed to the laser radiation, wherein the Laser radiations are superimposed on the layer and / or temporally successive strike areas of the layer, characterized in that the difference between the first wavelength and the second wavelength is at least 100 nm.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Laserstrahlung auf zu bearbeitende Bereiche der Schicht mit einem zeitlichen Abstand von weniger als 1 s, insbesondere von weniger als 10 ms, vorzugsweise mit einem zeitlichen Abstand zwischen 100 s und 10 ms auftreffen A method according to claim 1, characterized in that the first and the second laser radiation impinge on areas of the layer to be processed with a time interval of less than 1 s, in particular less than 10 ms, preferably with a time interval between 100 s and 10 ms
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Siliziumschicht ist. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the layer is a silicon layer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Method according to one of claims 1 to 3, characterized
gekennzeichnet, dass die Schicht kristallisiert wird. characterized in that the layer is crystallized.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch 5. The method according to any one of claims 1 to 4 characterized
gekennzeichnet, dass die Schicht getempert und/oder gesintert und/oder aktiviert und/oder kompaktiert wird.  characterized in that the layer is tempered and / or sintered and / or activated and / or compacted.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der ersten  characterized in that the difference between the first
Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 200 nm groß ist, insbesondere mindestens 300 nm, vorzugsweise mindestens 400 nm groß ist.  Wavelength and the second wavelength is at least 200 nm, in particular at least 300 nm, preferably at least 400 nm in size.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized
gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Wellenlänge im blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 455 nm liegt.  characterized in that the at least one first wavelength is in the blue spectral range, for example at about 455 nm.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 980 nm liegt.  characterized in that the at least one second wavelength in the infrared spectral range, for example at about 980 nm.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized
gekennzeichnet, dass die Intensität der Laserstrahlung des mindestens einen zweiten Halbleiterlasers größer als die  in that the intensity of the laser radiation of the at least one second semiconductor laser is greater than that
Intensität der Laserstrahlung des mindestens einen ersten Halbleiterlasers ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als 10 Mal so groß, beispielsweise mehr als 20 Mal so groß ist.  Intensity of the laser radiation of the at least one first semiconductor laser is, in particular more than twice as large, preferably more than 10 times as large, for example more than 20 times as large.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass die Intensitätsverteilungen der  characterized in that the intensity distributions of the
Laserstrahlungen linienförmig ausgebildet sind, insbesondere wobei durch die Überlagerung der Laserstrahlungen eine oder mehrere linienförmige Intensitätsverteilungen auf der zu bearbeitenden Schicht entstehen. Laser radiations are formed linear, in particular wherein the or by the superposition of the laser radiation several linear intensity distributions arise on the layer to be processed.
11. Vorrichtung zur Bearbeitung einer Schicht, insbesondere einer Schicht auf einem Substrat, mit Laserstrahlung, umfassend mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten 11. An apparatus for processing a layer, in particular a layer on a substrate, with laser radiation, comprising at least a first and at least one second
Halbleiterlaser sowie Optikmittel zur Formung der von den Halbleiterlasern ausgehenden Laserstrahlungen, wobei die Laserstrahlung des mindestens einen ersten Halbleiterlasers eine erste Wellenlänge aufweist und die Laserstrahlung des mindestens einen zweiten Halbleiterlasers eine zweite, von der ersten Wellenlänge verschiedene, Wellenlänge aufweist,  Semiconductor laser and optical means for shaping the emanating from the semiconductor laser laser radiation, wherein the laser radiation of the at least one first semiconductor laser has a first wavelength and the laser radiation of the at least one second semiconductor laser has a second, different from the first wavelength,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur  characterized in that the device for
Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 geeignet ist.  Carrying out a method according to one of claims 1 to 10 is suitable.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge mindestens 100 nm groß ist, insbesondere mindestens 200 nm groß ist, vorzugsweise mindestens 300 nm, beispielsweise mindestens 400 nm groß ist. 12. The device according to claim 11, characterized in that the difference between the first wavelength and the second wavelength is at least 100 nm in size, in particular at least 200 nm in size, preferably at least 300 nm, for example at least 400 nm in size.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Wellenlänge im blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 455 nm liegt, und/oder dass die mindestens eine zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 980 nm liegt. 13. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the at least one first wavelength in the blue spectral range, for example at about 455 nm, and / or that the at least one second wavelength in the infrared spectral range, for example at about 980 nm ,
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch 14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized
gekennzeichnet, dass die Intensität der Laserstrahlung des mindestens einen zweiten Halbleiterlasers größer als die Intensität der Laserstrahlung des mindestens einen ersten Halbleiterlasers ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als 10 Mal so groß, beispielsweise mehr als 20 Mal so groß ist. in that the intensity of the laser radiation of the at least one second semiconductor laser is greater than that Intensity of the laser radiation of the at least one first semiconductor laser is, in particular more than twice as large, preferably more than 10 times as large, for example more than 20 times as large.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel so gestaltet sind, dass die Intensitätsverteilungen der Laserstrahlungen linienförmig ausgebildet sind, insbesondere wobei im Betrieb der Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the optical means are designed so that the intensity distributions of the laser radiation are formed linear, in particular during operation of the
Vorrichtung durch die Überlagerung der Laserstrahlungen eine oder mehrere linienförmige Intensitätsverteilungen auf der zu bearbeitenden Schicht entstehen. Device caused by the superposition of the laser radiation one or more linear intensity distributions on the layer to be processed.
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