激光束圖案掩模及采用它的結晶方法

專利名稱：激光束圖案掩模及采用它的結晶方法
技術領域：
本發明涉及硅結晶，特別涉及一種激光束圖案掩模和采用它的結晶方法。
背景技術：
隨著信息社會的發展，對可視化顯示器件的需求正以各種方式與日俱增。各類平板顯示器件已經被設計出來以滿足這種需求。目前，很多工作正在進行來進一步研制諸如液晶顯示器件(LCD)、等離子顯示面板(PDP)、電致發光顯示器(ELD)以及真空熒光顯示器(VFD)這類平板顯示器件。這些平板顯示器件中的一些已經用在各種類型的設備中。
在替代CRT(陰極射線管)時，LCD提供了良好的特性，包括優良的圖像質量、輕重量、小尺寸和低能耗，由此提高了器件的便攜性而成為各種平板顯示器件中最通用的器件。而且，LCD也被研制用來應用于TV、計算機顯示器等，以及便攜式筆記本計算機的顯示器。
液晶顯示器件主要由液晶顯示面板和向液晶顯示面板施加驅動信號的驅動單元構成。液晶顯示面板由相互裝配在一起且彼此間留出預定距離的第一玻璃基板和第二玻璃基板以及注入在第一玻璃基板與第二玻璃基板之間的液晶層構成。
多條柵線沿一個方向排列在第一玻璃基板(薄膜晶體管(TFT)陣列基板)上，而且彼此間具有預定距離。同時多條數據線沿垂直于柵線的方向也排列在第一玻璃基板(TFT陣列基板)上，而且彼此間具有預定間隔。另外，多個像素電極形成在由柵線與數據線之間限定的像素區域內。而且，響應柵線的信號而將數據線的信號傳輸至相應像素電極的多個薄膜晶體管分別形成在像素區域內。這種排列的LCD是有源矩陣LCD，其通過采用連接到薄膜晶體管的像素電極，可以提供優良的分辨率，而且可以實現動態圖像。
在第二玻璃基板(濾色片基板)上形成使光僅能夠透射至像素區域的黑矩陣層。另外，R/G/B濾色片層和用來實現圖像的公共電極形成在第二玻璃基板(濾色片基板)上。彼此之間具有由襯墊料形成的預定空間的第一玻璃基板和第二玻璃基板用具有液晶注入口的密封材料相互裝配在一起。然后，液晶經由液晶注入口注入進該預定空間內。
通常的液晶顯示器件的工作原理是利用液晶的光學各向異性和極化特性。液晶具有細長的形狀，從而提供分子排列的方向。可以通過向液晶施加電場來控制分子排列的方向。調節液晶的分子排列方向，從而改變液晶的分子排列，通過光學各向異性反射沿液晶分子排列方向的光，顯示圖像信息。
在包含薄膜晶體管的液晶顯示器件內，其中半導體層由多晶硅形成，薄膜晶體管和驅動電路可以設在同一基板上，從而不再需要連接薄膜晶體管工序和驅動電路工序的工藝，這就簡化了制造過程。多晶硅的場效應遷移率比非晶硅的要高100～200倍，而且無論高溫和光，都可以提供快速的響應速度和優良的穩定性。多晶硅可以由高溫處理或低溫處理來形成。高溫處理的處理溫度約為1000℃，這超過絕緣基板的轉變溫度。因此，高溫多晶硅處理需要昂貴的高耐熱性的石英基板。由高溫處理形成的多晶硅膜顯示出低劣的結晶特性，例如表面粗糙度高、結晶粒度細等，從而在器件工作特性方面不如由低溫處理形成的多晶硅。因此，正投入很多精力來研發通過采用在低溫下沉積非晶硅的結晶而形成的多晶硅。
低溫加工可以分為激光退火，金屬誘導結晶。激光退火是以向絕緣基板上的非晶硅施加脈沖型激光束這種方式進行的。通過使用脈沖型激光束，以101～102納秒脈沖重復熔融和結晶，以使對下絕緣基板的損傷最小。作為一種低溫結晶過程，多晶硅的激光退火已經廣受關注。
圖1是按照激光能量密度的非晶硅結晶粒度的曲線圖。參看圖1，非晶硅的結晶區域按照激光能量的強度可以劃分成第一至第三區。第一區是部分熔融區，其中具有能夠部分熔融非晶硅層表面的強度的激光能施加到非晶硅層。在第一區內，在激光束照射后，部分熔融恰好出現在非晶硅層的表面處。在該熔融部分結晶后，在非晶硅的表面上形成小的晶粒。
第二區是近乎完全熔融區，其中通過增加激光能的強度使其高于在第一區內所采用的激光能強度，激光能幾乎能夠熔融照射的整個非晶硅層。在熔融之后，通過由留作種子的很小核子來生長晶體，晶粒生長得比第一區的要大。然而，該第二區不能提供均勻的晶粒。而且，該第二區比第一區相對要小。
第三區是激光強度足以實現完全熔融的區域，其中通過用高于第二區的激光能強度進行照射，激光能可以完全熔融非晶硅層。在完成非晶硅層的熔融后，接著進行結晶，從而使均勻核化。在照射完成后，由細微均勻晶粒構成的結晶硅層就形成了。
為了用第二區的能量密度均勻地形成大晶粒，在多晶硅形成過程中調節激光束的照射量和其重疊的區域。然而，多晶硅的多個晶界卻充當了阻止電流的障礙物，從而抑制了可靠的薄膜晶體管器件的生成。由多個晶粒內電子之間的碰撞引起的碰撞電流和惡化分解為絕緣體，從而導致產品故障。為了克服這一問題，基于硅晶粒在液態硅與固態硅之間的邊界上沿垂直于邊界的方向生長的事實，已經提出由SLS(sequential lateral solidification連續橫向結晶)制成的單晶非晶硅(Robert S.Sposilili，M.A.，Crowder和James S.Im，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，Vol.452，956～957，1997)。
在SLS中，通過適當地調節激光能量強度、激光束照射范圍和激光束平移距離，硅晶粒橫向生長至預定長度，從而非晶硅可以結晶成長于1μm(微米)的單晶硅。這樣，在SLS中使用的激光束系統就將激光束聚焦到狹窄區域，從而不能將基板上的所有非晶硅一次轉變成單晶硅。因此，其上沉積有非晶硅層的基板裝載在移動工作臺上來改變基板的目標區域。在完全照射基板的預定區域后，移動基板來進行基板下一區域的下次照射。這樣，就可以照射基板上的所有非晶硅。
圖2是普通SLS照射系統的示意圖。參看圖2，該SLS系統包括產生激光束的激光束產生器(在圖中未示出)，通過調節激光束的能量強度，以減速激光束的衰減器1，改變激光束路徑的第一反射鏡2a，擴展激光束的望遠透鏡3，再次改變激光束路徑的第二反射鏡2b，均勻聚集激光束的均化器&聚光透鏡4，通過彎曲以改變激光束路徑的第三反射鏡2C，用于適當修改進入激光束圖案掩模入射面的激光束形狀的場透鏡5，將激光束透射進預定圖案的激光束圖案掩模6，以及以一定的縮減比縮減透射穿過激光束圖案掩模6的激光束并將縮減過的激光束照射到基板10上的投影透鏡7。激光束產生器是典型采用308nm的XeCl或248nm的KrF的準分子激光器。該激光束產生器放射出未處理的激光束。
放射的激光束穿過衰減器1，各個反射鏡2a、2b和2c，改變其路徑并穿過激光束圖案掩模6，以照射在具有預定激光束圖案的基板上。反射鏡2a、2b和2c設置用來最大化地利用空間，而不是延長SLS照射系統沿一個方向所占據的空間。在一些情形中，反射鏡的數目可以進行調整以增大或減小SLS照射系統占據的空間。
裝載有其上沉積有非晶硅層的基板10的工作臺8放置在激光束圖案掩模6的前面。在基板10從外部裝載在工作臺8上時，提供用于將基板10固定到工作臺8上的固定裝置，以在工作臺8移動時避免基板10移動。為了結晶基板10的整個區域，一點一點地移動X-Y工作臺8，以逐漸延伸到結晶區域。
激光束圖案掩模6分為透過激光束的透射部分和遮斷激光束的遮斷部分。透射部分的寬度決定一次曝光形成的晶粒的橫向生長長度。下面參照附圖詳細說明激光束圖案掩模6具有的圖案。本發明人已經申請了美國專利，申請號為10/454,679，題目為“用于橫向結晶的圖案和非晶硅的結晶方法”，在此引入其作為參考。另外，本發明人也是美國專利6,755,909、美國專利6,736,895、美國專利6,489,188和美國專利6,326,286的發明人，在此也將上述專利引入作為參考。
圖3是用于激光照射的激光束圖案掩模的布局圖，圖4是采用圖3的激光束圖案掩模用第一激光束照射形成的結晶區域的視圖。參看圖3，用于激光照射中的激光束圖案掩模3由多個分別具有開口圖案且具有第一間隔“a”的透射部分“A”和多個分別具有封閉圖案且具有第二間隔“b”的遮斷部分“B”構成。透射部分“A”和遮斷部分“B”交替設置在激光束圖案掩模3上。
下面，說明采用激光束圖案掩模的激光束照射方法。首先，使用激光束圖案掩模3將激光束照射到其上沉積有非晶硅層的基板上。在這樣做時，激光束穿過設在激光束圖案掩模3上的多個透射部分“A”。這樣，對應于每個透射部分“A”的部分22就熔融成液相。從而，所使用激光能量的強度處于完全熔融區域內，也即，其能量足以完全熔融非晶硅層的照射部分22。與其上形成多個連續透射部分“A”的激光束圖案掩模的區域相對應的基板的照射區域，如由寬“L”×長“S”限定的區域，稱作單元區域20。
在激光束的照射完成后，硅晶粒24a和24b從非晶硅區域與完全熔融后的液化硅區域之間的界面21a和21b開始橫向生長。晶粒24a和24b的橫向生長出現在與界面21a和21b垂直的方向。若對應于透射部分“A”的照射部分22的寬度小于結晶后的硅晶粒24a生長長度的兩倍，則晶粒分別從非晶硅區域與照射部分22之間的界面21a和21b垂直地向內生長，并在其彼此碰撞后停止生長。
為了進一步地生長硅晶粒，移動其上裝載有基板的工作臺，以便在鄰近該照射部分的相鄰區域上進行另一次照射，以形成與由第一次照射所先前形成的晶體相連接的晶體。同樣地，晶體從被第二次照射所即刻熔融的照射部分的兩側橫向地形成。一般地，與被激光照射的相鄰照射部分相連的晶體生長的長度取決于激光束圖案掩模的透射部分和遮斷部分的寬度“a”和“b”。
圖5是按照現有技術方法的結晶順序的布局圖。參看圖5，按照圖5所示的順序，在基板10上進行硅結晶。
以下面的方式進行第一次平移(translation)T1。將基板10的曝光部分從右側(沿(-)X軸方向)向左移動相當于圖3中激光束圖案掩模6的透射部分長度“L”的位移。然后沿基板10的水平方向進行照射。
接著，以下面的方式進行第二次平移T2。基板10的曝光部分從上側(沿(-)Y軸方向)向下側移動相當于透射部分和遮斷部分寬度“a”和“b”的一半([(a+b)/2])。
然后，以下面的方式進行第三次平移T3。基板10的曝光部分從左側(沿(+)X軸方向)向右側移動相當于透射部光束長度“L”的位移。在與激光束圖案掩模6相對應的基板10的多個單元區域的每個在第一次平移T1后沒有進行照射的區域上進行結晶。在這樣做時，第三次平移T3的激光束照射區域與第一次平移T1的激光束照射區域部分重疊，從而晶體可以從先前的晶體處繼續生長。
接下來，以下面的方式進行第四次平移T4。基板10的曝光部分從上側(沿(+)Y軸方向)向下側移動相當于激光束圖案掩模6的垂直長度“S”的位移。
同時，重復第一次平移T1至第三次平移T3的過程，以在基板10的整個表面上進行結晶。在上述的結晶過程中，通過移動圖2中其上裝載有基板10的工作臺8來進行結晶，同時激光束圖案掩模6保持固定。在這樣做時，工作臺8的相應平移方向與基板10上的結晶方向相反。
圖6是按照現有技術在基板的整個區域上完成結晶之后出現在預定區域上的光束重疊的圖。參看圖6，當按照圖5中的順序通過移動基板10進行結晶時，移動與一次激光束照射相對應的基板單元區域C1、C2…Cm、Cm+1…，以進行結晶。在結晶完成后觀察基板的預定區域時，在透射部分“A”的相鄰激光照射區域之間對應至少兩次的區域，就會產生光束重疊區域01和02。也即，當基板沿X軸方向平移相當于激光束圖案掩模6長度“L”的位移后進行照射時，就會產生一光束重疊區域01。而且，當基板沿Y軸方向平移相當于激光束圖案掩模6的“(a+b)/2”長度的位移后進行照射時，就會產生光束重疊區域02。在X軸方向或Y軸方向中之一的方向上存在重疊的雙重曝光部分51和52。同時，在X軸方向和Y軸方向都存在重疊的四重曝光部分53。
在光束重疊區域51、52和53內，激光束以與結晶取向(orientation)方向垂直的方向至少照射光束重疊區域01兩次。在這樣做時，先前形成的晶粒部分熔融，并再次結晶，由此最后的晶粒就傾斜地形成。若器件放置在這樣的傾斜部分上，遷移率(mobility)就降低，從而會使在該部分上隨后形成的器件的性質變差。
圖7是按照現有技術的表示結晶程度的SEM圖片，其呈現出正常區域或光束重疊區域。參看圖7，與正常區域的結晶程度相比，在相鄰激光束圖案區域的光束重疊區域內結晶上所呈現出的結晶程度具有不規則的性質。具體地說，光束重疊區域內的晶粒沿傾斜方向形成，而正常區域內的晶粒沿垂直方向形成。當構圖是這樣進行時，即，在一條線的多個器件，有一部分在正常區域上形成，而其余部分在其中一個光束重疊區域上形成時，對于每個器件來說，器件的性質會不一致。
如前面說明所提到的，現有技術的激光束圖案掩模和采用其的結晶方法具有下面的問題或缺點。首先，在用激光束圖案掩模將激光束照射到基板上時，在相鄰激光束圖案區域之間會出現光束重疊區域。具體地說，相鄰激光束照射圖案區域的邊緣部分會彼此重疊，而且激光束照射圖案區域的形狀會類似于設在激光束圖案掩模中的透射部分的形狀。然而，現有技術的激光束圖案掩模透射部分的中心和邊緣是矩形的，從而使用該掩模，基板上的光束重疊區域也會是矩形。其次，與非重疊區域相比，這種光束重疊區域具有不規則的結晶性質。具體地說，在制作薄膜晶體管陣列基板以制造諸如液晶顯示器件這類平板顯示器時，器件的性質會發生變化，從而在位于該光束重疊區域上的薄膜晶體管(TFT)內會出現工作故障。

發明內容
因此，本發明涉及一種激光束圖案掩模及采用其的結晶方法，它能夠基本上消除由現有技術的限制和不足引起的一個或多個問題。
本發明的一個目的是提供一種激光束圖案掩模和采用其的結晶方法，由此可以提高光束重疊區域的結晶性質。
本發明的附加優點和特征將在后面的描述中得以闡明，通過以下描述，將使它們在某種程度上顯而易見，或者可通過實踐本發明來認識它們。本發明的這些目的和優點可通過書面描述及其權利要求以及附圖中具體指出的結構來實現和得到。
為了實現這些和其它優點，按照本發明的目的，作為具體和廣義的描述，一種激光束圖案掩模包括至少一個或多個透射部分，每個透射部分具有中央部分和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形的形狀是由所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線(virtual boundary)、和從所述虛擬邊界線的上端以銳角延伸的上外側和從虛擬邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所限定的。
在本發明的另一方面，一種激光束圖案掩模，包括至少一個第一透射部分，具有中央部分和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形的形狀是由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從該邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從該邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所確定的；以及至少一個第二透射部分，其與所述至少一個第一透射部分以水平方向的第一距離或者垂直方向的第二距離分隔設置，其中所述第一距離約等于所述中央部分的長度，所述第二距離或者約等于所述中央部分的寬度。
在本發明的又一方面，一種結晶方法包括步驟制備其上沉積有非晶硅層的基板；將所述基板固定到工作臺上；將激光束圖案掩模設置在所述基板上方，所述激光束圖案掩模包括至少一個或多個透射部分，每個激光束圖案具有矩形中央部分和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形的形狀是由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從該邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從該邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側限定的；以及通過使對應于在前一次照射中曝光的所述邊緣部分的照射部分與下一次照射的中央部分重疊，使用激光束圖案掩模進行激光束照射，從而使所述的非晶硅結晶。
在本發明的再一方面，一種結晶方法包括步驟制備其上沉積有非晶硅層的基板；將所述基板固定到工作臺上；將激光束圖案掩模設置在所述基板上方，所述激光束圖案掩模包括至少一個第一透射部分，其具有矩形中央部分和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上為三角形的形狀，所述三角形的形狀是由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從該邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從該邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側限定的；以及至少一個第二透射部分，沿水平方向與所述至少一個第一透射部分以約等于所述中央部分長度的第一距離分隔設置，或者沿垂直方向與所述至少一個第一透射部分以約等于所述中央部分寬度的第二距離分隔設置；以及通過使對應于在前一次照射中曝光的邊緣部分的照射部分與下一次照射的中央部分重疊，使用激光束圖案掩模進行激光束照射，從而使所述的非晶硅結晶。
應當理解，不僅前面的一般描述而且下面對本發明的詳細描述都是示例性和說明性的，其意欲對如權利要求書所述的本發明提供進一步說明。


所附的附圖被包括用來提供對本發明的進一步理解，并結合構成說明書的一部分，示出本發明的各種實施方式，而且與下面的描述一起用來說明本發明的原理。在附圖中圖1所示為按照激光能量密度的非晶硅晶粒尺寸的曲線圖；圖2所示為普通SLS照射系統的示意圖；圖3所示為用于激光照射的激光束圖案掩模的布局圖；圖4所示為采用圖3的激光束圖案掩模、用第一激光束照射形成的結晶區域的視圖；圖5所示為按照現有技術方法的結晶順序的工藝布局圖；圖6所示為按照現有技術在基板的整個區域上完成結晶之后出現在預定區域上的光束重疊的視圖；圖7所示為按照現有技術的表示結晶程度的SEM圖片，其呈現出正常區域或光束重疊區域；圖8所示為按照本發明第一種實施方式具有邊緣部分的激光束圖案掩模的透射部分的布局圖；圖9所示為在用圖8的激光束圖案掩模實施第一次和第二次照射時，表示光束重疊程度的視圖；圖10所示為采用圖8所示激光束圖案掩模的方法的結晶順序的布局圖；圖11所示為表示用圖8的激光束圖案掩模在光束重疊區域內呈現的結晶程度的SEM圖片；圖12所示為按照本發明第二實施方式具有邊緣部分的激光束圖案掩模的透射部分的布局圖；以及圖13所示為用圖12所示激光束圖案掩模的方法的結晶順序的布局圖。
具體實施例方式
現在，詳細說明本發明的各種優選實施方式，其實施例示出在附圖中。如果可能，在整個附圖中相同的參考數字指代相同或類似的部分。
圖8是按照本發明第一種實施方式具有邊緣部分的激光束圖案掩模的透射部分的布局圖。參看圖8，按照本發明第一種實施方式的激光束圖案掩模100包括若干透射部分110，每個透射部分沿垂直方向都相互分隔開。除這些若干透射部分110外，該激光束圖案掩模100的剩余區域就是遮斷部分120。每個透射部分110都包括一個中央部分和分別設在該中央部分兩側的一對邊緣部分。中央部分可以呈矩形。每個邊緣部分為基本上呈三角形的形狀，其具有由中央部分的虛擬邊界線確定的一側(one side)，沿虛擬邊界線的上端以銳角α向上傾斜的上外側112，以及沿虛擬邊界線的下端以相同銳角α向下傾斜的下外側114。該上外側112和下外側114以一個圓角彼此相交，該圓角被邊緣部分的中心線二等分。
若位于中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線作為虛擬三角形(virtual trangular)的底線，則該虛擬三角形的長度“n”等于或者小于中央部分長度“m”的1/2，處于該虛擬三角形內的、相應邊緣部分的所述基本上呈三角形形狀的長度“x”設定為大于該虛擬三角形長度“n”的1/2。由于上外側112經由圓角125與下外側114間接相交，因此相應邊緣部分的長度“x”小于虛擬三角形的長度“n”。透射部分110具有寬度為“y”和長度為“m”的中央部分以及長度“x”滿足“y”≤x≤“m”/2的相應邊緣部分。
該基本上呈三角形形狀類似于等腰三角形，其中邊緣部分的上外側112的延長部分(extension)L1在長度上等于邊緣部分的下外側114的延長部分L2。該兩延長部分L1和L2以角度θ相交。兩延長部分L1與L2之間的角度θ是20°～80°。若該角度θ超過20°～80°的范圍，則邊緣部分的水平長度“x”會變得太長或太短，從而難于在激光束圖案的重疊區域內獲得所需的結晶性質。該基本上呈三角形形狀的尺寸依賴于兩延長部分L1與L2之間的角度θ。由于虛擬邊界線與延長部分L1之間的銳角α為180°-(90°+θ/2)，因此銳角α的范圍為50°～80°。
在圖中，示出了以上外側或下外側的長度依次減小的這種方式所實現的相應邊緣部分的長度為x1、x2、x3和x4的情況。邊緣部分的每個拐角125a、125b、125c或125d都是三角形的形狀的圓角部分。邊緣部分的長度x1、x2、x3或x4取決于從中央部分與邊緣部分間的虛擬邊界線的中心到相應邊緣部分的拐角的距離。相應透射部分110的中央部分的寬度是“y”。
圖9是在采用圖8的激光束圖案掩模實施第一次和第二次照射時，表示光束重疊程度的視圖。參看圖9，通過用具有圖8所示透射部分的激光束圖案掩模100向基板施加光束圖案，來進行結晶。在這樣做時，基板水平移動一段距離，該段距離相當于激光束圖案掩模100中央部分的長度加上其中一個邊緣部分的長度。而基板實際的平移距離通過將激光束圖案掩模100的中央部分和其中一個邊緣部分的長度乘以設置在掩模100下的投影透鏡的縮減比而獲得。從而，在結晶時，激光束圖案掩模100的中央部分的長度“m”和寬度“y”經由投影透鏡分別縮減至大小“M”和“Y”。而且，位于激光束圖案區域之間的光束重疊區域包括第一次照射的一個邊緣部分和第二次照射的另一個邊緣部分，從而具有對應于一個邊緣部分長度“x”兩倍的水平長度“2X”。
在這種情形下，使第一次照射的一個邊緣部分包括在第二次照射的中央部分內。從而，該光束重疊區域對應于右邊緣部分和第一次照射的一個激光束圖案區域的中央部分的長度“X”并而后對應于左邊緣部分和第二次照射的另一個激光束圖案區域的中央部分的另一長度“X”。
圖10是采用圖8所示激光束圖案掩模的方法的結晶順序的布局圖。參看圖10，采用按照本發明第一實施例的激光束圖案掩模的結晶方法包括下面的步驟。
首先，制備其上沉積有非晶硅層210的基板200。該基板200固定在工作臺(圖中未示出)上。制備一個激光束圖案掩模。該激光束圖案掩模(圖8中的“100”)包括具有預定間隔的多個透射部分110。其中每個透射部分都分別包括一個中央部分和設在中央部分兩側的一對邊緣部分。該中央部分可以呈矩形。每個邊緣部分具有基本上呈三角形的形狀，該形狀是由與中央部分的虛擬邊界線、從該虛擬邊界線上端以銳角傾斜的上外側以及從該虛擬邊界線的下端以相同銳角傾斜的下外側限定。該上外側和下外側在圓角拐角處彼此相交。接著，實施激光束照射以進行結晶，使得激光束圖案掩模100的邊緣部分與基板200上相鄰激光束圖案的區域相互重疊。
在進行激光束的照射時，通過移動其上固定有基板200的工作臺，實現基板200上照射(曝光)區域的平移。在這樣做時，通過考慮掩模的每個透射部分的長度或寬度以及投影透鏡的縮減比來調節工作臺的平移距離。首先，沿(+)X軸方向移動工作臺(圖中未示出)一段距離“M”來進行照射，以在基板200上沿第一方向D1實施結晶，其中該段距離“M”相當于激光束圖案掩模100的相應透射部分的中央部分的長度“m”。
其次，沿(+)Y軸方向移動工作臺相當于激光束圖案掩模100的中央部分的寬度“y”的一段距離。在移動工作臺時，沿第二方向D2在基板200上形成激光束照射區域。
第三，通過沿與第一步驟中方向相反的(-)X軸方向移動工作臺一段距離“M”來在基板200上進行照射，以實現沿第三方向D3的結晶，其中該段距離“M”相當于激光束圖案掩模100的相應透射部分的中央部分的長度“m”。
第四，將工作臺沿(+)Y軸方向移動單元區域K1、K2…的垂直長度的距離，該單元區域K1、K2…為通過用激光束圖案掩模100在基板200上進行一次照射結晶后的區域。在移動工作臺時，沿第四方向D4在基板200上形成激光束照射區域。
重復上述的第一至第四步驟，以對沉積在基板200上的整個非晶硅層210進行結晶。與此同時，結晶過程所用的激光束圖案掩模的尺寸，水平長度“d”約為5mm～10mm，垂直長度“c”約為50mm～150mm。例如，當激光束圖案掩模100的水平長度“d”和垂直長度“c”分別為5mm和100mm時，若一個透射部分110的水平長度是“5mm-2β”，即(掩模的水平長度)-2*(透射部分的邊緣部分與掩模邊緣間的間隔)，中央部分的寬度為12.5μm，而且兩個相鄰透射部分間的距離是10.0μm，則根據100mm/(12.5μm+10.0μm)，該激光束圖案掩模100內總共設有4,444個透射部分。
根據投影透鏡的縮減比，當激光束穿過激光束圖案掩模100的相應透射部分110和投影透鏡(圖中未示出)時，激光束圖案被縮減至1/4或1/5，從而形成具有圓形邊緣的線型圖案。在具有圓形邊緣的線型圖案中，該線型圖案的中央部分具有3.125μm的寬度和1.25mm的長度，或者2.5μm的寬度和1.0mm的長度。此外，在該圖中未加以說明的參考數字“220”表示沉積在基板200上的非晶硅層的每個結晶后的部分。
圖11是表示用圖8的激光束圖案掩模在光束重疊區域內呈現的結晶程度的SEM圖片。參看圖11，每個基本上呈三角形形狀的邊緣部分的拐角呈圓形，其中該基本上呈三角形的形狀是由與中央部分的虛擬邊界線、從該虛擬邊界線的上端開始、與所述虛擬邊界線成銳角的上外側以及從該虛擬邊界線的下端開始、與所述虛擬邊界線成相同銳角的下外側限定。在照射時，具有圓角的左邊緣部分與具有圓角的右邊緣部分在基板的激光束重疊區域內重疊，由此可以實現與正常區域處的結晶幾乎相同、均勻地結晶。
圖12是按照本發明第二實施例方法的具有邊緣部分的激光束圖案掩模的透射部分的布局圖。參看圖12，按照本發明第二實施例的激光束圖案掩模150是單掃描激光束圖案掩模，其借助于照射時對在基板上出現的每個單元區域進行兩次照射，以使能夠進行結晶。
按照本發明第二實施例的激光束圖案掩模150包括多個第一透射部分“D”和具有與第一透射部分“D”相同形狀的多個第二透射部分“E”。每個第一透射部分“D”分別包括一個中央部分和設在該中央部分兩側的一對邊緣部分，其具有與圖8中所示本發明第一實施例的透射部分相同的形狀。而且，每個邊緣部分具有虛擬三角形狀，該三角形是由與中央部分的邊界線、從該虛擬邊界線的上端開始、與所述邊界線成銳角α傾斜的上外側112以及從該虛擬邊界線的下端開始、與所述邊界成相同銳角α傾斜的下外側114確定。該上外側112和下外側114以圓角彼此相交。另外，第二透射部分“E”位于從相應第一透射部分“D”的位置沿水平方向平移中央部分的長度“m”和沿垂直方向平移中央部分的寬度“y”的位置處。
邊緣部分的上外側112與虛擬邊界線之間的銳角α和邊緣部分的下外側114與虛擬邊界線之間的銳角α相同。該銳角α的范圍為50°～80°。中央部分的長度被確定比至少其中一個邊緣部分長度的兩倍還長，以使該邊緣部分的長度不會太長。而且，多個第一透射部分“D”彼此平行地設置，以便相互間垂直地留出預定距離。多個第二透射部分“E”也平行地設置，以便相互間也垂直地留出預定距離。在這樣做時，第一透射部分“D”之間的預定距離設置為等于第二透射部分“E”之間的預定距離。與本發明的第一實施例相似，除若干個第一和第二透射部分“D”和“E”外，激光束圖案掩模150的剩余區域是遮斷部分155。
圖13是用圖12所示激光束圖案掩模的方法的結晶順序的布局圖。參看圖13，采用按照本發明第二實施例的激光束圖案掩模的結晶方法包括下述步驟。
首先，制備其上沉積有非晶硅層210的基板200。接著，將該基板200固定在工作臺(圖中未示出)上。類似于圖12，制備一個激光束圖案掩模。該激光束圖案掩模150包括多個第一透射部分“D”和多個具有與第一透射部分“D”相同形狀的第二透射部分“E”。每個第一透射部分“D”都分別包括一個中央部分和一對設在中央部分兩側的邊緣部分。每個邊緣部分為基本上呈三角形的形狀，該形狀是由與中央部分的虛擬邊界線、從該虛擬邊界線上端開始、并以銳角傾斜的上外側以及從該虛擬邊界線的下端開始、并以相同銳角α傾斜的下外側限定。該上外側和下外側以一個圓角彼此相交。而且，第二透射部分“E”位于沿水平方向與相應的第一透射部分“D”的位置相距一個中央部分長度“m”和沿垂直方向與相應的第一透射部分“D”的位置相距一個中央部分的寬度“y”的位置處。
將激光束圖案掩模150放置在基板200上并進行激光束照射。接著，以這種方式移動激光束圖案掩模150，使得邊緣部分與基板200上的相鄰激光束圖案區域相重疊。然后，實施激光束照射進行結晶。在實施激光束照射時，通過移動其上固定有基板200的工作臺，實現基板200上照射(曝光)區域的平移。在這樣做時，通過考慮掩模的每個透射部分的長度或寬度以及投影透鏡的縮減比來調節工作臺的平移距離。
首先，沿(+)X軸方向移動工作臺一段距離來進行照射，在基板200的非晶硅210上沿水平方向實施結晶，其中該段距離相當于激光束圖案掩模150的相應第一透射部分“D”中央部分的長度“m”。
其次，沿(+)Y軸方向移動工作臺相當于單元區域Km的長度的一段距離，以通過用第一透射部分“D”和第二透射部分“E”進行一次拍攝照射，來結晶基板200上的非晶硅210。
第三，通過沿與第一步驟中方向相反的(-)X軸方向移動工作臺一段距離“M”，進行照射，以結晶基板200上的非晶硅210，其中該段距離“M”相當于激光束圖案掩模150的相應第一透射部分的中央部分的長度“m”。
重復上述的第一至第三步驟，以對沉積在基板200上的整個非晶硅層210進行結晶。此外，在該圖中未加說明的參考數字“220”表示在基板200上沉積的非晶硅層的每個結晶后的部分。因此，為了在每個激光束重疊區域上獲得均勻的結晶性質，本發明涉及一種激光束圖案掩模和采用其的結晶方法，其中激光束圖案掩模具有中央部分和基本上呈三角形的邊緣部分。這些基本上呈三角形的部分可以具有圓角。
因此，本發明可以產生如下的效果或者優點首先，由于激光束圖案掩模具有中央部分和基本上呈三角形的邊緣部分，因此采用這種激光束圖案掩模，本發明的各種實施方式可以解決基板的激光束重疊區域內不規則結晶的問題。其次，在制作平板顯示器的薄膜晶體管陣列基板時，由于無論基板表面上的光束重疊區域怎樣，在整個基板表面上，結晶性質都可以變得很均勻，因此可以獲得均勻的器件性質。因而，由于這種均勻的器件性質，就可以提高顯示器件的圖像質量。
對于本領域的熟練人員而言，很顯然可以在不脫離本發明精神或范圍下對本發明做出各種改進和修改。因此，本發明旨在涵蓋所有落入所附權利要求書及其等同物的范圍內的對本發明的改進和修改。
權利要求
1.一種激光束圖案掩模，包括至少一個或多個透射部分，每個透射部分包括中央部分；和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，每個所述邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形形狀是由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從所述邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從所述邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所限定。
2.根據權利要求1所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述中央部分呈矩形。
3.根據權利要求1所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述銳角為50°～80°。
4.根據權利要求1所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述中央部分的長度比相應的所述邊緣部分的長度至少長兩倍。
5.根據權利要求1所述的激光束圖案掩模，其特征在于，多個所述透射部分彼此平行地設置，且相互間沿垂直方向相隔一預定距離。
6.根據權利要求1所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述透射部分具有的中央部分的寬度為“y”，長度為“m”，其中一個邊緣部分的長度為“x”，且以y≤x≤m/2為前提條件。
7.一種激光束圖案掩模，包括至少一個第一透射部分，包括中央部分；和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形形狀由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從所述邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從所述邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所限定；以及至少一個第二透射部分，其通過在水平方向約等于所述中央部分長度的第一距離和在垂直方向約等于所述中央部分寬度的第二距離，與所述至少一個第一透射部分分隔設置。
8.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述中央部分呈矩形。
9.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述銳角為50°～80°。
10.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述中央部分的長度比相應所述邊緣部分的長度至少長兩倍。
11.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述至少一個第二透射部分和所述至少一個第一透射部分具有相同的形狀。
12.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，多個所述第一透射部分彼此平行地設置，且沿垂直方向相互間相隔一預定的距離，而且若干個所述第二透射部分彼此平行地設置，且沿所述垂直方向相互間相隔一預定的距離。
13.根據權利要求7所述的激光束圖案掩模，其特征在于，所述透射部分具有的中央部分的寬度為“y”，長度為“m”，其中一個邊緣部分的長度為“x”，且以y≤x≤m/2為前提條件。
14.一種結晶方法，包括步驟制備其上沉積有非晶硅層的基板；將所述基板固定到工作臺上；將激光束圖案掩模設置在所述基板上方，所述激光束圖案掩模包括至少一個或多個透射部分，每個激光束圖案包括矩形中央部分；和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分基本上呈三角形的形狀，所述三角形形狀是由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、從所述邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從所述邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所限定；以及通過使對應于在前一次照射中曝光的所述邊緣部分的照射部分與下一次照射的中央部分重疊，使用所述激光束圖案掩模進行激光束照射，從而使所述的非晶硅結晶。
15.根據權利要求14所述的結晶方法，其中所述進行激光束照射的步驟包括第一步驟，通過沿水平方向將所述工作臺移動一第一距離來進行水平結晶；第二步驟，沿垂直方向將所述工作臺移動一第二距離；第三步驟，通過沿與所述第一步驟的水平方向相反的方向將所述工作臺移動所述的第一距離，以進行水平結晶；以及第四步驟，重復所述第一至第三步驟。
16.根據權利要求15的結晶方法，其特征在于，所述第一距離約等于所述中央部分的長度，所述第二距離約等于所述中央部分的寬度。
17.一種結晶方法，包括步驟制備在其上沉積有非晶硅層的基板；將所述基板固定到工作臺；將激光束圖案掩模設置在所述基板上，所述激光束圖案掩模包括至少一個第一透射部分，其包括矩形中央部分；和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分具有基本上呈三角形的形狀，所述三角形形狀由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從所述邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從所述邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所限定；以及至少一個第二透射部分，其通過在水平方向約等于所述中央部分長度的第一距離和在垂直方向約等于所述中央部分寬度的第二距離，與所述至少一個第一透射部分分隔設置；以及通過使用對應于在前一次照射中曝光的所述邊緣部分的照射部分與下一次照射的中央部分重疊，采用所述激光束圖案掩模進行激光束照射，從而使所述非晶硅結晶。
18.根據權利要求17所述的結晶方法，其中所述進行激光束照射步驟包括第一步驟，通過沿水平方向將所述工作臺移動一第一距離來進行水平結晶；第二步驟，沿垂直方向將所述工作臺移動一第二距離；第三步驟，通過沿與所述第一步驟的水平方向相反的方向將所述工作臺移動第一距離，來進行所述水平結晶；以及第四步驟，重復所述第一至第三步驟。
19.根據權利要求18所述的結晶方法，其特征在于，所述第一距離約等于所述至少一個第一透射部分的中央部分的長度，所述第二距離約等于所述至少一個第二透射部分的中央部分的寬度。
全文摘要
本發明涉及一種激光束圖案掩模，包括至少一個或多個透射部分，每個透射部分具有中央部分和設在所述中央部分兩側的一對邊緣部分，所述每個邊緣部分具有基本上呈三角形的形狀，該三角形形狀由位于所述中央部分與相應邊緣部分之間的虛擬邊界線、和從該邊界線的上端以銳角延伸的上外側以及從該邊界線的下端以銳角延伸并與所述上外側在圓角拐角處相交的下外側所確定。
文檔編號G03F1/14GK1638038SQ20041009552
公開日2005年7月13日 申請日期2004年11月29日 優先權日2003年12月26日
發明者鄭允皓 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社