CN100338521C - 连续横向固化装置和使用该装置结晶硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种连续横向固化装置和使用该装置结晶硅的方法，该方法控制相邻照射激光束图案的重叠区的大小和排列，使其处于像素区和像素区以外部分的驱动区的特定区域内。该装置包括用于照射激光束的激光发生装置；用于聚焦激光束的聚焦透镜；具有透明区域图案的掩模，允许激光束透过形成激光束图案；减光透镜，用于减弱该掩模透过的激光束图案；具有暴露于照射激光束图案的像素区和驱动区的基板；上面安装有基板的活动工作台；以及位置传感器，该位置传感器感测照射激光束图案的位置，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区的尺寸和排列。

Description

连续横向固化装置和使用该装置结晶硅的方法
本申请要求2003年9月17日递交的韩国专利申请No.P2003-064507的权益，该申请在本文中以近乎全文叙述的引用方式加以结合。
技术领域
本发明涉及一种结晶硅的方法。具体而言，本发明涉及一种连续横向固化装置和使用其结晶硅的方法。更具体而言，本发明涉及在结晶非晶硅的同时，控制照射区域的重叠，以防止电路区或像素区中薄膜晶体管内的缺陷而导致的线形图像缺陷。
背景技术
随着信息技术的不断发展，对各种类型显示器的需要日益增多。因此，诸如液晶显示装置(LCD)，等离子体显示板(PDP)，电致发光显示器(ELD)和真空荧光显示器(VFD)的平板显示(FPD)装置成为近年来的研究主题。由于其重量轻，结构紧凑，功耗低和在宽视角范围内具有显示高分辨率图像，显示彩色，以及显示运动图像的超强能力，LCD装置广泛地用于替代电视机的阴极射线管(CRT)，并且用作笔记本电脑和台式计算机的监视器。
通常，LCD装置包括用于显示图像的LCD板，和用于将驱动信号施加给LCD板的驱动单元。LCD板通常包括与第二基板粘结的第一基板，以及注入第一与第二基板之间的液晶层材料。
从而，第一玻璃基板(即TFT阵列基板)上设置多条彼此均匀间隔且沿第一方向延伸的栅极线；多条数据线，该数据线彼此均匀间隔且沿垂直于第一方向的第二方向延伸以便与多条栅极线相交；多个像素电极，其形成于由多条栅极线与数据线相交而限定的像素区域矩阵中；以及多个形成在像素区域中的薄膜晶体管(TFT)，薄膜晶体管与多条栅极线连接用以切换由数据线传送到像素电极的信号栅极线
第二玻璃基板(即滤色片基板)上设置用以防止光透过像素区以外区域的黑色矩阵层；R/G/B滤色层，用于有选择地透过预定波长的光；以及公用电极。另外，也可以将公用电极形成在第一基板上以构成水平电场型LCD。
上述第一和第二基板通过衬垫料彼此均匀地间隔开，并且通过密封剂相互粘结，其中在密封剂中限定一液晶注入口。粘接在一起的第一与第二基板之间的间隔常称作盒间隙。通过在盒间隙内产生真空，将液晶注入口浸入包含液晶材料的容器中，并使液晶材料注入盒间隙中，从而将液晶材料注入粘结在一起的第一与第二基板之间。在盒间隙充满液晶材料之后，用气密性密封剂将液晶注入口密封。
液晶材料分子为细长形，并且可以通过取向而具有特定的取向。从而，LCD装置至少部分地通过控制液晶材料的各向异性光学特性和偏振性而工作。具体来说，可以在存在外加电场时控制液晶分子的取向。因此，通过控制电场的施加，有选择地控制液晶分子的取向，以便沿液晶分子取向方向有选择地折射光，结果产生图像。
上述类型的LCD称作有源矩阵型LCD，适合于显示高分辨率图像和运动图像。通常使用多晶硅作为半导体层来制成这种LCD装置的TFT，因为多晶硅为一种具有高电场迁移率和低光电流的材料。根据多晶硅形成的温度，可以使用低温制造工艺或高温制造工艺来制造多晶硅TFT。
常常在大约1000℃的温度下执行高温制造过程。在这种温度之下，大多数上面形成有TFT的玻璃基板会发生不利地变化，因为它们的耐热性差。为了克服这一问题，必须使用具有极好耐热性的昂贵的石英基板。另外，高温制造工艺可能会形成具有高表面粗糙度和微晶粒的未充分结晶的多晶硅层。由高温多晶硅形成的TFT，与包含有根据低温制造工艺形成的多晶硅的TFT相比，装置性能较差。此外，低温制造工艺与高温制造工艺相比，通常对底层基板的损伤更小。
在根据低温制造工艺形成多晶硅时，在低温下在基板上汽相沉积非晶硅层，随后使用激光退火方法或金属诱导结晶方法结晶形成多晶硅。根据激光退火方法，脉冲激光束照射在沉积于基板上的非晶硅层大约10至100纳秒，将所沉积的非晶硅层反复地熔化和重新凝固。下面将更加详细地讨论相关技术的激光退火方法。
图1表示多晶硅晶粒尺寸与照射在非晶硅上的激光能量强度之间的关系。
参照图1，通过熔化和重新凝固非晶硅而形成的多晶硅晶粒尺寸随照射在非晶硅上的激光能量强度而改变。所照射的激光能量强度可以分成第一，第二和第三区域。
第一区域代表仅熔化非晶硅层表面的激光能量强度范围。在用能量处于第一区域内的激光能量照射之后，熔化的硅层表面凝固，形成具有大体均匀尺寸的小晶粒。
第二区域表示几乎全部熔化非晶硅层的激光能量强度范围。在用能量处于第二区域内的激光能量照射之后，所熔化的非晶硅层凝固，并在称作异相成核的过程中形成多晶硅，由此非晶硅层未熔化的粒子作为生长新硅晶体的成核位置。从而，通过将非晶硅暴露于第二区域内的激光能量强度而形成的非晶硅的特征在于，与通过将非晶硅暴露于第一区域内的激光能量强度而形成的多晶硅相比，具有更大晶粒。不过，如图1中所示，第二区域比第一区域窄。另外，与第二区域有关的多晶硅晶粒尺寸不如与第一区域有关的多晶硅晶粒尺寸均匀。
第三区域表示完全熔化非晶硅层的激光能量强度区域。在用强度处于第三区域内的激光能量照射之后，所熔化的非晶硅层凝固，在称作均匀成核的过程中形成多晶硅层，以产生具有均匀尺寸的小晶粒。
虽然通过控制照射在非晶硅层上的上述第二强度区域的激光脉冲数量，并且通过控制照射区域之间的重叠量，可以形成均匀尺寸的大且粗糙硅晶粒的多晶硅，不过所生成的多晶硅中晶粒边界区域依然非常大。较大的晶粒边界区域阻碍了电流的有效流动，从而降低TFT的可靠性。此外，在多个晶粒中电子之间可能发生碰撞，使随后形成的绝缘层质量降低，从而进一步降低TFT的质量。
为了解决上述激光退火方法存在的问题，提出一种连续横向固化(SLS)方法。SLS方法影响硅粒沿垂直于液相区域与固相区域之间相边界的方向的生长的自然趋势。因此，可通过调节能量强度，照射范围和激光束的移动而控制硅粒的横向生长。(Robert S.Sposilli，M.A.Crowder和James S.Im，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.452，956~057，1997)。根据SLS方法通过控制硅粒的生长，可以使晶粒边界区最小，从而使产生的漏电流最小。
在执行现有技术的SLS方法时，将设置了非晶硅层的基板安装在活动工作台上。然后使用照射装置有选择地照射非晶硅层的第一窄区域，从而防止全部非晶硅材料在一次照射中熔化和结晶。在照射第一窄区域之后，移动基板并有选择地照射非晶硅层的第二窄区域。重复进行这种有选择地照射非晶硅层第二窄区域的过程，直至非晶硅层的整个表面都被照射。通过控制激光能量强度，激光束照射范围，以及平移距离，可使用SLS方法横向生长预定长度的硅层。
图2说明现有技术的连续横向固化(SLS)装置。
参照图2，该现有技术连续横向固化(SLS)装置包括产生激光束脉冲的激光束发生器1，将激光束脉冲聚焦的聚焦透镜2，将基板10的一部分暴露于激光束脉冲的掩模3，以及设置在掩模3下面的减光透镜4，该减光透镜4以恒定比率减小穿过掩模3的激光束脉冲。
通常，激光束发生器1包括分别产生大约308或248纳米(nm)波长光的XeCl或KrF激光光源。激光束发生器产生的光，以非经处理的激光束形式射出。通过穿过衰减器(未示出)并且随后通过聚焦透镜2，控制未经处理的激光束能量大小。
基板10上设置非晶硅层并固定在掩模3下方的X-Y工作台5上。
X-Y工作台5以逐渐增加的步长移动，逐渐将全部基板10暴露于激光束下，将全部非晶硅层结晶。
掩模3包括透明区域‘A’，激光束可以通过该区域透过；和防止激光束透过的不透明区域‘B’。透明区域‘A’的宽度决定非晶硅层熔化部分凝固时所形成的硅晶粒的横向生长长度。
现在将参照图3更详细地描述使用图2中现有技术SLS装置结晶非晶硅的现有技术方法。
参照图3，在基板10上形成缓冲层21，并在缓冲层21上形成非晶硅层22。通常使用化学汽相沉积(CVD)方法在缓冲层21上形成非晶硅层22，因此，非晶硅层22通常含有较高氢含量。一旦形成之后，必须通过热处理将非晶硅层22脱氢，防止随后形成的多晶硅材料太过粗糙，从而导致TFT的电学性质较差。在脱氢热处理之后，将图2中所示的掩模3放置在基板10上，并用激光束脉冲照射非晶硅层22通过透明区域‘A’暴露在外的部分。照射非晶硅层22的激光束脉冲的强度值处于图1中所示的第三区域中。因此，照射激光束脉冲的强度足以熔化非晶硅层22的全部暴露部分。
图4表示在现有技术SLS方法第一次照射之后，图3中所示非晶硅层22的结晶区域。
参照图4，通过掩模3的透明区域‘A’暴露于所照射激光束脉冲的非晶硅层22的部分开始熔化。从而，通过照射，非晶硅层22的暴露部分处于液相，而非晶硅层22上被掩模3不透明区域‘B’保护的部分(即非晶硅层22的未暴露部分)保持固相。在激光束照射之后，在与非晶硅层22暴露部分与不暴露部分的界面32垂直的方向上，硅晶粒33朝向非晶硅层22暴露部分的中点31横向生长。当一个硅晶粒33与从相对的另一界面32生长的另一硅晶粒33接触时，停止硅晶粒33的生长。应当注意，图4仅表示SLS方法第一次照射的结果。因此，单次照射步骤中非晶硅层22内结晶区域数量等于掩模3的透明区域‘A’的数量。
显然，激光束的宽度和掩模3的尺寸是固定的，因此，SLS方法防止了全部非晶硅层22在一次照射步骤中结晶。此外，随着基板10尺寸的增大，掩模3必须移动的次数增大，使整个非晶硅层重复进行激光数照射和结晶。为了使非晶硅层22完全结晶，工作台5必须步进地移动多次，在随后照射步骤中将非晶硅层22以前没有曝光的区域暴露于通过掩模3的透明区域‘A’透过的激光束脉冲。因此，非晶硅层22中与前一次曝光区域相邻的区域最终结晶。通常，每个硅晶粒33的生长长度为1.5至2微米(μm)。正如下面将要详细讨论的，逐渐移动掩模3以形成连续结晶区域的过程，在结晶硅材料中形成多个‘结晶区块’。因此，结晶硅材料中各‘结晶区块’的大小与用于步进地曝光非晶硅层22的掩模3的水平和垂直尺寸成正比。不过，确切地讲，各结晶区块的大小与减光透镜2的减光率有关。
使用参照图2-4所述的掩模3是不适宜的，因为各透明区域‘A’的宽度小于它们之间各个不透明区域‘B’的宽度。因此，为了形成单一结晶区块，工作台5必须移动多次。从而，移动掩模3或工作台5所需的时间将占全部非晶硅层22结晶所需的总时间中的大部分时间，这是无法接受的，并且降低了SLS方法的生产率。为了克服上述问题，提出一种透明和不透明区域基本上等宽度的现有技术掩模40，现在将参照图5详细说明。
参照图5，掩模40包括沿垂直方向交替设置的透明区域‘A’和不透明区域‘B’。透明和不透明区域‘A’和‘B’的相应宽度‘a’和‘b’是可以调节的，不过基本相等。在执行上述SLS方法时，第一次照射期间非晶硅层未通过掩模40暴露的部分(即非晶硅层的未暴露部分)在第二次照射期间被曝光。因此，可以使用1脉冲激光束通过掩模40仅通过两个照射步骤形成结晶区块。使用掩模40，通过沿垂直方向将工作台5移动等于透明区域‘A’的宽度‘a’与不透明区域‘B’的宽度‘b’的总和宽度一半的量(即(a+b)/2)，可以仅通过两个曝光步骤形成结晶区块。
图6A和6B表示在通过掩模40进行第一次和第二次照射曝光之后的非晶硅层的结晶区域结构。
参照图6A，在执行第一次照射时，激光束脉冲照射非晶硅层通过掩模40的透明区域‘A’露出的部分。因此，非晶硅层第一次被照射的区域Ia完全熔化，然后结晶。在结晶时，晶粒从液相/固相界面处横向生长，并且垂直于液相/固相界面朝向每个第一次照射区域Ia的中点进行。
参照图6B，在执行第一次照射之后，步进地移动基板使掩模40的透明区域‘A’露出非晶硅层中前一次未露出的部分，并进行第二次照射。因此，非晶硅层的第二次照射区域Ib完全熔化，随后结晶。在结晶时，通过第一次照射产生的硅粒作为新晶粒的成核位置，垂直于液相/固相界面朝向各个第二照射区域Ib的中点生长。因此，第二次照射之后形成的晶粒横向生长长度为第一次照射之后形成的颗粒横向生长长度的两倍。
图7表示使用掩模40的现有技术SLS方法的应用。图8表示通过执行图7中所示SLS方法结晶的一部分非晶硅层的平面图。
参照图7，掩模40设置在沉积有非晶硅的基板60上预定区域处(即右上角)。在第一次照射过程之后，基板60通过掩模40暴露的部分沿-X-轴方向移动等于透明区域‘A’长度‘L’的量(运动①)，并执行第二次照射过程。沿-X-轴方向在基板60的水平长度上重复步进移动和照射步骤。随后，基板60通过掩模40暴露的部分沿-Y-轴方向移动等于透明区域‘A’与不透明区域‘B’宽度‘a’和‘b’之和长度的一半(即(a+b)/2)的量(运动②)，并进行另一次照射过程形成结晶区块。之后，基板60通过掩模40暴露的部分沿+X-轴方向移动等于透明区域‘A’长度‘L’的量(运动③)，并执行另一次照射过程，形成另一结晶区块。在基板60水平长度上沿+X-轴方向重复步进移动和照射步骤，将以前一运动①期间没有曝光的非晶硅层部分结晶，从而形成结晶区块(例如C2和C1)。随后，基板60通过掩模40暴露的部分沿-Y-轴方向移动等于掩模40垂直长度‘S’的量(运动④)，并执行另一次照射过程。因此，必须重复运动①，②，③和④，以将全部非晶硅层结晶。
通常，通过固定掩模40且仅移动基板60，执行上述SLS方法。因此，通过沿与带有运动①，②，③和④的箭头所示方向相反的方向移动基板60，基板60通过掩模40暴露的部分步进地移动。具体而言，尽管运动①期间暴露的基板60部分沿-X-轴方向移动，不过基板60沿+X-轴方向实际移动的量等于透明区域‘A’的长度‘L’。同样，尽管运动②期间基板60暴露的部分沿-Y-轴方向移动，不过实际上基板60沿+Y-轴方向移动的量等于(a+b)/2。另外，尽管运动③期间基板60暴露的部分沿+X-轴方向移动，不过实际上基板60沿-X-轴方向移动的量等于透明区域‘A’的长度‘L’。最后，尽管运动④期间基板60暴露的部分沿-Y-轴方向移动，不过实际上基板60沿+Y-轴方向移动的量等于掩模40的长度‘S’。此外，在每次移动之后，非晶硅层通过掩模40暴露的区域被照射并结晶(用阴影表示基板60沿特定方向移动之后基板最初被照射的区域)。
参照图8，在执行上面参照图7所述的SLS方法时，基板60上设置的非晶硅层的多个区域至少暴露于照射激光束脉冲两次。下面将该区域称作‘重叠区域’。具体而言，在沿X-轴方向步进地移动基板60等于‘L’的量时形成第一重叠区域01。同样，当基板60沿Y-轴方向步进地移动等于(a+b)/2的量时，形成多个第二重叠区域02。因此，在各个结晶区块内和相邻结晶区块之间形成结晶重叠区域。分别在第一和第二重叠区域01和02内分别形成第一和第二两次照射的区域51和52，在第一与第二重叠区域01与02的交点处形成四次照射的区域53。
由于第一和第二重叠区域01和02内硅材料被照射多次，在两次和四次照射区域51-53中结晶的硅晶粒内会发生不期望的损坏。此外，当使用占据重叠区域的硅材料形成元件时，这些元件的电子迁移率不够大，这是人们所不希望的。
图9表示根据现有技术SLS方法形成的结晶区块结构的平面图，以及由现有技术SLS方法结晶的硅形成的元件的结构。
参照图9，如上所述，现有技术SLS方法形成包括多个结晶区块C1，C2，…，CM，CN等的多晶硅层，其中每个结晶区块包含重叠照射区，其中相邻结晶区块彼此重叠。随后，在多个元件形成期间将多晶硅层构图(即像素区域71内像素或TFT的半导体层，以及栅极和源极驱动器61和62的部件)。遗憾的是，这些元件的至少一部分是由这些重叠区域内的多晶硅材料构成的。
如上所述，重叠区域内的结晶硅部分的电学性质比重叠区域以外部分的结晶硅差。因此，由重叠区域内的结晶硅部分形成的元件的电学性质比使用重叠区域以外部分的结晶硅部分形成的元件差。从而，源极或栅极驱动器62或61内源线或栅极线的线质量可能发生线形降低。像素区域71，以及非重叠区域中形成的像素的图像质量可能会降低。
如上所述，使用现有技术结晶非晶硅的SLS方法是不利的，因为元件由多次照射的多晶硅材料形成。因为重叠区域中的结晶性质不均匀，重叠区域内硅材料的电学性质存在缺陷，在多次照射硅材料形成的元件(例如TFT，栅极驱动器，源极驱动器)中产生系统降质。
发明内容
因此，本发明涉及一种连续横向固化装置和使用该装置结晶硅的方法，其基本上消除了由于现有技术限制和缺点产生的一个或多个问题。
本发明的优点在于提供一种连续横向固化装置，和使用该装置结晶硅的方法，可以控制用于硅结晶的激光束照射重叠区域，从而防止像素的电路或薄膜晶体管的缺陷性引起图像质量线性降质。
在下面的描述中将阐述本发明的其他特征和优点，这些特征和优点的一部分从描述中可以明显看出，或者可通过本发明的实践而获得。通过说明书文字部分，权利要求书及附图中特别提出的结构，将实现和获得本发明的这些和其他优点。
为了实现这些和其他优点，根据具体和广义的描述，本发明的连续横向固化装置可以，例如包括用于照射激光束的激光发生装置；用于将所照射的激光束聚焦的聚焦透镜；包括具有透明区域图案的掩模的掩模组件，所照射的激光束通过所述的透明区域图案成为激光束图案；减光透镜，其用于减弱激光束图案；活动工作台；安装在活动工作台上的基板，其中基板上定义有像素区和驱动区，且暴露于照射激光束图案下，所述像素区包括由多个栅极线区和与所述多个栅极线区相交的多个数据线区分隔的多个像素；并且所述驱动部分包括元件形成区和非元件形成区；以及位置传感器组件，其用于确定激光束图案在基板上的照射位置，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域，使其处于栅极线区和数据线区内、以及非元件形成区内。
在本发明一个方面，该连续横向固化装置还可以包括衰减器，该衰减器根据基板上将要形成的像素尺寸控制激光束发生器发射出的激光束的尺寸。
在本发明另一方面，位置传感器组件发送表示照射激光束图案在基板上位置的信息，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域。
在本发明又一方面，该掩模组件还可以包括孔径控制图案，其根据位置传感器组件发出的信息控制照射激光束图案的尺寸。
在本发明再一方面，像素区域可以包括通过多个栅极线区域和与多个栅极线区域相交的多个数据线区分隔开的多个像素，并且驱动区域可以包括元件形成区和非元件形成区。
在本发明另一方面，相邻照射激光束图案的重叠区处于栅极线区与数据线区内，并处于非元件形成区内。
在本发明另一方面，活动工作台可以移动的步长等于像素区域内将要形成的像素的长度(x)和宽度(y)的整数倍。
在本发明另一方面，位置传感器组件可以例如，包括设置在基板四边中的三边处上的多个位置传感器。因此，一对位置传感器可以设置在基板的相对边缘，并用以确定相邻照射激光束图案之间沿第一方向的重叠区域，另一位置传感器可以设置在基板相对边之间，并用以确定相邻照射激光束图案之间沿第二方向的重叠区域。
根据本发明的原理，一种使用连续横向固化装置使硅结晶的方法，该连续横向固化装置包括用于照射激光束的激光发生装置；用于将所照射的激光束聚焦的聚焦透镜；具有透明区域图案的掩模，所照射的激光束通过透明区域图案形成激光束图案；用于减弱激光束图案的减光透镜；活动工作台；安装在活动工作台上的基板，该基板具有像素区和驱动区，且暴露于照射激光束图案下；以及位置传感器组件，该位置传感器组件用于确定激光束图案照射在基板上的位置，并用以控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域，该方法可以例如包括，根据位置传感器组件发送的信息控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域排列，从而使重叠区域处于像素区域的栅极线区和数据线区内，并且处于驱动区的非元件形成区内；以及将激光束图案照射在基板上。
在本发明一个方面中，该方法还包括根据将要在基板上形成的像素尺寸控制从激光束发生器发射出的激光束大小。
在本发明另一方面中，该方法还包括从位置传感器组件发送表示照射激光束图案在基板上位置的信息，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域。
在本发明又一方面中，该方法还可以包括根据所发送的信息控制照射激光束图案的尺寸。
在本发明再一方面中，该方法还可以包括以等于像素区中将要形成的像素的长度(x)和宽度(y)的倍数的步长移动活动工作台。
在本发明另一个方面，位置传感器组件包括设置在基板四边中三边处的多个传感器，其中一对位置传感器设置在基板相对边，用以确定相邻照射激光束图案之间沿第一方向存在的重叠区域，且其中一个位置传感器设置在基板相对边缘之间，用以确定相邻照射激光束图案之间沿第二方向存在的重叠区。
应当理解，上面的概括描述和下面的详细描述是示例性和说明性的，这些描述意在对本发明的权利要求进行进一步解释。
附图说明
本发明所包含的附图有助于对本发明的进一步理解，这些附图与本发明相结合，并作为本发明的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
在附图中：
图1表示多晶硅晶粒尺寸与照射在非晶硅上的激光能量强度之间的关系；
图2表示一种现有技术的连续横向固化(SLS)装置；
图3表示现有技术SLS方法中激光退火过程的剖面图；
图4表示在现有技术SLS方法的第一次照射之后图3中所示非晶硅层的结晶区域；
图5表示现有技术SLS装置中所使用的另一种现有技术掩模的平面图；
图6A和6B表示在通过图5中所示掩模暴露于第一和第二次照射之后非晶硅层的结晶区域的排列；
图7表示使用图5中所示掩模的现有技术SLS方法的应用；
图8表示通过执行图7中所示SLS方法结晶的非晶硅层部分的平面图；
图9表示根据现有技术SLS方法形成的结晶区块结构的平面图，和由现有技术SLS方法结晶的硅形成的元件的结构；
图10表示根据本发明原理的SLS装置；
图11表示图10中所示掩模组件的平面图；
图12表示设置在图10中所示SLS装置中活动工作台上的基板的平面图；以及
图13表示根据本发明原理形成的结晶区块结构的平面图，以及由本发明结晶出的硅形成的元件的结构。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的实施例，在附图中表示出这些实施例的示例。
正如下面将要更详细讨论的，连续横向固化(SLS)装置和使用该装置的方法，可以以一种受控方式将基板上形成的硅材料结晶，从而使最终在液晶显示器(LCD)面板的像素区域和驱动区域中形成的元件不是由多次结晶的硅材料来形成的(即，处于相邻照射激光束图案重叠区域内的结晶硅)。例如，相邻照射激光束图案的重叠区域可以有选择地处于像素区域的栅极线区和数据线区，以及处于驱动区的非元件形成区中。
图10表示根据本发明原理的连续横向固化(SLS)装置。
参照图10，本发明的SLS装置可以例如包括产生激光束图案的激光束发生器130；用于将激光束脉冲聚焦的聚焦透镜132；包括掩模100的掩模组件，该掩模100将一部分基板90暴露于激光束图案下；设置在掩模100下面的减光透镜134，用于减弱穿过掩模100的激光束脉冲的激光束图案；其上安装了基板90的活动工作台136；以及位置传感器组件94，位置传感器组件94用于感测激光束图案在基板90上的照射区域，并控制相邻照射激光束图案彼此重叠的程度。从而，位置传感器组件94控制相邻照射激光束图案的重叠区域。
在本发明一个方面，并且如下面更详细描述的，基板90上可以定义至少一个像素区和至少一个驱动区。在本发明另一方面，掩模100可以例如包括沿水平方向交替设置的透明区域‘A’和不透明区域‘B’的图案。从而，激光束脉冲可以穿过掩模100的透明区域‘A’，不穿过掩模100的不透明区域‘B’，以形成激光束图案。
根据本发明原理，位置传感器组件94可以发送有关照射激光束图案在基板90上的位置的信息，从而控制相邻照射激光束图案的重叠区域的排列。
根据本发明的原理，掩模组件还可以包括支撑掩模100的支架101，和有选择地控制照射在基板90上的激光束图案尺寸的孔径控制图案102a和102b。在本发明一个方面，可以根据位置传感器组件94发送的信息控制孔径控制图案102a和102b。在本发明另一方面，孔径控制图案102a和102b可以调节透明区域‘A’的宽度‘w’。在本发明另一方面，孔径控制图案102a和102b可以根据位置传感器组件94发送的位置信息横向移动，以控制重叠区域的大小。
在本发明一个方面，衰减器120可以设置在激光束发生器130与聚焦透镜132之间，以便根据衰减率控制照射激光束的尺寸。在本发明一个方面，可根据由基板90形成的LCD面板的像素尺寸调节衰减率。
图11表示图10中所示掩模组件的平面图。
参照图11，并且如上所述，图10中所示掩模组件包括用于控制透明区域‘A’的宽度‘w’的孔径控制图案102a和102b。在本发明一个方面，可以对孔径控制图案102a和102b进行控制，以调节透明区域的宽度‘w’，使其等于预定像素长度‘x’，或者其倍数‘mx’。另外，掩模组件可以包括结晶区块控制图案105a和105b，控制基板90上形成的硅材料内的结晶区块长度。在本发明一个方面，可以控制结晶区块控制图案105，以便调节激光束图案的长度‘y’，使其等于预定像素宽度‘y’或者其整数倍‘ny’。通过设置上述掩模组件，可以以受控方式精确照射基板90上形成的硅材料的预定位置。
图12表示设置在图10中所示SLS装置的活动工作台136上的基板的平面图。
参照图12，基板90可以例如包括玻璃基板和形成在玻璃基板整个表面上的硅层(例如非晶硅)。可以使用基板90形成LCD面板的多个部件。因此，可通过将硅层结晶，随后将结晶硅层构图，同时形成多个TFT阵列基板80，以形成多个元件。在本发明一个方面，每个TFT阵列基板80可以例如包括用于显示图像的像素区和用于驱动像素区的驱动区。像素区可以例如包括多条栅极线；与所述多条栅极线相交的多条数据线；在栅极线与数据线交点处形成的多个诸如TFT的装置；以及与多个TFT连接的多个像素电极。驱动区可以例如包括多个诸如栅极驱动器和源极驱动器的且用于将驱动信号施加给多条栅极线和数据线的装置。在本发明一个方面，基板90还可以包括形成在其角部的对准键93a，93b，93c和93d，以便于在随后的LCD面板制造步骤中将基板90与另一基板(未示出)对准。
根据本发明的原理，位置传感器组件94可以例如包括第一、第二和第三位置传感器94a、94b和94c。在本发明一个方面，第一至第三位置传感器94a-c可以处于SLS装置上，发送有关其相对于基板90的位置的信息，并且感测相邻照射激光束图案之间存在的重叠区。在本发明另一方面，位置传感器94a，94b和94c可以设置在活动工作台136上，将位置传感器94a，94b和94c设置在基板90四边中的三边上，而基板90固定地安装在活动工作台136上。
根据基板90上将要形成栅极线和数据线的位置信息，位置传感器94a-c发送关于激光束图案在基板90上的照射位置的信息。使用位置传感器94a-c发送的信息，图10中所示SLS装置可以控制相邻照射激光束图案在基板90上的重叠区域的大小和排列。
例如，第一和第三位置传感器94a和94c可以分别设置在基板90相对的第一和第三边，并且随着激光束图案沿X-轴方向的步进移动而沿X-轴方向移动，以确定照射的激光束图案沿Y-轴方向的边缘。随后，第二位置传感器94b可以设置在基板90的第二边缘上，并且随着激光束图案沿Y-轴方向的步进移动而沿Y-轴方向移动，以确定照射激光束图案沿X-轴方向的边缘。因此，第一、第二和第三位置传感器94a，94b和94c设置于当前照射激光束图案的边缘部分，该边缘部分是随后相邻照射激光束图案的重叠区。
假设位置传感器根据步进曝光移动至激光束图案的位置，可使用位置传感器94a，94b和94c确定激光束图案的位置。一旦激光束图案的位置得到确定，则可以执行激光照射过程。因此，可以控制相邻照射激光束图案所产生的重叠区域的尺寸和排列，使其与将要形成栅极线和数据线的像素区的区域相对应(即栅极线区和数据线区)，以及与驱动区中不形成元件的区域相对应(即非元件形成区)。
根据激光束照射，活动工作台136以等于预定像素长度‘x’和预定像素宽度‘y’或者其倍数(即分别为mx和ny，其中m和n为整数)的步长步进地移动基板90。
现在将参照图13更详细地描述相邻照射激光束图案的重叠区域的排列。
参照图13，每个TFT阵列基板80可以例如，包括像素区85和处于像素区85以外部分的驱动区。
在像素区85内，最终形成多条栅极线和与所述多条栅极线垂直交叉的多条数据线，以限定多个像素86。此外，可以在像素86内，在栅极线与数据线交点附近，最终形成多个元件如TFT，并且多个像素电极最终可以与多个TFT相连。
在驱动区中最终可以形成多个元件，如用于将驱动信号施加给栅极线的栅驱动器82，和用于将驱动信号施加给数据线的源极驱动器81。虽然没有明确表示出，不过栅极驱动器82和源极驱动器81可分别各自分隔成多个单独的驱动器集成电路(IC)，其可单独地将驱动信号施加给多条栅极线和数据线的预定组合。在本发明一个方面，栅极驱动器82和源极驱动器81内的每个驱动器IC，彼此间隔一预定的距离。
因此，根据本发明的原理，像素区内相邻照射激光束图案的重叠区可以处于栅极线区和数据线区内。另外，驱动区内相邻照射激光束图案的重叠区可以处于驱动器IC之间(即非元件形成区)。
现在将更加详细地描述使用SLS装置结晶硅的方法和根据本发明原理的方法。
首先，提供基板90并在基板90的整个表面上沉积非晶硅层。然后可以将基板90安装在图10中所示的SLS装置的活动工作台136上。随后，可以将掩模100设置在基板90上，并且可执行照射激光束图案和步进移动基板90的工序。在本发明的一个方面，活动工作台136可以步进地移动，用激光束图案相继照射基板90的预定位置，从而形成多个结晶区块C1，C2，…，KM，KN等。
在激光束图案照射之间，第一和第三位置传感器94a和94c可以以这样一种方式设置在前一次照射激光束图案与后次照射激光束图案之间形成的第一重叠区01内，并用以确定第一重叠区01沿Y-轴的位置。另外，可以通过这样一种方式设置第二位置传感器94b，使其处于前次照射激光束图案与后次照射激光束图案之间形成的第二重叠区02内，并用以确定第二重叠区02沿X-轴的位置。如上所述，第一和第二重叠区01和02构成由相邻照射激光束图案形成的结晶区块的边缘部分。
如上所述，第一至第三位置传感器94a-c发送关于设置用于感测照射激光束图案边缘部分的位置传感器94a，94b和94c的位置信息。然后可使用位置传感器发送的信息有选择地控制孔径控制图案102a和102b以及结晶区块图案105a和105b，有选择地控制相邻照射激光束图案之间(即前次和后次照射激光束图案)的重叠区域的尺寸和位置，使其处于栅极线区和数据线区内，以及非元件形成区内。
根据本发明的原理，可以根据例如由TFT阵列基板80制造的LCD面板的尺寸，改变TFT阵列基板80上形成的像素86的尺寸。从而，可以控制衰减器120的衰减率，调节相邻照射激光束图案之间的重叠区的尺寸和位置，而不用更换或者进一步调节掩模100。
根据本发明的原理，可以以这样的方式形成结晶区块C1，C2，…，KM，KN等，即通过这种方式使第一和第二重叠区01和02精确地位于像素区85的栅极线区和数据线区内。另外，设定激光束图案的尺寸，并根据像素尺寸移动活动工作台136，从而便于将各激光束图案边缘的位置设置在栅极线和数据线区域内。从而，将结晶硅层构图形成的元件不包括处于第一和第二重叠区01和02内的结晶硅层部分。结果，在基板90的整个表面上形成的元件可以具有大体均匀的电子迁移率和电学性质。通过将像素区域中的重叠区限制于栅极线区和数据线区内(即不包括像素86所占区域的像素区85的区域)，可通过去除重叠区域内的结晶硅部分(例如通过构图)而在像素内形成TFT的沟道区。
根据本发明另一个原理，可以以这样的方式形成结晶区块C1，C2，…，KM，KM等，即通过这种方式使第一和第二重叠区01和02精确地分别处于栅驱动区82和源驱动区81的非元件形成区域内。在本发明一个方面，一旦确定相邻照射激光束图案的重叠区使其与像素区85的栅极线区和数据线区相对应，则在与栅极线和数据线延伸部分共线的栅极驱动器81和源极驱动器82的部分内不形成元件。
在本发明的一个方面，在栅极驱动器81和源极驱动器82内形成的元件可以用与像素区85内形成的元件相同的材料和相同的层。
如上所述，可通过在基板90的整个表面上沉积一层非晶硅而形成LCD装置的多晶硅TFT。然后可根据上面概括描述的SLS方法结晶非晶硅层，以形成多晶硅层。在本发明的结晶工序之后，可以形成像素区85，栅极驱动器区81和源极驱动器区82的元件。例如，可以将多晶硅层的预定部分构图，形成各元件的半导体层。随后，可以沉积和构图金属材料，在栅极线区和数据线区中形成多条栅极线和数据线，并且可以形成具有半导体层，栅极和源极及漏极的元件。
如上所述，基板90可以包括多个TFT阵列基板，每个TFT阵列基板设置有具有预定结构和尺寸的元件。从而，相邻照射激光束图案的重叠区的排列可以与像素区85中最终形成栅极线和数据线的区域对准。另外，相邻照射激光束图案的重叠区排列可以与没有形成元件的驱动装置区域对准(例如驱动IC)。因此，本发明的SLS装置中需要用于确定照射激光束图案位置的位置传感器。
而且如上所述，1-脉冲激光束照射的激光束图案的尺寸可以调节成与将要在基板上形成的像素的实际尺寸相对应(或其倍数)。因此，本发明的结晶区块的尺寸与像素尺寸(或其倍数)相对应。此外，可以有选择地调节相邻照射激光束图案的重叠区域的宽度，使其小于数据线或栅极线的宽度。
而且如上所述，可以避免在与栅极线区和数据线区的延伸部分共线的的栅极驱动器区和源极驱动器区内形成元件。
通常在应用于平板显示器时，本发明的原理允许相邻照射激光束图案的重叠区有选择地占据随后形成诸如TFT等元件时没有使用的结晶硅层部分。当显示装置的像素尺寸增大时，应当使用与显示装置像素的长度(x)和宽度(y)的倍数成正比的掩模控制被1脉冲激光束照射结晶的区域。
使用本发明的SLS装置和结晶方法是有利的，因为可以将相邻照射激光束图案的重叠区限制到被栅极线或数据线占据的显示装置区，或者最终没有形成元件的区域。因此，可以消除元件性质如电子迁移率的非均匀性，并能增强显示图像的能量。
显然，本领域技术人员在不偏离本发明精神或范围的条件下可以进行多种变型和改变。因此，本发明意在覆盖处于所附权利要求范围和其等效范围内的本发明的变型和改变。

Claims (14)

1、一种连续横向固化装置，包括：
一用于照射激光束的激光发生装置；
一用于将所照射的激光束聚焦的聚焦透镜；
一具有透明图案区域图案的掩模，照射的激光束通过透明区域图案成为激光束图案；
一用于减弱激光束图案的减光透镜；
一活动工作台；
一安装在活动工作台上的基板，该基板上定义有像素区和驱动区，并且暴露于照射激光束图案下，所述像素区包括由多个栅极线区和与所述多个栅极线区相交的多个数据线区分隔的多个像素；并且所述驱动部分包括元件形成区和非元件形成区；以及
一位置传感器组件，其用于确定照射在基板上的激光束图案的位置，并控制相邻照射激光束图案的重叠区域，使其处于栅极线区和数据线区内、以及非元件形成区内。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一衰减器，该衰减器根据将要在基板上形成的像素尺寸控制从激光束发生器发射出的激光束的尺寸。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的位置传感器组件发送表示照射激光束图案在基板上的位置的信息，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括孔径控制装置，该孔径控制装置根据位置传感器组件发送的信息控制照射激光束图案的尺寸。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活动工作台移动的步长等于像素区内将要形成的像素的长度(x)和宽度(y)的整数倍。
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的位置传感器组件包括设置在基板四边中三边处的多个位置传感器。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
一对位置传感器，其设置在基板相对的边上，并用以确定相邻照射激光束图案之间沿第一方向存在的重叠区；以及
一位置传感器，其设置在基板相对的边之间，并用以确定相邻照射激光束图案之间沿第二方向存在的重叠区。
8、一种使用连续横向固化装置结晶硅的方法，该连续横向固化装置包括用于照射激光束的激光发生装置；用于将所照射的激光束聚焦的聚焦透镜；具有透明区域图案的掩模，所照射的激光束通过该透明区域图案成为激光束图案；用于减弱激光束图案的减光透镜；活动工作台；安装在活动工作台上的基板，该基板具有像素区和驱动区，并且暴露于照射激光束图案下；以及位置传感器组件，该位置传感器组件确定激光束图案在基板上的照射位置，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区域，该方法包括：
根据所述位置传感器组件发送的信息控制相邻照射激光束图案之间的重叠区的排列，以使重叠区处于像素区的栅极线区和数据线区内，并处于驱动区的非元件形成区内；以及
将激光束图案照射在基板上。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括根据基板上将要形成的像素尺寸控制从激光束发生器发射出的激光束的尺寸。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括，位置传感器组件发送表示照射激光束图案在基板上的位置的信息，并控制相邻照射激光束图案之间的重叠区。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括根据所发送的信息控制照射激光束图案的尺寸。
12、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括以等于像素区内将要形成的像素的长度(x)和宽度(y)的倍数的步长移动该活动工作台。
13、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的位置传感器组件包括设置在所述基板四边中三边处的多个传感器。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
使用设置在基板相对的边处的一对位置传感器，用以确定相邻照射激光束图案之间沿第一方向存在的重叠区；以及
使用设置在基板相对的边之间的位置传感器，用以确定相邻照射激光束图案之间沿第二方向存在的重叠区。
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