CN101034665B - 激光退火装置及激光退火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光退火装置及激光退火方法，激光退火装置包括一激光源，该激光源提供的一激光束到达一光学组，光学组设置于激光源的前方，且位于激光束的行经路线上，光学组的末端设置有一放大元件，当使用前述激光退火装置进行激光退火工艺时，通过放大元件将激光束径向扩展后射出，可提高激光束间的重叠次数。这样在进行退火时可减少线性条纹的产生，并且提高退火效率。

Description

激光退火装置及激光退火方法

技术领域

本发明涉及一种退火装置及退火方法，尤其涉及一种激光退火装置及激光退火方法。

背景技术

现今薄膜晶体管(thin-film transistors，TFTs)制作技术的快速进步，使具备了轻、薄、省电和无辐射等优点的液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)发展出来，并应用于计算器、个人数字助理器(PDA)、手表、笔记本电脑、数字相机、液晶显示器和移动电话等各种电子产品，从而使得液晶显示器的需求大增。现今业界积极地投入研发以及采用大型化的生产设备，使液晶显示器的生产成本不断下降。

由于低温多晶硅(LTPS)的薄膜晶体管液晶显示器具有分辨率、亮度、尺寸及抗电磁干扰等各方面的优势，使得液晶显示器厂商的研发重心转向这一领域。在考虑薄膜质量与产量要求的情况下，在低温多晶硅工艺中常利用激光退火技术将沉积有非晶硅膜的基板处理成为多晶硅结构，例如准分子激光退火技术(Excimer Laser Annealing，ELA)，此技术是以激光作为热源，并将能量均匀分布的激光束投射于沉积有非晶硅膜的基板上，当非晶硅膜吸收准分子激光的能量后，就会转变成为多晶硅结构。

承上所述，目前在激光退火技术中，在基板上容易形成线性条纹(line mura)从而影响退火质量，并进而影响液晶显示器的显示质量。现在的解决方法是通过降低激光束扫描基板的扫描速率，同时提高激光束扫描基板的重叠面积，即提高激光束扫描基板时投射于基板的两相邻激光束的重叠面积，以提高激光束扫描基板时激光束间的重叠次数，这样即可减少在基板上形成的线性条纹。但降低激光束扫描基板的扫描速率将会影响退火的效率，进而增加成本。

因此，应当针对上述问题提出一种激光退火装置及激光退火方法，该激光退火装置及激光退火方法不仅可以克服容易形成线性条纹的缺点，还可以提高退火效率。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种激光退火装置及激光退火方法，该激光退火装置及激光退火方法通过放大元件来径向扩展激光束，增加激光束扫描基板时激光束间的重叠次数，以减少扫描基板时产生的线性条纹，从而提高退火质量。

本发明的目的之一在于提供一种激光退火装置及激光退火方法，该激光退火装置及激光退火方法通过放大元件来径向扩展激光束，增加激光束扫描基板的面积，从而提高退火效率。

本发明的激光退火装置，包括一激光源、一光学组以及一放大元件。光学组设置于激光源的前方且位于激光源提供的一激光束的行经路线上。而放大元件设置于光学组的两末端其中之一，所述末端可位于激光源与光学组之间的末端或是位于光学组的前方。本发明的激光退火方法是由放大元件将激光束径向扩展后射出，利用扩展后射出的激光束对基板进行扫描退火。这样可以通过将激光束径向扩展，提高激光束扫描基板的重叠次数，从而减少线性条纹的产生。

另外，本发明的激光退火装置还包括一移动平台，用来承载并移动基板。该移动平台经过由光学组与放大元件射出的激光束的行经路线上，以使该激光束扫描基板，从而进行退火。

具体而言，本发明提供一种激光退火装置，包括：一激光源，用于提供一激光束；一光学组，设置于该激光源的前方，且位于该激光束的行经路线上；以及一放大元件，设置于该光学组的前方，并接收自该光学组均匀后的激光束，且将该激光束径向扩展后射出，利用扩展后射出的激光束对基板进行扫描退火。

本发明还提供一种激光退火装置，包括：一激光源，用于提供一激光束；以及一光学组，设置于该激光源的前方，并位于该激光束的行经路线上，且该光学组包括有一放大元件，该放大元件位于该光学组的末端，接收均匀后的激光束且将该激光束径向扩展后射出，利用经该放大元件径向扩展的激光束对基板进行扫描退火。

本发明又提供一种激光退火方法，其使用如上所述的激光退火装置对一基板进行扫描，包含：提供一激光束；使均匀后的激光束径向扩展；以及使用径向扩展后的激光束扫描该基板，进行退火工艺。

本发明的激光退火装置及激光退火方法可以增加激光束扫描基板时激光束间的重叠次数，并增加激光束扫描基板的面积来提高退火效率。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的框图；

图2为本发明的一较佳实施例的结构示意图；

图3a为未径向扩展的激光束扫描基板的一实施例示意图；

图3b为径向扩展后的激光束扫描基板的一实施例示意图；

图3c为径向扩展后的激光束扫描基板的另一实施例示意图；

图4a为本发明的放大元件的一较佳实施例的立体图；

图4b为本发明的放大元件的一较佳实施例的主视图；

图4c为本发明的放大元件的一较佳实施例的俯视图；

图4d为本发明的放大元件的一较佳实施例的侧视图；

图5a为本发明的放大元件径向扩展激光束的主视图；

图5b为本发明的放大元件径向扩展激光束的侧视图；

图6a为本发明的放大元件的另一较佳实施例的立体图；

图6b为本发明的放大元件的另一较佳实施例的主视图；

图6c为本发明的放大元件的另一较佳实施例的俯视图；以及

图6d为本发明的放大元件的另一较佳实施例的侧视图。

其中，附图标记说明如下：

10激光源      12电脑系统    20光学组

22反射元件    24衰减器      25电脑系统

26反射元件    27光均匀组    28反射元件

29凸透镜      30放大元件    32凹透镜

33平面        34凹面        35双凹透镜

36凹面        40基板        50移动平台

60调整组        71第一激光束    72第二激光束

73第三激光束    81第一激光束    82第二激光束

83第三激光束    84第四激光束    85第五激光束

86第六激光束

具体实施方式

为使本领域技术人员对本发明的结构特征及所达到的功效有更进一步的了解与认识，在此谨以较佳实施例为辅，配合详细说明来进行说明如下：

请同时参阅图1与图2，图1、图2为本发明的一较佳实施例的框图与本发明的激光退火装置的结构示意图。如图所示，本发明的激光退火装置包括一激光源10、一光学组20、一放大元件30以及用于承载和移动一基板40的一移动平台50。激光源10提供一激光束，其中本发明的激光源10的一较佳实施例为一线性激光源。光学组20设置于激光源10的前方，且位于激光束的行经路线上，以接收激光源10射出的激光束，并使激光束的能量均匀。

光学组20包括一反射元件22、一衰减器24、一反射元件26、一光均匀组27、一反射元件28以及一凸透镜29。反射元件22设置于激光源10的前方，位于激光源10射出的激光束的行经路线上，用于反射激光源10提供的激光束。衰减器24设置于反射元件22反射后的激光束的行经路线上，衰减激光束的能量并射出衰减后的激光束。反射元件26设置于衰减器24的前方，用以反射经衰减器24射出的激光束。光均匀组27设置于反射元件26反射后的激光束的行经路线上，用于接收反射元件26反射后的激光束，且均匀激光束的能量并射出。反射元件28设置于光均匀组27的前方且位于光均匀组27射出的激光束的行经路线上，用以反射光均匀组27射出的激光束。凸透镜29设置于反射元件28的前方且位于反射元件28反射后的激光束的行经路线上。此外，本实施例还包括电脑系统12、25，以分别控制激光源10与衰减器24，从而适当调整激光源10提供的激光束的强度，以及控制衰减器24衰减的激光束的强度。

承接上述，放大元件30设置于光学组20的前方，用以接收自光学组20均匀后的激光束，以便径向扩展激光束并射出激光束，进而扫描基板40。上述放大元件30径向扩展激光束就是扩展激光束的短轴，也就是激光束的宽度。此外，本实施例的移动平台50设置于放大元件30的前方，位于激光束行经路线的终端。通过移动平台50来承载基板40，并以等速度移动基板40，以便让基板40通过经由光学组20与放大元件30射出的激光束的行经路线，使射出的激光束扫描基板40，从而进行退火工艺。

由于本发明通过放大元件30来径向扩展激光束，所以可增加激光束扫描基板40的径向面积，也就是扫描的宽度增加。这样，可在不降低移动平台50的移动速率，也就是不降低扫描基板40的扫描速率的情况下，通过放大元件30径向扩展的激光束，增加扫描基板40时激光束间的重叠次数，这样即可减少扫描基板40时产生的线性条纹，进而提高退火质量。本发明不需要如同公知技术那样，必须降低移动平台50的移动速率以提高激光束间的重叠次数，所以不会因降低移动平台50的速率而影响生产效率。另外，本发明因为增加激光束在扫描基板40时的面积，所以可提高退火效率，进而提高产量。

另外，本发明的激光退火装置还包括一调整组60，放大元件30与调整组60组合，通过调整组60可调整放大元件30与基板40之间的距离，这样就可以控制经由放大元件30扩展后的激光束射至基板40的距离，从而达到调整激光束扫描基板40面积大小的目的。这样一来，在放大元件30径向扩展激光束后，扫描基板40的径向面积更加扩大，除了可以提高激光束间的重叠次数外还进一步可提高退火效率。此外，调整组60是简易常用的机构，例如一螺旋升降机构。经由升降机构的上下升降动作，可调整放大元件30与基板40之间的距离，以及配合调整移动平台50的移动速率，从而达到调整激光束扫描基板40面积大小的效果，以获得适当的重叠次数。其中，调整组可设置于该光学组的前方，也可设置于光学组内。

此外，放大元件30还可设置于激光源10的前方，并位于激光源10与光学组20之间，且位于激光束的行经路线上。放大元件30可先将激光源10射出的激光束径向扩展后，再经光学组20使激光束均匀进而扫描基板40，这样，也可以达到增加激光束扫描基板40的重叠次数、减少扫描基板40时所产生的线性条纹的效果，从而提高退火质量。此外，由于增加了激光束单次可扫描基板40的面积，因此可有效地减少扫描时间，从而增高退火速率。另外，放大元件30可设置于光学组20内，并位于光学组20的两末端之一，就是位于激光源10与光学组20之间，或是位于光学组20的前方。还有，本发明的放大元件30也可位于光学组20内的任一位置。这样经光学组20射出的激光束，也会经过放大元件30径向扩展而达到本发明的目的。

请一并参阅图3a与图3b，图3a和图3b为未经径向扩展的激光束与经径向扩展后的激光束扫描基板的示意图。以下举一实施例来详细说明利用未经径向扩展的激光束与利用经本发明径向扩展后的激光束扫描基板的差异。例如基板40的长度为10mm，在图3a中未经径向扩展的激光束的径向宽度为1mm，图2中的移动平台50的移动速率使扫描基板40的激光束的启始边缘间的间隔为0.5mm。

如图3a所示，第一激光束71、第二激光束72与第三激光束73，依次扫描基板40，且第一激光束71、第二激光束72与第三激光束73之间重叠0.5mm，因此激光束间的重叠次数为1次。也就是如图3a所示，第一激光束71与第二激光束72重叠，而第二激光束72与第三激光束73重叠。若激光束经过本发明径向扩展后，其径向宽度增加为3mm(如图3b所示)，移动平台50的移动速率与图3a的条件下相同，利用此径向扩展后的激光束扫描基板40时，由于激光束间的启始边缘的径向间隔为0.5mm，所以第一激光束81将与后续的第二、第三、第四、第五、第六激光束82～86重叠，也就是激光束间的重叠次数会增加为5次。这样本发明的激光退火装置与公知的激光退火装置相比，在基板40相同的移动速率条件下，本发明的激光束扫描基板40时，可明显提高激光束间的重叠次数，从而可提高退火质量，减少线性条纹的产生。

此外，图3a未经径向扩展且径向宽度为1mm的激光束在扫描长度为10mm的基板40时，在激光束间的重叠次数为1次的退火质量下，经过19道激光束后才能完成基板40的扫描。若使用经本发明径向扩展后的径向宽度为3mm的激光束扫描基板40时，在同样激光束间的重叠次数为1次的退火质量下，也就是重叠次数与图3a相同的情况下，如图3c所示，第一激光束81的启始边缘与第二激光束82的启始边缘的间隔和第二激光束82的启始边缘与第三激光束83的启始边缘的间隔增加为1.5mm，只需经过6道激光束即可完成基板40的扫描。这样本发明的激光退火装置与公知的激光退火装置相比，在相同的激光束间的重叠次数的条件下，本发明的激光束扫描基板40时，可增加激光束扫描基板40的面积，从而提高退火效率。

请一并参阅图4a至图4d，各图分别为本发明的放大元件的一较佳实施例的立体图、主视图、俯视图与侧视图。如图所示，放大元件30的一较佳实施例可为一凹透镜32。凹透镜32具有一凹面34以及与凹面34相对的一平面33。请接着参阅图5a与图5b，图5a和图5b为本发明的凹透镜32径向扩展激光束的主视图与侧视图。如图所示，激光束由凹透镜32的凹面34射入，再经由平面33射出来径向扩展激光束，从而扩展激光束的短轴。所以，若凹透镜32设置于光学组20的前方(如图2所示)，凹透镜32的凹面34会面向于光学组20，接收来自光学组20射出的激光束，从而扩展激光束的短轴，以径向扩展激光束。如果凹透镜32设置于光学组20的一末端，位于激光源10与光学组20之间，凹透镜32的凹面34就面向激光源10。同理，当凹透镜32位于光学组20内的其它位置时，也与上述由凹透镜32的凹面34接收激光束而射出的情况相同。

此外，请一并参阅图6a至图6d，各图分别为本发明的放大元件的另一较佳实施例的立体图、主视图、俯视图与侧视图。如图所示，本实施例的放大元件30也可为一双凹透镜35，双凹透镜35具有两面相对设置的凹面36。所以，本实施例的双凹透镜35设置时，仅需要任意一凹面36接收激光束即可。

综上所述，本发明的激光退火装置，其包含激光源、光学组以及放大元件。激光源用于提供激光束，而光学组设置于激光源前方并位于激光束的行经路线上，放大元件设置于光学组的前方，或是设置于光学组内，并位于光学组的两末端之一。本发明的激光退火方法是以放大元件径向扩展激光束，增加激光束扫描基板时激光束间的重叠次数，来提高退火效率；并可增加激光束扫描基板的面积来提高退火效率。

以上所述仅为本发明的一较佳实施例，并非用来限定本发明。所有依本发明的权利要求书所述的形状、构造、特征及构思所做的等同变化与修改，均应包括于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种激光退火装置，包括：

一激光源，用于提供一激光束；

一光学组，设置于该激光源的前方，且位于该激光束的行经路线上；以及

一放大元件，设置于该光学组的前方，并接收自该光学组均匀后的激光束，且将该激光束径向扩展后射出，利用扩展后射出的激光束对基板进行扫描退火。

2.如权利要求1所述的激光退火装置，其中该放大元件为一透镜。

3.如权利要求2所述的激光退火装置，其中该透镜具有一凹面以及与该凹面相对的一平面，其中该凹面面向于该光学组，用于接收自该光学组穿射出的该激光束。

4.如权利要求2所述的激光退火装置，其中该透镜具有两面相对设置的凹面，且两凹面的其中之一面向于该光学组，用于接收自该光学组穿射出的该激光束。

5.如权利要求1所述的激光退火装置，其中该激光退火装置还包括：

一调整组，设置于该光学组的前方，并与该放大元件组合。

6.如权利要求5所述的激光退火装置，其中该激光退火装置还包括：

一移动平台，设置于该放大元件前方，并位于该激光束行经路线的终端。

7.一种激光退火装置，包括：

一激光源，用于提供一激光束；以及

一光学组，设置于该激光源的前方，并位于该激光束的行经路线上，且该光学组包括有一放大元件，该放大元件位于该光学组的末端，接收均匀后的激光束且将该激光束径向扩展后射出，利用经该放大元件径向扩展的激光束对基板进行扫描退火。

8.如权利要求7所述的激光退火装置，其中该放大元件位于该激光源与该光学组之间的、该光学组的末端，以将该激光束径向扩展后射出至该光学组。

9.如权利要求7所述的激光退火装置，其中该放大元件设置于该光学组前方的末端，以将该激光束径向扩展后射出。

10.如权利要求7所述的激光退火装置，其中该放大元件为一透镜。

11.如权利要求10所述的激光退火装置，其中该透镜具有一凹面以及一与该凹面相对的一平面，其中该凹面面向于该光学组，用于接收自该光学组穿射出的该激光束。

12.如权利要求10所述的激光退火装置，其中该透镜具有两面相对设置的凹面，且两凹面的其中之一面向于该光学组，用于接收自该光学组穿射出的该激光束。

13.如权利要求10所述的激光退火装置，其中该透镜具有一凹面以及一与该凹面相对的一平面，其中该凹面面向于该激光源，用于接收自该激光源射出的激光束。

14.如权利要求10所述的激光退火装置，其中该透镜具有两面相对设置的凹面，且两凹面的其中之一面向于该激光源，用于接收自该激光源射出的该激光束。

15.如权利要求7所述的激光退火装置，其中该激光退火装置还包括：

一调整组，设置于该光学组内，并与该放大元件组合。

16.如权利要求15所述的激光退火装置，其中该激光退火装置还包括：

一移动平台，设置于该光学组前方，并位于该激光束行经路线的终端。

17.一种激光退火方法，使用如权利要求1或权利要求9所述的激光退火装置对一基板进行扫描，包含：

提供一激光束；

使均匀后的激光束径向扩展；以及

使用径向扩展后的激光束扫描该基板，进行退火工艺。

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