CN104858546A - 激光退火装置及利用该装置的显示设备制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光退火装置及利用该装置的显示设备制造方法，该激光退火装置包括：主激光束发射部，其能够发射主激光束；激光束分束部，其能够将从所述主激光束发射部发射的主激光束分束成多束子主激光束；多个相位调制器，其分别位于被所述激光束分束部分束的多束子主激光束各自的光路上，能够调制通过的激光束的相位；激光束合束部，其将分别通过了多个所述相位调制器的激光束合并。本发明的激光退火装置能够发射均匀的激光束，从而能够实现高质量的非晶硅层退火。

Description

激光退火装置及利用该装置的显示设备制造方法
技术领域
本发明涉及一种激光退火装置及利用该装置的显示设备制造方法，具体涉及一种能够通过发射均匀的激光束来实现高质量的非晶硅层退火的激光退火装置，以及利用该装置的显示设备制造方法。
背景技术
通常，有机发光显示设备或液晶显示设备等利用薄膜晶体管来控制各像素的发光与否或发光程度。此类薄膜晶体管包括半导体层、栅极电极以及源漏电极等，而作为半导体层，主要使用将非晶硅经过晶化处理得到的多晶硅。
将制造具备这样的薄膜晶体管的薄膜晶体管基板或利用该基板的显示设备的工序说明如下：在基板上形成非晶硅层，经过将该非晶硅层晶化处理成多晶硅的过程，制造薄膜晶体管基板或包括该基板的显示设备。
但是，在上述现有的制造工序中，存在不易使非晶硅均匀地晶化成多晶硅的问题。在显示设备的制造工序中，需要在基板上的不同位置使非晶硅晶化成多晶硅，为此，对非晶硅照射激光束。此时，如果照射的激光束强度不均，就有可能不同位置的非晶硅层的晶化程度不同，即使在特定区域内，非晶硅层的晶化程度也可能不均。
发明内容
本发明是为了解决包括上述问题的各种问题而做出的，其目的在于，提供一种能够通过发射均匀的激光束来实现高质量的非晶硅层退火的激光退火装置以及利用该装置的显示设备制造方法。需要说明的是，所述技术问题仅是示例，并不限定本发明的范围。
作为本发明的一个技术方案，提供一种激光退火装置，包括：主激光束发射部，其能够发射主激光束；激光束分束部，其能够将从所述主激光束发射部发射的主激光束分束成多束子主激光束；多个相位调制器，其分别位于被所述激光束分束部分束的多束子主激光束各自的光路上，能够调制通过的激光束的相位；激光束合束部，其将分别通过了多个所述相位调制器的激光束合并(merge)。
并且，可以进一步包括能够发射副激光束的副激光束发射部，所述激光束分束部能够将从所述副激光束发射部发射的副激光束分束成多束子副激光束，被所述激光束分束部分束的多束子副激光束能够通过多个所述相位调制器。
进一步地，所述激光束分束部可以将从所述主激光束发射部发射的主激光束分束成n束的子主激光束，将从所述副激光束发射部发射的副激光束分束成n束的子副激光束，使n束的子主激光束与n束的子副激光束一一对应地合并，从而发射n束的子激光束。
此外，多个所述相位调制器可以包括第一相位调制器至第n相位调制器，所述第一相位调制器至所述第n相位调制器位于n束子激光束的光路上。
此外，可以进一步包括追加分束部，所述追加分束部将通过了所述激光束分束部的n束子激光束各自分束成k束的子激光束，从而发射n×k束的子激光束(k是2以上的自然数)。
此时，多个所述相位调制器包括第一相位调制器至第n×k相位调制器，所述第一相位调制器至所述第n×k相位调制器位于n×k束子激光束的光路上。
多个所述相位调制器中的至少一个具有激光束通过介质以及能够使所述激光束通过介质振动的振动部。此时，所述激光束通过介质可以包括蓝宝石及石英中的至少一种。
所述振动部可以包括压电促动器。
多个所述相位调制器中的至少一个可以具有道威棱镜(dove prism)。
作为本发明的另一技术方案，提供一种显示设备制造方法，包括以下步骤：在基板上形成非晶硅层；对非晶硅层照射从前述的任一个激光退火装置发射的激光束，使非晶硅层转变为多晶硅层；形成显示元件。
前述之外的其他技术方案、技术特征、区别特征，通过本发明的具体实施方式、权利要求书的范围及附图进行明确说明。
如上所述，根据本发明，能够获得通过发射均匀的激光束来实现高质量的非晶硅层退火的激光退火装置以及利用该装置的显示设备制造方法。当然，上述效果并不限定本发明的范围。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。
图2是表示图1所示的激光退火装置的其他部分的示意图。
图3是表示图1所示的激光退火装置的一部分的示意图。
图4是表示图1所示的激光退火装置的一部分的示意图。
图5是示表示本发明另一实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。
图6是表示本发明的又另一实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。
图7是表示按照本发明一实施方式的显示设备制造方法制造的显示设备的一部分的剖视图。
附图标记说明
MSLB1、MSLB2  子主激光束；
SSLB1、SSLB2  子副激光束；
PM1～PM4  相位调制器；
M1～M6  反射部；
BS1、BS2、BS3  分束器。
具体实施方式
本发明可以实施各种变更，可以采用多种实施方式，下面将特定的实施方式举例表示在附图中，并在具体实施方式中进行详细说明。通过参照结合附图详细说明的下述实施方式，可以清楚地了解本发明的效果、特征及实现方法。需要说明的是，本发明并不限于下述的实施方式，可以采取多种方式。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。参照附图进行说明时，对于相同或相应的结构标注相同的附图标记，对其省略重复说明。
在下述实施方式中，当提及“层”、“膜”、“区域”、“板”等各种结构位于另一结构“上”时，不仅包括该结构直接位于另一结构上的情况，还包括该结构和该另一结构之间存在其他结构的情况。另外，为了方便说明，附图中的各结构尺寸被放大或者被缩小。例如，为了方便说明，在附图中任意地表示了各结构的尺寸及厚度，因此本发明不限于附图所示。
在下述实施方式中，x轴、y轴、z轴并不限于直角坐标系中的三个轴，可以具有更广的解释。例如，x轴、y轴、z轴可以相互垂直，但也可以表示互不垂直的不同方向。
图1是表示本发明一实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。本实施方式的激光退火装置包括主激光束发射部MLE、激光束分束部BSU、相位调制部PMU及激光束合束部(laser beam merge unit，未图示)。
主激光束发射部MLE可以发射主激光束MLB。主激光束发射部MLE所发射的主激光束MLB可以是例如波长为308nm的激光束。这样的主激光束MLB经过调制等后照射到非晶硅，可以将非晶硅晶化成多晶硅。
激光束分束部BSU可以将从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB分束成多束的子主激光束MSLB1、MSLB2。图1表示激光束分束部BSU具有第一反射部M1、第一分束器BS1以及第二反射部M2，但本发明不限于此。根据需要，当然也可以认为，第一反射部M1以及/或者第二反射部M2是独立结构而不是激光束分束部BSU的结构，在第一反射部M1、第一分束器BS1以及第二反射部M2中，只有第一分束器BS1是激光束分束部BSU的结构。
在如图1所示的情况下，激光束分束部BSU的第一反射部M1向第一分束器BS1反射从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB。第一分束器BS1例如是半透过半反射板之类的部件，使入射的主激光束MLB的一部分透过，反射另一部分。主激光束MLB中通过了第一分束器BS1的部分在第二反射部M2被反射，可以朝向与主激光束MLB中在第一分束器BS1被反射的部分大致相同的方向照射。其结果，可以将在第一分束器BS1反射的部分和在第二反射部M2反射的部分分别当作是子主激光束MSLB1和子主激光束MSLB2。
图1表示激光束分束部BSU将从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB分束成两束子主激光束MSLB1、MSLB2的情况，但本发明并不限于此。下面，为了便于说明，对激光束分束部BSU将从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB分束成两束子主激光束MSLB1、MSLB2的情况进行说明。
相位调制部PMU可以具有多个相位调制器PM1、PM2。图1表示相位调制部PMU具有数目与子主激光束MSLB1、MSLB2的数目相同的两个相位调制器PM1、PM2。上述相位调制器PM1、PM2分别位于被激光束分束部BSU分束的多束子主激光束MSLB1、MSLB2各自的光路上。相位调制器PM1、PM2可以对通过该相位调制器PM1、PM2的激光束的相位进行调制。
子主激光束MSLB1、MSLB2是由主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB分束而成的，所以具有相同或类似的相位。但是由于子主激光束MSLB1、MSLB2通过不同的相位调制器PM1、PM2，所以通过相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’的相位可以互相不同。因此，通过调整相位调制器PM1、PM2调制所通过的子主激光束MSLB1、MSLB2相位的程度，能够调整通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’之间的相位差。
图2是表示图1所示的激光退火装置的其他部分的示意图，可以看作是本实施方式的激光退火装置的激光束合束部。如图2所示，激光束合束部将通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’合并而作为一束激光束发射。为此，如图2所示，激光束合束部可以包括通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’入射的光学元件OP1及将入射的激光束反射成一束激光束的主反射部MM等。需要说明的是，根据需要，在主反射部MM反射的一束激光束可以经过各种光学元件(未图示)后照射到非晶硅，可以使非晶硅晶化成为多晶硅。
在将非晶硅晶化成多晶硅时，现有的激光退火装置存在难以均匀晶化的问题。这是由照射到非晶硅的激光束的强度等不均匀所导致的。
然而，根据本实施方式的激光退火装置，通过调整相位调制器PM1、PM2调制所通过的子主激光束MSLB1、MSLB2相位的程度，来能够调整通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’的相位差。由此，通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’、MSLB2’被合并而成为一束激光束时，对激光束照射的区域能够照射强度均匀的激光束。例如，使通过了相位调制器PM1、PM2之后的子主激光束MSLB1’的强度分布和子主激光束MSLB2’的强度分布相互不同，其结果，最终可以使合并后的激光束在整个区域具有均匀的强度分布。
图3是表示图1所示的激光退火装置的一部分的示意图。相位调制器PM1可以具有使激光束通过的激光束通过介质以及能够使所述激光束通过介质振动的振动部。在这种情况下，通过调整激光束通过介质振动的程度，可以使通过相位调制器PM1之前的子主激光束MSLB1的相位和通过了相位调制器PM1之后的子主激光束MSLB1’的相位变得不同，其不同的程度也是可以调整的。
激光束通过介质例如可以由能够使308nm波长的激光束通过的物质形成。激光束通过介质可以包括例如蓝宝石及石英中的至少一种。使激光束通过介质振动的振动部可以包括例如压电促动器。压电促动器随着电信号的变化使其体积迅速缩小或迅速膨胀，由此产生振动，因此通过调整电信号的变化，可以精密有效地调整振动频率。另外，由于其体积小，因此在构成图1所示的激光退火装置时不增加激光退火装置的尺寸，可以简单地构成激光退火装置。
振动部可以使激光束通过介质振动，如图3所示，能够以垂直于激光束的照射方向(+z方向)和激光束通过介质的长度方向(+x方向)且经过激光束的轴(y轴)为中心，使激光束通过介质左右振动。当然，本发明不限于此，对于激光束通过介质的位置，振动部可以将其在x轴上的位置固定的情况下，在+z方向和-z方向上交替改变，使激光束通过介质的位置发生变化；也可以将其在z轴上的位置固定的情况下，在+x方向和-x方向上交替改变，使激光束通过介质的位置发生变化。
图4是表示图1所示的激光退火装置的一部分的示意图。相位调制器PM1可以具有激光束通过的激光束通过介质以及能够使激光束通过介质振动的振动部，激光束通过介质可以具有例如道威棱镜。道威棱镜(dove prism)可以将例如入射光的像反转180度射出，由于相位调制器具有道威棱镜，因此能够将通过了道威棱镜的激光束和没有通过道威棱镜的激光束合并而获得分布均匀的激光束。或者，使所有激光束都通过道威棱镜且使道威棱镜由振动部以不同的频率振动，可以将通过了道威棱镜的激光束合并而获得分布均匀的激光束。
图5是表示本发明另一实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。本实施方式的激光退火装置和图1所示的激光退火装置的区别在于，进一步包括副激光束发射部SLE。所述副激光束发射部SLE可以发射副激光束SLB。此时，激光束分束部BSU可以将从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB分束成多束的子副激光束SSLB1、SSLB2。被激光束分束部BSU分束的多束子副激光束SSLB1、SSLB2通过多个相位调制器PM1、PM2
图5中的激光束分束部BSU除了第一反射部M1、第一分束器BS1以及第二反射部M2之外，还具有第三反射部M3以及第四反射部M4，但本发明不限于此。根据需要，当然也可以认为，第一反射部M1至第四反射部M4中的至少某一部分是独立结构而不是激光束分束部BSU的结构，在第一反射部M1至第四反射部M4以及第一分束器BS1中，只有第一分束器BS1是激光束分束部BSU的结构。
在图5所示的情况下，激光束分束部BSU的第三反射部M3向第四反射部M4反射从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB。第四反射部M4将入射的副激光束SLB向第一分束器BS1反射。第一分束器BS1例如是半透过半反射板之类的部件，使入射的副激光束SLB的一部分透过，反射另一部分。副激光束SLB中在第一分束器BS1反射的部分在第二反射部M2被反射，可以朝向与副激光束SLB中的透过第一分束器BS1的部分大致相同的方向照射。其结果，可以将在第一分束器BS1透过的部分和在第二反射部M2反射的部分分别当作是子副激光束SSLB1和子副激光束SSLB2。
图5表示激光束分束部BSU将从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB分束成两束子副激光束SSLB1、SSLB2的情况，但本发明不限于此。以下，为了方便说明，对激光束分束部BSU将从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB分束成两束子副激光束SSLB1、SSLB2的情况进行说明。
激光束分束部BSU将从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB分束成n束的子主激光束，将从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB分束成n束的子副激光束，使n束的子主激光束与n束的子副激光束一一对应地合并，从而可以发射n束的子激光束。相位调制部PMU包括第一相位调制部至第n相位调制部，第一相位调制部至第n相位调制部可以位于n束子激光束的光路上。可以理解为图5表示n＝2的情况。
需要说明的是，在图5中区别表示了在第一分束器BS1反射后的子主激光束MSLB1和通过了第一分束器BS1之后的子副激光束SSLB1，且区别表示了在第一分束器BS1反射后的子副激光束SSLB2和通过了第一分束器BS1之后的子主激光束MSLB2，但该表示方式仅仅是为了便于说明。即，在第一分束器BS1反射或通过了第一分束器BS1之后的子主激光束MSLB1和子副激光束SSLB1直接被合并，作为一束子激光束可以射入相位调制部PMU。同样地，在第一分束器BS1反射或通过了第一分束器BS1之后的子副激光束SSLB2和子主激光束MSLB2也直接被合并，作为一束子激光束射入相位调制部PMU。由此，两束子激光束分别进入第一相位调制器PM1和第二相位调制器PM2，进行相位的调制。后述的附图表示也是相同的，均是为了便于说明。
当然，如图2所示，以上述方式通过相位调制部PMU之后的子激光束可以在激光束合束部合并。
根据本实施方式的激光退火装置利用了从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB和从副激光束发射部SLE发射的副激光束SLB，即利用具有不同相位、强度分布的主激光束MLB和副激光束SLB形成了最终照射非晶硅的激光束，因此，能够使最终照射非晶硅的激光束的分布均匀。当然，以与图1所示的处理主激光束MLB的方式相同或类似的方式，对主激光束MLB和副激光束SLB各自进行分束和相位调制，所以能够使最终照射非晶硅的激光束的分布非常均匀。
图6是表示本发明又另一个实施方式的激光退火装置的一部分的示意图。如图6所示，本实施方式的激光退火装置和图5所示的激光退火装置的区别在于，进一步包括追加分束部ABSU。所述追加分束部ABSU将通过激光束分束部BSU的n束的子激光束各自分束成k束的子激光束，发射出n×k束的子激光束。图6表示n＝2，k＝2的情况，表示将通过激光束分束部BSU的两束子激光束各自分束成两束子激光束，发射出四束子激光束的情况。
为此，追加分束部ABSU可以包括第二分束器BS2、第五反射部M5、第三分束器BS3以及第六反射部M6。如图6所示，所述追加分束部ABSU可以是独立于激光束分束部BSU的结构，而根据情况，追加分束部ABSU的至少一部分也可以与激光束分束部BSU一体化。
相位调制部PMU包括第一相位调制器至第n×k相位调制器，所述第一相位调制器至第n×k相位调制器可以位于n×k束子激光束的光路上。图6表示相位调制部PMU具有第一相位调制器PM1至第四相位调制器PM4共四个相位调制器的情况。
如上所述，将从主激光束发射部MLE发射的主激光束MLB和从副激光束发射部SLE的副激光束SLB分束，一部分合并，然后再次分束，使其通过相位调制器，然后在激光束合束部合并，由此，能够使最终照射非晶硅的激光束的分布非常均匀。
以上说明的激光退火装置可以应用于显示设备的制造，这样的显示设备的制造方法也同样属于本发明的范围。作为按照此类制造方法制造的显示设备，图7是示意地表示有机发光显示设备的一部分的剖视图。
在基板110的整个面上形成缓冲层105、栅绝缘膜130、层间绝缘膜150等公共层，包括非晶硅区域120和多晶硅区域120a的半导体层同样形成在基板110的整个面上。并且，可以将以半导体层中的多晶硅区域120a作为有源层且包括栅极140、源极161以及漏极162的薄膜晶体管TFT可以形成在基板110上。当然，也可以根据需要不设置非晶硅区域120，只设置多晶硅区域120a。这可以是在将非晶硅层全部晶化之后通过构图而形成的，也可以是保留多晶硅区域的至少一部分而除去剩余部分而形成的。
然后，在基板110的整个面上形成覆盖上述薄膜晶体管TFT的保护膜170以及位于保护膜170上且上表面大致平坦的平坦化膜180。在上述平坦化膜180上形成有机发光元件200，所述有机发光元件200包括：构图而成的像素电极210、与基板110的整个面大致对应的相对电极230、位于像素电极210和相对电极230之间且包括发光层的多层结构的中间层220。当然，中间层220也可以不同于附图所示，中间层220的一部分层可以是与基板110的整个面大致对应的公共层，其他一部分层可以是与像素电极210对应的经过构图的图案层。像素电极210经由过孔可以与薄膜晶体管TFT电连接。当然，在平坦化膜180上可以形成与基板110的整个面大致对应的像素定义膜190，所述像素定义膜190覆盖像素电极210的边缘，具有定义各像素区域的开口。
此时，多晶硅区域120a可以由前述实施方式的激光退火装置形成。
具有上述结构的有机发光显示设备在其制造中的激光退火过程中，非晶硅由均匀分布的高质量激光束晶化成多晶硅，所以能够提高高质量的有机发光显示设备的制造良率，缩短制造时间。
当然，本发明不限于有机发光显示设备，只要是具有以多晶硅作为有源层的薄膜晶体管的显示设备，例如液晶显示设备等，均可以应用本发明。
如上所述，通过附图所示的实施方式说明了本发明，但这些实施方式均只是实施例，本领域技术人员可从这些实施例可以获得各种变形及等价的实施例。因此，本发明的真正的保护范围由本申请的权利要求书的技术思想所确定。

Claims (11)

1.一种激光退火装置，其特征在于，包括：
主激光束发射部，其能够发射主激光束；
激光束分束部，其能够将从所述主激光束发射部发射的主激光束分束成多束子主激光束；
多个相位调制器，分别位于被所述激光束分束部分束的多束子主激光束各自的光路上，能够调制通过的激光束的相位；
激光束合束部，其将分别通过了多个所述相位调制器的激光束合并。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于
进一步包括能够发射副激光束的副激光束发射部，所述激光束分束部能够将从所述副激光束发射部发射的副激光束分束成多束子副激光束，被所述激光束分束部分束的多束子副激光束分别通过多个所述相位调制器。
3.根据权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，
所述激光束分束部将从所述主激光束发射部发射的主激光束分束成n束的子主激光束，将从所述副激光束发射部发射的副激光束分束成n束的子副激光束，使n束的子主激光束与n束的子副激光束一一对应地合并，从而发射n束的子激光束。
4.根据权利要求3所述的激光退火装置，其特征在于，
多个所述相位调制器包括第一相位调制器至第n相位调制器，所述第一相位调制器至所述第n相位调制器位于n束子激光束的光路上。
5.根据权利要求3所述的激光退火装置，其特征在于，
进一步包括追加分束部，所述追加分束部将通过了所述激光束分束部的n束子激光束各自分束成k束的子激光束，从而发射n×k束的子激光束，其中，k是2以上的自然数。
6.根据权利要求5所述的激光退火装置，其特征在于，
多个所述相位调制器包括第一相位调制器至第n×k相位调制器，所述第一相位调制器至所述第n×k相位调制器位于n×k束子激光束的光路上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，
多个所述相位调制器中的至少一个具有激光束通过介质以及能够使所述激光束通过介质振动的振动部。
8.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
所述激光束通过介质包括蓝宝石及石英中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
所述振动部包括压电促动器。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，
多个所述相位调制器中的至少一个具有道威棱镜。
11.一种显示设备制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基板上形成非晶硅层；
对非晶硅层照射从权利要求1至10中任一项所述的激光退火装置发射的激光束，使非晶硅层转变为多晶硅层；
形成显示元件。
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