CN106024604B - 一种激光退火设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光退火设备，通过在激光源和掩膜板之间设置透镜，对激光源产生的准分子激光束进行会聚，变更设备光路，激光源和透镜沿掩膜板同步水平移动，利用会聚后的准分子激光束扫描掩膜板，会聚后的准分子激光束经由掩膜板的透光区透射至阵列基板的退火区，实现激光退火。在激光退火过程中，掩膜板始终覆盖在阵列基板上，不会随激光源和透镜而移动，不但能够提高对位精度，而且无需实时追踪基板上的图案，从而能够不以牺牲产能为代价即可满足高PPI基板的精度要求；而且，本发明的激光退火设备用普通的透镜代替微透镜阵列，该透镜可以适用于各个型号的阵列基板，从而降低设备成本投入和时间投入。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种激光退火设备。
背景技术
目前LTPS(Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅技术)产线进行激光退火(ELA)是在a-Si(非晶硅)沉积完成后对整张玻璃基板上的a-Si进行激光退火，在完成ELA后，玻璃基板表面上所有a-Si都转换为p-Si(多晶硅)，为保证源极(S)、漏极(D)和p-Si欧姆接触，需要进行SD Doping(掺杂)工艺，而掺杂工艺需要购买昂贵的掺杂设备并进行特气管路改造等，设备投入较大。此外，LTPS工艺复杂且很难保证大面积均一性，很难实现大尺寸产品生产，因此，目前最新提出了MLA(微透镜阵列)技术。
对于现有a-Si产线，MLA技术可通过较少投资把a-Si转化为p-Si从而大幅度提升TFT特性，为现有a-Si产线生产更高PPI(Pixels Per Inch，像素密度)、更高品质的产品提供了转型的契机，为a-Si产线持续盈利创造了一个巨大的机遇。MLA技术生产的产品具有高电子迁移率、低关闭电流、宏观均一性好等优势，对产品性能有很大的提升。MLA工作原理是：准分子激光束通过普通的遮光掩膜板(Mask)进入下方对应的微透镜阵列掩膜板(MLAMask)，将准分子激光束最终聚焦于阵列基板的对应TFT区，进行TFT区的激光退火。
现有的MLA退火设备存在以下缺陷：
1、MLA退火设备的遮光Mask和MLA Mask的尺寸为35*4.7mm，在激光退火时遮光Mask、MLA Mask和光源同时移动完成整张基板的退火。为了保证精度，需要对基板上的图案实时追踪，在这种情况下对位精度最高只能达到1.5um，无法满足高PPI基板的对位精度。
2、MLA退火设备针对每一款基板都需要一套单独的遮光Mask和MLA Mask，由于MLAMask属于光学透镜，其制造要求非常严格，导致MLA Mask制作周期非常长且价格昂贵，而对于TFT行业而言，开发周期延长很可能会失去抢占市场先机甚至失去客户。
3、MLA Mask属于光学微透镜掩膜板，相邻两个微透镜的中心距有150um要求，因此，基板的PPI有一定局限性，为了实现高PPI，生产时需要多次激光扫描，增加了扫描次数，导致产能下降。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种激光退火设备，用以至少部分解决现有MLA退火设备对位精度低，产能低，制造成本高、周期长的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种激光退火设备，包括掩膜板和用于产生准分子激光束的激光源，所述掩膜板覆盖于阵列基板上，所述掩膜板的透光区与阵列基板的退火区相对应；
所述激光退火设备还包括用于会聚准分子激光束的透镜，所述透镜位于所述激光源和掩膜板之间，并与所述激光源沿所述掩膜板同步水平移动。
优选的，所述透镜为柱形透镜。
优选的，所述柱形透镜的长度大于或等于所述掩膜板的宽度，所述掩膜板的宽度是指垂直于所述透镜和激光源移动方向的掩膜板的宽度。
优选的，所述透镜与激光源之间的距离小于10m。
优选的，所述透镜到所述掩膜板的距离小于所述透镜的焦距。
进一步的，所述激光退火设备还包括第一承载装置和第一驱动装置，所述第一承载装置包括用于承载所述激光源的第一承载部和用于承载所述透镜的第二承载部，所述第二承载部设置在所述第一承载部的正下方，且所述第一承载部与第二承载部固定连接；
所述第一驱动装置驱动所述第一承载部和/或第二承载部，以使所述第一承载部和第二承载部同步移动。
优选的，所述第一驱动装置驱动所述第一承载部和第二承载部沿所述掩膜板往复移动。
优选的，所述第一驱动装置驱动所述第一承载部和第二承载部匀速移动。
优选的，所述第一承载部和第二承载部的移动速度为180-230mm/s。
进一步的，所述激光退火设备还包括第二驱动装置和用于承载所述掩膜板的第二承载装置，所述第二驱动装置用于，驱动所述第二承载装置将所述掩膜板移动到所述阵列基板的待退火位置的上方。
优选的，所述掩膜板的边角位置设置有第一对位标记，所述阵列基板上设置有第二对位标记；
当所述掩膜板位于所述阵列基板的待退火位置时，所述第一对位标记与第二对位标记对位。
本发明能够实现以下有益效果：
本发明通过在激光源和掩膜板之间设置透镜，对激光源产生的准分子激光束进行会聚，变更设备光路，激光源和透镜沿掩膜板同步水平移动，利用会聚后的准分子激光束扫描掩膜板，会聚后的准分子激光束经由掩膜板的透光区透射至阵列基板的退火区，实现激光退火。在激光退火过程中，掩膜板始终覆盖在阵列基板上，不会随激光源和透镜而移动，不但能够提高对位精度，而且无需实时追踪基板上的图案，从而能够不以牺牲产能为代价即可满足高PPI基板的精度要求；而且，本发明的激光退火设备用普通的透镜代替微透镜阵列，该透镜可以适用于各个型号的阵列基板，从而降低设备成本投入和时间投入。
附图说明
图1为本发明实施例的激光退火设备的整体结构图；
图2为本发明实施例的激光退火设备的局部结构图。
图例说明：
1、掩膜板 2、激光源 3、载物台 4、阵列基板
5、透镜 7、外壳 11、透光区 12、非透光区
13、第一边缘 14、第二边缘 41、退火区 61、第一承载部
62、第二承载部 63、连接部 71、顶壁 72、滑轨
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合图1和图2，详细说明本发明的激光退火设备的结构。
本发明提供一种激光退火设备，包括掩膜板1和激光源2，激光源2用于产生准分子激光束。准分子激光是指，受到电子束激发的惰性气体和卤素气体结合的混合气体形成的分子向其基态跃迁时发射所产生的激光，在本发明实施例中，激光源2可以选用XeCl或XeF2作为被激发气体。
所述激光退火设备还包括载物台3，待退火的阵列基板4放置于载物台3上，掩膜板1覆盖于阵列基板4上。如图2所示，掩膜板1包括透光区11和非透光区12，掩膜板1的透光区11与阵列基板4的退火区41相对应，退火区41是指阵列基板上TFT的栅极对应的区域。
所述激光退火设备还包括透镜5，透镜5位于激光源2和掩膜板1之间，并与激光源2沿掩膜板1同步水平移动。透镜5用于接收激光源2产生的准分子激光束，并会聚该准分子激光束，以使会聚后的准分子激光束照射到掩膜板1上。由于掩膜板1包括透光区11和非透光区12，当激光源2和透镜5同步水平移动时，会聚后的准分子激光束扫描掩膜板1的表面，并被非透光区12遮挡，只能够从透光区11透射至阵列基板4的退火区41。
本发明实施例通过在激光源和掩膜板之间设置透镜，对激光源产生的准分子激光束进行会聚，变更设备光路，激光源和透镜沿掩膜板同步水平移动，利用会聚后的准分子激光束扫描掩膜板，会聚后的准分子激光束经由掩膜板的透光区透射至阵列基板的退火区，即利用曝光遮挡掩膜板通过透射的形式实现激光退火。在激光退火过程中，掩膜板始终覆盖在阵列基板上，不会随激光源和透镜而移动，不但能够提高对位精度，而且无需实时追踪基板上的图案，从而能够不以牺牲产能为代价即可满足高PPI基板的精度要求，采用本发明的激光退火设备，无论阵列基板的PPI要求是多少，都不会影响产能；而且，本发明的激光退火设备用普通的透镜代替微透镜阵列，该透镜可以适用于各个型号的阵列基板，从而降低设备成本投入和时间投入。
准分子激光束通过激光源2中的光学棱镜反射、折射后最终照射到透镜5上，为了保证准分子激光束的能量达到激光退火的要求，透镜5与激光源2之间的距离小于10m。
通常，阵列基板4上的退火区41的宽度为0.3mm左右，为了保证准分子激光束照射到阵列基板4上的宽度被聚焦成0.3mm左右的宽度，透镜5到掩膜板1的距离小于透镜5的焦距。
优选的，掩膜板1的尺寸可以为432*760mm。
对于GOA基板来说，在栅线的端点位置还设置有GOA单元，其中也存在TFT开关，需要进行激光退火。但是GOA单元对应的GOA区域的a-Si和像素区的a-Si排布不同，而MLAmask尺寸很小，为了在像素区进行激光退火，MLA mask必须与像素区的a-Si图形相匹配，这样，MLA mask就无法适用于GOA区域，因此，现有的MLA退火设备很难实现GOA区域的激光退火。而本申请实施例的掩膜板1尺寸较大，既能够覆盖像素区又能够覆盖GOA区(掩膜板1上针对像素区和GOA区形成不同的图形)，从而解决了现有MLA退火设备在对GOA基板进行激光退火时，难以兼顾GOA区和像素区的问题。本发明实施例的激光退火设备尤其适用于GOA基板的激光退火。
优选的，透镜5可以为柱形透镜。在本发明实施例中，所说的柱形透镜可以是一侧为平面、另一侧为凸面的柱形透镜，且柱形透镜的凸面朝向激光源2(即准分子激光束的入射方向)。需要说明的是，也可以将柱形透镜的凸面朝下、平面朝上，同样能够对准分子激光束起到会聚作用。
结合图2所示，优选的，柱形透镜的长度L大于或等于掩膜板1的宽度W，掩膜板1的宽度W是指垂直于透镜5和激光源2移动方向的掩膜板1的宽度。若激光源2和透镜5沿掩膜板水平移动的方向为第一方向，掩膜板1在第一方向上的边缘为第一边缘，则与第一边缘相邻的掩膜板的边缘为第二边缘，掩膜板1的宽度W即为第二边缘的宽度。以图2所示为例，透镜5和激光源2沿箭头所指方向移动，该移动方向为掩膜板1的第一边缘13的方向，则掩膜板1的宽度W即为垂直于该移动方向的掩膜板1边缘的宽度，即掩膜板1的第二边缘14的宽度。
优选的，柱形透镜的长度与掩膜板1的宽度相等。
本发明实施例中选用柱形透镜，且柱形透镜的长度L大于或等于掩膜板1的宽度W，可以覆盖整个掩膜板1的宽度，在掩膜板1的宽度范围内对阵列基板4上的各个退火区41同时进行退火工艺。
结合图1所示，所述激光退火设备还包括第一承载装置和第一驱动装置(图中未绘示)，第一承载装置包括用于承载激光源2的第一承载部61和用于承载透镜5的第二承载部62，第二承载部62设置在第一承载部61的正下方，且第一承载部61与第二承载部62固定连接。第一驱动装置驱动第一承载部61和/或第二承载62部，以使第一承载部61和第二承载部62同步水平移动，从而使激光源2和透镜5同步水平移动。
具体的，第一承载部61与第二承载部62通过连接部63相连，二者能够同步水平移动，在移动过程中，第一承载部61与第二承载部62的相对位置始终保持不变。
如图1所示，所述激光退火设备还包括外壳7，外壳7包括侧壁和顶壁71，外壳7与载物台3形成容置空间，阵列基板4、掩膜板1、激光源2和透镜5容置于该容置空间内。在顶壁71的内表面设置有滑轨72，滑轨72与激光源2和透镜5的移动方向同向设置，通过将第一承载部61在滑轨72内水平滑动，从而实现第一承载部61和第二承载部62在掩膜板1的上方同步水平移动。
需要说明的是，实现第一承载部61和第二承载部62在覆盖有掩膜板1的阵列基板4的上方水平移动的方式有多种，不限于图1所示的方案，例如，还可以在激光源和透镜的端面的一侧垂直设置支撑机构，该支撑机构位于阵列基板的外侧，在该支撑机构的不同高度位置分别设置两个滑轨(方向与激光源和透镜的移动方向相同)，第一承载部和第二承载部分别设置在两个滑轨中，并能够分别在两个滑轨中滑动。
具体的，第一驱动装置驱动第一承载部61和第二承载部62沿掩膜板1往复移动。也就是说，激光源2和透镜5在掩膜板1的范围内往复运动，即激光源2和透镜5从掩膜板1的一侧向另一侧完成准分子激光束扫描之后，再按照原路径返回，在返回的过程中同时进行准分子激光束扫描，如此反复扫描多次，通常，阵列基板4需要扫描10次(1个往返算2次扫描)左右才能够完成激光退火工艺。
为了保证阵列基板4上的a-Si能够均匀受到激光照射，以使阵列基板4上各个退火区41的a-Si转化率相同，第一驱动装置驱动第一承载部61和第二承载部62匀速移动，从而保证阵列基板的产品品质。
阵列基板上的a-Si必须接收到充足的激光能量才能够转化成p-Si，因此，需要对激光源2和透镜5的移动速度进行限定。优选的，第一承载部61和第二承载部62的移动速度为180-230mm/s，在该速度范围内，既能够保证a-Si的转化率，又能兼顾产能。
进一步的，所述激光退火设备还包括第二驱动装置(图中未绘示)和第二承载装置(图中未绘示)，第二承载装置用于承载掩膜板1。第二驱动装置用于，驱动第二承载装置将掩膜板1移动到阵列基板4的待退火位置的上方。
需要说明的是，阵列基板4的面积通常较大，而掩膜板1的面积较小，通常需要将阵列基板4划分为4-6个区域(即待退火位置)，使用一张掩膜板1分别在上述各待退火位置依次进行激光退火，从而完成整个阵列基板4的激光退火。
掩膜板1的边角位置设置有第一对位标记，阵列基板4上设置有第二对位标记，当掩膜板1位于阵列基板4的待退火位置时，第一对位标记与第二对位标记对位，从而使掩膜板1上的各透光区11与阵列基板4上的各退火区41一一对应。
为了保证掩膜板1与阵列基板4的对位精度，掩膜板1与阵列基板4之间的距离越小越好，但是掩膜板1不能接触阵列基板4，防止划伤阵列基板4，优选的，可以将掩膜板1与阵列基板4之间的距离设置为200um。
当完成一个待退火位置的激光退火操作后，第二承载装置承载掩膜板1在第二驱动装置的驱动下，移动到另一个待退火位置，当掩膜板1上的第一对位标记与下方的阵列基板4上的第二对位标记完全对位时，此时可以开始该待退火位置的激光退火工艺。
进一步的，所述激光退火设备还可以包括控制器(图中未绘示)，控制器分别与第一驱动装置和第二驱动装置相连，能够分别向第一驱动装置和第二驱动装置发送驱动控制信号，从而实现对激光源2、透镜5以及掩膜板1的位置控制。
本发明的激光退火设备，在现有ELA退火设备的基础上增加一套遮光掩膜板，对a-Si选择性区域(即退火区)进行激光退火，实现MLA沟道结构。相较于ELA技术而言，可以省略掺杂工序，减少掺杂设备的成本投入。相较于MLA技术而言，不但可以节省针对每一阵列基板的MLA Mask，还可以解决MLA退火设备对位精度差的问题。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种激光退火设备，包括掩膜板和用于产生准分子激光束的激光源，其特征在于，所述掩膜板覆盖于阵列基板上，所述掩膜板的透光区与阵列基板的退火区相对应；
所述激光退火设备还包括用于会聚准分子激光束的透镜，所述透镜位于所述激光源和掩膜板之间，并与所述激光源沿所述掩膜板同步水平移动；
还包括第一承载装置，所述第一承载装置包括用于承载所述激光源的第一承载部和用于承载所述透镜的第二承载部，所述第二承载部设置在所述第一承载部的正下方，且所述第一承载部与第二承载部固定连接；所述第一承载部和第二承载部同步匀速移动，所述第一承载部和第二承载部的移动速度为180-230mm/s。
2.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述透镜为柱形透镜。
3.如权利要求2所述的激光退火设备，其特征在于，所述柱形透镜的长度大于或等于所述掩膜板的宽度，所述掩膜板的宽度是指垂直于所述透镜和激光源移动方向的掩膜板的宽度。
4.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述透镜与激光源之间的距离小于10m。
5.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述透镜到所述掩膜板的距离小于所述透镜的焦距。
6.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述第一承载部和/或第二承载部，以使所述第一承载部和第二承载部同步移动。
7.如权利要求6所述的激光退火设备，其特征在于，所述第一驱动装置驱动所述第一承载部和第二承载部沿所述掩膜板往复移动。
8.如权利要求1-7任一项所述的激光退火设备，其特征在于，还包括第二驱动装置和用于承载所述掩膜板的第二承载装置，所述第二驱动装置用于，驱动所述第二承载装置将所述掩膜板移动到所述阵列基板的待退火位置的上方。
9.如权利要求8所述的激光退火设备，其特征在于，所述掩膜板的边角位置设置有第一对位标记，所述阵列基板上设置有第二对位标记；
当所述掩膜板位于所述阵列基板的待退火位置时，所述第一对位标记与第二对位标记对位。
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2016
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