CN1641844A - 制备多晶系膜层的激光退火装置及形成多晶系膜层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用以制备多晶系膜层的激光退火装置，可以避免基板边缘区域的非晶系层在经激光退火时受到损害。此种激光退火装置包括一遮蔽结构，当对非晶硅系膜层进行激光退火以形成多晶系膜层时，遮蔽结构会抵挡基板边缘区域的激光，以避免激光完全照射到基板边缘区域的非晶系膜层，本发明并提出一种利用此激光退火装置进行激光结晶形成多晶系膜层的方法。
Description
技术领域
本发明有关于一种用以制备多晶系膜层的激光退火装置，且特别是有关于一种利用连续式侧向固化法(sequential lateral solidification；SLS)进行低温多晶硅的制程(low temperature poly silicon process；LTPS process)所使用的激光退火装置。
背景技术
薄膜晶体管为主动数组型平面显示器常用的主动组件(activeelement)，通常用来驱动主动式液晶显示器(active matrix type liquidcrystal display)、主动式有机电激发光显示器(active matrix typeorganic light-emitting display)等装置。薄膜晶体管中的半导体硅薄膜一般可区分为多晶硅(poly-silicon)薄膜以及非晶硅(amorphoussilicon，a-Si:H)薄膜。
非晶硅薄膜虽然具备低制程温度、因可用气相沈积法来制备而适合大量生产、制程技术较成熟因而良率也较高等优点，但由于多晶硅的导电特性佳、使用多晶硅膜的薄膜晶体管具有较高的场效迁移率使晶体管可应用在高操作速度的电路中、驱动电路的积集度较佳等特性，再加上低温多晶硅制程的开发，已渐取代非晶硅薄膜。
常见的多晶硅薄膜的制造方法大致有三种，第一种是利用沈积步骤直接沈积形成，第二种是先形成非晶硅薄膜后利用热能使其结晶成多晶硅薄膜，第三种是先形成非晶硅薄膜后利用激光使其结晶成多晶硅薄膜。然而上述的方法有下列的缺点，第一种方法的缺点是必须沈积足够厚才能形成大晶粒的多晶硅膜，而且，其表面均匀度差，所需的制程温度亦高达600度。第二种方法虽然可以制造出厚度薄且均匀的多晶硅薄膜，然而其结晶步骤所需的温度高达600度，热预算高，且所需的时间长，会影响产率。第三种方法的制程温度低，传统以准分子激光退火(excimer laserannealing；ELA)的方式使非晶硅转换为多晶硅，不过其扫描速度只有0.2mm/sec，能量仅370mJ/cm2，不仅产率低，受限于能量的大小，结晶情况常仅发生于表面，而无法达到使整层非晶硅再结晶成多晶硅的目的。使用扫描速度快(30mm/sec)且激光能量高(600mJ/cm2)的连续式侧向固化(SLS)激光退火处理使非晶硅转成多晶硅，可以解决上述的问题。但是，由于非晶硅薄膜沈积在玻璃基板边缘上的厚度并不均一，如图1所示，其绘示传统于玻璃基板10的缓冲层12上沈积形成的非晶硅层14的示意图，通常在玻璃基板10边缘区域A的非晶硅层14会较中间区域(即主要区域)C薄，当激光打在非晶硅薄膜14较薄处，即边缘区域A，会容易因激光而受到毁损。然而，此区域通常是后段制程要作对位的对准标记放置处，因此容易造成后段制程的中断。
就连续式侧向固化(SLS)激光退火处理而言，由于SLS激光机台的扫描速度(scan rate)高达30mm/sec，因此必须要有一段距离做加速，亦即必须要从玻璃以外就开始照射。
为避免边缘区域A因激光而受到毁损的问题，现行线束激光(line beamlaser)都是从非晶硅薄膜14均匀处，即主要区域C，开始照射。而由于连续式侧向固化(SLS)激光退火处理必须要从玻璃以外就开始照射，因此把机台中控制激光放射的快门(shutter)开启点设在薄膜沈积均匀处，以避免位于基板边缘区域A的非晶硅薄膜14受损。如图1所示，设定快门开启点为D和E，但快门完全开启点为d和e，因此会有一区段的非晶硅薄膜14所受的激光能量不均匀，反而减少了可用来制作面板的区域。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在不会影响可用来制作面板的区域面积下，可以解决基板边缘区域的非晶硅层在经激光退火时受到损害的激光退火装置。
为达上述目的，本发明提出一种用以制备多晶系膜层的激光退火装置，此种激光退火装置包括一遮蔽结构，当对非晶硅系膜层进行激光退火以形成多晶系膜层时，遮蔽结构会抵挡基板边缘区域的激光，以避免激光完全照射到基板边缘区域的非晶系膜层。因此，对应到基板边缘区域的激光束会被遮蔽结构完全挡住或者是部分穿透。
附图说明
图1为传统于玻璃基板的缓冲层上沈积形成的非晶硅层的示意图。
图2为本发明用于连续式侧向固化法(SLS)的激光退火装置的示意图。
图3为图2中的制程反应室的放大图，其中遮蔽结构是由支撑结构、旋转装置和挡板所组成。
图4为图3的遮蔽结构的一实施例的平面图。
图5为图3的遮蔽结构的另一实施例的平面图。
图6为挡板旋转至可便于基板进行进出的位置的示意图。
图7为本发明另一较佳实施例的一种制程反应室的结构示意图，其中遮蔽结构是由挡板和伸缩装置所组成。
图8为挡板收缩至可便于基板进行进出的位置的示意图。
图号说明
玻璃基板：10 缓冲层：12
非晶硅层：14、17 边缘区域：A
主要区域：C 快门开启点：D、E
快门完全开启点：d、e
激光：22 激光源：10
衰减器：11 光束均匀器：12
视野镜：13 罩幕：14
物镜：15 制程反应室：20
转移平台：16 基板：18
遮蔽结构：21 19-1、19-2、19-3：反射镜
支撑结构：21b 旋转装置：21c
挡板：21a 支撑板：21b1
支撑架：21b2 伸缩装置：21d
具体实施方式
为了避免高能量高扫描速度的激光对边缘区域的非晶硅膜层造成毁损，因此，本发明提供一种改良的激光退火装置，以避免激光照射到基板边缘区域的非晶系膜层，而对此区域较薄的非晶系膜层造成伤害。
当由连续式侧向固化法(SLS)使非晶硅膜再结晶时，激光束会先被定义出预定的形状，并以此激光对非晶硅膜进行持续的照射。图2为用于连续式侧向固化法(SLS)的激光退火装置。
对再结晶非晶硅膜而言，未定义的初始激光22会自激光源10放射出来，并会通过衰减器(attenuator)11、光束均匀器(homogenizer)12和视野镜(field lens)，由此聚集激光束22并控制激光束22的能量。
接下来，激光束22会由通过罩幕(mask)14而定义出预定的形状。当定义后的激光束22通过物镜(object lens)15后，激光束22会照射在制程反应室20内转移平台16上的基板18的非晶硅膜17，使其转换成多晶硅膜，对应于基板18边缘区域的激光会被遮蔽结构21挡住，或经遮蔽结构21而使此区域的激光束部份穿透。图中标号19-1、19-2、19-3指反射镜，用以控制激光束22的路径。
图2中的制程反应室的结构为本发明一较佳实施例，图3为此部份结构的放大图。
遮蔽结构21例如是由支撑结构21b、旋转装置21c和挡板21a所组成，其中支撑结构21b例如图4中的支撑板21b1，或是图5中的支撑架21b2，固定于转移平台16上，用以支撑挡板21a，而挡板21a可由旋转装置21c固定于支撑结构21b上，并做旋转，以利于基板18的进出。图6为挡板21a旋转至可便于基板18进行进出的位置的示意图。
图7为本发明另一较佳实施例的一种制程反应室的结构示意图，遮蔽结构21例如是由挡板21a和伸缩装置21d所组成，伸缩装置21d例如固定于制程反应室壁面，用以支撑伸缩装置21d和挡板21a，而挡板21a可由伸缩装置21d控制挡板21a的位置，图8为挡板21a收缩至可便于基板18进行进出的位置的示意图。
基板18可为玻璃基板，上述的非晶硅膜层17亦可为其它材质的非晶系膜层，同样可由上述的方法，使非晶系膜层转为多晶系膜层。通常，在非晶硅膜层17和基板18之间还包括设置一层缓冲层(未绘示)，其材质可为氮化硅。
上述的挡板21a的材质选择可以反射或吸收激光束的材质，以使激光束可被完全挡住或者是部份穿透，其材质例如是金属材质(如铬、铝、银等)。
本发明由改良激光退火装置，使激光束不会直接照射到基板边缘区域处厚度较薄的非晶硅层，以避免高能量的激光照射会使边缘区域的非晶硅层受损。
本发明由挡板的设计，使高扫描速度高能量的激光照射可以避开对边缘区域的直接照射，因此不会减少可用来制作面板的区域。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，至少包括：
一转移平台，用以放置一基板；以及
一遮蔽结构，用以保护对应于该基板的一边缘区域。
2.如权利要求1所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该遮蔽结构包括：
一挡板；以及
一支撑结构，固定于该转移平台上，用以支撑该挡板。
3.如权利要求2所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该遮蔽结构更包括：一旋转装置，用以固定该挡板于该支撑结构上，并使该挡板可做旋转式移动。
4.如权利要求2所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该支撑结构为一支撑板或一支撑架。
5.如权利要求1所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该遮蔽结构包括：
一挡板；以及
一伸缩装置，用以支撑该挡板，并使该挡板可做伸缩式移动。
6.如权利要求5所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该伸缩装置固定于一制程反应室的壁面。
7.如权利要求1所述的用以制备多晶系膜层的激光退火装置，其特征在于，该基板上具有一非晶系膜层，该非晶系膜层由该激光退火装置进行一激光退火，以转为一多晶系膜层。
8.一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于，包括：
提供一基板，且该基板具有一非晶系膜层，将该基板放置于一制程反应室中的一转移平台上，其中该制程反应室更包括一遮蔽结构用以保护对应于该基板的一边缘区域；
调整该遮蔽结构，使该遮蔽结构遮蔽对应于该基板的该边缘区域；以及
对该基板上的该非晶系膜层进行激光退火，以转为一多晶系膜层。
9.如权利要求8所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于，进行激光退火的方法为使用高扫描速度且高能量的激光进行退火。
10.如权利要求8所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于，进行激光退火的方法为使用连续式侧向固化法。
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