TWI406729B - 最佳化雷射光束空間強度輪廓之系統與方法 - Google Patents
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Description
本申請案根據35 U.S.C. 120係2006年5月1日所提出之美國申請案第11/381,052號之部分延續申請案，發明名稱為「Systems and Methods for Optimization of laser Beam Spatial Intensity」，在此一併提出以作為本申請案之參考。
本發明係大致關於液晶顯示裝置(LCD)，尤其關於用以製造LCD的系統與方法。
主動矩陣LCD的市場建立已久且發展多時，其中的主動薄膜電晶體(TFT)，係用以控制顯示器的每一像素，舉例而言，主動矩陣LCD普遍運用於電腦螢幕。此外，近年來主動矩陣LCD的應用產品也大舉進佔各個市場區塊，例如電視、行動電話、個人數位助理(PDA)、攝影機等等。
主動矩陣LCD被預言是顯示器產業中成長最快的區塊，預計在未來五年內，年成長率將達到35%，相對地，被動式LCD和傳統式陰極射線管(CRT)預料呈現成長持平或負成長。其他唯一被預測可確實成長的顯示技術，稱為有機發光二極體(OLED)顯示器，目前只運用於專門的產品中，預測在2007年後，能以每年超過兩倍的速率成長。
除了高速的整體成長之外，LCD市場的生態也正在改
變，意指較新的LCD裝置包含了更多樣化且更專精的需求，舉例而言，電話大約佔了LCD裝置種類中的百分之五十，卻只佔了整體LCD市場的百分之二，相反地，顯示器大約佔了LCD裝置種類中的百分之二十七，卻佔了整體LCD市場的百分之五十，隨著各種應用於電視的顯示裝置與大螢幕尺寸的急速成長，預測在2008年時，電視將佔有LCD整體市場的百分之三十以上，和先前的LCD應用裝置相比，這些大螢幕尺寸的應用裝置將俱備許多特殊的需求。
為了支援預期的高成長率，並且在新興市場中的競爭獲得成功，LCD製造商必須能夠善用新興的顯示器製造技術，藉以改進LCD裝置的特徵和性能，同時改善成本以及產能。
隨著LCD產業進入下一個急速成長和多樣化產品的階段，某些因素成為致勝的關鍵，包括較小的像素尺寸、較高的密度(該密度為TFT尺寸的直接函數)，以及較快的TFT切換速度，以符合影像的需求。較亮的顯示性能可改善孔徑比，使得每一像素更亮，較低的整體生產成本也為致勝因素之一，較快的產率以及更穩定的面板顯示良率，可得到較低的生產成本，為了長遠的成功，LCD製造商必須投入技術研發，例如OLED這種新興且具有高度成長性的顯示裝置類型，此舉有相當高的成本效益。
在目前的TFT主動矩陣LCD製程中，於玻璃基板上製造導體層的兩種主要製程方法為非晶矽(a-Si)和低溫多晶矽(poly-Si or LTPS)，在非晶矽製程中，閘極層直接生成於
PECVD矽薄膜之上，在低溫多晶矽的製程中，PECVD矽薄膜則是在完成閘極前先行結晶，以生成更高性能的TFT。在這些製程中，溫度必須維持低溫以避免熔化玻璃基板，由於電子在非晶矽電晶體中的遷移率原本就比較慢，因此以非晶矽為基礎的TFT其物理尺寸必須較大，以提供足夠的電流從源極流到汲極，另一方面，在多晶矽中的電子遷移率較快，因此以低溫多晶矽為基礎的TFT其物理尺寸較小，且反應速度較快。因為多晶矽電晶體原本就比較小，每一像素可以通過的光線就更多，此一現象使得設計具有靈活度，可允許提高孔徑比以及像素密度。
暫不論低溫多晶矽製程之於TFT尺寸和性能方面的優勢，現今絕大多數的LCD面板仍然是利用非晶矽製程所製造，主因在於非晶矽的製程步驟較少，且低溫多晶矽製程設備較不普及也不為人所熟知，使得非晶矽製程的成本相對比低溫多晶矽低，非晶矽在降低成本方面也是較為「穩當」的，儘管非晶矽製程已經行之有年，且可以穩定控制，如果一大螢幕LCD有單一缺陷，仍舊代表整個LCD裝置都要廢棄。現在要清楚瞭解的是，非晶矽製程技術對於較高的像素密度、較快的反應速度以及較高的螢幕亮度等等需求，已即將達到技術極限。
截至目前為止，低溫多晶矽製程的代表性目標是製造更小且更高性能的顯示裝置，因為以多晶矽為基礎的TFT其物理尺寸較小，而且可允許較大的螢幕亮度、較高的像素密度以及較低的功率消耗，同時，低溫多晶矽電晶體的切換速度
原本就比較快，能夠提供各種影像應用裝置的需求，例如攝影機、行動電話以及PDA的影像功能。
在有機發光二極體(OLED)技術浮現的同時，顯示器製造商也必須預先進行規劃，OLED將變成顯示裝置市場的重要區塊，預計從2007年開始會快速成長，部份簡單的OLED裝置已經應用於專門的產品中，例如車用的小螢幕和高亮度顯示裝置，以及數位相機，不少公司已宣告他們製造大螢幕LCD顯示裝置的決心，此類產品一旦被產品化，將可獲得極大的市場佔有率，因為此類產品的顯示亮度和色彩是重要的決定性因子。
以OLED為基礎的顯示裝置中，其分子結構係實際上發出光線，而不是做為背光源的光閥，以此可獲得更高亮度的螢幕，因為OLED中的發光材料是由電流所驅動，而不是如LCD的電壓驅動，因此電子遷移率較高且多晶矽的電流容量較穩定，這些特性將成為OLED實行時的重要關鍵。OLED固有的高發光性能也允許設計者可利用較小像素製造出相同亮度的LED，進而獲得更高的解析度，因此使得OLED顯示裝置可以和多晶矽較小的幾何特性更為相容。
進一步而言，顯示器製造商必須使用可提供高產能和高良率的多晶矽面板製造技術，以滿足現今多樣化且迅速成長的LCD產業需求，同時做為未來迅速發展的OLED市場基礎。LCD或OLED的製程技術可著重在三個區域：製造高性能的TFT、遍及所有面板而
生產出的均勻材料與裝置，以及結合高產能和低操作成本而達到最佳化的製造效率。
最被廣為使用的低溫多晶矽製造技術，牽涉到利用雷射熔化一矽薄膜的表面處理過程，將該矽薄膜加熱至熔點並維持一非常短暫的時間，這個時間通常以奈秒來計算，接著矽薄膜將重新結晶成多晶矽。低溫多晶矽技術的主要挑戰在於必須有效地控制製程，以確保遍及整個面板都能得到均勻的結晶，同時穩定地提供高製程產能以及低操作成本。
一細光束結晶系統用以加工一基板，此系統包含一雷射，該雷射組態為產生雷射光，此雷射具備一高能量模式和一低能量模式，高能量模式用於產生足以完全熔化一矽基板的光能，而低能量模式組態為用於產生不足以完全熔化一矽基板的光能，此系統更包含光束成形的光學儀器，其係耦合至該雷射，並且組態為將該雷射所發射的雷射光轉變為一長而細的光束，該光束具有一長軸與一短軸，一基座組態為支撐該矽基板，此外，一平移器安置於該基座上，該平移器組態為驅動該矽基板，以便在發射雷射的同時，產生一步進尺寸。
從一方面來看，此系統可在低能量模式中進行一種退火過程，例如準分子雷射退火(ELA)，另外，此系統可在高能
量模式中進行另一種形式的退火過程，例如細光束方向性長晶(Thin-beam Directional Crystallization)，運用此一選擇能量的方法，可有效率地選擇矽基板上的個別區域來進行不同製程。
本發明上述所提及的特徵、目的以及實施例，如以下實施方式段落所描述之。
細光束方向性長晶(Thin-beam Directional Crystallization)或薄光束方向性結晶(TDX)的製程方法可結合多晶矽原有的優點，以及有效率的數量導向之生產能力，最終可達到較佳的電子遷移率、較平坦的表面、較大的工作區間以及較高的產能。不同類型的雷射皆可用於細光束方向性長晶，舉例而言，在一實施例中係使用一固態雷射，另一實施例中係在TDX製程中使用一高能量準分子雷射，亦可使用一原本用於半導體微影製程的主振盪器功率放大器(MOPA)，該雷射在351奈米的波長下操作，並且提供超過900W的功率，同時每一脈衝之間具有卓越的穩定性與高可靠度，此外也可使用於其他波長，例如308奈米，一般而言，任何可以被待熔化之材料所吸收的波長(例如矽)皆可使用。TDX系統係描述於以下審查中的美國專利申請案中，美國專利申請案號10/781,251，發明名稱為「Very High Energy, High Stability Gas Discharge Laser Surface Treatment System」，申請日為2004年2月18日；美國專利申請案號
10/884,101，發明名稱為「Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing Optical System」，申請日為2004年7月1日；美國專利申請案號10/884,547，發明名稱為「Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System」，申請日為2004年7月1日；以及美國專利申請案號11/201,877，發明名稱為「Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing Optical System」，申請日為2005年8月11日，以上提及之申請案均列為本案之參考。
與本案發明之系統與方法共同使用的TDX光學系統，可將雷射光轉換成非常長而細且均勻的光束，並將其照射至矽基板上，本案發明之系統與方法亦可穩定光束的能量、強度和指向性，這些特色都能改善TDX製程的穩定性。在一實施例中，每一脈衝可曝光的區域大約是5微米寬、730毫米長，光束的長度可與矽基板的寬度吻合，使得玻璃僅需以單一通過路徑的方式加工，此方式有助於確保高程度的均勻性以及快速的產能，經由此曝光過程，矽基板可以固定速度進行掃瞄，且每次雷射照射可間隔一間距或一步進尺寸(例如2微米)，選擇此間距可使熔化區域總是以前一脈衝的高品質結晶做為晶種，進而產生長的方向性之多晶矽結晶，每一脈衝也熔化了前一熔化區域中心的較大突出，更進一步產生更平坦的表面。
TDX製程在此運用一種經過控制的超級橫向長晶的技術，其中融化區域從側邊朝中心再次橫向固化，與以往的ELA技術在矽層的內部垂直地長晶相比，橫向長晶可產生較大的方向性多晶矽晶粒，並且具有較高的電子遷移率，此外，TDX
製程的可工作區間遠大於ELA技術，因為TDX製程可掌握矽薄膜完全熔化的空間，同時避免矽薄膜在能量敏感的部份熔化。
系統面板(System on Glass)設計方法的運用，是另一種僅使用多晶矽的進化型設計，亦為受益於低溫多晶矽製程效率的新型TDX製程。使用低溫多晶矽所能允許的較高電子遷移率和較小尺寸電晶體，使驅動電子裝置可直接製造於矽薄膜上。此設計提供一個可降低面板成本，並藉由減少膠帶黏著之需求而增加面板強韌度的有效方法。因為多晶矽具有較高的電子遷移率，可於矽基板上整合額外的驅動電子裝置，例如數位類比轉換器(DAC)，並且利用更快的驅動器來控制更多的TFT切換裝置，用以減少驅動器的數目。
利用系統面板節省整體成本的幅度相當大，特別是製造由許多小LCD螢幕組成的大面板，運用習知的非晶矽製程方法時，每一螢幕上具備獨立的膠帶黏著之驅動電子裝置，其每一驅動晶片在每一螢幕的成本比例上佔了相當大的比重，並包括高額的額外組裝步驟，相較之下，使用多晶矽的系統面板可在背板的製造過程中，更有效率地驅動電子裝置。
依據以上說明，第一圖係一實施例中，利用本發明之系統與方法之細光束方向性長晶製程，在薄膜表面102經過單一脈衝照射的剖面圖。舉例而言，薄膜表面102可以是非晶矽，細光束射線利用雷射熔化薄膜表面102的一部份，被熔化的部份通常會從熔化區域的側邊向中心凝固或固化，留下兩個橫向固化區域104和106。這是因為薄膜表面102的每
一個未熔化邊緣可做為「晶種」，而熔化的矽可在晶種上成長。
突出108可以存在於最後凝固點，通常是接近或位於照射表面的中心。當兩個側邊朝向彼此長晶時，可生成突出108。一般來說，在兩個側邊彼此長晶的中心或接近中心處，其結晶結構無法互相匹配，因為每一側邊從熔化區域的相反側結晶，而這些相反側的晶型通常無法彼此匹配(錯位)，當這些錯位結構交會時，結晶會互相推擠並從表面向上堆起。突出108可以是薄膜厚度的數量級。該薄膜厚度一般約為50至100奈米，然而，薄膜厚度也有可能是其他尺寸。
突出108破壞了薄膜表面上的均勻結晶結構。此外，如上所述，退火後突出108所顯示的型態，將會難以在其上沉積一均勻的閘極介電層，導致面板中TFT性能不均勻，為了消除突出108，可在下一次雷射照射中加以熔化。
舉例而言，薄膜表面102可以在下一次照射中，在雷射範圍內以一特定的步進尺寸移動。然而，步進尺寸的設定必須確保有足夠的雷射能量到達突出108，以保證突出108被熔化。為了達成熔化每一突出108的需求，將限制步進尺寸可達到的最大限度，原本步進尺寸的理論最大值同等於橫向長晶距離110，因為雷射必須再次熔化突出108，步進尺寸的理論最大值將會比原本小一些。舉例而言，在第一圖的實施例中，橫向長晶距離110大約為熔化區域的一半寬度，因此，可使用並且能確保突出108被熔化的步進尺寸理論最大值，大約等於橫向長晶距離110減掉突出108的寬度。
然而，步進尺寸一般而言必須保持小於理論最大值，例如當雷射脈衝寬度為5微米時，步進尺寸比理論最大值低數百奈米，這個尺寸上的縮減，將造成產能的降低。因為熔化突出108需要較大的能量，致使實際的步進尺寸小於理論最大值，原因在於突出108較薄膜表面102來得厚。此外，突出108可能會造成雷射光的散射，因此，不僅需要更多能量來再次熔化厚度較大的突出108，同時也需要更多的能量來補足突出108所散射的雷射能量。
第四圖係入射光子在照射時的例示散射結果之示意圖。當入射光子408照射到薄膜表面102，部份的光子402會被突出108所散射，因此，可能需要更多能量來熔化突出108。如上所述，因為需要更多能量來熔化突出108，此散射現象和突出108的額外厚度將減少步進尺寸可達到的最大限度，同時增加LCD的製程時間。因此，更多能量集中於突出108時所顯示的短軸空間強度之分佈曲線，可用來將步進尺寸304最大化。
需要注意的是，過程中必須控制光束的寬度，以避免產生如第二圖所示之成核晶粒204，當側邊共同長晶之前，中心區域先行冷卻，就會出現成核晶粒204。成核晶粒204的結晶結構通常無法與每一側邊的結晶結構匹配，因為其結晶結構並不是由各側邊做晶種成長而來，如果中心的冷卻速度比側邊共同長晶的速度快，則會從內部垂直長晶，當熔化區域太寬時(意即光束太寬)，側邊則無法在中心固化前共同長晶。
如果光束太寬，當橫向固化區域206和208會成長至中心的成核晶粒204，並且產生兩個突出210和212，當側邊成長進入成核晶粒204時，也可產生兩個突出210和212，每一橫向固化區域206和208的結晶結構通常與成核晶粒204無法匹配，因為每一側邊係從熔化區域的相反側做為晶種而成長，當錯位結構彼此交會時，結晶會互相推擠，並從表面向上堆起。如上所述，一般較佳的作法是，一LCD之結晶結構的薄膜表面202皆均一固化，突出210和212破壞了薄膜表面上的均勻結晶結構，有助於限制光束寬度並且不產生成核晶粒204。在一實施例中，光束寬度大約5微米，然而，可以理解的是，光束寬度會依不同實施例而改變，只要在成核現象前，每個側邊都已共同長晶，就不會產生成核晶粒204。
如上所述，薄膜表面102可在光束下移動或步進，進而熔化突出108，在第三圖的實施例中，薄膜表面102可稍微往左移動一小於脈衝寬度的距離，可再次熔化突出108，同時包括橫向固化區域104的一小部份、橫向固化區域106全部，以及未被照射之非晶矽114的一小部份。當橫向固化區域由左至右成長時，將會以橫向固化區域104做為晶種，該橫向固化區域104的結晶結構，將會一直延伸到中心而交會形成另一個新突出。
第三圖係第一圖中的薄膜表面之剖面，在受到一光束之第二照射時的例示位置圖，此光束的第一照射位置會落在如302所示之處，如上所述，薄膜表面102可在光束下移動，進而熔化薄膜表面102的下一部份。舉例而言，薄膜表面102
可往左移動一步進尺寸304，該步進尺寸304可略小於光束寬度的一半，光束的第二次照射位置會落在如306所示之處，而入射光子308將照射在薄膜表面102上。入射光子308可再次熔化突出108，同時包括橫向固化區域104的一小部份310、橫向固化區域106全部，以及未被照射之非晶矽114的一小部份312，當一新的橫向固化區域從左至右成長時，將會以側邊固化區域104做為晶種，該側邊固化區域104的結晶結構，將會一直延伸到中心而交會形成另一個新突出，該新突出形成的位置大約位於314所示之處。
第六圖顯示N次脈衝後，一例示光束寬度602的位置。薄膜表面102以一固定速度移動，當薄膜表面102以一微小的步進尺寸604移動時，每一脈衝則可定時在薄膜表面移動後發生，如圖所示，接續的橫向固化區大約是例示光束寬度602的一半，係在光束沿著薄膜表面102移動時所形成，如上所述，該微小的步進尺寸604通常小於步進尺寸的理論最大值，且可藉由強度峰值設定於接近突出108的位置，以最大化實際步進尺寸。
參照第三圖，步進尺寸304可小於理論最大值，因為雷射脈衝需要額外能量來再次熔化突出108，並需要額外的光線以補足被突出108所散射的部份，此一加工只能在每一區域冷卻後才能再次進行，較小的步進尺寸會增加製程時間，並且將時間浪費於再次熔化先前已熔化過的區域。橫向固化區域104的一小部份310被來自光束的部份入射光子308再次熔化，可以理解的是，該310區域的面積越大，則處理薄膜表面102的所需時間就越長，因此，如果該310區域可以
被最小化(意即達成一較大的步進尺寸)，則可以加快製程所需時間，進而提供較大的產能。
第五A至第五C圖係更多能量集中於突出108時所顯示的短軸空間強度之分佈曲線之示意圖。第五A圖顯示一帽型分佈曲線。一般而言，如第五A圖所示具有陡峭側邊之帽型曲線為較佳情況，因為可以施加更均勻的能量於薄膜表面102上。然而需要注意的是，更好的情況是更多能量集中於突出108以增大步進尺寸，例如在第五A圖所示的帽型分佈曲線中，提升該光束的能量強度，就能將更多能量集中於突出108。但一般而言，僅僅提升帽型分佈曲線中光束的能量強度並不足夠，因為此方式最終將導致薄膜的破壞，或者於光束邊緣產生聚結作用，該聚結作用伴隨光束入射發生於非晶矽薄膜上。
較佳的情況是使用一具有短軸分佈曲線的雷射光束，該光束之強度分佈曲線與薄膜熔化所需溫度有一定的相關性，此光束分佈曲線可以經特別修改，以允許脈衝步進尺寸的最大值，而又不會超過損害臨界。第五B圖和第五C圖係兩個短軸分佈曲線，其強度峰值發生於光束對應至突出108的邊緣，舉例而言，適當地控制光束的傳遞以及光束處理系統可以用於操控此短軸空間強度之分佈曲線，該光束處理系統係如第八圖和第九圖所示之審查中美國專利申請案號10/884,547，發明名稱為「Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing System」，申請日為2004年7月1日，其係列為本案參考資料。
第七圖係使用一光束712之示意圖，該光束有一類似第五B圖的短軸空間強度之分佈曲線。如上所述，較佳的情況是使用一具有短軸分佈曲線的雷射光束，該光束之強度分佈曲線與薄膜熔化所需溫度有一定的相關性，如第七圖所示，在接近突出108的位置其強度為最高，藉由此種方式，將可以提供更多的能量，用於熔化突出108因厚度和散射現象所需的額外能量。如上所述，此短軸空間強度之分佈曲線的左邊有較多的能量，因此可增加步進尺寸704，使得此步進尺寸更接近可理論最大值，但仍然確保能夠熔化突出108。
換言之，藉由使用一短軸空間強度之分佈曲線，例如第五B圖和第五C圖，可減小橫向固化區域104的一小部份310，並且增大步進尺寸。可以理解的是，增加的尺寸隨不同實施例而改變。同時，由於光束在突出108的位置增加強度，因此步進尺寸可以更接近理論最大值，例如一光束寬度可增加數百奈米。
第八圖係根據本發明之系統與方法的實施例，顯示一製造液晶顯示裝置的例示表面處理系統800。上述之細光束方向性長晶，係結合了以下優點：包括高產能的橫向長晶、改良的多晶矽均一性，以及合適於熔化矽薄膜之能量的短軸空間強度之分佈曲線。
使用一特別設計的雷射802和雷射光束804，基板809可曝露於長而細的光束808之下。一光束成形的光學儀器806可產生一俱備短軸空間強度之分佈曲線的雷射光束，例如前面第五A圖與第五B圖中的相關描述。在一實施例中，長而
細的光束808可以是5微米寬，最長為730毫米長。此光束可以在單一雷射脈衝中完整地覆蓋玻璃基板809的寬度。由於5微米寬的區域內將完全熔化，矽將藉由橫向長晶而固化，造成高電子遷移率的多晶矽。為了加工整個基板809，該基板809將曝露在長而細的光束808之下，且結晶過程在單一操作過程中產生，該基板809以一固定速度移動，且雷射觸發可以大約2微米為一間隔來發射，將每一次的新「掃瞄帶」重疊在先前的掃瞄帶上，新掃瞄帶可以利用前一次掃瞄帶的優良多晶矽做為晶種來長晶，使得此系統可以在整個基板809上連續長晶，生成均一且長的晶粒。
細光束方向性長晶的具體實施方式，主要包括此系統中的三個元件：特別設計的雷射802，光束形成的光學儀器806以及基座810。在一實施例中，一特別設計的雷射802，具有一特別挑選的高功率、脈衝頻率以及脈衝能量，用以提供長光束和高掃瞄速率的運作，舉例而言，該雷射802可以提供900W的功率，幾乎是目前可用之雷射功率的三倍，藉以確保最高產能。在一實施例中，該雷射802最初的設計是為了符合半導體微影製程，以確保優良且均勻的多晶矽以及基板上TFT的性能。
在一實施例中，基座810可利用一步進機或一平移器在長而細的光束808下移動，此一方法可控制位於長而細的光束808下的基板809一部份，藉以加工基板809的不同部位。在一實施例中，基板809可以是組態為處理覆蓋有一非晶矽之玻璃面板，長而細的光束808可用以熔化基板809上的矽薄膜表面。
一光學系統係被研發成最理想的光束形態。在一實施例中，光束型態可以長到足夠覆蓋整個基板的寬度，並且足夠狹窄以有效進行結晶製程，在此要特別注意此光學系統中的光學儀器設計，以確保熱穩定性以及在高功率負載下的聚焦深度(DOF)，並且最大化光學系統的壽命。
在一實施例中，為確保雷射在掃瞄方向中快速移動，雷射必須以一例如6KHz的高重複頻率進行操作，基座速度可以為12毫米/秒，平均間距大約2微米，基板可在單一操作過程中曝光。其中，對一第四代面板進行曝光，大約需要200mJ/pulse。在一實施例中，具備6kHz、900W雷射的細光束結晶系統，最短在75秒內就可以處理完一整片第四代面板。
關於上述表面處理系統800之系統及其方法的實施例與詳細說明，可參考美國專利申請案號10/781,251、10/884,101、10/884,547以及11/201,877等案。
第九圖係一非晶矽所覆蓋之玻璃面板900之示意圖。該面板900使用本發明之系統及其方法加工而成，該面板中有一電路區904和顯示區906，並且可以有複數個單一顯示區域，例如顯示面916，其他例如數個顯示大區塊918，可藉由未經處理的非晶矽區912來區隔。依照箭頭方向914，電路區904和顯示區906將分別通過一雷射光線902，該非晶矽所覆蓋之玻璃面板900完成此加工後，可形成不同電路形態的電路區904和顯示區906，例如電晶體、像素定址之電晶體，意即TFT、數位電路等等。
舉例而言，電路區904和顯示區906的配置，是依照非晶矽所覆蓋之玻璃面板900先前的設計或規劃，此設計或規劃可預先裝載或持續供給的一控制器，其步進尺寸和雷射脈衝之間可依發射基準來變化發射光束，一個或更多個非晶矽被覆之玻璃面板900可使用該設計來製作。例如面板可使用上述的TDX製程來製造。
電路區904和顯示區906可做為不同用途，例如在電路區904之局部區域908形成數位電路，並且在顯示區906之局部區域910上形成像素定址之電晶體，數位電路和像素定址之電晶體可分別有不同的需求，舉例而言，對像素定址之TFT來說，顯示區906之局部區域910必須具備高程度的均一性，否則將導致「不均勻缺陷」(mura)，特別是使用於OLED的顯示裝置時。
ELA、SLS和TDX製程中的雷射退火技術會導致不均勻缺陷，不均勻缺陷的根源可依靠此一製造顯示區906之局部區域910的技術而修正。舉例而言，ELA製程中的不均勻缺陷被稱之為照射不均勻缺陷(shot mura)，當每一次雷射照射的能量不一致時，就會形成照射不均勻缺陷，尤其是當步進尺寸和電晶體通道的尺寸大約相等時，最終將沉積於矽薄膜上。ELA製程可以使用一400微米寬的光束，該光束俱備一步進尺寸10至20微米，而電晶體通道的尺寸通常也是10至20微米。每一次雷射照射的能量變化，將導致材料的均勻性也產生變化。
一般而言，電路區904之局部區域908形成的數位電路
不會被看到，因此該處的照射不均勻缺陷通常不重要。重要的是此處的性能，例如高性能可導致較高速的數位電路。
根據各區塊不同的需求，在非晶矽所覆蓋之玻璃面板900各區塊上使用不同的製程技術，效果將十分令人滿意。舉例而言，一製程可用於顯示區906並產生較高的均勻性，同時該製程可用於電路區904並產生較高的品質。在一實施例中，一較為傳統的ELA製程可用於顯示區906，同時上述TDX製程可用於電路區904。更進一步來說，利用原有的工具如表面處理系統800用於上述TDX製程中，另一方面在ELA製程中使用一較小的光束寬度(例如20微米與400微米)，同時使用一較小的步進尺寸(例如1微米)，可以使得每一區域的照射次數比傳統ELA製程更多，這將提供顯示區906上的每一電晶體更高的成功率，同時減少傳統ELA製程產生的照射不均勻缺陷。再者，因為使用相同的工具來進行TDX製程，當一次性的雷射光線902經過相同基板時，可製造出高性能的電路區904。
因此，表面處理系統800可以一低能量模式用來進行ELA製程，與上述正常模式中每一脈衝都完全熔化矽薄膜相比，其中矽薄膜在曝光過程中不會被完全熔化。如果特別挑選光學能量強度和步進尺寸的組合，將使得材料成為具有均勻小型晶粒的多晶矽。在此要特別注意，較佳的作法是多次修改讓平均晶粒尺寸變小，直到小於電晶體通道尺寸，並且合適於具備主動元件區的大數量晶粒，同時可帶來較高的成功率。
舉例而言，當雷射光線902照射在電路區904，且電路區904中具有令人滿意的高品質方向性結晶之多晶矽時，非晶矽被覆之玻璃面板900上之雷射光線902伴隨而來的能量強度，可轉換為用於TDX製程的正常能量。同時，掃瞄顯示區906做像素定址時，可減少一定程度的完全熔化薄膜所需之能量。在此一方法中，顯示面916可藉由結合不同的操作模式來製造，例如一低能量模式和一高能量模式。
雖然本發明已參照上述實施例加以描述，可以理解的是，上述實施例僅為闡述本案發明的範例，因此本發明未受限於上述實施例所詳細描述之內容，當然本發明書所詳細描述之內容與伴隨之圖式，完全合乎其專利申請範圍。
102‧‧‧薄膜表面
104‧‧‧橫向固化區域
106‧‧‧橫向固化區域
108‧‧‧突出
110‧‧‧橫向長晶距離
114‧‧‧未被照射之非晶矽
202‧‧‧薄膜表面
204‧‧‧成核晶粒
206‧‧‧橫向固化區域
208‧‧‧橫向固化區域
210‧‧‧突出
212‧‧‧突出
302‧‧‧光束的第一照射位置
304‧‧‧步進尺寸
306‧‧‧光束的第二照射位置
308‧‧‧入射光子
310‧‧‧橫向固化區域104的一小部份
312‧‧‧未被照射之非晶矽114的一小部份
314‧‧‧新突出形成的位置
402‧‧‧部份的光子
408‧‧‧入射光子
602‧‧‧光束寬度
604‧‧‧步進尺寸
800‧‧‧表面處理系統
802‧‧‧特別設計的雷射
806‧‧‧光束形成的光學儀器
808‧‧‧長而細的光束
809‧‧‧基板
810‧‧‧基座
900‧‧‧非晶矽被覆之玻璃面板
902‧‧‧雷射光線
904‧‧‧電路區
906‧‧‧顯示區
908‧‧‧電路區904之局部區域
910‧‧‧顯示區906之局部區域
912‧‧‧非晶矽區
914‧‧‧箭頭方向
916‧‧‧顯示面
918‧‧‧數個顯示大區塊
本發明的特徵、外觀和實施例，如以下實施圖式所描述之，其中：第一圖係一薄膜表面經過單一脈衝照射後的一實施例之剖面圖。
第二圖係一薄膜表面經過單一脈衝照射後的又一實施例之剖面圖。第三圖係第一圖中的薄膜表面之剖面，其受到一光束之第二照射時的例示位置之示意圖。
第四圖係第三圖中的入射光子，其經過第二照射時的例示散射結果之示意圖。
第五A圖至第五C圖係短軸空間強度之分佈曲線之示意圖。
第六圖係N次脈衝後一光束的例示位置之示意圖。
第七圖係N+1次脈衝後一光束之空間強度以及例示位置之示意圖。
第八圖係一用以製造液晶顯示器的裝置之示意圖。
第九圖係非晶矽所覆蓋之玻璃面板之示意圖。
900‧‧‧非晶矽被覆之玻璃面板
902‧‧‧雷射光線
904‧‧‧電路區
906‧‧‧顯示區
908‧‧‧電路區904之局部區域
910‧‧‧顯示區906之局部區域
912‧‧‧非晶矽區
914‧‧‧箭頭方向
916‧‧‧顯示面
918‧‧‧數個顯示大區塊
Claims (9)
- 一種用以加工一基板的系統，包括：一雷射，組態為產生雷射光，其具備一高能量模式與一低能量模式，其中該高能量模式組態為可用於產生足以完全熔化一矽薄膜的光能，而該低能量模式組態為用於產生不足以完全熔化一矽薄膜的光能；一光束成形之光學儀器，耦合至該雷射，並且組態為將該雷射所發射的雷射光轉變為一長而細的光束，該光束具有一長軸與一短軸；一基座，組態為支撐該基板與該薄膜；以及一平移器，安置於該基座上，組態為驅動該基板與該薄膜，以便在發射該雷射的同時，產生一步進尺寸；其中，該雷射操作於該低能量模式時之該步進尺寸係小於該雷射操作於該高能量模式之該步進尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該低能量模式用於加工一顯示區。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該低能量模式用於加工一電路區。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該低能量模式的短 軸光束寬度大約為20微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該低能量模式的步進尺寸大約為1微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該高能量模式可使步進尺寸接近一理論最大值。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中使用該高能量模式時，該步進尺寸大約可以為5微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中使用該高能量模式時，該步進尺寸大約可以為2微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該系統係被組態為處理覆蓋有一非晶矽之一玻璃面板。
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