TWI595954B - 雷射退火設備 - Google Patents

Description

雷射退火設備

相關申請案之交互參照

本申請案主張於2013年1月22日向韓國智慧財產局申請之韓國專利申請號10-2013-0007090之優先權及效益，其全部揭露於此併入作為參考。

本發明實施例的態樣是關於一種雷射退火設備。

通常來說，在如薄膜電晶體(TFT)液晶顯示(LCD)裝置或主動式有機發光顯示裝置的顯示裝置中，由像素發光或從像素所發出的光的強度是使用電性連接至像素之薄膜電晶體來控制。薄膜電晶體可具有不同的配置，但其可配置以包含使用具有高遷移率(mobility)的多晶矽的主動層。為此目的，使用將非晶矽結晶成多晶矽的程序。

然而，在將非晶矽結晶化的傳統雷射退火設備中，在雷射退火期間照射雷射光的準確度會降低。

本發明實施例的態樣提供一種雷射退火設備，其能夠最小化或降低在雷射退火期間由於雷射光反射而造成的錯誤率。然而，本發明並不以此為限。

根據本發明的實施例，雷射退火設備包含配置以傳輸要照射的雷射光到照射目標上之透鏡單元；容納透鏡單元且具有開口配置以使雷射光穿過 開口之透鏡單元外罩；配置以在雷射光傳輸穿過透鏡單元到照射目標之後阻擋從照射目標反射的至少一部份雷射光之阻擋板；以及位於阻擋板及透鏡單元外罩之間之冷卻單元。

傳輸穿過透鏡單元的雷射光可以0度以外的入射角入射於照射目標上。同樣地，阻擋板可位於透鏡單元外罩的下方，並可至少部分地阻擋由照射目標反射的雷射光朝著透鏡單元外罩前進。

冷卻單元可包含具有入口及出口的流體通道。

冷卻單元可具有具對應透鏡單元外罩之開口的開口的板狀形狀。此外，冷卻單元可在冷卻單元之開口的一側來表面接觸阻擋板。

冷卻單元可包含從冷卻單元的邊緣朝著透鏡單元外罩凸出且接觸透鏡單元外罩之外罩接觸單元。外罩接觸單元可環繞冷卻單元的邊緣。同樣地，雷射退火設備可更包含用於以沖洗氣體沖洗在冷卻單元與透鏡單元外罩之間之空間的沖洗管。更詳細地說，沖洗管可透過外罩接觸單元沖洗冷卻單元與透鏡單元外罩之間的空間。

雷射退火設備可更包含配置以校準冷卻單元的位置以變更冷卻單元之開口的位置的冷卻單元位置校準單元。

冷卻單元可接觸阻擋板面向透鏡單元外罩的表面。

1‧‧‧反射片

10‧‧‧透鏡單元

20‧‧‧透鏡單元外罩

22、24、44‧‧‧開口

30‧‧‧阻擋板

40‧‧‧冷卻單元

42‧‧‧流體通道

42a‧‧‧入口

42b‧‧‧出口

46‧‧‧外罩接觸單元

48a、48b‧‧‧沖洗氣體入口

100‧‧‧基板

A、B‧‧‧部位

l1、l2、l3‧‧‧雷射光

本發明上述及其他特徵與態樣將藉由參考附圖詳細描述其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：第1圖為根據本發明實施例之雷射退火設備之示意圖；第2圖為第1圖所示的雷射退火設備的阻擋板的截面圖； 第3圖為第1圖所示的雷射退火設備的冷卻單元的透視圖；第4圖為描述當使用根據比較例之雷射退火設備之情況之錯誤率的圖表；第5圖為描述當使用第1圖所示的雷射退火設備之情況之錯誤率的圖表；第6圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之示意圖；第7圖為第6圖所示之雷射退火設備之冷卻單元之透視圖；第8圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之示意圖；第9圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之示意圖；第10圖為第9圖所示之雷射退火設備之冷卻單元之透視圖；第11圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之冷卻單元之透視圖。

本發明現將參考附圖而更充分地介紹，其中說明了本發明的例示性實施例。然而，本發明可以許多不同的形式實施，且不應解釋為限制於文中提出的實施例；相反地，這些實施例係提供以使得此揭露將徹底與完整，且將充分地表達本發明的概念予此技術領域具有通常知識者。圖式中元件的尺寸可因為方便解釋而誇大。

在接下來的描述中，x、y及z軸並不限於直角坐標系統內的三軸而可更廣義地解釋。舉例來說，x、y及z軸可互相垂直或互相不垂直。

同樣地，圖式中元件的尺寸與厚度可因為方便解釋而任意地提供，且因此並不限制本發明的範圍。

在圖式中，層及區域的厚度可為了明確而誇大。其將了解的是，當一個元件，例如層、區域或基板，被提到是在其他元件上時，其可直接位在其他元件上，或是可存有一個或多個中介元件。在整份說明書中，類似之參考符號表示類似之元件。

第1圖為根據本發明實施例之雷射退火設備之概念(例如，示意)圖。第2圖為第1圖所示之雷射退火設備之阻擋板30之截面圖。第3圖為第1圖所示之雷射退火設備之冷卻單元40之透視圖。

根據本實施例之雷射退火設備包含透鏡單元10、透鏡單元外罩20、阻擋板30及冷卻單元40。

透鏡單元10可傳輸(transmit)雷射光l2以照射到照射目標上(例如，雷射光l2可發射至基板100)。透鏡單元10可包含投射透鏡(projection lens)。要入射(例如，入射至)且由透鏡單元10照射的雷射光l2可在雷射光產生設備所產生的雷射光l1被如反射片1反射時形成。

透鏡單元外罩20容納透鏡單元10且具有開口22與24使得雷射光l2可穿過。開口22可使從反射片1反射的雷射光l2人射在透鏡單元10上，而開口24可使傳輸穿過透鏡單元10之雷射光l2發射到透鏡單元外罩20外部。

傳輸穿過透鏡單元10的雷射光l2將非晶矽結晶成多晶矽。亦即，在一些實施例中，雷射光l2入射在基板100的非晶矽上，且因此非晶矽，舉例來說，反覆地熔化並固化而結晶成多晶矽。

當如上所述般基板100上的非晶矽由於雷射光l2的照射而反覆地熔化並固化時，由於在熔化狀態的矽具有高反射性，照射的雷射光l2大部分都被熔化的矽反射。從照射目標(例如，熔化的矽)反射的雷射光l3可能朝著透鏡單 元10、透鏡單元外罩20及/或雷射退火設備前進，並可能影響(例如，損壞)其對應的部分，且因此需要被阻擋或部分地阻擋。

在雷射光l2傳輸通過並自透鏡單元10發射而到達照射目標，例如基板100的矽之後，阻擋板30可阻擋至少一部分從照射目標(例如，熔化的矽)反射的雷射光l3。在一些實施例中，由於阻擋板30應該只阻擋從照射目標反射的雷射光l3而不該阻擋從透鏡單元10發射並朝著照射目標前進的雷射光l2，傳輸通過並自透鏡單元10發射而到達照射目標的雷射光l2以0度以外的入射角(例如，入射的角度)入射在照射目標上。舉例來說，在一些實施例中，雷射光l2不是垂直地入射到照射目標(例如，基板100)上。阻擋板30可位於透鏡單元外罩20下方且可阻擋(或部份地阻擋)從照射目標反射的雷射光l3朝著透鏡單元外罩20或透鏡單元10前進。

取代或除了阻擋從照射目標反射的雷射光l3以外，阻擋板30更可使雷射光l3散射(例如，消散)。為了達到此目的，如第2圖所示，阻擋板30的一個表面，例如從照射目標反射的雷射光l3入射的表面，可具壓紋(embossed)(例如，該表面可具有粗糙的紋理)。因為，在一些實施例中，壓紋過程是不規則地執行(例如，該表面具有不規則的紋理)，當從照射目標反射的雷射光l3入射在阻擋板30上時，其可被反射及/或漫射，且因此其對於雷射退火設備的其他一部分或其他多部份的影響可最小化或減少，而從而使得對雷射退火設備的傷害可避免或減少。

冷卻單元40位於阻擋板30與透鏡單元外罩20之間。冷卻單元40最小化或減少從照射目標反射的雷射光l3對於透鏡單元外罩20或透鏡單元10的影響。

更詳細地說，當從照射目標反射的雷射光l3入射在阻擋板30時，由於阻擋板30自身的溫度因為雷射光l3而大幅增加，透鏡單元外罩20或透鏡單元10由於舉例來說輻射(例如，熱輻射)而會被高溫的阻擋板30影響(例如，損壞)。在此情況下，因為阻擋板30之溫度的增加影響了透鏡單元10的光學特性，需要非常精確的校準之透鏡單元外罩20或透鏡單元10可能失準，或整體雷射退火設備的準確度可能會降低。

因為，在一些實施例中，冷卻單元40如上述位於阻擋板30與透鏡單元外罩20之間，無論阻擋板30的溫度如何(例如，高溫)，阻擋板30的輻射(例如，熱輻射)對於透鏡單元外罩20或透鏡單元10的影響(例如，損壞)可有效地避免、最小化或減少。結果，雷射退火設備整體的準確度可維持(例如，不變地維持)。

冷卻單元40可具有不同的配置，且特別是，可具有如第3圖所示包含具有入口42a與出口42b的流體通道42的配置。在有些實施例中，由於冷卻空氣或冷卻液流經流體通道42，儘管阻擋板30溫度升高，冷卻單元40的性能仍可維持(例如，不變地維持)。

第4圖為描述當使用根據比較例之雷射退火設備時所造成之錯誤率的圖表，且特別是，在基板提供至雷射退火設備後執行雷射退火20秒的情況下。在第4圖中，水平軸代表提供基板的順序(例如，提供至雷射退火設備之基板的數量)，而垂直軸代表雷射光的位置變化(單位：微米)，例如，偏移(drift)(例如，移動(shift)或轉動(rotation))。

參照第4圖，因為由阻擋板產生的熱累積性地影響透鏡單元或透鏡單元外罩，且因而降低雷射退火設備的準確度，在隨後的基板上，入射在基 板上的雷射光大幅度地移動或轉動。更詳細來說，在以第52次序所提供的基板(例如，第52片被提供的基板)上，射到基板上的雷射光移動210微米且轉動28微米。所以照射雷射光到基板上的準確度的降低不可避免地造成了結晶化非晶矽成多晶矽的品質的降低，舉例來說，在電性特性中有更大的誤差。因此，使用上述多晶矽製造的薄膜電晶體(TFT)液晶顯示(LCD)裝置或主動式有機發光顯示裝置的性能無法避免地會降低。

第5圖為描述當使用根據本發明本實施例之雷射退火設備時所造成之錯誤率的圖表。參照第5圖，與當使用比較例的雷射退火設備之情況相比，當使用根據本發明本實施例之雷射退火設備時，入射在基板上的雷射光會具較小的移動或轉動。更詳細來說，當使用根據本實施例之雷射退火設備時，在以第52次序所提供的基板(例如，第52片被提供至雷射退火設備的基板)上，入射到基板上的雷射光移動103微米且轉動10微米，其顯示本實施例的錯誤率相較於在使用比較例的雷射退火設備時係大幅度地降低。因此，當使用根據本發明本實施例之雷射退火設備時，具有均勻電性特性的多晶矽可形成(例如，結晶化)，且因此使用上述多晶矽製造的薄膜電晶體(TFT)液晶顯示(LCD)裝置或主動式有機發光顯示裝置的錯誤率可大幅度地降低(例如，此類裝置的性能可大幅度地改善)。

第6圖為根據本發明之另一實施例之雷射退火設備之概念(例如，示意)圖。第7圖為第6圖所示之雷射退火設備之冷卻單元40之透視圖。

根據本實施例之雷射退火設備與根據第1圖所示之前一實施例的雷射退火設備不同之處在於冷卻單元40的形狀。根據本實施例之雷射退火設備的冷卻單元40具有如第6圖及第7圖所示之具有對應透鏡單元外罩20之開口24之 開口44之板狀形狀。在此實施例中，冷卻單元40更可包含具有入口42a與出口42b的流體通道42。

在根據本實施例的雷射退火設備中，冷卻單元40不只自阻擋板30保護對應位於透鏡單元外罩20下方的阻擋板30之透鏡單元外罩20的部位A(如第6圖所示)，除去透鏡單元外罩20的開口24以外，冷卻單元40亦自透鏡單元外罩20的下側保護包含了另一個部位B(如第6圖所示)之幾乎整個透鏡單元外罩20的下側。因此，由於直接從阻擋板30前進到透鏡單元外罩20對應於阻擋板30的部位A的輻射熱、以及從阻擋板30前進到透鏡單元外罩20的另一個部位B的輻射熱都被阻擋(例如，部分地被阻擋)，雷射退火設備的性能更可被維持(例如，穩固地被維持)。

若冷卻單元40具有開口44使得雷射光l2如上述穿過開口44朝著照射目標前進，為了使冷卻單元40在照射雷射光l2的方向或角度改變時不會阻擋雷射光l2的照射(例如，使雷射光l2穿過開口44)，可進一步包含用於校準冷卻單元40的位置以改變開口44的位置(例如，相對於雷射光l2變更冷卻單元40的位置)的冷卻單元位置校準單元。

雖然在第1圖及第6圖中冷卻單元40位於透鏡單元外罩20及阻擋板30之間且與阻擋板30分隔，但本發明並不以此為限。舉例來說，第8圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之概念(示意)圖。如第8圖所示，冷卻單元40可在開口44的一邊(+x方向)，例如，在第6圖所示的開口44對應透鏡單元外罩20的部位A之一邊，來表面接觸(例如，直接接觸)阻擋板30。因此，由於反射的雷射光l3造成阻擋板30之溫度快速的升高可被防止或減少，且因此熱對於透鏡單元10或透鏡單元外罩20的影響可被防止或減少。

上述原則可不只應用在當冷卻單元40具有開口44的實施例中，其亦可用於如第1圖所示當冷卻單元40不具有開口的例子中。亦即，在任一上述實施例中，冷卻單元40可接觸(例如，直接接觸)阻擋板30面向透鏡單元外罩20的表面。

在雷射退火設備中，雖然防止或減少阻擋板30溫度的增加是適當或合適的，但本發明實施例的態樣係直接針對最小化或減少阻擋板30對透鏡單元10或透鏡單元外罩20之溫度變動的影響。因此，不同於第8圖，冷卻單元40可表面接觸(例如，直接接觸)透鏡單元外罩20的下方表面(-y方向)，以使得透鏡單元外罩20與透鏡單元外罩20內的透鏡單元10可維持在固定的溫度，且因此雷射退火設備的準確度可被維持(例如，固定地維持)。

舉例來說，第9圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之概念(示意)圖。第10圖為第9圖所示之雷射退火設備之冷卻單元40之透視圖。

在根據本實施例之第9圖及第10圖的雷射退火設備中，冷卻單元40包含外罩接觸單元46從冷卻單元40的邊緣朝著透鏡單元外罩20(+y方向)凸出且接觸(例如，直接接觸)透鏡單元外罩20。舉例來說，外罩接觸單元46可環繞冷卻單元40的邊緣。如此，除了冷卻單元40的開口44或透鏡單元外罩20的開口24以外，透鏡單元外罩20與冷卻單元40之間的空間可自外界環境被保護。因此，在例如雷射退火過程期間中滲透到透鏡單元外罩20內的雜質可有效地避免或減少。

第11圖為根據本發明另一實施例之雷射退火設備之冷卻單元40之透視圖。如第11圖所示，冷卻單元40可具有沖洗氣體入口48a與48b，且沖洗氣體像是例如氮氣可透過連接到沖洗氣體入口48a與48b的沖洗管而提供至冷卻 單元40與透鏡單元外罩20之間的空間。由於沖洗氣體隨後透過，舉例來說，冷卻單元40之開口44來排出，從冷卻單元40下側穿過冷卻單元40的開口44朝向透鏡單元10的雜質的滲透可被防止(例如，穩固地防止)或減少。如第11圖所示，沖洗氣體入口48a與48b可形成於外罩接觸單元46中，並可使沖洗管經由外罩接觸單元46沖洗冷卻單元40與透鏡單元外罩20之間的空間。

承上所述，根據本發明之實施例，一種能夠最小化或減少由於雷射退火期間中反射的雷射光所造成的錯誤率的雷射退火設備可被實現。然而，本發明並不以此為限。

雖然本發明已參考其特定例示性實施例而特別地顯示及描述，其將為所屬技術領域具有通常知識者理解的是，在不脫離由以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明的精神及範疇內，可對其進行形式及細節上的各種變更。

1‧‧‧反射片

10‧‧‧透鏡單元

20‧‧‧透鏡單元外罩

22、24‧‧‧開口

30‧‧‧阻擋板

40‧‧‧冷卻單元

100‧‧‧基板

l1、l2、l3‧‧‧雷射光

Claims (8)

1. 一種雷射退火設備，其包含：一透鏡單元，配置以傳輸要照射的一雷射光到一照射目標上；一透鏡單元外罩，係容納該透鏡單元且具有一開口配置以使該雷射光穿過該開口；一阻擋板，係配置於該透鏡單元外罩的下方，在該雷射光傳輸穿過該透鏡單元到該照射目標之後，阻擋由該照射目標反射的至少一部分該雷射光；一冷卻單元，係位於該阻擋板及該透鏡單元外罩之間，該冷卻單元具有對應該透鏡單元外罩之該開口的一開口的一板狀形狀，該冷卻單元包含從該冷卻單元的邊緣朝著該透鏡單元外罩凸出且接觸該透鏡單元外罩的一外罩接觸單元，該外罩接觸單元環繞該冷卻單元的邊緣，使得由具有該板狀形狀的部分、該外罩接觸單元和該透鏡單元外罩的下表面定義出一空間；以及一沖洗管，用於以一沖洗氣體沖洗具有該板狀形狀的部分、該外罩接觸單元和該透鏡單元外罩的下表面定義出的該空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火設備，其中傳輸穿過該透鏡單元的該雷射光以0度以外的一入射角入射於該照射目標上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射退火設備，其中至少部分地阻擋由該照射目標反射的該雷射光朝著該透鏡單元外罩前進。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射退火設備，其中該冷卻單元包含具有一入口及一出口的一流體通道。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火設備，其中該冷卻單元在該冷卻單元之該開口的一側來表面接觸該阻擋板。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火設備，其中該沖洗管經由該外罩接觸單元沖洗具有該板狀形狀的部分、該外罩接觸單元及該透鏡單元外罩的下表面定義出的該空間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火設備，其更包含配置以校準該冷卻單元的位置以變更該冷卻單元之該開口的位置之一冷卻單元位置校準單元。
8. 如申請專利範圍第3項所述之雷射退火設備，其中該冷卻單元接觸該阻擋板面向該透鏡單元外罩的一表面。