TWI521563B - 雷射處理裝置 - Google Patents

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Description

雷射處理裝置
本發明係關於一種藉由使非晶矽膜(以下以a-Si膜稱之)照射雷射光而退火，將a-Si結晶化為多結晶矽(以下以多晶矽稱之)等情形所使用的雷射處理裝置，特別是關於一種使用複數個圓柱透鏡之雷射處理裝置。
呈逆交錯構造之薄膜電晶體，於絕緣性基板上以Cr或Al等之金屬層形成閘電極，其次於包含此閘電極之基板上形成作為閘極絕緣膜之例如SiN膜，之後，全體形成氫化非晶矽(以下以a-Si：H稱之)膜，將此a-Si：H膜於閘電極上之既定區域圖案化為島狀，更具有由金屬層形成之源極/汲極電極的非晶矽電晶體。
然則，此非晶矽電晶體，因a-Si：H膜係使用於通道區，故有通道區之電荷移動度小的困難點。因此，非晶矽電晶體，例如，雖可作為液晶顯示裝置之畫素部的畫素電晶體使用，但作為被要求高速重寫之周邊驅動電路的驅動電晶體，通道區之電荷移動度過小，造成使用上的困難。
另一方面，若欲直接於基板上形成多結晶矽膜，則藉LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低壓化學氣相沉積)法形成而成，但因其為1500℃左右之高溫處理，故無法於如液晶顯示裝置般之玻璃基板(軟化點為400~500℃)上直接形成多結晶矽膜。
在此，先於通道區形成a-Si：H膜，之後，藉由將此a-Si：H膜照射YAG準分子雷射等之雷射光而雷射退火，並藉著於極短時間 內之熔化凝固之相的轉移，變為採用將a-Si：H膜結晶化為多晶矽膜之低溫多晶矽處理。藉此，可形成得以於玻璃基板上之通道區使電荷移動度提高、電晶體動作高速化的多晶矽膜(專利文獻1)。
又，此種雷射退火裝置中，藉由1個圓柱透鏡將脈衝雷射光加以整形，使得基板上的照射區域成為帶狀的光束，使此雷射光學系統或基板往該照射區域的寬度方向相對移動，而以雷射光掃描基板上的全區域，因而使a-Si：H膜結晶化為多晶矽膜。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開平5-63196號公報
然則，上述之習知雷射處理技術，係使基板上照射區域中之光束長度為例如750mm、光束寬度為例如350μm狹小又細長的帶狀雷射光往其寬度方向掃描，使雷射光在基板的全區域掃描來進行雷射處理，因此有處理時間較長、產距時間較長之問題點。
鑑於此問題點，本發明之目的在於提供一種可加快將a-Si膜改質為多晶矽膜之回火處理等雷射處理，並可縮短產距時間之處理裝置。
依本發明的雷射處理裝置具有：雷射光源，發出脈衝雷射光；複數個圓柱透鏡，將來自該雷射光源的脈衝雷射光加以整形，使得基板上的照射區域形成為複數條之帶狀；以及 控制裝置，進行控制，使得該基板與該圓柱透鏡沿著該照射區域的寬度方向及長邊方向相對移動；該雷射處理裝置之特徵為：該圓柱透鏡在與其長邊方向垂直的方向上以一定間距彼此平行配置；該控制裝置控制該雷射光源的發光與該基板及該圓柱透鏡之相對移動，俾於在該基板上的第1區域照射脈衝雷射光，使得該帶狀照射區域沿其寬度方向成第1間距；並於第2區域照射脈衝雷射光，使得該帶狀照射區域沿其寬度方向成小於該第1間距的第2間距。
該雷射處理裝置，在將a-Si膜改質為多晶矽膜之回火處理中特別有效。又，在適用於從1個玻璃基板製造液晶顯示裝置的複數個面板時，特別有效。
在此，作為本發明的一態樣，該基板係製造1個或複數個液晶顯示面板之玻璃基板；該第1區域為畫素區域；該第2區域為形成驅動電路之該面板的周邊區域；在此情形，該控制裝置例如係控制為：在該玻璃基板上的該第1區域，以使該脈衝雷射光的照射區域與畫素區域的畫素間距一致之方式照射該脈衝雷射光；在該玻璃基板上的該第2區域，以該脈衝雷射光的照射區域其寬度以下的間距照射該脈衝雷射光，使得該脈衝雷射光的照射區域於其寬度方向相互連結。
又，在該基板上以畫素間距形成有複數個對準標記，並設置拍攝該對準標記之照相機，該控制裝置亦可控制為：每當該照相機偵測到基板上的對準標記時，即照射脈衝雷射光。
當本發明使用於例如液晶顯示裝置的面板製造時，由於畫素係以既定的畫素間距配置，所以可預先使該照射區域的第1間距 與畫素間距相同，因此控制裝置在畫素區域(第1區域)中，能以與畫素間距相同的間距照射帶狀脈衝雷射光。因此，對於畫素區域中待形成畫素處，可藉由雷射處理來進行成為多晶矽的改質處理，由於其之間的區域未進行雷射處理，所以可使整體的處理高效率化，縮短產距時間。另一方面，在配置於面板周邊部的驅動電路之形成區域(第2區域)，以小於畫素間距的間距照射脈衝雷射光，因此可使雷射處理區域較第1區域更擴大，可提高驅動電路的形成位置之自由度，可擴大驅動電路的形成位置之選擇範圍。此時，在第2區域中，使第2間距與脈衝雷射光的寬度相同，因而可使脈衝雷射光的照射區域於其寬度方向相連結，在第2區域中，對其全區域進行雷射處理(多晶矽化)。
從而，根據本發明，在第1區域中，由於未對無須進行雷射處理的部分照射雷射光而減少照射區域來進行雷射處理，所以不用在基板的全區域進行雷射處理，而可高速進行雷射處理，可縮短產距時間
[實施本發明之最佳態樣]
以下，針對本發明之實施形態，參考添附圖面加以具體說明。如圖1所示，在待進行雷射處理的基板1之上方，平行設置有2片圓柱透鏡陣列2a、2b。各圓柱透鏡陣列2a、2b，例如係8個圓柱透鏡12以既定間距彼此平行地形成。脈衝雷射光由適當的控制裝置所控制，從適當的光源(未圖示)射出。從該光源射出的脈衝雷射光，藉由2片圓柱透鏡陣列2a、2b整形成平板狀的雷射光束而照射在基板上。因此，在基板上，雷射光的各光束4的照射區域5形成帶狀，彼此平行。此雷射光束4的照射區域5，例如寬度為250μm，長度為50mm。又，雷射光束4的照射位置中之間距，與 畫素間距相同，例如為750μm。又，此雷射光束4的間距亦可為畫素間距的2倍或整數倍。此雷射光束4的間距，藉由調整圓柱透鏡陣列2a、2b及其他光學系統的光學特性，可與圓柱透鏡陣列2a、2b的圓柱透鏡12之排列間距(間距)相同。因此，使此圓柱透鏡的間距與液晶顯示面板的畫素間距相對應，預先準備圓柱透鏡陣列2a、2b，從此等圓柱透鏡陣列2a、2b之中，選擇因應待處理面板之畫素間距所使用之圓柱透鏡陣列2a、2b，而可容易地構成光學系統。
待進行雷射處理的基板，在玻璃基板上形成有a-Si膜，對該a-Si膜照射雷射光，使其暫時熔融後，使其凝固，因而可使多晶矽膜改質。該玻璃基板之大小，例如寬度為1m或2m。而通常在1片玻璃基板1上形成複數片的面板，其後對其等所有面板藉由光微影形成畫素電晶體及驅動電路電晶體等，其後，將面板切斷分離，同時製造出複數片的顯示面板。
其次，一併說明本實施形態的動作與控制裝置的控制態樣。雷射光源例如含有波長為1064nm的雷射光與其3次高次諧波的355nm，其頻率為例如200Hz之Nd：YAG雷射光。自此雷射光源射出的脈衝雷射光，入射於圖1所示之圓柱透鏡陣列2a、2b，藉由圓柱透鏡12，整形為平板狀的光束4。因此，在基板1的表面上，照射區域5有帶狀雷射光束4照射。
圖9係顯示在玻璃基板20上有6片液晶顯示面板形成之6片裁切的玻璃基板。該各個顯示面板，由作為第1區域之形成畫素之畫素區域21，以及作為第2區域之形成驅動電路之周邊區域22所構成。
例如，形成畫素的驅動電晶體以作為液晶顯示裝置的周邊電路時，係將玻璃基板上由Al等之金屬膜構成的閘電極，藉由濺鍍 成形圖案。之後，以矽烷與H2氣體作為原料氣體，藉由250~300℃之低溫電漿CVD法，形成整面由SiN膜構成之閘極絕緣膜。其後，於閘極絕緣膜上，例如，藉電漿CVD法形成a-Si：H膜。此a-Si：H膜係以矽烷與H2氣體所混合之氣體作為原料氣體而成膜。使此a-Si：H膜之閘電極上的區域作為通道形成預定區域，對此通道形成預定區域照射雷射光而退火，將此通道形成預定區域多結晶化而形成多晶矽通道區域。
在此雷射處理時，圖2顯示畫素區域的雷射照射態樣；圖3至圖8顯示周邊區域的雷射照射態樣。首先，在圖2所示之畫素區域中，藉由圓柱透鏡陣列2a、2b的例如8個圓柱透鏡12，以與畫素間距G相同的間距，將例如8個雷射光束4照射在基板1上。而控制裝置使基板1或雷射照射系統往雷射光束4的照射區域5的寬度方向(箭頭a方向)相對移動。此時，例如使基板1往a方向移動之情形，當基板1移動了畫素間距G時，控制裝置便照射雷射光。此乃例如在基板1以畫素間距G預先形成複數個對準標記，由照相機(未圖示)拍攝該對準標記，使基板1往a方向移動，藉由照相機偵測對準標記，每當此時將脈衝狀的雷射光束4照射在基板1即可。因此，8個雷射光束4係一次以畫素間距G的間隔照射在基板1上。而每當使基板1相對移動畫素間距G時，便進行脈衝雷射光的發射。因此，在通常狀態下，在基板上1處受到雷射光束照射之位置中，會受到8次雷射發射，而基板上的a-Si膜受到8次雷射處理。因此，在受到該雷射處理的照射區域5中，a-Si改質為多晶矽。如同前述，例如脈衝雷射光之照射區域5的寬度為250μm、長度為50mm，畫素間距G為750μm，1個畫素電晶體的大小為30μm平方，所以照射區域5係可充分遮蓋在50mm長度的區域上呈1列並排之所有畫素電晶體之區域；每隔此畫素間距G形成照射區域5，並以雷射光掃描基板，因而可將所有畫素電晶體形成預定區域的非晶矽改質為多晶矽。另一方面，畫素間距為750μm，故雷射光照射不到500μm的區域。因此，可 使雷射處理有效及迅速，可縮短產距時間。
另一方面，在周邊區域22的驅動電路的形成區域中，如圖3所示，進行1發雷射光束4的照射，形成1個照射區域5之後，如圖4所示，使基板1往寬度方向(a方向)相對移動(位移)照射區域5的寬度，其後，照射1發雷射光束4。因此，2次發射的照射區域5連續形成。
其次，如圖5所示，使基板1往寬度方向相對移動照射區域5的寬度，其後，照射1發雷射光束4。因此，3次發射的照射區域5連續形成。
其次，如圖6所示，使基板1往寬度方向相對移動照射區域5的寬度，其後，照射1發雷射光束4。因此，4次發射的照射區域5連續形成。
其次，如圖7所示，使基板1往寬度方向相對移動照射區域5的寬度，其後，照射1發雷射光束4。因此，5次發射的照射區域5連續形成。
其次，如圖8所示，使基板1往寬度方向相對移動照射區域5的寬度，其後，照射1發雷射光束4，重複以上動作，因而在周邊區域22的全區域上雷射照射區域5相連，周邊區域22的全區域受到雷射處理。
如此，在可減少雷射處理使雷射處理加快之第1區域(例如畫素區域)中，僅對如畫素電晶體形成預定區域般需要雷射處理的區域進行雷射處理；在如驅動電晶體般形成既定區域中沒有週期性並形成於任意位置之第2區域(例如周邊區域)中，對其所有區域進行雷射處理。因此，相較以往，可加快雷射處理，可縮短產距時 間。
其次，說明第1區域及第2區域的雷射照射態樣。如圖9所示，玻璃基板20雖於其各顯示面板的形成區域(圖示例為6個)設有形成畫素的畫素區域21與形成驅動電路等的周邊區域22，但首先對準此周邊區域22，使包含圓柱透鏡陣列2a的光學系統對位，使雷射光束4的照射區域5位於此周邊區域22上。亦即，圓柱透鏡陣列2a設置成使此雷射光束4的照射區域5的長邊方向跨越此周邊區域22的寬度方向。而如圖10箭頭b所示，使基板1對於圓柱透鏡陣列2a往照射區域5的寬度方向相對移動，藉由圖3至圖8所示的步驟進行雷射發射而連結照射區域5，因而如圖8所示對周邊區域22的全區域進行雷射處理。此時，圖10所示之雷射處理區域，成為寬度為50mm(照射區域5的長度)之帶狀區域而超過周邊區域22，畫素區域21的一部分亦受到雷射處理。此圖3至圖8所示的步驟之雷射處理，最終如圖10所示，往與雷射掃瞄方向正交的方向(箭頭c方向)偏移而結束。亦即，圖10所示的步驟最後，圓柱透鏡陣列2a往與圖10箭頭b所示的掃瞄方向垂直的方向(箭頭c方向)偏移照射區域5的長度的量。
其後，如圖11所示，雖使雷射發射往圖10的反方向(箭頭d方向)掃瞄，但此時在畫素區域21中，藉由圖2所示的態樣形成照射區域5。從而，在畫素區域21中，以畫素間距G(750μm)形成寬度為250μm的照射區域5。此照射區域5的中間的區域，未受到雷射處理。因此，畫素區域21內包含畫素電晶體的通道區域之區域受到雷射處理，改質為多晶矽膜。另，從1片玻璃基板20中可得到複數片(圖示例中為6片)的顯示面板，但雷射掃瞄從畫素區域21往另一面板的畫素區域21移動時，會通過面板間的周邊區域23，所以此周邊區域23，亦在圖3至圖8所示的步驟中對其全區域進行雷射處理。爾後，重複進行同樣的步驟，藉由以畫素間距G進行雷射發射的步驟，以及進行雷射發射使照射區域相連的步 驟，對玻璃基板的全區域進行雷射處理。
如此，畫素電晶體及驅動電晶體的通道區域由非晶矽改質為多晶矽，確保了電晶體動作的高速化。另一方面，未形成電晶體的區域保持為非晶矽。因此，可謀求雷射處理的迅速及高速，可縮短雷射處理的產距時間。
圖12係面板尺寸為橫軸、產距時間為縱軸來顯示本發明效果之座標圖。圖中，■係使用波長為308nm而頻率為600Hz的準分子雷射，來對基板整面進行雷射處理時的產距時間。又，▲係使用波長為355nm+1064nm而頻率為200Hz的Nd：YAG雷射，來對基板整面進行雷射處理時的產距時間。相對於此，◆係本發明的實施形態，使用波長為355nm+1064nm而頻率為200Hz的Nd：YAG雷射，如圖11所示對基板整面進行雷射處理時的產距時間。從此圖12可明白，面板尺寸為20寸時，雖不太有效果，但隨著面板尺寸從40寸變為70寸，可大幅縮短產距時間。面板尺寸越大則本發明效果越好，乃是因為若面板尺寸增大，則畫素區域的面積相較於周邊區域的面積相對增大之故。
本發明不限於液晶顯示面板之製造，在雷射處理所需技術領域中，可有效提升其產距時間。又，在1個圓柱透鏡陣列2a、2b中形成的圓柱透鏡12之數量，在上述實施形態中雖為8個，但本發明並不限於此，可進行各種設定。圖2所示之步驟中，基板1的雷射處理處，通常係因應此圓柱透鏡12的個數，而受到與其相同數目的雷射處理，但使圓柱透鏡陣列2a、2b的1次移動為畫素間距G的2倍以上，因而亦可使基板上的雷射處理處之雷射處理次數減少至圓柱透鏡12數量的1/2以下。
[產業上利用性]
本發明有益於如液晶顯示裝置的顯示面板、膜的改質之類， 需要雷射處理之技術領域。
1‧‧‧基板
2a、2b‧‧‧圓柱透鏡陣列
4‧‧‧雷射光束
5‧‧‧照射區域
12‧‧‧圓柱透鏡
20‧‧‧玻璃基板
21‧‧‧畫素區域
22‧‧‧周邊區域
23‧‧‧周邊區域
G‧‧‧畫素間距
圖1係顯示本發明之第1實施形態的雷射處理裝置之立體圖。
圖2係顯示第1區域(畫素區域)之回火態樣之圖。
圖3係顯示第2區域(周邊區域)之回火態樣之圖。
圖4係顯示圖3的下一步驟之圖。
圖5係顯示圖4的下一步驟之圖。
圖6係顯示圖5的下一步驟之圖。
圖7係顯示圖6的下一步驟之圖。
圖8係顯示圖7的下一步驟之圖。
圖9係顯示玻璃基板上的雷射照射態樣之圖。
圖10係顯示圖9的下一步驟之圖。
圖11係顯示圖10的下一步驟之圖。
圖12係顯示本發明的效果之座標圖。
1‧‧‧基板
2a‧‧‧圓柱透鏡陣列
4‧‧‧雷射光束
5‧‧‧照射區域
12‧‧‧圓柱透鏡
G‧‧‧畫素間距

Claims (3)

  1. 一種雷射處理裝置，具有：雷射光源，發出脈衝雷射光；複數個圓柱透鏡，將來自該雷射光源的脈衝雷射光加以整形，使得基板上的照射區域形成為複數條之帶狀照射區域；以及控制裝置，進行控制，使得該基板與該圓柱透鏡沿著該帶狀照射區域的寬度方向及長邊方向相對移動；該雷射處理裝置之特徵為：該圓柱透鏡在與其長邊方向垂直的方向上以一定間距彼此平行配置；該控制裝置控制該雷射光源的發光及該基板與該圓柱透鏡之相對移動，俾於該基板上的第1區域照射脈衝雷射光，使得該帶狀照射區域沿其寬度方向成第1間距；並於第2區域照射脈衝雷射光，使得該帶狀照射區域沿其寬度方向成小於該第1間距的第2間距。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射處理裝置，其中，該基板係製造1個或複數個液晶顯示面板用之玻璃基板；該第1區域為畫素區域；該第2區域為形成驅動電路之該液晶顯示面板的周邊區域；該控制裝置，係控制為：在該玻璃基板上的該第1區域，以使該帶狀照射區域與畫素區域的畫素間距一致之方式照射該脈衝雷射光；在該玻璃基板上的該第2區域，以該帶狀照射區域之寬度以下的間距照射該脈衝雷射光，使得該帶狀照射區域於其寬度方向相連結。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射處理裝置，其中，在該基板上以畫素間距形成有複數個對準標記，並設置拍攝該對準標記之照相機，每當該照相機偵測到基板上的對準標記時，該控制裝置即照射脈衝雷射光。
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