TWI574307B - 利用順序橫向固化方法之結晶設備 - Google Patents

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Description

利用順序橫向固化方法之結晶設備
相關申請案之交互參照
本申請案主張於西元2010年11月5日在韓國智慧財產局申請，申請號為No.10-2010-0109776之韓國專利申請案之優先權效益，其全部內容納於此處作為參考。
一種或多種態樣係有關於一種結晶設備，更具體的說，係有關於一種利用順序橫向固化(SLS)方法之結晶設備，其中主光學系統係形成以能對應雷射產生裝置而以預定角度轉動，從而同時避免在結晶時形變之形成或避免非結晶區域之形成。
主動矩陣(AM)型有機發光顯示裝置於個別像素中包含像素驅動電路。像素驅動電路包含由矽形成的薄膜電晶體(TFT)。非晶矽(a-Si)或多晶矽(poly-Si)可被用於構成薄膜電晶體之矽。
關於用於像素驅動電路的非晶矽薄膜電晶體，由於構成源極電極、汲極電極、以及通道區域的半導體主動層係以非晶矽形成，因此非晶矽薄膜電晶體具有低電子移動性。所以，目前使用多晶矽薄膜電晶體取代非晶矽薄膜電晶體。多晶矽薄膜電晶體相較於非晶矽薄膜電晶體具高電子移動性及優越 的光照射穩定性。因此，多晶矽薄膜電晶體非常適合用於主動矩陣型有機發光顯示裝置之驅動及/或切換薄膜電晶體的主動層。
多晶矽薄膜電晶體可以各種方法製造。各種方法主要可歸類為直接沈積多晶矽的方法及沈積非晶矽後再結晶沈積之非晶矽的方法。用來沈積多晶矽的方法可包含化學汽相沉積(CVD)法、光化學汽相沈積法、氫自由基(HR)化學汽相沈積法、電子迴旋共振(ECR)化學汽相沈積法、電漿輔助(PE)化學汽相沈積法、或低壓化學汽相沈積法。
其中沈積非晶矽並結晶沈積之非晶矽的方法可包含固相結晶(SPC)法、準分子雷射結晶(ELC)法、金屬誘發結晶(MIC)法、金屬誘發橫向(MILC)結晶法，或順序橫向固化(SLS)方法。
固相結晶法並不實用，因為其需要在高於600℃的溫度下執行長期時間。準分子雷射結晶法可實現低溫結晶。然而，當雷射光束利用光學元件延長時，均勻性可能會惡化。同時，金屬誘發結晶法因為金屬薄膜沈積至非晶矽之表面上，而矽層係藉由利用金屬薄膜為結晶催化劑而結晶所以具低結晶溫度。然而，因為多晶矽被金屬所污染，具有矽層之薄膜電晶體裝置之特性可能惡化。此外，形成之結晶可能具有較小尺寸且結晶可能以混亂的形式分佈。
順序橫向固化方法利用矽晶粒沿著液態矽及固態矽之間的邊界表面的垂直方向生成的現象，其中非晶矽藉由利用遮罩以發射雷射光束穿透非晶矽的特定區塊而部份溶解非晶矽而結晶，且自溶解區塊及非溶解區塊之間的邊界，朝著溶解區塊的方向發展結晶。順序橫向固化方法以可製造低溫多晶矽之方法而受到注目。
依照本發明之一實施例，其提供一種結晶設備，其於基板上利用順序橫向固化方法執行結晶。結晶設備包含用以發射雷射光束的雷射產生裝置、位於雷射產生裝置一側以最小化藉由雷射產生裝置所發射的雷射光束之發散角的第一望遠鏡透鏡模組及第二望遠鏡透鏡模組、位於第二望遠鏡透鏡模組一側以均勻化及放大透過第二望遠鏡透鏡模組所傳輸的雷射光束的主光學系統，其中主光學系統對應雷射產生裝置而轉動。
第二望遠鏡透鏡模組與主光學系統可對應雷射產生裝置係整體地轉動。
當主光學系統以預定角度轉動時，欲執行結晶之基板之結晶區域的整體部份可包含於雷射照射區域中。
主光學系統可包含用以確保以預定功率透過第二望遠鏡透鏡模組所傳輸的雷射光束之輪廓均勻之光束均勻器、以及用以控制透過光束均勻器所傳輸之雷射光束之光束寬度維持在預定範圍內之光束寬度控制器。
結晶設備可更包含插置於雷射產生裝置及第一望遠鏡透鏡模組之間的延長光學系統，延長光學系統延長自雷射產生裝置所發射的雷射光束每脈衝的延續期間。
透過主光學系統所傳輸且照射至基板上的雷射光束可為線性雷射光束。
藉由雷射產生裝置所產生的雷射光束可在當基板對應於結晶設備相對移動時而照射至基板上。
藉由雷射產生裝置所產生的雷射光束可為脈衝雷射光束。
脈衝雷射光束照射於其上之基板的第一雷射照射區域可部份地重疊於脈衝雷射光束隨後照射於其上之基板的第二雷射照射區域。
第一雷射照射區域及第二雷射照射區域的重疊區域之非晶矽可在溶解與固化兩次時結晶。
結晶設備可更包含基板固定於其上之基底板、以及以預定間隔與基底板分隔並轉動地設置於基底板上之旋轉構件。主光學系統可設置於旋轉構件上，且旋轉構件對應基底板可轉動。
結晶設備可更包含自基底板的表面延伸之複數個支柱、以及位於複數個支柱上之支撐構件，其中旋轉構件係位於支撐構件上。
第二望遠鏡透鏡模組可耦接至主光學系統，並與主光學系統可對應於基底板共同轉動。
旋轉構件可與雷射光束照射之基板之表面平行設置的平板上轉動。
1‧‧‧有機發光顯示裝置
2‧‧‧通道區域
3‧‧‧儲存區域
4‧‧‧發射區域
10‧‧‧第一基板
12‧‧‧密封構件
13‧‧‧第一絕緣層
15‧‧‧閘極絕緣層
17‧‧‧鈍化層
19‧‧‧像素定義層
100‧‧‧結晶設備
101‧‧‧雷射產生裝置
102‧‧‧延長光學系統
103‧‧‧第一望遠鏡透鏡模組
104‧‧‧第二望遠鏡透鏡模組
105‧‧‧主光學系統
106‧‧‧XY線性滑台
111‧‧‧基底板
112‧‧‧支柱
113‧‧‧支撐構件
114‧‧‧旋轉構件
105a‧‧‧光束均勻器
105b‧‧‧光束寬度控制器
216a、216b‧‧‧源極及汲極電極
L‧‧‧雷射光束
CA‧‧‧結晶區域
LA‧‧‧雷射照射區域
NA‧‧‧非結晶區域
PA‧‧‧像素區域
211‧‧‧主動層
311‧‧‧第一電容電極
214‧‧‧閘極電極
316‧‧‧第二電容電極
Cst‧‧‧儲存電容
TFT‧‧‧薄膜電晶體
EL‧‧‧有機發光二極體
418‧‧‧像素電極
420‧‧‧中間層
421‧‧‧相反電極
P1‧‧‧第一面板
A‧‧‧箭頭
藉由參考其附圖詳述例示性實施例，本實施例上述及其他特徵與優點將會更明顯，其中：第1A圖 係為根據一實施例之結晶設備之示意圖；第1B圖 係為第1A圖中結晶設備之主光學系統之詳示圖；第2圖 係為當結晶設備固定時平台以預定角度轉動的情況；第3圖 係為當基板固定時僅有第二望遠鏡透鏡模組及主光學系統以預定角度轉動的情況；第4圖 係為根據一實施例利用第1圖之結晶設備所製造之有機發光顯示裝置的平面圖；第5圖 係為根據一實施例，第4圖之有機發光顯示裝置之單一像素的平面圖；第6圖 係為第5圖沿著線段A-A所截取之有機發光顯示裝置之剖面圖；以及 第7圖 係為根據一實施例解釋藉由利用自雷射產生裝置所發射的雷射光束以結晶基板的製程之平面圖。
藉由參考顯示本發明之例示性實施例的附圖，本實施例可被更完整的描述。然而本發明可以許多不同的形式實施且不應解釋為受到此處實施例之限制；更確切的說，這些實施例係提供以使此揭露將更徹底及完整，且將能對所屬技術領域具通常知識者充分傳達本發明之概念。
第1A圖係為根據一實施例之結晶設備100的示意圖。第1B圖係為第1A圖中結晶設備100之主光學系統的詳示圖。
參照第1A圖及第1B圖，結晶設備100可包含用於產生雷射光束L的雷射產生裝置101、用來延長雷射產生裝置101所發射的雷射光束L每脈衝之延續期間的延長光學系統102、最小化透過延長光學系統102所傳輸之雷射光束L之發散角的第一望遠鏡透鏡模組103及第二望遠鏡透鏡模組104、以及藉由均勻化並放大雷射光束L而將透過第一望遠鏡透鏡模組103及第二望遠鏡透鏡模組104所傳輸的雷射光束L線性化的主光學系統105。
詳細地說，雷射產生裝置101為了執行結晶而產生雷射光束L。在此例中，雷射光束L可為脈衝雷射光束，其將於下更詳細的說明。
延長光學系統102延長雷射產生裝置101所發射的雷射光束L每脈衝的延續期間。因為雷射產生裝置101所產生的雷射光束L每脈衝具較短照射時間(例如約10奈秒)，這樣的雷射光束L可能不足以執行結晶。所以，為了有充足的時間期間以執行結晶，延長光學系統102可增加雷射光束L每脈衝的持續時間以照射雷射光束L至第一基板10上。
第一望遠鏡透鏡模組103及第二望遠鏡透鏡模組104可形成於延長光學系統102之一側，並將透過延長光學系統102所傳輸之雷射光束L之發散角最小化。此外，第一望遠鏡透鏡模組103及第二望遠鏡透鏡模組104可包含形成於其中的反射鏡，且可轉移雷射光束L的路徑。
主光學系統105可形成於第二望遠鏡透鏡模組104的一表面上且可包含光束均勻器105a及光束寬度控制器105b。光束均勻器105a確保透過第二望遠鏡透鏡模組104所傳輸的雷射光束L之輪廓為均勻的以使具預定功率的雷射光束L可照射至第一基板10上。光束寬度控制器105b控制光束均勻器105a以使當經過光束均勻器105a沿著縱軸方向具有線性形狀的雷射光束L之寬度不會無限地延長。
XY線性滑台106可配置於對應主光學系統105的位置上，其中包含非晶矽層設置於其上的第一基板10係固定於XY線性滑台106。在此例中，為了結晶第一基板10的整個部份，第一基板10的結晶區域可藉由相對對應主光學系統105而移動XY線性滑台106而增大。
第二望遠鏡透鏡模組104、主光學系統105以及第一基板10固定於其上的XY線性滑台106可形成於基底板111上。基底板111可為以花崗岩等形成之大型平面區域。複數個支柱112可形成於基底板111上，且支撐構件113可設置於支柱112之上。此外，旋轉構件114可形成於支撐構件113上，且主光學系統105及第二望遠鏡透鏡模組104可設置於旋轉構件114上。形成於XY平面的主光學系統105及其耦接的第二望遠鏡透鏡模組104可藉旋轉構件114而轉動。
根據一實施例，結晶設備100之特點在於其主光學系統105及其耦接的第二望遠鏡透鏡模組104係配置以對應雷射產生裝置101轉動(以及耦接至雷射產生裝置101之延長光學系統102及第一望遠鏡透鏡模組103)。主光學系統105及其耦接之第二望遠鏡透鏡模組104可對應基底板111而可轉動地形成。
結晶設備100之操作將會更詳細的解說。
當基板的非晶矽利用順序橫向固化方法結晶時，因為特定部份的突出數量可能比其他正常部分更多或更少，因此可能形成斜紋或波浪狀之形變。
為了避免形變之形成，一直以來建議以預定角度轉動包含基板之平台的方法。第2圖係為當結晶設備固定時以預定角度轉動平台的情況。當結晶設備固定而以預定角度轉動平台時，可避免形變的形成。然而，如第2圖所示，需要於其上執行結晶之結晶區域CA的部分偏離於雷射光束照射於其上之雷射照射區域LA，因此可能形成非結晶區域NA。
為了要克服此問題，因此建議用以結晶之遮罩的隙縫轉動的方法。在此情況下，結晶特性可藉由控制掃描間距來控制，也就是說，平台於雷射脈衝之間移動的距離。當掃描間距小，產量係降低。當掃描間距大，可能因薄膜電晶體(TFT)特性的不均勻性而形成形變。
為了要克服此問題，根據一實施例，結晶設備之特點在於主光學系統105及其耦接的第二望遠鏡透鏡模組104係對應雷射產生裝置101及基底板111而可轉動地形成。
第3圖係為當第一基板10固定時，僅有第二望遠鏡透鏡模組104及主光學系統105以預定角度轉動的情況。如第3圖所示，當第一基板10固定時，僅有第二望遠鏡透鏡模組104及主光學系統105以預定角度轉動，因為結晶區域CA包含於雷射照射區域LA中，因此可避免非結晶區域NA的形成。
在此情況下，僅有結晶設備100的第二望遠鏡透鏡模組104及主光學系統105，而非結晶設備100的整體部份，對應於雷射產生裝置101而轉動。因為雷射產生裝置101對於即使微量移動雷射產生裝置101時發生的衝擊相當敏感，故需避免移動雷射產生裝置101。
由此，轉動第一基板10固定於其上的XY線性滑台106的方法具有如上所述形成非結晶區域NA的缺點。為了要克服此問題，根據一實施例，僅有結晶設備100的第二望遠鏡透鏡模組104及主光學系統105對應於雷射產生裝置101而轉動，從而同時避免了結晶過程中形變的形成及非結晶區域的形成。
下文中，利用結晶設備100製造的有機發光顯示裝置的結構將被說明。
第4圖係為根據一實施例利用第1圖之結晶設備100製造的有機發光顯示裝置1的平面圖。第5圖係為根據一實施例，第4圖之有機發光顯示裝置1之單一像素的平面圖。第6圖係為第5圖沿著線段A-A所截取之有機發光顯示裝置1的剖面圖。其將被了解的是利用第1圖之結晶設備100所製造的有機發光顯示裝置1並不受限制且可與下文將說明及描述的相異。
參照第4圖至第6圖，有機發光顯示裝置1包含具有薄膜電晶體TFT、有機發光二極體EL等之第一基板10，且第二基板(圖未示)藉由利用密封構件12而耦接至第一基板10。
複數個像素可形成於第一基板10上，且每一個像素皆包含薄膜電晶體TFT、有機發光二極體EL、儲存電容Cst等。此外，第一基板10可為低溫多晶矽基板(LTPS)、玻璃基板、塑膠基板、不鏽鋼基板(SUS)等。
第二基板可為設置於第一基板10上的密封基板以避免外界濕氣或空氣穿透入第一基板10的薄膜電晶體TFT和有機發光二極體EL。第二基板可面對第一基板10。第一基板10及第二基板可藉由沿著第二基板的邊緣設置的密封構件12而耦接。第二基板可為透明玻璃基板或塑膠基板。
第一基板10包含光自此發射的像素區域PA、以及設置於像素區域PA外的電路區域(未顯示)。根據一實施例，第一基板10及第二基板係藉由設置密封構件12於像素區域PA外的電路區域而彼此耦接。
參照第5圖及第6圖，第4圖之有機發光顯示裝置1的單一像素包含通道區域2、儲存區域3、以及發射區域4。在此情況下，於第5圖中，通道區域2、儲存區域3、以及發射區域4係彼此設置於一行，但本發明並不受其限制。也就是說，儲存區域3及發射區域4係可以縱向方向形成以相鄰彼此。在儲存區域3及發射區域4的一邊，通道區域2可形成以相鄰每一個儲存區域3及發射區域4。
通道區域2包含薄膜電晶體TFT。薄膜電晶體TFT可包含主動層211、閘極電極214、以及源極及汲極電極216a及216b。第一絕緣層13係插置於閘極電極214及主動層211之間以使閘極電極214及主動層211彼此相互絕緣。注入高濃度之雜質的源極/汲極區域係形成於主動層211的兩邊緣上，且分別耦接至源極及汲極電極216a及216b。此外，參考符號15係表示閘極絕緣層，參考符號17係表示鈍化層，而參考符號19表示像素定義層。
儲存區域3包含儲存電容Cst。儲存電容Cst包含第一電容電極311及第二電容電極316。第一絕緣層13插置於第一電容電極311及第二電容電極316之間。在此情況下，第一電容電極311可與薄膜電晶體TFT之主動層211以相同材料且於同層上形成。第二電容電極316可與薄膜電晶體TFT之源極及汲極電極216a及216b以相同材料且於同層上形成。
發射區域4包含有機發光二極體EL。有機發光二極體EL包含耦接至薄膜電晶體TFT之源極及汲極電極216a及216b任何其一的像素電極418、面對像素電極418的相反電極421、以及插置於相反電極421及像素電極418之間的中間層420。像素電極418係以透明傳導材料形成。
第7圖係為根據一實施例解釋藉由利用自雷射產生裝置所發射的雷射光束以結晶基板的製程之平面圖。如第7圖所示，當有機發光顯示裝置1的尺寸增加時，複數個面板(即複數個有機發光顯示裝置1)可形成於單一母玻璃上。
詳細地說，當其上設置第一基板10的XY線性滑台106(見第1圖)沿箭頭A指示的方向對應結晶設備100移動時，如果自雷射產生裝置101(見第1圖)所發射的雷射光束L透過延長光學系統102、第一望遠鏡透鏡模組103、第二望遠鏡透鏡模組104、以及主光學系統105照射至第一面板P1，第一面板P1的預定區域將結晶。
下文中，將會說明利用順序橫向固化方法以結晶設備100結晶非晶矽的方法。
一般來說，結晶矽層被利用來形成緩衝層(未顯示)作為基板上的絕緣層，非晶矽係沈積在緩衝層上，並接著結晶非晶矽。
在此情況下，結晶設備100之雷射產生裝置101所產生的雷射光束可為脈衝雷射光束而非傳統的連續波(CW)雷射光束。舉例來說，當雷射產生裝置101產生頻率6000赫茲的脈衝雷射光束時，高頻雷射光束以每秒6000次的頻率照射至第一基板10上。
當雷射產生裝置101所產生的脈衝雷射光束照射至第一基板10上時，晶粒係從雷射光束照射於其上的溶解區域中的非晶矽層的每一邊緣介面發展。當晶粒之邊界彼此相撞使得核心產生區域不存在於晶粒之間時晶粒停止發展。此外，當調整雷射產生裝置101的移動速度以使隨後的雷射照射區域與現在的雷射照射區域重疊時，雙射結晶效應(two-shot crystallization effect)可透過以一方向掃描單次而得。
當雷射產生裝置101所產生的脈衝雷射光束於第一次照射至第一基板10上時，多晶矽於脈衝雷射光束照射之溶解區域中的非晶矽溶解並接著固化時形成。接著，雷射產生裝置101係於脈衝之間的休息時段以一方向移動。在此情況下，接下來的雷射照射區域(也就是說，溶解區域)及先前的雷射照射區域因為調整雷射產生裝置101的移動速度而彼此重疊。在此時，當脈衝雷射光束於 第二次照射至第一基板10上時，第一雷射照射區域及第二雷射照射區域彼此重疊的部份多晶矽被溶解並接著結晶，且執行結晶。同樣的，於單一像素中的通道區域及儲存區域之結晶可藉由當以一方向移動雷射產生裝置101時週期性地照射雷射光束而實行。
藉由總結及回顧，一或多個實施例提一種供利用順序橫向固化方法的結晶設備，其中主光學系統係形成以能對應雷射產生裝置而以預定角度轉動。
因此，於結晶過程中形變的形成及非結晶區域的形成可被同時避免。
當此處已參照例示性實施例特別地顯示與描述各種態樣，其應當被所屬技術領域具通常知識者了解的是，在不背離如下列申請專利範圍所主張之本發明的精神與範疇下可作各種型態與細節的改變。
10‧‧‧第一基板
100‧‧‧結晶設備
101‧‧‧雷射產生裝置
102‧‧‧延長光學系統
103‧‧‧第一望遠鏡透鏡模組
104‧‧‧第二望遠鏡透鏡模組
105‧‧‧主光學系統
106‧‧‧XY線性滑台
111‧‧‧基底板
112‧‧‧支柱
113‧‧‧支撐構件
114‧‧‧旋轉構件
L‧‧‧雷射光束

Claims (14)

  1. 一種結晶設備，其於一基板上利用一順序橫向固化方法(SLS)執行結晶，該結晶設備包含：一雷射產生裝置，用以發射一雷射光束；一第一望遠鏡透鏡模組及一第二望遠鏡透鏡模組，其係位於該雷射產生裝置的一側，以最小化藉由該雷射產生裝置所發射的該雷射光束之一發散角；以及一主光學系統，其係位於該第二望遠鏡透鏡模組之一側，以均勻化及放大透過該第二望遠鏡透鏡模組所傳輸的該雷射光束，其中該主光學系統對應該雷射產生裝置而轉動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中該第二望遠鏡透鏡模組與該主光學系統對應該雷射產生裝置而整體地轉動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中當該主光學系統以一預定角度轉動時，欲執行結晶之該基板之一結晶區域的整體部份係包含於一雷射照射區域中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中該主光學系統包含用以確保以一預定功率透過該第二望遠鏡透鏡模組所傳輸的該雷射光束之輪廓均勻化之一光束均勻器、以及用以控制透過該光束均勻器所傳輸之該 雷射光束之光束寬度維持在一預定範圍內之一光束寬度控制器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，更包含一延長光學系統，其係插置於該雷射產生裝置及該第一望遠鏡透鏡模組之間，該延長光學系統延長自該雷射產生裝置所發射的該雷射光束每脈衝的延續期間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中透過該主光學系統所傳輸且照射至該基板上的該雷射光束係為一線性雷射光束。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中藉由該雷射產生裝置所產生的該雷射光束在當該基板對應於該結晶設備相對移動時而照射至該基板上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，其中藉由該雷射產生裝置所產生的該雷射光束係為一脈衝雷射光束。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之結晶設備，其中該脈衝雷射光束照射於其上之該基板的一第一雷射照射區域部份地重疊於該脈衝雷射光隨後照射於其上之該基板的一第二雷射照射區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之結晶設備，其中該第一雷射照射區域及該第二雷射照射區域的一重疊區域之非晶矽在溶解與固化兩次時結晶。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之結晶設備，更包含： 一基底板，該基板係固定於該基底板；以及一旋轉構件，其係以一預定間隔與該基底板分離，並轉動性地設置於該基底板上，其中該主光學系統係設置於該旋轉構件上，且該旋轉構件對應該基底板而轉動。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之結晶設備，更包含：複數個支柱，其係自該基底板的一表面延伸；以及一支撐構件，其係位於該複數個支柱上，其中該旋轉構件係位於該支撐構件上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之結晶設備，其中該第二望遠鏡透鏡模組係耦接至該主光學系統，並與該主光學系統對應於該基底板共同轉動。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之結晶設備，其中該旋轉構件係在與該雷射光束照射之該基板之表面平行設置的一平板上轉動。
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