加工多晶硅背板的方式：準分子激光退火

在廣泛應(yīng)用的ELA技術(shù)之中，308 nm準分子激光器發(fā)射的矩形光束，不僅光束均勻而且可以整形，以產(chǎn)生線形截面的光束，并使光束能量高度均勻分布于整個光束截面上。線光束直接射向涂覆了非晶硅的背板，然后通過運動臺實現(xiàn)光束掃描運動（圖1）。掃描基材時，線光束的均勻性大約為1% rms，允許以相同能量密度（約500 mJ / cm 2）在每個位置進行10到20次輻照。

             圖1、晶體隨機垂直生長的原理圖（左圖）和ELA工藝中的典型晶粒模式（右圖）

非晶硅能夠有效地吸收308納米激光輻射，吸收系數(shù)為6×10 6 cm -1，這使得每一脈沖幾乎能完全熔融材料。對激光能量的快速吸收使得非晶硅薄膜可在1400℃左右溫度下熔融，然后在冷卻時形成晶體顆粒。由于308 nm輻照的穿透深度較小，只有幾個納米，加之短脈沖寬度為50 ns，使得底層玻璃免受熱影響，且受熱溫度低于其應(yīng)變溫度。從微觀角度看，完全熔融能夠有效促進晶體的形成，這歸功于晶體從熔融處和固體硅之間的交界面沿著垂直方向隨機生長的特點。

線光束的線形長度通常是一塊基材面板的寬度或是寬度的一半。采用最新的高能量激光器，其線光束長度可達750毫米，能夠?qū)崿F(xiàn)對第八代基材的高效退火。

準分子激光器的功率和穩(wěn)定性進展

由于市場需要更大的面板尺寸，這要求LTPS退火采用更長、更均勻的線光束。這是推動高功率308 nm準分子激光源持續(xù)發(fā)展的主要因素。目前，層局部退火和其他高精度應(yīng)用中的準分子激光器和紫外光束管理方案，可提供從數(shù)十瓦至千瓦級的平均功率范圍，如圖2所示。

                      圖2、相干公司準分子激光系統(tǒng)及光束管理方案

在低溫多晶硅退火工藝中，需要對射向硅背板的每個激光脈沖進行嚴格的控制，而脈沖能量穩(wěn)定性則是極其重要的激光參數(shù)。過去十年內(nèi)，這一領(lǐng)域的進步使308 nm準分子激光器的可用功率和穩(wěn)定性得到大幅提升，可以大批量加工大尺寸的面板，特別是基于LTPS背板的AMOLED，如圖3所示。

圖3、308 nm高功率準分子激光器在氣體使用壽命期內(nèi)的穩(wěn)定性

在過去十年，激光能量穩(wěn)定性在脈沖標準偏差（rms）和峰-峰能量包絡(luò)方面已有顯著改善。由于穩(wěn)定性的提升，準分子退火的工藝窗口可以更好地被匹配。因此準分子激光退火#p#分頁標題#e#99%以上的產(chǎn)率是用在AMLCD和AMOLED TFT背板的大批量LTPS制造中。再結(jié)合更高的激光功率和更大的面板，使得LTPS平板制造業(yè)的產(chǎn)值增長了四倍。

直到最近，人們已經(jīng)采用540 W準分子激光器以465毫米長度的線光束加工第四代面板，生產(chǎn)出大量基于高性能LTPS的AMLCD和AMOLED顯示屏。2011年初推出的新型VYPER / LB750系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，準分子激光退火已從第四代面板加工成功過渡到第八代面板。

結(jié)論

308 nm準分子激光器開創(chuàng)性地為市場加工出響應(yīng)速度更快、更明亮、更薄的AMLCD和AMOLED平板設(shè)備。隨著基于LTPS顯示屏和AMOLED顯示屏的市場份額持續(xù)增長，制造商采用更大型的玻璃，以便充分利用規(guī)模經(jīng)濟，生產(chǎn)出市場所需的OLED電視面板。另一方面，ELA系統(tǒng)的生產(chǎn)效率得到極大提升，最新的750毫米線光束激光退火系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在第八代大型基材的大規(guī)模生產(chǎn)之中。