加工多晶矽背板的方式：準分子激光退火

在廣泛應用的ELA技術之中，308 nm準分子激光器發射的矩形光束，不僅(jin) 光束均勻而且可以整形，以產(chan) 生線形截麵的光束，並使光束能量高度均勻分布於(yu) 整個(ge) 光束截麵上。線光束直接射向塗覆了非晶矽的背板，然後通過運動台實現光束掃描運動（圖1）。掃描基材時，線光束的均勻性大約為(wei) 1% rms，允許以相同能量密度（約500 mJ / cm 2）在每個(ge) 位置進行10到20次輻照。

             圖1、晶體(ti) 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）

非晶矽能夠有效地吸收308納米激光輻射，吸收係數為(wei) 6×10 6 cm -1，這使得每一脈衝(chong) 幾乎能完全熔融材料。對激光能量的快速吸收使得非晶矽薄膜可在1400℃左右溫度下熔融，然後在冷卻時形成晶體(ti) 顆粒。由於(yu) 308 nm輻照的穿透深度較小，隻有幾個(ge) 納米，加之短脈衝(chong) 寬度為(wei) 50 ns，使得底層玻璃免受熱影響，且受熱溫度低於(yu) 其應變溫度。從(cong) 微觀角度看，完全熔融能夠有效促進晶體(ti) 的形成，這歸功於(yu) 晶體(ti) 從(cong) 熔融處和固體(ti) 矽之間的交界麵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麵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，能夠實現對第八代基材的高效退火。

準分子激光器的功率和穩定性進展

由於(yu) 市場需要更大的麵板尺寸，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準分子激光源持續發展的主要因素。目前，層局部退火和其他高精度應用中的準分子激光器和紫外光束管理方案，可提供從(cong) 數十瓦至千瓦級的平均功率範圍，如圖2所示。

                      圖2、相幹公司準分子激光係統及光束管理方案

在低溫多晶矽退火工藝中，需要對射向矽背板的每個(ge) 激光脈衝(chong) 進行嚴(yan) 格的控製，而脈衝(chong) 能量穩定性則是極其重要的激光參數。過去十年內(nei) ，這一領域的進步使308 nm準分子激光器的可用功率和穩定性得到大幅提升，可以大批量加工大尺寸的麵板，特別是基於(yu) 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(ti) 使用壽命期內(nei) 的穩定性

在過去十年，激光能量穩定性在脈衝(chong) 標準偏差（rms）和峰-峰能量包絡方麵已有顯著改善。由於(yu) 穩定性的提升，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(chan) 率是用在AMLCD和AMOLED TFT背板的大批量LTPS製造中。再結合更高的激光功率和更大的麵板，使得LTPS平板製造業(ye) 的產(chan) 值增長了四倍。

直到最近，人們(men) 已經采用540 W準分子激光器以465毫米長度的線光束加工第四代麵板，生產(chan) 出大量基於(yu) 高性能LTPS的AMLCD和AMOLED顯示屏。2011年初推出的新型VYPER / LB750係統現已廣泛應用於(yu) 生產(chan) 現場，準分子激光退火已從(cong) 第四代麵板加工成功過渡到第八代麵板。

結論

308 nm準分子激光器開創性地為(wei) 市場加工出響應速度更快、更明亮、更薄的AMLCD和AMOLED平板設備。隨著基於(yu) LTPS顯示屏和AMOLED顯示屏的市場份額持續增長，製造商采用更大型的玻璃，以便充分利用規模經濟，生產(chan) 出市場所需的OLED電視麵板。另一方麵，ELA係統的生產(chan) 效率得到極大提升，最新的750毫米線光束激光退火係統已經應用在第八代大型基材的大規模生產(chan) 之中。