加工多晶硅背板的方式：准分子激光退火

在广泛应用的ELA技术之中，308 nm准分子激光器发射的矩形光束，不仅光束均匀而且可以整形，以产生线形截面的光束，并使光束能量高度均匀分布于整个光束截面上。线光束直接射向涂覆了非晶硅的背板，然后通过运动台实现光束扫描运动（图1）。扫描基材时，线光束的均匀性大约为1% rms，允许以相同能量密度（约500 mJ / cm 2）在每个位置进行10到20次辐照。

图1、晶体随机垂直生长的原理图（左图）和ELA工艺中的典型晶粒模式（右图）

非晶硅能够有效地吸收308纳米激光辐射，吸收系数为6×10 6 cm -1，这使得每一脉冲几乎能完全熔融材料。对激光能量的快速吸收使得非晶硅薄膜可在1400℃左右温度下熔融，然后在冷却时形成晶体颗粒。由于308 nm辐照的穿透深度较小，只有几个纳米，加之短脉冲宽度为50 ns，使得底层玻璃免受热影响，且受热温度低于其应变温度。从微观角度看，完全熔融能够有效促进晶体的形成，这归功于晶体从熔融处和固体硅之间的交界面沿着垂直方向随机生长的特点。

线光束的线形长度通常是一块基材面板的宽度或是宽度的一半。采用最新的高能量激光器，其线光束长度可达750毫米，能够实现对第八代基材的高效退火。

准分子激光器的功率和稳定性进展

由于市场需要更大的面板尺寸，这要求LTPS退火采用更长、更均匀的线光束。这是推动高功率308 nm准分子激光源持续发展的主要因素。目前，层局部退火和其他高精度应用中的准分子激光器和紫外光束管理方案，可提供从数十瓦至千瓦级的平均功率范围，如图2所示。

图2、相干公司准分子激光系统及光束管理方案

在低温多晶硅退火工艺中，需要对射向硅背板的每个激光脉冲进行严格的控制，而脉冲能量稳定性则是极其重要的激光参数。过去十年内，这一领域的进步使308 nm准分子激光器的可用功率和稳定性得到大幅提升，可以大批量加工大尺寸的面板，特别是基于LTPS背板的AMOLED，如图3所示。

图3、308 nm高功率准分子激光器在气体使用寿命期内的稳定性

在过去十年，激光能量稳定性在脉冲标准偏差（rms）和峰-峰能量包络方面已有显著改善。由于稳定性的提升，准分子退火的工艺窗口可以更好地被匹配。因此准分子激光退火#p#分页标题#e#99%以上的产率是用在AMLCD和AMOLED TFT背板的大批量LTPS制造中。再结合更高的激光功率和更大的面板，使得LTPS平板制造业的产值增长了四倍。

直到最近，人们已经采用540 W准分子激光器以465毫米长度的线光束加工第四代面板，生产出大量基于高性能LTPS的AMLCD和AMOLED显示屏。2011年初推出的新型VYPER / LB750系统现已广泛应用于生产现场，准分子激光退火已从第四代面板加工成功过渡到第八代面板。

结论

308 nm准分子激光器开创性地为市场加工出响应速度更快、更明亮、更薄的AMLCD和AMOLED平板设备。随着基于LTPS显示屏和AMOLED显示屏的市场份额持续增长，制造商采用更大型的玻璃，以便充分利用规模经济，生产出市场所需的OLED电视面板。另一方面，ELA系统的生产效率得到极大提升，最新的750毫米线光束激光退火系统已经应用在第八代大型基材的大规模生产之中。