專利名稱：用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法和用于檢查半導(dǎo)體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造包含由薄膜晶體管(在下文中稱TFT)制成的電路的半導(dǎo)體設(shè)備的方法，還涉及一種用于檢查半導(dǎo)體的裝置。
背景技術(shù)：
激烈競爭的不同制造商正在急切地研究和發(fā)展利用多晶硅膜的TFT以獲得更高性能。這種TFT的各種系統(tǒng)化正在發(fā)展中，目的在于實現(xiàn)例如未來的薄膜計算機(sheet computer)。獲得液晶顯示器的更高性能的一種方法是增加TFT中的載流子的遷移率。為此目的，多晶硅膜正在代替非晶硅膜而應(yīng)用于TFT。由于在利用多晶硅膜的TFT中，多晶硅膜的性能和質(zhì)量是提高TFT性能的關(guān)鍵，所以越來越有必要開發(fā)出能夠確保多晶硅膜的更高性能和質(zhì)量的可靠的制造方法。
利用多晶硅膜的TFT是例如通過如下方式制造的首先利用化學(xué)氣相生長法在玻璃基板上形成非晶硅膜，然后將非晶硅膜改性成多晶硅膜。在此獲得結(jié)晶的一種方法是利用激光處理，借此利用激勵激光(exciter laser)照射形成在玻璃基板上的非晶硅膜，以將其改性成多晶硅膜。利用激光處理的結(jié)晶可在小于玻璃基板的應(yīng)變點的低溫下進(jìn)行，因而具有可以不利用昂貴的耐熱石英基板的優(yōu)點。許多學(xué)術(shù)機構(gòu)和工業(yè)企業(yè)在發(fā)展利用激光處理的結(jié)晶方面進(jìn)行著引人注目的激烈的競爭。而且，為了進(jìn)一步提高TFT的性能，用于在利用激光處理的結(jié)晶中獲得更大結(jié)晶粒度的技術(shù)正在被發(fā)展。
用于在利用激光處理的結(jié)晶中獲得更大結(jié)晶粒度的一種常規(guī)發(fā)展技術(shù)是一種叫做CGS(連續(xù)顆粒硅)法的方法，該方法利用催化劑形成多晶硅膜。該申請人是發(fā)展這種方法領(lǐng)先于任何其他人的先驅(qū)者。根據(jù)該方法，在非晶硅膜中加入促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素(例如鎳)，然后加熱非晶硅膜以便結(jié)晶硅從金屬元素被加入的區(qū)域開始形成(SPC步驟)，然后執(zhí)行激光處理，由此使結(jié)晶遍布非晶硅膜的大致整個區(qū)域。利用該方法，有可能產(chǎn)生具有100cm2/Vs或更大載流子遷移率的高性能多晶硅。
在其它用于獲得更大粒度的常規(guī)發(fā)展技術(shù)中，有一種包含以多個步驟執(zhí)行的激光處理的技術(shù)。
然而，利用激光處理的結(jié)晶具有以下缺點。在結(jié)晶進(jìn)行中，具有例如1μm或更大粒度的晶界形成在多晶硅膜中。當(dāng)粒度增加時，在多晶硅膜中沿著晶界以增大晶粒的方式生長的突起擴大，增大了多晶硅膜的表面不規(guī)則度(表面粗糙度)。
而且，如果以遠(yuǎn)低于最佳激光功率值的激光功率執(zhí)行激光處理，則不能使非晶硅完全結(jié)晶。在較高激光功率下，結(jié)晶進(jìn)行，但是即使激光功率稍稍高出最佳激光功率值也會促進(jìn)非晶硅膜的再結(jié)晶，導(dǎo)致較差的多晶硅膜的性能。
而且，激光處理設(shè)備的激光功率隨著時間會不同于初始設(shè)置的水平，因此形成在玻璃基板上的非晶硅膜的質(zhì)量也會隨著時間變化。這就會妨礙多晶硅膜的穩(wěn)定形成。
如上所述，利用激光處理產(chǎn)生的多晶硅膜敏感地受到其被處理的激光功率的影響。這使得設(shè)置適當(dāng)?shù)募す夤β史浅１匾?br> 基于此原因，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開并提出了監(jiān)控方法，根據(jù)這些監(jiān)控方法，制造過程還包括確定最佳激光功率值的步驟，以便利用因而確定的最佳激光功率值來執(zhí)行激光處理步驟(例如，參見公開號為2001-257176的日本待審查專利申請，下文中稱為專利公開文獻(xiàn)1)。
利用還包括如上所述步驟的用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，有可能將最佳激光功率值設(shè)置在確定范圍。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有描述這樣的監(jiān)控方法，其允許為已經(jīng)經(jīng)歷過包括一個或多個用于對非晶硅膜進(jìn)行改性的步驟的預(yù)處理的基板設(shè)置最佳激光功率。因而，用于制造監(jiān)控基板并且包含確定最佳激光功率的步驟的制造過程，有可能不同于用于制造產(chǎn)品基板并且包含以因而確定的激光功率執(zhí)行激光處理的步驟的制造過程。例如，如圖1中的工藝流程圖所示，有可能的是，對于具有還沒有經(jīng)歷SPC步驟2的非晶硅膜的監(jiān)控基板，在最佳功率檢查/抽取步驟4中確定激光功率，其中在SPC步驟2中，非晶硅膜在加入有催化劑的狀態(tài)下被加熱。
而且，在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有詳細(xì)描述如何評價在最佳功率檢查/抽取步驟4中獲得的結(jié)果以確定最佳激光功率，也沒有詳細(xì)描述如何評價用于自動同意或拒絕的絕對基準(zhǔn)。
如上所述，實際上，激光處理步驟沒有總是以最佳激光功率執(zhí)行，使得制造出來的非晶硅膜具有較差的性能和質(zhì)量。這使得有必要設(shè)置制造多晶硅膜過程中的更佳的激光功率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于如上所述在常規(guī)方法中遇到的問題，本發(fā)明的目的是提供這樣一種用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法和用于檢查半導(dǎo)體的裝置，其通過進(jìn)一步優(yōu)化為了將非晶硅膜改性成多晶硅膜而執(zhí)行的激光處理步驟所采用的激光功率，使得可以生產(chǎn)出具有增強性能和質(zhì)量的多晶硅膜。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法包括膜形成步驟、預(yù)處理步驟和激光處理步驟，其中膜形成步驟用于在基板上形成非晶硅膜；預(yù)處理步驟以一個或多個步驟執(zhí)行，用于將非晶硅膜改性以便預(yù)備將其制成多晶；激光處理步驟用于在通過預(yù)處理步驟改性的非晶硅膜上執(zhí)行激光處理，來生產(chǎn)多晶硅膜。在此，該方法還包括激光功率檢查/抽取步驟，用于基于在已經(jīng)經(jīng)歷過預(yù)處理步驟的非晶硅膜的預(yù)定區(qū)域上執(zhí)行的預(yù)定檢查來確定激光功率。而且，激光處理步驟使用在激光功率檢查/抽取步驟中確定的激光功率。利用該方法，有可能以更佳的激光功率來生產(chǎn)多晶硅膜，從而提高并穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量。最佳激光功率隨接受激光處理之前的非晶硅膜的厚度和質(zhì)量而變化，但是利用本發(fā)明，有可能采用為每個單獨產(chǎn)品基板確定的最佳激光功率來生產(chǎn)多晶硅膜。這樣，與利用監(jiān)控基板的方法相比，可以減少所需的額外材料和制造步驟，因而有助于提高生產(chǎn)效率。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可通過使用光譜的檢查來確定激光功率。這使得有可能以更高的精確度和穩(wěn)定性來確定最佳激光功率。還有可能緊湊地將光纖從光譜設(shè)備的主部件放置到測量點。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，可以700nm至800nm的測量波長執(zhí)行光譜測量。該波長范圍中的光譜特性唯有在高質(zhì)量的多晶硅膜中才能觀察到，因而可以檢查是否生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶硅膜。而且，可以在激光處理室中或在其附近執(zhí)行測量，而不會受到具有308nm波長的Excel激光處理光的影響。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可通過使用成像的檢查來確定激光功率，通過該成像，光被照射到測量點以便檢測通過對準(zhǔn)測量點而獲取的圖像。利用本發(fā)明，有可能以更高的精確度和穩(wěn)定性來確定最佳激光功率。而且，還有可能從獲取的圖像中檢測膜表面上的異常不均勻性。
上述使用成像的檢查，可以檢查異物的存在或薄膜質(zhì)量的異常。利用本發(fā)明，有可能容易地檢查出在所生產(chǎn)的多晶硅膜中是否存在異常。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，可以利用從測量點周圍照射在測量點上的測量光來執(zhí)行上述使用光譜或成像的檢查。利用這種方法，無論多晶硅膜的結(jié)晶是任意方向的還是規(guī)則方向的，都有可能在恒定測量環(huán)境下測量光譜特性和亮度的值。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以在激光處理步驟中執(zhí)行激光處理的激光處理設(shè)備的附近執(zhí)行檢查。這使得有可能將確定的激光功率快速反饋給激光處理設(shè)備。特別地，在使用產(chǎn)品基板確定激光功率的情況下，有可能立即執(zhí)行激光處理。因而，有可能不考慮激光處理設(shè)備的光源與時間有關(guān)的不穩(wěn)定性，而生產(chǎn)出多晶硅膜。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以檢查基板上的膜表面。通過在激光處理步驟之后檢查多晶硅膜上的條紋圖案，有可能判斷執(zhí)行激光處理的激光功率是否相對于最佳激光功率過高或過低。因而，有可能使激光功率隨時間適當(dāng)?shù)刈兓?br> 在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以利用既設(shè)置有用于檢查多晶硅膜的檢查功能又設(shè)置有用于確定激光功率的檢查功能的設(shè)備來執(zhí)行檢查。這有助于減小設(shè)備的占地面積和削減制造設(shè)施的投資。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以設(shè)置作為對照來評價測量結(jié)果的測量定量值。這個測量定量值可用于評價多晶硅膜與非晶硅膜的分布、轉(zhuǎn)變和特性的可接受性。
可以使用其上放置有校準(zhǔn)基板并設(shè)置有用于執(zhí)行校準(zhǔn)的功能的設(shè)備來確定測量定量值。這提高了測量精確度。特別地，放置校準(zhǔn)基板消除了對可以將校準(zhǔn)基板放入和取出校準(zhǔn)設(shè)備的機構(gòu)的需要，導(dǎo)致更短的測量周期。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以通過使用既設(shè)置有用于檢查多晶硅膜的功能又設(shè)置有用于自動確定最佳激光功率值并自動地將自動確定的最佳激光功率值饋送給激光處理設(shè)備的功能的設(shè)備來執(zhí)行檢查。常規(guī)地，是由人來確定最佳激光功率并將其設(shè)置在激光處理設(shè)備中，導(dǎo)致易受人為錯誤的影響。相反，利用本發(fā)明，有可能消除這種人為錯誤。而且，有可能有效地在激光處理設(shè)備上設(shè)置激光功率。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光處理步驟可以使用比在激光功率檢查/抽取步驟中確定的最佳激光功率值低5mJ或10mJ的激光功率。如果以在激光功率檢查/抽取步驟中確定的最佳激光功率值執(zhí)行激光處理，則在最佳激光功率值的表面內(nèi)分布的影響下，實際上可能是以高于最佳激光功率值的激光功率來執(zhí)行激光處理的。當(dāng)多晶硅膜受到以高于最佳激光功率值的激光功率執(zhí)行的激光處理時，其性能和質(zhì)量會突然惡化。利用本發(fā)明，有可能不受表面內(nèi)分布的影響，而長時間地生產(chǎn)出穩(wěn)定的多晶硅膜。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以在多晶硅膜上執(zhí)行多點測量檢查。對于多晶硅膜，由于膜的厚度和質(zhì)量隨基板的不同而變化，所以存在最佳激光功率的分布。由于例如激光處理設(shè)備的光學(xué)組件(諸如透鏡)的特性和調(diào)節(jié)的變化，所以隨激光處理設(shè)備的不同也存在著分布。因而，通過測量基板上最佳激光功率的分布，有可能掌握給定制造條件下和對于給定激光處理設(shè)備的最佳激光功率的趨勢。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以在激光處理之前，檢查基板上的膜以便發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。這有助于穩(wěn)定多晶硅膜的性能和質(zhì)量，從而有助于增加產(chǎn)量。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以在激光處理之后，檢查基板上的膜以便發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。通過快速檢查在激光處理之后保持未結(jié)晶的非晶硅膜，有可能快速檢查例如在激光處理步驟中的異常和由于光學(xué)系統(tǒng)中的異常而產(chǎn)生的性能異常。因而，有可能在早期檢測出異常并對它們采取對策。
在上述用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法中，激光功率檢查/抽取步驟可以在激光處理之前和之后，檢查基板上的膜以便發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。利用本發(fā)明，通過比較激光處理之前和之后的非晶硅膜與多晶硅膜的比例，有可能易于發(fā)現(xiàn)缺陷的原因，并因而有效地降低大規(guī)模生產(chǎn)中的損失。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，用于檢查半導(dǎo)體的裝置設(shè)置有發(fā)射光的發(fā)光部；對光進(jìn)行反射以便將光引導(dǎo)至預(yù)定基板的照明部件；接收從預(yù)定基板反射的光并對該光進(jìn)行放大的放大部；將放大部放大的光轉(zhuǎn)化成圖像數(shù)據(jù)的相機部；從相機部讀取圖像數(shù)據(jù)并在圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行預(yù)定數(shù)據(jù)處理的處理部；存儲作為對照來評價預(yù)定數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以確定預(yù)定值的評價條件的存儲部；對照評價條件來評價預(yù)定數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以確定預(yù)定值的評價部；以及建立用于與外部裝置進(jìn)行通信的連接并將預(yù)定值發(fā)送給外部裝置的發(fā)送部。利用本發(fā)明，有可能消除用戶從顯示在顯示部上的測量結(jié)果中讀取最佳值，然后將最佳值饋送給外部裝置的需要。因而，有可能消除數(shù)據(jù)饋送中的人為錯誤，并且有可能因為自動化而減少時間損失。
在上述用于檢查半導(dǎo)體的裝置中，照明部件可將光引導(dǎo)至預(yù)定基板以使光以30度至60度的角度照在預(yù)定基板上。利用本發(fā)明，有可能反映在多晶硅膜的表面上由于結(jié)晶度而形成的突起，從而有可能執(zhí)行穩(wěn)定的評價和測量。
上述用于檢查半導(dǎo)體的裝置還設(shè)置有光譜裝置，該光譜裝置將可見光譜區(qū)域內(nèi)的多個不同波長的光照射到預(yù)定基板上，然后接收從預(yù)定基板反射的光以獲取光譜數(shù)據(jù)，然后將光譜數(shù)據(jù)饋送給處理部。在此，處理部將光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同波長的反射光的光強分布數(shù)據(jù)。利用本發(fā)明，有可能將處理部、評價部等與光譜裝置分享，并且還有可能使裝置緊湊，從而減少占地面積。而且，通過使用光譜裝置，將最佳值自動饋送給了外部裝置，這有助于消除最佳值饋送中的人為錯誤。
在上述用于檢查半導(dǎo)體的裝置中，當(dāng)在基板上形成非晶硅膜或多晶硅膜時，不同波長為從700nm至800nm。該波長范圍內(nèi)的光譜特性唯有在高質(zhì)量的多晶硅膜中才能觀察到，因而允許檢查是否生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶硅膜。而且，可以在激光處理室中或在其附近執(zhí)行測量，而不會受到具有308nm波長的Excel激光處理光的影響。
在上述用于檢查半導(dǎo)體的裝置中，當(dāng)在基板上形成非晶硅膜或多晶硅膜時，評價部確定將非晶硅膜改性成多晶硅膜的最佳激光功率值。利用本發(fā)明，有可能把將非晶硅膜改性成多晶硅膜的最佳激光功率值發(fā)送給外部激光處理設(shè)備。
利用根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法和用于檢查半導(dǎo)體的裝置，有可能在激光處理步驟中穩(wěn)定地執(zhí)行最佳激光處理。因而，有可能穩(wěn)定地生產(chǎn)高質(zhì)量的多晶硅膜。


圖1是示出常規(guī)處理的處理流程的處理流程圖；圖2是示出新處理的處理流程的處理流程圖；圖3是示出在產(chǎn)品基板上被執(zhí)行激光處理以用于檢查的點的示圖；圖4是在對產(chǎn)品基板施加新處理的處理流程的情況下使用的流程圖；圖5是示出通過拉曼光譜測量的峰高與激光能量的關(guān)系曲線的示圖；圖6是示出使用與拉曼光譜不同的光譜的監(jiān)控裝置的示圖；圖7是使用與拉曼光譜不同的光譜的光譜分析裝置的頭部末端的放大視圖；圖8是示出使用與拉曼光譜不同的光譜的光譜分析裝置的頭部末端的光纖的布置的示圖；圖9是示出在由常規(guī)處理所處理的監(jiān)控基板中通過與拉曼光譜不同的光譜測量的反射強度與波長的關(guān)系曲線的示圖；圖10是示出如何從測量結(jié)果中計算定量值的一個實例的示圖；圖11是示出如何從測量結(jié)果中計算定量值的另一個實例的示圖；
圖12是示出在由新處理所處理的監(jiān)控基板中通過與拉曼光譜不同的光譜測量的反射強度與波長的關(guān)系曲線的示圖；圖13是示出了利用成像的監(jiān)控裝置的一個實例的示圖；圖14是示出在利用成像的監(jiān)控裝置上測量的亮度和明線數(shù)量與激光功率的關(guān)系曲線的示圖；圖15是示出用于檢測異物和SPC步驟缺陷的圖像監(jiān)控系統(tǒng)的一個實例的示圖；圖16是在圖像監(jiān)控系統(tǒng)上觀察到的可接受的多晶硅膜的圖像的示意圖；圖17是在圖像監(jiān)控系統(tǒng)上觀察到的具有SPC步驟缺陷的多晶硅膜的圖像的示意圖；圖18是示出在激光處理設(shè)備附近利用光譜或成像執(zhí)行測量時如何布置單個裝置的示圖；圖19是示出在激光處理設(shè)備內(nèi)利用光譜或成像執(zhí)行測量時如何布置單個裝置的示圖；圖20是示出當(dāng)自動確定最佳激光功率時所遵循的新處理的處理流程的處理流程圖；圖21是示出如何將定量基板放置在自動輸送裝置(transport robot)上的示圖；圖22是示出在產(chǎn)品基板上最終作為產(chǎn)品的功能設(shè)備部分中被執(zhí)行測量的點的示圖；圖23是示出宏觀測量方法的示圖；圖24是示出當(dāng)在激光處理之前以低放大倍率觀察基板時得到的宏觀照片的示圖；圖25是示出當(dāng)在激光處理之前以高放大倍率觀察基板時得到的微觀照片的示圖；圖26是示出設(shè)置有利用成像的監(jiān)控裝置50和光譜分析裝置30的雙方法監(jiān)控裝置的主要部分的配置的示圖。
具體實施例方式
在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于利用催化劑制造多晶硅膜的方法的一些實例。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法的一個實例的流程圖。如圖2所示，在該實施例中，用于利用催化劑生產(chǎn)多晶硅膜的方法(CGS，連續(xù)顆粒硅法的簡稱)包括非晶硅膜形成步驟11，用于通過化學(xué)氣相生長在玻璃基板上形成非晶硅膜；SPC步驟12，用于將促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素(例如鎳)加入非晶硅膜中，然后加熱非晶硅膜以便形成從已經(jīng)加入金屬元素的區(qū)域開始延伸的結(jié)晶硅；激光處理步驟13，用于利用激光照射已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟的非晶硅膜以便在基板的整個區(qū)域上形成多晶硅膜；最佳功率檢查/抽取步驟14，用于利用已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12和隨后的激光處理步驟13的監(jiān)控基板，確定執(zhí)行激光處理的激光功率的最佳值；以及柵極絕緣膜形成步驟15，用于在激光處理步驟之后形成柵極絕緣膜。
最佳功率檢查/抽取步驟14是這樣的步驟在這樣的監(jiān)控基板上，即在激光處理步驟13中從已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的基板中抽取出來并隨后在激光處理步驟13中利用例如在10個步驟中以5mJ或10mJ增量變化的激光功率的激光照射，同時利用例如小于10mm的激光照射寬度照射的點以10mm的增量移動的監(jiān)控基板，在測量裝置上測量該監(jiān)控基板表面上那些激光照射點中的每個點處的激光功率，以便確定使強度峰高(例如，后面將描述的利用成像情況下的亮度)達(dá)到其最大值的激光功率，作為用于激光處理步驟13的最佳激光功率值。
接下來，將描述根據(jù)圖2中所示的上述流程的用于利用催化劑生產(chǎn)多晶硅膜的方法(CGS法)的一個實例。在非晶硅膜形成步驟11中，在玻璃基板上，利用化學(xué)氣相生長，形成例如50nm厚的非晶硅膜。然后，在SPC步驟12中，將促進(jìn)結(jié)晶的物質(zhì)(例如鎳)加入玻璃基板上的非晶硅膜中，然后加熱非晶硅膜以便非晶硅膜從已經(jīng)加入鎳的區(qū)域開始形成。接著，在激光處理步驟13中，對從已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的基板中抽取出的監(jiān)控基板執(zhí)行激光處理，以利用例如在10個步驟中以5mJ或10mJ增量變化的激光功率的激光進(jìn)行照射，同時利用例如小于10mm的激光照射寬度照射的點以10mm的增量移動，以便多晶硅膜形成在基板的整個區(qū)域上。然后，在最佳功率檢查/抽取步驟14中，以變化的膜質(zhì)量形成在監(jiān)控基板上的多晶硅膜在檢查裝置上被測量，以便確定最佳激光功率值。然后將這樣確定的最佳激光功率值反饋給激光處理步驟13，以便在激光處理步驟13中利用最佳激光功率的激光照射已經(jīng)隨后經(jīng)歷了SPC步驟12的基板的表面，以便多晶化在基板的整個區(qū)域上進(jìn)行，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶硅膜。
實際上，激光功率隨時間變化，因此形成在基板上的非晶硅膜的膜質(zhì)量也隨時間變化。因此，建議應(yīng)該每單批或每幾批地執(zhí)行最佳功率檢查/抽取步驟14以便控制生產(chǎn)，同時精確地控制激光功率。
如果以甚至稍稍高出最佳激光功率值的激光功率執(zhí)行激光處理，則非晶硅膜的再結(jié)晶會進(jìn)行，使其成為微晶，因而突然降低多晶硅膜的質(zhì)量。而且，由于最佳激光功率在基板的表面內(nèi)具有分布(5至10mJ的差別)，考慮到這個表面內(nèi)分布的影響，以低于最佳值大約5mJ或10mJ的激光功率執(zhí)行激光處理步驟，使得有可能長時間地生產(chǎn)出穩(wěn)定的膜。
在所討論的實例中，多晶硅膜是利用包括SPC步驟的CGS法形成的?？蛇x地，也有可能采用任何其它方法，例如執(zhí)行兩次激光處理步驟來代替SPC步驟的方法。即使當(dāng)利用這樣的其它方法時，以如上所述的相同方式，可以利用最后激光處理步驟之前的監(jiān)控基板或產(chǎn)品基板來確定最佳激光功率。
直到TFT生產(chǎn)過程的完成為止執(zhí)行的步驟如下。在如上所述的激光處理步驟13中所生產(chǎn)的多晶硅膜上，然后在柵極絕緣膜形成步驟15中，在多晶硅膜上形成例如100nm厚的柵極絕緣膜。然后，在后面未示出的步驟中，形成將作為柵電極的金屬膜，然后將金屬膜和柵極絕緣膜圖案化(patter)以便暴露出將作為源極和漏極區(qū)域的部分多晶硅膜。接著，在多晶硅膜的暴露部分中摻入摻雜劑以形成源極和漏極區(qū)域。這樣，生產(chǎn)出TFT。
在以上描述中，利用監(jiān)控基板來確定最佳激光功率。然而還有可能利用已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的工程基板(project substrate)上的不利用多晶硅膜作為產(chǎn)品的部分來確定最佳激光功率。這使得有可能在更接近產(chǎn)品基板的實際狀態(tài)的狀態(tài)下確定最佳激光功率，而不受隨著激光處理前的非晶硅膜的厚度和質(zhì)量變化的最佳激光功率的影響。而且，與處理監(jiān)控基板相比，有可能減少額外的材料和步驟，因而改進(jìn)生產(chǎn)效率。
圖3是示出代替監(jiān)控基板而在已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟的產(chǎn)品基板上被執(zhí)行激光處理以用于檢查的點的實例的示圖。在已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟的產(chǎn)品基板21上，在除了最終將起到產(chǎn)品作用的功能設(shè)備部分21之外的部分中，在本實例中為非晶硅膜中具有穩(wěn)定厚度的中間位置(或沿著邊緣)，激光功率監(jiān)控部分22被放置在數(shù)目與執(zhí)行激光處理的激光功率數(shù)目相等的點處，并以預(yù)期的激光功率照射。
圖4是示出如何基于利用圖3中所示的產(chǎn)品基板20確定的最佳激光功率，形成多晶硅膜的流程的一個實例。如圖4所示，在本實施例中，用于利用催化劑生產(chǎn)非晶硅膜的方法(CGS法)包括非晶硅膜形成步驟23，用于利用化學(xué)氣相生長而在玻璃基板上形成非晶硅膜；SPC步驟24，用于將促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素(例如鎳)加入非晶硅膜中，然后加熱非晶硅膜以便結(jié)晶硅從已經(jīng)加入金屬元素的區(qū)域開始形成；激光處理步驟25，用于利用激光照射已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟24的非晶硅膜以便多晶硅膜在基板的整個區(qū)域上形成；最佳功率檢查/抽取步驟26，用于利用已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟24和隨后的激光處理步驟25的產(chǎn)品基板20，來確定執(zhí)行激光處理的激光功率的最佳值；以及柵極絕緣膜形成步驟27，用于在激光處理步驟之后形成柵極絕緣膜。
最佳功率檢查/抽取步驟26是這樣的步驟在這樣的產(chǎn)品基板20上，即在激光處理步驟25中從已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟24的基板中抽取出來并隨后在激光處理步驟25中受到激光處理，借此產(chǎn)品基板20上的激光功率監(jiān)控部分22由例如在10個步驟中以5mJ或10mJ增量變化的激光功率的激光單獨地照射以便在激光功率監(jiān)控部分22中形成多晶硅膜的產(chǎn)品基板，在檢查裝置上測量以變化的質(zhì)量形成在激光功率監(jiān)控部分22中的多晶硅膜，以確定使強度峰高達(dá)到其最大值的激光功率，作為用于激光處理步驟25的最佳激光功率值。
接下來，將描述根據(jù)圖4中所示的上述流程的用于利用催化劑生產(chǎn)多晶硅膜的方法(CGS法)的一個實例。在非晶硅膜形成步驟23中，在玻璃基板上，利用化學(xué)氣相生長，形成例如50nm厚的非晶硅膜。然后，在SPC步驟24中，將促進(jìn)結(jié)晶的物質(zhì)(例如鎳)加入玻璃基板上的非晶硅膜中，然后加熱非晶硅膜以便結(jié)晶硅從已經(jīng)加入鎳的區(qū)域開始形成。接著，在激光處理步驟25中，執(zhí)行激光處理，借此產(chǎn)品基板20上的激光功率監(jiān)控部分22由例如在10個步驟中以5mJ或10mJ增量變化的激光功率的激光單獨地照射，以便在激光功率監(jiān)控部分22中形成多晶硅膜。然后，在最佳功率檢查/抽取步驟26中，在檢查裝置上測量以變化的膜質(zhì)量形成在激光功率監(jiān)控部分22中的多晶硅膜，以確定最佳激光功率值。然后將如此確定的最佳激光功率值反饋給激光處理步驟25，以便在激光處理步驟25中利用最佳激光功率的激光照射已隨后經(jīng)歷了SPC步驟24的產(chǎn)品基板20的表面，以便多晶化在基板的整個區(qū)域上進(jìn)行，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶硅膜。
實際的激光功率隨時間變化，因此形成在基板上的非晶硅膜的膜質(zhì)量也隨時間變化。因此建議應(yīng)該每單批或每幾批地執(zhí)行最佳功率檢查/抽取步驟26以控制生產(chǎn)，同時精確地控制激光功率。
如果以甚至稍稍高出最佳激光功率值的激光功率執(zhí)行激光處理，則非晶硅膜的再結(jié)晶會進(jìn)行，使其成為微晶，因而會突然降低多晶硅膜的質(zhì)量。而且，由于最佳激光功率在基板的表面內(nèi)具有分布(5至10mJ的差別)，考慮到這個表面內(nèi)分布的影響，以低于最佳值大約5mJ或10mJ的激光功率執(zhí)行激光處理步驟，使得有可能長時間地生產(chǎn)出穩(wěn)定的薄膜。
在所討論的實例中，利用包括SPC步驟24的CGS法來形成多晶硅膜?？蛇x地，還有可能采用任何其它方法，例如執(zhí)行兩次激光處理步驟來代替SPC步驟的方法。即使當(dāng)利用這樣的其它方法時，以如上所述的相同方式，可以利用最后激光處理步驟之前的監(jiān)控基板或產(chǎn)品基板來確定最佳激光功率。
接下來，將把描述的重點放在用于在圖2中所示的最佳功率檢查/抽取步驟14中確定最佳激光功率值的方法上。
圖5示出利用作為光譜的一個例子的拉曼光譜獲得的測量結(jié)果。圖5中被標(biāo)為LPS的光譜代表利用通過常規(guī)處理生產(chǎn)的監(jiān)控基板所獲得的測量結(jié)果，其中通過常規(guī)處理，在僅經(jīng)歷過非晶硅膜步驟1的基板(即通過圖1中所示的流程處理的監(jiān)控基板)上，以不同的激光功率在不同的點處執(zhí)行激光處理。圖5中被標(biāo)為CGS的光譜代表利用根據(jù)本發(fā)明的新處理生產(chǎn)的監(jiān)控基板獲得的測量結(jié)果，其中通過根據(jù)本發(fā)明的新處理，在還經(jīng)歷過SPC步驟12的基板(通過圖2中所示的流程處理的監(jiān)控基板)上，以不同的激光功率在不同的點處執(zhí)行激光處理。
如圖5所示，通過常規(guī)處理獲得的LPS光譜具有兩個或三個峰，其中第一個峰具有最接近最佳激光功率值的值，使得有可能確定最佳激光功率。相反，利用新處理獲得的CGS光譜具有多個峰，使得在測量變化中難以識別峰，沒有辦法像通過常規(guī)處理獲得的LPS光譜那樣有可能清楚地確定最佳激光功率值。
不能確定最佳激光功率值的原因如下拉曼光譜包括對光量中微小變化的測量，因而遭受測量變化之苦。因而，尤其是在利用激光處理的結(jié)晶過程中粒度增加時，在多晶硅膜中沿著晶界以增大晶粒的方式生長的突起擴大，增大了多晶硅膜的表面不規(guī)則度(表面粗糙度)。這會增加測量變化。
如上所述，拉曼光譜受測量變化之苦，因而需要計算在每個測量點處測量的10個測量結(jié)果的平均值作為測量值，從而導(dǎo)致較長的測量時間。
接下來，將描基于與上述的拉曼光譜不同的光譜的監(jiān)控的一個實例。圖6是示出基于與拉曼光譜不同的光譜的監(jiān)控的原理的示圖。
圖6中所示的光譜分析裝置30設(shè)置有發(fā)光的光源盒31；接收反射光的分光鏡32；傳輸光的光發(fā)射與光接收光纖33；以及向/從大致與其垂直的基板照射/接收光的頭部34。光發(fā)射與光接收光纖33的一端被束在一起并被連接到頭部34上。
圖7示出圖6中所示的頭部34的末端的放大視圖，并且圖6示出圖6中所示的頭部34末端的光纖的布置。在頭部34的末端，光接收光纖33布置在中央的光接收頭34a中，并且在其周圍，光發(fā)射光纖33(在本實施例中示出了六根光發(fā)射光纖)以相等的間隔角布置在光發(fā)射頭34b中。
當(dāng)光照射到大致與之垂直的基板36上并且光發(fā)射部被布置在如上所述的測量點周界的正上方時，即使被測量基板的晶體結(jié)構(gòu)是各向異性的，在測量系統(tǒng)被對準(zhǔn)的方向上也不會發(fā)生測量誤差，并且即使在基板中有彎曲，如大尺寸基板的情況，因而在測量點處存在偏離垂直方向的角偏差中的變化，也能將誤差最小化以獲得精確的測量結(jié)果。
盡管以上描述涉及反射型構(gòu)造的一個實例，但是在基板36和形成在基板上的膜35由諸如玻璃的透光材料制成的情況下，還有可能采用透射型構(gòu)造。然而反射型構(gòu)造允許將頭部和光纖集成在一起，因而允許易于對準(zhǔn)與緊湊布置相結(jié)合。
下面將描述在圖6、7和8中所示的光譜分析裝置30上執(zhí)行的測量的原理。從光源盒31發(fā)出的光通過光發(fā)射光纖33，然后從光發(fā)射頭34b射出以便照射與其大致垂直的基板表面。已經(jīng)照射基板的光在基板表面上被反射，進(jìn)入光接收頭34a中，并穿過光接收光纖33以便由分光鏡32利用光譜法進(jìn)行分析，因而得到反射光的反射率的波長分布曲線?；谠摐y量結(jié)果，來分析基板上的膜35的結(jié)晶度。
優(yōu)選地，如在利用后面描述的成像的檢查中，提供一種檢查基板上的膜35的圖案以評價激光功率是過量還是不足的成像相機37。例如，可將成像相機37共享為例如設(shè)置在大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備中的相機以觀察基板上用于定位目的的標(biāo)記。這有助于減小成本和安裝空間。
圖6中所示的光譜分析裝置30可與光纖33連同延伸到測量點的頭部34緊湊地安裝以執(zhí)行測量?？蓪⑵洳⑷氲郊す馓幚碓O(shè)備中，例如位于接收/輸送部與其清潔裝置之間的位置。
而且，有可能選擇與在激光處理中利用的激光波長不同的光譜分析波長。因而，通過利用可見光譜區(qū)域的波長范圍內(nèi)的光即400nm和更高波長的光，作為分析光，有可能例如在激光處理設(shè)備內(nèi)執(zhí)行激光處理(例如利用308nm波長的XeCl激光)時，實時并瞬時地來精確地檢查已經(jīng)經(jīng)歷過激光處理的部分中的膜質(zhì)量。因而，甚至有可能執(zhí)行利用激光照射的基板的大規(guī)模生產(chǎn)處理，同時在監(jiān)控部分和激光處理部分之間的小間隙(例如50nm)執(zhí)行原地激光監(jiān)控，以便控制激光功率使其保持在最佳值。事實上，在此，測量波長與在激光處理中所利用的激光的波長范圍不同，因此有可能執(zhí)行原地監(jiān)控。
在該測量中所利用的光譜分析裝置30的實例包括具有集成在一起的光發(fā)射頭和光接收頭的光譜分析裝置，例如由Filmmetrics制造并由Matshushita Intertechno有限公司經(jīng)銷的型號F20；具有分離的光發(fā)射頭和光接收頭的光譜分析裝置，例如由Omron制造的型號Z5FM；允許線性批量檢查和在用視覺進(jìn)行評價時允許有效測量評價處理的光譜分析裝置，例如由Kawatetsu Technoreserch制造的型號ImSpecteror?？梢岳萌魏纹渌愋偷难b置作為替代。然而，對于自動檢測和評價，有必要準(zhǔn)備與后述相類似的評價系統(tǒng)程序。
圖9示出在Filmmetrics的型號F20上實際測量的光譜特性的一個實例，其中型號F20以和圖6中所示的光譜分析裝置30相同的原理進(jìn)行工作，利用使通過遵循圖1中所示的流程的常規(guī)處理生產(chǎn)的監(jiān)控基板上的非晶硅膜結(jié)晶而獲得的多晶硅薄膜，同時激光功率從260mJ/cm2到450mJ/cm2變化。
在此示出的是當(dāng)激光功率在多個階段中升高時光譜特性輪廓如何變化。在此所示的所有光譜中，以360mJ/cm2到370mJ/cm2的激光功率獲得的并且在亞峰處具有最大值和最小值的光譜40，是處于最佳結(jié)晶狀態(tài)下的多晶硅膜的光譜。在該實例的激光功率范圍內(nèi)，最小值和最大值在稍稍高于400nm的波長處具有最小值，在大約600nm的波長處具有最大值的峰值，顯示出比較緩和傾斜的輪廓。當(dāng)激光功率從最低激光功率(光譜38)即260mJ/cm2增加時，最大值出現(xiàn)在大約480nm，最小值的亞峰出現(xiàn)在大約520nm。這個趨勢逐漸變得明顯，直到在360mJ/cm2到370mJ/cm2的激光功率之上，即最佳結(jié)晶狀態(tài)(光譜40)的激光功率之上，亞峰值變得越來越不明顯直到消失。因而，通過比較光譜輪廓得到的視覺評價，有可能確定最佳激光功率(在該通過比較的評價中，可以忽略由來自光源的光量的變化而產(chǎn)生的輪廓偏移)。
然而，考慮到由來自光源的光量的降低而產(chǎn)生的所測量的光譜輪廓的變化，光譜傳感器的特性變化以及其它因素，為了允許長時間地自動測量/評價大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品中的結(jié)晶，優(yōu)選地，設(shè)置可被校準(zhǔn)的定量值。
上述定量值可被設(shè)置為的值的實例包括1)反射強度的最大值(例如，圖9中所示的比500nm稍高的波長附近的最大值)；2)凹陷部分的深度(參見圖10)；3)凹陷部分的半高全寬(參見圖10)；4)凹陷部分的區(qū)域(由如圖11所示的切線和測量曲線包圍的區(qū)域)；同樣地，5)高度、半高全寬或者在稍低于500nm的波長處的升高部分的區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明實際進(jìn)行的研究中，被確認(rèn)的是，上述第4)項，即凹陷部分區(qū)域的最大值具有與最佳結(jié)晶狀態(tài)偏離最小的誤差，因而可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
圖12示出在Filmmetrics的型號F20上實際測量的光譜特性的一個實例，其中型號F20以和圖6中所示的光譜分析裝置30相同的原理進(jìn)行工作，利用使通過遵循圖2中所示的流程的新處理生產(chǎn)的已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的非晶硅膜結(jié)晶而獲得的多晶硅薄膜，同時激光功率從280mJ/cm2到320mJ/cm2變化。在如圖12所示的光譜中，波長500nm附近的趨勢與圖9中所示的光譜(即，利用由常規(guī)處理生產(chǎn)的多晶硅膜測量的光譜)表現(xiàn)出的相類似，因而允許確定最佳激光功率。
通過遵循圖2中所示的流程的新處理生產(chǎn)的多晶硅膜的光譜特性與通過遵循圖1中所示的流程的常規(guī)處理生產(chǎn)的多晶硅膜的光譜特性的不同在于，在圖12中在750nm波長處形成凹陷部分(最小值)?？梢詫⑸鲜龃_定定量值的方法應(yīng)用到750nm波長附近的光譜的該變化中來設(shè)定定量值。
如果對已由SPC步驟不完善處理過的基板進(jìn)行該測量，則在大約700nm到800nm的波長范圍內(nèi)對其進(jìn)行分析，會揭示出其表現(xiàn)出不同于可接受的基板的光譜的光譜。這使得有可能自動識別這種有缺陷的基板，因為它不允許確定最佳激光功率。因而，有可能快速檢測SPC步驟的缺陷，從而降低如果有缺陷的基板被繼續(xù)饋送給后續(xù)步驟直到檢測出SPC步驟的缺陷為止將會造成的生產(chǎn)損失。
接下來，將描述作為用于在最佳功率檢查/抽取步驟14中確定最佳激光功率值的一種方法的成像的實例。圖13示出利用成像的監(jiān)控裝置。
圖13中所示的利用成像的監(jiān)控裝置50具有放大圖像的放大透鏡51；前部設(shè)置有放大透鏡51的相機52；用光照射基板表面的LED 53；以及具有布置在平行于基板表面的正方形中的LED 53的照明部件54。
下面將描述由圖13中所示的利用成像的監(jiān)控裝置50執(zhí)行的測量的原理。從LED 53發(fā)出的光由照明部件54從其周界均勻地照射到基板55上的測量點上。已經(jīng)照射了基板的光從基板表面被反射，然后穿過布置在與其大致垂直的基板表面的上方的放大透鏡51，然后由相機52轉(zhuǎn)換成圖像?；趫D像中的預(yù)定視場中的亮度和明線數(shù)量，確定最佳激光功率值以便亮度的峰值與最佳激光功率相一致。
當(dāng)獲取來自與基板55的表面垂直的方向的圖像時，相機52能夠正確地評價結(jié)晶度，因此，在該實例中，把由Tokyo Denshi Kogyo制造的型號CS8320與由Moritechs制造的作為放大透鏡51的型號MTE-55結(jié)合使用。由于具有13mm×9.75mm的有效視場，所以這些允許相對于幾微米量級的晶核的寬視場中的測量，因而允許具有最小誤差的測量，而不受測量裝置中的定位誤差等的影響。
當(dāng)利用單色相機等執(zhí)行評價時，優(yōu)選的是利用白光作為照明光，因為這使關(guān)于結(jié)晶度的圖像的亮度更顯著，并且被照明的點需要被布置在相對于測量點的固定位置上。而且，從與基板55的表面傾斜的方向照明基板55的表面使得有可能反映由于結(jié)晶度而引起的表面突起，因而使得穩(wěn)定的評價成為可能。從大約30°到60°的范圍內(nèi)的照明角度，優(yōu)選為大約45°，允許特別精確和穩(wěn)定的測量。當(dāng)如圖13所示布置LED52時，照明角度在上述范圍內(nèi)輕微變化，然而通過利用由Moritechs制造的型號KDBWQ360C(與由Nichia Kagaku Kogyo制造的白色LED)，有可能令人滿意地執(zhí)行結(jié)晶評價。
圖14示出在通過圖2中所示的新處理流程生產(chǎn)的直到SPC步驟12的監(jiān)控基板上執(zhí)行激光處理所獲得的多晶硅膜上執(zhí)行的平均亮度和明線數(shù)量的基于成像的測量的結(jié)果，其中激光功率從370mJ/cm2到440mJ/cm2變化。最佳激光功率值落在位于最大值的370mJ/cm2到380mJ/cm2的激光功率值之間。因而，同樣基于亮度的基于成像的測量結(jié)果，有可能評價并確定最佳激光功率。
如果激光功率變得甚至比執(zhí)行激光處理的最佳激光功率值還稍高，則非晶硅膜的再結(jié)晶會進(jìn)行，使其成為微晶，因而突然降低多晶硅膜的性能和質(zhì)量。而且，由于最佳激光功率在基板的表面內(nèi)具有分布(5至10mJ的差別)，考慮到這個表面內(nèi)分布的影響，以低于最佳值大約5mJ或10mJ的激光功率執(zhí)行激光處理步驟，使得有可能長時間地生產(chǎn)出穩(wěn)定的膜。例如，當(dāng)在圖14中檢測出最佳激光功率B時，將處理激光功率C設(shè)置為用于執(zhí)行激光功率步驟13的激光功率。
接下來，將描述利用圖14中所示的成像測量的明線。圖16是在利用小于基板表面的激光照射寬度執(zhí)行激光處理時產(chǎn)生的條紋圖案的示意圖。測量該條紋圖案作為圖14中所示的明線的數(shù)量，并且只有當(dāng)激光功率高于最佳值時，明線的數(shù)量才會顯著增加。因而，明線的測量結(jié)果也可用于評價最佳激光功率。然而應(yīng)該注意的是，條紋的數(shù)量隨著照明亮度、用于自動計數(shù)的自動圖像處理軟件、激光發(fā)射、基板處理過程和其它因素而變化，因此條紋的絕對數(shù)量并不像其存在本身那樣有意義。為了使它們的數(shù)量有意義，有必要設(shè)計一種參考系統(tǒng)。
通過使用在以最佳激光功率執(zhí)行激光處理時測量的亮度值作為參考，并通過將該參考值與利用新生產(chǎn)的產(chǎn)品基板測量的亮度進(jìn)行比較，有可能評價實際激光功率相對于最佳激光功率是過低還是過高。
這個利用成像的監(jiān)控裝置50也可與從裝置的主部件延伸到測量點的光纖緊湊地安裝，以執(zhí)行測量。可將其并入到激光處理設(shè)備中，例如位于入口/出口部和清潔裝置之間的位置。
利用與拉曼光譜不同的光譜或利用成像的上述測量，允許當(dāng)在給定一組條件下只執(zhí)行一次時就可以獲取足夠的數(shù)據(jù)，因而與需要在給定一組條件下執(zhí)行多次的拉曼光譜相比，有助于減少測量時間。
圖13中所示的利用成像的監(jiān)控裝置50可與圖6中所示的利用光譜的監(jiān)控裝置、檢測激光功率過量的方法(用于評價和確定最佳激光功率的上述方法)、硬件(光源等)、和(用于數(shù)據(jù)處理和顯示的)軟件共享。因而，監(jiān)控裝置50可以做得緊湊，并方便在線檢查。在最佳功率檢查/抽取步驟14中，可以在既利用成像又利用光譜的監(jiān)控裝置上檢查監(jiān)控基板和產(chǎn)品基板，如后面將會詳述的那樣。
上述圖13中所示的利用成像的光譜分析裝置50，可以用作用于在最佳功率檢查/抽取步驟14中檢查異物和SPC步驟缺陷的圖像監(jiān)控器。這使得有可能快速檢測異物或SPC步驟缺陷，從而降低生產(chǎn)損失。圖像監(jiān)控器可以分享圖13中所示的相機52，以便緊湊且便宜地布置；也可將其單獨地設(shè)置。
圖15示出用于檢測異物或SPC步驟缺陷的圖像監(jiān)控系統(tǒng)的一個實例。圖像監(jiān)控系統(tǒng)56包括設(shè)置有5×物鏡的Olympus制造的顯微鏡58；將顯微鏡的圖像轉(zhuǎn)化成圖像的由Tokyo Denshi Kogyo制造的型號為CS8420的相機57；將光照射至基板表面的環(huán)形熒光燈60；以及具有與基板表面平行布置的熒光燈60的照明部件59。
在圖像監(jiān)控系統(tǒng)56中，從熒光燈60發(fā)出的光由照明部件59從其周界均勻地照射到基板61上的測量點上。已經(jīng)照射過基板的光從基板表面被反射，然后穿過布置在大致與其垂直的基板表面上方的顯微鏡58，然后由相機57轉(zhuǎn)化成圖像。通過觀察該圖像，有可能檢測異物和SPC步驟的缺陷。
作為當(dāng)利用圖像監(jiān)控器測量通過圖2中所示的流程生產(chǎn)的并且已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的多晶硅膜時獲得的測量結(jié)果的一個實例，圖16示出利用可接受的產(chǎn)品獲得的圖像的示意圖，圖17示出SPC步驟缺陷的圖像的示意圖。然而，利用可接受的產(chǎn)品，可觀察到由激光處理照射形成的條紋圖案，利用受SPC步驟缺陷影響的產(chǎn)品，可觀察到可歸于不均勻的SPC步驟處理的網(wǎng)狀圖案。
接下來，將描述增加將最佳激光功率反饋給激光處理設(shè)備的反饋速度的方法。這可通過在激光處理設(shè)備附近執(zhí)行利用光譜或成像的測量來實現(xiàn)，并且尤其在監(jiān)控基板與大規(guī)模生產(chǎn)基板(即產(chǎn)品基板)完全相同的情況下具有很大的效果，允許大規(guī)模生產(chǎn)的激光處理在測量之后快速執(zhí)行，并允許激光光源與時間相關(guān)的不穩(wěn)定性得到補償。這最終使得有可能增強和穩(wěn)定多晶硅膜的性能。圖18示出如何在激光處理設(shè)備附近執(zhí)行利用光譜的測量的實例。
如圖18所示，為了清潔基板，在激光處理設(shè)備71和接收/清潔裝置72之間，在激光處理設(shè)備71的前方安裝了基板自動輸送裝置73。在基板自動輸送裝置73一側(cè)的激光處理設(shè)備71的入口/出口71a附近的空間中，例如在利用圖6中所示的基于光譜的方法的情況下，布置有測量頭34，以及從主部件延伸的光纖。測量頭可以是用于基于成像的方法。
通過測量基板自動輸送裝置73上的基板75，有可能在期望的點處執(zhí)行測量，同時從一個模型(model)到另一個模型自由地改變測量點。
可選地，如圖19所示，在激光處理設(shè)備71內(nèi)，例如在利用圖6中所示的基于光譜的方法的情況下，可布置頭部34，以及從主部件延伸的光纖。這允許以不需要輸送一次基板然后將它們接收回去的方式執(zhí)行測量，因而有助于節(jié)省時間。然而在此情況下，有必要選擇可以不受激光處理設(shè)備71的激光波長的影響而被分析的波長的激光，或者有必要放置隔絕激光處理設(shè)備71的激光波長的過濾器，或者有必要將光屏蔽部件75布置在頭部34的周圍。
下面將描述更穩(wěn)定地生產(chǎn)多晶硅膜的方法。在最佳功率檢查/抽取步驟中，可取的是利用這樣的檢查裝置，其既設(shè)置有用于檢查產(chǎn)品基板的功能，又設(shè)置有從通過圖6中所示的基于光譜的系統(tǒng)、圖13中所示的基于成像的系統(tǒng)等系統(tǒng)獲得的激光功率檢查結(jié)果中自動評價和確定最佳激光功率，然后自動將其饋送給激光處理設(shè)備71的功能。這使得檢查裝置緊湊，另外有助于消除在以下時刻可能發(fā)生的人為錯誤如常規(guī)作業(yè)那樣，人們從測量的光譜中讀取最佳激光功率的結(jié)果，以設(shè)置在安裝有多個激光處理設(shè)備71的情況下，或者在需要不同最佳激光功率的不同模型在相同線路上混合處理的情況下執(zhí)行激光處理的激光功率。而且，執(zhí)行激光處理的最佳激光功率的自動設(shè)置可以確保有效地反映最佳激光功率。
例如，利用如下所述的既設(shè)置有基于成像又設(shè)置有基于光譜的檢查功能的雙方法監(jiān)控裝置。圖26是示出設(shè)置有利用成像的監(jiān)控裝置50和光譜分析裝置30的雙方法監(jiān)控裝置的主要部分的配置的示圖。如圖26所示，雙方法監(jiān)控裝置110具有光譜分析裝置30和利用成像的監(jiān)控裝置50。
利用成像的監(jiān)控裝置50除了已經(jīng)提到的部件，即放大接收到的光的放大透鏡51、將接收到的光轉(zhuǎn)化成圖像數(shù)據(jù)的相機52、LED 53和照明部件54之外，還具有處理部50a，其控制整個裝置，并在從光譜分析裝置30饋送的光譜數(shù)據(jù)和從相機52讀取的圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、量化和圖形表示；存儲部50e，其存儲作為對照以基于由處理部50a執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的結(jié)果來評價和確定用于激光處理設(shè)備71的最佳激光功率值的評價條件，各種控制程序，與光譜和成像有關(guān)的數(shù)據(jù)處理程序，以及各種類型的數(shù)據(jù)；評價部50b，其基于由處理部50a執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的結(jié)果來評價和確定用于激光處理設(shè)備71的最佳激光功率值，是否存在SPC步驟缺陷或者基板上的異物，等等；操作/顯示部50d，其顯示由處理部50a執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，由評價部50b評價和確定的最佳激光功率值等，并且接受輸入到雙方法監(jiān)控裝置110中的操作輸入；以及發(fā)送部50c，其建立用于與外部裝置通信的與外部裝置的連接，并把由評價部50b評價和確定的用于激光處理設(shè)備71的最佳激光功率值饋送給外部裝置(例如，激光處理設(shè)備71)?？蛇x地，可使用利用成像的單獨構(gòu)建的監(jiān)控裝置50或者光譜分析裝置30，以便評價部50b基于處理部50a的數(shù)據(jù)處理的結(jié)果而評價和確定的用于激光處理設(shè)備71的最佳激光功率值，從發(fā)送部50c被饋送給外部裝置(例如，激光處理設(shè)備71)。代替設(shè)置在監(jiān)控裝置50中的放大透鏡51、相機52、LED 53和照明部件54，可使用前述的圖15中所示的設(shè)置在圖像監(jiān)控系統(tǒng)56中的顯微鏡58、相機57、熒光燈60和照明部件59。
而且，如圖20中的流程圖所示，通過利用已在激光處理步驟78中在不同點處經(jīng)歷過不同激光功率的激光處理的監(jiān)控基板，在最佳功率檢查/抽取步驟79中，基于利用光譜測量的結(jié)果自動地評價和確定最佳激光功率值，并將因而確定的最佳激光功率值自動地饋送給用于執(zhí)行激光處理步驟78的激光處理設(shè)備71。在激光處理步驟78中，激光處理設(shè)備71通過利用接收到的最佳激光功率值，在產(chǎn)品基板上執(zhí)行激光處理以生產(chǎn)多晶硅膜。接著，在最佳功率檢查/抽取步驟79中，檢查已經(jīng)經(jīng)歷過激光處理步驟78的產(chǎn)品基板，以尋找多晶硅膜中的異物和缺陷。將檢查結(jié)果反饋給生產(chǎn)處理。
與拉曼光譜相比，如圖6所示的基于光譜的系統(tǒng)和如圖13所示的基于成像的系統(tǒng)允許連續(xù)地穩(wěn)定測量。盡管這樣，優(yōu)選的是對照例如布置在系統(tǒng)中用于校準(zhǔn)測量值的參考樣品，來校準(zhǔn)測量值。在此情況下，將參考等放置在基板測量臺上，消除了對用于裝載和卸載額外參考等的機構(gòu)的需要，還有助于減小測量周期。
生產(chǎn)過程等中的變化可能會導(dǎo)致作為測量定量值的特性值的很大的變化，使得不可能獲得測量增益或造成其它不便。為了避免這種情況，可以準(zhǔn)備多個參考以便為不同的處理和不同的模型提供不同的標(biāo)準(zhǔn)以改進(jìn)測量精確度?？蛇x地，可為不同條件結(jié)合輔助參考來準(zhǔn)備基本參考，以便將后者用作測量之前的校準(zhǔn)基板，并將前者用作用于檢查燈亮度與時間有關(guān)的變化的輔助，并在燈燒壞時暫時用作用于基本校準(zhǔn)的參考。
例如，如圖21所示，用于檢查與生產(chǎn)過程無關(guān)的絕對量的、由諸如硅基板片段(為緊湊而被分為片段)的抗氧化材料制成的絕對檢查參考基板82，或者用于校準(zhǔn)生產(chǎn)處理特定的產(chǎn)品基板片段(為緊湊而被分為片段)的測量值的、用于單一處理或多個處理的參考基板83，被放置在用于將基板84放置在基板自動輸送裝置81上的載物臺81a上，通過將片段一個接一個恰當(dāng)?shù)匾苿拥綔y量頭85的下方來執(zhí)行校準(zhǔn)。
利用這種構(gòu)造，有可能在檢查和基板輸送之間的空閑時刻有效地執(zhí)行校準(zhǔn)(諸如對照明亮度的校準(zhǔn))，不再需要提供用于輸送參考材料的機構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)選的是，放置用于絕對量的校準(zhǔn)基板和標(biāo)準(zhǔn)處理特定的校準(zhǔn)基板。對于絕對值，選擇并放置在環(huán)境的影響下表現(xiàn)出很小測量變化(諸如氧化)的材料。然而，如果測量值大大偏離利用大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品獲得的測量值，則不能獲得測量增益(例如，在一些情況下，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品或處理條件過程降低亮度，使得難以評價結(jié)晶)，導(dǎo)致降低的測量精確度。因而，優(yōu)選的是同時取決于大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品的材料和處理過程來放置處理特定的標(biāo)準(zhǔn)。
在大規(guī)模生產(chǎn)的基板中，最佳激光功率具有可歸于單個基板的厚度和厚度分布的表面內(nèi)分布。例如，即使在多個激光處理設(shè)備中，諸如透鏡的光學(xué)組件的變化和調(diào)節(jié)中的輕微差別，也會產(chǎn)生最佳激光功率的分布。通過利用如圖6所示的基于光譜的系統(tǒng)或如圖13所示的基于成像的系統(tǒng)，在大規(guī)模生產(chǎn)的基板上執(zhí)行多點測量，有可能掌握關(guān)于不同組的生產(chǎn)條件和不同的激光處理設(shè)備的趨勢等，從而例如通過減少對由于激光處理設(shè)備內(nèi)的透鏡破裂或者被異物污染而產(chǎn)生的事故(局部缺陷)的檢查遺漏或者通過在早期將其檢查到，來改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量并最優(yōu)化維護(hù)所需的時間，以便穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
例如，如圖22所示，可以通過在基板91上最終將會作為產(chǎn)品的功能設(shè)備部分92中設(shè)置多個測量點93，然后利用如圖6所示的基于光譜的系統(tǒng)或如圖13所示的基于成像的系統(tǒng)執(zhí)行測量，來實現(xiàn)最佳激光功率的多點測量。在此，基本上優(yōu)選的是，測量點應(yīng)該以相等的間隔設(shè)置。然而即使當(dāng)載物臺由均勻材料制成并具有均勻的顏色時，如果在基板下存在有用于通過吸住來保持基板的幾毫米或更小深度的小凹進(jìn)或者支撐銷時，則這會導(dǎo)致測量值的變化。因而，在存在這種凹進(jìn)等的情況下，測量點可能會稍稍偏離均勻間隔的點。這使得有可能以高精確度執(zhí)行測量并掌握表面內(nèi)分布。
通過適當(dāng)?shù)乜刂瞥霈F(xiàn)在所涉及步驟中的許多不同因素，例如所形成膜的厚度、膜的質(zhì)量、處理溫度的歷史、SPC步驟中的催化劑的擴散率等，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)出多晶硅膜。根據(jù)圖2中所示的處理流程生產(chǎn)的多晶硅膜可以通過評價兩個因素，也就是在激光處理之前非晶硅膜與多晶硅膜的比例(區(qū)域比例)和在利用光譜或成像的檢查裝置上測量的激光功率，加上在檢查裝置上測量的激光功率的表面內(nèi)分布，而以最受控和穩(wěn)定的方式進(jìn)行生產(chǎn)。例如，在最佳功率檢查/抽取步驟中，檢查在激光處理之前非晶硅膜與多晶硅膜的比例(區(qū)域比例)，并防止在該檢查中已經(jīng)超出規(guī)定的固定范圍的任何基板被饋送給后續(xù)步驟。這樣，有可能將多晶硅膜的特性保持在固定范圍內(nèi)。盡管隨著生產(chǎn)過程和激光功率中的變化、照明光學(xué)系統(tǒng)和照明中與時間有關(guān)的變化、以及不同圖像處理軟件程序之間的差別而變化，但是當(dāng)激光處理之前的非晶的量為5％到30％時，有可能獲得包含具有令人滿意的特性的多晶硅膜的膜。
當(dāng)檢查激光處理之前非晶硅膜與多晶硅膜的比例時，除了為了精確的區(qū)域比例測量等而在局部執(zhí)行的微觀檢查之外，還可以執(zhí)行用于檢查整個基板范圍的膜的不均勻等的宏觀檢查，以確保生產(chǎn)在使多晶硅膜的特性保持在固定范圍內(nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行。
參考圖23，下面將描述宏觀檢查和微觀檢查?；?02由帶藍(lán)色的照明103從其底面被照射以便非晶硅膜和多晶硅膜很容易區(qū)分。通過設(shè)置有放大透鏡的相機(線傳感器)101，圖像被拍攝以用于檢查，同時沿水平方向(由圖23中的箭頭所示的方向)線性移動基板102。圖24示出以低放大倍率獲得的宏觀照片，圖25示出以高放大倍率獲得的微觀照片的一個實例。在圖24中，黑色部分是用于將基板保持在適當(dāng)位置上的固定裝置104，基板被放于其上的載物臺的載物臺框105，以及用于穩(wěn)定地保持基板平行的基板支承銷103(其被連接并固定至未示出的玻璃載物臺)。
通過在最佳功率檢查/抽取步驟中在激光處理之后，執(zhí)行非晶硅膜和多晶硅膜的辨別檢查，有可能快速檢測例如在SPC步驟中催化劑的擴散(分布)的異常和激光光學(xué)系統(tǒng)中的異常。因而，與在完成基板設(shè)備的形成之后或者在完成諸如液晶的產(chǎn)品的制造之后的顯示檢查時的階段才檢測特性等的異常相比，有可能在較早的階段檢測到異常并采取對策。當(dāng)多晶硅膜的量是總量的95％到100％時，有可能獲得具有令人滿意的特性的膜。
而且，通過比較激光處理之前非晶硅膜和多晶硅膜的辨別檢查數(shù)據(jù)，有可能識別缺陷的原因，從而有效降低大規(guī)模生產(chǎn)的損失。
工業(yè)適用性本發(fā)明是一種允許用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法穩(wěn)定地生產(chǎn)出高質(zhì)量的多晶硅膜的極其有用的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法，所述方法包括膜形成步驟，用于在基板上形成非晶硅膜；預(yù)處理步驟，其以一個或多個步驟執(zhí)行，用于將所述非晶硅膜改性以預(yù)備將所述非晶硅膜制成多晶；以及激光處理步驟，用于在通過所述預(yù)處理步驟改性的所述非晶硅膜上執(zhí)行激光處理來生產(chǎn)多晶硅膜，其中，所述方法還包括激光功率檢查/抽取步驟，用于基于在已經(jīng)經(jīng)歷過所述預(yù)處理步驟的所述非晶硅膜的預(yù)定區(qū)域上執(zhí)行的預(yù)定檢查來確定激光功率，并且其中，所述激光處理步驟使用在所述激光功率檢查/抽取步驟中確定的所述激光功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟通過使用光譜的檢查，來確定所述激光功率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，以700nm至800nm的測量波長來測量光譜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟通過使用成像的檢查來確定所述激光功率，通過所述成像，光被照射到測量點以檢測通過對準(zhǔn)所述測量點而獲取的圖像。
5.如權(quán)利要求要求4所述的方法，其中，使用所述成像的檢查對異物的存在或薄膜質(zhì)量中的異常進(jìn)行檢查。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，其中，采用從測量點周圍照射在所述測量點上的測量光來執(zhí)行使用光譜或成像的所述檢查。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟在所述激光處理步驟中執(zhí)行所述激光處理的激光處理設(shè)備的附近執(zhí)行檢查。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟檢查所述基板上的膜表面。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟通過使用既設(shè)置有用于檢查所述多晶硅膜的檢查功能又設(shè)置有用于確定所述激光功率的檢查功能的設(shè)備來執(zhí)行檢查。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟設(shè)置作為對照來評價測量結(jié)果的測量定量值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過使用其上放置有校準(zhǔn)基板并設(shè)置有用于執(zhí)行校準(zhǔn)的功能的設(shè)備來確定所述測量定量值。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟通過使用既設(shè)置有用于檢查所述多晶硅膜的功能又設(shè)置有用于自動確定最佳激光功率值并自動地將所述自動確定的最佳激光功率值饋送給激光處理設(shè)備的功能的設(shè)備來執(zhí)行檢查。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光處理步驟使用比在所述激光功率檢查/抽取步驟中確定的最佳激光功率值低5mJ或10mJ的激光功率。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟在所述多晶硅膜上執(zhí)行多點測量檢查。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟在所述激光處理之前，檢查所述基板上的膜以發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟在所述激光處理之后，檢查所述基板上的膜以發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光功率檢查/抽取步驟在所述激光處理之前和之后，檢查所述基板上的膜以發(fā)現(xiàn)非晶硅膜與多晶硅膜的比例。
18.一種用于檢查半導(dǎo)體的裝置，所述裝置包括發(fā)光部，其發(fā)射光；照明部件，其反射所述光以將所述光引導(dǎo)至預(yù)定基板；放大部，其接收從所述預(yù)定基板反射的所述光并放大所述光；相機部，其將所述放大部放大的所述光轉(zhuǎn)化成圖像數(shù)據(jù)；處理部，其從所述相機部讀取所述圖像數(shù)據(jù)并在所述圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行預(yù)定數(shù)據(jù)處理；存儲部，其存儲作為對照來評價所述預(yù)定數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以確定預(yù)定值的評價條件；評價部，其對照所述評價條件來評價所述預(yù)定數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以確定所述預(yù)定值；以及發(fā)送部，其建立用于與外部裝置進(jìn)行通信的連接并將所述預(yù)定值發(fā)送給所述外部裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述照明部件將所述光引導(dǎo)至所述預(yù)定基板以便所述光以30度至60度的角度照在所述預(yù)定基板上。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，還包括光譜裝置，所述光譜裝置將可見光譜區(qū)域內(nèi)的多個不同波長的光照射到所述預(yù)定基板上，然后接收從所述預(yù)定基板反射的所述光以獲取光譜數(shù)據(jù)，然后將所述光譜數(shù)據(jù)饋送給所述處理部，其中，所述處理部將所述光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同波長的反射光的光強分布數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，當(dāng)非晶硅膜或多晶硅膜被形成在所述基板上時，所述不同波長為從700nm到800nm。
22.如權(quán)利要求18至21中任一項所述的裝置，其中，當(dāng)非晶硅膜或多晶硅膜被形成在所述基板上時，所述評價部確定將所述非晶硅膜改性成多晶硅膜的最佳激光功率值。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，在用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法和用于檢查半導(dǎo)體的裝置中，如圖2中的流程圖所示，在激光處理步驟13中，在從已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的基板中抽取出的監(jiān)控基板的不同位置上，以不同的激光功率執(zhí)行激光處理，以便在基板的整個區(qū)域上形成多晶硅膜。此后，在最佳功率檢查/抽取步驟14中，在檢查設(shè)備上檢查以變化的膜質(zhì)量形成在監(jiān)控基板上的多晶硅膜以便確定最佳激光功率。然后，在激光處理步驟13中，采用最佳激光功率的激光照射已經(jīng)經(jīng)歷過SPC步驟12的后續(xù)基板的表面。因而，在基板的整個區(qū)域上形成高質(zhì)量的多晶硅膜。
文檔編號H01L21/336GK1926665SQ20058000686
公開日2007年3月7日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者田草康伸 申請人:夏普株式會社