專利名稱：：一種監(jiān)測激光再結晶制程的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(monitor)激光再結晶(lasercrystallization，LC)制程的方法，特別涉及一種利用可變波長橢圓測量儀(variablewavelengthellipsometry)在線上(on-line)快速(quickly)監(jiān)測激光再結晶制程的結果以及均勻性(uniformity)的方法。
背景技術：
：在現(xiàn)今平面顯示器的產品中，液晶顯示器(liquidcrystaldisplay，LCD)可謂其中最為熱門的一項技術，凡日常生活中常見的手機、數(shù)碼相機、攝像機、筆記本電腦以至于監(jiān)視器均是利用此項技術所制造的商品。隨著人們對于顯示器視覺感受要求的提高，加上新技術應用領域不同的發(fā)展，更高畫質、高解析度、高亮度且具低價位的平面顯示器便成為未來顯示技術發(fā)展的趨勢，也造就了新的顯示技術發(fā)展的原動力。而平面顯示器中的低溫多晶硅薄膜晶體管(lowtemperaturepolysiliconthinfilmtransistor，LTPSTFT)液晶顯示器(LCD)除了具有符合主動式驅動(activelydrive)潮流的特性外，其技術也正是一個可以達到上述目標的重要技術突破。尤其是其具有將金屬氧化物半導體以及低溫多晶硅薄膜晶體管整合(integrated)在同一制程技術的優(yōu)點，使系統(tǒng)面板(systemonpanel，SOP)的目標得以實現(xiàn)，因此成為各廠商所積極研究發(fā)展的對象。但是在低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器的制作過程中，由于一般玻璃基板的耐熱度只能到600℃左右，若在高溫下直接制作多晶硅薄膜將會造成玻璃基板的扭曲變形，因此傳統(tǒng)的多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器往往必須要使用價格昂貴的石英作為基材，應用范圍因而也只能局限于小尺寸的液晶面板。目前另一種利用非晶硅(amorphoussilicon，α-Si)薄膜(thinfilm)再結晶的低溫多晶硅薄膜制作方法已應運而生并且成為主流，其中又以受激準分子激光退火(excimerlaserannealing，ELA)制程格外受到重視。請參考圖1，圖1為以受激準分子激光退火制程制作多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖1所示，首先在玻璃基板10上沉積厚度約為500埃()的非晶硅薄膜12，接著將玻璃基板10置入一密閉的反應室(未顯示)內，以進行受激準分子激光退火制程。其中，沉積非晶硅薄膜12的方法有許多種，諸如低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體輔助化學氣相沉積法(PECVD)及濺射(sputtering)等，而在進行該受激準分子激光退火制程時，受激準分子激光(excimerlaser，EL)的激光脈沖14可自反應室(未顯示)上方透明窗口(未顯示)照射至玻璃基板10表面的非晶硅薄膜12，并根據(jù)預先設定的制程范圍以一種類似掃描的方式逐步掃描該制程范圍內的所有區(qū)域，進而對該制程范圍內的多晶硅薄膜12進行快速加熱，再進行結晶(recrystallize)成為多晶硅薄膜(polysiliconthinfilm，未顯示)。由于在受激準分子激光退火過程中，非晶硅薄膜會經由對激光深紫外光的吸收而達到快速的熔融再結晶，而且采用這種短時間脈沖激光所造成的快速吸收只會對非晶硅薄膜表面造成影響，所以玻璃基板能保持在低溫狀態(tài)而不至受到任何影響。一般來說，常用的受激準分子激光種類包含有XeCl激光、ArF激光、KrF激光以及XeF激光等，不同的分子會產生不同的波長，而所輸出的能量密度則會根據(jù)非晶硅薄膜的厚度進行調整，以厚度為500埃的非晶硅薄膜為例，受激準分子激光輸出的能量密度約為200至400mJ/m2。在完成該受激準分子激光退火制程之后，便可進一步進行后續(xù)液晶顯示面板的其它制程，利用該多晶硅薄膜作為液晶顯示器內的通道(source)或者源極/漏極(source/drain)，以構成液晶顯示器面板中的驅動電路(drvingcircuit)或者邏輯電路(logiccircuit)。如前所述，由于非晶硅薄膜12的品質好壞對后續(xù)所形成的多晶硅薄膜特性影響很大，因此非晶硅薄膜沉積制程中的各參數(shù)(parameter)需要嚴格控制，使其能形成低氫含量(hydrogencontent)、高膜厚均勻性(thicknessuniformity)以及低表面粗糙度(surfaceroughness)的非晶硅薄膜。另外在非晶硅薄膜12再結晶成為多晶硅薄膜的過程中，也有許多的變數(shù)(variables)會對再結晶完成后的晶粒大小(grainsize)以及分布(distribution)有直接的影響，如激光能量密度的大小、激光能量空間上分布的均勻性、激光脈沖(pulse)的重疊(overlap)程度、進行激光退火時基板的溫度以及周圍的氣氛(atmosphere)等。而當激光結晶過程中產生不均勻的現(xiàn)象時，通常會出現(xiàn)線條狀的缺陷(striptypedefect)。有鑒于此，在完成受激準分子激光退火制程之后，通常會進行檢測制程(inspectionprocess)以監(jiān)測(monitor)激光再結晶制程的結果以及均勻性。檢測制程通常利用目測(visualinspection)法、利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察法或者利用擴散電阻測量(spreadingresistancemeasurement，SRmeasurement)法。然而已知的監(jiān)測激光再結晶制程的方法，都有其缺點。如目測法，不但無法客觀評定結果，而且當基板尺寸越大時，越不適用。但利用掃描電子顯微鏡觀察晶粒微觀結構(microstructure)的方法，卻又是屬于一種破壞性檢測(destructiveinspection)，不但樣品(sample)的制作與觀測費時耗事，完全不具有時效性，而且對結晶的均勻性也不易作明確的判斷。此外，擴散電阻測量法也是一種破壞性檢測，因其為了增加薄膜導電度(filmconductivity)，故在測量時，必需在樣品內摻入雜質(dopedopants)并加以活化(activated)，所以測量結果容易被雜質摻入或活化的均勻性所影響。因此，如何能研究出一種新的監(jiān)測激光再結晶制程的方法，其不僅為非破壞性檢測(nonedestructiveinspection)，更可以適用在任何尺寸的基板，而且應用在線上(on-line)時又能迅速(rapidly)且明確(definitely)地反應出再結晶制程的結果與均勻性，便成為十分重要的課題。
發(fā)明內容本發(fā)明目的在于提供一種監(jiān)測(monitor)激光再結晶(lasercrystallization，LC)制程的方法，特別是一種利用可變波長橢圓測量儀(variablewavelengthellipsometry)在線上(on-line)快速(quickly)監(jiān)測激光再結晶制程的結果以及均勻性(uniformity)的方法。在本發(fā)明的最佳實施例中，先提供基底(substrate)，再在該基底上形成非晶硅薄膜，接著進行激光再結晶制程，利用激光脈沖沿第一方向照射該非晶硅薄膜以使該非晶硅薄膜再結晶成為多晶硅薄膜，且該激光脈沖具有照射間距(irradiationinterval)，然后聚焦光學儀器(opticalinstrument)提供測量光源成為具有直徑(diameter)的微光點，該微光點沿該第一方向照射該多晶硅薄膜取得至少測量光譜(measuredspectra)，且該微光點對該基底具有相對移動距離，最后再進行比較步驟以比較各該測量光譜以及設定光譜(persettingspectrum)。其中該微光點的該直徑小于該照射間距，且該微光點對該基底的該相對移動距離小于該照射間距。由于本發(fā)明監(jiān)測激光再結晶制程的方法，是利用生產線上所使用的可變波長橢圓測量儀，并將測量光源聚焦成為直徑小于照射間距的微光點，且該微光點對基底的相對移動距離小于其照射間距，進而對多晶硅薄膜做非破壞性檢測(nonedestructiveinspection)，因此本發(fā)明不但能有效避免部分照射區(qū)間無法被取樣(unabletobesampled)以及反應不出線條狀缺陷的問題，而且更可方便地實施在生產線(on-line)上，并適用在任何尺寸的基板，且具有快速(rapidly)、明確(definitely)反應出再結晶制程的結果以及均勻性的優(yōu)點。圖1為以受激準分子激光退火制程制作多晶硅薄膜的方法示意圖。圖2至圖5為本發(fā)明受激準分子激光退火制程中制作并監(jiān)測多晶硅薄膜的方法示意圖。圖示的符號說明10玻璃基板12非晶硅薄膜14激光脈沖100色緣基板102非晶硅薄膜104承載平臺106移動裝置108第一方向112激光脈沖114第二方向116多晶硅薄膜118偏振器122測量光源124微型光雷管126微光點128承載平臺132移動裝置具體實施方式圖2至圖5為本發(fā)明受激準分子激光退火制程中制作并監(jiān)測多晶硅薄膜116的方法示意圖。如圖2所示，首先在絕緣基板100上沉積厚度約為500埃()的非晶硅薄膜102。絕緣基板100為玻璃(glass)、石英(quartz)基板或者塑料(plastic)基板，而沉積非晶硅薄膜102的方法有許多種，諸如低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)以及濺射(sputtering)等。在形成非晶硅薄膜102之后，可另行黃光暨蝕刻制程(photo-etching-process，PEP)，以依照元件設計(devicedesign)或者后續(xù)制程(subsequentprocess)的需要，而將非晶硅薄膜102蝕刻成為非晶硅圖案(amorphoussiliconpattern，未顯示)。如圖3所示，將玻璃基板100置入密閉的反應室(未顯示)內，進行受激準分子激光退火制程。其中，反應室(未顯示)上方具有透明窗口(未顯示)，使得受激準分子激光可自透明窗口(未顯示)照射至玻璃基板100上方的非晶硅薄膜102，而受激準分子激光種類包含有XeCl激光、ArF激光、KrF激光以及XeF激光等，且不同的分子會產生不同的波長。當進行受激準分子激光退火制程時，玻璃基板100被置放(dispose)在承載平臺(carrierstage)104之上，承載平臺104被移動裝置(movingapparatus)106所驅動并沿第一方向108移動。由于承載平臺104具有移動間距I1(movinginterval)，所以當位置固定(sitefixed)的激光脈沖(laserpulse)112照射非晶硅薄膜102時，就等同于沿第二方向114(第一方向的相反方向(oppositedirection))照射非晶硅薄膜102，以使非晶硅薄膜102再結晶(crystallized)成為多晶硅(polysilicon)薄膜(未顯示)，同時激光脈沖112具有照射間距(irrdiationinterval)I2，而照射間距I2相等于移動間距I1。當然，激光脈沖112也可以實施在預先設定的制程范圍內。另外，激光脈沖112的照射間距I2將造成特定的重疊率(overlappingratio)，一般常采用的重疊率為90％以及95％。當激光脈沖112逐步掃過非晶硅薄膜102時，便會對非晶硅薄膜102進行快速加熱，以再結晶(recrystallize)成多晶硅薄膜(未顯示)。如圖4A與圖4B所示，利用可變波長橢圓測量儀(variablewavelengthellipsometry，未顯示)對已形成多晶硅薄膜116作檢測。首先利用偏振器(polarizer)118篩選可變波長橢圓測量儀(未顯示)所提供的測量光源(lightsource)122以形成偏振光(polarizedlight)，再利用微型光雷管(microtube)124聚焦(focus)該偏振光成為具有直徑d的微光點(microspot)126，且微光點126的直徑d小于照射間距I2。當進行檢測時，玻璃基板100被置于承載平臺128上，承載平臺128被移動裝置132所驅動并沿第一方向108移動。由于承載平臺128具有移動距離D1(movingdistance)，所以就等同于位置固定(sitefixed)的微光點126對玻璃基板100具有相對移動距離(relativemovingdistance)DR。移動距離D等于相對移動距離DR，而相對移動距離DR可能為正距離(positivedistance)或者負距離(negativedistance)，且相對移動距離DR小于照射間距I2。換句話說，即微光點126是沿第二方向114(第一方向的相反方向)或者第一方向108來照射多晶硅薄膜116并對多晶硅薄膜116做取樣(sampling)，分別取得各樣品(sample)的測量光譜(measuredspectrum)。同時由于微光點126的直徑d小于照射間距I2且微光點126的相對移動距離DR也小于照射間距I2，故，完全不會有任何一次的激光脈沖照射間距無法被取樣(unabletobesampled)，以至于線條狀的缺陷無法被檢測的顧慮。取樣的位置(site)以及數(shù)目多少(quantities)可依實際的需要而決定，并且被檢測的基板可以為產品(product)或者測試基板(testingsubstrate)，如果如前所述在形成非晶硅薄膜之后另包含有該黃光暨蝕刻制程以將非晶硅薄膜蝕刻成為非晶硅圖案時，微光點126可照射在基底上的測試區(qū)域(testingarea，未顯示)內的多晶硅薄膜116以取得測量光譜。如圖5所示，測量光譜為Cos(Delta)對光子能量的連續(xù)光譜(Cosδ-photonenergycontinuousspectrum)，在圖5中可以很明顯的看到，當非晶硅薄膜102的再結晶制程發(fā)生在最佳結晶能量密度(optimumcrystallizationenergydensity，Ec)時，與非晶硅薄膜102的再結晶制程發(fā)生在可接受的結晶能量密度(acceptablecrystallizationenergydensity，Ec±10mj/cm2)范圍時的光譜有所不同，而此兩者又與非晶硅薄膜102的再結晶制程發(fā)生在非容許結晶能量密度(notallowablecrystallizationenergydensity，Ec±20mj/cm2)范圍時的光譜有所不同。因此，在線上(on-line)操作時可以先內建代表該激光再結晶制程規(guī)格(spec)的設定光譜(presettingspectrum)，再在進行檢測制程之后進行比較步驟(comparisonstep)，以分別將各個測量所得的光譜與該設定光譜作比較，當測量光譜不符合規(guī)格時即代表該激光再結晶制程不被允許，進而監(jiān)測(monitor)該激光再結晶制程。值得一提的是，在本發(fā)明方法中，亦可以利用外接的載子耦合照相機(externalCCDcamera)，收集微光點126所照射的顯微結構影像(microstructureimage)，進而通過影像的差異性來判斷該激光再結晶制程是否被允許。由于本發(fā)明的監(jiān)測激光再結晶制程的方法，是利用可變波長橢圓測量儀，并將測量光源聚焦成為微光點，同時微光點的直徑小于照射間距并且微光點對基底的相對移動距離小于照射間距。故，利用此種方法對多晶硅薄膜做檢測時，不會產生任何破壞(destruction)，也不會衍生部分照射區(qū)間無法被取樣(unabletobesampled)，不能反應出線條狀缺陷的問題。此外，本發(fā)明方法亦能適用在實際生產的任何尺寸的基板，并可快速(rapidly)、明確(definitely)地反應出再結晶制程的結果以及均勻性，而且不論是在生產前利用測試基底來做檢測，或者在生產后對測試基底或者產品做檢測，均可有效地監(jiān)測激光再結晶制程的效率(yield)，進而達到降低失敗成本的目的。對于已知監(jiān)測激光再結晶制程的方法，本發(fā)明監(jiān)測激光再結晶制程的方法，是利用生產線上所使用的可變波長橢圓測量儀，并將測量光源聚焦成為直徑小于照射間距的微光點，且該微光點對基底的相對移動距離小于其照射間距，再通過測量光譜與多晶硅薄膜結晶特性間的相互關連性(correlation)以及比較的步驟，來對多晶硅薄膜做非破壞性檢測(nonedestructiveinspection)，因此本發(fā)明不但能有效避免部分照射區(qū)間無法被取樣(unabletobesampled)以及反應不出線條狀缺陷的問題，而且更可方便地實施在生產線(on-line)上，并適用在任何尺寸的基板，且具有快速(rapidly)、明確(definitely)反應出再結晶制程的結果以及均勻性的優(yōu)點。以上所述僅為本發(fā)明的最佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。權利要求1.一種利用光學測量儀監(jiān)測激光再結晶制程的方法，該方法包括下列步驟提供基底，且該基底的表面包含利用該激光再結晶所形成的多晶硅薄膜；聚焦該光學儀器所提供的測量光源成為具有直徑的微光點，使該微光點沿該第一方向照射該多晶硅薄膜以取得至少一測量光譜，且該微光點對該基底具有相對移動距離；以及進行比較步驟以比較該測量光譜以及設定光譜；其中該微光點的該直徑小于該照射間距，且該微光點對該基底的該相對移動距離小于該照射間距。2.如權利要求1所述的方法，其中該基底包含玻璃基板、石英基板或者塑料基板。3.如權利要求1所述的方法，其中該激光為受激準分子激光。4.如權利要求3所述的方法，其中該受激準分子激光包含XeCl激光、ArF激光、KrF激光或者XeF激光。5.如權利要求1所述的方法，其中形成該多晶硅薄膜的方法又包括下列步驟在該基底上形成非晶硅薄膜；以及進行該激光再結晶制程，利用激光脈沖沿第一方向照射該非晶硅薄膜以使該非晶硅薄膜再結晶成為該多晶硅薄膜，且該激光脈沖具有照射間距。6.如權利要求5所述的方法，其中形成該非晶硅薄膜的方法包括低壓化學氣相沉積制程、等離子體輔助化學氣相沉積制程以及濺射制程。7.如權利要求5所述的方法，其中在形成該非晶硅薄膜之后又包括黃光暨蝕刻制程，以將該非晶硅薄膜蝕刻成為非晶硅圖案。8.如權利要求7所述的方法，其中該微光點是照射該基底上的測試區(qū)域內的該多晶硅薄膜以取得各該測量光譜。9.如權利要求5所述的方法，其中利用該激光脈沖沿該第一方向照射該非晶硅薄膜的方法又包括下列步驟將該基底置放在承載平臺上；以及利用移動裝置驅動該承載平臺沿該第一方向的相反方向移動，且該承載平臺移動間距等于該照射間距。10.如權利要求5所述的方法，其中該激光脈沖的該照射間距造成90％以上的重疊率。11.如權利要求1所述的方法，其中該光學測量儀器為可變波長橢圓測量儀。12.如權利要求11所述的方法，其中聚焦該測量光源成為該具有該直徑的微光點的方法又包括下列步驟利用偏振器篩選該測量光源以形成偏振光；以及利用微型光雷管聚焦該偏振光成為該具有該直徑的微光點。13.如權利要求11所述的方法，其中該測量光譜為Cosδ-光子能量的連續(xù)光譜，并分別與代表該激光再結晶制程規(guī)格的內建的該設定光譜相比較，以監(jiān)測該激光再結晶制程。14.如權利要求13所述的方法，其中當該測量光譜不符合規(guī)格時代表該激光再結晶制程不被容許。15.如權利要求1所述的方法，其中該微光點沿該第一方向照射該多晶硅薄膜并對該基底具有相對移動距離的方法又包括下列步驟將該基底置放在承載平臺上；以及利用移動裝置驅動該承載平臺沿該第一方向移動，且該承載平臺的移動距離等于該相對移動距離。16.如權利要求1所述的方法，其中該相對移動距離包括正距離或者負距離。17.如權利要求1所述的方法，其中該微光點的該直徑小于該照射間距且該微光點的該相對移動距離小于該照射間距，其用以防止各該激光脈沖的照射間距無法被取樣。18.如權利要求1所述的方法，其中該光學儀器又包括外接載子耦合照相機以擷取該多晶硅薄膜的顯微結構影像。全文摘要本發(fā)明是先在基底上形成非晶硅薄膜，再利用具有照射間距的激光脈沖沿第一方向照射該薄膜使再結晶成為多晶硅薄膜，然后將測量光源聚焦成為直徑小于照射間距的微光點，并使該微光點沿該第一方向且對該基底具有相對移動距離來照射該多晶硅薄膜以取得光譜。文檔編號G02F1/13GK1517697SQ03101580公開日2004年8月4日申請日期2003年1月15日優(yōu)先權日2003年1月15日發(fā)明者林昆志申請人:友達光電股份有限公司