專利名稱：評(píng)定多晶硅的方法和系統(tǒng)及制造薄膜晶體管的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評(píng)定多晶硅膜的晶體狀態(tài)的多晶硅評(píng)定方法及其所用的多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)，還涉及制造具有通過退火非晶硅而形成的多晶硅膜的薄膜晶體管及其所用的薄膜晶體管制造系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，用多晶硅膜作溝道層的薄膜晶體管已進(jìn)入實(shí)用。用多晶硅膜作溝道層的薄膜晶體管展示出很高的場(chǎng)遷移率，從而，如果用作液晶顯示器等的驅(qū)動(dòng)電路，這種薄膜晶體管可實(shí)現(xiàn)較高的清晰度，較高的操作速度和顯示器的小型化。
另一方面，近年來，已開發(fā)了所謂的低溫多結(jié)晶化處理。在該處理中，通過用受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)熱處理非晶硅來形成多晶硅膜。在應(yīng)用這種低溫多結(jié)晶化處理制造薄膜晶體管的情況下，由于對(duì)基片的熱損傷變小，可能使用有大區(qū)域的廉價(jià)玻璃基片。
但是，由于用于低溫多結(jié)晶化處理的受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定，由激光退火形成的晶粒尺寸依賴于不穩(wěn)定的輸出功率而變化很大。結(jié)果，用受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)形成的多晶硅膜的晶體晶粒尺寸未必是所需要的。例如，如果這樣形成的多晶硅膜的晶體有微晶粒尺寸，就出現(xiàn)了與稱之為線性故障相關(guān)的的問題，如果多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸不夠大，就出現(xiàn)了與稱之為寫入故障相關(guān)的問題。
從而，在通過用這種受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)退火對(duì)大量器件形成多晶硅膜的情況下，在對(duì)多晶硅膜多結(jié)晶化的步驟結(jié)束之后，對(duì)其上已形成有多晶硅膜的器件通常按形成在所有器件或隨機(jī)抽樣器件的最外表面上的多晶硅膜的晶體狀態(tài)進(jìn)行全部檢驗(yàn)或隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)，在這一階段，確定這種半成品的器件是否有缺陷，將受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)給出形成多晶硅膜的非晶硅的激光束的能量信息反饋給受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)，以將激光功率設(shè)在最佳值。
但是，作為評(píng)定多晶硅膜的方法，已知只有一種較符合實(shí)際方法，通過使用光譜橢圓偏振計(jì)、掃描電子顯微鏡等拾取表面圖象，和通過目檢其表面圖象來判定多晶硅膜的晶體狀態(tài)。這種方法不能以非接觸方式客觀地判定多晶硅膜的晶體狀態(tài)，且時(shí)間和成本也不合算。從而，該方法難以用于評(píng)定處理中的多晶硅膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是客觀地、準(zhǔn)確地、自動(dòng)地以非接觸方式評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了評(píng)定通過退火非晶硅膜形成的多晶硅膜的多晶硅評(píng)定方法，包括以下步驟拾取多晶硅膜的表面圖象；將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域并計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度(contrast)；檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度；和以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于評(píng)定通過退火非晶硅膜形成的多晶硅膜的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，包括用于拾取多晶硅膜表面的拾取裝置；和評(píng)定裝置，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了制造薄膜晶體管的薄膜晶體管制造方法，包括形成非晶硅膜的非晶硅形成步驟；通過退火非晶硅膜形成多晶硅膜的多晶硅膜形成步驟；和評(píng)定步驟，拾取多晶硅膜表面圖象，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了制造薄膜晶體管的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，包括用于形成非晶硅膜的非晶硅形成設(shè)備；通過退火非晶硅膜形成多晶硅膜的多晶硅膜形成設(shè)備；和評(píng)定設(shè)備，用于拾取多晶硅膜表面圖象，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的多晶硅評(píng)定方法和多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，能夠客觀地、準(zhǔn)確地、自動(dòng)地以非接觸方式評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
依據(jù)薄膜晶體管制造方法和薄膜晶體管制造系統(tǒng)，能夠以非破壞性方式容易地檢驗(yàn)多晶硅膜，因此在制造過程中包括檢驗(yàn)步驟。而且，由于可以在數(shù)字計(jì)算基礎(chǔ)上執(zhí)行該檢驗(yàn)而無需目檢，能夠使該檢驗(yàn)自動(dòng)化且客觀地以高精度執(zhí)行該檢驗(yàn)。而且，能夠通過將檢驗(yàn)結(jié)果反饋給退火步驟來提高薄膜晶體管的制造合格率。


圖1示出了說明在為了通過使非晶硅膜多結(jié)晶化來形成多晶硅膜而進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火時(shí)，多晶硅膜的晶體晶粒尺寸和給予非晶硅膜的能量之間的關(guān)系的曲線圖；圖2示出了由具有平均值小于250nm的小晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖3示出了由具有平均值250nm或250nm以上且小于450nm的中晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖4示出了由具有平均值450nm或450nm以上且小于800nm的中間晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖5示出了由具有平均值800nm或800nm以上的大晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖6示出了由具有平均值10nm或10nm以下的微晶粒尺寸的微晶組成的多晶硅膜表面圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖7示出了由具有平均值小于250nm的小晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面放大圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖8示出了由具有平均值250nm或250nm以上且小于450nm的中晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面放大圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖9示出了由具有平均值800nm或800nm以上的大晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面放大圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖10示出了由具有平均值10nm或10nm以下的微晶粒尺寸的微晶組成的多晶硅膜表面放大圖象的照片，該圖象是通過紫外線顯微鏡設(shè)備拾取的；圖11A到11E示出了用于受激準(zhǔn)分子激光退火的激光束的能量密度變化和平均晶粒尺寸、對(duì)比度比率、低對(duì)比度區(qū)域的區(qū)域、連續(xù)線的長度以及由受激準(zhǔn)分子激光退火形成的多晶硅膜的AC值的變化之間的關(guān)系的曲線圖；圖12示出了多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖；圖13示出了用于評(píng)定多晶硅膜的晶體晶粒尺寸的第一評(píng)定程序的流程圖；圖14示出了說明將多晶硅膜的所拾取的圖象平面分成各自具有特定尺寸的網(wǎng)格的圖；圖15示出了說明如何指定低對(duì)比度區(qū)域的圖；圖16示出了用于評(píng)定多晶硅膜的晶體晶粒尺寸的第二評(píng)定程序的流程圖；圖17示出了說明將多晶硅膜的所拾取圖象平面分成大網(wǎng)格和將相同的所拾取圖象平面分成小網(wǎng)格的圖；圖18示出了用于受激準(zhǔn)分子激光退火的激光束的能量密度變化和對(duì)比度比率(對(duì)于小網(wǎng)格)、對(duì)比度比率(對(duì)于大網(wǎng)格)以及AC值的變化之間的關(guān)系的曲線圖；圖19A和19B示意性地示出了所拾取的呈現(xiàn)線性和周期性的多晶硅膜的圖象的圖；圖20A和20B示意性地示出了所拾取的呈現(xiàn)既不是線性又不是周期性的多晶硅膜的圖象的圖；圖21示出了說明用于評(píng)定多晶硅膜的評(píng)定程序的流程的流程圖，其所拾取的圖象呈現(xiàn)線性和周期性；圖22示出了說明有高周期性的圖象的自相關(guān)功能的框圖；圖23示出了說明有低周期性的圖象的自相關(guān)功能的框圖；圖24示出了說明用于評(píng)定多晶硅膜的另一評(píng)定程序的流程圖，其所拾取的圖象呈現(xiàn)線性和周期性；圖25示出了說明作為圖24所示的評(píng)定程序所執(zhí)行的評(píng)定結(jié)果的具有高周期性的圖象的自相關(guān)功能的曲線圖；和圖26示出了說明作為圖24所示的評(píng)定程序所執(zhí)行的評(píng)定結(jié)果的具有低周期性的圖象的自相關(guān)功能的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考附圖，描述依據(jù)本發(fā)明的多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)和多晶硅膜評(píng)定方法的優(yōu)選實(shí)施例，和使用多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)的薄膜制造系統(tǒng)和使用多晶硅膜評(píng)定方法的薄膜制造方法。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)通常用于檢驗(yàn)在制造具有頂柵極結(jié)構(gòu)(下文稱作“頂柵極型TFT”)的薄膜晶體管的過程中形成的多晶硅膜。例如，頂柵極型TFT構(gòu)成為，在玻璃基片上從基片一側(cè)按多晶硅膜(溝道層)、柵極絕緣膜、和柵極的順序疊置。換句話說，在頂柵極型TFT中，起溝道層作用的多晶硅膜在基片側(cè)的最低層形成。
頂柵極型TFT的多晶硅膜通過LPCVD處理等淀積非晶硅膜(a-Si)來形成，并且通過退火使非晶硅多結(jié)晶化。在通過使非晶硅多結(jié)晶化而形成多晶硅膜的步驟中，使用表示紫外激光束的受激準(zhǔn)分子激光束的激光退火來使非晶硅多結(jié)晶化。通過用線形脈沖激光束照射非晶硅膜的線性區(qū)域和移動(dòng)用脈沖激光束照射了的非晶硅膜的線性區(qū)域，執(zhí)行受激準(zhǔn)分子激光退火，使非晶硅膜多結(jié)晶化，從而形成多晶硅膜。在該激光束退火中，用激光束照射的線性區(qū)域的形狀通常設(shè)為長度方向(長邊方向)上長20cm，寬度方向(短邊方向)上長為400μm的形狀；激光束的脈沖頻率通常設(shè)為300Hz；激光束的掃描方向設(shè)為垂直于長度方向的方向，即，向用激光束照射的區(qū)域的短邊方向。
在如上所述構(gòu)成的頂柵極型TFT中，由于溝道層由多晶硅制成，所以溝道層的場(chǎng)遷移率很高。結(jié)果，在使用這種頂柵極型TFT作為液晶顯示器等的驅(qū)動(dòng)電路的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的清晰度、較高的操作速度和顯示器的小型化等。而且，在制造頂柵極型TFT的過程中，由于用所謂的低溫多結(jié)晶化處理形成多晶硅膜，該低溫多結(jié)晶化處理中通過使用受激準(zhǔn)分子激光退火來執(zhí)行非晶硅的熱處理，就能夠減小多結(jié)晶化處理中對(duì)基片的熱損傷，和使用具有大區(qū)域的廉價(jià)玻璃板作為基片。
已知決定多晶硅膜的場(chǎng)遷移率的重要因素是多晶硅的晶粒尺寸。多晶硅的晶粒尺寸很大地取決于為了通過使非晶硅膜多結(jié)晶化來形成多晶硅膜而進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火時(shí)，給予非晶硅的激光束能量。因此，在受激準(zhǔn)分子激光退火時(shí)激光束的能量密度的控制和穩(wěn)定對(duì)每個(gè)制成的使用多晶硅膜的頂柵極TFT的特性和產(chǎn)品合格率造成很大影響。
但是，用于受激準(zhǔn)分子激光退火的受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)的不便之處在于，從該系統(tǒng)發(fā)出的激光束的能量輸出變化較大。結(jié)果，當(dāng)通過用受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)的受激準(zhǔn)分子激光退火來使非晶硅膜多結(jié)晶化以便形成多晶硅膜時(shí)，給予多晶硅膜的能量易于大大偏離許可的能量范圍，確定該范圍以便能夠形成由具有預(yù)期晶粒尺寸的晶體組成的合適的多晶硅膜，該范圍意味著合適的多晶硅膜的生產(chǎn)裕度，所以很難穩(wěn)定地生產(chǎn)合適的多晶硅膜。
因此，在以相同條件通過受激準(zhǔn)分子激光退火來形成多個(gè)多晶硅膜的情況下，一個(gè)多晶硅的晶體晶粒尺寸可以與另一個(gè)多晶硅膜的晶體晶粒尺寸不同。例如，如果激光能量變得過大，那么非晶硅被多結(jié)晶化成硅的微晶，而如果激光能量變得過小，那么非晶硅被多結(jié)晶化成具有小晶粒尺寸的硅晶體，即，不能充分多結(jié)晶化成具有大晶粒尺寸的硅晶體。
因此，在通過使用這種受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)退火使大量器件形成多晶硅膜的情況下，在對(duì)多晶硅膜進(jìn)行多結(jié)晶化的步驟結(jié)束之后，其上已形成有多晶硅膜的器件，通常對(duì)其上已形成有多晶硅膜的所有的器件或隨機(jī)抽樣的器件中每一個(gè)的最外表面上形成的多晶硅膜的晶體狀態(tài)進(jìn)行全部檢驗(yàn)或隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)，在該階段，確定半成品器件是否有缺陷，且將通過評(píng)定每個(gè)多晶硅膜的狀態(tài)和計(jì)算激光束的能量密度獲得的信息反饋給受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)，以調(diào)整從其發(fā)出的激光束的能量密度，該激光束的能量密度是從受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)給予形成多晶硅膜的非晶硅的能量密度。
多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)通常用于在多結(jié)晶化步驟結(jié)束后評(píng)定通過多結(jié)晶化形成的多晶硅膜，以確定其上已形成有多晶硅膜的半成品在該階段是否有缺陷，或?qū)⒃u(píng)定信息反饋給受激準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)以便調(diào)整從其發(fā)出的激光束的能量密度。
下面將描述評(píng)定通過上述受激準(zhǔn)分子激光退火形成的多晶硅膜的原理。
多晶硅膜的晶體晶粒尺寸很大程度地取決于受激準(zhǔn)分子激光退火給予的能量。參考圖1，隨著給予的能量增大，多晶硅膜的晶粒尺寸相應(yīng)增大；但是，當(dāng)能量增大到能量點(diǎn)X1或更大時(shí)，晶粒尺寸增大到稍大尺寸，之后，不再增大那么多，即，穩(wěn)定了。此時(shí)的多晶硅膜的晶體的平均晶粒尺寸通常是250nm。當(dāng)能量進(jìn)一步增大到能量點(diǎn)X2或更大時(shí)，晶粒尺寸又一次開始大幅增大。此時(shí)的多晶硅膜晶體的平均晶粒尺寸通常是450nm。當(dāng)能量到達(dá)能量點(diǎn)X3(恰在臨界能量點(diǎn)X4之前)的時(shí)候，晶粒尺寸變得足夠大。多晶硅膜的晶體的平均晶粒尺寸通常是800nm或更大。當(dāng)能量變對(duì)比臨界能量點(diǎn)X4更大的值時(shí)，晶粒尺寸變得足夠精細(xì)。此時(shí)，多晶硅膜的晶體變成為微晶。
依據(jù)本發(fā)明，其平均值為小于250nm的晶粒尺寸稱為“小晶粒尺寸”；其平均值為250nm或大于250nm且小于450nm的晶粒尺寸稱為“中晶粒尺寸”；其平均值為450nm或大于450nm且小于800nm的晶粒尺寸稱為“中間晶粒尺寸”；其平均值為800nm或大于800nm的晶粒尺寸稱為“大晶粒尺寸”；其平均值為10nm或小于10nm的晶粒尺寸稱為“微晶粒尺寸”。還應(yīng)注意，具有微晶粒尺寸的晶體稱為“微晶”。
如上所述而形成的多晶硅膜的薄膜晶體管的場(chǎng)遷移率依賴于多晶硅膜的晶體晶粒尺寸而變化很大。為獲得薄膜晶體管的大場(chǎng)遷移率，其所用的多晶硅膜的晶體晶粒尺寸最好設(shè)置為大的。在使用通過受激準(zhǔn)分子激光給TFT退火形成的多晶硅膜的情況下，多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸通?？梢允侵芯Я３叽?，中間晶粒尺寸和大晶粒尺寸。
下面將描述依賴于受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度變化而導(dǎo)致的多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸變化的多晶硅膜表面圖象的變化。
圖2示出了由具有小晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面的圖象；圖3顯示了由具有中晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面的圖象；圖4示出了由具有中間晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面的圖象；圖5示出了由具有大晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面的圖象；圖6示出了由具有微晶粒尺寸的晶體組成的多晶硅膜表面的圖象。應(yīng)當(dāng)注意，圖2到圖6示出的每個(gè)圖象是以使用紫外線的顯微鏡設(shè)備拾取的，下文將全面描述該設(shè)備。在圖2到圖6中，用于受激準(zhǔn)分子激光退火的激光束的掃描方向設(shè)為圖中的X方向。圖2到圖6示出的每個(gè)所拾取的圖象大致為方形(尺寸5.6μm×5.6μm)，它被切出多晶硅膜。
圖7示出了由小晶粒尺寸晶體組成的多晶硅膜表面的放大圖象；圖8示出了由中晶粒尺寸晶體組成的多晶硅膜表面的放大圖象；圖9示出了由大晶粒尺寸晶體組成的多晶硅膜表面的放大圖象；圖10示出了由微晶粒尺寸微晶組成的多晶硅膜表面的放大圖象。圖7到圖10所選的每個(gè)圖象是矩形(尺寸12μm×8μm)，它被切出多晶硅膜。
作為對(duì)各晶粒尺寸所拾取的圖象之間比較的結(jié)果，示出了對(duì)各個(gè)晶粒尺寸所拾取的圖象中呈現(xiàn)的下列特征。
在小晶粒尺寸(見圖2和7)的表面圖象的情況下，圖象平面均勻漂白(whiten)，因而總體而言具有低對(duì)比度。
在中晶粒尺寸(見圖3和8)表面圖象的情況下，在整個(gè)圖象平面中出現(xiàn)不連續(xù)黑點(diǎn)，因而圖象平面總體而言具有高對(duì)比度；在激光退火時(shí)，該黑點(diǎn)在激光退火的掃描方向上線形排列，并且直線由在垂直于激光束的掃描方向的方向上周期性出現(xiàn)的黑點(diǎn)組成。
在中間晶粒尺寸(見圖4)表面圖象的情況下，像中晶粒尺寸表面圖象一樣，黑點(diǎn)不連續(xù)地出現(xiàn)在整個(gè)圖象平面中，因而圖象平面總體而言具有高對(duì)比度；但是，不像中晶粒尺寸表面圖象那樣，黑點(diǎn)的線性消失了。
在大晶粒尺寸(見圖5和9)表面的情況下，黑點(diǎn)不連續(xù)出現(xiàn)的高對(duì)比度部分和低對(duì)比度部分(白斑部分)均出現(xiàn)。例如，具有低對(duì)比度的白斑部分如圖9中黑框圍繞的區(qū)域所示，它是比黑點(diǎn)更足夠大的區(qū)域。
在微晶粒尺寸(見圖6和10)表面圖象的情況下，像大晶粒尺寸表面圖象一樣，出現(xiàn)具有低對(duì)比度的白斑部分，它的尺寸比出現(xiàn)在大晶粒尺寸表面圖象中的白斑部分大得多；如圖10的符號(hào)A和B所示，不像中晶粒尺寸，中間晶粒尺寸和大尺寸表面圖象那樣，黑點(diǎn)很近或彼此相連形成連續(xù)黑線。
用這種方法，上述各個(gè)特征出現(xiàn)在通過激光退火形成的多晶硅膜表面的圖象中，由具有不同晶粒尺寸的晶體組成。
因此，多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸狀態(tài)可以通過處理多晶硅膜表面的所拾取的圖象和執(zhí)行下述判定來確定。
通過判定多晶硅膜表面的所拾取的圖象中是否出現(xiàn)有黑點(diǎn)的高對(duì)比度部分和低對(duì)比度部分(白斑部分)，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是大晶粒尺寸(或微晶粒尺寸)還是其它晶粒尺寸。
通過判定多晶硅膜表面的整個(gè)所拾取的圖象是否具有高對(duì)比度，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是中晶粒尺寸(或中間晶粒尺寸或大晶粒尺寸)還是其他晶粒尺寸。這是因?yàn)?，在每一個(gè)中晶粒尺寸、中間晶粒尺寸和大晶粒尺寸表面圖象中，圖象平面具有出現(xiàn)不連續(xù)黑點(diǎn)的許多部分，因而總體而言具有高對(duì)比度。
通過判定多晶硅膜表面的所拾取的圖象中的低對(duì)比度的白斑部分(低對(duì)比度區(qū)域)的區(qū)域，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是小晶粒尺寸(或微晶粒尺寸)還是其它晶粒尺寸。這是因?yàn)?，在每一個(gè)小晶粒尺寸和微晶粒尺寸的表面圖象中，低對(duì)比度區(qū)域的區(qū)域很大。
通過判定是否在多晶硅膜表面的整個(gè)所拾取的圖象都出現(xiàn)線性和周期性，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體晶粒尺寸是中晶粒尺寸還是其它晶粒尺寸。這是因?yàn)?，在中晶粒尺寸的表面圖象中，黑點(diǎn)在受激準(zhǔn)分子激光束的掃描方向上線樣排列，該直線由在垂直于受激準(zhǔn)分子激光束掃描方向的方向上周期性出現(xiàn)的黑點(diǎn)組成。
通過判定黑色連續(xù)線是否出現(xiàn)在多晶硅膜表面的所拾取的圖象中或判定每條黑色連續(xù)線的長度，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是微晶粒尺寸還是其它晶粒尺寸。
圖11A到11E分別示出了衡量受激準(zhǔn)分子激光退火時(shí)給予的激光束的能量密度的變化與多晶硅膜平均晶粒尺寸、對(duì)比度率、低對(duì)比度部分的區(qū)域，連續(xù)線長度和AC值的變化之間關(guān)系。
如圖11B所示，對(duì)于小晶粒尺寸，中晶粒尺寸或中間晶粒尺寸，最大對(duì)比度值和最小對(duì)比度值的對(duì)比度比率是約為0的很小的數(shù)，而對(duì)于大晶粒尺寸或微晶粒尺寸，則對(duì)比度率高。因此，通過計(jì)算多晶硅膜表面的所拾取的圖象的對(duì)比度率和將對(duì)比度率和特定閾值(th1)相比較，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是大晶粒尺寸(或微晶粒尺寸)還是其它晶粒尺寸。
如圖11C所示，對(duì)于小晶粒尺寸或微晶粒尺寸，低對(duì)比度部分的區(qū)域大，而對(duì)于中晶粒尺寸，中間晶粒尺寸或大晶粒尺寸，低對(duì)比度部分的區(qū)域小。因此，通過計(jì)算多晶硅膜表面的所拾取的圖象的低對(duì)比度部分的區(qū)域和將低對(duì)比度部分的區(qū)域與特定閾值(th2)進(jìn)行比較，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是小晶粒尺寸(或微晶粒尺寸)還是其它晶粒尺寸。
如圖11D所示，對(duì)于微晶粒尺寸，由連續(xù)黑點(diǎn)組成的每條連續(xù)線的長度長，而對(duì)于小晶粒尺寸，中晶粒尺寸，中間晶粒尺寸或大晶粒尺寸，連續(xù)線的長度短。也就是說，對(duì)于小晶粒尺寸，中晶粒尺寸，中間晶粒尺寸或大晶粒尺寸，黑點(diǎn)是不連續(xù)點(diǎn)。因此，通過衡量多晶硅膜表面的所拾取的圖象的各連續(xù)線的長度和將連續(xù)線的長度與特定閾值(th3)進(jìn)行比較，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是微晶粒尺寸還是其它晶粒尺寸。
如圖11E所示，對(duì)于中晶粒尺寸，AC值大，而對(duì)于小晶粒尺寸，中間晶粒尺寸，大晶粒尺寸或微晶粒尺寸，AC值小。AC值是所拾取的圖象的自相關(guān)(AC)的簡寫。在所拾取的圖象的AC值高時(shí)，所拾取的圖象的周期大。也就是說，AC值成為了指示黑點(diǎn)線樣出現(xiàn)和直線周期出現(xiàn)現(xiàn)象的參數(shù)。另外，如上所述，這一現(xiàn)象是由有中晶粒的晶體組成的多晶硅膜表面的所拾取的圖象的特征。因此，通過計(jì)算多晶硅膜表面的所拾取的圖象的AC值和將AC值與特定閾值(th4)進(jìn)行比較，可以區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是中晶粒尺寸還是其它晶粒尺寸。
下面，將描述如上所述的用于評(píng)定多晶硅膜的多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)實(shí)例。
多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)通過使用具有266nm波長的紫外光束的顯微鏡設(shè)備拾取頂柵極型TFT的基片的圖象，(該基片處于恰對(duì)非晶硅膜進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火而在其上形成多晶硅膜之后的狀態(tài)下)，并評(píng)定所拾取的圖象的多晶硅膜的狀態(tài)。
圖12示出了多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。
圖12所示的多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)20包括可移動(dòng)工作臺(tái)21，紫外固體激光源22，CCD照相機(jī)23，光纖探測(cè)器24，極化束分離器25，物鏡26，四分之一波片27，控制計(jì)算機(jī)28，和圖象處理計(jì)算機(jī)29。
可移動(dòng)工作臺(tái)21用于支撐基片，在基片上已形成要被檢驗(yàn)的多晶硅膜。可移動(dòng)工作臺(tái)21還起到將基片移動(dòng)到要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)的特定位置的作用。
可移動(dòng)工作臺(tái)21包括X-臺(tái)，Y-臺(tái)，Z-臺(tái)和吸引板(attracting plate)。
X-臺(tái)和Y-臺(tái)中的每一個(gè)在水平方向上是可移動(dòng)的。要被檢驗(yàn)的基片用X-臺(tái)和Y-臺(tái)在彼此垂直的方向上移動(dòng)，導(dǎo)至特定檢驗(yàn)位置。Z-臺(tái)在垂直方向上是可移動(dòng)的，用以調(diào)整基片的高度。也就是說，Z-臺(tái)可在用于照射基片的紫外激光束的光軸方向上移動(dòng)，即，在垂直于基片平面的方向上移動(dòng)。
紫外固體激光源22發(fā)出波長266nm的激光束，例如Nd∶YAG四極總固體激光(quadruple-wave total solid laser)。另外，近來，已開發(fā)了波長約157nm的紫外激光源。可以使用這樣的激光源。
CCD照相機(jī)23是對(duì)紫外線高度敏感的照相機(jī)，內(nèi)部包括作為圖象拾取設(shè)備的CCD圖象傳感器。用CCD圖象傳感器拾取基片表面。冷卻CCD照相機(jī)23機(jī)身以便抑制CCD圖象傳感器中熱噪聲，讀取噪聲，電路噪聲等的發(fā)生。
光纖探測(cè)器24是紫外激光束的波導(dǎo)管。更具體地說，光纖探測(cè)器24將紫外固體激光源22發(fā)出的紫外激光束導(dǎo)向極化束分離器25。
極化束分離器25反射從紫外固體激光源22發(fā)射的紫外激光束。移動(dòng)工作臺(tái)21上的基片由通過物鏡26反射的紫外激光束照射。另一方面，極化束分離器25允許從基片反射的激光束傳送。從基片反射的并已經(jīng)通過極化束分離器25的激光束進(jìn)入高靈敏度/低噪聲照相機(jī)23。以這種方式，極化束分離器25用作激光束分離器，以將從紫外固體激光源22發(fā)射的激光束的光學(xué)系統(tǒng)的光路和進(jìn)入CCD照相機(jī)23的反射的激光束的光學(xué)系統(tǒng)的光路彼此分開。
物鏡26是用于放大從基片反射的激光束的光學(xué)設(shè)備。對(duì)于物鏡26而言，設(shè)定數(shù)值孔徑(NA)為0.9，并且在266nm的波長處糾正像差。在極化束分離器25和移動(dòng)工作臺(tái)21之間設(shè)置物鏡26。
四分之一波片27從紫外激光束提取反射的束成分。線性極化的紫外激光束由四分之一波片27圓形極化。圓形極化的激光束從基片反射并且再次由四分之一波片27線性極化。此時(shí)，線性極化的方向旋轉(zhuǎn)90°。因此，反射的激光束通過極化束分離器25。
控制計(jì)算機(jī)28執(zhí)行從紫外固體激光源22發(fā)出的激光束的接通/截?cái)嗟目刂?、移?dòng)工作臺(tái)21的移動(dòng)位置的控制、物鏡26的轉(zhuǎn)換(changeover)的控制。
圖像處理計(jì)算機(jī)29攝取基片的圖像，由CCD照相機(jī)23的CCD圖像傳感器拾取，并且分析圖像，以評(píng)定在基片上形成的多晶硅膜的狀態(tài)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的評(píng)定系統(tǒng)20中，從紫外固體激光源22發(fā)出的紫外激光束通過光纖探測(cè)器24、極化束分離器25、物鏡26和四分之一波片27進(jìn)入基片。線性極化的激光束由四分之一波片27圓形極化，圓形極化的激光束進(jìn)入基片。從基片反射的圓形極化的激光束再次由四分之一波片27線性極化。此時(shí)，由于反射的激光束的相位變化90°，線性極化的方向旋轉(zhuǎn)90°。因此，反射的激光束通過極化束分離器25并進(jìn)入CCD照相機(jī)23。CCD照相機(jī)23通過CCD圖像傳感器拾取反射的激光束，將這樣獲得的多晶硅的表面圖像信息提供給圖像處理計(jì)算機(jī)29。
圖像處理計(jì)算機(jī)29如下所述在采用的多晶硅膜的表面圖像的信息的基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)?；谠u(píng)定結(jié)果，在受激準(zhǔn)分子激光退火來形成多晶硅膜的同時(shí)設(shè)定激光束的能量密度值，并且還確定在基片上形成的多晶硅膜是否有缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，多晶硅膜的表面可通過紫外顯微設(shè)備和可見光顯微設(shè)備或掃描電子顯微(SEM)設(shè)備來評(píng)定。
用于評(píng)定多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸的第一評(píng)定過程將如下說明。
圖13表示第一評(píng)定過程的流程圖。
在步驟S1中，拾取多晶硅膜的表面圖像。這樣拾取的圖像通常具有5.6平方微米的尺寸。
在步驟S2中，如圖14所示，整個(gè)拾取的圖像被分為各自具有特定的尺寸，例如一般為0.7平方微米的網(wǎng)格。在這種情況下，每個(gè)網(wǎng)格的尺寸最好大于對(duì)于具有中等晶粒尺寸的晶體出現(xiàn)的黑點(diǎn)的尺寸，并且最好遠(yuǎn)小于對(duì)于具有大晶粒尺寸的晶體出現(xiàn)的白斑的尺寸。
在步驟S3中，各個(gè)網(wǎng)格的對(duì)比度通過使用圖像邊緣部分的亮度的差分值、每個(gè)像素的亮度的調(diào)制程度、各個(gè)像素的標(biāo)準(zhǔn)偏差等來計(jì)算。
在步驟S4中，拾取的圖像中的最大對(duì)比度值和最小對(duì)比度值從計(jì)算的對(duì)比度值中提取，并且計(jì)算最大和最小對(duì)比度值的對(duì)比度比率。
在步驟S5中，如圖15所示，指定對(duì)比度等于或小于特定閾值的每個(gè)網(wǎng)格，并且規(guī)定一低對(duì)比度部分由這些對(duì)比度網(wǎng)格構(gòu)成，并且得到該低對(duì)比度部分的區(qū)域。如果多個(gè)低對(duì)比度部分出現(xiàn)在圖像中，即多個(gè)白斑出現(xiàn)在圖像中，則這些低對(duì)比度部分的區(qū)域的平均值作為低對(duì)比度部分的區(qū)域。
步驟S6中，檢測(cè)其中的亮度級(jí)低于特定閾值的每一個(gè)黑點(diǎn)而與網(wǎng)格無關(guān)，并且計(jì)算連續(xù)的黑點(diǎn)構(gòu)成的連續(xù)線的長度。如果在圖像中出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)線，可獲得每個(gè)具有規(guī)定值或更高的長度或最長的連續(xù)線的長度的連續(xù)線的數(shù)目。
步驟S7中，在對(duì)比度比率、連續(xù)的低對(duì)比度網(wǎng)格構(gòu)成的低對(duì)比度部分的區(qū)域和連續(xù)線的長度的基礎(chǔ)上判斷多晶硅膜的晶體的平均晶粒尺寸。
尤其，通過分別將對(duì)比度比率、低對(duì)比度部分的區(qū)域和連續(xù)線的長度與特定閾值(th1，th2，th3)比較來區(qū)分評(píng)定的多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是小晶粒尺寸、中間晶粒尺寸(中等晶粒尺寸)、大晶粒尺寸還是微晶粒尺寸，并且根據(jù)下表作出確定。
表1

另外，通過使用AC值，可進(jìn)一步區(qū)別評(píng)定的多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是中間晶粒尺寸還是中等晶粒尺寸。
用于評(píng)定多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸的第二評(píng)定過程將如下說明。
圖16表示第二評(píng)定過程的流程圖。
在步驟S11中，拾取多晶硅膜的表面。這樣拾取的圖像通常具有11微米×11微米的尺寸。
在步驟S12中，如圖17所示，拾取的圖像被分為大網(wǎng)格并且也把拾取的圖像分為小網(wǎng)格。小網(wǎng)格的尺寸為1.4平方微米，大網(wǎng)格的尺寸為2.8平方微米。大網(wǎng)格的尺寸最好設(shè)置為遠(yuǎn)大于對(duì)于大晶粒尺寸的晶體出現(xiàn)的白斑，例如是白斑的兩倍或多倍。小網(wǎng)格的尺寸優(yōu)選設(shè)置為遠(yuǎn)小于對(duì)于大晶粒尺寸的晶體出現(xiàn)的白斑，例如是白斑的一半。
在步驟S13中，計(jì)算每個(gè)大網(wǎng)格的對(duì)比度和每個(gè)小網(wǎng)格的對(duì)比度。通過使用圖像邊緣部分的亮度的差分值、每個(gè)像素的亮度的調(diào)制程度、各個(gè)像素的標(biāo)準(zhǔn)偏差等來計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格的對(duì)比度。
在步驟S14中，對(duì)于大網(wǎng)格獲得的拾取的圖像中的最大對(duì)比度值和最小對(duì)比度值從計(jì)算的對(duì)比度值中提取，并且計(jì)算最大和最小對(duì)比度值之間的對(duì)比度比率，類似地，對(duì)于小網(wǎng)格獲得的拾取的圖像中的最大對(duì)比度值和最小對(duì)比度值從計(jì)算的對(duì)比度值中提取，并且計(jì)算最大和最小對(duì)比度值之間的對(duì)比度比率。
在步驟S15中，計(jì)算AC值而與網(wǎng)格無關(guān)。
步驟S16中，在大網(wǎng)格的對(duì)比度比率、小網(wǎng)格的對(duì)比度比率和AC值的基礎(chǔ)上判斷多晶硅膜的晶體的平均晶粒尺寸。
尤其，通過分別將大網(wǎng)格的對(duì)比度比率、小網(wǎng)格的對(duì)比度比率和AC值與特定閾值比較來區(qū)分評(píng)定的多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是小晶粒尺寸(中等晶粒尺寸)、中間晶粒尺寸、大晶粒尺寸還是微晶粒尺寸，并且根據(jù)下表作出確定。
表2

圖18示出了大網(wǎng)格對(duì)比度比率根據(jù)能量密度的變化、小網(wǎng)格對(duì)比度比率根據(jù)能量密度的變化以及AC值根據(jù)能量密度的變化的曲線。如圖18的曲線所示，對(duì)于大晶粒尺寸或微晶粒尺寸的晶體，小網(wǎng)格的對(duì)比度比率要大，和僅僅對(duì)于微晶粒尺寸的一種晶體，大網(wǎng)格的對(duì)比度比率要大。
另外，可在小網(wǎng)格的低對(duì)比度部分的區(qū)域的基礎(chǔ)上區(qū)分多晶硅膜的晶體的晶粒尺寸是小晶粒尺寸還是中等晶粒尺寸。
下面將說明數(shù)字評(píng)定多晶硅膜的表面的圖像的線性和周期性的方法。
具有線性和周期性的多晶硅膜的拾取的圖像一般如圖19A所示，其中若干直線彼此平行地排列，兩個(gè)直線之間的間隙保持恒定。另一方面，不具有線性和周期性的多晶硅膜的拾取的圖像如圖20A所示，其中不規(guī)則地出現(xiàn)不規(guī)則的短直線等。圖19A和圖20A所示的各個(gè)圖像的線性和周期性的數(shù)字評(píng)定可通過在與視為具有周期性的方向垂直的方向上橫向偏置圖像以及數(shù)字評(píng)定原始圖像與通過橫向偏置原始圖像獲得的偏置圖像之間的關(guān)系來執(zhí)行。例如，當(dāng)如圖19A所示的具有線性和周期性的圖像被橫向偏置時(shí)，如圖19B所示，高相關(guān)性，即原始圖像和偏置圖像之間的大程度重疊隨一定的周期出現(xiàn)，即，周期出現(xiàn)一特定橫向偏置量。另一方面，甚至當(dāng)如圖20A所示的不具有線性和周期性的圖像被橫向偏置時(shí)，如圖20B所示，高相關(guān)性，即原始圖像和偏置圖像之間的大程度重疊不隨一定的周期出現(xiàn)。
多晶硅膜的表面的拾取圖像的周期性可通過橫向偏置圖像以及數(shù)字表達(dá)原始圖像與偏置圖像之間的關(guān)系來進(jìn)行數(shù)字評(píng)定。作為實(shí)現(xiàn)上述數(shù)字評(píng)定方式的一個(gè)方法，已知一種方法是計(jì)算圖像的自相關(guān)函數(shù)，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)的峰值和側(cè)峰值，以及獲得峰值和側(cè)峰值的比率。峰值意味著通過在基于原點(diǎn)的y方向上從原點(diǎn)減去第二最小值(其用于降低散焦值，可以是第一最小值或第二和后面的最小值中的任何一個(gè))獲得的值。側(cè)峰值意味著在從原點(diǎn)開始的y方向上從第二最大值(不包含原點(diǎn))減去基于原點(diǎn)的y方向上的第二最小值得到的值。
應(yīng)注意的是多晶硅膜的晶體狀態(tài)可通過評(píng)定多晶硅膜的表面的圖像的線性和周期性之一來判斷。
作為數(shù)字評(píng)定具有線性和/或周期性多晶硅膜的表面的拾取圖像的另一方法，已知有在具有線性的方向上增加標(biāo)準(zhǔn)化圖像的所有像素值并計(jì)算其調(diào)制程度的方法、將標(biāo)準(zhǔn)化圖像進(jìn)行二維傅立葉變換并從變換的圖像取出某頻率分量的強(qiáng)度的方法、提取圖像(在y方向上認(rèn)為有線性)的極值(最小值或最大值)的坐標(biāo)并在y方向上(x方向的中心當(dāng)作極值坐標(biāo)系的平均值并且x方向上的長度當(dāng)作x方向上的設(shè)置間距)延長的范圍內(nèi)在坐標(biāo)系的x方向上進(jìn)行分散的方法、以及在視為y方向上具有線性的圖像中提取的極值(最小值或最大值)的坐標(biāo)并采用y方向上延長的范圍的坐標(biāo)系的上下兩側(cè)的部分之間的角度(x方向的中心當(dāng)作極值坐標(biāo)系的平均值并且x方向上的長度當(dāng)作x方向上的設(shè)置間距)的方法。
下面說明評(píng)定多晶硅膜晶體的狀態(tài)的過程。圖像處理計(jì)算機(jī)29通過使用圖像的自相關(guān)性計(jì)算數(shù)字表達(dá)多晶硅膜的表面的拾取圖像的周期性的值(后面叫作AC值)、并且在AC值基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的線性和周期性來評(píng)定多晶硅膜晶體的狀態(tài)。
處理評(píng)定的過程根據(jù)圖21所示流程圖來執(zhí)行。步驟S21中，在圖像處理計(jì)算機(jī)29中攝取多晶硅膜的表面的圖像。在步驟S22中，計(jì)算攝取的圖像的自相關(guān)函數(shù)。在步驟S23中，從圖像中刪去與包含圖像的坐標(biāo)(0，0)的對(duì)齊方向垂直的面。在步驟S24中，計(jì)算步驟S23中切去的面上的自相關(guān)函數(shù)的峰值和側(cè)峰值，并且獲得AC值，作為峰值與側(cè)峰值的比率。
這里，自相關(guān)函數(shù)可如下表示R(τ)=limT→∞1T∫0Tf(x)f(x+τ)dx]]>自相關(guān)函數(shù)R(τ)表示函數(shù)f(x)與通過將值τ代入x方向的函數(shù)f(x)獲得的函數(shù)之間的相互關(guān)系。
多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)20通過使用下面的Wiener-Khinchin理論獲得多晶硅膜的表面圖像的自相關(guān)函數(shù)。注意到在使用Wiener-Khinchin理論的計(jì)算中，具體攝取的圖像的信息由符號(hào)“i”指示。
步驟1對(duì)攝取的圖像“i”進(jìn)行二維傅立葉變換(f＝fourier(i))步驟2對(duì)傅立葉變換“f”進(jìn)行平方，以產(chǎn)生功率譜“ps”(ps＝|f|2)步驟3對(duì)功率譜“ps”進(jìn)行反傅立葉變換，以產(chǎn)生二維自相關(guān)函數(shù)“ac”(ac＝inversefourier(ps))。
步驟4把自相關(guān)函數(shù)“ac”的絕對(duì)值當(dāng)作自相關(guān)函數(shù)的真值(aca＝|ac|)。
這樣產(chǎn)生的自相關(guān)函數(shù)“aca”在圖22和圖23中表示。圖22表示其自相關(guān)性高的圖像，即多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的自相關(guān)函數(shù)具有良好的線性和周期性。圖23表示其自相關(guān)性低的圖像，即多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的自相關(guān)函數(shù)具有差的線性和周期性。
多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)20還從通過使用Wiener-Khinchin理論計(jì)算的自相關(guān)圖像中切割垂直于對(duì)齊方向(即具有線性的方向)的包含圖像的坐標(biāo)(0，0)的面并且獲得關(guān)于從自相關(guān)圖像切去的面的函數(shù)。包含坐標(biāo)(0，0)的面被切去的原因是對(duì)根據(jù)諸如照射光量、CCD增益等的實(shí)驗(yàn)參數(shù)而變化的自相關(guān)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。
這樣得到的關(guān)于從自相關(guān)圖像切去的面的函數(shù)對(duì)應(yīng)于在與上述對(duì)齊方向垂直的方向上的自相關(guān)函數(shù)R(τ)。
應(yīng)注意的是上述步驟S21到步驟23可用圖24所示步驟S31到34替代。
圖24的流程圖表示的評(píng)定處理過程在下面說明。在步驟S31中，在圖像處理計(jì)算機(jī)29中攝取多晶硅膜的表面圖像。在步驟S32中，在垂直于激光束傳播方向(具有線性的x方向)的方向(具有周期性的y方向)上攝取的圖像的一條線從圖像中切去。在步驟S33中，計(jì)算圖像的一條線的自相關(guān)函數(shù)。在步驟S34中，這些操作按需要重復(fù)幾次，以平均圖像的各個(gè)線的自相關(guān)函數(shù)。
這種情況下的自相關(guān)函數(shù)可通過使用Wiener-Khinchin理論如下進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)注意到在下面的計(jì)算中，關(guān)于具體攝取的圖像的每條線的信息由符號(hào)“I”指示。
步驟1對(duì)攝取的圖像的一條線“I”進(jìn)行傅立葉變換(fI＝fourier(I))步驟2對(duì)傅立葉變換“fI”進(jìn)行平方，以產(chǎn)生功率譜“psI”(psI＝|f|2)步驟3對(duì)功率譜“psI”進(jìn)行反傅立葉變換，以產(chǎn)生二維自相關(guān)函數(shù)“acI”(acI＝inversefourier(psI))。
步驟4把自相關(guān)函數(shù)“acI”的絕對(duì)值當(dāng)作自相關(guān)函數(shù)的真值(acaI＝|acI|)。
這樣產(chǎn)生的自相關(guān)函數(shù)“acaI”在圖25和圖26中表示。圖25表示其自相關(guān)性高的圖像，即多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的自相關(guān)函數(shù)具有良好的線性和周期性。圖26表示其自相關(guān)性低的圖像，即多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的自相關(guān)函數(shù)具有差的線性和周期性。
拾取的圖像的上述一條線的自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算對(duì)拾取的圖像的所有線重復(fù)進(jìn)行，以平均拾取的圖像的所有線的自相關(guān)函數(shù)。平均的自相關(guān)函數(shù)對(duì)應(yīng)于在與上述對(duì)齊方向(具有線性的方向)垂直的方向上的自相關(guān)函數(shù)R(τ)。
多晶硅膜評(píng)定系統(tǒng)20從中央獲得的函數(shù)中取出最大峰值和側(cè)峰值，并計(jì)算最大峰值與側(cè)峰值的比率。這種比率當(dāng)作AC值。
因此，對(duì)于具有高自相關(guān)性的圖像，即，對(duì)于需要多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的線性和周期性的圖像，由于最大峰值與側(cè)峰值的差大，所以AC值變大。另一方面，對(duì)于具有低自相關(guān)性的圖像，即，對(duì)于不需要多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的線性和周期性的圖像，由于最大峰值與側(cè)峰值的差小，所以AC值變小。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的頂柵型TFT中，拾取多晶硅膜的表面圖像，并且計(jì)算拾取的圖像的自相關(guān)函數(shù)，數(shù)字評(píng)定多晶硅膜的表面空間結(jié)構(gòu)的線性和周期性。
盡管使用特定術(shù)語說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這種描述只是為了說明的目的，并且應(yīng)理解在不背離后面權(quán)利要求的精神或范圍的情況下可進(jìn)行各種變化和變形。
權(quán)利要求
1.一種評(píng)定通過退火非晶硅膜形成的多晶硅膜的多晶硅評(píng)定方法，包括以下步驟拾取多晶硅膜的表面圖象；將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域并計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度；檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度；以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多晶硅評(píng)定方法，其中計(jì)算低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率；和在對(duì)比度比率的基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多晶硅評(píng)定方法，其中評(píng)定通過使非晶硅膜進(jìn)行激光退火來形成的多晶硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的多晶硅評(píng)定方法，其中評(píng)定通過使用線性激光束來使非晶硅膜進(jìn)行激光退火來形成的多晶硅膜，線性激光束照射非晶硅膜的線性部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的多晶硅評(píng)定方法，其中評(píng)定通過使非晶硅膜進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火來形成的多晶硅膜。
6.一種用于評(píng)定通過退火非晶硅膜形成的多晶硅膜的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，包括用于拾取多晶硅膜表面的拾取裝置；和評(píng)定裝置，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，其中所述評(píng)定裝置計(jì)算低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率，在對(duì)比度比率的基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，其中評(píng)定通過使非晶硅膜進(jìn)行激光退火來形成的多晶硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，其中評(píng)定通過使用線性激光束來使非晶硅膜進(jìn)行激光退火來形成的多晶硅膜，線性激光束照射非晶硅膜的線性部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的多晶硅評(píng)定系統(tǒng)，其中評(píng)定通過使非晶硅膜進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火來形成的多晶硅膜。
11.一種制造薄膜晶體管的薄膜晶體管制造方法，包括形成非晶硅膜的非晶硅形成步驟；通過退火非晶硅膜形成多晶硅膜的多晶硅膜形成步驟；和評(píng)定步驟，拾取多晶硅膜表面圖象，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的薄膜晶體管制造方法，其中所述評(píng)定步驟中，計(jì)算低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率，在對(duì)比度比率的基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的薄膜晶體管制造方法，其中所述多晶硅膜形成步驟中，非晶硅膜進(jìn)行激光退火。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的薄膜晶體管制造方法，其中所述多晶硅膜形成步驟中，使用線性激光束來使非晶硅膜進(jìn)行激光退火，線性激光束照射非晶硅膜的線性部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的薄膜晶體管制造方法，其中所述多晶硅膜形成步驟中，使非晶硅膜進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的薄膜晶體管制造方法，其中所述評(píng)定步驟中，在所述多晶硅膜形成步驟中給出的用于受激準(zhǔn)分子激光退火的受激準(zhǔn)分子激光的能量密度在多晶硅膜的評(píng)定狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的薄膜晶體管制造方法，其中對(duì)用于受激準(zhǔn)分子激光退火的激光束的能量密度進(jìn)行控制，使得低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率高于特定值，并且連續(xù)低對(duì)比度區(qū)域構(gòu)成的部分的區(qū)域小于特定值。
18.一種制造薄膜晶體管的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，包括用于形成非晶硅膜的非晶硅形成設(shè)備；通過退火非晶硅膜形成多晶硅膜的多晶硅膜形成設(shè)備；和評(píng)定設(shè)備，用于拾取多晶硅膜表面圖象，將拾取的圖象分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算從拾取的圖象分成的每個(gè)區(qū)域的對(duì)比度，檢測(cè)高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域，比較高對(duì)比度區(qū)域和低對(duì)比度區(qū)域的對(duì)比度，以比較結(jié)果為基礎(chǔ)評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中所述評(píng)定設(shè)備計(jì)算低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率，在對(duì)比度比率的基礎(chǔ)上評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中在所述多晶硅膜形成設(shè)備中，非晶硅膜進(jìn)行激光退火。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中在所述多晶硅膜形成設(shè)備中，使用線性激光束來使非晶硅膜進(jìn)行激光退火，線性激光束照射非晶硅膜的線性部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中在所述多晶硅膜形成設(shè)備中，使非晶硅膜進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光退火。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中所述評(píng)定設(shè)備中，在所述多晶硅膜形成設(shè)備中給出的用于受激準(zhǔn)分子激光退火的受激準(zhǔn)分子激光的能量密度在多晶硅膜的評(píng)定狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的薄膜晶體管制造系統(tǒng)，其中所述評(píng)定設(shè)備中，對(duì)用于受激準(zhǔn)分子激光退火的激光束的能量密度進(jìn)行控制，使得低對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度和高對(duì)比度區(qū)域中的對(duì)比度的對(duì)比度比率高于特定值，并且連續(xù)低對(duì)比度區(qū)域構(gòu)成的部分的區(qū)域小于特定值。
全文摘要
提供一種客觀地、準(zhǔn)確地、自動(dòng)地以非接觸方式評(píng)定多晶硅膜的狀態(tài)的方法。該方法包括步驟:拾取通過受激準(zhǔn)分子激光退火形成的多晶硅膜的表面;將拾取的圖象分成每個(gè)具有特定的尺寸的網(wǎng)格(mesh);計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的對(duì)比度;提取拾取的圖像中的最高對(duì)比度值和最低對(duì)比度值,計(jì)算二者之間的對(duì)比度比率并且在對(duì)比度比率的基礎(chǔ)上判斷多晶硅膜的平均晶粒尺寸。
文檔編號(hào)G01N21/84GK1371123SQ02108099
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2002年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者和田裕之, 梅津暢彥, 田附幸一 申請(qǐng)人:索尼公司