TWI254792B - Detecting method and device of laser crystalline silicon - Google Patents

Description

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=^ ^關於一種雷射結晶石夕的檢測方法和裝置，尤指一 # 1二v &測低溫多晶石夕（ltps )製程中之雷射結晶矽形 成的檢測方法’以及利用此方法的檢測裝置。 先前技術：

^ 著’專膜電晶體（thin-f i lm transistors ; TFTs )製作 技衍的，速進步’具備了輕薄、省電和無幅射線等優點之 液日日^員二器（licluid crystal display ;LCD)已大量應 ^於計算機、個人數位助理器（pDA )、手錶、筆記塾 腦、數位相機、液晶顯示器和行動電話等各式電子產品。 再加上業界積極的投入研發以及採用大型化的生產設備， f液晶顯示器的生產成本不斷下降，更令液晶顯示器的 求量大增。

由於低，多晶梦（LTPS)的薄膜電晶體液晶顯示器具有解 ^度二受度、尺寸及抗電磁干擾等各方面的優勢，使得液 晶顧不器廠商的研發重心轉向此一領域。在膜 與量產需求下，低溫多晶梦製程常 術（ExClmer Laser Annealing ; ELA )，亦即利用準分子 雷射作為熱源，雷射光經過投射系統後，會產生能量均勻 分布的雷射光束，投射於沉積有非尋矽膜的基板上’當非

1254792 五、發明說明（2) 晶矽膜吸收準分子雷射的能量後，會將之轉變 、 結構，因整個處理過程都是在6〇〇它以下完成，所、^夕一曰曰二夕 玻璃基板或是塑膠基板皆可適用。 乂 般 承前所述，目前在低溫多晶矽的應用上，係以一雷 照射掃瞄預先沈積於基板上的非結晶矽，使其形Z結晶。 而雷射結晶矽的品質好壞，會直接影響之後形成各件 =特性，但是，目前對基板上的結日的檢測法， 並不理想。在現有的技術方法中，一種係為掃瞄 微鏡（SCANNING ELECTRON MICROSCOPE，SEM )方法，用 來視察晶粒的大小（grain size )和形狀與分佈狀況，用缺 而由於SEM方法必須切割玻璃基板來作樣品分析且 妳、、 過前化學處理’不但不符合生產線的需求，且屬於破壞^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ i ° ^ ^ ^ ^ t (deep uv microscope )方法，用來視察結晶矽的表面突 觸排列的情形，然而由於其將樣品放大至一萬倍以2，所 以只能用來檢定基板上數微米區域的結晶好壞，無法對整 片基板進行檢測（因為要花費數天來檢測一整片i板，非 常耗時），且其設備必須精密而複雜，價格昂貴。 因此’亟需對現有之低溫多晶石夕製程中的雷射結晶石夕的檢 測方法進行改良，以便能提供令人滿意的檢測結果。 發明内容： _ _ 1 麵 第6頁 1254792 五、發明說明（3) 本發明之主要目的即是提供一種應用於低溫多晶矽 (LTPS )製程之雷射結晶矽的檢測方法。藉由線狀掃描 (line scan)的準分子雷射退火技術（ELa)在一絕緣基 板上所形成的結晶；ε夕表面的突起排列所造成類似分光光栅 (beamspl itting-gratings )的現象，提供一簡易且快速 檢測該結晶矽表面之結晶品質的優劣的方法。 本發明之第二目的即是提供一種可同步監測低溫多晶矽 (LTPS )製程中之雷射結晶矽形成的檢測方法。使用照射 該結晶石夕表面之一可見光光源和捕取該光源之反射光的一 兵^目機與跟一線咏掃描（ l ine scan )的準分子雷射退火 (ELA )機台結合，以便監測該結晶矽表面之結晶狀況， 並在發現結晶結果有異時，作即時的雷射能量修正調整。 本發明之第三目的即是提供 結晶石夕檢測裝置。 一種使用上述檢測方法之雷射 $毛月之第一實施態樣係揭示一種應用於低溫多晶矽 一 ps )，二程之雷射結晶石夕的檢測方法。該方法包括使用 源，例如一白光或綠光，來照射一絕緣基板上 ' 、 χ面’其中該結晶石夕表面係以線狀掃描（1丨ne =式進行準分子雷射退火技術（ELA)使原本在該 " 、非結晶矽轉變成結晶石夕，4且透過經由該結晶矽

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晶的好壞。 晶石夕表面會 表面之突起排列所反射之光的變化，來檢測結 舉例而言，當反射光的變化大而明顯時，該結 佈滿條紋，即表示結晶品質不佳。 本發明之第二實施態樣係揭示一種應用於低溫多晶矽 f雷射結晶矽形成的同步檢測方法，其係在以線狀掃描 jline scan)方式進行準分子雷射退火技術（ela)使一 r板上的非結晶矽轉變成結晶石夕的製程中，同時使用一可 ，光光源照射該結晶矽之表面，透過經由該結晶矽表面之 突起排列所反射之光的變化，來檢測結晶的好壞，並可監 測所使用之雷射光束的雷射能量與非晶矽膜的結晶條件出 見不匹配或疋声射能量不穩定的倩 而明顧時，該結晶矽表面會佈滿條紋，即表示結晶品 佳，也就是雷射能量不匹配或不穩定。 實施方式： 本發明揭露一種新穎的雷射結晶矽的檢測方法 inspection meth〇d )，對於以線狀掃描（ line scan ) 方式進行ELA (準分子雷射退火技術）雷射光束照射一絕 緣基板（例如，玻璃基板）上的非結晶矽，使其產生結 的製程，可利用一可見光光源，例如白光照射該結晶表 面’透過經由該結晶矽表面之突起排列所反射光的變化 使得結晶矽表面可能呈現出條紋（例如，當反射的光強度

1254792 五、發明說明（5) 變化？而明顯e夺’結晶矽表面會佈滿條 的妤壞，並可監測所使用之雷射光裘的恭 木私測、、、口日日 膜的結晶條件出現不匹配或是雷射能量；穩J晶矽 請參見圖一系列（圖一Α至圖一◦)釦图-么 圖二C )，其等係分別為雷射έ士和圖口一系列（圖二A至 (At〇fflicF〇rce UUros.Z； 圖片，其中電子顯微鏡的樣品已經過化與電子顯U鏡的 晶矽的晶界，以便觀察結晶的好壞。予处理而暴露出結 圖一A和圖二A係顯示雷射能量不足的社曰壯“ 顯微鏡的圖片可發現，結晶石夕表面的‘;，，伙原子力 晶界無秩序。當將雷射能量增加，而鱼不、纟0日日石夕的 件，例如非晶梦膜的厚度、膜的結晶條 結晶時的周圍氣氛Umbience )、達成最户=:f度和雷射 況會如圖一β和圖-R所顧一）達成最各組合％，結晶情 當雷射能量超過時: C和圖二C所示。、，、°日日h況的規則性就又消失，如圖一 -均勻規則性排列,：2 :形成的結晶矽表面突起會肩 大起排列的間距約為25()"3()Q奈米，突起的平均〜 1254792 五、發明說明（6) 度分佈（相對* 的突起呈現出 似分光光柵的 面，照射的角 30度，此時該 程差經過公式 也就是該突起 干涉。因此， 看到結晶表面 圖三係 雷射能 身之非 強度的 配時， 區域， 的變化 的綠光 看起來 基板平 在該光 紋的現 表面是 行於雷 3膜平面）在7G_8Q度。由於結晶石夕表面 2勻規則性排列，使得此種結晶表面具 乍用，於是當以一白光光源照射該結晶表、 度在與該基板平面夾約10 —85度，較佳是15一 結晶石夕表面排列規則之突起所反射的光^的光 計算為5394-5684奈米，正是綠光的波長， ^均勻規則排列可對綠光產生最大的建設性 虽吾人站在該光源的照射角度範圍内時，可 在最佳結晶產生時，呈現一片綠色。 2 = H反射光強度與雷射能量強弱的關係圖，當 ίi t圖二之F區域’雖然由於ELA雷射光本 3 s會有若干變異量發生，但綠光反射 不大(ΔΥ除以ΛΧ的值），然而當雷射能量不匹 如圖三之雷射能量不足的心區域和雷射能量過高G 綠光反射強度相對於同樣的雷射能量變異就有明顯 。在這種情況下’於基板上不同位置之結晶矽表面 反射的光強度變化就會很明顧，因此結晶矽的表面 會佈滿言之，當吾人以-照射角度在與該 面夾約10-85^度的白光光源照射該結晶表面，並站 源照射角内時，若觀察到該結晶表面出現條 象’即可1疋1射能量不匹配。而且，觀察該結晶 否呈現出條=的最佳水平面方位，乃是在垂直 射掃瞄的方向上。 1254792

由於現八旦，a , 7影像科技進步，可田 旧4 析度在數十毫了以使用一知相機，例如具有解 係顯示在鏡碩，來取代肉眼捕取影像。圖四 晶矽區域上玻„上由不同強弱雷射能量所形成的結 能量正Ϊ，量不足，Fl、F2和F，域係雷射 照相機拍攝Λ Λ 量過高），在被白光照射後經 Ε區域和Λ 如圖四所示，在雷射能量不足的 域和雷射能^過高的G區域，'结晶石夕表 速的研究發現’可設計出一種簡易且快 朵％晶矽的檢測方法，如圖五所 ^4射置於一平台！上的一基板2之結晶表面，其照^ fIf談基板2平面夾約1 〇 —85度，並使用一照相機4在該 九源3照射角度範圍内捕取整個基板上結晶表面的反射影 像^再將捕取的影像輸入至電腽加以處理分析，例如分析 其光強度在一選定區域之均勻性、對比或灰階的方式，就 可以得知該選定區域之結晶狀況，以便於製程監控。 由於本發明之雷射結晶石夕的檢測方法，只需使用一可見光 光源和一照相機來進行，因此可跟ELA雷射機台結合，設 °十出一種可同步監測低溫多晶石夕（LTPS )製程中之雷射結 晶矽形成的檢測裝置，並在監測出結晶結果有異時，作即 時的雷射能ΐ修正調整。而且在本發明之雷射結晶石夕的檢

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藉由以下詳細之描述結合所附圖式，當明瞭上述 容及本發明之諸多優點，其中： ^之技術内 的原子力顯 圖一 A至圖一 C、係為玻璃基板之雷射結晶矽樣 微鏡（Atomic For ce M i croscope )的圖片； 圖二A至圖二C係為圖一 A至圖一 C之雷射結晶石夕樣品的 應之電子顯微鏡的圖片； ’口口、目對 圖三係為本發明之常態化（norma 1 i zed )朵后&— y兀久射強度盘恭 射能量強弱的關係圖； ”田 圖四係為本發明在一片玻璃基板上由不同強萌 y L , 艰羽雷射能量所 形成的結晶矽區域，被白光照射後經照相機拍攝… 圖五係為本發明之雷射結晶梦檢測方法的儀哭i 圖0 元件圖號說明 2基板 照相機 1平台 3光源 10條紋

Claims (1)

1254792 六、申請專利範圍 1 · 一種應用於低溫多晶矽製程之雷射結晶矽的檢測方法， 其係使用一可見光光源照射以線狀掃描（Hne scan)方 式進行準分子雷射退火技術（ELA )使一絕緣基板上的非 結晶矽轉變成結晶矽的結晶矽表面，透過經由該結晶矽表 面之突起排列所反射之光的變化，來檢測結晶，其中，當 該反射光的變化大而明顯時’該結晶石夕表面會佈滿條紋， 即表示結晶品質不佳。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中該可見光光源之照射角度係與該基板的平面夾約1 〇 一 85度' ...·' ： ' ： ： -'·' ·-：'>- Λ ；,；- 3 ·如申請專利範圍第2項所述之雷射結晶碎的檢測方法， 其中該可見光光源之照射角度係與該基板的平面夾約15一 30度。 4·如申請專利範圍第1項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中該可見光光源係為一白光。 5 · —種應用於低溫多晶矽製程之雷射結晶矽形成的同步檢 測方法’其係在以線狀掃描（1 i n e s c a η )方式進行準分 子雷射退火技術（E L A )使一絕緣基板上的非結晶石夕轉變 成結晶矽的製裎中，同時使用一可見光光源照射該結晶矽 之表面，透過經由該結晶石夕表面之突起排列所反射的光的

第14頁 1254792 — ---~^___ ______ 六、申請專利範圍 j化’來檢測結晶，並可監測所使用之雷射光束的雷射能 里與非晶石夕膜的結晶條件出現不匹配或是雷射能量不穩定 的情況，其中當反射光的變化大而明顯時，該結晶矽表面 會佈滿條紋，即表示結晶品質不佳，也就是雷射能量不匹 配或不穩定。、 6 ·如申請專利範圍第5項所述之雷射結晶矽形成的同步檢 '則方法’其中該可見光光源之照射角度係與該基板的平面 夾約10-85度。 7·如申請專利範圍第6項所述之雷射結晶砍形成的同步檢 測方法，其中該可見光光源之照射角度係與該基板的平面 失約1 5-3〇度。 ： ...... , * · - . ： . _ 8 ·如申請專利範圍第$項所述之雷射結晶石夕形成的同步檢 測方法，其中該可見光光源係為一白光。 .· - . ' . ..... - ' .. ... 9 · 一種應用於低溫多晶石夕製程之雷射結晶石夕的檢測方法， 包括： 使用一可見光光源照射一絕緣基板上之結晶矽表面，其中 該結晶矽表面係利用準分子雷射退火技術（ELA )以線狀 掃描（line scan )方式進行雷射光束照射該基板上的非 結晶矽而形成；以及 使用 照相機捕取在該光源照射該奏板上之結晶表面後的

第15頁 1254792 六'申請專利範圍 反射影像，當該反射影像呈現出條紋時，可判定出該結晶 表面的結晶不佳，並可監測所使用之雷射光束的雷射能量 與非晶矽膜的結晶條件出現不匹配或是雷射能量不穩定的 情況。 I 〇 ·如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 另包括：將該捕取的影像輸入至一電腦加以處理分析，以 便監測遠結晶表面之一選定區域之結晶狀況，並作即時的 製程調整控制。 II ·如申請專利範圍第1 〇項所述之雷射結晶矽的檢測方 法，其中，對該捕取的影像之光強度在該選定區域之均勻 性、對比或灰階的方式加以處理分析，以便監測該選定區 .·** - 域之結晶狀況，並作即時的雷射能量修正調整。 ... ：：：："'· ；. .' ： ：. ,；； ； ； -；；. - .. 12·如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該照相機係捕取整個基板上被該光源照射後之纟士曰 、口 日日 表面的反射影像。 1 3 ·如申睛專利範圍第9項所述之雷射結晶石夕的檢測方法， 其中，該可見光光源之照射角度係與該基板的平面失約 14·如申請專利範圍第13項所述之雷射結晶矽的檢測方

1254792 六、申請專利範圍 法，其中，該可見光光源之照射角度係與該基板的平面夾 約15-3 0度。 1 5 ·如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該可見光光源係為一白光。 1 6 ·如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該可見光光源係為一綠光。

1 7 ·如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該照相機的垂直面方位係在該可見光光源的照射角 度範圍内。 1 8.如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該照相機的水平面方位係在垂直於該雷射光束線狀 掃瞄的方向上。

1 9 .如申請專利範圍第9項所述之雷射結晶矽的檢測方法， 其中，該照相機的水平面方位係在平行於該雷射光束線狀 掃目苗的方向上。

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