半导体薄膜形成方法和半导体薄膜检查装置的制作方法

专利名称：半导体薄膜形成方法和半导体薄膜检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体薄膜形成方法和半导体薄膜检査装置，该半导体 薄膜适合于制造用于液晶显示器或有机电致发光(electroluminescence ， EL)显示器的薄膜晶体管(Thin film Transistor, TFT)基板。
背景技术：
在有源矩阵型液晶显示器或者使用有机EL器件的有机EL显示器 中，采用了TFT基板。在该TFT基板中，在基板上形成有非晶半导体薄 膜或者晶粒直径相对较小的多晶半导体薄膜，并且该半导体薄膜被激光 束照射并被退火处理，从而获得晶体生长的半导体薄膜。所获得的半导 体薄膜被用来形成作为驱动元件的TFT。过去，作为利用上述激光束的退火装置的光源，人们已经使用了具 有高的半导体薄膜吸收率并能够获得高的脉冲光输出的准分子激光器。 然而，由于准分子激光器是气体激光器，因而输出强度根据每个脉冲而 变化。因此，存在如下缺点，即，在通过使用准分子激光器形成的TFT 中，特性会有差异，并且在使用这种TFT的显示单元中容易发生显示不 均。所以，为了解决由于气体激光器中脉冲强度变化引起的图像质量劣 化问题，曾提出了一种使用具有较高输出稳定性的半导体激光器作为光 源的退火装置(例如，日本专利申请公开公报No. 2003-332235)。然而， 由于与从准分子激光器等获得的光输出相比，从半导体激光器获得的光输出非常小，因而使得退火处理中的光束尺寸也减小。因此，增加了 TFT 基板的单位面积的退火处理时间，从而导致诸如产率降低和制造成本增 加等缺点。结果，为了实现退火处理的高吞吐量，曾提出了下面的退火方法(例 如，日本专利申请公开公报No. 2004-153150)。在该退火方法中，使多个 激光光源彼此相邻地布置着，并且用来自该多个激光光源的多个激光束 同时照射非晶半导体薄膜上的多个区域。结果，减少了扫描时间从而提 高了产率。另外，在过去，利用为退火装置设置的用于监测激光束强度的器件， 已经进行了使用上述半导体激光器的半导体薄膜结晶化控制方法。例如， 在日本专利申请公开公报No. 2005-101202中说明的激光束强度监测方法中，将单个强度测量部用于多个激光光学系统的光路。该单个强度测 量部被移动到各激光光学系统的各光路上，从而该单个强度测量部能接 收各光路中的光。因此，对于多个激光光学系统，通过单个强度测量部 来测量各照射能量。此外，在日本专利申请公开公报No. 2004-342875中，提出了通过使 用由于激光束照射而从晶体出射的喇曼散射光(Raman scattering light)对 激光照射位置进行分析的方法。另外，还提出了使用高速线阵相机(line camera)的反射图像的缺陷检査方法及装置。然而，在如前述日本专利申请公开公报No. 2005-101202中那样使用 多个激光束进行退火处理的情况下，在各个激光光源中，存在着各出射 光的各发散角之间的个体差异。此外，在设置均一照射光学系统以校正 这种个体差异的情况下，会产生调整误差等。因此，在使用多个激光束进行退火处理的情况下，自然会导致用于照射对象的各激光的尺寸和强 度的差异。如上所述，在过去仅对来自各激光光源的激光束的强度(能量)进行 监测。因此，由于焦点位置和光学系统像差等，很难对对象表面上的微 小的能量密度差异进行监测。于是，这种能量密度差异导致了对象(半导 体薄膜)的退火效果的差异，并进一步导致了半导体薄膜上的不同位置处7的结晶度差异。结果，所形成的TFT的特性根据各激光束而不同。TFT 的特性差异引起了显示装置的显示不均。
不仅在使用上述多个激光光源进行退火处理的情况下可能产生这种 对半导体薄膜的激光退火效果的差异(薄膜上的不同位置处的效果差异)，
而且在使用单个激光光源进行退火处理的情况下也可能产生上述差异。
另外，在前述日本专利申请公开公报No. 2004-342875的技术中，由 于使用了喇曼散射光，因而装置规模变大且成本变高。此外，由于使用 氩激光器作为光源，因而使运行成本昂贵。此外，由于必须使用复杂的 光学系统，因而进行调整要花费人力和时间。另外，由于喇曼光是微弱 的，因而需要约1 pm程度的窄激光，并且应当设置多个测量点来评估平 均结晶度。结果，存在着使监测所必需的时间增加的缺点。
此外，在使用高速线阵相机的反射图像的前述缺陷检査方法中，由 于使用了反射图像，因而包含被称作伪缺陷的许多噪声。所以，人们经 常要检査预期缺陷的真实性，这在测量时间和测量精度方面很不利。

发明内容
鉴于上述情况，在本发明中期望提供一种半导体薄膜形成方法，其 在利用通过激光退火实现的结晶化来形成半导体薄膜时，能够精确并容 易地评估结晶半导体薄膜，本发明还提供一种半导体薄膜检査装置。
本发明实施例提供了一种半导体薄膜形成方法，所述方法包括在 透明基板上形成非晶半导体薄膜的步骤；通过用激光照射所述非晶半导
体薄膜来进行热处理，使所述非晶半导体薄膜结晶化从而形成结晶半导
体薄膜的步骤；以及用于检查所述结晶半导体薄膜的检査步骤。所述检 查步骤包括通过从所述透明基板的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜 并进行摄像来获得所述结晶半导体薄膜的透射图像的步骤，以及基于所 获得的透射图像对所述结晶半导体薄膜进行筛选的筛选步骤。
在本发明实施例的半导体薄膜形成方法中，在所述透明基板上形成 所述非晶半导体薄膜之后，用激光照射所述非晶半导体薄膜来进行热处 理。因此，所述非晶半导体薄膜被结晶化，并形成了所述结晶半导体薄 膜。此后，对所述结晶半导体薄膜进行检査。在所述检査步骤中，通过从所述透明基板的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜并进行摄像来获得 所述结晶半导体薄膜的透射图像，并基于所获得的透射图像对所述结晶 半导体薄膜进行筛选。
本发明实施例提供了一种半导体薄膜检查装置，其包括载物台， 在检查结晶半导体薄膜时所述载物台用于安装上面形成有所述结晶半导 体薄膜的透明基板，所述结晶半导体薄膜是通过在所述透明基板上形成 非晶半导体薄膜、然后用激光照射所述非晶半导体薄膜来进行热处理从 而使所述非晶半导体薄膜结晶化而形成的；光源，其从所述载物台的背 侧用光照射所述结晶半导体薄膜；摄像器件，其用于接收从所述光源出 射并透射穿过所述载物台和所述结晶半导体薄膜的透射光，从而获得所 述结晶半导体薄膜的透射图像；以及筛选器件，其基于通过所述摄像器 件获得的透射图像对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
在本发明实施例的半导体薄膜检査装置中，上面形成有所述结晶半 导体薄膜的透明基板被安装在所述载物台上，所述光源从所述载物台的
背侧用光照射所述结晶半导体薄膜，并且透射穿过所述载物台和所述结 晶半导体薄膜的透射光被接收。于是，获得了所述结晶半导体薄膜的透
射图像。基于所述透射图像，对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
根据本发明实施例的半导体薄膜形成方法，在检査所述结晶半导体 薄膜结晶度的步骤中，通过从所述透明基板的背侧用光照射所述结晶半 导体薄膜并进行摄像来获得所述结晶半导体薄膜的透射图像，并基于所
述透射图像对所述结晶半导体薄膜进行筛选。因此，在利用通过激光退 火实现的结晶化来形成半导体薄膜时，能精确并容易地对所述结晶半导 体薄膜进行评估。
此外，根据本发明实施例的半导体薄膜检査装置，上面形成有所述 结晶半导体薄膜的透明基板被安装在所述载物台上，所述光源从所述载
物台的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜，并且透射穿过所述载物台和 所述结晶半导体薄膜的透射光被接收，从而获得了所述结晶半导体薄膜 的透射图像。另外，基于所述透射图像，对所述结晶半导体薄膜进行筛 选。因此，在利用通过激光退火实现的结晶化来形成半导体薄膜时，能 精确并容易地对所述结晶半导体薄膜进行评估。从下面的说明中会更充分地体现本发明的其它和进一步的目的、特 征及优点。


图1是图示了本发明实施例半导体薄膜检查装置的整体结构的图2是图示了本发明实施例用于形成半导体薄膜的一些主要步骤的 截面图3是图示了图2之后的步骤的截面图4是图示了图3之后的步骤的截面图5是图示了图4之后的步骤(检查步骤)的示例的流程图6A 图6C是图示了在图5所示检查步骤中获得的半导体薄膜透射 图像的示例的照片；
图7A和图7B是图示了在图5所示检査步骤中产生的辉度分布的示 例的特性图8A 图8C是图示了在检査步骤中获得的半导体薄膜透射图像的 另一示例的照片；
图9是图示了能量密度与退火宽度之间关系的示例的特性图10是图示了在检査步骤中获得的半导体薄膜透射图像的又一示 例的照片；
图11是图示了在检查步骤中获得的半导体薄膜透射图像的再一示 例的照片；
图12是图示了在检查步骤中获得的半导体薄膜透射图像的另外一 个示例的照片；以及
图13是图示了包括由图2~图5所示步骤形成的半导体薄膜的TFT 基板的结构示例的截面图。
具体实施例方式
下面参照附图具体说明本发明的实施例。
10图1图示了本发明实施例半导体薄膜检査装置(检査装置l)的整体结 构。检查装置1例如适用于在制造具有底栅结构的薄膜晶体管(底栅型
TFT)的步骤中形成的硅半导体膜。具体地，检査装置l是适用于Si(硅) 薄膜基板2的结晶度的检査装置，如稍后所述，Si薄膜基板2是具有多 晶硅(p-Si)膜(结晶半导体薄膜)的基板，该p-Si膜是通过在透明基板上形 成非晶硅(a-Si)膜(非晶半导体薄膜)、然后用激光照射该a-Si膜来进行退 火处理从而结晶形成的。检查装置l包括可移动载物台11、发光二极管 (Light Emitting Diode， LED) 12、物镜13、电荷耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)相机14、图像处理用计算机15和控制用计算机16。
可移动载物台11安装(支撑)作为检查对象的Si薄膜基板2。可移动 载物台11通过由后述的控制用计算机16提供的控制信号S能够在图中 的X轴方向和Y轴方向上任意移动。此外，可移动载物台11由能够让 从后述的LED 12产生的光(照射光L。ut)透过的材料(例如，玻璃板)制成。
LED 12是从可移动载物台11背侧(在安装有Si薄膜基板2的那个表 面的相对侧上)用光(照射光L。ut)照射Si薄膜基板2的光源。LED 12优选 用绿光作为照射光L。ut照射Si薄膜基板2，绿光是在具有约500-600 nm 的中心波长的波长范围内的光。绿光是在容易透过作为照射对象的p-Si 薄膜的波长范围内的光。
物镜13是用于放大和检测从LED 12出射并透过可移动载物台11 及Si薄膜基板2的照射光L。ut(透射光)的光学器件。CCD相机14是对约 500-600 nm的波长范围内的光具有高度敏感性的相机。CCD相机14中 具有作为摄像器件的CCD图像传感器，从而在Si薄膜基板2中获得p-Si 薄膜的透射显微镜图像(透射图像)。
图像处理用计算机15基于通过物镜13和CCD相机14获得的p-Si 膜透射图像产生稍后说明的辉度分布，并利用所产生的辉度分布对p-Si 膜进行筛选(进行检查处理)。具体地，首先，图像处理用计算机15接收 从CCD相机14提供的透射图像数据Dl，分析图像辉度并监测在Si薄 膜基板2上形成的p-Si膜的结晶化状态(结晶度)。基于该监测结果，图 像处理用计算机15获得在用于生成p-Si膜的半导体激光退火过程中的能 量密度设定值，或者判定在Si薄膜基板2上形成的p-Si膜是合格品还是不合格品。稍后将会说明通过图像处理用计算机15进行的检査处理的细节。
控制用计算机16基于控制信号S对来自LED 12的照射光L。ut的照 明进行控制，对LED 12、物镜13和CCD相机14的移动位置进行控制， 并对物镜13的切换进行控制。在这些控制中，对于移动位置的控制而言， 具体地，控制用计算机16进行控制从而相对地改变LED 12、物镜13和 CCD相机14相对于安装在可移动载物台11上的Si薄膜基板2的位置。
在本实施例中，LED12对应本发明中"光源"的具体示例。此外， 物镜13和CCD相机14对应本发明中"摄像器件"的具体示例。而且， 图像处理用计算机15对应本发明中"辉度分布产生器件"和"筛选器件" 的具体示例。另外，控制用计算机16对应本发明中"控制器"的具体示 例。
接着，参照图2~图7B说明本发明实施例的半导体薄膜形成方法， 该形成方法包括使用图1所示的检查装置1进行的检查步骤。图2~图4 是图示了本实施例半导体薄膜形成方法的一些主要步骤的截面图。图5 是图示了图4之后的步骤(检査步骤)的示例的流程图。
首先，如图2所示，在诸如玻璃基板(基板尺寸例如约为550mmx650 mm)等透明基板20上，例如利用光刻方法依次形成栅极电极21、栅极绝 缘膜221和222以及a-Si膜230。栅极电极21例如由钼(Mo)构成，栅极 绝缘膜221例如由氮化硅(SiNx)构成，栅极绝缘膜222例如由氧化硅(SK)2) 构成。
接着，如图3所示，使用半导体激光光源(未图示)用激光L1照射透 明基板20上的a-Si膜230，由此进行退火处理(热处理)，从而使a-Si膜 230结晶化。因而，例如如图4所示，在透明基板20上形成了 p-Si膜23。 在进行这种退火处理时的照射条件例如是15 J/cm2。
接着，例如如图5中的步骤S101 S104所示，通过使用图l所示的 检查装置1，检査在透明基板20上形成的p-Si膜23的结晶化状态(结晶 度)(进行检查处理)。
具体地，首先，将形成有p-Si膜23的Si薄膜基板2安装在可移动载物台11上，并且LED12从可移动载物台11的背侧(在安装有Si薄膜 基板2的那个表面的相对侧上)用照射光L。ut照射p-Si膜23。物镜13和 CCD相机14接收透射穿过可移动载物台11和Si薄膜基板2的透射光并 进行摄像。于是，在图像处理用计算机15中，获得了如图6A 图6C所 示的p-Si膜23的透射图像(透射图像数据D1)(图5中的步骤S101)。此 时，可以通过从控制用计算机16提供的控制信号S，来相对地改变LED 12、物镜13和CCD相机14相对于安装在可移动载物台ll上的Si薄膜 基板2的位置，从而可以获得p-Si膜23上的多个点处的透射图像。
图6A图示了在使用激光L1的退火处理中，在用能量密度小于整个 照射面的结晶化所必需的能量密度的激光Ll进行照射的情况下，透射图 像的示例。图6B图示了在使用激光L1的退火处理中，在用具有整个照 射面的结晶化所必需的能量密度的激光Ll进行照射的情况下，透射图像 的示例。图6C图示了在使用激光L1的退火处理中，在用能量密度大于 整个照射面的结晶化所必需的能量密度的激光Ll进行照射的情况下，透 射图像的示例。从图6A 图6C的透射图像发现，图6B的透射图像的图 像辉度几乎是均一的，而图6A和图6C的透射图像的图像辉度不均一。 这是由下面的原因所导致的。也就是说，因为Si膜的结晶度主要依赖于 退火处理中的能量密度，并且Si膜的透射率随着结晶化区域的扩大或结 晶尺寸的增加而增加。具体地，在达到一定能量密度以前仅在一部分照 射区域中进行结晶化，在达到该一定能量密度时会在整个照射区域中实 现结晶化，而随着能量密度进一步增加，结晶尺寸在一部分照射区域中 部分地增加。
接着，例如，由图像处理用计算机15基于所获得的透射图像(透射 图像数据D1)产生如图7A和图7B所示的透射图像的辉度分布(表示辉度 值与各辉度值的频率之间关系的分布)(步骤S102)。图7A图示了对应于 例如图6A和图6C所示透射图像的图像辉度不均一这种情况的辉度分布 的示例。图7B图示了对应于例如图6B所示透射图像的图像辉度几乎均 一这种情况的辉度分布的示例。从图7A和图7B的辉度分布发现，在退 火处理中的能量密度小于或者过度大于必要的能量密度，因而使得透射 图像的图像辉度不均一的情况下(图6A和图6C)，产生了多个辉度峰(在
13密度几乎是必
要的能量密度并且透射图像的图像辉度几乎均一的情况下(图6B)，产生 了单个辉度峰。
接着，基于通过图像处理用计算机15产生的透射图像辉度分布来计 算出辉度的标准偏差(步骤S103)。具体地，图像处理用计算机15进行计 算，得出在前述图6A所示的透射图像辉度分布中的辉度标准偏差例如是 7.9，在前述图6B所示的透射图像辉度分布中的辉度标准偏差例如是2.6， 在前述图6C所示的透射图像辉度分布中的辉度标准偏差例如是4.9。
接着，图像处理用计算机15根据计算出的辉度标准偏差对p-Si膜 23进行筛选(进行p-Si膜23是合格品还是不合格品的筛选)(步骤S104)。 具体地，在计算出的标准偏差低于给定阈值(例如，3.5)的情况下(例如， 基于图6B的透射图像辉度分布计算出的标准偏差是2.6)，图像处理用计 算机15判定p-Si膜23的结晶度几乎是均一的，且p-Si膜23是合格品。 另外，在计算出的标准偏差是给定阈值(例如，3.5)以上的情况下(例如， 基于图6A和图6C的透射图像辉度分布计算出的标准偏差分别是7.9和 4.9)，图像处理用计算机15判定p-Si膜23的结晶度是不均一的，且p-Si 膜23是不合格品。于是，完成了在透明基板20上形成的p-Si膜23的结 晶度的检査处理。
如上所述，在本实施例中，在透明基板20上形成a-Si膜230之后， 用激光Ll照射a-Si膜230来进行退火处理(热处理)。因而，使a-Si膜 230结晶化，并形成p-Si膜23。此后，通过检査装置l来检査p-Si膜23 的结晶度(进行检査处理)。在检查处理中，LED 12从安装有上面形成了 p-Si膜23的透明基板20 (Si薄膜基板2)的可移动载物台11背侧用照射 光L。ut照射p-Si膜23。已经透过可移动载物台11和p-Si膜23的透射光 通过物镜13被CCD相机14接收，由此获得p-Si膜23的透射图像(透射 图像数据Dl)。在获得了透射图像数据Dl的图像处理用计算机15中， 基于透射图像数据Dl形成辉度分布，并利用该辉度分布对p-Si膜23进 行筛选。
如上所述，在本实施例的p-Si膜23的结晶度的检查处理中，LED 12 从安装有上面形成了 p-Si膜23的透明基板20 (Si薄膜基板2)的可移动载
14物台11背侧用照射光L。ut照射p-Si膜23。已经透过可移动载物台11和 p-Si膜23的透射光通过物镜13被CCD相机14接收，由此获得p-Si膜 23的透射图像(透射图像数据Dl)。在图像处理用计算机15中，基于透 射图像数据Dl形成了辉度分布，并利用该辉度分布进行p-Si膜23的筛 选。因此，在利用通过激光退火进行的结晶化来形成Si薄膜时，能够精 确评估结晶度。所以，即使由于微小的焦点位置差、因发散角差异引起 的微小的激光束直径差和微小的光学系统像差等产生了对象(a-Si膜230) 上的能量密度差异等，也能在退火处理中通过半导体激光器实现结晶化 控制。此外，还能够降低p-Si膜23上各照射区域之间的诸如晶粒尺寸等 特性的差异。另外，由于能够以非接触和非损坏性的方式对Si薄膜基板 2进行结晶度检査，因而能够在短时间内以高的再现性进行结晶化监测。
具体地，在p-Si膜23的筛选中，基于所产生的辉度分布计算出辉 度的标准偏差，并根据该标准偏差大小进行筛选。因此，能够获得前述 效果。
此外，在标准偏差低于给定阈值的情况下，图像处理用计算机15判 定p-Si膜23为合格品(例如，图6B和图7B)。另外，在标准偏差等于或 者大于给定阈值的情况下，图像处理用计算机15判定p-Si膜23为不合 格品(例如，图6A、图6C和图7A)。因此，能够简化筛选。
此外，在获得p-Si膜23的透射图像(透射图像数据D1)的过程中， 使用绿色波长范围内的光作为用于p-Si膜23的照射光(照射光L。ut)。因 此，在作为照射对象的p-Si薄膜23中，容易让照射光L。ut透射。所以， 能够提高透射图像的图像质量并进行更准确的筛选。
此外，在退火处理中，在使用多个激光光源进行激光L1的照射的情 况下，能够提高退火处理的吞吐量，从而在短时间内进行退火处理。另 外，即使在使用上述多个激光光源的情况下，通过进行前述检査处理， 也能防止激光的强度差异的影响，并能减少p-Si膜23特性的面内差异 (in-plane variation)。
此外，通过从控制用计算机16提供的控制信号S，能够相对地改变 LED 12、物镜13和CCD相机14相对于安装在可移动载物台ll上的Si
15薄膜基板2的位置，从而能够获得p-Si膜23上的多个点处的透射图像， 并能够在这些多个点处进行检查。
虽然参照实施例说明了本发明，但本发明不限于上述实施例，并且 可以作各种变形。
例如，在上述实施例中，已经给出了对如下情况的说明，S口，在p-Si 膜23的筛选中，基于辉度分布计算出辉度的标准偏差，并根据该标准偏 差进行筛选。然而，例如在p-Si膜23的筛选中，也能够基于辉度分布计 算出辉度峰(例如，图7A和图7B中的辉度峰Pll、 P12和P2)的峰宽(例 如，图7A和图7B中的半宽Wll、 W12和W2),并根据该峰宽进行筛选。 具体地，在峰宽大于给定阈值的情况下，作出p-Si膜23是合格品的判定 (例如，图7B)。另夕卜，在峰宽等于或者小于给定阈值的情况下，作出p-Si 膜23是不合格品的判定(例如，图7A)。
另外，类似地，例如在p-Si膜23的筛选中，也能够基于辉度分布 计算出辉度的最小值(例如，图7A和图7B中的最小值Y1和Y2)，并根 据该最小值进行筛选。具体地，在最小值大于给定阈值的情况下，作出 p-Si膜23是合格品的判定(例如，图7B)。另外，在最小值等于或者小于 给定阈值的情况下，作出p-Si膜23是不合格品的判定(例如，图7A)。
此外，在p-Si膜23的筛选中，也能够通过使用在退火处理中a-Si 膜230受到激光Ll照射的区域与a-Si膜230未受激光Ll照射的区域之 间的辉度对比值来替代辉度的标准偏差、辉度峰的峰宽和辉度的最小值 的使用以进行筛选。
另外，在上述实施例中，已经给出了在检査装置1的检查处理中对 在透明基板20上形成的p-Si膜23进行结晶度检查的情况的说明。然而， 本发明的检查步骤和检查装置不限于此。具体地，例如，也能够基于所 获得的透射图像得到结晶化区域(退火区域)的宽度，并根据结晶化区域的 宽度来检查p-Si膜23的结晶化状态。图8A图示了在使用激光Ll进行 的退火处理中，在用能量密度小于整个照射面的结晶化所必需的能量密 度的激光L1进行照射情况下的透射图像的示例。图8B图示了在使用激 光L1的退火处理中，在用具有整个照射面的结晶化所必需的能量密度的激光Ll进行照射情况下的透射图像的示例。图8C图示了在使用激光LI 的退火处理中，在用能量密度大于整个照射面的结晶化所必需的能量密 度的激光L1照射情况下的透射图像的示例。图9图示了激光L1的能量 密度与各透射图像中具有高透射率的部分的宽度，即与结晶化区域的宽 度(退火宽度)之间关系的示例。基于8A 图9发现，随着在用激光L1进 行照射时能量密度的增加，结晶化区域的宽度也逐渐增加。因此，能够 利用这种特性，对所获得的透射图像进行图像处理从而得到结晶化区域 (退火区域)的宽度，并根据该结晶化区域的宽度来检査p-Si膜23的结晶 化状态。图10图示了基于透射图像的结晶化区域宽度数值化技术的示例。 在图IO所示的透射图像中，沿与退火方向垂直的方向的辉度平均值轮廓 被称为轮廓P3。在这种情况下，从与退火方向垂直的方向上的辉度变化 值得到了辉度变化迅速升高的点P31和辉度变化迅速降低的点P32，将 通过连接两点P31和P32而得到的线段长度定义为结晶化区域(退火区域) 的宽度W3，并对该宽度值进行评估。
此外，例如，能够基于所获得的透射图像分别得到结晶化区域与先 前设定的给定参考图形之间的距离及其方向，并且基于该距离和方向来 检査p-Si膜23的结晶化位置。具体地，例如如图ll所示，在透射图像 中检测先前设定的参考图形PT，并且通过将与参考图形PT中的退火方 向平行的线的中心点P41与例如通过前述技术得到的退火宽度的中点 P42连接从而获得一线段，将该线段的长度作为参考图形PT与结晶化区 域之间的距离d4及其方向。将上述距离d4和方向定义为结晶化位置(退 火位置)，并对该位置的值进行评估。
另外，例如，也能够基于所获得的透射图像得到空间上的辉度分布， 并基于该空间上的辉度分布来检査p-Si膜23中的物理损坏部分(在退火 中由局部过高的能量密度等引起的物理损坏部分)。具体地，例如如图12 所示，在将沿与透射图像中的退火方向垂直的方向的辉度平均值轮廓称 为轮廓P5的情况下，在存在着由于退火而引起的物理损坏部分的位置 处，出现了远超过退火宽度中的平均辉度的峰波形(例如，附图标记P51 所示的部分)。因此，对这种峰波形的存在及其位置进行评估。
如上所述，在上述实施例说明的检査装置1中，除了 p-Si膜23的结晶度之外，还能够检查p-Si膜23的结晶化状态、结晶化位置和物理损 坏部分。具体地，图像处理用计算机15从p-Si膜23的透射图像数据(透 射图像)得到了空间上的图像辉度分布，并根据该空间上的图像辉度分布 的值进行图像处理。所以，评估了 p-Si膜23的高辉度宽度测量(退火宽 度)、参考图形PT与高辉度宽度(结晶化区域)的中心位置之间的距离(退 火位置)和高辉度宽度中异常辉度峰(物理损坏部分)的存在等。因此，检 查了p-Si膜23的结晶化状态、结晶化位置和物理损坏部分。例如，在上 述图8A所示的透射图像中得到退火宽度例如是187 pm，在上述图8B所 示的透射图像中得到退火宽度例如是196 ]im，并且在上述图8C所示的 透射图像中得到退火宽度例如是208 pm。在此情况下，图8B的图像是 具有接近于控制设定值的退火宽度的图像。另外，图8A的图像是具有小 于控制设定值的退火宽度的图像，而图8C是具有大于控制设定值的退火 宽度的图像。因此，能够基于所摄取的图像得到退火宽度，并将p-Si膜 23的结晶状态表示为数值化的值。另外，类似地，可监测退火位置和物 理损坏部分。结果，可精确并容易地对p-Si膜23进行评估。此外，可减 少由照射移动所引起的缺陷，并可检测退火装置的异常，还可实现电路 设计规则(circuit design rule)的高密度化。
此外，在上述实施例中，已经给出了对以下情况的说明，即，在获 得p-Si膜23的透射图像(透射图像数据Dl)时，使用绿色波长范围内的 光作为用于p-Si膜23的照射光L。ut。然而，照射光L。ut的波长范围不限 于此。在获得透射图像时使用的摄像器件不限于在上述实施例中说明的 物镜13和CCD相机14，还可以是其它光学系统。
另外，在上述实施例中，已经给出了对以下情况的说明，S口，在p-Si 膜23的形成过程中(在退火处理过程中)，通过使用半导体激光光源进行 激光L1的照射。然而，也可以使用其它类型的激光光源，例如准分子激 光器等气体激光器。
此外，例如如图13所示，在上述实施例中说明的p-Si膜23适用于 具有用于制造液晶显示器和有机EL显示器的底栅型薄膜晶体管(TFT)的 TFT基板3。具体地，在已经进行了在上述实施例中说明的检查处理的 Si薄膜基板2中，在p-Si膜23上例如通过光刻方法依次层叠层间绝缘
18膜251和252、布线26、平坦化膜27和透明导电膜28。层间绝缘膜251 例如由氮化硅(SiNx)构成。层间绝缘膜252例如由氧化硅(Si02)构成。布 线层26例如由铝(A1)构成。平坦化膜27例如由丙烯酸树脂(acryl resin) 等构成。透明导电膜28例如由铟锡氧化物(Indium Tin Oxide ， ITO)等构 成。尽管图13图示了具有底栅型TFT的TFT基板，但通过本发明形成 的半导体薄膜也适用于例如具有顶栅型TFT的TFT基板。另外，通过本
发明形成的半导体薄膜不仅适用于形成TFT的情况，还适用于形成其它 半导体器件的情况。
此外，在上述实施例中，已经给出了将Si薄膜(a-Si膜230和p-Si 膜23)作为非晶半导体薄膜和结晶半导体薄膜的示例的说明。然而，本发 明还适用于除了 Si薄膜之外的半导体薄膜。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发 明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及 改变。
权利要求
1.一种半导体薄膜形成方法，所述半导体薄膜形成方法包括在透明基板上形成非晶半导体薄膜的步骤；通过用激光照射所述非晶半导体薄膜来进行热处理，使所述非晶半导体薄膜结晶化从而形成结晶半导体薄膜的步骤；以及用于检查所述结晶半导体薄膜的检查步骤，其中，所述检查步骤包括通过从所述透明基板的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜并进行摄像来获得所述结晶半导体薄膜的透射图像的步骤，以及基于所获得的透射图像对所述结晶半导体薄膜进行筛选的筛选步骤。
2. 如权利要求l所述的半导体薄膜形成方法，其中， 所述检査步骤是检査所述结晶半导体薄膜的结晶度的步骤， 所述半导体薄膜形成方法还包括基于所获得的透射图像产生辉度分布的步骤，并且在所述筛选步骤中，利用所产生的辉度分布对所述结晶半导体薄膜 进行筛选。
3. 如权利要求2所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选步 骤中，基于所述辉度分布计算辉度的标准偏差，并根据所述标准偏差对 所述结晶半导体薄膜进行筛选。
4. 如权利要求3所述的半导体薄膜形成方法，其中， 在所述筛选步骤中，在所述标准偏差低于给定阈值的情况下，作出所述结晶半导体薄膜是合格品的判定，而在所述标准偏差等于或者大于所述给定阈值的情况下，作出所述结 晶半导体薄膜是不合格品的判定。
5. 如权利要求2所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选步 骤中，基于所述辉度分布计算辉度峰的峰宽，并根据所述峰宽对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
6. 如权利要求5所述的半导体薄膜形成方法，其中， 在所述筛选步骤中，在所述峰宽大于给定阈值的情况下，作出所述结晶半导体薄膜是合格品的判定，而在所述峰宽等于或者小于所述给定阈值的情况下，作出所述结晶半 导体薄膜是不合格品的判定。
7. 如权利要求2所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选步骤中，基于所述辉度分布计算辉度的最小值，并根据所述最小值对所述 结晶半导体薄膜进行筛选。
8. 如权利要求7所述的半导体薄膜形成方法，其中， 在所述筛选步骤中，在所述最小值大于给定阈值的情况下，作出所述结晶半导体薄膜是合格品的判定，而在所述最小值等于或者小于所述给定阈值的情况下，作出所述结晶 半导体薄膜是不合格品的判定。
9. 如权利要求l所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选步 骤中，基于所获得的透射图像来获得结晶化区域的宽度，并根据所述结 晶化区域的宽度来检查所述结晶半导体薄膜的结晶化状态。
10. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选 步骤中，基于所获得的透射图像分别获得结晶化区域与先前设定的给定 参考图形之间的距离及方向，并基于所述距离和所述方向来检查所述结 晶半导体薄膜的结晶化状态。
11. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，在所述筛选 步骤中，基于所获得的透射图像来获得空间上的辉度分布，并基于所述 空间上的辉度分布来检查所述结晶半导体薄膜中的物理损坏部分。
12. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，在获得所述 透射图像的步骤中，使用绿色波长范围内的光作为用于所述结晶半导体 薄膜的照射光。
13. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，在形成所述 结晶半导体薄膜的步骤中，使用多个激光光源进行激光照射，由此进行 热处理。
14. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，在形成所述 结晶半导体薄膜的步骤中，使用半导体激光光源进行激光照射。
15. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，所述结晶半 导体薄膜被用来形成薄膜晶体管。
16. 如权利要求1所述的半导体薄膜形成方法，其中，所述结晶半 导体薄膜是Si薄膜。
17. —种半导体薄膜检査装置，所述半导体薄膜检査装置包括 载物台，在检査结晶半导体薄膜时所述载物台用于安装上面形成有所述结晶半导体薄膜的透明基板，所述结晶半导体薄膜是通过在所述透 明基板上形成非晶半导体薄膜、然后用激光照射所述非晶半导体薄膜来 进行热处理从而使所述非晶半导体薄膜结晶化而形成的；光源，其从所述载物台的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜； 摄像器件，其用于接收从所述光源出射并透射穿过所述载物台和所述结晶半导体薄膜的透射光，从而获得所述结晶半导体薄膜的透射图像； 以及筛选器件，其基于通过所述摄像器件获得的所述透射图像对所述结 晶半导体薄膜进行筛选。
18. 如权利要求17所述的半导体薄膜检査装置，还包括 辉度分布产生器件，其基于通过所述摄像器件获得的所述透射图像产生辉度分布，其中，所述筛选器件通过使用由所述辉度分布产生器件 产生的所述辉度分布对所述结晶半导体薄膜进行筛选，以及半导体薄膜检査装置，其被构造为用于检査所述结晶半导体薄膜的 结晶度的检查装置。
19. 如权利要求17所述的半导体薄膜检查装置，其包括 用于进行控制的控制器，用于相对地改变所述光源和所述摄像器件相对于安装在所述载物台上的所述透明基板的位置。
20. —种半导体薄膜检査装置，所述半导体薄膜检査装置包括 载物台，在检查结晶半导体薄膜时所述载物台用于安装上面形成有所述结晶半导体薄膜的透明基板，所述结晶半导体薄膜是通过在所述透 明基板上形成非晶半导体薄膜、然后用激光照射所述非晶半导体薄膜来 进行热处理从而使所述非晶半导体薄膜结晶化而形成的；光源，其从所述载物台的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜； 摄像部，其用于接收从所述光源出射并透射穿过所述载物台和所述结晶半导体薄膜的透射光，从而获得所述结晶半导体薄膜的透射图像； 以及筛选部，其基于通过所述摄像部件获得的所述透射图像对所述结晶 半导体薄膜进行筛选。
全文摘要
本发明公开了半导体薄膜形成方法和半导体薄膜检查装置，所述半导体薄膜形成方法包括在透明基板上形成非晶半导体薄膜的步骤；通过用激光照射所述非晶半导体薄膜来进行热处理，使所述非晶半导体薄膜结晶化从而形成结晶半导体薄膜的步骤；以及用于检查所述结晶半导体薄膜的检查步骤。所述检查步骤包括通过从所述透明基板的背侧用光照射所述结晶半导体薄膜并进行摄像来获得所述结晶半导体薄膜的透射图像的步骤，以及基于所获得的透射图像对所述结晶半导体薄膜进行筛选的筛选步骤。所述半导体薄膜形成方法和半导体薄膜检查装置能够精确并容易地对所述结晶半导体薄膜进行评估。
文档编号H01L21/20GK101651093SQ20091016138
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月12日 优先权日2007年8月15日
发明者尼子博久, 梅津畅彦 申请人:索尼株式会社