多晶硅基板的制造方法以及多晶硅基板的制造装置与流程

1.本发明涉及包括多晶硅基板的结晶化度检查方法的多晶硅基板的制造方法以及多晶硅基板的制造装置。


背景技术：

2.多晶硅基板的结晶化品质与显示装置的晶体管的电子移动度(mobility)非常密切相关，是显示装置的品质中重要的因素。
3.尤其是，多晶硅基板的结晶化品质可能会在很大程度上受到使非晶硅结晶化为多晶硅的激光的能量(或结晶化能量)的影响。例如，与结晶化能量高的情况相比，结晶化能量低时结晶的颗粒(grain)的形成会不充分，上述的晶体管的电子移动度会降低，从而可能会引发显示装置的品质的下降。
4.即，为了确保显示装置的高品质，使多晶硅基板的结晶化度客观化很重要。
5.在现有技术中，通过肉眼判定多晶硅基板的结晶化度(肉眼检查(manual macro))，或者基于在多晶硅基板的前表面利用拍摄多晶硅基板的相机拍摄到的多晶硅基板照片来进行自动检查(auto macro)。
6.但是，肉眼检查和自动检查都存在很难判定多晶硅基板的客观的结晶化度的界限。


技术实现要素：

7.本发明要解决的课题在于，提供一种包括判定客观的多晶硅基板的结晶化度的步骤的多晶硅基板的制造方法。
8.本发明要解决的其他课题在于，提供一种包括判定客观的多晶硅基板的结晶化度的多晶硅基板的结晶化度检查装置的多晶硅基板的制造装置。
9.本发明的课题并不限于以上所提及的课题，本领域技术人员应当能够从以下的记载中理解未提及的其他技术课题。
10.用于解决所述的课题的一实施例涉及的多晶硅基板的制造方法包括：制作多晶硅试验基板的多晶硅试验基板制作步骤；对于制作出的所述多晶硅试验基板，通过暗视野显微镜和相机拍摄所述多晶硅试验基板的焦点区域的焦点区域拍摄步骤；提取拍摄出的各所述焦点区域的颜色表的颜色表提取步骤；通过提取出的所述颜色表判断所述多晶硅试验基板的结晶化度的多晶硅试验基板的结晶化度判定步骤；以及通过判定出的所述结晶化度选定oped(optimum energy density，最佳能量密度)的oped选定步骤。
11.用于解决所述的其他课题的一实施例涉及的多晶硅基板的制造装置包括：准分子激光退火(ela)结晶化设备，制作多晶硅试验基板；暗视野显微镜和相机，彼此形成为一体，所述暗视野显微镜放大所述多晶硅试验基板的多个焦点区域，并且所述相机拍摄被放大的所述焦点区域；以及控制部，基于拍摄到的所述多晶硅试验基板的所述焦点区域的照片，选定oped，所述控制部包括：颜色表提取部，基于拍摄到的所述焦点区域的照片来提取颜色
表；结晶化度判定部，通过提取出的所述颜色表判定所述多晶硅试验基板的结晶化度；以及oped选定部，通过判定出的所述结晶化度选定oped。
12.其他实施例的具体事项包括在详细的说明以及附图中。
13.(发明效果)
14.根据各实施例涉及的多晶硅基板的制造方法以及多晶硅基板的结晶化度检查装置，可以判定客观的多晶硅基板的结晶化度。由此，可以确保显示装置的具有可靠性的显示品质。
15.各实施例涉及的效果并不限于以上例示的内容，在本说明书内包括更多的效果。
附图说明
16.图1是一实施例涉及的多晶硅基板的制造方法的顺序图。
17.图2是说明图1的多晶硅基板的制造方法中的多晶硅试验基板制作过程的立体图。
18.图3是说明在图1的多晶硅基板的制造方法中拍摄多晶硅试验基板的焦点区域的焦点区域拍摄步骤的剖视图。
19.图4是说明图3的多晶硅试验基板的焦点区域的平面图。
20.图5是说明多晶硅基板的制造装置的控制部的框图。
21.图6是说明在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的rgb颜色表的图。
22.图7是放大了所拍摄的多晶硅试验基板的焦点区域中的一部分的立体图。
23.图8是在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中说明一个结晶化能量区间的图。
24.图9是说明在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中与多晶硅的小丘(hillock)高度相关的入射角变化的示意图。
25.图10是说明在图9的各第一小丘下反射的第一反射光的相长干涉的示意图。
26.图11是说明在图9的各第二小丘下反射的第二反射光的相长干涉的示意图。
27.图12是说明与衍射角相关的结晶化程度的图表。
28.图13是在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中说明另一个结晶化能量区间的图。
29.图14是在图1的多晶硅基板的制造方法中说明多晶硅基板制作过程的立体图。
30.图15是说明图14的多晶硅基板的焦点区域的平面图。
31.图16是说明图15的被拍摄的焦点区域的图。
32.图17是说明多个多晶硅基板样品的结晶化能量、g平均(归一化数据)以及结晶化度的表。
33.图18是说明与多个多晶硅基板样品的结晶化能量相关的rgb颜色表的图表。
34.图19是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中利用的灰色颜色表(归一化数据)的图。
35.图20是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的ycbcr颜色表(归一化数据)的图。
36.图21是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的hsv颜色表
(归一化数据)的图。
37.(符号说明)
38.10：腔体；12：透明窗；20：工作台；30：多晶硅试验基板；32：基底基板；34：缓冲层；36：多晶硅；40：焦点区域拍摄装置；41：光源部；42：光反射部；43：引导部；44：物镜；45：筒镜；46：拍摄复合装置；60：控制部；61：颜色表提取部；63：结晶化度判定部；65：oped选定部。
具体实施方式
39.参照与附图一起详细后述的各实施例，本发明的优点、特征以及达成这些优点和特征的方法会变得明确。但是，本发明并不限于以下公开的各实施例，可以以互相不同的形态实现，各实施例仅仅使本发明的公开变得完整，并且是为了向本领域技术人员完整地告知发明的范畴而提供的，应仅由权利要求书的范畴定义本发明。
40.元件(elements)或者层位于其他元件或者层上(on)的情况不仅包括直接位于其他元件上的情况，还包括其间存在其他层或其他元件的情况。在整个说明书中，同一符号指代同一构成要素。在用于说明各实施例的附图中公开的形状、大小、比率、角度、个数等是例示，本发明并不限于图示的情况。
41.虽然为了叙述各种构成要素而使用第一、第二等，但是各构成要素当然不限于这些用语。这些用语仅用作使一个构成要素区别于其他构成要素的目的。因此，在本发明的技术思想内，以下提及的第一构成要素当然也可以是第二构成要素。
42.可以部分地或整体地彼此结合或组合本发明的各实施例的各个特征，在技术上各种连动以及驱动是可能的，并且各实施例相对于彼此可以独立地被实施也可以以关联关系一起被实施。
43.以下，参照附图，说明具体的各实施例。
44.图1是一实施例涉及的多晶硅基板的制造方法的顺序图。图2是说明图1的多晶硅基板的制造方法中的多晶硅试验基板制作过程的立体图。
45.参照图1和图2，首先制作多晶硅试验基板30(s10)。
46.多晶硅试验基板30的制作(s10)可以在工作台20上进行，并且可以在腔体10内进行。工作台20支承多晶硅试验基板30的下表面，并且参与多晶硅试验基板30的加载(loading)、移送(moving)或卸载(unloading)。
47.多晶硅试验基板制作步骤s10包括：在基底基板32的一面上依次沉积缓冲层34和非晶硅的步骤；以及将所沉积的所述非晶硅结晶化来形成多晶硅36的步骤。
48.将所沉积的所述非晶硅结晶化来形成多晶硅36的步骤可以通过准分子激光退火(ela)结晶化设备来实现(图2的激光束照射)。准分子激光退火结晶化设备可以包括产生激光的激光产生器、调节由激光产生器产生的激光的光束尺寸并向所沉积的所述非晶硅照射激光的光学系统。
49.从所述光学系统射出的激光可以通过腔体10的透明窗12聚焦(focusing)于所述非晶硅。聚焦于所述非晶硅的所述激光可以在平面上具有沿着第一方向dr1延伸的线形状。在平面上具有线形状的所述激光的聚焦区域可以沿着第二方向dr2移动的同时使所述非晶硅结晶化。
50.如图2所示，通过准分子激光退火结晶化设备形成的所述多晶硅36可以包括根据
所述激光的不同的结晶化能量形成的多个区域r1、r2、r3、r4。
51.例如，从第一区域r1至第四区域r4，可以由逐渐减少的所述激光的结晶化能量来形成。
52.图3是说明在图1的多晶硅基板的制造方法中拍摄多晶硅试验基板的焦点区域的焦点区域拍摄步骤的剖视图。
53.参照图1和图3，接着进行通过暗视野显微镜和相机对所制作的所述多晶硅试验基板30拍摄所述多晶硅试验基板30的焦点区域fr的焦点区域拍摄步骤s20。焦点区域拍摄步骤s20在暗室环境下进行。由此，可以防止因外光使得多晶硅试验基板30的焦点区域fr的拍摄照片受影响的情况。
54.所述焦点区域拍摄步骤s20通过焦点区域拍摄装置40实现。焦点区域拍摄装置40可以包括光源部41、反射部42、引导部43、物镜44、筒镜45以及拍摄复合装置46。在所述焦点区域拍摄步骤s20中，所述暗视野显微镜和所述相机形成为一体而构成拍摄复合装置46。
55.结合图4，更具体说明焦点区域拍摄步骤s20。
56.图4是说明图3的多晶硅试验基板的焦点区域的平面图。
57.参照图3和图4，在多晶硅试验基板30的多晶硅36中定义多个焦点区域fr。在此，定义在多晶硅36中的焦点区域fr意味着拍摄复合装置46的拍摄对象，被定义在多晶硅36的表面。
58.在本实施例中，例示了焦点区域fr是36个，但是并不限于此。
59.可以从光源部41向第二方向dr2的另一侧射出光li，通过光学系统向焦点区域fr提供光li之后，从焦点区域fr反射的光li经过物镜44和筒镜45而到达拍摄复合装置46。如图3所示，光学系统可以包括通过反射变换从光源部41射出的光li的路径的反射部42以及引导由反射部42变换了光路径的光li的引导部43。
60.反射部42将从光源部41射出的光li一分为二。即，分离通过第一反射部42a向第三方向dr3的一侧行进的光li以及通过位于第一反射部42a的下侧的第二反射部42b向第三方向dr3的另一侧行进的光li，向第三方向dr3的一侧行进的光li通过第三反射部42c被反射至第二方向dr2的另一侧，向第三方向dr3的另一侧行进的光li通过第四反射部42d被反射至第二方向dr2的另一侧，通过第三反射部42c被反射至第二方向dr2的另一侧的光li通过第五反射部42e再次被反射至第三方向dr3的另一侧，通过第四反射部42d被反射至第二方向dr2的另一侧的光li通过第六反射部42f被反射至第三方向dr3的另一侧。最后，通过第五反射部42e被反射至第三方向dr3的另一侧的光li和通过第六反射部42f被反射至第三方向dr3的另一侧的光li分别通过引导部43被照射至焦点区域fr。从焦点区域fr反射的光li依次经过物镜44和筒镜45而被提供至拍摄复合装置46。
61.基于拍摄复合装置46的焦点区域拍摄步骤s20包括：利用所述暗视野显微镜放大焦点区域fr的步骤；以及利用所述相机拍摄被放大的焦点区域fr的步骤。
62.另一方面，后述的颜色表提取步骤s30、结晶化度判定步骤s40以及oped(optimum energy density，最佳能量密度)选定步骤s50可以通过多晶硅基板的制造装置的控制部来实现。在说明颜色表提取步骤s30之前，先说明控制部。
63.图5是说明多晶硅基板的制造装置的控制部的框图。
64.参照图5，控制部60基于拍摄到的所述多晶硅试验基板30的焦点区域fr的照片来
选定oped(optimum energy density，最佳能量密度)。
65.具体而言，控制部60可以包括基于拍摄到的焦点区域fr的照片提取颜色表的颜色表提取部61、通过提取出的所述颜色表判定多晶硅试验基板30的结晶化度的结晶化度判定部63以及通过判定出的所述结晶化度选定oped的oped选定部65。
66.再次说明焦点区域拍摄步骤s20以后的步骤。
67.图6是说明在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的rgb颜色表的图。图7是放大了所拍摄的多晶硅试验基板的焦点区域的一部分的立体图。
68.接着，参照图5至图7，进行提取拍摄到的各焦点区域fr的颜色表的颜色表提取步骤s30。颜色表提取步骤s30可以通过颜色表提取部61实现。
69.在颜色表提取步骤s30中，所述颜色表如图6所示那样可以包括rgb颜色表。
70.另一方面，如图7所示，多晶硅36的表面可以包括从第三方向dr3的一侧上升的多个小丘(hillock)36a。各小丘36a具有预定的高度h，将相邻的小丘36a的隔开距离d定义为颗粒尺寸(grain size)。
71.多个小丘36a的高度h和隔开距离d与在颜色表提取步骤s30中提取出的各焦点区域fr的颜色表密切相关。
72.即，颜色表提取步骤s30可以基于拍摄到的各所述焦点区域fr的小丘36a的高度h和小丘36a的排列来实现。
73.图8是在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中说明一个结晶化能量区间的图。图13是在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中说明另一个结晶化能量区间的图。
74.参照图8和图13，在颜色表提取步骤s30中，在所述结晶化能量以oped为基准具有-α至β的值时，颜色表提取步骤s30可以基于各小丘36a的高度h实现，在所述结晶化能量以oped为基准具有小于-α以及超过β的值时，颜色表提取步骤s30可以基于各小丘36a的排列来实现。
75.在此，α可以是大于0且小于30的有理数，β可以是大于0且小于15的有理数。
76.更详细说明在所述结晶化能量以oped为基准具有-α至β的值时，基于各小丘36a的高度h实现的颜色表提取步骤s30。
77.以下，更详细说明根据所述结晶化能量具有不同的机制的颜色表提取步骤s30。
78.图9是说明在图1的多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中与多晶硅的小丘(hillock)的高度相关的入射角变化的示意图。图10是说明在图9的各第一小丘下反射的第一反射光的相长干涉的示意图。图11是说明在图9的各第二小丘下反射的第二反射光的相长干涉的示意图。
79.参照图9至图11，小丘36a包括具有第一高度h1的第一小丘36aa以及具有比第一高度h1小的第二高度h2的第二小丘36ab。
80.即使从光源部41向第一小丘36aa和第二小丘36ab以相同的角度入射光l，在光l与第一小丘36aa及第二小丘36ab的接触面，入射角θ1、θ2也可能会变得不同。例如，具有第一高度h1的第一小丘36aa的入射角θ1可能会比具有第二高度h2的第二小丘36ab的入射角θ2还小。
81.光l可以在与第一小丘36aa及第二小丘36ab的接触面分别被反射(反射光lr1、
lr2)。反射光lr1、lr2的反射角θ1、θ2分别与入射角θ1、θ2相同。
82.基于上述的随着小丘的高度而入射角可能会变得不同的内容，说明图10和图11。
83.在图10和图11中例示了光l的振幅分别为a1的情况，并且例示了光l的波长在图10中是λ1、在图11中是λ2的情况。图10表示多晶硅36的焦点区域fr具有第一小丘36aa的情况，图11表示多晶硅36的焦点区域fr具有第二小丘36ab的情况。
84.参照图10，对于相邻的第一小丘36aa，满足振幅为a1且具有反射角θ1的光l的相长干涉(振幅为2a1)的条件的光l的波长是λ1。
85.参照图11，对于相邻的第二小丘36ab，满足振幅为a1且具有反射角θ2的光l的相长干涉(振幅为2a1)的条件的光l的波长是λ2。
86.在此，根据下述的式1，
87.[式1]
[0088]
nλ＝dsinθ(leed中的布拉格定律)
[0089]
※
leed：低能电子绕射
[0090]
(在此，n是自然数，λ是光的波长，d是相邻的小丘的隔开距离(或颗粒尺寸)，θ是反射角。)
[0091]
在第二小丘36ab下满足相长干涉条件的光l的波长为λ2，该波长λ2可以大于波长λ1，该波长λ1是在第一小丘36aa下满足相长干涉条件的光l的波长。
[0092]
因此，从第一小丘36aa被相长干涉的光lr1的颜色表可以具有整体低的波段的颜色，从第二小丘36ab被相长干涉的光lr2的颜色表可以具有整体高的波段的颜色。
[0093]
图12是说明与衍射角相关的结晶化程度的图表。
[0094]
在图12中，横轴表示向小丘入射的光的入射角(
°
)，纵轴表示与所产生的衍射角相关的相长干涉光的波长。
[0095]
参照图12，如在图10和图11中说明的那样，结晶化度高的焦点区域(或小丘的高度高的区域)中的入射角θ变小，衍射角2θ变得比滴定结晶化的衍射角小。结晶化度低的焦点区域(或小丘的高度低的区域)中的入射角θ变大，衍射角2θ变得比滴定结晶化的衍射角大。
[0096]
接着，参照图1，进行通过提取的所述颜色表判定多晶硅试验基板30的结晶化度的结晶化度判定步骤s40。
[0097]
接着，参照图1，进行通过判定出的所述结晶化度选定oped的oped选定步骤s50。通过oped选定步骤s50，可以决定多晶硅基板的最佳化的结晶化能量。
[0098]
图14是在图1的多晶硅基板的制造方法中说明多晶硅基板制作过程的立体图。
[0099]
接着，参照图1和图14，在oped选定步骤s50之后，进行基于选定的oped制作多晶硅基板30
′
的多晶硅基板制作步骤s60。多晶硅基板30
′
与图2的多晶硅试验基板30相比，多晶硅36
′
不同。图14所涉及的多晶硅36
′
与图2所涉及的多晶硅36的不同点在于，基于在oped选定步骤s50中选定的oped来制作。图14所示的其余构成与在图2中说明的构成相同(即，在基底基板32
′
的一面上配置有缓冲层34
′
)，因此省略重复的说明。
[0100]
图15是说明图14的多晶硅基板的焦点区域的平面图。
[0101]
参照图3和图15，在制作出的多晶硅36
′
中定义多个焦点区域fr。如在图4中说明的那样，在多晶硅36
′
中定义的焦点区域fr意味着拍摄复合装置46的拍摄对象，焦点区域fr定义在多晶硅36
′
的表面。
[0102]
图16是说明图15的拍摄出的焦点区域的图。
[0103]
接着，参照图1、图3和图16，在多晶硅基板制作步骤s60之后，对于制作出的多晶硅基板30
′
，进行通过暗视野显微镜和相机拍摄多晶硅基板30
′
的焦点区域fr的焦点区域拍摄步骤s70。
[0104]
焦点区域拍摄步骤s70通过与在图3中上述的焦点区域拍摄步骤s20相同的方式进行，因此省略重复说明。
[0105]
接着，参照图1、图14和图15，在焦点区域拍摄步骤s70之后，进行提取拍摄出的多晶硅基板30
′
的各焦点区域fr的颜色表的颜色表提取步骤s80。
[0106]
颜色表提取步骤s80通过与上述的颜色表提取步骤s30相同的方式进行，因此省略重复说明。
[0107]
接着，参照图1、图14和图15，进行通过提取出的所述颜色表判定多晶硅基板30
′
的结晶化度的多晶硅基板30
′
的结晶化度判定步骤s90。
[0108]
多晶硅基板30
′
的结晶化度判定步骤s90可以包括：提取多晶硅基板30
′
的各焦点区域fr的结晶化度的平均值的步骤；以及基于提取出的结晶化度的平均值判定多晶硅基板30
′
的结晶化度的步骤。
[0109]
图17是说明多个多晶硅基板样品的结晶化能量、g平均(归一化数据)和结晶化度的表。
[0110]
图18是说明与多个多晶硅基板样品的结晶化能量相关的rgb颜色表(归一化数据)的图表。
[0111]
图17中示出了通过上述的多晶硅基板的制造方法制造出的样品(样品#1～样品#3)的结晶化能量、作为rgb颜色表的g成分的平均的g平均的归一化数据以及用颜色表表示的结晶化度。
[0112]
在此，平均结晶化能量意味着以oped为基准超过的平均结晶化能量值。
[0113]
图18中，左侧纵轴表示作为rgb颜色表的r成分的平均的r平均的归一化数据avg_r、作为rgb颜色表的b成分的平均的b平均的归一化数据avg_b以及作为rgb颜色表的g成分的平均的g平均的归一化数据avg_g。图18的横轴表示结晶化能量ped(mj)。
[0114]
接着，参照图1、图14和图15，还包括如下的步骤：在多晶硅基板30
′
的结晶化度判定(s90)的结果中，当所述结晶化度的平均值基于所述oped处于基准范围内时判断为合格品，当所述结晶化度的平均值基于所述oped处于所述基准范围外时判断为不良品。
[0115]
在检查多晶硅基板30
′
的合格品时，若判断为不良品，则基于选定的oped，再次回到多晶硅基板制作步骤s60，然后依次进行其之后的过程。
[0116]
以下，说明其他实施例涉及的多晶硅基板的制造方法。在以下的实施例中，对于与说明过的实施例相同的构成利用相同的符号来指代，并省略或简化其说明。
[0117]
以下的其他实施例涉及的多晶硅基板的制造方法与图1至图18涉及的多晶硅基板的制造方法的区别点在于，在图1的颜色表提取步骤s30、s80中颜色表不是rgb颜色表，而是适用其他的颜色表。
[0118]
图19是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的灰色(gray)颜色表的图。
[0119]
在图19中，横轴表示结晶化能量ped(mj)。在图19中，纵轴表示灰色等级值。
[0120]
参照图19，与图6涉及的适用rgb颜色表执行多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤的实施例的区别点在于，在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中适用作为通过反映了人的视觉对绿色敏感的情况的明暗度处理肉眼检查的明度(brightness)结果的参数可有效利用于分析中的灰色颜色表。
[0121]
在一些实施例中，灰色颜色表的明暗度也可以作为不反映人的认知的明暗度来进行显示。
[0122]
图20是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的ycbcr颜色表的图。
[0123]
在图20中，各颜色表的横轴表示结晶化能量ped(mj)。
[0124]
在图20中，各颜色表的纵轴表示亮度成分y、色差信息cb、cr。
[0125]
参照图20，与图6涉及的适用rgb颜色表执行多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤的实施例的区别点在于，在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中适用作为反映了人的视觉比起颜色对亮度更敏感的情况的颜色表的ycbcr颜色表。
[0126]
根据本实施例，可以用亮度成分y和色差信息cb、cr表示通过rgb数据提取出的检查结果。但是，根据本实施例，与适用rgb颜色表执行多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤的实施例相比，缺点在于颜色的分离效果差。
[0127]
图21是说明在多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤中所利用的hsv颜色表的图。
[0128]
在图21中，各颜色表的横轴表示结晶化能量ped(mj)。
[0129]
在图21中，各颜色表的纵轴表示色调成分h、彩度成分s以及明度成分v。
[0130]
参照图21，适用hsv颜色表来执行多晶硅基板的制造方法的颜色表提取步骤，因此可以改善基于rgb颜色表很难直观地在数值上表现出颜色的彩度变化的缺点。
[0131]
即，根据本实施例，优点在于在色调成分h和明度成分v的参数无变动的状态下，仅改变一个彩度成分s参数就容易分析颜色的彩度变化。但是，在高明度v下表现出幅度宽的彩度s的变化，且在低明度v下彩度s的变化不大，因此在低明度v下也可能不容易分析检查结果的变化度。
[0132]
以上，参照附图说明了本发明的各实施例，但是本领域技术人员应当能够理解在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下可以以其他具体形态实施。因此，应理解以上所记载的各实施例在所有方面都是例示性的，并非限定性的。