CN101587840B - 形成半导体薄膜的方法及半导体薄膜检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体薄膜的制造方法，其包括以下步骤：在基板上形成非晶半导体薄膜；通过对非晶半导体薄膜照射激光以对非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，从而使被激光照射的区域中的非晶半导体薄膜结晶，由此在每个元件区域中局部地形成结晶半导体薄膜；以及检查结晶半导体薄膜的结晶度。检查的步骤包括如下步骤：通过对结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜照射光以确定结晶区域的亮度与未结晶区域的亮度之间的对比度，并根据所确定的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选。由于对结晶半导体薄膜的筛选是根据结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，从而可以实现比以往更可靠的筛选。

Description

形成半导体薄膜的方法及半导体薄膜检查装置
相关申请的交叉引用
本申请包含2008年5月23日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2008-135806号以及2009年1月30日向日本专利局提交的2009-020686号日本优先权专利申请JP2009-020686号中公开的相关主题，在此通过引用将其全部内容并入此处。
技术领域
本发明涉及一种形成适合于制造例如液晶显示器或有机EL(电致发光)显示器中所用的TFT(薄膜晶体管)基板的半导体薄膜的方法及该半导体薄膜的检查装置。
背景技术
在有源矩阵液晶显示器或使用有机EL器件的有机EL显示器中，会用到TFT基板。通过在基板上形成非晶半导体薄膜或具有比较小的粒径的多晶半导体薄膜，并以激光束照射使非晶半导体薄膜或多晶半导体薄膜退火而生长出半导体薄膜晶体，通过使用所述半导体薄膜晶体形成作为驱动元件的TFT，从而形成TFT基板。
作为使用激光束的退火装置的光源，迄今使用的是对半导体薄膜具有高吸收率并能得到大的脉冲光输出的准分子(excimer)激光器。然而，由于准分子激光器是气体激光器，所以脉冲的输出强度不稳定。因此，使用准分子激光器形成的TFT的特性不稳定，从而容易引起使用该TFT的显示器显示不均。
因此，为避免由于气体激光器中的脉冲强度的变化引起的图像质量的下降，有人提出了例如日本专利申请公开公报2003-332235号中所述的使用具有高的输出稳定性的激光二极管作为光源的退火装置。然而，和从准分子激光器等得到的光输出相比，从激光二极管得到的光输出非常小，从而在退火处理中光束的大小也很小。因此，TFT基板的每单位面积的退火处理时间增加了，从而引起生产率的下降或制造成本的上升。
于是，为了在退火处理中达到更高的生产量，有人提出了例如日本专利申请公开公报2004-153150号中所述的退火方法，其中多个激光源彼此相邻排列，且来自多个激光源的多个激光束同时照射于非晶半导体薄膜上的多个区域，从而减少了扫描时间并提高了生产率。
另一方面，使用所述激光二极管控制半导体薄膜的结晶的方法已由退火装置中所包括的激光束强度监测装置实现。例如，如日本专利申请公开公报2005-101202号中所述的监测激光束强度的方法中，单个强度测量部被用于多个激光光学系统的光学路径，因此一个强度测量部在激光光学系统的光学路径上方移动以便感测每个光学路径上的光，从而多个激光光学系统的每一个的照射能量由一个强度测量部测量。
而且，例如，日本专利申请公开公报2002-319606号公开了基于退火区域的照射光通过确定亮度的高值和低值来评价退火区域(结晶区域)中的结晶度的方法。更具体地说，根据结晶区域中的高结晶度和低结晶度的状态来评价结晶度。
然而，在如日本专利申请公开公报2004-153150号中所述的通过使用多个激光束进行退火处理的情况中，激光源发出的光的发散角之间存在个体差异。而且，即使在布置了均匀照射光学系统以矫正所述个体差异的情况中，仍会发生调整误差等。因此，在使用多个激光束进行退火处理的情况中，照射于待照射对象上的激光的大小或强度不可避免地出现差异。
而且，在日本专利申请公开公报2005-101202号的情况中，仅监测了每个激光源的激光束的强度(功率)，因此难以监测由于聚焦位置、光学系统的像差等造成的待照射对象的表面上的功率密度的细微差异。从而，该功率密度的差异引起待照射对象(半导体薄膜)上的退火效果的差异以及由在半导体薄膜上的位置不同引起的结晶度的差异，因此，根据激光束不同，所形成的TFT的特性有所不同。所述TFT之间的特性不同可导致显示器的显示不均。不仅在上述的使用多个激光源进行退火处理的情况中，而且在使用单个激光源进行退火处理的情况中，都可能出现所述半导体薄膜上的激光退火效果的差异(由薄膜上的位置不同造成的效果的差异)。
而且，在日本专利申请公开公报2002-319606号中，在一些情况(例如在微晶体的粒径为几十nm以下的情况)下，在结晶区域观察不到上述特性状态。因此，在这种情况下，难以评价结晶度，因此需要一种高精度的评价方法。
发明内容
鉴于上述背景技术的问题，需要提供一种半导体薄膜的形成方法，其中，当形成半导体薄膜时，能够以高精度评价通过使用由激光退火造成的结晶形成的半导体薄膜的结晶度，还需要提供一种相应的半导体薄膜检查装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体薄膜的形成方法，其包括以下步骤：在基板上形成非晶半导体薄膜；通过对非晶半导体薄膜照射激光以对非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，从而使被激光照射的区域中的非晶半导体薄膜结晶，从而在每个元件区域中局部地形成结晶半导体薄膜；以及检查结晶半导体薄膜的结晶度。而且，所述检查步骤包括：通过对结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜照射光以确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，并根据所确定的对比度进行结晶半导体薄膜的筛选(screening)。
在根据本发明的实施例的形成半导体薄膜的方法中，当在基板上形成非晶半导体薄膜之后，对非晶半导体薄膜照射激光以对非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，从而使被激光照射的区域的非晶半导体薄膜结晶，由此在每个元件区域中局部地形成结晶半导体薄膜。然后，检查结晶半导体薄膜的结晶度。这里，在所述检查步骤中，通过对结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜照射光以确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，并基于所确定的对比度进行结晶半导体薄膜的筛选。于是，当基于结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选时，可实现比以往更可靠的筛选。
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体薄膜检查装置，这是用于结晶半导体薄膜的结晶度检查装置，其中通过对基板上的非晶半导体薄膜照射激光以对非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，使被激光照射的区域的非晶半导体薄膜结晶，从而在每个元件区域中局部地形成结晶半导体薄膜。所述半导体薄膜检查装置包括：用于将基板安装在上面的台，所述基板包括形成于其上的结晶半导体薄膜；光源，其对结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜照射光；导出部(derivation section)，其用于根据从光源发出的光确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度；以及筛选部，其基于由导出部确定的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选。
在根据本发明的实施例的半导体薄膜检查装置中，基板上每个元件区域中局部地形成有结晶半导体薄膜，在该基板上，光从光源照射到结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜上。并且，根据从光源发出的光，确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，并根据确定的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选。由于对结晶半导体薄膜的筛选是根据结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，从而可以实现比以往更可靠的筛选。
在根据本发明的实施例的半导体薄膜的形成方法中，在检查结晶半导体薄膜的结晶度的步骤中，将光照射于结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜上，从而确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，并根据所确定的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选，由此实现比以往更可靠的筛选。因此，当通过激光退火使用结晶形成半导体薄膜时，可以比以往更高的精度评价结晶度。
在根据本发明的实施例的半导体薄膜的检查装置中，将来自于光源的光照射于结晶半导体薄膜和非晶半导体薄膜上，从而确定结晶区域的亮度和未结晶区域的亮度之间的对比度，并根据确定的对比度对结晶半导体薄膜进行筛选，由此实现比以往更可靠的筛选。因此，当通过激光退火使用结晶形成半导体薄膜时，可以比以往更高的精度评价结晶度。
以下描述将更充分地体现本发明的其它的和进一步的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的半导体薄膜检查装置的整体配置的图示；
图2是图示根据本发明的实施例的形成半导体薄膜的方法的部分主要步骤的剖面图；
图3是图示图2的步骤之后的步骤的剖面图；
图4是图示了图3的步骤之后的步骤的剖面图；
图5是图示了图4的步骤之后的步骤(检查步骤)的例子的流程图；
图6是表示激光照射区域及未照射区域的透射特性的示意图；
图7A和图7B是用于说明计算对比度的表达式的示意图；
图8是表示图5所示的检查步骤中所用的照射强度、对比度以及电气特性之间的相关性的例子的图；
图9是用于说明校正γ特性的方法的图；
图10是用于说明由γ特性的校正引起的照射强度与对比度之间的对应关系的变化的图；
图11是用于说明根据本发明的评价技术与相关技术中的评价技术的图示；
图12A和图12B是表示根据本发明的变化例1的检查步骤的剖面图；
图13是表示根据本发明的变化例2的检查步骤的剖面图；
图14是表示根据本发明的变化例3的检查步骤的剖面图；
图15是根据本发明的变化例4到6的半导体薄膜检查装置的整体配置的图示；
图16是表示根据本发明的变化例4的检查步骤的剖面图；
图17是表示根据本发明的变化例5的检查步骤的剖面图；
图18是表示根据本发明的变化例6的检查步骤的剖面图；
图19是表示根据本发明的变化例7的检查步骤的示意图；
图20是表示根据本发明的变化例8的检查步骤的示意图；
图21A和图21B是表示根据本发明的变化例9的检查步骤的示意图；
图22A到图22C是表示根据本发明的变化例9的校正处理的例子的示意图；
图23A和图23B是表示图22A到图22C之后的校正处理的示意图；
图24是根据变化例9的校正处理之前的测量图像的例子的图示；
图25是根据变化例9的校正处理之后的测量图像的例子的图示；
图26是根据变化例9的校正处理之前和之后的对比度的变化的例子的图示；
图27是表示包括由图2到图5的步骤形成的半导体薄膜的TFT基板的配置的例子的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1表示根据本发明的实施例的半导体薄膜检查装置(检查装置1)的整体配置。检查装置1例如用于在制造具有底栅型结构的薄膜晶体管(底栅型TFT)的步骤中形成的硅半导体膜。更具体地，检查装置1是用于Si(硅)薄膜基板2(如下所述，薄膜基板2是通过在透明基板上形成a-Si(非晶硅)膜(非晶半导体薄膜)，并随后对a-Si膜有选择地照射激光以在a-Si膜上进行退火处理，从而使照射区域(下述的照射区域41)结晶，由此在每个元件区域(像素)中局部地形成有p-Si(多晶硅)膜(结晶半导体薄膜)的基板)的结晶度检查装置。检查装置1包括活动台11、LED(发光二极管)12、物镜13、CCD(电荷耦合器件)照相机14、图像处理计算机15以及控制计算机16。在以下描述中，使用p-Si膜作为结晶Si薄膜的例子，然而也可以使用微晶Si膜。
在活动台11上，安装(支撑)有作为待检查对象的Si薄膜基板2，且活动台11可以响应于由下述的控制计算机16所提供的控制信号S在附图中的X轴方向或Y轴方向上任意移动。而且，活动台11由能使从下述的LED12发出的光(照射光Lout)透过台11照射到Si薄膜基板2中的材料(例如玻璃板)制成。
LED12是从活动台11的背侧(安装有Si薄膜基板2的表面的对侧)对Si薄膜基板2照射光(照射光Lout)的光源。作为照射光Lout，因为绿光或单色光不同于白光，它们不依赖于光谱分布，因此可进行更广泛的测量，故LED12优选使用以大约500到600nm的波长区域作为中心波长的绿光或波长区域大约为500到600nm的单色光。更具体地说，在白光光源中，在使用多个测量装置的情况下，或光源被替换等情况下，因光谱分布是不同的，所以下述的对比度值会变化。另一方面，在使用绿光光源或单色光光源的情况下，不必担心这种变化。此外，除了高亮度LED，还可使用显微镜的灯等作为光源。
物镜13是用于放大并检测从LED12发出并透过活动台11和Si薄膜基板2的照射光Lout(透射光)的光学器件。而且，CCD照相机14是对波长区域大约为500到600nm的光高度敏感的照相机，并包括CCD图像传感器作为其摄像器件，从而CCD照相机14拍摄Si薄膜基板2中的a-Si膜(未结晶区域)和p-Si膜(结晶区域)的透射显微镜图像(透射图像)。
图像处理计算机15根据由物镜13和CCD照相机14得到的a-Si膜和p-Si膜的透射图像进行p-Si膜的筛选(进行检查处理)。更具体地，首先获取由CCD照相机14所提供的透射图像数据D1，分析透射图像数据D1的图像亮度，以确定形成于Si薄膜基板2上的p-Si膜(结晶区域)的透射亮度与a-Si膜(未结晶区域)的透射亮度之间的对比度，并根据所确定的对比度，由图像处理计算机15进行筛选以判断形成于Si薄膜基板2上的p-Si膜是合格产品还是缺陷产品。下面将详细描述由图像处理计算机15进行的检查处理。
控制计算机16基于控制信号S执行对LED12发出的照射光Lout的光照控制，对LED12、物镜13以及CCD照相机14的移动位置的控制和对物镜13的切换控制等。其中，关于移动位置的控制，控制计算机16进行控制以使LED12、物镜13以及CCD照相机14相对于安装在活动台11上的Si薄膜基板2作相对位移。
在此，LED12对应于本发明中“光源”的具体例子。而且，物镜13、CCD照相机14以及图像处理计算机15对应于本发明中“导出部”的具体例子。物镜13与CCD照相机14对应于本发明中“导出部的光学系统”的具体例子。图像处理计算机15对应于本发明中“筛选部”的具体例子。控制计算机16对应于本发明中“控制部”的具体例子。
接下来，参照图2到图10，将描述根据本发明的实施例的包括使用图1所示的检查装置1进行检查步骤的半导体薄膜的形成方法。图2到图4图示了根据本实施例的半导体薄膜的形成方法的部分主要步骤的剖面图(Z-X剖面图)。此外，图5图示了图4的步骤之后的检查步骤的例子的流程图。
首先，如图2所示，例如通过光刻方法，在诸如玻璃基板等透明基板20(例如基板的尺寸大约为550mm×650mm)上依次形成栅极21、栅极绝缘膜221和222以及a-Si膜230。栅极21例如由钼(Mo)制成，栅极绝缘膜221例如由硅氮化物(SiNx)制成，且栅极绝缘膜222例如由硅氧化物(SiO2)制成。
然后，如图3所示，通过使用激光二极管光源(未图示)将激光L1局部地照射于透明基板20上的a-Si膜230上以便在a-Si膜230上有选择地进行退火处理(加热处理)，从而使a-Si膜230在每个元件区域(对应于将Si薄膜基板2应用于显示器的情况下的每个像素)中局部地结晶。更具体地，例如，如图4所示，在被激光L1照射的照射区域41上进行退火处理以使照射区域41结晶，从而照射区域41变成其中形成有p-Si膜23的结晶区域51。另一方面，在未被激光L1照射的未照射区域40上不进行退火处理，从而未照射区域40不会结晶，而是变成其中依然形成有a-Si膜230的未结晶区域50。
随后，如图5中的步骤S101到S104所示，由图1所示的检查装置对形成于透明基板20上的p-Si膜23的结晶状态(结晶度)进行检查。
更具体地，首先，上面形成有p-Si膜23的Si薄膜基板2安装于活动台11上，并由LED12从活动台11的背侧(安装有Si薄膜基板2的表面的对侧)将照射光Lout照射于p-Si膜(结晶区域51)和a-Si膜(未结晶区域50)，物镜13与CCD照相机14感测透过活动台11与Si薄膜基板2的透射光以拍摄图像，且随后图像处理计算机15得到p-Si膜23(结晶区域51)和a-Si膜230(未结晶区域50)的透射图像(透射图像数据D1)(图5中的步骤S101)。此时，响应于由控制计算机16提供的控制信号S，LED12、物镜13以及CCD照相机14相对于安装在活动台11上的Si薄膜基板2作相对位移，从而可得到p-Si膜23上的多个点处的透射图像。
随后，图像处理计算机15根据得到的透射图像(透射图像数据D1)确定p-Si膜23(结晶区域51)的透射亮度和a-Si膜230(未结晶区域50)的透射亮度之间的对比度(透射对比度)(步骤S102)。对比度由下述表达式(1-1)和(1-2)所定义。由于Si膜的结晶度高度依赖于退火处理中的能量密度(照射强度)，故Si膜的透射率随着结晶区域的扩大或晶体尺寸的增加而增加。因此，例如，如图6所示，通过使用结晶区域51(照射区域41)的透射强度(透射亮度)与未结晶区域50(未照射区域40)的透射强度(透射亮度)(其中照射区域41的透射强度是IH(λ)，而未照射区域40的透射强度是IL(λ))之间的差异确定对比度。此外，作为结晶区域51，除了可以使用上述p-Si膜，还可以使用微晶Si膜。
数学表达式1
Figure G2009101433625D00092
这里，上述表达式(1-1)是用于计算被称为Michelson对比度的表达式。Michelson对比度表示最亮的白色与最暗的黑色之间的对比度，且更具体地，例如，如图7A所示，Michelson对比度基本上用于表示规则的正弦亮暗条纹之间的对比度。根据表达式中的定义，作为对比度的值，使用0到1的值(无量纲的量，无单位)，且许多情况下对比度的值由％对比度(0到100％)表示。
另一方面，上述表达式(1-2)是用于计算被称为Weber对比度的对比度的表达式。例如，如图7B所示，Weber对比度用于具有清晰边缘的图案出现于均匀且宽阔的背景中的情况或者背景的光强度大致均匀的情况中。
接着，例如如图8所示，根据所确定的透射对比度，通过使用透射对比度、获得透射图像时的光照射强度以及电气特性之间的相互关系，图像处理计算机15预测期望得到的p-Si膜23的电气特性(器件电气特性；例如，TFT中源极与漏极之间流动的电流值)(步骤S103)。预先形成如图8所示的相互关系的特性图。
这样，例如，在相邻TFT之间的电气特性的变化小到大约3％以下的情况下，例如图8所示，实验结果需要满足以下(1)到(3)点。
(1)照射强度和透射对比度之间具有大致线性地增加的关系(成比例关系)。
(2)随着透射对比度增加，器件电气特性也增加。
(3)当照射强度被控制为透射对比度恒为特定值时，器件电气特性也为常量。
而且，在使用TFT的显示器的情况中，通常，当相邻像素之间的亮度差异在3％以下时，认为从视觉上难以分辨该差异。换言之，当TFT之间的电流值差异在3％以下时，该差异不能从视觉上分辨。因此，例如结果是，当预先画出对应于上述第(2)点的曲线，从而确定出该曲线的微分系数且对比度差异落入0.03/微分系数的范围内时，TFT之间的电流值差异可达到3％以下。
而且，此时，例如如图9和图10所示，优选地由图像处理计算机15校正照射强度与透射对比度之间的γ特性(CCD照相机14的特性等+由光反应引起的材料的透射特性)，以使γ特性V的γ值＝1。或者，优选地，预先使用在照射强度与透射对比度之间γ值＝1的γ特性，因为当这样使用γ值＝1的γ特性时，可以以更高的精度进行结晶度的评价。然而，在想要照射强度的更宽的动态范围的情况下，优选地使用γ值为1以下的γ特性。
更具体地，满足以下(I)到(III)点，其中照射区域41的透射亮度值为A，未照射区域40的透射亮度值为B，透射对比度为C，透射强度为I，透射率为T，预定系数为K。
(I)在γ＝1的情况下(在γ特性为线性特性的情况下)
此时，根据由下述表达式(2)表示的照射区域41的相关表达式和由下述表达式(3)表示的未照射区域40的相关表达式确定由表达式(4)表示的透射对比度C。这样，表达式(4)中的透射对比度C不依赖于透射强度I。从而说明透射对比度C不依赖于光量，因此不必校正。
数学表达式2
Figure G2009101433625D00111
C = T a - T b T a + T b . . . ( 4 )
(II)在γ≠1的情况下(在γ特性为γ次方特性的情况下)
在此情况下，根据由下述表达式(5)表示的照射区域41的相关表达式和由下述表达式(6)表示的未照射区域40的相关表达式确定由下述表达式(7)表示的透射对比度C。这样，表达式(7)中的透射对比度C不依赖于透射强度I，因此，透射对比度C不依赖于光量。然而，该表达式说明，依赖于已预先确定的γ值，有必要进行校正以便例如使γ特性的γ＝1。
数学表达式3
Figure G2009101433625D00113
C = T a γ - T b γ T a γ + T b γ . . . ( 7 )
(III)在γ≠1的情况下(在γ特性为γ次方特性，且未照射区域40的γ特性不同于照射区域41的γ特性(γ值彼此不同)的情况下)
在此情况下，根据由下述表达式(8)表示的照射区域41的相关表达式和由下述表达式(9)表示的未照射区域40的相关表达式确定由下述表达式(10)表示的透射对比度C。这样，表达式(10)中的透射对比度C依赖于透射强度I，因此，透射对比度C依赖于光量。因此，该表达式说明，依赖于已预先确定的γ值和测量中的光量，有必要进行校正以便例如使γ特性的γ＝1。
数学表达式4
Figure G2009101433625D00121
接下来，通过使用例如图8所示的透射对比度、照射强度与器件电气特性之间的相互关系，图像处理计算机15进行p-Si膜23的筛选(进行筛选以判断p-Si膜23是合格产品还是缺陷产品)(步骤S104)。更具体地，根据步骤S103中预测的器件电气特性的值，进行筛选以判断p-Si膜23是合格产品还是缺陷产品。从而，完成对形成于透明基板20上的p-Si膜23的结晶度检查处理。
于是，在本实施例中，透明基板20上形成有a-Si膜230，并随后局部地对a-Si膜230照射激光L1以有选择地在a-Si膜230上进行退火处理(加热处理)，从而使照射区域41中的a-Si膜230结晶以便在每个元件区域(像素)中局部地形成p-Si膜23。随后，由检查装置1检查p-Si膜23的结晶度(进行检查处理)。这里，在检查处理中，由LED12从活动台11的背侧将照射光Lout照射到p-Si膜23和a-Si膜230上，其中活动台11上安装有上面形成有p-Si膜23和a-Si膜230的透明基板20(Si薄膜基板2)，且透过活动台11以及p-Si膜23或a-Si膜230的透射光通过物镜13由CCD照相机14感测到，从而得到p-Si膜23和a-Si膜230的透射图像(透射图像数据D1)。然后，在得到透射图像数据D1的图像处理计算机15中，确定p-Si膜23(结晶区域51)的透射亮度与a-Si膜230(未结晶区域50)的透射亮度之间的透射对比度，并根据所确定的透射对比度进行p-Si膜23的筛选。于是，当根据结晶区域51的透射亮度与未结晶区域50的透射亮度之间的透射对比度进行对p-Si膜23的筛选时，可实现比以往更可靠的筛选(例如，即使在微晶Si膜的粒径为几十nm以下等情况中，仍可实现可靠的筛选)。
而且，当根据该透射对比度进行筛选时，例如图11所示，和相关技术中的作为评价技术的椭偏光谱法(spectroscopic ellipsometry method)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)法、SEM(扫描电子显微镜)方法以及TEM(透射电子显微镜)方法相比，可以实现极其快速的评价，并能实现对细微区域的非接触和无损检查，还可进行数值定量化。
如上所述，在本实施例中，在对p-Si膜23的结晶度检查处理中，由LED12将照射光Lout照射到p-Si膜23和a-Si膜230上，从而得到p-Si膜23和a-Si膜230的透射图像(透射图像数据D1)，并在图像处理计算机15中确定p-Si膜23(结晶区域51)的透射亮度与a-Si膜230(未结晶区域50)的透射亮度之间的透射对比度，并根据所确定的透射对比度进行p-Si膜23的筛选，从而可实现比以往更可靠的筛选。因此，在通过激光退火使用结晶形成Si薄膜的过程中，以比以往更高的精度评价Si薄膜的结晶度(例如，在CCD照相机14的灰度是12位的情况下，能够以1/4096的精度进行评价)。因此，即使在出现由于焦点位置存在微小差异或发散角存在差异而引起激光束直径存在微小差异、或由于光学系统的微小像差等造成的对被照射光Lout照射的对象(a-Si膜230)的功率密度存在差异等情况下，在退火处理中由激光二极管造成的结晶仍是可控的。而且，降低了p-Si膜23上的照射区域之间的晶粒大小或其它特性的差异。此外，对Si薄膜基板2进行了非接触和无损结晶度检查，因此可以短时间进行具有高重复性的结晶监测。
更具体地，通过所确定的透射对比度、获得透射图像时光的照射强度以及在p-Si膜23中得到的预测电气特性之间的相互关系进行p-Si膜23的筛选，因此可得到上述效果。
此外，和相关技术中的评价技术相比，可以及其快速地实现评价，因此可进行实时测量。因此，在进行退火处理的同时可进行实时反馈。
而且，根据照射光Lout的透射光得到p-Si膜23和a-Si膜230的透射图像(透射图像数据D1)，并根据该透射图像来确定对比度(透射对比度)。从而和下述的使用反射图像的情况相比，能够以更高的精度进行评价。
在预先使用照射强度与透射对比度之间的γ值＝1的γ特性的情况下，或在照射强度与透射对比度之间的γ特性被校正从而使γ值＝1的情况下，可以以更高的精度进行结晶度评价。另一方面，在使用照射强度与透射对比度之间的γ特性的γ值为1以下的情况下，可以扩大照射强度的动态范围。
和使用多波长光源的情况相比，当使用单色波长光源(绿光光源)时，可以以更高的精度进行评价。更具体地，例如在使用单色波长光源的情况下，根据由下述表达式(11)表示的照射区域41的透射强度IH(λ)与由下述表达式(12)表示的未照射区域40的透射强度IL(λ)确定由下述表达式(13)表示的透射对比度CNT。这样，表达式(13)中的透射对比度CNT不依赖于透射强度IH(λ)和透射强度IL(λ)，从而透射对比度CNT不受光源的光谱分布的影响，并能够以更高的精度进行测量评价。另一方面，例如在使用多波长光源的情况下，根据由下述表达式(14)表示的照射区域41的功率PH和由下述表达式(15)表示的未照射区域40的功率PL确定由下述表达式(16)表示的透射对比度CNT。这样，表达式(16)中的透射对比度CNT依赖于功率PH和功率P L，从而透射对比度CNT要受到光源的光谱分布的影响。
数学表达式5
Figure G2009101433625D00141
CNT＝(IH(λ)-IL(λ))/(IH(λ)+IL(λ))
＝(TH(λ)-TL(λ))/(TH(λ)+TL(λ))       ……(13)
数学表达式6
Figure G2009101433625D00142
CNT＝(PH(λ)-PL(λ))/(PH(λ)+PL(λ))    ……(16)
当获得p-Si膜23和a-Si膜230的透射图像(透射图像数据D1)时，使用绿光作为照射到p-Si膜23和a-Si膜230上的光(照射光Lout)，因此可进行更广泛的测量。
在退火处理中通过使用多个激光源照射激光L1的情况下，可以通过提高退火处理的输出量进行短时间的退火处理。而且，即使在按此方式使用多个激光源的情况下，通过进行上述检查处理，可避免激光强度变化带来的影响，且可降低p-Si膜23的特性中的面内变化。
响应于由控制计算机16提供的控制信号S，LED12、物镜13以及CCD照相机14相对于安装在活动台11上的Si薄膜基板2作相对位移，因此可得到p-Si膜23和a-Si膜230上多个点处的透射图像，并可在所述多个点处进行检查。
以下将描述本发明的一些变化例。实施例中类似的元件以相同的附图标记表示且不再对其进行描述。
变化例1
图12B是用于描述根据变化例1的检查处理的剖面图(Z-X剖面图)。在本变化例中，在形成p-Si膜23的步骤中，将激光L1照射于a-Si膜230上的光吸收层231，从而间接地对a-Si膜230进行加热处理。换言之，在上述实施例中，例如如图12A所示，在形成p-Si膜23的步骤中，将激光L1照射于a-Si膜230上，从而直接对a-Si膜230进行加热处理。但在本变化例中，间接地对a-Si膜230进行加热处理。
在本变化例中，可以在其中仍层叠有光吸收层231的状态下进行测量。换言之，透射率在去除光吸收层231之前和之后表现出很强的相互关联性，因此当预先形成对应表时，可以在不去除光吸收层231的情况下预测对比度的值。
此外应当注意，在图12A与图12B中，当光同时穿过两层、即同时穿过光吸收层231和栅极21的图案时，透射强度变为0，从而难以进行评价。
变化例2和3
图13是用于描述根据变化例2的检查步骤的剖面图(Z-X剖面图)。此外，图14是用于描述根据变化例3的检查步骤的剖面图(Z-X剖面图)。变化例2和3对应于具有顶栅型结构的薄膜晶体管(顶栅型TFT)的制造步骤的评价方法。在变化例3中，如上述变化例1的情况，通过使用光吸收层231间接地对a-Si膜230进行加热处理。
同样在变化例2和3中，应当注意，当光同时穿过两层、即同时穿过光吸收层231和栅极21的图案时，透射强度变为0，从而难以进行评价。
变化例4到6
图15表示根据变化例4到6的半导体薄膜检查装置(检查装置1A)的整体配置。在检查装置1A中，根据照射光Lout的反射光得到p-Si膜23和a-Si膜230的反射图像(反射图像数据D2)，并根据反射图像确定对比度(反射对比度：p-Si膜23(结晶区域51)的反射亮度与a-Si膜230(未结晶区域50)的反射亮度之间的对比度)。之后，根据所确定的反射对比度进行p-Si膜23的筛选。为确定该反射对比度，如在透射对比度的情况中一样，可使用上述表达式(1-1)或(1-2)。此外，LED2可布置于活动台11上方，来自于LED12的照射光Lout通过光束分离器(未图示)照射给Si薄膜基板2。
例如在图16所示的变化例4中，在以直接加热方法制造底栅型TFT的步骤中使用检查装置1A进行评价。例如，在图17所示的变化例5中，在以间接加热方法制造底栅型TFT的步骤中使用检查装置1A进行评价。例如，在图18所示的变化例6中，在以间接加热方法制造顶栅型TFT的步骤中使用检查装置1A进行评价。
于是，在根据反射对比度对p-Si膜23进行筛选的情况中，灵敏度低于使用上述实施例中所述的透射对比度的情况中的灵敏度。然而，可以以波长区域为蓝光以下的光源对基底图案(在底栅型的情况中为栅极图案)上的结晶度进行评价。而且，在根据反射对比度对p-Si膜23进行筛选的情况中，可以使用更短波长的光源提高灵敏度。具体地，在使用E1(280nm)或E2(370nm)的情况中，可以增加照射区域41与未照射区域40之间的反射率的差异。
应当注意，同样在变化例4到6中，当光同时穿过两层、即同时穿过光吸收层231和栅极21的图案时，透射强度变为0，从而难以进行评价。
变化例7和8
图19是用于描述根据变化例7的检查步骤的示意图。图20是用于描述根据变化例8的检查步骤的示意图。在变化例7和8中，在确定对比度的步骤中，照射光Lout分为多束(例如两束，即照射光Lout1和照射光Lout2)，且结晶区域51的亮度与未结晶区域50的亮度被差动放大器进行差动放大，并随后确定对比度。在变化例7中，根据透射对比度对p-Si膜23进行筛选，而在变化例8中，根据反射对比度对p-Si膜23进行筛选。
在所述变化例7和8中，透射光强度或反射光强度被差动放大，从而可以以高精度且快速的扫描(例如，在由图19及图20中的箭头P11、P12、P21及P22所示的方向上的扫描)进行测量评价。
变化例9
图21A及图21B是用于描述根据变化例9的检查步骤的图示，且图21A表示本变化例的检查步骤中所用的Si薄膜基板2的平面结构示例，而图21B表示本变化例的检查步骤中所用的活动台11和Si薄膜基板2的侧面结构示例。
如图21A及图21B所示，在本变化例中，基准水平测量区域52与零水平测量区域53预先布置于Si薄膜基板2(透明基板20)上(参照图21A)或上面安装有Si薄膜基板2的活动台11上(参照图21B)的预定位置。
基准水平测量区域52是用于基于照射光Lout得到相对于拍摄图像(透射图像或反射图像)的基准图像的测量区域。另一方面，零水平测量区域53是用于当基于照射光Lout得到拍摄图像和基准图像时得到对应于偏置成分的零水平图像的测量区域。
从而，在本变化例的检查步骤中，当通过上述表达式(1-1)或(1-2)计算透射对比度或反射对比度时(对应于图5中的步骤S102)，例如通过下述表达式(17)对所得到的拍摄图像的亮度分布进行校正，并随后确定这些对比度。
(校正后的拍摄图像的亮度分布)＝{(校正前的拍摄图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)/(基准图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)}×{(基准图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)的平均值}……(17)
更具体地，在本变化例的检查步骤中，如图22A、22B、22C、23A及23B所示，在图像处理计算机15中对所得到的拍摄图像的亮度分布进行校正。
换言之，首先，如图22A所示，在待评价的区域中，得到照射区域41(结晶区域51)及未照射区域40(未结晶区域50)的拍摄图像(测量图像；测量图像数据D31)。如图所示，测量图像处于包括噪声Sn(由光学系统(例如瑕疵或灰尘等)、光源的光强不均匀等引起的噪声)的状态中。
接着，如图22B所示，在基准水平测量区域52中，得到上述基准图像(基准图像数据D32)。如图所示，基准图像处于包括与上述所得到的测量图像所共有的噪声Sn的状态中。
之后，如图22C所示，在零水平测量区域53中，得到零水平图像(零水平图像数据D33)。换言之，得到其中光强度为零的图像以便去除诸如暗电流的偏置成分的影响。
随后，如图23A所示，通过使用下述表达式(18)和(19)，从以上述方式得到的每个测量图像和基准图像中减去所得到的零水平图像以便进行零水平校正。由此，从测量图像和基准图像中去除诸如暗电流等的偏置成分的影响。
零水平校正之后得到的测量图像数据D31a＝D31-D33  ……(18)
零水平校正之后得到的基准图像数据D32a＝D32-D33  ……(19)
然后，如图23B、上述表达式(17)以及下述表达式(20)所表示，上述零水平校正之后得到的测量图像除以零水平校正之后得到的基准图像的每个像素的亮度，随后乘以基准图像的亮度的平均值，以便重新得到进行校正之前的亮度。从而，从所述校正之后得到的测量图像(测量图像数据D31a)中去除了测量图像与基准图像中所共同包含的所有噪声Sn。
去除噪声Sn的校正之后的测量图像数据D31b＝(D31a/D32a)×(D32a的平均值)                                          ……(20)
于是，在本变化例中，在通过计算确定透射对比度或反射对比度的情况下，对所得到的拍摄图像的亮度分布进行用于去除噪声Sn的校正，并随后确定对比度。因此，可去除光学系统的噪声(诸如瑕疵或灰尘)、光源的光强度不均匀性等，并可进一步地提高结晶度评价的精度。
图24图示了进行用于去除噪声Sn的校正之前的透射图像的例子，而图25图示了所述校正之后得到的透射图像的例子。在本例子中，在透明基板20上依次形成栅极21、栅极绝缘膜221和222、a-Si膜230、缓冲层及光吸收层231，并随后使用激光二极管发出的激光L1进行退火处理以在透明基板20上形成微晶硅。随后，如上所述，在测量图像之后，通过使用来自LED12的照射光Lout得到基准图像以及零水平图像，并且随后在进行用于去除噪声Sn的校正之前和之后进行对透射对比度的评价。而且，在相同的测量点重复相同的测量多次，以评价测量数据中的变化(参照图26)。从图24到图26中明显可以看出，在图24中的圆中所存在的噪声Sn等通过校正被去除，从而校正后的对比度测量数据中的变化比校正前的变化降低了大约48％。
尽管以上结合实施例和变化例描述了本发明，然而本发明不局限于此，而是可以有各种变化。
例如，上述实施例等中，描述了当得到p-Si膜23的透射图像(透射图像数据D1)时，以绿光作为照射到p-Si膜23和a-Si膜230的光(照射光Lout)的情况。然而，照射光Lout的波长区域不限于绿光的波长区域。更具体地，例如，在使用白光的情况下，可以在没有去除光吸收层231的处理的情况下以高灵敏度进行测量。而且，在使用波长短于蓝光波长的光的情况下，在去除光吸收层231之后的灵敏度会提高。而且，波长短于蓝光波长的光在图案上进行反射光的测量时是有效的。此外，用于得到透射图像的图像拍摄装置不限于是上述实施例中所述的物镜13和CCD照相机14，而是可以配置为任何其它光学系统。
而且，在上述实施例中，描述了在形成p-Si膜23时通过使用激光二极管光源照射激光L1的情况。然而，可以使用任何其它种类的激光源，例如可以使用准分子激光器等气体激光器。
而且，在上述等实施例中，使用了来自于基板的背侧的透射图像的情况。然而，也可以使用来自于基板的前侧的透射图像。此时，基板不必为透明基板，且活动台11不必允许照射光Lout透过。
在上述实施例中，描述了根据照射光Lout的透射光或反射光得到p-Si膜23和a-Si膜230的拍摄图像(透射图像或反射图像)并根据拍摄图像确定对比度(透射对比度或反射对比度)的情况。然而例如，可通过根据照射到细微区域的光Lout进行光谱光度测量而不是根据所述拍摄图像来确定对比度(透射对比度或反射对比度)。在通过所述光谱光度测量进行评价的情况下，和使用拍摄图像的情况相比，评价的精度较低，然而可以以更快的速度进行评价。
例如，如图27所示，上述实施例中所述的p-Si膜23可用于包括用于制造液晶显示器或有机EL显示器的底栅型薄膜晶体管(TFT)的TFT基板3。更具体地，在进行了上述实施例中所述的检查处理之后所得到的Si薄膜基板2中，层间绝缘膜251和252、布线26、平坦化膜27以及透明导电膜28可通过例如光刻方法依次形成于p-Si膜23上。此时，层间绝缘膜251例如可由硅氮化物(SiNx)制成，层间绝缘膜252例如可由硅氧化物(SiO2)制成，布线26例如可由铝(Al)制成，平坦化膜27例如可由丙烯酸酯类树脂等制成，且透明导电膜28例如可由ITO(铟锡氧化物)制成。尽管图20中图示了包括底栅型TFT的TFT基板，然而本发明中形成的半导体薄膜例如还适用于包括顶栅型TFT的TFT基板。而且，本发明中形成的半导体薄膜不限于用于形成所述TFT的半导体薄膜，而是可以应用于任何其它半导体器件。
而且，在上述等实施例中，作为非晶半导体薄膜和结晶半导体薄膜的例子，描述了Si薄膜(a-Si膜230、p-Si膜23和微晶Si膜)。然而包括Si薄膜在内，本发明还适用于任何其它半导体薄膜(例如，诸如SiGe薄膜等其中照射区域与未照射区域之间的灰度差异可测量的所有半导体薄膜)。
本领域的技术人员应当明白，只要在所附权利要求书及其等同物的范围内，可以根据设计要求和其它因素出现各种变化、组合、次组合以及替代。

Claims (18)

1.一种形成半导体薄膜的方法，其包括以下步骤：
在基板上形成非晶半导体薄膜；
通过对所述非晶半导体薄膜照射激光以对所述非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，从而使被所述激光照射的区域中的所述非晶半导体薄膜结晶，由此在每个元件区域中局部地形成结晶半导体薄膜；以及
检查所述结晶半导体薄膜的结晶度，
其中，所述检查的步骤包括如下步骤：
通过对所述结晶半导体薄膜和所述非晶半导体薄膜分别照射光来确定结晶区域的亮度与未结晶区域的亮度之间的对比度，以及
根据所确定的对比度、在确定所述对比度的步骤中的光的照射强度以及从所述结晶半导体薄膜中得到的电气特性之间的相互关系，对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
2.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，通过使用所述照射强度与所述对比度之间的γ值＝1的γ特性，来对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
3.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，对所述照射强度与所述对比度之间的γ特性进行校正，以使γ值＝1，并随后通过使用所述已校正的γ特性对所述结晶半导体薄膜进行筛选。
4.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述确定对比度的步骤中，根据所照射的光得到所述结晶半导体薄膜与所述非晶半导体薄膜的拍摄图像，并随后根据所述拍摄图像确定所述对比度。
5.如权利要求4所述的形成半导体薄膜的方法，其中，根据所照射的光的透射光得到所述结晶半导体薄膜与所述非晶半导体薄膜的透射图像，并随后根据所述透射图像确定所述对比度。
6.如权利要求4所述的形成半导体薄膜的方法，其中，根据所照射的光的反射光得到所述结晶半导体薄膜与所述非晶半导体薄膜的反射图像，并随后根据所述反射图像确定所述对比度。
7.如权利要求4到6之一所述的形成半导体薄膜的方法，其中，
在所述基板或安装所述基板的台上的预定位置布置用于相对于所述拍摄图像得到基准图像的基准水平测量区域以及当得到所述拍摄图像和所述基准图像时用于得到对应于偏置成分的零水平图像的零水平测量区域，并且
在所述确定对比度的步骤中，通过使用下述表达式对所得到的拍摄图像的亮度分布进行校正，并随后确定所述对比度；
(校正后的拍摄图像的亮度分布)＝{(校正前的拍摄图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)/(基准图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)}×{(基准图像的亮度分布-零水平图像的亮度分布)的平均值}。
8.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述确定对比度的步骤中，所照射的光被分成两个或更多个光束，并对所述结晶区域的亮度与所述未结晶区域的亮度进行差动放大，并随后确定所述对比度。
9.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述确定对比度的步骤中，使用白光作为所照射的光。
10.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述确定对比度的步骤中，使用绿光作为所照射的光。
11.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述确定对比度的步骤中，使用波长短于蓝光波长的光作为所照射的光。
12.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述形成结晶半导体薄膜的步骤中，将所述激光照射到光吸收层，从而间接地对所述非晶半导体薄膜进行加热处理。
13.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，在所述形成结晶半导体薄膜的步骤中，通过使用激光二极管光源照射所述激光。
14.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，所述结晶半导体薄膜是用于形成薄膜晶体管的膜。
15.如权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中，所述结晶半导体薄膜与所述非晶半导体薄膜是硅薄膜。
16.如权利要求15所述的形成半导体薄膜的方法，其中，所述结晶半导体薄膜是多晶硅薄膜或微晶硅薄膜。
17.一种半导体薄膜检查装置，其是用于结晶半导体薄膜的结晶度检查装置，该结晶半导体薄膜是这样形成的：通过对基板上的非晶半导体薄膜照射激光，以对所述非晶半导体薄膜有选择地进行加热处理，从而使被所述激光照射的区域中的所述非晶半导体薄膜结晶，由此在每个元件区域中局部地形成所述结晶半导体薄膜，所述半导体薄膜检查装置包括：
用于安装所述基板的台，所述基板包括形成于其上的所述结晶半导体薄膜；
光源，其对所述结晶半导体薄膜以及所述非晶半导体薄膜分别照射光；
导出部，其根据从所述光源发出的光确定所述结晶区域的亮度与所述未结晶区域的亮度之间的对比度；以及
筛选部，其根据由所述导出部确定的所述对比度、在确定所述对比度的步骤中的光的照射强度以及从所述结晶半导体薄膜中得到的电气特性之间的相互关系，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查装置，还包括：控制部，其执行控制以使所述光源以及所述导出部的光学系统相对于安装在所述台上的基板作相对位移。
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