CN101800168A - 形成半导体薄膜的方法和半导体薄膜检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供形成半导体薄膜的方法和半导体薄膜检测装置，该方法包括步骤：在基板上形成非晶态半导体薄膜；通过将激光照射至非晶态半导体薄膜，在非晶态薄膜上选择性地进行热处理，并且使对应于照射区的非晶态半导体结晶，从而为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜；以及检测晶态半导体薄膜的结晶度。该检测步骤包括步骤：通过将光照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差，以及晶态半导体薄膜的选分和晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或其中之一进行评价。

Description

形成半导体薄膜的方法和半导体薄膜检测装置
技术领域
本发明涉及形成半导体薄膜的方法，例如适宜于制造用于液晶显示器或有机EL(电致发光)显示器的TFT(薄膜晶体管)基板，以及这样的半导体薄膜的检测装置。
背景技术
TFT基板运用于有源矩阵型液晶显示器和使用有机EL元件的有机EL(电致发光)显示器。在这样的TFT基板中，在基板上形成非晶态半导体薄膜或晶粒直径相对较小的多晶半导体薄膜，通过将激光束照射至半导体薄膜来退火，从而结晶生长半导体薄膜。由此形成TFT作为驱动器件。
这样的以激光束为光源的退火装置使用准分子(excimer)激光器，在准分子激光器中，半导体薄膜的吸收率高，且有大的脉冲光输出。然而，由于这种准分子激光器是气体激光器，其输出强度因每个脉冲而异。因而，通过使用准分子激光器形成的TFT有性能变化，因此具有在使用TFT的显示器中易于产生显示不均匀的缺点。特别地，在很多情况下有机EL显示器由电流驱动，因而这样的性能变化是在大规模生产中引起生产率下降的主要因素。
因此，为了解决由气体激光器的脉冲强度变化引起的图像质量降低的问题，有人建议了一种退火装置，其中使用具有高输出稳定性的半导体激光器作为光源(例如，日本未审查专利公开第2003-332235号)。然而，因为从半导体激光器获得的光输出和准分子激光器等相比极小，所以退火处理时光束的尺寸变小。因而，TFT基板的每单位面积的退火时间增加，产生诸如生产率降低和制造成本上升的问题。
因此，为了在退火处理中获得高产出量，有人提出了一种降低扫描时间、提高生产率的退火方法，其中将多个激光光源彼此相邻地设置在一起，将多个激光光源发射的多个激光光束同时照射至非晶态半导体薄膜上的多个区域(例如，日本未审查专利公开第2004-153150号)。
另一方面，有人实施了一种用这样的半导体激光器控制半导体薄膜的结晶度的方法，实施这种方法要使用安装在退火装置中监测激光束强度的监测装置。例如，在日本未审查专利公开第2005-101202号中所描述的监测激光束强度的方法中，单个强度测量部分被用于多个激光光学系统的光路。一个强度测量部分在各激光光学系统的光路上移动，从而能够接受每个光路上的光，因而能够用一个强度测量部分测量多个激光光学系统各自的照射能量。
例如，日本未审查专利公开第2002-319606号中提出了一种装置，其中通过获取根据退火区(结晶区)中的照射光亮度等级的高低来评价退火区中的结晶程度。具体地，根据结晶区结晶水平的图案来评价结晶程度。
发明内容
然而，如果使用日本未审查专利公开第2004-153150号中的多个激光束进行退火处理，各激光光源有照射光发散角的个体差异。而且，即使设置统一照射光学系统以改正这些个体差异，也产生调整误差等。结果，为了诸如加快生产节奏的目的而使用多个激光束进行退火，就产生了器件性能的差异。在使用这样的器件的显示面板中，在有些情况下可能产生可见差异。因而，在紧接着形成器件之前进行的退火处理的步骤之后中，需要一种方法来探测和确定各个用不同的光束处理的器件上的结晶分布或者相应的指标。
在日本未审查专利公开第2005-101202号中，只监测各激光光源的激光束的强度(能量)，因而很难监测由聚焦位置、光学系统偏差或诸如此类产生的待照射物体表面上的能量密度的细微差异。因而，这样的能量密度差异成为待照射物体(半导体薄膜)的退火效果的差异，以及取决于半导体薄膜上的位置的结晶度差异。结果，所形成的TFT的性能随每个激光束而异。这样的TFT性能上的差异可能在显示器上引起显示非均匀性。这样的半导体薄膜激光退火效果的差异(效果的差别取决于薄膜上的位置)不仅可以在如上所述使用多个激光光源进行退火处理的情况下产生，也可以在使用单个激光光源进行退火处理的情况下产生。
而且，在日本未审查专利公开第2002-319606号中，上述特征图案在某些情况下不在结晶区显现(例如，在晶粒直径为几十纳米以下的微晶情况下)。因而在这样的情况下不能评价结晶度，有必要提供更高精度的评价方法。
鉴于以上所述，有必要提供一种形成半导体薄膜的方法，该方法在通过激光退火结晶形成半导体薄膜时，要能比现有技术更精确地评价结晶度，还有必要提供半导体薄膜的检测装置。
根据本发明的一个实施例，提供了形成半导体薄膜的方法，包括步骤：在基板上形成非晶态半导体薄膜；通过将激光照射至非晶态半导体薄膜，在非晶态薄膜上选择性地进行热处理，并且使对应于照射区的非晶态半导体结晶，从而为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜；以及检测晶态半导体薄膜的结晶度。检测步骤包括步骤：通过将光照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差(optical step)，以及基于所获得的光学阶差，对晶态半导体薄膜的选分(sorting)和晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或其中之一进行评价。
根据本发明的实施例形成半导体薄膜的方法中，在基板上形成非晶态半导体薄膜之后，将激光照射至非晶态半导体薄膜，以选择性地在非晶态半导体薄膜上进行热处理，并且使对应于照射区的非晶态半导体薄膜结晶，从而为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜。此后，检测晶态半导体薄膜的结晶度。在此，在检测步骤中，通过将光照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差，并且根据所得光学阶差来对晶态半导体薄膜的选分和晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或其中之一进行评价。以此方式，使用基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差评价了晶态半导体薄膜。从而使得包括微晶的分布在内的评价成为可能。因而，实现了比已有技术更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。
根据本发明的实施例，提供了半导体薄膜的检测装置，包括：安装基板的平台，将激光照射至基板上的非晶态半导体薄膜，以选择性地在非晶态半导体薄膜上进行热处理并使照射区结晶，从而在基板上为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜；光源，将光照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜；导出部分，基于从光源发射的光，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差；以及评价部分，根据导出部分中获得的光学阶差来对晶态半导体薄膜的选分和晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或其中之一进行评价。
在本发明的实施例中的检测装置中，基板上为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜，在该基板中，将光从光源照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜。基于从光源照射出的光，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差。根据所得光学阶差来对晶态半导体薄膜的选分和对晶态半导体薄膜的结晶度的控制量的计算二者或其中之一进行评价。以此方式，使用基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差评价了晶态半导体薄膜。从而使得包括微晶的分布在内的评价成为可能。因而，实现了比已有技术更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。
根据本发明的实施例的形成半导体薄膜的方法，在检测晶态半导体薄膜的检测步骤中，通过将光照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差，根据所得光学阶差来对晶态半导体薄膜的选分和晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或其中之一进行评价。因而，实现了比已有技术更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。因而，在通过激光退火结晶而形成半导体薄膜时，能够比现有技术更精确地评价结晶度，从而能够提高生产率。
根据本发明的实施例中的检测装置，将光从光源照射至晶态半导体薄膜和非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差。根据所得光学阶差来对晶态半导体薄膜的选分和晶态半导体薄膜的结晶度的控制量的计算二者或其中之一进行评价。因而，实现了和已有技术相比更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。因而，在通过激光退火结晶而形成半导体薄膜时，能够比现有技术更精确地评价结晶度，从而能够提高生产率。
本发明其他以及进一步的目的、特征和优势将在下面的描述中更充分地展示。
附图说明
图1是图示根据本发明的实施例的半导体薄膜检测装置的总体构造的图。
图2是图示根据本发明的实施例形成半导体薄膜的方法中的主要步骤的一部分的截面图。
图3是图示图2之后的步骤的截面图。
图4是图示图3之后的步骤的截面图。
图5是图示图4之后的步骤(检测步骤)的示例的流程图。
图6A和6B是图示结晶区对未结晶区的光学阶差的分布特征的示例的特征图。
图7是图示照射光波长和反射率之间的相关关系的示例的特征图。
图8A和8B是图示如图5所示的在检测步骤中所使用的照射强度、光学阶差指数和电特性的相关关系的示例的特征图。
图9是比较和解释根据本发明的实施例的评价方法和现有的评价方法的图。
图10是图示包括由图2至图5所示的步骤形成的半导体薄膜的TFT基板的构造示例的截面图。
具体实施方式
以下，参照所附的图详细描述本发明的实施例。描述依照以下次序进行：
1、实施例(形成半导体薄膜的方法的示例，包括使用光学阶差检测的步骤)
2、修改和应用示例
1、实施例
半导体薄膜的检测装置的构造示例
图1图示本发明实施例的半导体薄膜的检测装置(检测装置1)的总体构造。检测装置1用于诸如在制造具有底栅结构的薄膜晶体管(底栅型TFT)的步骤中形成的半导体薄膜。具体而言，检测装置1是用于Si(硅)薄膜基板2的结晶度的检测装置。在Si薄膜2中，在透明基板上形成a-Si(非晶态硅)膜(非晶态半导体薄膜)之后，将激光选择性地照射至a-Si膜以进行退火处理，从而使照射区(照射区41将在下文描述)结晶。在Si薄膜2中，为每个元件区域(像素)局部地形成p-Si(多晶硅)层(晶态半导体薄膜)。
检测装置1包括可动平台11、LED(发光二极管)12、典型的光干涉显微镜系统、专用的图像处理计算机15和控制计算机16。上述光干涉显微镜系统包括用于光干涉计的物镜13和CCD(电荷耦合器件)相机14。在以下描述中，虽然使用p-Si膜作为晶态Si薄膜的示例来进行描述，但是也可使用微晶Si薄膜。
可动平台11安装(支撑)待检测的Si薄膜基板2，并可以响应来自控制计算机16的控制信号S在X轴方向和Y轴方向任意移动，这将在下文描述。
LED 12是光源，从可动平台11之上的位置将光通过光束分离器17照射至Si薄膜基板2，所照射的光的中心波长的范围例如在约400nm和600nm之间(包含端值)。LED 12优选和带通滤波器(bandpass filter)(图中未图示)一起使用，带通滤波器根据厚度方向的测量区域的精度来选择，由此将照射光Lout照射。可使用显微镜的灯照明器等代替高亮度LED作为光源。
物镜13是光学元件，放大和探测从LED 12发射且在Si薄膜基板2的表面反射的照射光Lout(反射光)。CCD相机14是对波长范围为大约400nm和600nm之间(包含端值)的光高度敏感的相机，包括CCD图像传感器作为其内部的摄像元件。通过这样的构造，在光干涉显微镜中获取Si薄膜基板2中的反射图像以及a-Si(未结晶区)和p-Si(结晶区)的干涉条纹图像。
图像处理计算机15基于由物镜13和CCD相机14获得的a-Si膜和p-Si膜的干涉条纹图像评价以下二者或其中之一：p-Si膜的选分以及结晶度控制量的计算。具体地，在这样的评价(检测)中，捕获由CCD相机14提供的干涉条纹图像数据D1，分析干涉条纹的分布，以获得形成于Si薄膜基板2上的p-Si(结晶区)和a-Si(未结晶区)之间的光学阶差。基于所获得的光学阶差来确定在Si薄膜基板2处形成的p-Si膜是否有缺陷。替换地，在诸如EQC(设备质量控制)过程的情况下，执行退火强度的定量反馈过程。图像处理计算机15的检测程序将在后文详述。
控制计算机16进行对来自LED12的照射光Lout的点亮控制，对LED12、物镜13和CCD相机14的移动位置控制，以及对物镜13的切换控制等等。就其中的移动位置控制具体而言，控制计算机16执行控制，以针对安装在可动平台11上的Si薄膜基板2相对地位移LED 12，物镜13和CCD相机14。
在此，LED 12对应于本发明实施例的“光源”的具体示例。物镜13、CCD相机14和图像处理计算机15对应于本发明实施例的“导出部分”的具体示例。物镜13、CCD相机14和光束分离器17对应于本发明实施例的“导出部分的光学系统”的具体示例。图像处理计算机15对应于本发明实施例的“评价部分”的具体示例。控制计算机16对应于本发明实施例的“控制部分”的具体示例。
形成半导体薄膜的方法的示例
接下来，参照图2至9描述形成本发明实施例的半导体薄膜的方法，方法包括使用图1图示的检测装置1的检测步骤。在此，图2至图4图示本实施例形成半导体薄膜方法的主要步骤的一部分的截面图(Z-X截面图)。图5是例示图4之后的检测步骤的流程图。
形成半导体薄膜的步骤
首先，如图2所示，在诸如由玻璃基板等制成的透明基板20上，通过使用诸如光刻法依次形成栅电极21、栅绝缘膜221和222以及a-Si膜230。此时，使用诸如尺寸为大约550mm×650mm的基板作为透明基板20。栅电极21例如由钼(Mo)构成，栅绝缘膜221例如由氮化硅(SiNx)构成，而栅绝缘膜222例如由氧化硅(SiO2)构成。
接下来，如图3所示，使用未在图中示出的半导体激光源将激光L1局部地照射至透明基板20上的a-Si膜230，以选择性地执行退火处理(加热处理)。从而，a-Si膜230为每个元件区域(在硅薄膜基板用于显示器的情况下对应于像素)局部地结晶。具体而言，如图4所例示，因为退火处理在激光L1的照射区41上进行，所以照射区41结晶，成为其中形成p-Si膜23的结晶区51。另一方面，因为退火处理不在激光L1的非照射区40上进行，所以非照射区40不结晶，成为其中形成并且保留a-Si膜230的未结晶区50。
检测步骤
接下来，如图5在S101至S104步骤中所例示，使用图1所示的检测装置1(进行检测过程)对形成于透明基板20上的p-Si膜23的结晶状况(结晶的程度)的检测。
具体而言，形成有p-Si膜的Si薄膜基板2安装在可动平台11上。接下来，LED 12通过光束分离器17从可动平台11的上方(Si薄膜基板2的安装面一侧)将照射光Lout照射(例如，集体照射)至p-Si膜(结晶区51)和a-Si膜(非结晶50)。用物镜13和CCD相机14接收在可动平台11和Si薄膜基板2上反射的光并摄取图像。从而，在图像处理计算机15中获得p-Si膜(结晶区51)和a-Si膜(非结晶50)的干涉条纹图像(干涉条纹图像数据D1)(图5的S101)。此时，响应于来自控制计算机16的控制信号S，LED12、物镜13、光束分离器17和CCD相机14相对位移至安装在可动平台11上的Si薄膜基板2。因而，可以在p-Si膜23的多个点处获得干涉条纹图像。
接下来，基于所得干涉条纹图像，使用图像处理计算机15，根据由p-Si膜(结晶区51)和a-Si膜(非结晶50)的物理特性差异生成的光相位差获得光学阶差和光学阶差的分布(步骤S102)。具体而言，图像处理计算机15用下述公式(1)计算p-Si膜23和a-Si膜230之间的光相位差
Figure GSA00000011345900081
并从计算的光相位差
Figure GSA00000011345900082
获得光学阶差及其分布。这是因为微晶Si膜或者Si膜的结晶度主要取决于退火处理时的能量密度(照射强度)，而微晶Si膜或者Si膜的折射系数依结晶度的差异而变化。
(
Figure GSA00000011345900084
：光相位差；d：物理阶差；以及Δn：因物理特性差异引起的折射系数差异)
因而，如图6A和6B所例示，光相位差(光学阶差)在结晶区51(照射区41)和未结晶区50(非照射区40)彼此不同。图6A图示在结晶区51中的预定基底图案区域中的光相位差的分布状况的示例。图6B图示在结晶区51中的预定基底图案之外的区域中的光相位差的分布状况的示例。
在获取光学阶差的步骤中，优选使用波长范围为大约350nm至400nm(包含端值)的光作为照射光Lout。这是因为，如图7中的附图标记P1所指示的，因为根据退火强度的反射率的变化在这样的波长范围内最大，所以光相位差(光学阶差)也变大，使得测量灵敏度得以改善。
接下来，使用图像处理计算机15，基于所得的光学阶差，使用诸如图8A和8B(步骤S103)图示的相关关系(correlation)预测期望在p-Si膜23中获得的电特性。例如，作为这种电特性(装置的电特性)，有TFT中在源和漏之间流动的电流的电流值。具体而言，图像处理计算机15利用光学阶差、在获得光学阶差时的光照射强度以及期望在p-Si膜23中获得的电特性之间的相关关系来预测电特性。事先形成如图8A和8B所示的相关关系的特征图。
在此，如图8A和8B所示，例如在彼此相邻的TFT之间电特性的变化大约为3％以下的情况下，可以从试验结果到以下项(1)至(3)成立。
(1)处理强度(照射强度)和(反射)光学阶差显示极好的相关关系。
(2)器件电特性随着(反射)光学阶差的增加而增加。
(3)当控制处理强度(照射强度)以使(反射)光学阶差总是有某一特定值时，器件电特性也成为常数。
由此看出，通过事先清楚处理强度(照射强度)和(反射)光学阶差(图8B)之间的相关性能，在器件制造的最后一步之前，装置电特性可以以1％或更小的精度预测。从而，使用上游控制提高了制造生产率。
在显示器使用TFT的情况下，典型地，彼此相邻的像素之间的亮度差别在3％以下时，差异是不可见的。也即，当TFT中的电流值差在3％以下时，差异是不可见的。因而，例如，可见事先形成和上述项(2)相对应的曲线(图8A)，以获得曲线的微分系数，光学阶差的差异设置在0.01/微分系数范围内，从而在TFT中实现了电流值差为1％以下。
接下来，使用图像处理计算机15，利用(反射)光学阶差、照射强度和器件电特性之间的相关关系对p-Si膜的选分和结晶度的控制量的计算二者或其中之一进行评价(步骤S104)。具体而言，根据步骤S103中预测的器件电特性来选分p-Si膜23是否有缺陷，或者，例如在EQC处理过程的情况下，进行退火强度的定量反馈处理。如此，完成了对形成于透明基板20上的p-Si膜23的结晶度的检测处理。
以此方式，在本实施例中，在透明基板20上形成a-Si膜230之后，将激光L1局部地照射至a-Si膜230，以选择性地进行退火处理(加热处理)。因而，对应于照射区41的a-Si膜230的一部分结晶，并且为每个元件区域(像素)局部地形成p-Si膜23。此后，使用检测装置1检测p-Si膜23的结晶度(进行检测处理)。此处，在检测过程中，以LED 12将照射光Lout从可动平台11表面安装有透明基板20(Si薄膜基板2)的一侧照射至p-Si膜23和a-Si膜230，在透明基板20上形成有p-Si膜23和a-Si膜230。CCD相机14通过物镜13接收经光束分离器17在p-Si膜23或a-Si膜230上反射的反射光。如此，获得p-Si膜23和a-Si膜230的干涉条纹图像(干涉图像数据D1)。已获得干涉条纹数据D1的图像处理计算机15获得p-Si膜23(结晶区51)和a-Si膜230(未结晶区50)之间的(反射)光学阶差，以基于所得的(反射)光学阶差进行对p-Si膜23的评价。具体而言，对p-Si膜23的选分和结晶度控制量的计算二者或其中之一进行评价。以此方式，基于结晶区51和未结晶区50之间的光学阶差评价了p-Si膜23。因而，可以进行包括微晶分布的评价。如此，实现了和已有技术相比更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。也即，即使在诸如微晶Si膜的晶粒直径是几十纳米以下的情况下，也能进行精确的选分。
通过基于这样的(反射)光学阶差进行选分，如图9所示，与已有评价方法相比以显著高的速度实现了面内分布测量和评价，并且实现了非接触性的、非破坏性的微小区域的检测，从而可以进行数值量化。上述“已有计算方法”包括反射光谱方法、X光膜厚测量法、光谱椭圆光度法、拉曼(Raman)光谱法，SEM(扫描电镜)法和TEM(透射电镜)。在已有的评价方法中，在低温p-Si的情况下，没有方法以高速度、高精度进行非破坏性、非接触性的在线评价，并且也没有办法实现在大基板的退火处理中的过程监测。具体而言，SEM法是破坏性检测，使用射哥蚀刻(secco etching)，因此需要太长时间。而且，因为表面形貌用SEM法观测，定量评价很难。就非接触性、非破坏性检测而言，虽然有X光膜厚测量法、反射光谱法、光谱椭圆光度法(spectrometry ellipsometry method)和拉曼(Raman)光谱法，但没法实现可以检测退火光源的差异在1％以下时的精度。因为要对每个点进行测量，评价图案区的面内分布要花大量时间，而且在线评价是不可能的。而且，在微晶硅的情况下，因为晶粒直径和低温Si相比小一个数量级，所以高精度评价更为困难。在低温p-Si的情况下，已经发现，形成的膜的表面的空间结构有线性和/或周期性，有人提出了通过评价这样的表面的空间结构的线性和/或周期性来评价p-Si膜的方法。然而，在微晶的情况下，没有表现出这样的特征现象，这种评价是困难的。只有一种建议的方法是通过使用反射光谱测量的光学阶差评价。但是，在此方法中，能探测结晶的存在/缺失，而模拟定量探测困难，高精度面内分布测量困难。具体地，就底栅型方法而言，因为基底金属的图案形状的影响大，有必要评价图案上的面内结晶度分布。在使用多个光束加快生产节奏的情况下，有对图案依赖性大的情况，具体而言，依赖于能量密度和每个光束的形状。因而，就产生了高精确度、高速度地定量评价图案上的结晶度分布的必要。
如上所述，在本实施例中，在p-Si膜23的结晶度检测过程中，使用LED12将照射光Lout照射至p-Si膜23和a-Si膜230，获得p-Si膜23和a-Si膜230的干涉条纹图像(干涉图像数据D1)。此外，在图像处理计算机15中，获得p-Si膜23(结晶区51)和a-Si膜230(未结晶区50)之间的(反射)光学阶差，并且根据所得(反射)光学阶差来对p-Si膜23的选分和结晶度的控制量的计算二者或者其中之一进行评价。从而，实现了比现有技术更精确的选分，以及新的控制(结晶度控制)。因而，使用激光退火结晶形成Si薄膜，能够以与现有技术相比高精确度地评价结晶，因而能够提高生产率。例如，在CCD相机的等级是12位的情况下，评价精度能达到1/4096。因此，即使在由聚焦位置和发散角差异或者光学系统的轻微偏差等引起激光束直径的细微差异而导致待照射物体表面上产生能量密度等的差异的情况下，也可以在退火处理时使用半导体激光器控制结晶。能降低晶粒尺寸的差异，以及在p-Si膜23上的照射区的其他性能的差异。而且，能够对Si薄膜基板2进行非接触性和非破坏性的结晶度检测，从而能够在短时间内高可重复性地监测结晶度。例如，在典型的拉曼(Raman)光谱测定法中，几微米的一个点区域要消耗几分钟的积分时间来测量。而与CCD的像素数目相对应的数目的区域则可在几秒钟之内以本实施例的方法测量。也即，就一个区域的测量而言，测量进行得比已有技术快106倍。
具体而言，在对p-Si膜23选分的时候，使用获得的(反射)光学阶差、在获得干涉条纹图像时的光照射强度和期望在p-Si膜23中获得的电特性之间的相关关系来进行对p-Si膜23的选分。如此可得如前述效果。
而且，因为实现了与已有评价方法相比极高速度的评价，实时测量成为可能。因而，进行退火处理的时候，实时反馈成为可能。
在已有方法中，通过使用反射光谱显微镜等获得的反射光量变化，使用所获得的反射光量变化来探测根据退火强度生成的半导体薄膜的物理特性变化，以及相伴随的折射系数变化，调整对退火强度的回应。另一方面，在本实施例中，使用由光干涉法获得的光相位变化，而不是光量变化，来探测由物理特性变化引起的折射系数变化。因而，在本实施例中，能够以比已有方法精确一个数量级以上的精确度来探测折射系数变化。而且，能够同时正确地测量图案的面内分布，从而能够高速度地观测难于观测的微晶分布。因此，即使在被评价为相同的退火条件下，也能见到有条件不同的情况。根据韦伯-费克内(Weber Fechner)定律，据说人类肉眼能观测到的阶差形状的辉度差异是1％以下。然而，使用本实施例中的评价技术，对过程的上游控制成为可能，能够实现薄膜晶体管生产的高生产率。
在获得p-Si膜23和a-Si膜230的干涉条纹图像(干涉条纹图像数据D1)时，使用蓝光(波长范围在约350nm至400nm之间(含350nm和400nm)的光)作为照射至p-Si膜23和a-Si膜230的光(照射光Lout)的情况中，如图7所示，更高敏感度测量成为可能。
退火处理时，在通过使用多个激光光源将激光L1照射的情况下，能够通过提高退火处理中的产出量在短时间里进行退火处理。即使在以此方式使用多个激光光源的情况下，通过进行前述检测过程，能够抑制激光强度变化的影响，能够减小p-Si膜23的特性的面内不均匀。
而且，使用控制计算机16提供的控制信号S，针对安装在可动平台11上的Si薄膜基板2相对地位移LED 12，物镜13，光束分离器17和CCD相机14，因而能够获得p-Si膜23和a-Si膜230上多个点的干涉条纹图像，能够在多个点进行检测。
2、修改和应用示例
虽然在上文中以实施例描述了本发明，本发明不限于该实施例，可以作各种修改。
例如，在上述实施例中描述了在获得p-Si膜23的干涉条纹图像(干涉条纹图像数据D1)的时候，使用蓝光(波长范围在约350nm至400nm之间(包括端值)的光)作为照射光Lout的情况。然而，照射光Lout的波长范围不限于此。而且，在获得干涉条纹图像时，图像获取手段不限于在上述实施例中描述的物镜13和CCD相机14，也可使用其他光学系统。
在上述实施例中，描述了在形成p-Si膜23时(在退火处理时)，使用半导体激光器将激光L1照射的情形。然而，例如也可使用包括诸如准分子激光器的气体激光器的其他类型的激光器。
在上述实施例中，描述了在形成p-Si膜的步骤中通过将激光L1照射至a-Si膜230将热处理直接施加在a-Si膜230上。然而，不限于这种情况。也即，可以通过将激光L1照射至a-Si膜230上的光吸收层上(图中未示出)，从而间接地将热处理施加在a-Si膜230上。
而且，如图10所示，上述实施例中描述的p-Si膜23可以用于TFT基板3，基板3包括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。具体而言，在已经对其进行上述实施例的检测过程之后的Si薄膜基板2中，层间绝缘膜251和252、配线26、平坦化膜27和透明导体膜28例如通过使用光刻法依次形成并堆叠在p-Si膜23上。此时，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(SiO2)构成。而且，配线26例如由铝(Al)构成，平坦化膜27例如由丙烯树脂等构成，透明导体膜28例如由ITO(氧化铟锡)构成。虽然图10图示包括底栅型TFT的TFT基板，使用本发明形成的半导体薄膜可用于包括顶部栅TFT的TFT基板。而且，使用本发明形成的半导体薄膜不局限于形成这样的TFT，也可用于其他半导体元件。
而且，在上述实施例中，虽然用Si薄膜(a-Si膜230，p-Si膜23以及微晶Si膜)作为非晶态半导体薄膜和晶态半导体薄膜的示例，不限于这些情况。也即，本发明可运用于Si薄膜之外的半导体膜(所有能测量照射区和非照射区之间的光学阶差的半导体薄膜，例如SiGe薄膜)。
本申请包括在2009年2月5日递交于日本专利局的日本专利申请JP2009-024470所涉及的主题，将其全部内容引用结合于此。
本领域的普通技术人员应该了解，在权利要求及其等同特征的范围内，可以根据设计需要或其他因素进行各种修改、组合、部分组合以及替换。

Claims (13)

1.一种形成半导体薄膜的方法，包括步骤：
在基板上形成非晶态半导体薄膜；
通过将激光照射至所述非晶态半导体薄膜，以在所述非晶态薄膜上选择性地进行热处理，并且使对应于照射区的非晶态半导体薄膜结晶，从而为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜；以及
检测所述晶态半导体薄膜的结晶度，其中
所述检测步骤包括步骤：
通过将光照射至所述晶态半导体薄膜和所述非晶态半导体薄膜，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差，以及
基于获得的所述光学阶差，对所述晶态半导体薄膜的选分和对所述晶态半导体薄膜的结晶度的控制二者或者其中之一进行评价。
2.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在所述评价步骤中，通过使用所获得的光学阶差、获得所述光学阶差的步骤中的光照射强度和在所述晶态半导体薄膜中获得的电特性之间的相关关系，进行对所述晶态半导体薄膜的选分或所述晶态半导体薄膜的结晶度的控制的评价。
3.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
基于所述照射光的反射光，获得所述晶态半导体薄膜和所述非晶态半导体薄膜的干涉条纹图像，从而获得所述光学阶差和所述光学阶差的分布。
4.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在获得所述光学阶差的步骤中使用波长范围为350nm至400nm的光作为所述照射光。
5.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在形成所述晶态半导体薄膜的步骤中，将所述激光照射至光吸收层，从而在所述非晶态半导体薄膜上间接地进行所述热处理。
6.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在形成所述晶态半导体薄膜的步骤中，使用半导体激光器光源来照射所述激光。
7.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在形成薄膜晶体管时使用所述晶态半导体薄膜。
8.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
所述晶态半导体薄膜和所述非晶态半导体薄膜是硅薄膜。
9.根据权利要求8所述的形成半导体薄膜的方法，其中
所述晶态半导体薄膜是多晶硅薄膜或者微晶硅薄膜。
10.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在获得所述光学阶差的步骤中，获得所述结晶区中的预定基底图案的区域中的光学阶差。
11.根据权利要求1所述的形成半导体薄膜的方法，其中
在获得所述光学阶差的步骤中，获得所述结晶区中的所述预定基底图案之外的区域中的光学阶差。
12.一种半导体薄膜的检测装置，包括：
安装基板的平台，将激光照射至所述基板上的非晶态半导体薄膜，以选择性地在所述非晶态半导体薄膜上进行热处理，并且使照射区结晶，从而在所述基板上为每个元件区域局部地形成晶态半导体薄膜；
光源，将光照射至所述晶态半导体薄膜和所述非晶态半导体薄膜；
导出部分，基于从所述光源发射的光，获得基于结晶区和未结晶区之间的光相位差的光学阶差；以及
评价部分，根据所述导出部分中获得的所述光学阶差来对所述晶态半导体薄膜的选分和所述晶态半导体薄膜的结晶度的控制量的计算二者或其中之一进行评价。
13.根据权利要求12所述的检测装置，还包括：
控制部分，进行控制以针对安装在所述平台上的所述基板相对地位移所述光源和所述导出部分的光学系统。
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