CN102401790A - 多晶硅膜检测装置以及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多晶硅膜检测装置以及检测方法，本发明的实施例的多晶硅膜检测装置检测向前面照射激光而结晶化的多晶硅膜。并且包括：光源部，向所述多晶硅膜的背面发射检测光，所述背面与所述前面相反；验光部，对在所述多晶硅膜反射的检测光验光；以及控制部，控制所述光源部和所述验光部。

Description

多晶硅膜检测装置以及检测方法
技术领域
本发明的实施例涉及多晶硅膜检测装置以及检测方法，更具体地，涉及检测多晶硅膜的结晶度或者晶粒的检测装置以及检测方法。
背景技术
有机发光显示装置(organic light emitting diode display)以及液晶显示装置(liquid crystal display)等大部分平板型显示装置包括薄膜晶体管(thin film transistor)。尤其，低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)，因其具有载流子迁移率(carrier mobility)良好、可适用于高速工作电路、可形成CMOS电路的优点，因此被广泛应用。
低温多晶硅薄膜晶体管包括结晶化非晶硅膜而形成的多晶硅膜。结晶化非晶硅膜的方法有：固相结晶化法(solid phase crystallization)、准分子激光结晶化法(excimer laser crystallization)以及利用金属催化剂的结晶化方法等。
在多种结晶化方法中，利用激光的结晶化方法可在低温工序中实现，因此对基板的热影响相对较少，可制备具有100cm2/Vs以上相对高的载流子迁移率、并且具有良好特性的多晶硅膜，因此被广泛应用。
另外，为确认多晶硅膜是否适当地被结晶化，可向多晶硅膜照射检测光来检测多晶硅膜的结晶度或者晶粒。
但是，照射激光而结晶化的多晶硅膜上将形成多个结晶化凸起。而且，越是为了提高多晶硅膜的结晶度而提高激光强度，由结晶化凸起引起的表面粗糙度越是增加。这种多个结晶化凸起散射检测光，从而在检测多晶硅膜的结晶度或者晶粒的过程中成为了产生误差的原因。
发明内容
本发明的实施例提供了多晶硅膜检测装置以及检测方法，所述多晶硅膜检测装置以及检测方法可精确地、稳定地检测被激光照射而结晶化的多晶硅膜。
根据本发明的实施例，多晶硅膜检测装置检测向前面照射激光而结晶化的多晶硅膜。并且包括：光源部，向所述多晶硅膜的背面发射检测光，所述背面与所述前面相反；验光部，对在所述多晶硅膜反射的检测光验光；以及控制部，控制所述光源部和所述验光部。
其中，所述多晶硅膜的所述前面包括结晶化时所形成的多个结晶化凸起；所述多晶硅膜的所述背面可以与缓冲层或基板接触而平坦地形成。
其中，所述多晶硅膜从所述前面开始被结晶化，与所述多晶硅膜的所述背面相邻的部分区域可以为非晶(amorphous)或微晶(microcrystal)状态。
其中，结晶化所述多晶硅膜的所述激光可以为准分子激光(excimer laser)。
其中，所述缓冲层或所述基板可以由包括硅的材质形成。
其中，所述多晶硅膜连同所述缓冲层或所述基板可以具有5％以上的光透过率。
其中，所述多晶硅膜可以具有10nm至300nm范围内的厚度。
其中，所述检测光可以包括紫外线、红外线以及激光中的至少一种。
其中，用于测定的所述检测光可以为在所述多晶硅膜上具有50％以下的反射率的波段的检测光。
其中，在所述检测光中，用于所述多晶硅膜的测定的波段可大于385nm，可小于或等于410nm。
其中，测定所述多晶硅膜的方法包括反射测试法(reflectivitymeasurements)、拉曼光谱法(Raman spectroscopy)以及椭圆偏振光谱法(spectroscopic ellipsometry)中的至少一种。
并且，根据本发明的实施例，多晶硅膜检测方法检测向前面照射激光而结晶化的多晶硅膜。并且包括：向所述多晶硅膜的背面发射检测光，所述背面与前面相反；以及对在所述多晶硅膜反射的检测光验光并分析。
其中，所述多晶硅膜的所述前面包括结晶化时所形成的多个结晶化凸起；所述多晶硅膜的所述背面可以与缓冲层或基板接触而平坦地形成。
其中，所述多晶硅膜从所述前面开始被结晶化，与所述多晶硅膜的所述背面相邻的部分区域可以为非晶或微晶状态。
其中，结晶化所述多晶硅膜的所述激光可以为准分子激光。
其中，所述缓冲层或所述基板可以由包括硅的材质形成。
其中，所述多晶硅膜连同所述缓冲层或所述基板可以具有5％以上的光透过率。
其中，所述多晶硅膜可以具有10nm至300nm范围内的厚度。
其中，所述检测光可以包括紫外线、红外线以及激光中的至少一种。
其中，用于测定的所述检测光可以为在所述多晶硅膜上呈现出50％以下的反射率的波段的检测光。
其中，所述检测光中，用于所述多晶硅膜的测定的波段可大于385nm，可小于或等于410nm。
其中，测定所述多晶硅膜的方法包括反射测试法、拉曼光谱法以及椭圆偏振光谱法中的至少一种。
根据本发明实施例的多晶硅膜检测装置以及检测方法，可精确、稳定地进行检测。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置的结构的示意图；
图2是示出根据本发明一实施例的多晶硅膜的检测方法的流程图；
图3以及图4是根据本发明一实施例的多晶硅膜检测方法测定的曲线图；
图5是根据比较例的多晶硅膜检测装置的结构的示意图；
图6是以图5的多晶硅膜检测装置检测的曲线图。
附图标记说明
120：缓冲层                      130：多晶硅膜
301：多晶硅膜检测装置            310：光源部
320：验光部                      350：控制部
IL：检测光
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的多个实施例，以本发明所属领域的普通技术人员能够容易实施地进行详细说明。本发明可以由各种不同的形态实现，不限于在此说明的实施例。
并且，在整个说明书中对同一或者类似的组成要素使用了同一附图标记。
并且，附图示出的各组成要素的大小以及厚度是为方便说明而任意显示的，本发明不一定限于附图所示。
附图中，为明确显示多个层以及区域而扩大显示了其厚度。并且附图中，为便于说明，夸张地显示了部分层以及其区域的厚度。层、膜、区域、板等部分在其他部分“上”时，不仅包括“就在之上”也包括中间还有其他部分的情况。
以下，参照图1对根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置301的结构进行说明。
如图1所示，多晶硅膜检测检测装置301包括：光源部310、验光部320以及控制部350。
使用根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置301对多晶硅膜130进行检测，所述多晶硅膜130的前面通过激光照射而被结晶化。
在此，激光可以为准分子激光。并且，多晶硅膜130从被激光照射的前面开始结晶化，结晶化时前面形成多个结晶化凸起。然而，所述多晶硅膜130的背面与缓冲层120或者基板(未图示)接触而平坦地形成。其中，所述多晶硅膜130的前面和背面相反。缓冲层120或者基板以包括硅的材质形成。虽然图1中为便于说明而图示了缓冲层120，但是可以包括基板和缓冲层120，或者仅包括基板。
所述多晶硅膜130连同缓冲层120或基板具有5％以上的光透过率。并且，多晶硅膜130具有10nm至300nm范围的厚度。如果光透过率以及厚度超过前述的范围，则多晶硅膜检测装置301无法正确地检测多晶硅膜130。
并且，与多晶硅膜130的背面相邻的部分区域，可以为非晶或者微晶状态。即，多晶硅膜130可以包括：完全结晶化的多晶层131和未结晶化而残留的非晶层132。并且，可形成微晶层以代替非晶层132(未图示)；或者非晶层132和微晶可以以混合的状态存在。
图1中a表示非晶层的厚度，b表示缓冲层的厚度，c表示多晶层的厚度。
根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置301，可有效地、精确地获知在多晶硅膜130中未完全结晶化而残留为非晶或微晶状态的区域。
光源部310向多晶硅膜130的背面发射检测光IL。验光部320对在多晶硅膜130反射的检测光RL进行验光。并且，控制部350控制光源部310以及验光部320。即，控制部350可以调节光源部310的光量，并且可以对在验光部320验光的检测光进行分析。
多晶硅膜130的前面形成有多个结晶化凸起。即，多晶硅膜130的前面的表面粗糙度相对较高。因此，若光源部310向多晶硅膜130的前面发射检测光IL，检测光IL将被多个结晶化凸起散射，使得多晶硅膜检测装置301无法稳定地执行精确的检测。
但是，根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置301，向多晶硅膜130的背面，即未形成有多个凸起而平整地形成的面照射检测光IL来检测多晶硅膜130。因此，多晶硅膜检测装置301可精确地、稳定地检测多晶硅膜130。
检测光IL包括紫外线、红外线以及激光中的一个以上。检测光IL的种类可以根据所使用的测定方法而不同。
根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置301，检测多晶硅膜130的方法为反射测试法、拉曼光谱法以及椭圆偏振光谱法等本领域技术人员所公知的多种方法中的至少一种。即，可适用该技术领域的普通技术人员所公知的多种检测方法，只要可以向多晶硅膜130的背面照射检测光IL即可。
而且，检测光IL根据测定方法，以多种入射角θ照射到多晶硅膜130。
根据这种结构，可精确地、稳定地检测多晶硅膜130。
以下，参照图1以及图2对根据本发明一实施例的检测多晶硅膜的方法进行说明。
首先，准备多晶硅膜130，所述多晶硅膜130的前面通过激光照射而被结晶化(步骤S001)。
此时，多晶硅膜130的前面形成多个结晶化凸起。然后，向与多晶硅膜130的前面相反的背面发射检测光IL(步骤S100)。此时，用于检测的检测光IL是在多晶硅膜130上具有50％以下的反射率的波段的检测光。具体地，对于本发明的一实施例，在检测光IL中用于检测多晶硅膜的波段为大于385nm，小于410nm。之后，在多晶硅膜130被反射的检测光RL被进行验光并分析(步骤S200)。
通过如上所述的多晶硅膜检测方法，可精确地、稳定地检测多晶硅膜130。
以下，参照图3以及图4，对使用根据本发明一实施例的多晶硅膜检测装置以及检测方法检测多晶硅膜的反射率的实验进行说明。图3以及图4是根据本发明一实施例的多晶硅膜检测方法测定多晶硅膜反射率的曲线图。
实验是根据本发明一实施例的多晶硅膜检测方法检测形成于以氧化硅(SiO2)制成的缓冲层上的多晶硅膜的反射率的方法进行说明的。此时，检测光的入射角是45度。
在第一个实验中，一方面，对于实验例1，多晶硅膜包括：厚度为40nm的多晶层和厚度为1nm的非晶层；另一方面，对于实验例2，多晶硅膜包括：厚度为40nm的多晶层和厚度为10nm的非晶层。在实验例1和实验例2中，除了非晶层的厚度，多晶硅膜具有相同的条件。
如图3所示，实验例1的曲线图和实验例2的曲线图，在385nm和410nm之间的波段，呈现出反射率有明显的区别。即，非晶层的厚度相对薄的实验例1的反射率与实验例2相比相对较低。
如上所述，根据本发明一实施例的多晶硅膜检测方法，可精确地检测多晶硅膜的结晶度。具体地，可精确地、稳定地获知在多晶硅膜上未完全结晶化而残留为非晶状态或微晶状态的层的厚度。
向非晶硅膜照射准分子激光并结晶化以形成多晶硅膜的过程中，结晶度随着提高激光能量密度或者延长激光照射时间而增加。但是，过度地增加激光能量密度或延长激光照射时间，则会使因结晶化凸起而引起的表面粗糙度急剧上升，增加工序上的损失。相反，过度地减少激光的能量密度或者激光的照射时间，则会降低结晶度，从而增加以非晶状态残留的区域。多晶硅膜的结晶度过低，无法满足所需的特性。
如上所述，根据本发明的一实施例的多晶硅膜检测装置以及检测方法，不受结晶化凸起的影响，可精确地、稳定地检测多晶硅膜的结晶度以及晶粒。
但是，实际上，未完全结晶化从而以非晶状态或微晶状态残留的层，不会以均匀的厚度形成于多晶硅膜上。接着，通过使得用于结晶化的激光能量密度不同而制造出的多晶硅膜进行以下实验。
第二个实验中，对于实验例3，通过向非晶硅膜照射能量密度为400mJ/cm2的激光，对多晶硅膜进行结晶化。相反，对于实验例4，通过向非晶硅膜照射能量密度为402mJ/cm2的激光，对多晶硅膜进行结晶化。除了激光密度外，实验例3和实验例4具有相同的条件。然后，其可包括以氧化硅制成的厚度为300nm的缓冲层，多晶硅膜具有45nm的厚度。检测光的入射角是45度。
如图4的实验例3的曲线图和实验例4的曲线图所示，可以得知：即使能量密度差为2mJ/cm2，但在整个波段中，尤其在380nm至420nm的波段范围内呈现出反射率有明显的区别。即，对于通过能量密度相对低的激光进行结晶化的多晶硅膜，所检测出的反射率整体上较低。
即，根据本发明一实施例的多晶硅膜的检测方法，可精确地、稳定地检测在多晶硅膜的结晶化中所使用的激光的能量密度差异。
图5是根据比较例的多晶硅膜检测装置401结构示意图。根据比较例的多晶硅膜检测装置401向多晶硅膜130的前面，即形成有多个结晶化凸起的一面照射检测光IL。
图6是使用图5的多晶硅膜检测装置401检测多晶硅膜130的曲线图。
除检测光的照射方向外，比较例1以与实验例3相同的条件检测了多晶硅膜的反射率。并且，除了检测光的照射方向，比较例2以与实验例4相同的条件检测了多晶硅膜的反射率。
如图6的比较例1的曲线图和比较例2的曲线图所示，通过能量密度相对较低的激光进行结晶化的多晶硅膜的反射率和通过能量密度相对较高的激光进行结晶化的多晶硅膜的反射率，尤其在380nm至420nm范围内无法明确区分。即，可以得知：在部分波段，通过能量密度相对较低的激光进行结晶化的多晶硅膜的反射率较高；但是，在其它的部分波段中，通过能量密度相对较高的激光进行结晶化的多晶硅膜的反射率较低。
通过如上所述的多个实验例以及比较例，可以确认：根据本发明实施例的多晶硅膜检测装置以及检测方法，可精确地、稳定地检测多晶硅膜。
本发明以前述优选实施例进行说明，但是本发明不限于此，在不脱离本发明权利要求的范围内，可进行多种修改及变更，但本领域的普通技术人员应当理解这种变更以及修改仍属于本发明的保护范围。

Claims (22)

1.一种多晶硅膜检测装置，检测向前面照射激光而结晶化的多晶硅膜，包括：
光源部，向所述多晶硅膜的背面发射检测光，所述背面与所述前面相反；
验光部，对在所述多晶硅膜反射的检测光验光；以及
控制部，控制所述光源部和所述验光部。
2.根据权利要求1所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述多晶硅膜的所述前面包括结晶化时所形成的多个结晶化凸起；
所述多晶硅膜的所述背面与缓冲层或基板接触而平坦地形成。
3.根据权利要求2所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述多晶硅膜从所述前面开始被结晶化，
与所述多晶硅膜的所述背面相邻的部分区域为非晶或微晶状态。
4.根据权利要求2所述的多晶硅膜检测装置，其中，
结晶化所述多晶硅膜的所述激光为准分子激光。
5.根据权利要求2所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述缓冲层或所述基板由包括硅的材质形成。
6.根据权利要求2所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述多晶硅膜连同所述缓冲层或所述基板具有5％以上的光透过率。
7.根据权利要求1所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述多晶硅膜具有10nm至300nm范围内的厚度。
8.根据权利要求1至7中任意一项权利要求所述的多晶硅膜检测装置，其中，
所述检测光包括紫外线、红外线以及激光中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的多晶硅膜检测装置，其中，
用于测定的所述检测光为在所述多晶硅膜上具有50％以下的反射率的波段的检测光。
10.根据权利要求8所述的多晶硅膜检测装置，其中，
在所述检测光中，用于所述多晶硅膜的测定的波段大于385nm，小于或等于410nm。
11.根据权利要求8所述的多晶硅膜检测装置，其中，
通过反射测试法、拉曼光谱法以及椭圆偏振光谱法中的至少一种对所述多晶硅膜进行检测。
12.一种多晶硅膜检测方法，检测向前面照射激光而结晶化的多晶硅膜，包括：
向所述多晶硅膜的背面发射检测光，所述背面与前面相反；以及
对在所述多晶硅膜反射的检测光验光并分析。
13.根据权利要求12所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述多晶硅膜的所述前面包括结晶化时所形成的多个结晶化凸起；
所述多晶硅膜的所述背面与缓冲层或基板接触而平坦地形成。
14.根据权利要求13所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述多晶硅膜从所述前面开始被结晶化，
与所述多晶硅膜的所述背面相邻的部分区域为非晶或微晶状态。
15.根据权利要求13所述的多晶硅膜检测方法，其中，
结晶化所述多晶硅膜的所述激光为准分子激光。
16.根据权利要求13所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述缓冲层或所述基板由包括硅的材质形成。
17.根据权利要求13所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述多晶硅膜连同所述缓冲层或所述基板具有5％以上的光透过率。
18.根据权利要求12所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述多晶硅膜具有10nm至300nm范围内的厚度。
19.根据权利要求12至18中任意一项所述的多晶硅膜检测方法，其中，
所述检测光包括紫外线、红外线以及激光中的至少一种。
20.根据权利要求19所述的多晶硅膜检测方法，其中，
用于测定的所述检测光为在所述多晶硅膜上具有50％以下的反射率的波段的检测光。
21.根据权利要求19所述的多晶硅膜检测方法，其中，
在所述检测光中，用于所述多晶硅膜的测定的波段大于385nm，小于或等于410nm。
22.根据权利要求12所述的多晶硅膜检测方法，其中，
通过反射测试法、拉曼光谱法以及椭圆偏振光谱法中的至少一种对所述多晶硅膜进行检测。
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