CN109643647A - 激光退火装置、带晶化膜基底的检查方法及半导体器件制造方法 - Google Patents

激光退火装置、带晶化膜基底的检查方法及半导体器件制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明实施方式的激光退火装置(1)包括：激光光源(11)，用于发出激光光束(L1)，以使得基底(100)上的非晶膜(101a)结晶化并形成多晶硅膜(101b)；投影透镜(13)，用于会聚所述激光光束，以对硅膜(101)进行照射；探测光源，用于发出探测光束(L2)；光电检测器(25)，用于对透过硅膜(101)的探测光束(L3)进行检测；处理装置(26)，用于计算所述光电检测器所输出的检测信号的检测值的标准差，并根据该标准差，判断所述硅膜(101)的结晶状态。

Description

激光退火装置、带晶化膜基底的检查方法及半导体器件制造 方法
技术领域
本发明涉及一种激光退火装置、带晶化膜基底的检查方法以及半导体器件制造方法。
背景技术
专利文献1公开了一种用于形成多晶硅薄膜的激光退火装置。专利文献1的激光退火装置通过评价光照射多晶硅薄膜，以对该多晶硅薄膜的结晶状态进行评价。随后，该激光退火装置对透过所述多晶硅薄膜的照射光进行检测。其中，所述结晶状态根据照射光的透射强度与由同一光源产生但不透过所述多晶硅薄膜的参照光的光强之比进行评价。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利号为2916452的日本专利
发明内容
技术问题
然而，专利文献1的激光退火装置无法对结晶状态进行正确评价。
根据本说明书的描述以及附图，其他问题和新颖特征将变得容易理解。
解决问题的技术手段
根据一种实施方式，一种带晶化膜基底的检查方法包括如下步骤：(C)以光电检测器检测透过所述晶化膜的探测光束；改变所述探测光束在所述晶化膜上的照射位置，以获得所述光电检测器的检测信号的多个检测值；以及(E)根据所述多个检测值的标准差，判断所述晶化膜的结晶状态。
根据一种实施方式，一种半导体器件制造方法包括如下步骤：(b)以激光光束照射非晶膜，以使得该非晶膜结晶化并形成晶化膜；(c)以探测光束照射所述晶化膜；(d)以光电检测器检测透过所述晶化膜的探测光束；(e)改变所述探测光束在所述晶化膜上的照射位置，以获得所述光电检测器所输出的检测信号的多个检测值；以及(f)根据所述多个检测值的标准差，判断所述晶化膜的结晶状态。
根据一种实施方式，一种激光退火装置包括：激光光源，该激光光源用于发出激光光束，以使得基底上的非晶膜结晶化，并形成晶化膜；用于发出探测光束的探测光源；用于对透过所述晶化膜的探测光束进行检测的光电检测器；以及处理单元，该处理单元用于改变所述探测光束在所述基底上的照射位置，以计算所述光电检测器所输出的检测信号的检测值的标准差，并根据该标准差判断所述晶化膜的结晶状态。
根据一种实施方式，一种激光退火装置包括：用于传送基底的基台；用于发出探测光束的探测光源，该探测光束在所述基台之外进入所述基底内；以及光电检测器，该光电检测器用于在传送机器人将所述基底移出所述基台的过程中，对在所述基台之外对透过所述晶化膜的探测光束进行检测。
本发明的有益效果
根据上述实施方式，可以实现晶化膜结晶状态的正确评价。
附图说明
图1所示为本发明实施方式激光退火装置的光学系统。
图2为用于说明在所述激光退火装置中进入基底的激光光束和探测光束的透视图。
图3为进入基底的激光光束和探测光束说明图。
图4所示为进入基底的探测光束。
图5为根据一种实施方式的检查方法流程图。
图6所示为条件设定基底的检测值。
图7所示为条件设定基底检测值的平均值和标准差。
图8所示为三个基底的拍摄图像及标准差。
图9为利用本实施方式ELA装置形成多晶硅膜的方法流程图。
图10为含本实施方式ELA装置的装置布局图。
图11为利用比较例ELA装置形成多晶硅膜的方法流程图。
图12为含比较例ELA装置的装置布局图。
图13为第二实施方式ELA装置结构的平面示意图。
图14为第二实施方式ELA装置结构的侧视示意图。
图15为从同一侧进入基底的激光光束和探测光束结构图。
图16为有机EL显示器简化结构的截面图。
图17为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图18为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图19为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图20为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图21为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图22为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图23为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图24为本实施方式半导体器件制造方法步骤截面图。
图25为本实施方式检查方法中确定激光光束优化能量密度的方法流程图。
图26为图25所示流程图中基底区域说明图。
图27为第三实施方式ELA装置结构的侧视示意图。
图28为第三实施方式ELA装置结构的平面示意图。
图29为根据Z位置的探测光束尺寸图。
图30所示为ELA装置的探测光束光学系统实施例。
图31所示为ELA装置的探测光束光学系统实施例。
图32所示为ELA装置的探测光束光学系统实施例。
图33为探测光束测量结果图。
附图标记列表
1 激光退火装置
11 激光光源
12 反射镜
13 投影透镜
21 探测光源
22 反射镜
23 透镜
24 聚光透镜
25 光电检测器
26 处理装置
100 基底
101 硅膜
300 有机EL显示器
310 基底
311 TFT层
311a TFT
312 有机层
312a 有机EL发光器件
312b 分隔壁
313 滤色层
313a 滤色片(CF)
314 密封基底
401 玻璃基底
402 栅电极
403 栅极绝缘膜
404 非晶硅膜
405 多晶硅膜
406 层间绝缘膜
407a 源电极
407b 漏电极
408 平坦化膜
409 像素电机
410 TFT
PX 像素
具体实施方式
第一实施方式
本实施方式激光退火装置例如为可形成低温多晶硅(LTPS,Low TemperaturePoly-Silicon)膜的准分子激光退火(ELA,Eximer Laser Anneal)装置。以下，参考附图，对本实施方式的激光退火装置、检查方法及半导体器件制造方法进行描述。
(ELA装置的光学系统)
以下，参考图1，对本实施方式ELA装置1的构造进行描述。图1为ELA装置1的光学系统的示意图。ELA装置1以激光光束L1照射形成于基底100上的硅膜101，从而将非晶硅膜(a-Si膜)101转化为多晶硅膜(p-Si膜)101。基底100例如为玻璃基底等透明基底。
需要注意的是，为了描述的清晰性，图1中示出了XYZ三维正交坐标系。Z方向为竖直方向，且与基底100垂直。XY平面与其上形成硅膜101的基底100表面平行。X方向为长方形基底100的纵向，Y方向为基底100的横向。在ELA装置1中，在激光光束L1照射硅膜101的同时，基台等传送机构(未图示)对基底100在+X方向上进行传送。就图1中的硅膜101而言，激光光束L1照射之前的硅膜101称为非晶硅膜101a，激光光束L1照射之后的硅膜101称为多晶硅膜101b。
ELA装置1包括退火光学系统10、照明光学系统20以及检测光学系统30。退火光学系统10通过以激光光束L1照射硅膜101而实现非晶硅膜101a的结晶化。照明光学系统20和检测光学系统30对基底100的结晶状态的不均匀性进行评价。
具体而言，ELA装置1包括激光光源11、反射镜12、投影透镜13、探测光源21、反射镜22、透镜23、聚光透镜24、光电检测器25以及处理装置26。
以下，首先对用于以激光光束L1照射硅膜101的退火光学系统10进行描述。退火光学系统10设于基底100上方(+Z一侧)。激光光源11例如为发射出中心波长为308nm的准分子激光光束的准分子激光光源。激光光源11发射脉冲激光光束L1。激光光源11朝反射镜12发射激光光束L1。
反射镜12和投影透镜13设于基底100上方。反射镜12为例如根据波长选择性地令光透射的二向色镜。反射镜12反射激光光束L1。
激光光束L1被反射镜12反射后，进入投影透镜13。投影透镜13包括多个透镜，这些透镜用于将激光光束L1投影于基底100上，即投影于硅膜101上。
投影透镜13将激光光束L1会聚于基底100上。此处，参考图2，对激光光束L1在基底100上的照射区域P1的形状进行描述。激光光束L1在基底100上形成沿Y方向延伸的线形照射区域P1。也就是说，激光光束L1为纵向在基底100上沿Y方向延伸的线光束。在硅膜101被激光光束L1照射的同时，基底100沿+X方向传送。因此，利用激光光束L1，可对将照射区域P1的Y方向长度作为其宽度的带状区域进行照射。
以下，参考图1，对以探测光束L2对基底100进行照射的照明光学系统20进行描述。照明光学系统20设于基底100下方(-Z一侧)。探测光源21所发出的探测光束L2的波长与激光光束L1的波长不同。举例而言，连续波(CW,Continuous Wave)半导体激光光源等光源可用作探测光源21。探测光束L2的中心波长例如为401nm。探测光束L2的波长优选为在硅膜101上具有低吸收率的波长。因此，优选以激光光源、发光二极管(LED,Light EmittingDiode)光源等发射单色光的光源用作探测光源21。
探测光源21朝反射镜22发射探测光束L2。反射镜22将探测光束L2朝透镜23反射。透镜23将探测光束L2会聚于硅膜101上。如图2所示，柱面透镜可用作透镜23。相应地，探测光束L2在基底100(硅膜101)上形成沿Y方向延伸的线形照明区域P2。也就是说，探测光束L2为纵向在基底100上沿Y方向延伸的线光束。此外，照明区域P2在Y方向上的长度短于照射区域P1。
与激光光束L1的照射区域P1相比，探测光束L2的照明区域P2位于+X一侧。也就是说，在基底100的传送方向上，探测光束L2在比激光光束L1的照射区域P1更加上游的一侧进入基底100中。因此，如图1所示，已结晶化的多晶硅膜101b被探测光束L2照射。
以下，对检测光学系统30进行描述，该检测光学系统用于将透过硅膜101的探测光束L3引导至光电检测器25。检测光学系统30设于基底100上方。需要注意的是，图1中将透过硅膜101的探测光束示为探测光束L3。对于探测光束而言，硅膜101的透射率随硅的结晶状态的不同而不同。
透过硅膜101的探测光束L3进入投影透镜13。在被投影透镜13折射后，探测光束L3进入反射镜12。需要注意的是，如上所述，反射镜12为根据波长允许光进行透射或对光进行反射的二向色镜。反射镜12允许波长为401nm的探测光束L3透射，但反射波长为308nm的激光光束L1。探测光束L3从激光光束L1的光路分支而出。反射镜12用作根据波长将激光光束L1的光路和探测光束L3的光路相互分支的光分支装置。
在通过反射镜12后，探测光束L3进入聚光透镜24。聚光透镜24将探测光束L3会聚于光电检测器25的受光面上。光电检测器25例如为光电二极管，并对探测光束L3进行检测。光电检测器25根据探测光束L3的检测光量，向处理装置26输出检测信号。该检测信号的检测值与硅膜101的透射率相对应。此外，由于基底100以恒定速度沿+X方向传送，因此光电检测器25可检测出X方向上的检测光量(即硅膜101的透射率)分布情况。
处理装置26为对所述检测信号的检测值实施预定运算的运算单元。需要注意的是，处理装置26可包括用于执行从模拟检测信号向数字检测值转换的模数转换的模数转换器。或者，光电检测器25可包括用于执行从模拟检测信号向数字检测值转换的模数转换的模数转换器。
在沿+X方向对基底100进行扫描的同时，光电检测器25对探测光束L3进行检测。如此，处理装置26即根据光电检测器25或所述模数转换器的采样速率，获得多个检测值。处理装置26包括对所述检测值进行存储的存储器。由于基底100沿+X方向进行恒定速度扫描，因此所述检测值即表示X方向上的透射率分布情况。如果硅膜101的结晶状态不均匀，则不同位置将获得不同的检测值。如果硅膜101的结晶状态较为均匀，则上述检测值基本上为同一值。
处理装置26根据所述检测值的标准差，判断基底100的品质。也就是说，当所述标准差小于预设阈值时，处理装置26即判断所述结晶状态的不均匀性较小。在该情况下，处理装置26判断多晶硅膜101b以均匀方式形成，而且基底100无缺陷。另一方面，当所述标准差大于或等于所述预设阈值时，处理装置26即判断所述结晶状态的不均匀性较大。在该情况下，处理装置26判断所形成的多晶硅膜具有较大不均匀性，而且基底100存在缺陷。以下，将对处理装置26的处理方式进行描述。
以下，将参考图3和图4，对探测光束L2在基底100上的照明区域P2进行描述。图3为示出了探测光束L2的照明区域P2和激光光束L1的照射区域P1的实施例的XY平面图。图4所示为光束分析仪所测量的探测光束L2。
如图3所示，照射区域P1沿X方向的宽度为400μm。此外，在X方向上，照射区域P1和照明区域P2之间存在100μm的间隙。在Y方向上，照射区域P1的长度长于照明区域P2的长度。如图4所示，照明区域P2在Y方向上的长度为6mm。照明区域P2在X方向上的最大宽度为17μm。需要注意的是，当照射区域P1在Y方向上小于基底100的尺寸时，则在退火处理过程中将基底100沿Y方向移动。如此，可实现整个基底100上的硅膜100结晶化。
此处，假设基底100在X方向上的传送速度为12mm/s。此外，还假设照明区域P2的会聚尺寸为17μm，而且测量重叠率设为50％(＝8.5μm)。该情况下所需的采样速率为12000/8.5＝1.411kHz。需要注意的是，所述测量重叠率定义为两个相继检测值之间照明区域P2的重叠尺寸。也就是说，与第一检测值对应的照明区域P2和与第二检测值对应的照明区域P2之间的重叠照射区域为8.5μm。
以下，将参考图5，对本实施方式检查方法进行描述。图5为本实施方式检查方法流程图。
首先，在对硅膜101实施退火处理时，处理装置26获得n个检测值V1，V2，……，Vn(S11)。其中，n为大于或等于2的整数。检测值V1～Vn在探测光束L2的不同X方向照明位置上获得。举例而言，检测值V1在基底100上的X方向照明位置X1处获得，检测值V2在基底100上的X方向照明位置X2处获得。检测值Vn在基底100上的X方向照明位置Xn处获得。通过这种方式，光电检测器25所检测的检测值与X方向照明位置相对应。在基底100上的照明位置随基底的传送而发生变化的同时，处理装置26获得检测值V1～Vn。
随后，处理装置26计算出检测值V1～Vn(S12)的平均值V平均和标准差σ。具体而言，处理装置26所配置的处理器或运算电路根据图5所示表达式，计算出平均值V平均和标准差σ。
处理装置26对计算出的标准差σ是否小于阈值σα进行判断(S13)。也就是说，处理装置26将标准差σ与预设阈值σα进行比较。随后，当标准差σ小于阈值σα时(S13中的“是”)，处理装置26判断基底100无缺陷，并结束该处理。另一方面，当标准差σ大于或等于阈值σα时(S13中的“否”)，处理装置26判断基底100有缺陷，并返回上述退火处理。如此，即可对有缺陷的基底100再次进行退火处理。
在第二次退火处理中，与第一次退火处理类似，以激光光束L1对基底100的整个表面进行照射。在第二次退火处理中，对基底100进行照射的激光光束L1的照射光强弱于第一次退火处理中的照射光强。如此，可确保将第一次退火处理中因激光光束L1照射光量不足而未充分结晶化的部分充分结晶化。此外，在第二次退火处理中，光电检测器25可以类似方式对探测光束L3进行检测，而且处理装置26可以类似方式对结晶状态进行判断。
此外，在第二次退火处理中，还可以激光光束L1，对基底100进行部分照射。如此，可缩短第二次退火处理所需的时间。举例而言，可将测量范围一分为十，而且处理装置26计算出十个标准差σ1～σ10。随后，可以激光光束L1对标准差σ1～σ10当中较大标准差所对应的部分进行照射。为此目的，处理装置26可将标准差σ1～σ10当中的每一标准差与阈值σα进行比较，以获得与标准差大于阈值σα的部分。随后，便以激光光束L1对标准差大于阈值σα的部分进行照射。换句话说，不以激光光束L1照射标准差小于阈值σα的部分。显然，基底100的划分部分的数目不限于十，只要该数目为大于或等于二即可。
在本实施方式中，S13中除了根据标准差σ进行品质判断，还进一步根据平均值V平均进行品质判断。也就是说，除了标准差之外，还将平均值作为评价项目。随后，当标准差和平均值当中的任何一者不满足判断准则时，处理装置26即判断基底100有缺陷。需要注意的是，也可不依据平均值V平均进行品质判断。在该情况下，在步骤S12中，处理装置26仅需计算标准差σ，无需计算平均值V平均。
具体而言，先判断平均值V平均是否小于阈值Vα(S13)。也就是说，处理装置26将平均值V平均与预设阈值Vα相比较。随后，当平均值V平均大于阈值Vα时(S13中的“是”)，处理装置26判断基底100无缺陷，并结束该处理。另一方面，当平均值V平均小于或等于阈值Vα时(S13中的“是”)，处理装置26判断基底100有缺陷，并返回上述退火处理。在该方式中，通过同时依据标准差σ和平均值V平均进行品质判断，可实现更加正确的结晶状态判断，从而可提高品质判断的准确性。随后，当基底100被判断为有缺陷时，激光退火装置1可对其进行第二次退火处理。如此，可确保将第一次退火处理中因激光光束L1照射光量不足而未充分结晶化的部分充分结晶化，从而可改善结晶状态的不均匀性。
在本实施方式中，光电检测器25通过上述方式对透过基底100的探测光束L3进行检测。由于光电检测器25在不同照明位置对探测光束L3进行检测，因此处理装置26获得多个检测值。处理装置26根据这些检测值的标准差进行品质判断，从而可对多晶硅膜101b的不均匀性进行正确判断。如此，可进一步提高品质判断的准确性。其中，尤其当激光光束L1为线形脉冲激光光束时，沿该线可能会在硅膜101上产生明暗条纹(也称照射不均匀性)。本实施方式的ELA装置1可减小此类照射不均匀性。
在本实施方式中，不但将检测值的标准差σ作为评价项目，还将平均值V平均作为评价项目，从而可进一步提高品质判断准确性。此外，通过对判断为有缺陷的基底100进行第二次退火处理，可确保将第一次退火处理中因激光光束L1照射光量不足而未充分结晶化的部分充分结晶化，从而可改善良品率并提高生产率。
此外，通过在以基台等装置对基底进行传送的同时，以激光光束L1和探测光束L2对基底100进行照射，可在激光退火过程中对透过硅膜101的探测光束L3进行检测。如此，可在短时间内便可判断硅膜101的表面状态是否为最佳状态。
在本实施方式中，由于探测光束L2的照明区域P2设于激光光束L1的照射区域P1的附近，因此可在结晶化之后立刻评价硅膜101的结晶状态，从而可以基本上准时的方式对硅膜101结晶状态的不均匀性进行评价，并提高品质判断准确性。
此外，光电检测器25对已经通过投影透镜13的探测光束进行检测，以使得探测光束L2的照明区域P2更加靠近激光光束L1的照射区域P1。换句话说，投影透镜13设于从探测光源21至光电检测器25的光路中。退火光学系统10和照明光学系统20共同使用投影透镜13。如此，可使得基底100上的照明区域P2更加靠近照射区域P1。
在本实施方式中，基底100由线形照明区域P2照射，从而可减小小污垢、灰尘等的影响。举例而言，当以点状照明区域进行照射时，如果该照明区域附着有污垢或类似物时，将大幅降低透射率。在该情况下，附着有污垢或类似物的部分的检测值将大大降低，而且标准差将变大。与此相对，通过按照本实施方式的描述，以线形照明区域P2进行照射，可以减小小污垢等的影响。也就是说，由于对Y方向宽度较宽的区域进行照射，因此与以点状照明区域进行照射的情况相比，可提高品质判断的准确性。此外，由于照明区域P2平行于线形照射区域P1，因此可对因Y方向的明暗条纹造成的照射不均匀性进行正确评价。
在本实施方式中，聚光透镜24设置于光电检测器25上游。聚光透镜24将探测光束L3会聚于光电检测器25的受光面上。也就是说，探测光束L3在光电检测器25的受光面上形成点状光斑。因此，可将受光区域较小的二极管用作光电检测器25，从而无需以将受光像素排列为阵列等形式的相机作为光电检测器25。此外，也无需对此类相机捕获的图像进行图像处理。如此，可简化所述装置的构造和处理方式。
(测量结果)
图6所示为探测光束L3的测量结果。图6为条件设定基底的测量结果图。该图所示为同一基底100上的激光光束L1照射光强不同时探测光束L3的测量结果。具体而言，如图6所示，基底100被划分为21个区域T80～T100，而且每一区域的激光光束L1照射光强均不同。照射光强从区域T80至区域T100逐渐升高。具体而言，每一区域的代表数字表示当区域T100的照射光强设置为100时该区域的照射光强。举例而言，区域T80表示该区域的照射光强为区域T100照射光强的80％，区域T81表示该区域的照射光强为区域T100照射光强的81％。需要注意的是，每一区域的照射光强均保持恒定。图中纵轴表示光电检测器25的检测信号的检测值。该图中的检测值对应于所述光电检测器25所输出的检测信号的电压(V)。
图7所示为每一区域检测值V的平均值和标准差σ。其中，假设检测值V越小，硅膜101的特性越好。在该情况下，虽然平均值最小的区域为区域T95，但标准差σ最小的区域为区域T85。因此，区域T85的照射光强可视为优化照射光强。换句话说，虽然区域T95的平均值较小，但检测值的变化较大，因此标准差较大。所以，该区域的结晶状态不均匀性更大，因此可增大其缺陷率。通过以具有区域T85照射光强的激光光束L1实施退火处理，可以形成具有均匀结晶状态的多晶硅膜101b。
图8所示为相机拍摄的基底100的图像以及光电检测器25所获得的测量结果。在图8中，示出了三个基底100(基底I～III)，而且每一基底的激光光束L1的照射光强均不同。此外，基底I～III当中的每一基底的激光光束L1照射光强保持恒定。所拍摄的图像示于图8上半部分，所述检测值(电压值)示于下半部分。如图8所示，图像亮度非常不均匀的基底I和III的检测值多有变化。与此相对，图像亮度不均匀性较小的基底II的检测值变化较小。如此，通过依据检测值的标准差进行检查，可以提高品质判断的准确性。
(多晶硅膜形成方法)
在本实施方式中，由于ELA装置1具有品质判断功能，因此可以进一步提高生产率。以下，将参考图9和图10，对这一点进行描述。图9为利用ELA装置1形成多晶硅膜的方法流程图。更具体而言，图9所示为当基底被本实施方式检查方法判断为有缺陷时的形成方法。图10为ELA装置1和清洁装置3在制造工厂的装置布局图。
首先，ELA装置1进行退火处理和品质判断(S101)。具体而言，传输机器人4从片盒5中移出已经清洁装置3清洁的带有非晶硅膜的基底100。然后，传输机器人4将基底100移入ELA装置1。需要注意的是，传输机器人4包括两只机械手臂，并且可同时握持待移入每一装置的基底100以及待从每一装置移出的基底100。
随后，如图1等图所示，在基底100的传送过程中，以激光光束L1和探测光束L2对基底100进行照射。举例而言，通过驱动基台等装置而传送基底100，实施退火处理和品质判断。由于同时以激光光束L1和探测光束L2照射基底100，因此基本上同时完成退火处理和品质判断。由于光电检测器25在基底100传送过程中对探测光束L3进行检测，因此处理装置26获得多个检测值。随后，当处理装置26根据所述检测值的标准差σ判断基底100有缺陷时，实施第二次退火处理(S102)。其中，步骤S101和步骤S102在同一ELA装置1内实施。也就是说，可在无需将基底100送出ELA装置1的情况下，实施步骤S101和步骤S102。
以下，参考图11和图12，对利用比较例的ELA装置形成多晶硅膜的方法进行描述。图11为以比较例ELA装置201形成多晶硅膜的方法的流程图。图12为ELA装置201、清洁装置203及检查装置202在制造工厂内的布局图。需要注意的是，比较例ELA装置201不具有品质判断功能。因此，检查装置202设于ELA装置201和清洁装置203附近。检查装置202对基底100实施品质判断。
首先，ELA装置201实施激光退火处理(S201)。具体而言，传输机器人204从片盒205中移出已经清洁装置203清洁的带有非晶硅膜的基底100。随后，传输机器人204将基底100移入ELA装置201。在此之后，ELA装置201实施退火处理。
当退火处理完成时，传输机器人204将已经历退火处理的基底100移出所述ELA装置(S202)。在已将基底100移出的移动机器人204在所述检查装置被移入之前移动的过程中(S204)，传输机器人204将基底100移入检查装置202(S205)。
检查装置202对所移入的基底100实施品质判断(S206)。以下，将对基底100被判断为有缺陷的例示情况进行描述。传输机器人204将基底100从检查装置202中移出(S207)。在已将基底100移出的传输机器人204在ELA装置201被移入之前移动的过程中(S209)，传输机器人204将基底100移入ELA装置201中(S210)。随后，ELA装置201对被判断为有缺陷的基底100进行第二次退火处理(S211)。
在该方式中，由于该比较例的ELA装置201不具有品质判断功能，因此增加了基底100被移入和移出的次数。也就是说，必须将基底100在检查装置202中移入和移出。这使得生产节拍时间更长，而且难以提高生产率。此外，在检查装置202实施的品质判断过程(S206)与ELA装置201实施的第二次退火处理S211之间，可能需要清洁装置203实施清洁过程。在该情况下，将进一步增大基底100的移入和移出次数，并进一步降低生产率。
换句话说，本实施方式ELA装置1可以高生产率制造带多晶硅膜的基底100。也就是说，由于减少了基底100的移入和移出次数，因此可在短时间内完成上述处理。此外，由于在同一ELA装置1中实施退火处理和品质判断，因此无需在品质判断和第二次退火处理之间实施清洁过程。如此，可减少基底100的移入和移出次数，并提高生产率。此外，还可在激光光束L1照射之后，立刻对多晶硅膜101b进行评价。如此，可向下一基底100反馈透射率等条件，以使其在合适的条件下接受激光照射。
第二实施方式
以下，参考图13和图14，对本实施方式ELA装置40进行描述。图13为ELA装置40结构的示意平面图。图14为ELA装置40的示意侧视图。在图13和图14中，对所述装置的结构进行了适当简化。在本实施方式中，ELA装置40设有气浮单元，而且具有品质判断功能。
ELA装置40包括处理室41、连续传送路径42、气浮单元43a和43b、吸附部分44和开口45。处理室41包括移入口41a和移出口41b。与第一实施方式类似，ELA装置40包括退火光学系统10、照明光学系统20以及检测光学系统30。
本实施方式ELA装置40设有气浮单元43a和43b，用于将基底100在实施退火处理的处理室41内浮起。需要注意的是，由于除气浮单元43a和43b之外的基本结构与第一实施方式所述ELA装置1类似，因此对描述进行了适当的省略。举例而言，本实施方式ELA装置40的光学系统基本上类似于第一实施方式ELA装置1的光学系统。然而，探测光束L3不经过反射镜12便进入聚光透镜24。在该情况下，可以几乎反射所有入射光的反射镜代替二向色镜作为反射镜12。
ELA装置40的处理室41具有矩形平行六面体的壁部。移入口41a(-X一侧)和移出口41b(+X一侧)设于面向处理室41纵向(X方向)的室壁上。移入口41a和移出口41b当中的每一个均可打开，或者具有可打开结构。该可打开结构可以为简单的密封结构。需要注意的是，移入口41a和移出口41b的设置位置只需沿传送方向即可，并不限制于特定位置。
在处理室41中，自移入口41a至移出口41b设有连续传送路径42。气浮单元43a和43b设于连续传送路径42中。气浮单元43a设于移入口41a一侧，气浮单元43b设于移出口41b一侧。开口45设于气浮单元43a和气浮单元43b之间。开口45对应于实施激光退火的照射区域P1。
气浮单元43a和43b为自下而上喷射气体的浮动台，并将基底100支持和浮起于其自身之上。需要注意的是，为了对基底100的姿态和弯曲状况进行调节，气浮单元43a和43b均具有多个喷射点(未图示)。
如图14所示，设置气浮单元43a的连续传送路径42部分称为移入传送路径42a，设置气浮单元43b的部分称为移出传送路径42b。此外，与开口45对应的连续传送路径42部分称为照射区域传送路径42c。
吸附部分44吸附基底100的端部。在吸附部分44吸附基底100的同时，吸附部分44沿X方向导轨(未图示)移动，从而可沿+X方向传送基底100。
在经移入口41a移入后，基底100按照移入传送路径42a、照射区域传送路径42c、移出传送路径42b这一顺序传送。随后，当传送至移出传送路径42b的末端后，基底100被移出移出口41b。具体而言，经移入口41a移入后，基底100被气浮单元43a的气体浮起。浮起的基底1000沿+X方向传送(如图14中的基底100a)。随后，当基底100抵达照明区域传送路径42c时，进行退火处理和探测光束检测(如图14中的基底100b)。
此时，以激光光束L1和探测光束L2经开口45，对照射区域传送路径42c上的基底100进行照射。为此目的，照明光学系统20设置为可使得探测光束L2穿过开口45。举例而言，在开口45的正下方设有透镜23。通过这种方式，探测光束L2可通过设于气浮单元43a和气浮单元43b之间的开口45。也就是说，探测光束L2的照明区域P2位于照射区域传送路径42c上。
随后，当基底100抵达移出传送路径42b后，基底100同时被来自气浮单元43a和气浮单元43b的气体浮起。当基底100的末端通过移入传送路径42a后，基底100被气浮单元43b的气体浮起(如图14中的基底100c)。
本实施方式检查方法适用于包括多个气浮单元(气浮单元43a和43b)的ELA装置40。举例而言，开口45通常沿Y方向设于整个基底100的上方(见图13)。如此，本实施方式ELA装置40可在Y方向上的任意位置形成照明区域P2。因此，可例如在基底100的Y方向中心形成照明区域P2，从而可对基底100的Y方向中心的结晶状态进行评价，并提高品质判断的准确性。
需要注意的是，虽然在第一和第二实施方式中，照明光学系统20设于基底100下方，且检测光学系统30设于基底100上方，但是照明光学系统20和检测光学系统30的位置还可互换。也就是说，照明光学系统20可设于基底100上方，而且检测光学系统30可设于基底100下方。在该情况下，如图15所示，透镜23设于基底100的+Z一侧。在第二实施方式中，透过基底100的探测光束穿过开口45。此外，当照明光学系统20设于基底100上方，且检测光学系统30设于基底100下方时，可以异于投影透镜13的透镜会聚探测光束L2。
(有机EL显示器)
具有上述多晶硅膜的半导体器件适用于有机电致发光(EL,ElectroLuminescence)显示器所使用的薄膜晶体管(TFT,Thin Film Transistor)阵列基底。也就是说，所述多晶硅膜用作含有TFT源区、沟道区和漏区的半导体层。
以下，将对本实施方式半导体器件用于有机EL显示器的情形进行描述。图16为所述有机EL显示器的像素电路的简化截面图。图16所示有机EL显示装置300为每一像素PX均设有TFT的有源矩阵型显示装置。
有机EL显示装置300包括基底310、TFT层311、有机层312、滤色层313及密封基底314。图14所示为顶部发射型有机EL显示装置，其中，密封基底314一侧位于观看侧。需要注意的是，以下描述用于展示有机EL显示装置的例示结构，本实施方式并不限于下述结构。举例而言，本实施方式半导体器件也可用于底部发射型有机EL显示装置。
基底310为玻璃基底或金属基底。TFT层311设于基底310之上。TFT层311包含分别设于各个像素PX之内的TFT 311a。此外，TFT层311还包括与TFT 311a连接的连接线路(未图示)等构件。TFT 311a、连接线路以及其他构件构成像素电路。
有机层312设于TFT层311上。有机层312包括分别设于各个像素PX之内的有机EL发光单元312a。有机EL发光单元312a例如具有阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极组成的叠层结构。在顶部发射类型的情况下，所述阳极为金属电极，而阴极为ITO(氧化铟锡)等制成的透明导电膜。此外，在有机层312内，像素PX之间设有将有机EL发光单元312a分隔开来的分隔壁312b。
滤色层313设于有机层312上。滤色层313包括用于实现彩色显示的滤色片313a。也就是说，每一像素PX内均设有作为滤色片313a的红(R)、绿(G)或蓝(B)着色的树脂层。当有机层312发出的白光通过滤色片313a时，该白光其被转化为具有红绿蓝三色的光。需要注意的是，当有机层312内设有有机EL发光单元能够发出红绿蓝三色当中每一色的三色系统时，可不设滤色层313。
密封基底314设于滤色层313上。密封基底314为玻璃基底等透明基底，而且用于防止有机层312的有机EL发光单元发生性能下降。
流经有机层312的有机EL发光单元312a的电流随供于像素电路的显示信号的变化而变化。因此，通过向每一像素PX提供与显示图像相对应的显示信号，可以控制每一像素PX的发光量，从而可显示出所需图像。
在有机EL显示器等有源矩阵显示装置中，每一像素PX设有一个或多个TFT(如切换TFT和驱动TFT)。而且，每一像素PX的TFT设有含源区、沟道区和漏区的半导体层。本实施方式的多晶硅膜适用于TFT的半导体层。也就是说，通过将上述制造方法所制造的多晶硅膜用于TFT阵列基底的半导体层，可以抑制作为TFT特性的面内不均匀性。如此，便可实现以高生产率制造具有优异显示特性的显示装置。
(半导体器件的制造方法)
采用本实施方式ELA装置的半导体器件制造方法适于制造TFT阵列基底。以下，将参考图17至图24，对含TFT的半导体器件的制造方法进行描述。图17至图24为半导体器件制造步骤的截面图。下文中，将对含反向交错TFT的半导体器件的制造方法进行描述。
首先，如图17所示，在玻璃基底401上形成栅电极402。需要注意的是，玻璃基底401对应于上述基底100。举例而言含铝金属薄膜可用作栅电极402。玻璃基底401上通过溅射方法或沉积方法形成金属薄膜。随后，通过光刻将所述金属薄膜图案化，以形成栅电极402。在光刻法中，实施光刻胶涂敷、曝光、显影、蚀刻和光刻胶剥离等处理。需要注意的是，在栅电极402的图案化过程中，还可形成各种类型的连接线。
在此之后，如图18所示，在栅电极402上形成栅极绝缘膜403。所形成的栅极绝缘膜403覆盖栅电极402。随后，如图19所示，在栅极绝缘膜403上形成非晶硅膜404。所形成的非晶硅膜404隔着栅极绝缘膜403覆盖栅电极402。
栅极绝缘膜403为氮化硅膜(SiNx)，或氧化硅膜(SiO2膜)，或以上两者的层叠膜等。具体而言，栅极绝缘膜403和非晶硅膜404通过化学气相沉积(CVD)法连续形成。
如图20所示，以激光光束L1照射非晶硅膜404，以形成多晶硅膜405。也就是说，非晶硅膜404被图1等图所示的ELA装置1结晶化。如此，便在栅极绝缘膜403上形成具有结晶化硅的多晶硅膜405。多晶硅膜405对应于上述多晶硅膜101b。
此时，通过本实施方式检查方法，对多晶硅膜405进行检查。当多晶硅膜405不满足预设的检查标准时，以激光光束再次对多晶硅膜405进行照射。如此，可进一步使得多晶硅膜405的特性均匀化。由于面内不均匀性可得到抑制，因此可实现以高生产率制造具有优异显示特性的显示装置。
需要注意的是，虽然图中未示出，但是多晶硅膜405通过光刻法实现图案化。此外，还可通过离子注入法等方法在多晶硅膜405内引入杂质。
随后，如图21所示，在多晶硅膜405上形成层间绝缘膜406。层间绝缘膜406设有用于暴露出多晶硅膜405的接触孔406a。
层间绝缘膜406为氮化硅膜(SiNx)，或氧化硅膜(SiO2膜)，或以上两者的层叠膜等。具体而言，层间绝缘膜406通过化学气相沉积(CVD)法形成。随后，通过光刻法将层间绝缘膜406图案化，以形成接触孔406a。
在此之后，如图22所示，在层间绝缘膜406上形成源电极407a和漏电极407b。所形成的源电极407a和漏电极407b覆盖接触孔406a。也就是说，源电极407a和漏电极407b不但形成于接触孔406a内，而且还覆盖于层间绝缘膜406之上。如此，源电极407a和漏电极407b便经接触孔406a实现与多晶硅膜405的电连接。
如此，便形成了TFT 410。TFT 410对应于上述TFT 311a。多晶硅膜405覆盖栅电极402的区域为沟道区405c。多晶硅膜405自沟道区405c延伸于源电极407a一侧的部分为源区405a，而延伸于漏电极407b一侧的部分为漏区405b。
源电极407a和漏电极407b由含铝金属薄膜形成。层间绝缘膜406上通过溅射方法或沉积方法形成金属薄膜。随后，通过光刻将所述金属薄膜图案化，以形成源电极407a和漏电极407b。需要注意的是，在源电极407a和漏电极407b的图案化过程中，还可形成各种类型的连接线。
在此之后，如图23所示，在源电极407a和漏电极407b上形成平坦化膜408。所形成的平坦化膜408覆盖源电极407a和漏电极407b。平坦化膜408带有用于暴露出漏电极407b的接触孔408a。
平坦化膜408例如由感光树脂膜制成。感光树脂膜涂敷于源电极407a和漏电极407b之后，进行曝光和显影。如此，便可通过图案化，形成具有接触孔408a的平坦化膜408。
随后，如图24所示，在平坦化膜408上形成像素电极409。所形成的像素电极409覆盖接触孔408a。也就是说，像素电极409不但形成于接触孔408a内部，而且覆盖于平坦化膜408之上。如此，便可经接触孔408a实现像素电极409与漏电极407b的电连接。
像素电极409由透明导电膜或含铝金属薄膜制成。导电膜(透明导电膜或金属薄膜)通过溅射方法形成于平坦化膜408之上。随后，通过光刻法将所述导电膜图案化，从而在平坦化膜408上形成像素电极409。在有机EL显示器的驱动TFT的情形中，如图16所示，像素电极409上形成有机EL发光器件312a、滤色片(CF)313a等。需要注意的是，在顶部发射型有机EL显示器的情形中，像素电极409由具有高反射率的含铝或含银金属薄膜形成。在底部发射型有机EL显示器的情形中，像素电极409由ITO等透明导电膜形成。
以上，已对反向交错(inverted staggered)型TFT的制造步骤进行了描述。本实施方式制造方法可应用于反向交错TFT的制造。显然，上述TFT制造方法并不限于有机EL显示器的TFT的制造，其也可应用于液晶显示器(LCD,Liquid Crystal Display)的TFT的制造。
此外，上文中已对本实施方式激光退火装置通过以激光光束照射非晶硅膜的方式形成多晶硅膜的情形进行了描述，但是该激光退火装置还可通过以激光光束照射非晶硅膜而形成微晶硅膜。此外，用于实施退火的激光光束并不限于准分子激光。此外，本实施方式方法还可应用于对硅膜之外的薄膜进行结晶化的激光退火装置。也就是说，只要是通过以激光光束照射非晶膜而形成晶化膜的激光退火装置，均可采用本实施方式的方法。本实施方式激光退火装置可对带晶化膜的基底进行正确评价。
在上文中，已对本实施方式制造方法用于制造有机EL显示器或晶体显示器等显示装置的TFT阵列基底的情形进行了描述。然而，该方法也可用于制造其他显示装置的TFT阵列基底。此外，本实施方式制造方法还可用于显示装置之外的其他TFT阵列基底。举例而言，本实施方式半导体器件可用于X射线图像传感器等平板检测器的TFT阵列基底。本发明可实现以高生产率制造具有均匀半导体层特性的TFT阵列基底。
(确定优化能量密度的方法)
以下，将参考图25和图26，描述对基底进行照射的激光光束L1的优化能量密度(OED)的确定方法。图25为OED确定方法流程图。图26为用于说明OED确定方法中的基底区域的示意图。
其中，基底100在X方向上划分为多个区域。如图26所示，各划分区域分别称为区域Xn-1、区域Xn、区域Xn+1、区域Xn+2等。需要注意的是，激光光束L1和探测光束L2对基底100的照射顺序为：区域Xn-1、区域Xn、区域Xn+1、区域Xn+2。因此，在区域Xn-1透射率测量后，进行区域Xn透射率的测量。
在区域Xn-1、区域Xn、区域Xn+1、区域Xn+2测量的透射率分别称为透射率Tn-1、透射率Tn、透射率Tn+1、透射率Tn+2。在每一区域，均获得多个透射率检测值。举例而言，透射率Tn含有多个检测值。此外，透射率Tn-1的检测值标准差称为标准差σn-1。透射率Tn、透射率Tn+1、透射率Tn+2的检测值标准差分别称为标准差σn、标准差σn+1、标准差σn+2。
首先，处理装置26计算区域Xn-1的标准差σn-1(S21)。随后，处理装置26将标准差σn-1与标准差阈值σth相比较(S22)。当标准差σn-1大于阈值σth时，激光光束L1改变其照射光强(能量密度)(S23)。也就是说，激光光源11增大或减小其输出。当标准差σn-1小于或等于阈值σth时，激光光束L1维持其照射光强(S24)。
在此之后，处理装置26计算区域Xn的标准差σn(S25)。随后，处理装置26将标准差σn与标准差阈值σth相比较(S26)。当标准差σn大于阈值σth时，激光光束L1改变其照射光强(S27)。也就是说，激光光源11增大或减小其输出。在S27中，根据标准差σn与标准差σn-1t的比较结果，确定增大或减小探测光源21的输出。随后，进行n＝n+1运算，即n递增，并相继实施自S21开始的处理。当标准差σn小于或等于阈值σth时，激光光束L1维持其照射光强(S28)。
如此，便可确定激光光束L1的OED。此外，在激光光束L1对基底100进行照射的同时，光电检测器25对探测光束L3进行检测。如此，可对激光光束L1的能量密度进行实时优化。也就是说，一旦透射率标准差大于阈值σth，激光光源11即改变激光光束L1的照射光强。如此，可减小下一区域的透射率标准差，从而可形成高质量的多晶硅膜。
第三实施方式
以下，参考图27和图28，对第三实施方式的ELA装置500进行描述。图27为ELA装置500结构的示意侧视图，图28为平面图。如图27所示，ELA装置500包括反射镜512、投影透镜513、探测光源521、透镜523、聚光透镜524、光电检测器525、门阀543、腔室550、平面板556、驱动机构557、吸附台558以及顶销559。
在本实施方式中，探测光束的光学系统设置方式，具体而言，探测光源521和光电检测器525的设置方式与第一和第二实施方式不同。当传送机器人504将基底100移出ELA装置500时，探测光束进行检查。也就是说，当激光光束L1完成退火处理后，由探测光束L2实施检查。此外，在本实施方式中，由吸附台558替代第二实施方式所述的气浮单元43，对基底100进行握持。除以上各点之外，ELA装置500的结构和处理方式与第一和第二实施方式类似，因此不再赘述。举例而言，用于以激光光束L1照射基底100的光学系统与第一实施方式的光学系统类似。此外，采用探测光束的检查方法也与第一和第二实施方式类似，因此不再赘述。
ELA装置500包括围绕处理室541的处理腔室550。处理室541位于处理腔室550内部。处理室541处于氮气等惰性气氛中。移出口541b设于处理腔室550的侧壁551上。移出口541b设于处理腔室550的+X一侧端部。此外，传送机器人504设于处理腔室550外部。传送机器人504包括可经移出口541b探入处理室541内部的机械手臂505。
传送机器人504将处于移出位置的基底100经移出口541b移出。也就是说，机械手臂505经移出口541b探入处理室541，并将已经历处理的基底100从处理室541移出。如图28所示，机械手臂505沿+X方向移动基底100，并经移出口541b将基底100移出处理室541。传送机器人504将移出的基底100进一步移入片盒。
需要注意的是，移出口541b也可用作移入口。也就是说，传送机器人504可将处理前的基底100经移出口541b移入。或者，处理腔室550也可设有独立于移出口541b的移入口。移出口541b设有所述门阀543。门阀543在基底100移出等时间点上打开，并在以激光光束L1进行照射的过程中关闭。
平面板556、驱动机构557和吸附台558设于处理室541内。平面板556固定于处理腔室550内。吸附台558通过驱动机构557连接于平面板556上。如图28所示，驱动机构557包括在X方向上移动吸附台558的X轴件557X，以及在Y方向上移动吸附台558的轴件557Y。如第一实施方式所述，激光光束L1为纵向沿基底100上的Y方向延伸的线光束。驱动机构557沿X方向移动吸附台558。相应地，在吸附台558沿传送路径移动基底100的同时，激光光束L1对基底100进行照射。此外，驱动机构557还可具有使吸附台558绕Z轴转动的θ轴件。
吸附台558通过吸附握持基底100。吸附台558设有所述顶销559，该顶销用于基底100的移入和移出。顶销559设置为可升高和降低。当移入和移出基底100时，顶销559通过升高而将基底100交接于机械手臂505。
具体而言，当顶销559在基底100处于吸附台558上的状态下升高时，基底100和吸附台558之间将产生间隙。随后，机械手臂505探入基底100和吸附台558之间的间隙。当顶销559在机械手臂505处于基底100下方的状态下降低时，便可实现机械手臂505对基底100的握持。
或者，机械手臂505在顶销559下降的过程中将基底100传送于吸附台558上。随后，顶销559在上升过程中，实现对基底100的握持。当顶销559在基底100置于其上的状态下下降时，可将基底100放置于吸附台558上。相应地，吸附台558进入随时准备吸附基底100的状态。吸附台558在激光光束L1照射过程中吸附基底100。当激光光束L1的照射完成后，吸附台558解除吸附。
探测光源521、透镜523、聚光透镜524和光电检测器525也设于处理室541内。探测光源521、透镜523、聚光透镜524和光电检测器525设于侧壁551附近。举例而言，探测光源521、透镜523、聚光透镜524和光电检测器525固定于侧壁551的处理室541一侧表面上。举例而言，当吸附台558停留于基底移出位置(+X一侧的最末端位置)时，探测光源521发出探测光束L2。
探测光源L2所发出的探测光束L2由透镜523会聚后进入基底100。在机械手臂505传送基底100的过程中，探测光束L2在吸附台558外部对多晶硅膜101b进行照射。透过基底100的探测光束L3由聚光透镜524会聚于光电检测器525上。如上所述，光电检测器525向处理装置(不再赘述)输出检测信号。
当机械手臂505将基底100经移出口541b移出至处理室541外部时，探测光束L2可进行检查。机械手臂505将吸附台558上的基底100移出，而且探测光束L2的照射位置变换至朝向+X方向。在机械手臂505将基底100移出的过程中，基底100在透镜523与聚光透镜524之间穿过。探测光源521发出的探测光束L2由透镜523会聚于基底100之上。探测光束L2在吸附台558之外形成照明区域P2(见图28)。需要注意的是，探测光束L2的照明区域P2具有沿Y方向延伸的线形形状，但是也可具有点状形状。
已通过基底100的多晶硅膜101b的探测光束L3由聚光透镜524会聚于光电检测器525上。在机械手臂505将基底100移出的过程中，光电检测器525对探测光束L3进行检测。也就是说，机械手臂505将基底100朝+X方向移动，以使得机械手臂505可将基底100经移出口541b移出。光电检测器525在基底100朝+X方向移动的过程中对探测光束L3进行检测。如此，便可如图28所示，测量基底100的多晶硅膜101b处于检查线IL上的透射率。需要注意的是，由于机械手臂505将基底100朝+X方向移动，因此检查线IL的形状为纵向沿X方向延伸的带状或线状。
退火激光光束L1形成纵向沿Y方向延伸的线形照射区域P1(见图3)。另一方面，机械手臂505将基底100沿X方向移动。因此，在进行检查时，探测光束沿照射区域P1的横向对基底100进行扫描，从而可实现照射不均匀性的正确评价。
与上述气浮单元不同，吸附台558可能难以设置探测光束的光路。即使在采用吸附台558，在本实施方式的结构中，光电检测器525仍可对透过基底100的探测光束L3进行检测，从而可实现基底100的正确检查。当根据检测值的标准差或平均值将基底100判断为异常时，基底100被再次移入ELA装置500，以通过激光光束L1对其进行再次照射。举例而言，可以激光光束L1对基底100存在照射不均匀性的部分，或者对整个基底100进行再次照射。如此，可提高良品率。
透镜523在移出口541b和吸附台558之间的X位置形成探测光束L2的照明区域P2。在机械手臂505传送基底的过程中，基底100的移动距离长于基底100。在基底100传送的X方向上，检查线IL形成于整个基底100之上。通过评价检查线IL上的透射率，可实现对多晶硅膜101b结晶状态的评价。此外，由于可在基底传送过程中进行检查，因此无需仅为了实施该检查而进行基底100的传送。如此，可防止生产节拍时间的增加。此外，由于探测光源521、透镜523、聚光透镜524和光电检测器525固定于侧壁551附近，因此可防止光学系统设置空间的增大。
此外，如图28所示，在本实施方式中，探测光束L2在基底100上形成两个照明区域P2。也就是说，基底100由在Y方向上相互分隔的两个探测光束L2照射。如此，可同时对基底100的两个部分的透射率进行同时测量，从而可实现更加可靠的评价。
举例而言，当基底上附着有颗粒时，可在存在颗粒的位置检测到表示透射率大幅降低的异常值。当检测到此类异常值时，检测值的标准差将受到显著影响。然而，此时难以判断此类异常值是颗粒还是结晶状态所引起。因此，通过按本实施方式所述，以两个或两个以上的独立探测光束L2对基底进行照射，可以消除颗粒所引起的异常值的影响。也就是说，当在同一X位置检测到一个异常值时，则判断该异常值由颗粒引起；而当在两个位置检测到异常值时，则判断该异常值由照射不均匀性引起。如此，通过在标准差计算中消除颗粒所引起的异常值，可实现更加可靠的评价。
需要注意的是，虽然上文将机械手臂505描述为沿激光光束L1照射区域P1的横向传送基底100，但激光光束L1照射区域P1的横向也可与机械手臂505的传送方向不同。举例而言，在以激光光束L1进行照射之前，吸附台558可将基底100绕Z轴(沿θ方向)旋转90°。或者，机械手臂505可根据移出口541的位置，在Y方向上移动基底100。在该情况下，激光光束L1照射区域P1的横向与机械手臂505的传送方向正交。也就是说，检查线IL平行于激光光束L1照射区域P1的纵向。
在该情况下，可对激光光束L1的扫描不均匀性，而非其照射不均匀性进行评价。需要注意的是，扫描不均匀性并非激光所致，而且由光学系统引起，也称为光学不均匀性。具体而言，当激光光束L1的光学系统中所含的光学元件上附着有颗粒等物时，则部分照射区域P1将出现阴影。由于出现阴影的位置处的检测光量降低，因此可检测到异常值。阴影出现于照射区域P1的同一位置，因此可沿平行于照射区域P1的横向一线检测到异常值。因此，异常值发生于上述一线的同一位置，与基底100无关，即表示存在扫描不均匀性。需要注意的是，为了同时对扫描不均匀性和照射不均匀性进行评价，只需在吸附台设置为0°时对由激光照射的基底进行评价，并在吸附台旋转90°之后对由激光照射的基底进行评价即可。
需要注意的是，当机械手臂505将基底100移出时，基底100可发生弯曲或上下移动。在基底100上下移动后，基底100上照明区域P2的尺寸将发生变化。也就是说，当透镜523所形成的探测光束L2焦点位于基底100上时，照明区域P2的尺寸最小，但是当基底100离所述焦点更远时，照明区域P2的尺寸将变大。
图29所示为当Z位置上的焦点设为0时探测光束L2在Z位置上的尺寸。图29所示为探测光束L2波长为405nm且由f300mm的透镜523会聚成4mm大小时的模拟结果。横轴表示Z位置，纵轴表示探测光束L2的尺寸。在图29中，探测光束L2在焦点处的大小约为38μm。当Z位置偏移±2mm时，探测光束L2的大小为47μm，这在实际使用中并不会产生影响。也就是说，当尺寸为47μm的探测光束L2通过基底100时，光电检测器525可通过聚光透镜524对透过基底100的探测光束L3进行检测。
(探测光束光学系统)
以下，将对第三实施方式ELA装置内的探测光束光学系统的结构进行描述。图30至图32为探测光束L2光学系统的结构图。图30至图32当中的每一图所示均为以探测光束L2照射基底100并检测透过基底100的探测光束L3的光学系统。
<光学系统501>
图30为光学系统实施例(称为光学系统501)示意图。光学系统501包括探测光源521、单向扩束器526、透镜523、反射镜522、反射镜529、准直透镜528、聚光透镜524以及光电检测器525。
探测光源521生成波长为405nm的探测光束L2。探测光源521发出的探测光束L2进入单向扩束器526。单向扩束器526具有两个透镜，并用于扩大Y方向上的光束直径。需要注意的是，机械手臂505传送基底100的方向为X方向。从单向扩束器526离开的探测光束L2经过透镜523和反射镜522后，对基底100进行照射。需要注意的是，透镜523为柱面透镜，并在X方向对探测光束L2进行会聚。因此，探测光束L2在基底100上形成纵向为Y方向且横向为X方向的线形照明区域。
透过基底100的探测光束L3被反射镜529反射后，进入准直透镜528。准直透镜528将探测光束L3转变为平行光束。探测光束L3在通过准直透镜528后进入聚光透镜524。聚光透镜524将探测光束L3会聚于光电检测器525的受光面上。光电检测器525设有带通滤光器525a。带通滤光器525a允许波长为405nm的光透射。如此，可防止波长与探测光束波长不同的杂散光进入光电检测器525。
利用光学系统501，可对结晶状态进行正确评价。此外，光学系统501可设有对透镜523的焦点进行确认的相机530。相机30用于拍摄探测光束L2照明区域及其周围的图像。根据相机530所拍摄的图像，可对上述焦点进行调节。其中，可仅在光学系统501安装时设置相机530。
<光学系统502>
图31为另一探测光束光学系统实施例(称为光学系统502)示意图。光学系统502具有对两次通过基底100的探测光束进行检测的结构。光学系统502包括探测光源521、单向扩束器526、透镜523、反射镜522、反射镜531、准直透镜532、聚光透镜533、反射镜534、反射镜529、准直透镜528、聚光透镜524以及光电检测器525。
探测光源521生成波长为405nm的探测光束L2。探测光源521发出的探测光束L2进入单向扩束器526。单向扩束器526具有两个透镜，并用于扩大Y方向上的光束直径。从单向扩束器526离开的探测光束L2经过透镜523和反射镜522后，对基底100进行照射。需要注意的是，透镜523为柱面透镜，并在X方向对探测光束L2进行会聚。因此，探测光束L2在被反射镜522反射后，在基底100上形成纵向为Y方向且横向为X方向的线形照明区域。
透过基底100的探测光束L2被反射镜531反射后，进入准直透镜532。准直透镜532将探测光束L2转变为平行光束。从准直透镜532离开的探测光束L2在通过聚光透镜533和反射镜534后进入基底100。需要注意的是，聚光透镜533为柱面透镜，并在X方向对探测光束L2进行会聚。因此，探测光束L2在被反射镜534反射后，在基底100上形成纵向为Y方向且横向为X方向的线形照明区域。
透过基底100的探测光束L3被反射镜529反射后，进入准直透镜528。准直透镜528将探测光束L3转变为平行光束。探测光束L3在通过准直透镜528后进入聚光透镜524。聚光透镜524将探测光束L3会聚于光电检测器525的受光面上。光电检测器525设有带通滤光器525a。带通滤光器525a允许波长为405nm的光透射。如此，可防止波长与探测光束波长不同的杂散光进入光电检测器525。
通过这种方式，光电检测器525可对在光学系统502内两次通过多晶硅膜101b的探测光束L3进行检测。因此，可着重突出透射率不均匀性，从而实现对结晶状态的正确评价。
在基底100的Y方向上，透镜523的焦点与聚光透镜533的焦点相互偏离。也就是说，当机械手臂505的传送方向为X方向时，探测光束L2两次通过基底100，这两次的通过位置在Y方向上不同，但在X方向上相同。如此，由于着重突出了照射不均匀性，因此可以实现对结晶状态的正确评价。当然，光学系统502也可构造为使得探测光束三次或更多次通过多晶硅膜101b。举例而言，可通过添加反射镜和透镜的方式，令探测光束三次或更多次通过多晶硅膜101b。
探测光束L2通过基底100的第一和第二位置在Y方向上相互隔开。如此，可减小颗粒的影响。举例而言，如果第一通过位置附着有颗粒，而第二通过位置未附着颗粒，则可减小颗粒在降低透射率方面的影响。如此，便可实现对结晶状态的正确评价。
光学系统502可设有对透镜523和聚光透镜533的焦点进行分别确认的相机530a和530b。相机530a和530b当中的每一个均拍摄探测光束L2的照明区域及其周围的图像。根据相机530a和530b所拍摄的图像，可对上述焦点进行调节。其中，可仅在光学系统502安装时设置相机530a和530b。
<光学系统503>
图32为另一探测光束光学系统实施例(称为光学系统503)示意图。光学系统503具有对两次通过基底100的探测光束进行检测的结构。此外，探测光束L2在光学系统303内两次通过基底100的位置为同一位置。光学系统503包括探测光源521、单向扩束器526、偏振板536、透镜523、分束器537、聚光透镜533、1/4波长板538、反射镜539、准直透镜528、聚光透镜524以及光电检测器525。
探测光源521生成波长为405nm的探测光束L2。探测光源521发出的探测光束L2进入单向扩束器526。单向扩束器526将Y方向上的光束直径扩大。从单向扩束器526离开的探测光束L2经过偏振板536、透镜523及分束器537后，对基底100进行照射。偏振板536将探测光束L2转变为沿第一方向偏振的线性偏振光。分束器537例如为反射沿所述第一方向偏振的线性偏振光且允许沿与该第一方向正交的第二方向偏振的线性偏振光透射的偏振分束器。因此，分束器537将探测光束L2朝基底100反射。
透镜523为柱面透镜，并在X方向对探测光束L2进行会聚。因此，探测光束L2在基底100上形成纵向为Y方向且横向为X方向的线形照明区域。
透过基底100的探测光束L2进入聚光透镜533，该聚光透镜为柱面透镜。聚光透镜533用作将来自基底100的探测光束L2转变为平行光束的准直透镜。离开聚光透镜533的探测光束L2通过1/4波长板538后，被反射镜539反射。反射镜539为全反射镜，并使得透过1/4波长板538的探测光束L2再次进入该1/4波长板538。由于探测光束L2两次通过1/4波长板538，因此该线性偏振光被旋转90°。因此，从1/4波长板538朝基底100传播的探测光束L2成为沿所述第二方向偏振的线性偏振光。
在两次通过1/4波长板538后，探测光束L2由聚光透镜533会聚于基底100上。如上所述，探测光束L2在基底100上形成纵向为Y方向且横向为X方向的线形照明区域。透过基底100的探测光束L3进入分束器537。如上所述，探测光束L3为沿所述第二方向偏振的线性偏振光，因此从分束器537透射而过。透过分束器537的探测光束L3进入准直透镜528。
准直透镜528将探测光束L3转变为平行光束。通过准直透镜528后的探测光束L3进入聚光透镜524。聚光透镜524将探测光束L3会聚于光电检测器525的受光面上。光电检测器525设有带通滤光器525a。带通滤光器525a允许波长为405nm的光透射。如此，可防止波长与探测光束波长不同的杂散光进入光电检测器525。
通过这种方式，光电检测器525可对在光学系统503内两次通过多晶硅膜101b的探测光束L3进行检测，从而可着重突出透射率不均匀性。此外，在基底100上，透镜523的焦点与聚光透镜533的焦点处于同一位置。如此，可实现对透射率不均匀的着重突出，并对结晶状态进行更加正确的评价。
需要注意的是，探测光束L2在光学系统503内的同一位置通过基底100。光学系统503可设有对透镜523和聚光透镜533的焦点进行确认的相机530。相机530用于拍摄探测光束L2照明区域及其周围的图像。根据相机530所拍摄的图像，可对上述焦点进行调节。其中，可仅在光学系统503安装时设置相机530。
图33为光电检测器52所获得的检测信号平均值和标准差图。图33所示为能量密度从400mJ/cm2～435mJ/cm2内以5mJ/cm2的间隔变化时的测量结果。当能量密度为420mJ/cm2和425mJ/cm2时，检测信号的平均值较低。因此，OED应选为420mJ/cm2或425mJ/cm2。
然而，420mJ/cm2和425mJ/cm2下的平均值几乎相同，而且难以从平均值获得OED。另一方面，420mJ/cm2下的标准差小于425mJ/cm2下的标准差。因此，OED可设为420mJ/cm2。通过这种方式，可利用检测值的平均值和标准差，正确确定OED。
本发明不限于以上所述实施方式，不脱离本发明精神和范围的前提下，还可进行各种修改。
本发明基于申请号为2016-163693且申请日为2016年8月24日的日本专利申请以及申请号为2017-112516且申请日为2017年6月7日的日本专利申请，并要求此两申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

Claims (26)

1.一种具有晶化膜的基底的检查方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(A)以激光光束照射一基底上的非晶膜，以使得所述非晶膜结晶化并形成晶化膜；
(B)以探测光束照射所述晶化膜；
(C)以一光电检测器检测透过所述晶化膜的所述探测光束；
(D)改变所述探测光束在所述晶化膜上的照射位置，以获得所述光电检测器的检测信号的多个检测值；以及
(E)根据所述多个检测值的标准差，判断所述晶化膜的结晶状态。
2.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，所述步骤(E)包括：
将所述标准差与一阈值相比较；以及
当所述标准差小于所述阈值时，将所述基底判断为无缺陷，或者当所述标准差大于或等于所述阈值时，将所述基底判断为有缺陷。
3.根据权利要求1或2所述的检查方法，其特征在于，所述步骤(E)还包括根据所述多个检测值的平均值，判断所述结晶状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检查方法，其特征在于，
所述激光光束通过一投影透镜，在所述非晶膜上形成一线形照射区域，以及
所述光电检测器对通过所述投影透镜的所述探测光束进行检测。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检查方法，其特征在于，
所述探测光束在所述晶化膜上形成一线形照明区域，以及
透过所述晶化膜的所述探测光束由一聚光透镜会聚于所述光电检测器上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检查方法，其特征在于，所述步骤(D)包括在以所述激光光束和所述探测光束同时照射所述基底的过程中，传送所述基底，以改变所述激光光束的照射位置以及所述探测光束的照射位置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的检查方法，其特征在于，
所述步骤(A)包括在将置于一基台上的所述基底移动的同时，以所述激光光束照射所述非晶膜，
所述步骤(B)包括在所述基台外部以所述探测光束照射所述非晶膜，以及
所述步骤(D)包括由一机械手臂将所述基台上的所述基底移出，以改变所述探测光束的所述照射位置。
8.根据权利要求7所述的检查方法，其特征在于，所述步骤(C)包括由所述光电检测器对两次或更多次通过所述晶化膜的所述探测光束进行检测。
9.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(a)在一基底上形成非晶膜；
(b)以激光光束照射所述非晶膜，以使得所述非晶膜结晶化并形成晶化膜；
(c)以探测光束照射所述晶化膜；
(d)以一光电检测器检测透过所述晶化膜的所述探测光束；
(e)改变所述探测光束在所述晶化膜上的照射位置，以获得所述光电检测器所输出的检测信号的多个检测值；
(f)根据所述多个检测值的标准差，判断所述晶化膜的结晶状态；以及
(g)根据所述结晶状态的判断结果，以所述激光光束再次照射所述晶化膜。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(f)包括：
将所述标准差与一阈值相比较；以及
当所述标准差小于所述阈值时，将所述基底判断为无缺陷，或者当所述标准差大于或等于所述阈值时，将所述基底判断为有缺陷。
11.根据权利要求9或10所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(f)还包括根据所述多个检测值的平均值，判断所述结晶状态。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述激光光束通过一投影透镜，在所述非晶膜上形成一线形照射区域，以及
所述光电检测器对通过所述投影透镜后的所述探测光束进行检测。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述探测光束在所述晶化膜上形成一线形照明区域，以及
透过所述晶化膜的所述探测光束由一聚光透镜会聚于所述光电检测器上。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(e)包括在以所述激光光束和所述探测光束同时照射所述基底的过程中，改变所述激光光束的照射位置和所述探测光束的照射位置。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述步骤(b)包括在将置于一基台上的所述基底移动的同时，以所述激光光束照射所述非晶膜，
所述步骤(c)包括在所述基台外部以所述探测光束照射所述非晶膜，以及
所述步骤(e)包括由一机械手臂将所述基台上的所述基底移出，以改变所述探测光束的所述照射位置。
16.根据权利要求15所述的检查方法，其特征在于，所述步骤(d)包括由所述光电检测器对两次或更多次通过所述晶化膜的所述探测光束进行检测。
17.一种激光退火装置，其特征在于，包括：
一激光光源，用于发出激光光束，以使得一基底上的非晶膜结晶化并形成晶化膜；
一投影透镜，用于会聚所述激光光束，以对所述非晶膜进行照射；
一探测光源，用于发出探测光束；
一光电检测器，用于对透过所述晶化膜的所述探测光束进行检测；
一传送路径，用于传送所述基底，以改变所述激光光束在所述基底上的照射位置；以及
一处理单元，用于改变所述探测光束在所述基底上的照射位置，计算所述光电检测器所输出的检测信号的多个检测值的标准差，以及根据所述标准差判断所述晶化膜的结晶状态。
18.根据权利要求17所述的激光退火装置，其特征在于，所述处理单元用于：
将所述标准差与一阈值相比较；以及
当所述标准差小于所述阈值时，将所述基底判断为无缺陷，或者当所述标准差大于或等于所述阈值时，将所述基底判断为有缺陷。
19.根据权利要求17或18所述的激光退火装置，其特征在于，所述处理单元用于根据所述多个检测值的平均值，判断所述结晶状态。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，
所述投影透镜用于使所述激光光束在所述非晶膜上形成一线形照射区域，
所述光电检测器用于对通过所述投影透镜的所述探测光束进行检测。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，还包括：
一柱面透镜，用于使所述探测光束在所述晶化膜上形成一线形照明区域；以及
一聚光透镜，用于将透过所述晶化膜的所述探测光束会聚于所述光电检测器上。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述传送路径用于在以所述激光光束和所述探测光束同时照射所述基底的过程中，传送所述基底。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述传送路径包括气浮单元，所述气浮单元用于向所述基底喷射气体，以将所述基底浮起。
24.根据权利要求17至19中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，还包括用于承载所述基底的一基台，其中，
所述基台用于通过移动而沿所述传送路径传送所述基底，
所述激光退火装置包括一移出口，将所述基底移出所述基台的一传送机器人经所述移出口进入，
通过所述传送机器人将所述基底移出所述基台来改变所述探测光束在所述基底上的所述照射位置。
25.根据权利要求24所述的激光退火装置，其特征在于，所述光电检测器用于对两次或更多次通过所述晶化膜的所述探测光束进行检测。
26.一种激光退火装置，其特征在于，包括：
一激光光源，用于发出激光光束，以使得一基底上的非晶膜结晶化并形成晶化膜；
一投影透镜，用于会聚所述激光光束，以对所述非晶膜进行照射；
一基台，用于传送所述基底，以改变所述激光光束在所述基底上的照射位置；
一探测光源，用于发出探测光束；
一光电检测器，用于在一传送机器人将所述基底移出所述基台的过程中，在所述基台外部对透过所述晶化膜的所述探测光束进行检测；以及
一处理单元，用于根据所述光电检测器所输出的检测信号，判断所述晶化膜的结晶状态。
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