CN1472787A - 结晶薄膜品质监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种结晶薄膜品质监控系统及方法，所述系统包含一讯号撷取系统及一数据整合系统两部分，该讯号撷取系统包含有：至少一可投射的光源单元及至少一可承载待测的结晶薄膜的承载单元，以光源照射置于承载单元上的待测结晶薄膜；以一感测单元组撷取该光源照射过待测结晶薄膜的讯号；一数据整合系统是与该感测单元组联机，以该数据处理器整合该结晶薄膜讯号数据，可整合处理来自讯号撷取系统的数据，并将该整合后的数据输入于一数据库并进行搜寻；将该结晶薄膜讯号数据与该数据库的数据以若干模块进行校正、比对、判断等步骤，并依据比对结果产生一可供判读的结果信息；最后，结果信息输出于操作者端。

Description

结晶薄膜品质监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种结晶薄膜品质监控系统及方法，尤指可达实时、快速且可靠的制程监控，在制程中即可实时且完全掌控的，精确且快速，不需若现有技术耗时在薄膜结晶的检测上，使产品产量多、可靠度提升且良率高。

背景技术

一般而言，薄膜晶体管显示器(TFT LCD)可分为非晶硅(amorphous Si)及多晶硅(Poly-Si)两种，其中因多晶硅薄膜晶体管由于可整合驱动电路，更可具高开口率及降低成本，且能大幅缩小组件尺寸，达高分辨率。

然一般需量产皆须低温制程，最热门的低温多晶硅TFT LCD最主要的特性是有2个Order以上的电子移动率(Mobility)，驱动电路可直接制在基板上及画素(Pixel)可以做得很小等优势，因此可制成高品质的液晶显示器(LCD)。而目前低温Poly-Si TFT LCD的技术可分二种，固相结晶化(SolidPhase Crystallization，SPC)的制程技术，以及激光退火结晶(LaserAnnealing Crystallization，LAC)的制程技术。SPC制程技术是从1984年由Seiko Epson开始使用，因品质无法提升至要求水平，目前已很少厂商使用。而LAC制程技术是从1992年被运用到Poly-Si TFT LCD制程上，目前业界多以激光退火结晶(LAC)制成低温多晶硅TFT LCD，其所使用的是准分子激光(Excimer Laser)，以Ar的激光光点进行每秒数米的高速扫描，使非结晶硅形成多结晶硅。

然一般而言，在激光退火进行非晶硅的低温多晶硅结晶步骤时，所形成的多晶硅的结晶尺寸(Grain sizes)越大，越均匀，电子移动率越高，因此结晶品质为成败的关键所在。是如图1所示，是在激光退火进行非晶硅的低温多晶硅结晶步骤时，所形成的多晶硅的结晶尺寸对均均度及电子移动率的情形的简单示意图。清楚看出，结晶品质监控的重要性。但目前监控结晶品质技术仍有极大的缺陷，其主要有扫描式电子显微镜(SEM)，以及人工检查两种。对于以扫描式电子显微镜监测而言，其仅能在结晶完成之后观看其结晶情形，或再分析其是否结晶情形，SEM成本高、费时，且无法作实时监控，只能作日后的改善参考。至于土法炼钢的人工检查，速度虽较快，可实时监控，但人为误差大、不可靠，监测结果因人而异，不够精准，且无法建立品质数据库作管制。

因此，对于激光退火进行非晶硅的低温多晶硅而言，业者急需建立一完整且正确的监控系统，且能实时监控、建立品管数据库。为此，本发明即是提出一对于非晶薄膜经以如激光退火等为核心技术形成结晶薄膜后，直接进行监控结晶品质，如此改善取代上述种种缺陷，可达实时、快速且可靠的监控，且可配合机台建立品管数据库，与其它检测机台联机，建立整厂监控系统。

发明内容

本发明的主要目是提供一种结晶薄膜品质监控系统及方法，利用一结晶薄膜品质监控系统进行监控，其特殊的讯号撷取系统设计可达实时、快速且可靠的制程监控，在制程中即可实时且完全掌控的，精确且快速，不需若现有技术耗时在薄膜结晶的检测上，使产品产量多、可靠度提升且良率高。

本发明的次要目的是提供一种结晶薄膜品质监控系统及方法，舍弃单独高成本的机台及低可靠度的人为监控，取二者的优势一并利用，舍弃二者的缺陷，再利用一新数据整合系统的设计，可与其它外围检测机台联机，建立整厂监控系统，提供更低成本且更简单操作的监控。

本发明的再一目的是提供一种结晶薄膜品质监控系统，明了不复杂，维护成本低，对操作者端而言，操作简易且可靠。

本发明是一种结晶薄膜品质监控系统及方法，该结晶薄膜品质监控系统主要包含一讯号撷取系统及一与其联机的数据整合系统两部分，该讯号撷取系统包含：

至少一光源单元，是可投射出光源；至少一承载单元，各该承载单元是可承载若干待测的结晶薄膜，且所述光源单元投射出的光源是可通过承载单元承载的结晶薄膜；一感测单元组，包含若干感测单元，可接收感测所述光源单元投射出的光源，于通过所述承载单元承载的结晶薄膜的光源讯号；其中，该数据整合系统是与该感测单元组联机，可整合处理来自该讯号撷取系统的数据。

而以上述结晶薄膜品质监控系统施行的监控方法，其步骤包含：

(a)以光源照射若干安置于若干承载单元上的待测结晶薄膜；

(b)撷取该光源照射过待测结晶薄膜的讯号。

(c)以一数据处理器整合该结晶薄膜讯号数据；

(d)将该整合后的数据输入于一数据库并进行搜寻；

(e)将该结晶薄膜讯号数据与该数据库的数据进行比对步骤，并依据比对结果产生一可供判读的结果信息；

(f)最后，结果信息输出。

此外，可使该撷取讯号转换为可供判读的复数个数据数值，各该数据数值是形为N维的监控标的，且≥1；并搜寻出一M维监控范围，M≥1，但M≤N，且该监控范围是自该监控标的所选择出的适当范围；以该结晶薄膜讯已转换为可供判读的数据数值座落于该监控范围的情形，作为结晶薄膜品质监控优劣的依据。

数据整合系统的构成要件是包括有一数据处理器，以及一数据库。

数据整合系统的构成要件还包括若干模块，可对讯号撷取系统取得的数据加以校正、比对及判断。

数据整合系统的构成要件还包括若干外挂的输出装置与该数据整合系统联机。

附图说明

图1是在激光退火进行非晶硅的低温多晶硅结晶步骤时，所形成的多晶硅的结晶尺寸对均匀度及电子移动率情形的示意图；

图2是本发明的结晶薄膜品质监控系统的较佳实施例示意图；

图3是为本发明的结晶薄膜品质监控方法的较佳实施例流程示意图；

图4是为本发明的结晶薄膜品质监控方法的较佳实施例，所欲监控的标的

实施方式。

附图标号说明：300-本发明的结晶薄膜品质监控系统；301-讯号撷取系统；3000-待测结晶薄膜；3012-光源单元；3012a-反射光源；3012b-非反射光源；3013-感测单元组；3013a、3013b-感测单元；3014-支承装置；3015-光散射单元；3016-承载单元；302-数据整合系统；3021-数据处理器；3022-数据库；3023-比对模块；3024-校正模块；3025-判断模块；3026-记忆模块；3027-打印机制；3028-显示器；3029-激光机台；3030-外围检测机台；3031-品管数据库；401、402、403、404、405、406、407、408、409、410、411、412、413、414、415-本发明的结晶薄膜品质监控方法实施流程。

具体实施方式

本发明的结晶薄膜品质监控系统及方法，主要是在对于非晶薄膜(amorphous)经以如激光退火等为核心技术形成结晶薄膜后，利用该结晶薄膜的不同晶粒尺寸(grain sizes)对照射光线穿透率及反射率不同，直接进行监控结晶品质，如此以取代现有以高成本、费时且非实时监控的扫描式电子显微镜(SEM)观察；或是误差大且又不可靠的操作员人为目测观察等种种缺陷，可达实时、快速且可靠的监控，且可配合机台建立品管数据库，与其它检测机台联机，建立整厂监控系统。

日前被普遍视为明日的星的TFT LCD产业，对于关键的一的低温多晶硅(low temp poly-Si)TFT LCD激光退火结晶因主要具有高电子移动率(electron mobility)、驱动电路可直接制在基板上及画素(Pixel)可以做得很小等优势，因此可制成高品质的LCD。而目前业界多以激光退火结晶(LAC)制成低温多晶硅TFT LCD，其所使用的是准分子激光(Excimer Laser)，以Ar的激光光点进行每秒数米的高速扫瞄，使非结晶硅形成多结晶硅。而因结晶薄膜的结晶品质实为关键技术的一，因此本发明是对于结晶薄膜品质监控提出优质的系统及方法。

请参阅图2所示，是本发明的结晶薄膜品质监控系统实施例的示意图。一结晶薄膜品质监控系统300，其主要包含一讯号撷取系统301及一数据整合系统302两部分。

该讯号撷取部301是用以撷取待测结晶薄膜的相关参数讯号，其主要包含有：

若干光源单元(light source unit)3012，其可依所需为单或多光源设计，如图标中的反射光源3012a及非反射光源3012b，该非反射光源3012b需再藉以照射至一光散射单元(optical diffusion unit)3015，以达同等光程，该光散射单元3015是散射镜(diffusion mirror)或光纤等构成，所述光源单元是钨丝、卤素或汞灯等，为单一或同时使用者，可投射出光源照射待测结晶薄膜3000。

至少一承载单元(Stage unit)3016，各该承载单元3016是可承载待测的结晶薄膜3000，可以单一或同时监测若干待测结晶薄膜3000，且上述光源单元3012投射出的光源是可通过承载单元3016承载的结晶薄膜3000，其中承载单元3016是自动或手动承载，并以玻璃或晶圆舟(cassette)所组成。

一感测单元组3013，可接收感测所述光源单元3012投射出的光源于通过承载单元3016承载的结晶薄膜3000的光源讯号，该感测单元组3013是可为单一或多个感测单元(sensor)，单个、线形、面形3013a、3013b等，是如光感测单元(photo-sensor)、电荷耦合组件(CCD)或互补式金氧半导体(CMOS)，再加上透镜(lens)所组成，光线或平面光源讯号皆可感测到。

最后为使讯号撷取系统301更具完整性，可加入设计一支承装置(holdingunit)3014可承置上述各构成要件，其承置方式并无一定方式，但须达到所述光源单元3012投射出的光源可通过所述承载单元3016承载的结晶薄膜3000；所述感测单元组3013可接收感测所述光源单元3012投射出的光源于通过承载单元3016承载的结晶薄膜3000的光源讯号的要求，其形状及构成均不需严格规定。

而至于结晶薄膜品质监控系统300的另一部份的数据整合系统302，是与上述的讯号撷取部301相互联机，用以整合处理来自该讯号撷取系统301的讯号，该数据整合系统302主要包含有：

一数据处理器(Data processing unit)3012，是如计算机的CPU微处理器等，其是可处理来自该讯号撷取系统301的讯号，使其整理转换成可供阅读的数值、参数；

一数据库(data base)3022，该数据库3022已存有至少一组待测结晶薄膜3000的优良结晶薄膜的数值数据及劣质结晶薄膜的数值数据，当然视待测结晶薄膜3000的种类而定，可存入多种不同待测结晶薄膜的数据；

一比对模块3023，该比对模块3023是可将数据处理3021自讯号撷取系统301取得转换的数值、参数与数据库3022的既存数据作比对；

一校正模块3024，该校正模块3024是可将数据处理器3021自讯号撷取系统301取得转换的数值、参数与数据库3022的既存数据作比对后校正，可得知多个需校正久数值方向，是如：对光源单元3012而言，稳定度校正、均匀度校正；对光散射单元3015而言，定位校正；对感测单元组3013而言，数据校正；对支承装置3014而言，几何失真校正、阴影校正等；

一判断模块3025，该判断模块3025是可将来自校正模块3024、比对模块3023的数据作一适当判断，自比对模块3023的数据判断该待测结晶薄膜3000的品质优劣加以监控的；或根据校正模块3024的数据判断失真的各构成要件是否需加以校正的情形；当然抑或两者皆进行的，最后皆产生一可供判读的结果信息；

一记忆模块3026，该记忆模块3026将上述判断模块3025判断的结果记录下来，并可依不同实际情形加以分类记录或统计记录。

上述各部是数据整合系统302的各主要构成要件，然而还可包含若干外挂的输出装置，可使数据整合系统302的功能更加健全，输出装置可如：

一显示器(monitor)3028，该显示器可将判断模块3025的最终判断结果显示出，由操作者端浏览的；或者，联机在任一构成要件上，以供操作者端随时想浏览的；

一打印机制3027，打印出判断模块3025的结果，供操作者端阅读；

一激光机台(laser device)3029，该激光机台3029与判断模块3025联机，其功用为依据判断模块3025判断结果调整激光能量等参数，可供后续的品管数据库3031搭配建立。

外围检测机台3030，其包含若干制程所需外围检测机台，是如组件电性测试机(WAT)、数组测试机(array-tester)、点灯测试机(light-on tester)，上述若干外围检测机台3030是与激光机台3029联机，使其它实时检测信息亦同时联机的。

一品管数据库3031，该品管数据库3031是将上述数据整合系统302的主要构成要件：数据处理器3021、数据库3022、比对模块3023、校正模块3024、判断模块3025、记忆模块3026以及若干外挂的输出装置：激光机台3029、外围检测机台3030等数据作一连串的统计、分类及整合，建立整厂品管监控标准系统，供操作者端随时能够明了掌控制程作业的情形，作适当的处理。

以上所述是本发明的结晶薄膜品质监控系统实施例，然而其实施方式请参考图3，是本发明的结晶薄膜品质监控方法实施例流程图。

步骤401：首先，将若干待测的结晶薄膜3000安置于数据撷取系统301的承载单元3016上，其可以单一或同时若干待测结晶薄膜3000安置。

步骤402：以光源单元3012投射出的光源照射承载单元3016承载的结晶薄膜3000。

步骤403：感测单元组3013撷取光源单元3012投射出的光源于通过结晶薄膜3000的光源讯号。

步骤404：数据处理器3031处理来自该讯号撷取系统301的讯号，使其整理转换成可供阅读的数值、参数。

步骤405：数据库3022搜寻，搜寻出该数据库3022既存的至少一组待测结晶薄膜3000的优良结晶薄膜的数值数据及劣质结晶薄膜的数值数据。

步骤406：比对数据，利用比对模块3023将数据处理器3021自讯号撷取系统301取得转换的数值、参数与数据库3022的既存数据作比对。

步骤407：校正数据，利用校正模块3024将数据处理器3021自讯号撷取系统301取得转换的数值、参数与数据库3022的既存数据作比对后校正，可得知多个需校正的数值方向，对有需要的构成要件进行校正动作，是如：对光源单元3012而言，稳定度校正、均匀度校正；对光散射单元3015而言，定位校正；对感测单元组3013而言，数据校正；对支承装置3014而言，几何失真校正、阴影校正等。

步骤408：判断数据，利用判断模块3025将来自校正模块3024、比对模块3023的数据作一适当判断，以对该待测结晶薄膜3000的品质优劣加以监控的；或根据校正模块3024的数据判断失真的各构成要件是否需加以校正的情形；当然抑或两者皆进行的，最后皆产生一可供判读的结果信息；

步骤409：步骤408之后，可选择打印出判断数据的结果，供操作者端阅读。

步骤410：步骤408之后，可选择将判断数据的结果的最终判断结果显示出，由操作者端浏览的。

步骤412：步骤408之后，可选择与激光机台3029联机，输入数据，其功用为依据判断模块3025判断结果调整激光能量等参数，可供后续的品管数据库3031搭配建立。

步骤413：数据输入外围检测机台3030，其包含若制程所需外围检测机台，是如组件电性测试机(WAT)、数组测试机(array-tester)、点灯测试机(light-on tester)，使其它实时检测信息亦同时联机的。

步骤414：键入品管数据库3031，该品管数据库3031是将上述所有数据整合系统的主要构成要件等数据作一连串的统计、分类及整合。

步骤415：将上述品管数据库3031建立整厂品管监控标准系统，供操作者端随时能够明了掌控制程作业的情形，作适当的处理。

步骤411：而在步骤408之后，亦可选择直接记忆数据，将判断的结果记录下来，并可依不同实际情形加以分类记录或统计记录。

步骤411之后，再至步骤414，键入品管数据库3031，该品管数据库3031是将上述所有数据整合系统302的主要构成要件等数据作一连串的统计、分类及整合。最后，同样至步骤415，将上述品管数据库建立整厂品管监控标准系统，供操作者端随时能够明了掌控制程作业的情形，作适当的处理。

于此，对本发明实施例于结晶薄膜品质监控是以上述的监控系统及方法实施的，然所欲监控的标的实施方式，是以图4表示的，当所撷取的结晶薄膜讯号以一数据处理器整合的，使该撷取讯号转换为可供判读的复数个数据数值，各该数据数值是形为N维的监控标的(Feature)，且N≥1；并设计出一M维监控范围(ROC，Region of Classification)，M≥1，但M≤N，亦即监控范围是自监控标的所选择出的适当者，该监控范围可为待测结晶薄膜的优良结晶薄膜的数值数据或是劣质结晶薄膜的数值数据，而以所撷取讯号转换为可供判读的复数个数据数值点落在监控范围的情形，作为监控结晶薄膜品质优劣的依据。

而其中所述的监控标的是包含结晶薄膜于可见光/不可见光的穿透率频谱(transmittance)、反射率频谱(reflectance)、色度(chromaticity)、灰度(achromaticity)、均匀度(uniformity)、条纹(point/line/texture)等类别标的，当然并非上述所有类别皆须完全监控的，可以前述的感测单元组3013，接收感测所述光源单元3012投射出的光源于通过承载单元3016承载的结晶薄膜3000的光源讯号，再适当挑选所需监控的若干标的为依归实施的。

以上所述是本发明结晶薄膜品质监控系统及方法的较佳实施例说明，主要是在形成低温多晶硅的制程，对于非晶薄膜经以如激光退火等为核心技术形成结晶薄膜后，利用该结晶薄膜的不同晶粒尺寸对照射光线穿透率及反射率不同，对若干监控标的直接进行监控结晶品质，选取较佳监控范围，如此以取代习知的扫描式电子显微镜(SEM)观察；或是操作员人为目测观察等。

本发明是至少具有下列优点：

1、本发明是利用一结晶薄膜品质监控系统进行监控，其特殊的讯号撷取系统设计可达实时、快速且可靠的制程监控，在制程中即可实时且完全掌控的，精确且快速，不需若习知技术耗时在薄膜结晶的检测上，使产品产量时、可靠度提升且良率高。

2、舍弃单独高成本的机台及低可靠度人为监控，取二者的优势一并利用，舍弃二者缺陷，再利用一新数据整合系统的设计，可配合激光机台建立品管数据库，与其它外围检测机台联机，建立整厂监控系统，提供更低成本且更简单操作的监控，大幅降低该业的成本，提升LCD产品竞争力。

3、本发明的结晶薄膜品质监控系统构成清楚、简单，维护成本低，对操作者端而言，操作简易且可靠。

4、应用范围广，本发明虽以于激光结晶退火使非晶硅薄膜形低温多晶硅结晶薄膜的态样说明，但解决的问题是以传统的人为误差或无法实时监控的结晶薄膜检视为主要标的，因此其应用范围极为广泛，是如平板显示器工业(Flat Panel display)、液晶显示器(LCD)、主动/被动有机发光二极管显示器(AM/PMOLED)与低温多晶硅(LTPS)、发光二极管(LED)、投影机(Projector)、半导体工业(Semi Conductor)、金氧半导体传感器工业(CMOS Sensor)以及薄膜制程(thin film process)等，举凡以非晶物形成多晶物的制程皆可以本发明的系统及方法监控的。

Claims (8)

1.一种结晶薄膜品质监控系统，用于监控结晶薄膜的品质，包括：

一讯号撷取系统及一与其联机的数据整合系统，该讯号撷取系统包含：

至少一光源单元，可投射出光源；

至少一承载单元，各该承载单元是可承载若干待测的结晶薄膜，且所述光源单元投射出的光源可通过所述承载单元承载的结晶薄膜；

一感测单元组，接收感测所述光源单元投射出的光源，于通过所述承载单元承载的结晶薄膜的光源讯号；

其中，该数据整合系统是与该感测单元组联机，可整合处理来自该讯号撷取系统的数据。

2、如权利要求1所述的结晶薄膜品质监控系统，其中所述的数据整合系统的构成要件包括：

一数据处理器(Data processing unit)，是可处理来自该讯号撷取系统的讯号，使其整理转换成可供阅读的数值、参数；

一数据库(data base)，该数据库已存有至少一组待测结晶薄膜的优良结晶薄膜的数值数据及劣质结晶薄膜的数值数据。

3、如权利要求1所述的结晶薄膜品质监控系统，其中所述的数据整合系统的构成要件还包括：

一比对模块，该比对模块是可将数据处理取得转换的数值、参数与数据库的既存数据作比对；

一校正模块，该校正模块是可将数据处理器取得的数值、参数与数据库的既存数据作比对后校正，得知多个需校正久数值方向；

一判断模块，该判断模块是可将来自校正模块、比对模块的数据作一适当判断，产生一可供判读的结果信息；

一记忆模块，将上述判断模块判断的结果记录下来，并可依不同实际情形加以分类誀录或统计记录。

4、一种结晶薄膜品质监控方法，步骤包含：

(a)使若干待测结晶薄膜安置于若干承载单元上；

(b)以光源照射若干待测结晶薄膜；

(c)撷取该光源照射过待测结晶薄膜的讯号；

(d)以一数据处理器整合该结晶薄膜讯号数据；

(e)将该整合后的数据输入于一数据库并进行搜寻，该数据库至少存放有一由下列的中所选出的数据：优良结晶薄膜的数值及劣质结晶薄膜的数值；

(f)将该结晶薄膜讯号数据与该数据库的数据进行比对，并依据比对结果产生一可供判读的结果信息；

(g)结果信息输出。

5、如权利要求4所述的结晶薄膜品质监控方法，其中所述的步骤(f)之后，(g)步骤之前是还包括(f1)校正步骤：将将结果信息与该数据库的既存数据作比对后校正；及(f2)步骤：将来自所述校正步骤、比对步骤的数据作一适当判断，以对该待测结晶薄膜的品质优劣加以监控。

6、如权利要求4所述的结晶薄膜品质监控方法，其中所述的步骤(g)之后，还包括步骤(h)：将结果信息输出与激光机台联机，输入数据，其功用为依据所述结果信息判断调整激光能量等参数。

7、一种结晶薄膜品质监控方法，其步骤包括：

(c)使若干待测结晶薄膜安置于若干承载单元上；

(d)以光源照射若干待测结晶薄膜；

(e)撷取该光源照射过待测结晶薄膜的讯号；

(f)以一数据处理器整合该结晶薄膜讯号数据，使该撷取讯号转换为可供判读的复数个数据数值，各该数据数值是形为N维的监控标的，且N≥1；

(g)将该整合后的数据数值输入于一数据库，并搜寻出一M维监控范围(Region of Classification)，M≥1，但M≤N，且该监控范围是自监控标的所选择出的适当范围；

(h)以该结晶薄膜讯号已转换为可供判读的数据数值座落于该监控范围的情形，产生一可供判读的结果信息，作为监控该结晶薄膜品质优劣的依据。

(i)结果信息输出。

8、如权利要求7所述的结晶薄膜品质监控方法，其中所述的步骤(g)之后，还包括步骤(h)：将所述结果信息键入一品管数据库，该品管数据库是将该结果信息作一连串的统计、分类及整合。

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