CN1487577A - 结晶化状态的原位置监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结晶化状态的原位置(in－situ)监测方法及装置，在能量束的照射区域中，对于从熔融变换到固化以及结晶化的位置能够进行监测，而且能将薄膜的结晶化状态，以高时间分辨率地、实时地进行正确监测。本发明结晶化状态的原位置(in－situ)监测方法，用于达成薄膜的结晶化以及结晶化促进的至少一方而进行能量束照射的激光退火处理，其特征在于，在前述能量线照射之前、中间以及之后的至少中间或之后，将用来监视前述薄膜的结晶化状态的监测光，直接地或透过前述衬底，对具有前述薄膜的表面以及背面的至少其中一面的预定面积的区域内的多个监测部位，同时进行照射，并且将来自前述监测光的前述薄膜的前述表面或前述背面的反射光以及透过光的至少一方的光强度的时间变化进行测量，作为与前述监视用部位处的位置相关联的光强分布。

Description

结晶化状态的原位置监测方法
                              技术领域
本发明是关于一种为了实现在用能量束(如激光束)进行退火处理的过程中对薄膜结晶状态进行监测而采用的结晶化状态的原位置监测方法和装置，以及采用结晶化状态的原位置监测来进行退火的方法和装置。结晶化状态的原位置的监测方法及装置可以用在例如液晶显示装置或有机电致发光(以下称“EL”)显示装置的开关组件中的薄膜晶体管的制程中，用来对于非晶半导体薄膜进行退火处理(如激光退火处理)时的结晶化状态进行监测。
                              背景技术
现有技术中，一般用将探测光照在薄膜的退火区域内的局部一处，检测来自照射处的反射光的强度的方法，来监测在玻璃衬底上的非晶硅薄膜的结晶化状态，比如通过激光退火方式结晶(请参照例如专利文献1、专利文献2以及非专利文献1)。
【专利文献1】
特开2001-257176号公报
【专利文献2】
特开平11-148883号公报
【非专利文献1】
M.Hatano、S.Moon、M.Lee、K.Suzuki和C.P.Grigoropoulos所著的“在硅薄膜的熔融以及再固化中的准分子激光诱导温度场”(Excimer Laser-Induced Temperature Field in Meltingand Resolidification of Silicon Thin Films)，应用物理杂志(Joumal of Applied Physics)，第87卷第36至43页、2000年。
依据上述非专利文献1，采用连续波激光(Continuous Wave Laser，以下称为“CW激光”)作为监测光，具体而言，是采用波长为633nm的氦氖(He-Ne)激光束照射在薄膜上，用一个响应时间为1纳秒(以下称“ns”)的带有硅PN结光电二极管的光电探测器来检测来自薄膜的反射光，并用一个采样频率为1GHz的采样示波器对探测到的信号随时间的变化进行测量。
在上述文献中，采用脉冲激光作为薄膜熔融用的退火用激光束，具体而言，就是采用脉冲宽度为25ns(在半高全宽处(full width at half maximum，以下称“FWHM”)下的值)，波长为248nm的紫外氪氟(krypton fluorine；KrF)准分子激光。此外，激光能量密度为500mJ/cm2。
除此的外，还有一种用激光束来熔融薄膜，进行退火的结晶化的方法，采用一种脉宽为25ns，波长为308nm左右的，单脉冲能量为1J的氙氯(xenon chlorine；XeCl)准分子激光器，将激光束整形成带状的长光束(350mm×1mm＝3.5cm2)，然后用整形后的光束进行线性扫描，以约300mJ/cm2的能量密度对大面积衬底进行照射，使薄膜结晶化。
一片经过脱氢化处理的，厚度为几十nm的非晶硅薄膜，经过一束激光几十到100ns的退火照射，就会融化，并产生结晶化。当硅熔融时会带有金属性质而增加光反射性，使硅薄膜的光反射强度增加。与上述文献中所示的检测结晶化的方法类似，可以用光探测器测量随着薄膜的融化，反射光强度随着时间的变化。
                              发明内容
现有的监测结晶化的方法一般是，探测光只照射到激光退火，熔化的面积的局部(实际上就是一个点)，而且只有这个局部的反射光被探测到。
薄膜的结晶化，实际上，晶粒的生长速度，方向以及晶粒直径，在用激光退火的过程中，在照射区域内并不均匀。退火激光束的能量受到薄膜图案形状、作为前驱物(precursor)的非晶硅(以下称“a-Si”)薄膜的膜厚偏差等影响，不会像预先估计的那样在薄膜内扩散。因此，结晶粒不会如预期般在薄膜内成长，在退火用激光照射区域内薄膜的结晶化程度产生了参差。
为了要促进薄膜沿着衬底表面方向也就是侧向(lateral)的结晶成长，有时会将退火激光照射区域内的激光能量故意分布不均匀，或是将该激光的照射图案做成非对称形状。在这种情形下，退火用激光的能量也会受到所述的薄膜图案形状以及其它影响，而不会如预先估计的那样在薄膜内扩散。因此，结晶粒不会如预期般在薄膜内均匀地成长。
由于在退火用激光照射区域内薄膜的结晶化程度的非均匀性，会因为对于退火用激光光照射区域也就是薄膜的熔融区域的那个部分处进行光照射，而使得查验薄膜的结晶化的结果产生变化。
根据这种类型的错误的结晶化的测量结果，可能使经过激光退火处理的具有薄膜的薄膜晶体管，具有预定的范围以外的特性，且会在使用此薄膜晶体管作为开关组件的液晶显示装置上产生例如电特性方面的失效。
用这种方法，对于退火用能量束(例如激光光束)进行薄膜的熔融的区域的实际上为1点所在处予以照射监测光，以检测出由该反射光所获得的信息，也即系以1个信息为基础，而藉由光电二极管来检测出薄膜的结晶化。
因此，现有的方法，都是通过光电二极管探测某一点的信息来测量薄膜的结晶化程度，也就是说，这种信息都是通过探测光对退火用的能量束(如激光光束)对薄膜熔融的区域中的一点进行照射，检测反射光所获得的。
本发明的一个目的就在于用高时间分辨率的探测光准确地观察薄膜的结晶化状态，这样就能观测在能量束照射的区域内，从熔化，固化，到结晶状态准确的位置变化。
本发明的结晶化状态的原位置(in-situ)监测方法，是一种在为了使薄膜结晶化以及促进薄膜结晶化程度或至少达到其中一个作用而用能量束照射进行退火处理的过程中对结晶化状态的原位置监测方法，它包括：在所述的能量束照射的前、中间以及的后，至少在中间或的后，把用来监视所述薄膜的结晶化状态的监测光，直接地或透过所述衬底，对具有所述薄膜的表面以及背面的至少其中一面上的预定区域的多个位置，同时进行照射的监测光照射步骤；以及对来自所述监测光的所述薄膜的所述表面或所述背面的反射光以及透过光的至少其中一方的光强的时间变化进行测量，以作为对于所述监视用部位处的位置相关联的光强度分布的测量步骤。
本发明的另一个结晶化状态的原位置监测方法，是一种在为了使薄膜结晶化或促进薄膜结晶化程度而用能量束照射进行退火处理的过程中对结晶化状态的原位置监测方法，它包括：在所述能量线照射的前、中间以及的后，至少在中间或的后，对具有所述薄膜的表面的上的预定区域的多个位置，同时进行照射的监测光照射步骤；以及将来自所述监测光的所述薄膜的反射光或透过光的强度的时间变化进行测量，以作为与所述监视用部位处的位置相关联的光强分布的测量步骤；其中，所述的测量步骤包括：接收来自所述薄膜的反射光和透射光中的至少一束，而通过光电转换产生与所接收的光相对应的电信号；将所产生的电信号传递到一个随着时间变化的电场中；接收所通过的电信号而使与该电信号相对应的投影像成在显示屏上；以及对所述投影像的强度分布的时间变化进行测量。
监测光至少同时照射在每个监测部位上，而且测量各监测部位上与各监测部位的位置相关的光强分布随时间的变化情况。即使在退火用能量束照射区域内的薄膜结晶化程度分布不均匀，也可根据来自各监测部位的光，测量包括时间变化在内的，与各监测部位的位置相关的光强分布，来确认薄膜的结晶化程度的不均匀性，且可准确监视薄膜的结晶化状态。
依据本发明，当被退火的薄膜为，例如非晶硅薄膜时，则在硅开始熔融到固化以及结晶化的前所需要的的熔融结晶化的时间和结晶生长(例如侧面成长)的速度(监测部位的位置信息)将一并被测量。也就是说，可以知道硅的熔融结晶化时的固相与液相间的接口(固液接口)的位置以及移动速度。由于可正确监视硅薄膜的结晶化状态，所以可求得用以照射能量束的条件，例如薄膜由熔融变化到固化的最佳温度走势以及能量束(例如准分子激光)的最佳强度分布(最佳条件)，所以易于进行生产线上的生产管理。
此外，依据本发明，由于可准确监视硅薄膜的结晶化状态，所以可将本发明的结晶化状态的原位置监测方法及装置，有效运用在开发缺陷较少的高品质的结晶化硅薄膜上。
此外，依据本发明，可以根据投影像的强度分布的时间变化，来测量包含显示面上所形成的时间变化在内的，与各监测部位的位置相关的光强分布。而且，可以根据薄膜的结晶化或促进结晶化过程中的由熔融转变到固化的速度来确定测量步骤中电场的时间变化的速率，这样就可以对能量束照射区域中的薄膜从熔融前到熔融、固化以及结晶化的前的膜质变化，进行高时间分解率，实时地且极为准确地监视。
依据本发明，如果采用移相器进行能量束照射，就可以通过探测光在能量束透过移相器进行照射时晶核的形成过程的前和的间的照射，以及探测光在能量束透过移相器进行照射时晶体侧向生长过程的前和的间的照射，可以观察到能量束透过移相器进行照射时晶核的形成过程的前和的间的结晶化状态，以及经过一段时间的薄膜侧向生长后的结晶化状态。以这些监测结果为基础，这样就可以薄膜的侧向结晶成长所需的能量束照射的适当条件。因此，可形成大的结晶粒。例如，在薄膜晶体管的制造中，活性层或沟道可由单个结晶粒形成。也就是说，可以由单个晶粒来形成沟道区域。
所述的监测光照射步骤中的监测光照射，可将所述监测光照射到所述薄膜的狭缝状的的照射区域，这样所述监测光就同时照射在所述多个监测部位。因此，就可有效且准确地监视薄膜的侧向生长过程。
所述能量线照射可由脉冲光进行照射。
在所述量测步骤中，可由高速条形照相机(streak camera)来检测来自所述薄膜的所述监测光的反射光或透射光。这样就可以以高时间分辨率地获得薄膜的熔融前、膜质从熔融到固化以及结晶化的转变速度、以及与熔融区域与非熔融区域相关的位置信息(也就是固液接口的位置)，且可正确地监视薄膜的侧向成长。
或者，也可以将所述的监测光进行整形并照射，使监测光的剖面在所述薄膜上包含所述监测部位，也可将来自所述薄膜的反射光以及透过光中的至少一方整形成带状，使它入射到光电转换器的受光部。这样的话，来自监测部位的光将以带状入射到光电转换部的受光部。
或者，也可将多个所述监测光同时照射在所述的多个监测部位，且将来自所述薄膜的所述表面或所述背面的反射光以及透射光的至少一方的多个光入射到光电转换器，使所述多个光排成一列。
而且，也可以通过一个物镜将所述探测光照射到所述薄膜上，并且可将来自所述薄膜的反射光成像在所述光电转换器的受光部，且将经过所述物镜的所述反射光以及所述透射光中的至少一方，从所述监测光路中分离出来。这样一来，监测光的在薄膜上的入射光线和从薄膜上的反射光线可以通过单独的物镜分别成像。
所述薄膜可由：以硅为主成分的薄膜、氢化非晶硅薄膜、溅镀硅薄膜、硅锗薄膜、以及经脱氢处理的非晶硅薄膜中的的至少一种所构成。
所述监测光对于所述薄膜的入射角度，与所述退火处理的前以及的后的至少一方的所述薄膜的P偏振光的反射强度达到最小的角度相同，而所述监测光对于所述薄膜的入射光可设定成S偏振光或P偏振光。由于以P偏光的反射强度达到最小的角度来测定P偏光的反射光，与使用随机偏光的情况相比，可进行更有效的测定。
而且，还可以将所述监测光的强度分布进行均化。例如，可采用均质器(homogenizer)等适当的透镜光学装置。此外，所述监测光也可为激光。
                              附图说明
图1为本发明的结晶化状态的原位置监测装置的一个实施例的斜视图；
图2为图1中所示的结晶化状态的原位置监测装置的一个实施例中测量装置的斜视图；
图3为本发明的结晶化状态的原位置监测装置的另一实施例的斜视图；
图4为本发明的结晶化状态的原位置测量方法的另一实施例的测量时间t，位置X和监测光强I的间的关系图；
图5为本发明的结晶化状态的原位置监测装置的另一实施例的斜视图；
图6为由移相器所产生的激光强度变化图；
图7为由移相器所产生的激光强度的变化与晶核形成的关系图；
图8(a)到图8(k)为本发明的结晶化状态的原位置监测方法的另一实施例中显示薄膜的熔融前、晶核形成、熔融、固化以及达到结晶化的过程的实时监视结果。
                           具体实施方式
参看图1，采用脉冲激光作为能量束的退火装置10包括：退火用激光装置12；一个可二维移动的试样台18，这个试样台的XY方向的驱动装置图中没有标出；18与衬底16活动地相连接，被退火薄膜14放置在衬底16上。在图中，试料台18仅显示了一部分。
退火用激光源装置12所使用的退火用激光源，可采用如红宝石激光器(ruby laser)，钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet；以下称YAG)激光器、准分子激光器等。
退火用激光源装置12为脉冲激光光源，它输出能将被照射薄膜熔融所需的预设的能量的激光。退火用激光源装置12通常以脉冲时间20到100纳秒(以下称“ns”)产生单脉冲具有约1J的能量。在图中，采用氪氟(以下称“KrF”)激光器作为退火用激光源，例如，以每秒100次的速度产生具有约25ns的脉冲宽度的激光。
退火用激光源装置12可选择例如_5mm的照射面积，作为退火用激光20对被退火薄膜14的照射面积，照射排列在一个平面内的多个被退火薄膜。此外，可选择例如25ns的照射时间，以作为退火用激光20对被退火薄膜14的照射时间。
此处虽未标出，但退火用激光源装置12包含一个激光谐振腔；以及将激光整形成适合照射的光束形状的透镜组。
对被退火薄膜14来说，可采用如：以硅为主要成分的薄膜、氢化非晶硅薄膜、溅镀硅薄膜、硅锗薄膜、以及经脱氢处理的非晶硅薄膜等经过薄膜化的非晶半导体薄膜。在图中，采用经成膜的非晶硅薄膜。对非晶硅而言，通常可采用经脱氢处理的非晶硅。这种薄膜虽然随着膜质的不同造成膜的导电率不同，会有不同的光反射或透射性质，但薄膜的熔融、固化以及变化到结晶化时的反射光或透射光的强度变化的图案基本相同。
对衬底16来说，可采用透明的玻璃衬底，塑料衬底或硅衬底等。在图中，采用透明的玻璃衬底。
具有非晶硅薄膜14的玻璃衬底16活动地安装在试样台18，且定位在预定的位置。在图中，非晶硅薄膜14以及玻璃衬底16仅显示其中的一部分。
退火装置10在图中，还具备有在图中未标出的用来支持该移相器22的移相器支持体，使得移相器22能够工作。移相器22还具有可选择性地将经过该移相器的光的相位进行偏移的偏移部分。具有偏移部分的移相器22能对入射激光束的光产生过滤作用但不会产生光损失(例如光量损失)，而且，将入射到偏移部分的光的强度设定为最小，且通过光强具有反转峰值分布的光。退火用激光20经过移相器22照射到非晶硅薄膜14，形成照射的强度分布。有关于移相器将在后面阐述。
由于非晶硅薄膜14的照射的强度分布，会使激光20相对于该薄膜内的能量分配上产生差异，就能有效进行薄膜的结晶化及结晶化的促进。在图中，e1和e2是激光束20经过移相器22照射产生的照射强度比较大的区域。在区域e1、e2内，所产生的晶粒朝者如非晶硅薄膜14的e2→e1的方向，也就是朝着与衬底表面平行的箭头24的方向生长。
结晶化状态的原位置监测装置26包括：监测用光源装置28；整形光学装置30；均质器(homogenizer)32；成像用的物镜34；反射镜36；以及测量器38。所述的原位置监测的方法，后面将详细介绍，就是指在薄膜的熔融到固化以及结晶化的过程中监视与膜质相关的信息。
监测用的光源装置28的监测激光源，可采用如Ar激光器、氦氖(以下称“He-Ne”)激光器以及YAG激等。这些光源可以产生在光电转换中的光敏面的波长敏感范围内的激光。
监测用光源装置28为连续波激光(Continuous Wave Laser，以下称“CW激光”)光源装置，它可产生10mW的功率以及具有约￠5mm光束口径的激光。从监测用光源装置28照射到衬底的激光光束口径，与退火用激光20光束口径相同，或是比它更小。在中，采用具有约532nm波长的YAG激光作为监测用激光光源。
监测用光源28与一个图中未标出的时间调整装置相连，这个调整装置与退火用激光光源装置12相连。时间调整装置针对退火用激光的开始产生的时间，预先选择性地设定监测光的开始时间，并将用来开始产生监测光的信号送到监测用光源装置28。在图中，与退火用激光开始产生同时，将开始产生监测光的信号从时间调整装置送到监测用光源装置28。
整形光学装置30是用来将发自监测用光源装置28的激光的剖面形状整形成预定的形状的光学装置，它可发挥监测光整形器的作用。在图中，整形光学装置30将发自监测用光源装置28的激光，将激光束整形成一个短边与激光束的区域大小相当，长边远大于短边的矩形剖面形状。
均质器32将经过整形光学装置30的激光，在光剖面中变换成具有均匀光强度分布的激光。例如，在YAG激光剖面中的光强度分布为高斯(gauss)分布，而不是均匀的强度分布。5YAG激光经过均质器32的方式，在光剖面中变换成具有均匀光强度分布的激光。
成像用的物镜34将经过整形光学装置30以及均质器32的均匀的光强分布的矩形剖面的板条状的监测用激光40成像在非晶硅薄膜14上，作为具有该光的剖面的短边与长边特定比率的矩形剖面形状的监测光。
如图所示，激光束40透过玻璃衬底16照射到非晶硅薄膜14的背面，玻璃衬底16的背面，且在非晶硅薄膜14的背面，成像为具有60μm×1μm的尺寸的带状剖面的监测光。
监测用激光40照射以及成像在非晶硅薄膜14的背面，该光的带状剖面的长度方向，与由移相器22所带来的退火用激光照射强度大的区域e1以及e2的长度方向成为直角。在非晶硅薄膜14的背面形成有监测用激光40的照射区域A。
监测用激光40的照射区域A，由作为将包含预先设定的监测用的所在处a1、a2以及a3在内的多个监测部位形成。
照射到非晶硅薄膜14的监测用激光40的至少一部分来自非晶硅薄膜14的背面发出反射光42。监测用激光40的反射光42的强度依赖于：对于非晶硅薄膜14的入射角度；非晶硅薄膜14的折射率与衰减系数所算出的菲涅耳(Fresnel)系数；以及非晶硅薄膜14内的干扰现象。
物镜34还将监测用激光40照射到非晶硅薄膜14的背面的区域A所产生的来自非晶硅薄膜14的反射光42接收。反射镜36为可变反射方向的可动镜，它在反射面接收经过物镜34的反射光42，且改变反射光42的行进方向。
测量器38接收经过反射镜36的反射光42，且使接收的光入射到光电转换面，并用产生光电子的方式进行光电转换，且使经光电转换的光电子通过随时间变化的电场中，并使所通过的电子到达显示面例如萤光体，显示成监测信号。也就是说，将光电子的电子强度，也就是与电子数相对应的投影像P形成在显示面(图中为萤光体)，且对投影像P的强度分布的时间性变化进行测量，并显示在显示部44。电场的时间性变化的比例由薄膜从熔融变化到固化的速度而决定。例如，如果薄膜是在10ns内从熔融变化到固化以及结晶化，则仅需决定能够测量与10ns间的膜质变化相对应的投影像P的强度分布的时间性变化即可。
来自包含监测用激光40的照射区域A内的监测部位a1、a2以及a3在内的所有部位的反射光的强度的时间性变化，都可进行观测或是测量，以作为与这些位置有关联的反射光42的光强度分布。
在图中，以图表将在反射光42的全测定时间T中的测定时刻t与监测部位的带状剖面内的长度方向的位置X间的关系显示在显示部44，两者间的关系与投影像P的强度相关。在第1图中，为易于理解起见，将全测定时间T设定为60ns，且以表示每10ns的时刻t1、t2、t3、......、t6中的反射光42的强度的情况来显示。全测定时间T以及时刻t1、t2、...并不以此为限。
此外，在上述的图表中，为易于理解起见，以实线来表示被退火薄膜熔融而反射光强度较大的时刻，并以虚线来表示被退火薄膜固化而反射光强度较小的时刻。也就是说，实线部显示被退火薄膜处于熔融的液相状态，且实线部的长度M显示各时刻t1、t2、t3、...、t6中的被退火薄膜的熔融宽度。熔融宽度M的时间性变化显示在显示部44。
熔融宽度M的时间性变化显示在显示部44，且熔融宽度M的时间性变化以平面二维的方示同时被观测。也就是说，有关于照射区域A内的所有的监测位置的熔融的时间性变化以平面二维方式同时被观测。
以测量器38而言，可采用能将光学图像变换成光电子束的图像，且能再度变换成光学图像的高速条形照相机(streak camera)的装置。参照第2图，高速条形照相机46包括：开缝板48；透镜群50；光电转换器52；电场产生器54；萤光板56；以及图像测量器58。
开缝板48具有接收反射光42而将反射光42的通过规范成带状的开缝60。透镜群50接收经过开缝60的光，且将接收的光成像在光电转换器52而成为开缝图像PS。
光电转换器52接收经过透镜群50的光，且将与接收的光相对应的光电子释出，而产生光电转换信号。
高速条形照相机为了将光电子取出作为随时间变化的信号，而具备有例如电场产生器54。电场产生器54使在光电转换器52所产生的电子，通过依时间变化的电场。属于静电偏向器的电场产生器54，为了将经光电转换的光电子迅速且有效地成像在萤光板56，它具备有一个使电子加速的加速电极62；还有一个为了根据由扫描电路64产生的触发信号S而动作的扫描电极66，来改变加速电极62中电场E的运动方向；以及使通过扫描电极66的电子进行倍增的电子倍增管68。
实际上，在电子倍增器68形成电子的影像PE，萤光板56接收经过电子倍增器68的电子而形成与该电子相对应的投影像P。
图像测量器58将形成在萤光板56的投影像P的强度分布予以抽出时刻t1、t2、t3、.....的数据，且对于以模拟方式测量的各时间的投影像P的强度分布进行画像处理，再以时系方式显示于显示部44。
高速条形照相机46将监测用激光4进行光电转换成光电子，且将经光电转换后的电子，朝与激光40的带状剖面的长度方向垂直的方向进行扫描。由于投影在萤光板56的投影像P可处理成二次元信息，因此将投影像由CCD照相机进行摄影而变换成数字信息时，则可将该数字信息储存在数字记忆装置，或可交由计算机进行处理。也可将数字信息进行适当地显示。
在图中，还配置有未标出的光检测装置，与未标出的延迟装置，来决定由高速条形照相机46开始测量反射光42的时间。光检测装置通过配置在退火用激光的路径的一部分的未标出的衰减过滤器，而以高速光电二极管对激光进行检测。延迟装置以检测时间为基准，而在经过预先选择性地决定的延迟时间后，才将由反射光42的高速条形照相机46开始进行测定的触发信号输出。再者，针对非晶硅薄膜14由激光的照射而熔融的部分，也可以彩色来显示该部分的温度。例如，600℃以绿色、700℃以黄色、800℃以红色来表示。
其次，参照图1，针对采用结晶化状态的原位置监测装置26的薄膜的结晶化状态的原位置监测方法进行说明。
首先，将具有非晶硅薄膜14的透明的玻璃衬底16安装在试样台18的预定位置，且以XY基座驱动机构而将试样台18移动到预定的位置。
其次，由退火用激光光源装置12，以每秒100次的速率且以约25ns的脉冲宽度来产生设定为预定功率密度的KrF激光，且将该激光经过移相器22而仅以25ns的时间照射在非晶硅薄膜14的表面。
与退火用的KrF激光的开始产生的同时，使监测用的YAG激光开始产生信号，从时间调整装置送到监测用光源装置28，且监测用光源装置28以预定的功率密度发出约532nm的YAG激光光。
所发出的YAG激光经过整形光学装置30、均质器32以及物镜34，并透过玻璃衬底16而在非晶硅薄膜14的背面成像成为具有60μm×1μm的尺寸的带状剖面的监测用激光40。
来自非晶硅薄膜14的反射光42经过物镜34以及反射镜36而入射到测量器38，且使与包含反射光42的时间变化在内的强度分布相对应的投影像的强度分布的时间变化显示在显示部44。也就是说，结晶化状态测量作为与监视用部位处的位置有关联的光强度分布并进行显示。
在以上所说明的结晶化状态的原位置监测装置及方法上，也可将监测光对于被退火薄膜的入射角度，设定成退火处理的前以及的后的至少一方的被退火薄膜的P偏光的反射强度达到最小的角度，即为布儒斯特角(brewster angle)。在此情况下，布儒斯特角依被退火薄膜的光学常数及膜厚、基底衬底的光学常数及厚度、以及在被退火薄膜内的干扰作用而决定。此外，监测光对于被退火薄膜的入射光也可作成S偏光及P偏光的其中的一。P偏光的反射强度的最小值小于S偏光的反射强度的最小值，而与P偏光的反射强度的最大值以及S偏光的反射强度的最大值约略相等。如对P偏光的反射强度进行测量，则由于在反射强度的最小值与最大值上可获得较大的变化，故在提升测量中的S/N比上极为有利。
以上所说明的结晶化状态的原位置监测方法与装置，以及退火方法与装置可变更如下。
退火方法及装置虽在退火处理时采用移相器，但也可以在退火处理时不采用移相器的退火方法及装置。
在结晶化状态的原位置监测方法及装置中，也可将监测光照射在与退火用能量线对于被退火薄膜的照射侧相同的一侧上，也就是被退火薄膜的表面，或可以照射在表背两面上，以取代将监测光照射在与退火用能量线对于被退火薄膜的照射侧的相反侧，也就是被退火薄膜的背面。
在结晶化状态的原位置监测方法及装置中，也可如第3图所示，将接收来自监测用光源装置的监测光的物镜以及接收来自监测光的被退火薄膜的反射光的物镜，作成另外的透镜(例如2个透镜34a、34b)，以取代将接收来自监测用光源装置的监测光的物镜以及接收来自监测光的被退火薄膜的反射光的物镜作成不同的透镜。如第3图所示的退火装置10与第1图所示的退火装置10相同。与第1图相同的部分标记相同符号，且为免重复不再详细的说明。对于结晶化状态的原位置监测装置70与第1图所示的结晶化状态的原位置监测装置26相同的部分，标记相同符号，且为免重复不再详细的说明。
在结晶化状态的原位置监测方法及装置中，也可采用来自监测光的被退火薄膜的透过光来监视被退火薄膜的结晶化状态，且也可采用具有比来自监测光的被退火薄膜的反射光小的强度，且在被退火薄膜内被散射而逸出至该薄膜的外的光来监视被退火薄膜的结晶化状态，以取代采用来自监测光的被退火薄膜的反射光来监视被退火薄膜的结晶化状态。
在结晶化状态的原位置监测方法及装置中，当来自监测光的被退火薄膜的反射光具有较大的强度时，也可将衰减过滤器配置在高速条形照相机的前方。
在结晶化状态的原位置监测方法及装置中，除了前述的带状的监测光的外，也可将监测光的带状剖面的长度方向与直角的方向上具有不同波长的第2监测光，照射在被退火薄膜上，且隔着分光器并采用高速条形照相机来测定其它方向的结晶成长，也即测定熔融区域。
例如，图4所示，除了在由第1监测光来测定来自被退火薄膜的反射光或透过光的测定时刻t与在监测部位的带状剖面内的长度方向的位置X间的关系的外，如果由第2监测光来测量来自被退火薄膜的反射光或透过光的测定时刻t与在各监测部位的反射光强度I在实际时间的变化推移的话，则将可获得包含来自监测光的被退火薄膜的反射光或透过光的光强度的时间性变化在内的光强度分布以作为三次元信息。此光强度的时间变化显示由脉冲宽度25nsec间的激光照射所产生的薄膜的熔融—固化的变化的特性。此外，此特性在薄膜的熔融期间(一般而言为数十毫微秒至数百毫微秒)所测量的。也就是说，可测量作为与监测部位的位置有关联的光强，甚至，也可显示此测量的结果。
在图1中，虽将监测用激光整形成具有60μm×1μm的带状剖面的光，但监测用激光的剖面形状在剖面积以及剖面形状上未必以此为限。例如，在采用发出具有充分的功率的监测光的光源装置时，或在可充分确保从光源装置发出的监测光的功率时，也可将监测光整形成例如具有大面积的圆形或椭圆形的剖面而非带状或矩形的剖面的监测光，且将该整形监测光照射在被退火薄膜，且将来自该薄膜的反射光或透过光，在光电转换器的前侧予以聚光并成像成带状后再整形。
参看图5，说明用来形成具有较大晶粒的(单结晶粒)的退火方法及装置、在退火处理中的结晶化状态的原位置监测方法及装置。
图5中，退火装置72具有与图1所示的退火装置10相同的构造。与图1的相同部分标记相同符号，且为免重复不再详细的说明。
退火装置72在图中还具备有用以支持移相器74的未标出的移相器支持体，使得移相器74能够工作。移相器74具有将经过移相器74的光的相位进行选择性地偏移的偏移部分，在图中就是段差部76。退火用激光2系经过移相器74而照射在非晶硅薄膜14，形成照射的强度分布。
就前述的移相器进行说明。移相器在透明介质例如石英基材里形成厚度的段差，且使在此段差的边界入射的激光与衍射光产生干扰，而对于入射的激光的强度赋予周期性的空间分布。图6显示由移相器所产生的激光强度的变化。图6中，显示针对激光光线20，将形成移相器74的偏移部的段差部76的位置设定成X＝0，且以此为边界在左右加上180度的相位差的情况。也就是说，通过移相器74的较厚部分的激光光线，比通过较薄部分(厚度t)的激光光线迟缓。这些激光光线间的相互干扰与衍射的结果，可获得如图6所示的通过激光光线强度分布。一般而言，如激光的波长为λ时，则对于折射率n的透明介质加上180度的相位差的透明介质的膜厚t以下列公式表示：
t＝λ/2(n-1)....公式(1)
例如，将KrF准分子激光的波长设定为248nm，将在石英基材的248nm光下的折射率设定为1.508时，则加上180度的相位差所需的段差系244nm，在石英基材的预设的位置上加上244nm的段差即可。用在石英基材加上段差的方法，可由如气相或液相的选择蚀刻的方式而形成。在石英基材加上段差的另一方法，由等离子体CVD、减压CVD等方法选择性形成透光膜，例如SiO2。
入射到移相器74的激光的一部分，由于在段差部76的相位差所产生的干扰而使光透过量成为最小N，且穿透过成为光强度急剧下降的光强度分布的光。将显示此最小透过光的光强度分布称为峰值反转图案P。峰值反转图案P的特征入射光线20不显示过滤性的衰减。此特征将产生薄膜的更大的单结晶化。具有此种峰值反转图案P的光强度分布的激光入射到非晶硅层，且使非晶硅层的一部分达到高温，并使周围的低温的硅的一部分形成晶核，在与形成相位差的段差相垂直的方向，也即横方向上产生结晶成长，且形成大的结晶粒。前述峰值反转图案P大致呈楔状(例如为U状或V状)。
非晶硅薄膜14在照射退火用激光光的前处于非熔融状态。当照射监测光而监视结晶化状态时，则即如第8(a)图所示显示在测量器38的显示部44。
以预定的脉冲宽度从退火用激光光源装置12来产生设定成预定的功率密度的KrF激光，且将该激光经过移相器74而照射在非晶硅薄膜14的表面，以进行激光照射。由此，即可在熔点(melting point)以上的激光照射区域下开始非晶硅薄膜14的熔融。当采取第7图的峰值反转图案的激光光强度均在熔点以上的值时，则全体将成为熔融状态。此熔融状态如第8(b)图所示，由监测光显示在测量器38的显示部44。
参照图7说明晶核的生成过程。通过段差部76以及其附近的激光的强度，小于通过移相器74的其它部分的激光光线20的强度。因此，在照射通过段差部以及其附近的激光光线20的非晶硅薄膜14的区域S中的光强度分布如以下所示。区域78的温度在峰值反转图案的最小N的照射区域下，其温度低于非晶硅薄膜14的另一区域80的温度，而且为最小值的前述薄膜14的熔点以下的温度。另一区域80的温度则为前述薄膜14的熔点以上的温度。因此，区域78内的硅的固化将比另一区域80内的硅的固化提前开始(第8(c)图)，的后，另一区域80内的硅即固化，且形成作为侧面方向的结晶成长的起点的核82，并在侧面方向开始结晶成长(第8(d)图)。在此，核82如图7所示，形成在非晶硅薄膜14的区域78内。与图6相同的部分标记相同的符号，且不再详细的说明。
其次，现就结晶化的过程更进一步详细说明如下：
以每秒300次的速率且大约24ns的脉冲宽度从退火用激光光源装置12产生设定成预定的功率密度的KrF激光，且将该激光经过移相器74而仅照射在非晶硅薄膜14的表面25ns的时间。此激光照射强度图案的条件选择性设定成非晶硅薄膜14的区域78内的硅的核82进行熔融的时间为最短时间或不会熔融的程度。
通过段差部76以及其附近的激光的强度，小于通过移相器74的其它部分的激光光线20的强度的最小光强度。照射通过段差部76以及其附近的激光的非晶硅薄膜14的区域78的温度，低于非晶硅薄膜14的另一区域80的温度，使区域78内的硅的核82不会熔融或熔融时间为最短。因此，非晶硅薄膜14的另一区域80内的硅即开始熔融，且熔融区域由热传导而朝向形成有核82的区域78的附近扩散。另一方面，形成核82的区域78以及其附近，仍为非熔融状态或是为极短时间的熔融状态。在测量器38的显示部44中，如第8(e)至(g)图所示，显示出熔融区域随时间经过而扩散的情况。
之后，熔融区域的扩散达到区域78的附近，且产生从熔融到固化的变化，也即产生结晶化。以核82为起点，开始依次向该核的外侧进行已熔融的硅的固化以及结晶化。也就是说，核82即成为侧面方向(如图5所示的箭头符号24的方向)的结晶生长的起点，而且，以核82为基础进行侧面结晶成长，并形成大的结晶粒。在测量器38的显示部44中，显示成如第8(h)至(k)图所示。
以这些在薄膜的熔融前、熔融、固化以及结晶化的过程中实时监视的结果为基础，可求得薄膜的侧面结晶成长所需的能量束照射的适当的条件。因此，可形成大的结晶粒。如此，对于膜厚50nm至300nm程度的非晶Si进行照射数十毫微秒的脉冲光时的由固相到熔融—结晶化的变化，实际上为瞬间的数十毫秒间的现象。此现象为在数十毫秒间的现象，现在对此现象进行测量。可以通过此测量求出最佳结晶化所需的光强分布，且对于广泛的面积实施均匀的结晶化制程。均匀的结晶化制程最适于大画面的液晶显示装置等的显示装置。也就是说，可进行一画面内不会有不均匀、条纹、亮点等的显示，且特别适于数字化以进行高品质画面显示。再者，由于可进行瞬间的测量，如图6、图7所示的峰值反转图案P的扩展宽度W较大的一边可有更大的结晶化，且可求出其最佳扩展宽度W。而且，由于可进行瞬间的测量，故可由峰值反转图案先照射，来显示依次变化的固液接口或测量速度。例如，在薄膜晶体管的制造上，可将活性层也就是沟道区域作成单个结晶粒。也就是说，可实际上以单结晶形成沟道区域。
本发明不限定于上述实施例，只要不脱离本发明的精神及范畴下，可进行各种改变，都属于本发明的保护范围。
附图符号说明：
10、72退火装置                   12    退火用激光光源装置
14    被退火薄膜(非晶硅薄膜)
16    玻璃衬底                   18    试样台
20    退火用激光                 22、74移相器
24    箭头
26、70结晶化状态的原位置监测装置
28    监测用光源装置             30    整形光学装置
32    均质器(homogenizer)        34    物镜
36    反射镜                     38    测量器
40    监测用激光                 42    反射光
44    显示部                     46    高速条形照相机
48    开缝板                     50    透镜组
52    光电转换器                 54    电场产生器
56    萤光板                     58    图像测量器
60    开缝                       62    加速电极
64    扫描电路                   66    扫描电极
68    电子倍增器                 76    段差部
a1、a2、a3监测部位所在处         e1、e2、78、80区域
M     熔融宽度                   T     测定时间
t1、t2、…t6  时刻               X     长度方向的位置

Claims (18)

1.一种结晶化状态的原位置监测方法，用在为了实现薄膜的结晶化以及促进结晶化过程的至少一种过程，而进行能量束照射的退火处理的过程中，其特征在于，它包括：
在所述能量束照射之前、中间以及之后的至少中间或之后，将用来监视所述薄膜的结晶化状态的监测光，直接地或透过所述衬底，对具有所述薄膜的表面以及背面的至少其中一面的预定面积的区域的多个监测部位同时进行照射的监测光照射步骤；
以及将来自所述监测光的所述薄膜的所述表面或所述背面的反射光以及透过光的至少一方的光强度的时间变化进行测量，作为与所述监测部位的位置相关的光强分布的测量步骤。
2.一种结晶化状态的原位置监测方法，用在为了实现薄膜的结晶化以及促进结晶化过程而进行能量束照射的退火处理的过程中，其特征在于，它包括：
在所述能量束照射之前、中间以及之后的至少中间或之后，将用来监测所述薄膜的结晶化状态的监测光，对具有所述薄膜的预定面积的区域的多个监测部位同时进行照射的监测光照射步骤；
以及将来自所述监测光的所述薄膜的反射光或透过光的强度的时间变化进行测量，以作为与所述监测部位处的位置相关的光强分布的测量步骤；
其中，所述的测量步骤包括：接收来自所述薄膜的反射光以及透过光的至少一方，而由光电转换产生与所述所接收的光相对应的电子；使所产生的电子通过随时间变化的电场中；接收所通过的电子而使与通过电子相对应的投影像形成在显示面上；以及对所述投影像的强度分布的时间变化进行测量。
3.如权利要求2所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述测量步骤中的所述电场的时间性变化的速度，与所述薄膜的在结晶化或促进结晶化过程中从熔融变化到固化的速度相等或者为更快的速度。
4.如权利要求1到3中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光照射步骤中的监测光的照射，将所述监测光照射在所述薄膜的开缝状的照射区域，使所述监测光同时照射在所述多个监测部位。
5.如权利要求1或2中所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述能量束照射由脉冲光照射。
6.如权利要求1所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述量测步骤中以高6速条形照相机来检测来自所述薄膜的所述监测光的反射光或透过光。
7.如权利要求1到5中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光照射步骤包括：将所述监测光进行整形并照射，使该监测光的剖面在所述薄膜上包含所述监测部位；以及将来自所述薄膜的反射光以及透过光的至少一方的光进行整形成带状，而使它入射到具有光电接收的光电变换器的受光部。
8.如权利要求1到5中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光照射步骤包括：将多个所述监测光同时照射在所述多个监视用部位处；以及将来自所述薄膜的所述表面或所述背面的反射光以及透过光的至少一方的多个光入射到光电变换器，使所述多个光束排成一列。
9.如权利要求6到8中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光照射步骤进一步包括：由相同的物镜使所述监测光成像在所述薄膜，并且将来自所述薄膜的反射光成像在所述光电变换器的受光部；以及将经过所述物镜的所述反射光以及所述透过光的至少一方的光线，从所述监测光的光路分离开。
10.如权利要求1到9中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述薄膜由：以硅为主要成分的薄膜、氢化非晶硅薄膜、溅镀硅薄膜、硅锗薄膜、以及经脱氢处理的非晶硅薄膜中的至少一种构成。
11.如权利要求1到9中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光对于所述薄膜的入射角度，与所述退火处理之前以及之后的至少一方的所述薄膜的P偏振光的反射强度达到最小的角度相同，而所述监测光对于所述薄膜的入射光光束为S偏振光以及P偏振光的其中的一。
12.如权利要求1到11中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光照射步骤进一步包括将所述监测光的强度分布进行均匀化的步骤。
13.如权利要求1到12中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法，其特征在于，所述监测光为波长在光电面的波长敏感范围内的激光。
14.一种退火方法，采用如采用如权利要求1到13中任一项所述的结晶化状态的原位置监测方法。
15.一种结晶化状态的原位置监测装置，用在为了实现薄膜的结晶化以及促进结晶化的至少一种过程，而进行能量束照射的退火装置，其特征在于，
在所述能量束照射之前、中间以及之后的至少中间或之后，将用来监测所述薄膜的结晶化状态的监测光，直接地或透过所述衬底，对具有所述薄膜的表面以及背面的至少其中一面的预定面积的区域的多个监测部位处，同时进行照射的监测光照射器；
以及将来自所述监测光的所述薄膜的所述表面或所述背面的反射光以及透过光的至少其中一方的光强的时间变化进行测量，以作为与所述监测部位处的位置相关联的光强分布的测量器。
16.一种结晶化状态的原位置监测装置，用于为了实现薄膜的结晶化以及促进结晶化过程而进行能量束照射的退火装置，其特征在于，
在所述能量束照射之前、中间以及之后的至少中间或之后，将用来监测所述薄膜的结晶化状态的监测光，对具有所述薄膜的预定面积的区域的多个监测部位，同时进行照射的监测光照射器；
以及将来自所述监测光的所述薄膜的反射光或透过光的强度的时间变化进行测量，以作为与所述监测部位的位置相关联的光强度分布的测量器，其中，所述测量器包括：由光电面接收来自所述薄膜的反射光以及透过光的至少一方的光，而产生光电子的光电变换器；
使所产生的光电子通过随时间变化的电场中的电场产生器；接收所通过的光电子而将与所通过电子相对应的投影像形成的显示面；以及对所述投影像的强度分布的时间变化进行测量的测量器。
17.如权利要求15或16所述的结晶化状态的原位置监测装置，其特征在于，所述监测光照射器包括将所述监测光整形成带状，使该监测光的剖面在所述薄膜上包含所述多个监测部位。
18.一种退火装置，采用如权利要求15到17中任一项的结晶化状态的原位置监测装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7292320B2 (en) 2004-03-11 2007-11-06 Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. Laser crystallization apparatus and laser crystallization method
CN103076332A (zh) * 2013-01-11 2013-05-01 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种用于测量汽化时间的系统
CN101065829B (zh) * 2004-11-12 2013-08-14 应用材料公司 用于基于退火系统的高功率激光二极管的自动聚焦装置
CN104204777A (zh) * 2012-03-15 2014-12-10 应用材料公司 用于测量结晶硅铸造的单晶晶片的晶体分数的工艺和装置
CN104583712B (zh) * 2012-08-15 2017-12-01 诺威量测设备股份有限公司 用于原位测量的光学计量

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100352005C (zh) * 2002-07-11 2007-11-28 株式会社液晶先端技术开发中心 结晶装置和结晶方法
JP2004128421A (ja) * 2002-10-07 2004-04-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射方法およびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法
DE602004020538D1 (de) * 2003-02-28 2009-05-28 Semiconductor Energy Lab Verfahren und Vorrichtung zur Laserbestrahlung, sowie Verfahren zur Herstellung von Halbleiter.
US8346497B2 (en) 2003-03-26 2013-01-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for testing semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof
US20050189329A1 (en) * 2003-09-02 2005-09-01 Somit Talwar Laser thermal processing with laser diode radiation
DE102004020704A1 (de) * 2004-04-28 2005-11-24 Precitec Kg Sensorvorrichtung zur Erfassung von Strahlung aus dem Bereich einer Wechselwirkungszone zwischen einem Laserstrahl und einem Werkstück sowie Vorrichtung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs und Laserbearbeitungskopf
JP2006093634A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 半導体装置、レーザ光の光強度分布測定方法レーザアニール装置および結晶化方法
US7438468B2 (en) 2004-11-12 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Multiple band pass filtering for pyrometry in laser based annealing systems
US7422988B2 (en) 2004-11-12 2008-09-09 Applied Materials, Inc. Rapid detection of imminent failure in laser thermal processing of a substrate
US7129440B2 (en) 2004-11-12 2006-10-31 Applied Materials, Inc. Single axis light pipe for homogenizing slow axis of illumination systems based on laser diodes
US7135392B1 (en) 2005-07-20 2006-11-14 Applied Materials, Inc. Thermal flux laser annealing for ion implantation of semiconductor P-N junctions
CN101297192B (zh) * 2005-09-09 2012-05-30 萨克米伊莫拉机械合作社合作公司 用于直观监测物体的方法和设备
JP4339330B2 (ja) * 2006-04-19 2009-10-07 日本電気株式会社 レーザ照射方法及びレーザ照射装置
US7674999B2 (en) 2006-08-23 2010-03-09 Applied Materials, Inc. Fast axis beam profile shaping by collimation lenslets for high power laser diode based annealing system
JP5177994B2 (ja) * 2006-11-02 2013-04-10 住友重機械工業株式会社 温度計測装置、及び温度算出方法
JP5071961B2 (ja) * 2006-11-02 2012-11-14 住友重機械工業株式会社 レーザアニール装置、アニール方法、及び溶融深さ測定装置
US7659187B2 (en) 2006-11-03 2010-02-09 Applied Materials, Inc. Method of forming PN junctions including a post-ion implant dynamic surface anneal process with minimum interface trap density at the gate insulator-silicon interface
KR101012931B1 (ko) * 2008-11-17 2011-02-08 신코스모스덴끼 가부시끼가이샤 복수개의 확산감지센서를 가지는 이상발열 감지시스템
KR101012994B1 (ko) * 2008-11-17 2011-02-10 신코스모스덴끼 가부시끼가이샤 이상발열 감지시스템
CN102034684B (zh) * 2010-10-18 2012-11-14 清华大学 硅片激光退火中多梯度温度场的装置和方法
JP5891504B2 (ja) * 2011-03-08 2016-03-23 株式会社Ｊｏｌｅｄ 薄膜トランジスタアレイ装置の製造方法
CN102732960B (zh) * 2011-04-14 2015-07-08 浙江昱辉阳光能源有限公司 晶体硅生长速度的测试方法及系统
JP2014029965A (ja) * 2012-07-31 2014-02-13 Japan Steel Works Ltd:The 被処理体表面のモニタリング方法およびモニタリング装置
CN107665821B (zh) * 2016-07-29 2021-10-01 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种激光退火装置及方法
US10008418B2 (en) * 2016-09-30 2018-06-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of semiconductor integrated circuit fabrication
TWI787263B (zh) * 2017-05-24 2022-12-21 日商東京威力科創股份有限公司 基板處理裝置及基板處理方法
KR101972884B1 (ko) * 2017-06-23 2019-04-26 주식회사 이오테크닉스 용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치
GB2571997B (en) * 2018-03-16 2021-10-27 X Fab Texas Inc Use of wafer brightness to monitor laser anneal process and laser anneal tool
CN108878274B (zh) * 2018-06-26 2020-12-04 上海华力微电子有限公司 快速热退火工艺能力的监控方法
WO2021007585A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Veeco Instruments Inc. Melt detection systems and methods of using the same
CN113912668B (zh) * 2021-10-28 2024-03-08 中国科学院上海应用物理研究所 一种原位结晶装置及方法
WO2023215046A1 (en) * 2022-05-03 2023-11-09 Veeco Instruments Inc. Scatter melt detection systems and methods of using the same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2665231B2 (ja) * 1988-05-13 1997-10-22 浜松ホトニクス株式会社 光波形測定装置
JP3433856B2 (ja) * 1995-02-22 2003-08-04 住友重機械工業株式会社 非晶質薄膜結晶化方法
JPH10144621A (ja) * 1996-09-10 1998-05-29 Toshiba Corp 多結晶シリコンの製造方法、半導体装置の製造方法、液晶表示装置の製造方法、及びレーザアニール装置
JPH11314065A (ja) 1998-02-19 1999-11-16 Fuji Photo Film Co Ltd 塗布方法
US6197623B1 (en) * 1998-10-16 2001-03-06 Seungki Joo Method for crystallizing amorphous silicon thin-film for use in thin-film transistors and thermal annealing apparatus therefor
US6303411B1 (en) * 1999-05-03 2001-10-16 Vortek Industries Ltd. Spatially resolved temperature measurement and irradiance control
JP2001102323A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザアニール装置および薄膜トランジスタの製造方法
JP3733022B2 (ja) * 1999-12-27 2006-01-11 シャープ株式会社 シリコン薄膜の結晶性評価方法および評価装置ならびにレーザアニール法および装置
JP2001308009A (ja) * 2000-02-15 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非単結晶膜、非単結晶膜付き基板、その製造方法及びその製造装置並びにその検査方法及びその検査装置並びにそれを用いた薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイ及び画像表示装置
US6891610B2 (en) * 2000-09-20 2005-05-10 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining an implant characteristic and a presence of defects on a specimen
JP2002141302A (ja) * 2000-11-02 2002-05-17 Mitsubishi Electric Corp レーザアニーリング用レーザ光学系とこれを用いたレーザアニーリング装置
US6970644B2 (en) 2000-12-21 2005-11-29 Mattson Technology, Inc. Heating configuration for use in thermal processing chambers
US6975386B2 (en) * 2001-06-01 2005-12-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Film quality inspecting method and film quality inspecting apparatus
DE10353901A1 (de) * 2002-11-25 2004-06-09 Advanced LCD Technologies Development Center Co., Ltd., Yokohama Verfahren und Vorrichtung zur Bildung eines Substrats für Halbleiter oder dergleichen

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7292320B2 (en) 2004-03-11 2007-11-06 Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. Laser crystallization apparatus and laser crystallization method
CN101065829B (zh) * 2004-11-12 2013-08-14 应用材料公司 用于基于退火系统的高功率激光二极管的自动聚焦装置
CN103441179A (zh) * 2004-11-12 2013-12-11 应用材料公司 用于基于退火系统的高功率激光二极管的自动聚焦装置
CN104204777A (zh) * 2012-03-15 2014-12-10 应用材料公司 用于测量结晶硅铸造的单晶晶片的晶体分数的工艺和装置
CN104204777B (zh) * 2012-03-15 2016-12-14 应用材料公司 用于测量结晶硅铸造的单晶晶片的晶体分数的工艺和装置
CN104583712B (zh) * 2012-08-15 2017-12-01 诺威量测设备股份有限公司 用于原位测量的光学计量
US10197506B2 (en) 2012-08-15 2019-02-05 Nova Measuring Instruments Ltd. Optical metrology for in-situ measurements
CN103076332A (zh) * 2013-01-11 2013-05-01 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种用于测量汽化时间的系统

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Publication number Publication date
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