FR2850461A1 - Procede et appareil pour realiser un substrat pour semi-conducteur ou similaire - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé et un appareil pour déterminer et surveiller les états d'un film mince (F) sur la base d'une modification temporelle de l'indice de réfraction n et d'un coefficient d'extinction k du film mince au cours d'une période de temps allant d'un changement d'état (fusion) du film formant cible de traitement jusqu'à la fin de ce changement d'état (solidification) avec une résolution temporelle élevée de l'ordre de quelques pico secondes.
Description
"Procédé et appareil pour réaliser un substrat pour semi-conducteur ou
similaire"
ARIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un appareil 5 pour déterminer et surveiller les changements d'états d'un film mince semi-conducteur.
Par exemple, en ce qui concerne la production d'un transistor en film mince, pour un élément de commutation, de, par exemple, un appareil d'affichage à cristaux liquides ou d'un i0 appareil d'affichage à électroluminescence organique, M. Hatano, S. Moon, M. Lee, et K. Suzuki (C.P. Grigoropoulos), "Journal of Applied Physics", vol 87, No. 1, 2000, pages 36 à 43, "Excimer Laser-lnduced Temperature Field in Melting and Resolidification of Silicon Thin films" décrit un procédé grâce auquel une position 15 de recuit dans un film mince de silicium amorphe est irradiée avec un rayon lumineux pilote et une intensité de sa lumière réfléchie est détectée, déterminant ainsi les caractéristiques du film mince.
Le document mentionné ci-dessus indique que la lumière réfléchie par le film mince en silicium du rayon lumineux pilote est 20 détectée, par exemple, par un photodétecteur du type photodiode à jonction PN en silicium qui a un temps de réponse d'une nanoseconde (qui sera par la suite nommée "ns"), c'est à dire une résolution temporelle de 1 ns, et une modification temporelle de la forme de l'onde d'un signal de détection est mesurée par un 25 oscilloscope d'échantillonnage qui échantillonne les signaux à une fréquence de 1GHz.
Le film mince de silicium est fondu par irradiation au moyen d'un laser de plusieurs dizaines à 100 nm et est cristallisé lors d'un processus de solidification consécutif, et une croissance 30 de grains cristallins est produite. Il en résulte que le film mince de silicium est modifié du type amorphe en un type polycristallin. Le temps nécessaire depuis l'état de fusion jusqu'à la fin de la solidification est de plusieurs centaines de ns.
Le film mince de silicium est modifié pour avoir des propriétés métalliques dues à la fusion, un coefficient d'extinction "k" est augmenté, une intensité de lumière réfléchie est ainsi augmentée, le coefficient d'extinction k est diminué du fait de la 5 solidification après la fusion, et l'intensité de la lumière réfléchie est ainsi diminuée. La modification temporelle de l'intensité de la lumière réfléchie par le film mince de silicium lors de la fusion et de la solidification est détectée par le photodétecteur, les caractéristiques du film minces sont déterminées, et la cristallinité 10 du film mince est évaluée sur la base de ces caractéristiques.
Toutefois, dans le procédé décrit dans le document cidessus, un seul jeu de données est obtenu chaque 1 ns pour ce qui concerne l'intensité de la lumière réfléchie.
Par exemple, un temps de fusion, un facteur de réflexion 15 ou une transmittance, est obtenu à partir de ce seul jeu de données et il est ainsi difficile de déterminer des caractéristiques optiques importantes du film mince telles qu'un indice de réfraction et un coefficient d'extinction de manière à évaluer le degré de progression selon lequel le film est cristallisé.
De plus, il est pratiquement impossible de mesurer une modification de l'intensité de lumière réfléchie concernant un processus de fusionsolidification de plusieurs centaines de ns, c'est à dire un degré de progression selon lequel le film mince est cristallisé avec une résolution temporelle supérieure à 1 ns.
En conséquence, selon l'art antérieur, les caractéristiques du film mince ne peuvent pas être spécifiées correctement, et on sait que un défaut, par exemple, sur des caractéristiques électriques affecte un appareil d'affichage à cristaux liquides ou similaire quand on utilise un transistor à film mince en tant 30 qu'élément de commutation dont les caractéristiques du film mince ont été évaluées sans fiabilité.
Claims (28)
1. Procédé de surveillance des états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: - irradier, avec un rayon lumineux pilote, au moins une 5 position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui peut assurer un traitement ou une finition prédéterminés; détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par le rayon lumineux pilote au moyen d'un 10 mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière; et - mesurer une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie détectée par le mécanisme sensible à la lumière.
2. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à: - calculer une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction de la cible de traitement sur la base de la mesure de la modification temporelle dans la 20 distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
3. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme sensible à la lumière comporte une surface de fluorescence en forme de bande qui s'étend selon une seule 25 direction arbitraire.
4. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mesure de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie consiste à produire des 30 électrons correspondant à la lumière réfléchie par le mécanisme sensible à la lumière, à guider les électrons produits vers la surface de fluorescence en forme de bande s'étendant selon une direction arbitraire au moyen d'un champ électrique qui varie en fonction du temps, et à obtenir des données pour chaque instant d'acquisition sur la surface à fluorescence.
5. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon la revendication 4, caractérisé en ce que les données sont 5 référencées sur la base de l'indice de réfraction et du coefficient d'extinction.
6. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le film mince est composé d'au moins un film choisi parmi un film mince 10 contenant du silicium en tant que composant principal, un film mince hybride contenant du silicium amorphe, un film mince de silicium vaporisé, et un film mince de silicium amorphe déshydraté.
7. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon 15 l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rayon lumineux pilote comporte un rayon lumineux laser et est concentré sur le film mince à travers un système à lentilles.
8. Procédé de surveillance des états d'un film mince selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rayon 20 lumineux pilote comporte un rayon lumineux dont une direction de polarisation est réglée selon une direction spécifique.
9. Appareil (1, 20) pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement, caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif (3) de production d'une lumière pilote qui permet d'irradier, au moyen d'un rayon lumineux pilote, au moins une position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui permet d'assurer un traitement ou une finition prédéterminée; - un mécanisme sensible à la lumière (5, 55) qui détecte un rayon de lumière réfléchi produit à partir de la cible de traitement par le rayon lumineux pilote,et qui détecte des électrons correspondant au rayon de lumière réfléchi et/ou un rayon lumineux obtenu en convertissant les électrons correspondant au rayon de lumière réfléchi; et - un mécanisme de mesure de lumière réfléchie (55, 7) qui mesure une modification temporelle dans une distribution 5 angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie détectée par le mécanisme sensible à la lumière.
10. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - un mécanisme de traitement de signal (7) qui calcule une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction de la cible de traitement sur la base de la mesure de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi mesurée par le 15 mécanisme de mesure de lumière réfléchie.
Il. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - un dispositif (7, 71) de détermination qui détermine un 20 état de finition d'une cible de traitement sur la base de la modification temporelle de l'indice de réfraction et du coefficient d'extinction de la cible de traitement calculée par le mécanisme de traitement de signal.
12. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un 25 état de finition d'une cible de traitement selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - un mécanisme d'amplification de lumière qui multiplie l'intensité d'un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement irradiée par le rayon lumineux pilote après que cette 30 lumière pénètre dans le mécanisme sensible à la lumière.
13. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le mécanisme de mesure de lumière réfléchie comporte une caméra à balayage de fente (55).
14. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement selon l'une des 5 revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le mécanisme d'amplification de lumière comporte un amplificateur d'image.
15. Appareil pour surveiller un état de traitement et/ou un état de finition d'une cible de traitement selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le mécanisme io d'amplification de lumière comporte une galette de microcanaux.
16. Appareil (1, 201) pour surveiller les états d'un film mince semiconducteur irradié par un faisceau laser de recuit, caractérisé en ce qu'il comporte: - un irradiateur (3) de lumière pilote qui irradie avec un 15 rayon de lumière pilote une position irradiée avec le faisceau laser; et - un dispositif (5, 55) de mesure de lumière réfléchie qui reçoit du film mince un rayon lumineux réfléchi du rayon lumineux pilote, qui comporte une surface sensible à la lumière comportant 20 une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière, et qui mesure une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
17. Appareil pour surveiller les états d'un film mince semiconducteur irradié par un faisceau laser de recuit, selon la 25 revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un dispositif de traitement de signal (7) qui calcule une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction du film mince sur la base de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
18. Appareil pour surveiller les états d'un film mince semiconducteur irradié par un faisceau laser de recuit, selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que la surface sensible à la lumière (65) comporte une surface de fluorescence ayant une forme de bande plane.
19. Appareil pour surveiller les états d'un film mince semiconducteur irradié par un faisceau laser de recuit, selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que le dispositif (205) de mesure de la lumière réfléchie comporte une partie de 5 conversion photoélectrique qui produit des électrons correspondant au rayon lumineux réfléchi reçu sur la surface photoélectrique, et une partie de production d'un champ électrique qui fait passer les électrons produits à travers un champ électrique qui varie en fonction du temps.
20. Appareil pour surveiller les états d'un film mince semiconducteur irradié par un faisceau laser de recuit, selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un système optique à lentilles (33) qui concentre le rayon lumineux pilote sur le film mince et qui est traversé par le rayon 15 lumineux réfléchi.
21. Appareil (201) pour surveiller les états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il comporte: - un irradiateur (303) de la lumière pilote qui irradie un rayon lumineux pilote en lumière polarisée selon une direction de 20 lumière polarisée choisie selon une direction prédéterminée, le rayon lumineux pilote étant concentré sur le film mince à travers un système à lentilles; et - un dispositif (305) de mesure de lumière qui reçoit un rayon lumineux réfléchi par le film mince du rayon lumineux 25 pilote, qui comporte une surface sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière, et qui mesure une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
22. Appareil (201, 501) pour surveiller les états d'un film 30 mince, caractérisé en ce qu'il comporte: - un irradiateur (303) de lumière pilote qui irradie un rayon lumineux pilote en lumière polarisée selon une direction de lumière choisie selon une direction prédéterminée, le rayon lumineux pilote étant concentré sur le film mince à travers un système à lentilles; - un premier dispositif (305, 405A) de mesure de lumière qui reçoit un rayon lumineux réfléchi par le film mince du rayon 5 lumineux pilote, qui comporte une première surface sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière, et qui mesure une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi; et - un deuxième dispositif (305, 405B) de mesure de lumière qui reçoit un rayon lumineux réfléchi par le film mince du rayon lumineux pilote, qui comporte une deuxième surface sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière et dont chacun est agencé 15 orthogonalement au premier dispositif de mesure de lumière, et qui mesure une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
23. Appareil (501) pour surveiller les états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il comporte: - un irradiateur (303) de lumière pilote qui irradie un rayon lumineux pilote en lumière polarisée selon une polarisation choisie parmi les polarisation de type S et de type P, le rayon lumineux pilote étant concentré sur le film mince à travers un système à lentilles; - un dispositif (405A, 405B) de mesure de lumière qui reçoit un rayon lumineux réfléchi par le film mince du rayon lumineux pilote, qui comporte une surface sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière, et qui mesure une modification temporelle 30 dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
24. Appareil (201, 501) pour surveiller les états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il comporte: - un irradiateur (303) qui irradie un rayon lumineux pilote en lumière polarisée selon une polarisation choisie parmi les polarisations de type S et de type P, le rayon lumineux pilote étant concentré sur le film mince à travers un système à lentilles; 5 - un premier dispositif (305, 405A) de mesure de lumière qui reçoit du film mince un rayon lumineux réfléchi du rayon lumineux pilote, qui comporte une première surface sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière, et qui mesure une modification 1o temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi; et - un deuxième dispositif (305, 405B) de mesure de lumière qui reçoit un rayon lumineux réfléchi par le film mince du rayon lumineux pilote, qui comporte une deuxième surface sensible à la 15 lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière et dont chacun est agencé orthogonalement au premier dispositif de mesure de lumière, et qui mesure une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
25. Appareil (201, 501) pour surveiller les états d'un film mince selon l'une des revendications 21 ou 23, caractérisé en ce qu'il comporte de plus: - un dispositif de traitement de signal (7) qui calcule une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un 25 coefficient d'extinction du film mince sur la base de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi.
26. Appareil (201, 501) pour surveiller les états d'un film mince selon l'une des revendications 22 ou 24, caractérisé en ce 30 qu'il comporte de plus: - un dispositif de traitement de signal (7) qui calcule une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction du film mince sur la base de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité du rayon lumineux réfléchi détectée par le premier et le deuxième dispositif de mesure.
27. Procédé de surveillance des états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: - irradier, avec un rayon lumineux en lumière polarisée selon une direction de polarisation prédéterminée, au moins une position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui permet un traitement ou une finition prédéterminés; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière; et - mesurer une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie détectée par le mécanisme sensible à la lumière 28. Procédé de surveillance des états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: - irradier, avec un rayon lumineux pilote en lumière polarisée selon une direction de polarisation prédéterminée, au moins une position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui permet d'assurer un traitement ou une finition prédéterminés; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement continus et sensibles à la lumière; - mesurer une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie détectée par le mécanisme sensible à la lumière; et - calculer une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction de la cible de traitement sur la base de la mesure de la modification temporelle dans la distribution angulaire de l'intensité de la lumière réfléchie.
29. Procédé de surveillance des états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: - irradier, avec un rayon lumineux pilote en lumière polarisée choisie parmi les polarisations de type S et de type P de directions de polarisation orthogonales, au moins une position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui permet d'assurer un traitement ou une finition 10 prédéterminés; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la première lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un premier mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement 15 continus et sensibles à la lumière; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la deuxième lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un deuxième mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement 20 continus et sensibles à la lumière agencés orthogonalement aux éléments sensibles à la lumière du premier mécanisme sensible à la lumière; et - mesurer une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité des première et deuxième 25 lumières détectées chacune par les premier et deuxième mécanismes sensibles à la lumière.
30. Procédé de surveillance des états d'un film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: - irradier, avec un rayon lumineux pilote en lumière 30 polarisée selon une polarisation choisie parmi les polarisations de type S et de type P de directions de polarisation orthogonales, au moins une position d'une cible de traitement qui est irradiée avec une énergie lumineuse qui permet d'assurer un traitement ou une finition prédéterminés; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la première lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un premier mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement s continus et sensibles à la lumière; - détecter un rayon lumineux réfléchi produit à partir de la cible de traitement par la deuxième lumière polarisée du rayon lumineux pilote au moyen d'un deuxième mécanisme sensible à la lumière comportant une pluralité d'éléments sensiblement 1o continus et sensibles à la lumière agencés orthogonalement aux éléments sensibles à la lumière du premier mécanisme sensible à la lumière; - mesurer une modification temporelle dans une distribution angulaire de l'intensité des première et deuxième 15 lumières détectées chacune par les premier et deuxième mécanismes sensibles à la lumière; et - calculer une modification temporelle d'un indice de réfraction et d'un coefficient d'extinction de la cible de traitement sur la base de la mesure de la modification temporelle dans la 20 distribution angulaire de l'intensité des première et deuxième lumières réfléchies.
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