KR100816968B1 - 반도체 소자 제조 방법 및 반도체 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법 및 반도체 검사 장치에 있어서, 도 2의 흐름도에 도시된 바와 같이 레이저 처리 단계(13)에서 SPC 단계(12)를 거친 기판들로부터 추출된 모니터 기판의 상이한 지점에서 상이한 레이저 전력으로 레이저 처리를 수행하여 기판의 전체 영역에 걸쳐 다결정 실리콘 막을 형성한다. 그 후, 최적의 레이저 전력 검사/추출 단계(14)에서는 모니터 기판 상의 막질을 가변시켜 형성된 다결정 실리콘 막이 검사 설비 상에서 검사되어 최적의 레이저 전력이 결정된다. 이후, 레이저 처리 단계(13)에서는 SPC 단계(12)를 거친 후속 기판들의 표면이 레이저에 의해 최적의 레이저 전력으로 조사된다. 따라서, 고품질의 다결정 실리콘 막이 기판의 전체 영역에 형성된다.
모니터 기판, 레이저 전력, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 레이저 처리

Description

반도체 소자 제조 방법 및 반도체 검사 장치{METHOD FOR FABRICATING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND APPARATUS FOR INSPECTING A SEMICONDUCTOR}
본 발명은 박막 트랜지스터들(이하 TFT들)로 구성된 회로가 삽입된 반도체 소자 및 반도체 검사 장치에 관한 것이다.
다결정 실리콘 막을 이용하는 TFT들은 고성능을 위해 많은 제조사들에 의해 치열한 경쟁을 통해서 연구 개발되어 왔다. 예를 들어 미래의 시트 컴퓨터(sheet computer) 등을 실현하고자 하는 관점에서 그러한 TFT들의 다양한 시스템화가 진행되고 있다. 액정 표시 장치의 고성능을 얻는 방법 중 하나는 TFT들의 캐리어 이동성을 증가시키는 것이다. 이러한 목적을 위해, TFT들에의 적용시 다결정 실리콘 막이 비정질 실리콘 막을 대신하고 있다. 다결정 실리콘 막을 이용하는 TFT들에 있어서, 다결정 실리콘 막의 성능과 품질은 TFT 특성을 높이는 핵심이 되므로, 다결정 실리콘 막의 고성능과 고품질을 담보할 수 있는 신뢰성 있는 제조 방법이 점점 더 필요한 실정이다.
다결정 실리콘 막을 이용하는 TFT들은 예를 들어 먼저 화학 증기 성장법으로 유리 기판에 비정질 실리콘 막을 형성하고 이 후에 비정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변형시켜서 제조된다. 여기서 다결정을 얻어내는 한 방법은 레이저 처리에 의한 것인데, 이 처리에서, 유리 기판에 형성된 비정질 실리콘 막을 엑사이터 레이저(exciter raser)로 조사하면 다결정 실리콘 막으로 변형된다. 레이저 처리에 의한 결정화는 유리 기판의 변형점(strain point) 미만의 저온에서 수행될 수 있어, 값비싼 방열 수정 기판을 사용하지 않아도 된다는 장점이 있다. 이러한 장점은 다수의 학술 기관과 산업체에서 레이저 처리에 의한 결정화 개발에 치열한 경쟁을 유도하고 있다. 더욱이, 좀더 강화된 TFT 특성을 얻기 위해 레이저 처리에 의한 결정화에 있어 보다 큰 그레인 사이즈(grain size)를 얻기 위한 기술이 개발되고 있다.
레이저 처리에 의한 결정화에 있어 보다 큰 그레인 사이즈를 얻기 위해 개발된 종래의 한 기술은 CGS(continuous grain silicon) 방법이라고 불리는 방법이다. 이 방법에서 다결정 실리콘 막은 촉매를 이용하여 형성된다. 본 출원인은 이 방법을 개발하고 있는데 있어 누구 보다도 앞선 선구자이다. 이 방법에 따르면, 결정화를 촉진시키는 금속 성분(예를 들어, 니켈)을 비정질 실리콘 막에 첨가하고 나서 금속 성분이 첨가된 영역에서 시작해서 결정 실리콘이 형성되도록 가열하고(SPC 단계), 뒤이어 레이저 처리를 하면 비정질 실리콘 막의 거의 전체 영역에 걸쳐서 결정화가 확산된다. 이 방법으로 100 cm2/Vs 이상의 캐리어 이동도를 가진 고성능 다결정 실리콘을 생산할 수 있다.
종래에 개발된 보다 큰 그레인 사이즈를 얻기 위한 다른 방법들 중에는 다수의 단계로 수행되는 레이저 처리를 포함하는 방법이 있다.
그러나, 레이저 처리에 의한 결정화는 다음과 같은 단점들을 가지고 있다. 결정화가 진행됨에 따라 예를 들어 1 ㎛ 이상의 그레인 사이즈를 가진 그레인 경계들이 다결정 실리콘 막에 형성된다. 그레인 사이즈가 증가함에 따라서, 결정 그레인들을 밀어 올리는 식으로 그레인 경계를 따라 다결정 실리콘 막에 성장하는 돌출부들(projections)이 확대되어, 다결정 실리콘 막의 표면 불규칙(표면 거칠기)이 증가된다.
더욱이, 레이저 처리를 최적의 레이저 전력 값보다 훨씬 더 낮은 레이저 전력으로 수행하면, 비정질 실리콘이 완전하게 결정화되지 않는다. 높은 레이저 전력에서 결정화가 진행되지만, 최적의 레이저 전력값보다 약간만 더 높은 레이저 전력을 이용해도 비정질 실리콘의 재결정화가 촉진되어 다결정 실리콘 막에 나쁜 특성이 나타나게 된다.
더욱이, 레이저 처리 장치의 레이저 전력은 초기 설정된 레벨로부터 시간에 따라 변하므로 유리 기판에 형성된 비정질 실리콘 막의 품질이 시간에 따라서 변한다. 이는 다결정 실리콘 막의 안정된 형성을 방해한다.
앞서 설명한 바와 같이, 레이저 처리에 의해 생성된 다결정 실리콘 막은 처리되는 레이저 전력에 의해 민감한 영향을 받는다. 그러므로 적절한 레이저 전력을 설정하는 것이 매우 중요하다.
이러한 이유로, 모니터링 방법들이 발표되고 제안되어 왔는데, 이 방법에 따르면, 결정된 최적의 레이저 전력 값으로 레이저 처리 단계가 수행되도록 최적의 레이저 전력 값을 결정하는 단계를 제조 공정이 부가적으로 포함하고 있다(예를 들 어, 여기에서 특허 공보 1로서 언급한 일본 특허 출원 공개 번호 2001-257176 참조).
앞서 설명한 단계를 부가적으로 포함하고 있는 반도체 소자 제조 방법에서는 최적의 레이저 전력 값을 특정 범위로 설정할 수 있다.
그러나, 종래에는 비정질 실리콘 막을 변형하기 위한 하나 이상의 단계를 포함하는 예비처리가 행해진 기판에 최적의 레이저 전력을 설정할 수 있게 하는 모니터링 방법은 설명된 바가 없다. 그러므로, 모니터 기판을 생산하는데 이용되며 이 생산 과정에서 최적의 레이저 전력이 결정되는 제조 공정과, 제품 기판을 생산하는데 이용되며 이 생산 과정에서 이런 방식으로 결정된 레이저 전력으로 레이저 처리가 수행되는 제조 공정은 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 공정 흐름도에 도시된 바와 같이, 촉매가 첨가되어 가열되는 SPC 단계(2)를 거치지 않은 비정질 실리콘 막을 가진 모니터 기판의 경우에 레이저 전력은 최적의 전력 검사/추출 단계(4)에서 결정될 가능성이 있다.
더욱이, 종래에는 최적의 레이저 전력을 결정하기 위해 최적의 전력 검사/추출 단계(4)에서 얻어진 결과를 어떻게 평가해야 하는지, 그리고 자동 승인 및 거절에 대한 절대 기준에 대한 평가를 어떻게 해야 하는지에 대한 상세한 설명이 없었다.
앞서 설명한 바와 같이, 실제로, 레이저 처리 단계는 항상 최적의 레이저 전력으로 수행되는 것이 아니므로 낮은 성능과 품질을 가진 비정질 실리콘 막이 생산된다. 그래서 다결정 실리콘 막을 생산하는데 있어서 좀더 최적의 레이저 전력을 설정해야 할 필요가 있다.
앞서 설명한 종래의 문제점들을 비추어 볼 때, 본 발명의 목적은 비정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변형하기 위해 수행되는 레이저 처리 단계에 이용되는 레이저 전력을 좀더 최적화함으로써 향상된 성능과 품질을 가진 다결정 실리콘 막이 생산되게 하는 반도체 소자 제조 방법 및 반도체 검사 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 반도체 소자를 제조하는 방법은 기판에 비정질 실리콘 막을 형성하는 막 형성 단계; 상기 비정질 실리콘 막이 다결정으로 만들어지도록 준비하기 위해 상기 비정질 실리콘 막을 변형하는, 1 이상의 단계로 수행되는 예비처리 단계; 및 상기 예비처리 단계를 통해 변형된 상기 비정질 실리콘 막에 레이저 처리를 수행하여 다결정 실리콘 막을 생성하는 레이저 처리 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 예비처리 단계를 거친 상기 비정질 실리콘 막의 선정된 영역에, 조사 위치의 이동에 따라 레이저 전력을 변화시키면서 레이저 처리를 행하고, 상이한 레이저 전력으로 상기 레이저 처리가 행해진 복수 위치 각각에 대해 선정된 검사를 행하고, 이 검사를 근거로 레이저 전력을 결정하는 레이저 전력 검사/추출 단계를 더 포함한다. 상기 레이저 처리 단계는 상기 레이저 전력 검사/추출 단계에서 결정된 상기 레이저 전력을 이용한다. 이 방법에 의하면, 좀더 최적의 레이저 전력으로 다결정 실리콘 막을 생산하면 대량 생산된 제품의 품질이 향상되고 안정된다. 최적의 레이저 전력은 레이저 처리되기 전에 비정질 실리콘 막의 두께와 품질에 따라서 변하지만, 본 발명에 따르면 각각의 개별적인 제품 기판에 대해 결정된 최적의 레이저 전력으로 다결정 실리콘 막을 생산하는 것이 가능하다. 이는 모니터 기판을 이용하는 방법에 비해 추가의 재료 및 필요한 제조 단계를 줄여주며, 이는 생산 효율을 높이는데 도움을 준다.
반도체 소자를 제조하는 앞서 설명한 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 분광학을 이용하는 검사를 통해서 레이저 전력을 결정할 수 있다. 이는 높은 정확성과 안정성을 갖는 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있게 해 준다. 또한 분광학 장비의 메인 유닛으로부터 측정 지점까지 광섬유를 조밀하게 배치하는 것이 가능하다.
반도체 소자를 제조하는 앞서 설명한 방법에 있어서, 분광학은 700 nm 내지 800 nm의 측정 파장으로 수행될 수 있다. 이 파장 범위 내의 분광학적 특성은 유일하게 고품질 다결정 실리콘 막에서 관측되므로 고품질의 다결정 실리콘 막이 생성되는지 여부의 검사가 가능해진다. 더욱이, 이 측정은 308 nm 파장을 갖는 엑셀 레이저 처리 광에 의한 영향을 받지 않고 레이저 처리실 내에서 또는 근처에서 수행될 수 있다.
앞서 설명한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 촬상을 이용하는 검사를 통해서 레이저 전력을 결정할 수 있는데, 이 검사에서는 측정 지점을 목표로 해서 얻은 이미지를 검출하기 위해 측정 지점에 광을 비춘다. 본 발명에 의하면, 좀더 정밀하고 안정한 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있다. 더구나, 획득한 이미지로부터 막 표면의 불규칙도 검출할 수 있다.
촬상을 이용하는 상술한 검사는 이물질의 존재나 막질의 이상(abnormality)을 검사할 수도 있다. 본 발명에 의하면, 생산된 다결정 실리콘 막에 이상이 있는지 여부를 쉽게 검사할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 분광학이나 촬상을 이용하는 검사는 측정 광을 측정 지점 주위로부터 측정 지점에 비추어서 수행할 수 있다. 이 방법으로 인해 다결정 실리콘 막의 결정이 랜덤하게 또는 규칙적으로 방향성을 가지고 있는지 여부에 관계없이 일정한 측정 환경속에서 분광 특성 및 휘도의 값을 측정할 수 있다.
상술한 반도체 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 레이저 처리 단계에서 레이저 처리를 수행하는 레이저 처리 설비 근처에서 수행된다. 이는 결정된 레이저 전력을 레이저 처리 설비로 신속하게 피드백할 수 있게 해 준다. 특히, 레이저 전력이 제품 기판의 사용에 의해 결정되는 경우에, 즉시 레이저 처리를 수행할 수 있다. 그러므로, 레이저 처리 설비의 광원의 시간-관련 불안정성을 고려할 필요없이 다결정 실리콘 막을 생산할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 기판 위의 막 표면을 검사한다. 레이저 처리 단계 후에 다결정 실리콘 막 위의 줄무늬형 패턴을 검사함으로써 레이저 처리를 수행할 때의 레이저 전력이 최적의 레이저 전력에 비해 너무 낮은지 또는 너무 높은지를 판정할 수 있다. 그러므로, 레이저 전력을 적절하게 시간에 따라 변하게 할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 다결정 실리콘 막을 검사하기 위한 검사 기능과 레이저 전력을 결정하기 위한 검사 기능을 갖춘 설비를 이용하여 검사를 수행할 수 있다. 이는 설비의 풋프린트(footprint)를 감소시켜 제조 설비 투자비가 감소된다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 측정 결과를 평가하기 위한 측정 고정-량 값(measurement fixed-quantity value)을 설정할 수 있다. 이 측정 고정-량 값은 다결정 실리콘 막 및 비정질 실리콘 막의 분포, 전이, 및 특성의 허용가능성을 평가하는데 이용할 수 있다.
측정 고정-량 값은 캘리브레이션 기판이 상부에 놓여있으며 캘리브레이션을 수행하기 위한 기능을 갖춘 설비를 이용하여 결정될 수 있다. 이것은 측정 정확성을 증가시킨다. 특히 캘리브레이션 기판을 배치하면 캘리브레이션 설비 내로 캘리브레이션 기판을 넣고 빼내게 하는 메카니즘이 필요 없게 된다. 이는 측정 싸이클을 짧게 해준다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 다결정 실리콘 막을 검사 하는 기능과, 최적의 레이저 전력 값을 자동으로 결정하고 자동으로 결정된 최적의 레이저 전력 값을 레이저 처리 설비로 자동으로 공급하는 기능을 가지고 있는 설비를 이용하여 검사를 수행할 수 있다. 종래에는, 사람이 최적의 레이저 전력을 결정하여 이를 레이저 처리 설비에 세팅하였는데, 이는 휴먼 에러에 쉽게 노출되는 결과를 초래한다. 반대로, 본 발명에 있어서는, 이러한 휴먼 에러를 제거할 수 있다. 더욱이, 레이저 처리 설비에 레이저 전력을 효율적으로 세팅할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 처리 단계는 레이저 전력 검사/추출 단계에서 결정된 최적의 레이저 전력 값보다 5 mJ 또는 10 mJ 낮은 레이저 전력을 이용할 수 있다. 레이저 처리가 레이저 전력 검사/추출 단계에서 결정된 최적의 레이저 전력 값으로 수행되면, 최적의 레이저 전력 값의 표면내 분포의 영향을 받아서 레이저 처리는 실질적으로 최적의 레이저 전력 값보다 큰 레이저 전력으로 수행될 수 있다. 다결정 실리콘 막을 최적의 레이저 전력 값보다 높은 레이저 전력으로 레이저 처리할 때, 그것의 성능 및 품질이 급격하게 떨어진다. 본 발명에 따르면 표면내 분포에 의한 영향을 받지 않고 안정한 다결정 실리콘 막을 장기간 동안 생성할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 다결정 실리콘 막에 대해 다중점 측정 검사(multi-point measurement inspection)를 수행할 수 있다. 다결정 실리콘 막에 있어서, 막의 두께 및 품질이 기판마다 다르기 때문에 최적의 레이저 전력의 분포가 존재한다. 또한 예를 들어 레이저 처리 설비의 렌즈와 같은 광학 구성 요소의 특성 및 조정(adjustment)의 변동에 기인하여 레이저 처리 설비의 한 부분으로부터 다른 부분까지 분포가 존재한다. 그러므로, 기판에서의 최적의 레이저 전력 분포를 측정함으로써 소정의 제조 조건 하에서 레이저 처리 설비의 주어진 부분에 대한 최적의 레이저 전력의 경향(trend)을 파악할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 레이저 처리 전에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 기판 상의 막을 검사할 수 있다. 이것은 다결정 실리콘 막의 성능 및 품질을 안정화시켜 수율을 증가시킨다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 레이저 처리 후에, 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 기판 위의 막을 검사한다. 레이저 처리 후에 결정화되지 않고 남아있는 비정질 실리콘 막을 신속하게 검사함으로써, 예를 들어 레이저 처리 단계에서의 이상 및 광학 시스템의 이상에 의해 생긴 성능 이상을 신속하게 검출할 수 있다. 그러므로, 초기 단계에서 이상을 검출해서 이에 대한 조치를 취할 수 있다.
상술한 반도체 소자 제조 방법에 있어서, 레이저 전력 검사/추출 단계는 레이저 처리 전 및 후에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 기판의 막을 검사할 수도 있다. 본 발명에서는 레이저 처리 전 및 후에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 비교함으로써 결함의 원인을 용이하게 찾아내어 대량 생산에 있어서의 손실을 효율적으로 줄일 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체 검사 장치는 광을 조사하는 제1 발광부를 구비하고, 상기 제1 발광부로부터 발광되어 선정된 기판에서 반사된 반사광을 분광하는 분광 장치; 광을 조사하는 제2 발광부를 구비하고, 상기 선정된 기판에 광을 조사하는 조명 부재; 상기 선정된 기판으로부터 반사된 반사광을 입사 받고, 이 입사된 광을 확대하는 확대부; 상기 확대부에 의해 확대된 상기 입사 광을 이미지 데이타로 변환하는 카메라부; 상기 분광 장치에서 측정된 분광 데이터 및 상기 카메라부에서 얻어진 상기 이미지 데이터를 입력 받고, 입력된 데이터의 처리를 행하는 처리부; 상기 선정된 기판에 조사하는 레이저 광의 레이저 전력 값을 결정하기 위한 평가 조건이 저장된 저장부; 상기 분광 데이터 및 상기 이미지 데이터 중 적어도 하나를 상기 처리부에서 처리하여 얻어진 데이터와, 상기 저장부에 저장된 상기 평가 조건으로부터 상기 레이저 전력 값을 결정하는 평가부; 및 외부 장치와의 통신 접속을 확립하고 상기 레이저 전력 값을 상기 외부 장치로 전송하는 송신부를 포함하고 있다. 본 발명에 따르면, 사용자가 디스플레이부에 표시된 측정 결과들로부터 최적의 값을 판독해서 최적의 값을 외부 장치로 전송해야 하는 필요성을 없애 준다. 그러므로, 데이타를 공급하는데 있어서의 휴먼 에러를 없앨 수 있고 자동화의 결과로 시간 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 구성의 경우, 예를 들어 분광 데이터와 이미지 데이터의 양쪽을 이용하여 레이저 전력 값을 결정하는 구성이므로, 보다 적절한 레이저 전력 값을 얻을 수 있다. 또한, 어느 한쪽을 레이저 전력의 결정에 사용하고, 다른 한쪽을 예비 처리 공정(예를 들어, SPC 공정)의 불량의 발견 내지 기판 상의 이물질의 발견에 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 다결정 실리콘막을 보다 안정되게 제조할 수 있다.
상술한 반도체 검사 장치에 있어서, 상기 조명 부재는 광이 선정된 기판에 30도 내지 60도 각도로 부딪치도록 광을 선정된 기판으로 보낼 수 있다. 본 발명에서는 결정체(crystallinity)에 기인하여 다결정 실리콘 막의 표면에 형성된 돌출부(projections)를 반영하여 안정한 평가 및 측정을 수행할 수 있다.
상술한 반도체 검사 장치에 있어서, 비정질 실리콘 막 또는 다결정 실리콘 막이 기판에 형성될 때 상이한 파장은 700 nm 내지 800 nm 사이에 있다. 이 파장 범위 내의 분광학적 특성은 고품질 다결정 실리콘 막에서만 유일하게 관측되므로, 고품질 다결정 실리콘 막이 생성되는지 여부를 검사할 수 있다. 더욱이, 이 측정은 308 nm의 파장을 가지고 있는 엑셀 레이저 처리 광에 의한 영향을 받지 않고 레이저 처리실 근처 또는 내에서 수행될 수 있다.
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본 발명에 따른 반도체 소자 및 반도체 검사 장치에 따르면, 레이저 처리 단계에서 최적화된 레이저 처리를 안정하게 수행할 수 있다. 그러므로, 고품질의 다결정 실리콘 막을 안정하게 생산할 수 있다.
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도 1은 종래 공정의 공정 흐름을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 2는 새로운 공정의 공정 흐름을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 3은 검사 대상인 제품 기판에 레이저 처리가 수행되는 지점들을 보여주는 도면이다.
도 4는 새로운 공정의 공정 흐름이 제품 기판에 적용되는 경우에 이용되는 흐름도이다.
도 5는 라만 분광학(Raman spectroscopy)에 의해 측정된 피크 높이의 레이저 에너지 의존성을 보여주는 도면이다.
도 6은 라만 분광학과는 다른 분광학을 이용하는 모니터링 장치를 보여주는 도면이다.
도 7은 라만 분광학과는 다른 분광학을 이용하는 분광 분석 장치의 헤드의 첨단부를 보여주는 확대도이다.
도 8은 라만 분광학과는 다른 분광학을 이용하는 분광 분석 장치의 헤드의 첨단부에 있는 광섬유의 배열을 보여주는 도면이다.
도 9는 종래의 공정에 의해 처리되는 모니터 기판에 있어서 라만 분광학과는 다른 분광학으로 측정된 반사 세기의 파장 의존성을 보여주는 도면이다.
도 10은 고정-량 값이 측정 결과들로부터 계산되는 방법의 예를 보여주는 도면이다.
도 11은 고정-량 값이 측정 결과들로부터 계산되는 방법의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 새로운 공정으로 처리되는 모니터 기판에 있어서 라만 분광학과는 다른 분광학으로 측정된 반사 세기의 파장 의존성을 보여주는 도면이다.
도 13은 촬상을 이용하는 모니터링 장치의 예를 보여주는 도면이다.
도 14는 촬상을 이용하는 모니터징 장치에서 측정된 휘도와 밝은 라인 수의 레이저 전력 의존성을 보여주는 도면이다.
도 15는 이질물과 SPC 단계 결함을 검출하기 위한 이미지 모니터링 시스템의 예를 보여주는 도면이다.
도 16은 이미지 모니터링 시스템으로 관측된 승인된 다결정 실리콘 막의 이 미지에 대한 개략도이다.
도 17은 이미지 모니터링 시스템으로 관측된 SPC 단계 결함을 가진 다결정 실리콘 막의 이미지에 대한 계략도이다.
도 18은 레이저 처리 장치 근처에서 분광학 또는 촬상으로 측정이 수행될 때 각 장치들이 어떻게 배열되는지를 보여주는 도면이다.
도 19는 레이저 처리 장치 내에서 분광학 또는 촬상으로 측정이 수행될 때 각 장치들이 어떻게 배열되는지를 보여주는 도면이다.
도 20은 최적의 레이저 전력을 자동으로 결정할 때 따라오는 새로운 공정의 공정 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 21은 고정-량 기판이 이송 로봇 상에 어떻게 배치되는지를 보여주는 도면이다.
도 22는 제품 기판 상의, 궁극적으로 제품으로서 기능하는 기능 소자부에서 측정이 수행되는 지점들을 보여주는 도면이다.
도 23은 마크로 측정 방법을 보여주는 도면이다.
도 24는 레이저 처리 전의 기판을 저배율로 관찰한 경우에 찍은 매크로 사진을 보여주는 도면이다.
도 25는 레이저 처리 전의 기판을 고배율로 관찰한 경우에 찍은 매크로 사진을 보여주는 도면이다.
도 26은 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50) 및 분광 분석 장치(30)를 갖춘 이중 방식 모니터링 장치의 주요부분을 보여주는 도면이다.
이하, 촉매를 이용하여 다결정 실리콘 막을 생성하는 본 발명에 따른 방법예들에 대해 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 생산 방법의 예를 보여주는 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 촉매를 이용해서 다결정 실리콘 막을 생성하는 방법(CGS(continuous grain silicon)법)은 화학 증기 성장에 의해 유리 기판에 비정질 실리콘 막을 형성하는 비정질 실리콘 막 형성 단계(11); 결정화 촉진 금속 성분(예를 들어, 니켈)을 비정질 실리콘 막에 첨가하고 나서 이것을 가열하여 금속 성분이 첨가된 영역으로부터 시작해서 결정 실리콘이 확산 형성되게 하는 SPC 단계(12); 기판 전체 영역에 걸쳐서 다결정 실리콘 막이 형성되도록 SPC 단계를 거친 비정질 실리콘 막을 레이저로 조사하는 레이저 처리 단계(13); SPC 단계(12)와 레이저 처리 단계(13)를 거친 모니터 기판을 이용하여 레이저 처리를 수행하는 레이저 전력의 최적 값을 결정하는 최적의 전력 검사/추출 단계(14); 및 레이저 처리 단계 후에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성 단계(15)를 포함하고 있다.
최적의 전력 검사/추출 단계(14)에 있어서는, 레이저 처리 단계(13)에서 SPC 단계(12)를 거친 기판들로부터 모니터 기판이 추출되고 나서, 레이저 처리 단계(13)에서 예를 들어 10 mm 미만의 레이저 조사 폭으로 조사되는 지점을 10 mm 증분으로 이동시키면서 예를 들어 5mJ 또는 10mJ 증분으로 10 단계로 변하는 레이저 전력을 레이저가 모니터 기판에 조사되는데, 레이저 처리 단계(13)를 위한 최적의 레이저 전력 값으로서, 세기 피크 높이(예를 들어, 이후에 설명되는 촬상이 사용되 는 경우의 휘도)가 최대치인 레이저 전력을 결정하기 위해 레이저가 조사된 모니터 기판 표면의 각 지점에서 레이저 전력을 측정 장치로 측정한다.
다음에는 도 2에 도시된 상술한 흐름도에 따라 촉매를 이용함으로써 다결정 실리콘 막을 생성하는 방법(CGS법)의 예를 설명한다. 비정질 실리콘 막 형성 단계(11)에 있어서, 유리 기판에는 화학 증기 성장에 의해서 비정질 실리콘 막이 예를 들어 50 nm 두께로 형성된다. 이후, SPC 단계(12)에서는 결정화를 촉진하는 물질, 예를 들어 니켈이 유리 기판의 비정질 실리콘 막에 첨가되고 나서 열 처리되어 니켈이 첨가된 영역들로부터 시작해서 결정 실리콘이 형성된다. 다음에는, 레이저 처리 단계(13)에서, SPC 단계(12)를 거친 기판들로부터 추출된 모니터 기판이, 예를 들어 10 mm 미만의 레이저 조사 폭으로 조사되는 지점이 10 mm 증분으로 이동되는 동안 예를 들어 5mJ 또는 10mJ 증분의 10 단계로 변하는 레이저 전력으로 레이저가 조사되는 레이저 처리가 행해진다. 그 결과 다결정 실리콘 막이 모니터 기판의 전체 영역에 걸쳐서 형성된다. 이후, 최적의 레이저 전력 검사/추출 단계(14)에서, 모니터 기판상의 막질을 변화시켜 형성된 다결정 실리콘이 검사 장치에 의해 측정되어 최적의 레이저 전력 값이 결정된다. 그 후 이렇게 결정된 레이저 전력 값은 레이저 처리 단계(13)로 피드백되어, 레이저 처리 단계(13)에서는 계속해서 SPC 단계(12)를 거친 기판의 표면이 레이저에 의해 최적의 레이저 전력으로 조사된다. 그 결과 다결정화가 기판 전체 영역에 걸쳐 진행되어 고품질의 다결정 실리콘 막이 생산된다.
실제로, 레이저 전력은 시간에 따라서 변한다. 따라서 기판에 형성된 비정 질 실리콘 막의 막질도 시간에 따라서 변한다. 그러므로, 최적의 레이저 전력 검사/추출 단계(14)는 레이저 전력을 정밀하게 제어하면서 생산을 제어하기 위해서 매 1회 또는 수회 수행되는 것이 권장된다.
최적의 레이저 전력 값보다 약간 더 높은 레이저 전력으로 레이저 처리를 수행하면, 비정질 실리콘 막의 재결정화가 진행되어 미세 결정이 만들어지고 그 결과 다결정 실리콘 막의 품질이 급격하게 떨어진다. 더구나, 최적의 레이저 전력은 기판 표면 내에서 (5 내지 10 mJ의 차이를 갖고 있는) 분포를 갖기 때문에, 이러한 표면 내부의 분포의 영향을 고려해서 최적값보다 약 5 mJ 내지 10 mJ가 낮은 레이저 전력으로 레이저 처리 단계를 수행하면 장기간 동안 안정된 막을 생산할 수 있게 된다.
논의된 예에서, 다결정 실리콘 막은 SPC 단계를 포함하는 CGS법으로 형성된다. 대안으로, 임의의 다른 방법, 예를 들어 SPC 단계 대신에 레이저 처리 단계를 2회 수행하는 방법을 채택하는 것도 가능하다. 그러한 다른 방법들을 이용하는 경우일지라도, 앞서 설명한 것과 동일한 식으로 최종 레이저 처리 단계 전에 모니터 또는 제품 기판을 이용하여 최적의 레이저 전력을 결정할 수도 있다.
TFT들의 생산 완료까지 수행되는 것은 다음과 같다. 앞서 설명한 레이저 처리 단계(13)에서 생성된 다결정 실리콘 막에 대해서는, 게이트 절연막 생성 단계(15)에서 예를 들어 100 nm 두께의 게이트 절연막이 다결정 실리콘 막 위에 형성된다. 이후, 예시되지 않은 단계에서 게이트 전극으로서 작용하는 금속막이 형성되고 나서, 금속막과 게이트 절연막이 패터닝되어 소스 및 드레인으로 작용하는 다 결정 실리콘 막의 부분들이 노출된다. 다음에, 다결정 실리콘 막의 노출된 부분들에는 도펀트가 도핑되어 소스와 드레인 영역이 형성된다. 이러한 식으로 TFT들이 형성된다.
앞서의 설명에 있어서, 최적의 레이저 전력은 모니터 기판을 이용하여 결정된다. 그러나, SPC 단계(12)를 거친 제품 기판 상에서, 다결정 실리콘 막이 제품으로서 사용되지 않는 부분을 이용하여 최적의 레이저 전력을 결정하는 것도 가능하다. 이는 레이저 처리 전의 비정질 실리콘 막의 두께 및 품질에 따라서 변하는 최적의 레이저 전력에 의해 영향을 받지 않고 제품 기판의 실제 상태와 밀접한 상태에서 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있게 해 준다. 더욱이, 모니터 기판을 처리하는 것과 비교해 볼 때, 추가 재료와 단계를 줄여서 생산 효율을 높이는 것이 가능하다.
도 3은 모니터 기판 대신에 SPC 단계를 거진 제품 기판에 대한 검사를 위해 레이저 처리가 수행되는 지점들의 예를 보여주는 도면이다. SPC 단계를 거친 제품 기판(20) 상에서 궁극적으로 제품으로서 기능하는 기능 소자부(21)를 제외한 부분에서, 즉 이 예에서는 안정된 두께를 가지고 있는 비정질 실리콘 막의 중앙(또는 에지를 따라서)에는, 레이저 처리를 수행할 때의 레이저 전력 수 만큼 많은 지점에 레이저 전력 모니터부(22)를 배치하여 이들을 소정의 레이저 전력으로 조사한다.
도 4는 도 3에 도시된 제품 기판(20)을 이용하여 결정된 최적의 레이저 전력을 근거로 다결정 실리콘 막이 어떻게 형성되는지를 보여주는 흐름예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는, 촉매를 이용하여 비정질 실리콘 막을 생성하 는 방법(CGS법)은 화학 증기 성장으로 유리 기판에 비정질 실리콘 막을 형성하는 비정질 실리콘 막 형성 단계(23); 결정화 촉진 금속 성분(예를 들어, 니켈)을 비정질 실리콘 막에 첨가하고 나서 이를 가열하여 금속 성분이 첨가된 영역으로부터 시작해서 결정 실리콘이 확산 형성되게 하는 SPC 단계(24); 기판 전체 영역에 걸쳐 다결정 실리콘 막이 형성되도록 SPC 단계(24)를 거친 비정질 실리콘 막을 레이저로 조사하는 레이저 처리 단계(25); SPC 단계(24)와 레이저 처리 단계(25)를 거친 제품 기판(20)을 이용하여, 레이저 처리를 수행할 때의 레이저 전력의 최적 값을 결정하는 최적의 전력 검사/추출 단계(26); 및 레이저 처리 단계 후에 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성 단계(27)를 포함하고 있다.
최적의 전력 검사/추출 단계(26)에서는, 레이저 처리 단계(25)에서 SPC 단계(24)를 거친 기판들로부터 제품 기판(20)이 추출되고 나서, 레이저 처리 단계(25)에서 레이저 전력 모니터부(22)에 다결정 실리콘 막이 형성되도록 제품 기판(20) 상의 레이저 전력 모니터부(22)를 예를 들어 5mJ 또는 10mJ 증분의 10 단계로 변하는 레이저 전력으로 레이저를 각각 조사하는데, 레이저 처리 단계(25)를 위한 최적의 레이저 전력 값으로서 세기 피크 높이가 최대치인 레이저 전력을 결정하기 위해, 레이저 전력 모니터부(22)내의 품질 변화에 따라서 형성된 다결정 실리콘 막을 검사 장치에서 측정한다.
다음에는 도 4에 도시된 상기 흐름도에 따라서, 촉매를 이용하여 다결정 실리콘 막을 생성하는 방법(CGS법)의 예를 설명한다. 비정질 실리콘 막 형성 단계(23)에 있어서, 유리 기판에는 화학 증기 성장에 의해서 비정질 실리콘 막이 예 를 들어 50 nm 두께로 형성된다. 이후, SPC 단계(24)에서는 결정화를 촉진하는 물질, 예를 들어 니켈이 유리 기판의 비정질 실리콘 막에 첨가되고 나서 열처리되어 니켈이 첨가된 영역들로부터 시작해서 결정 실리콘이 형성된다. 다음에는, 레이저 처리 단계(25)에서는, 레이저 전력 모니터부(22) 내에 다결정 실리콘 막이 형성되도록 예를 들어 5mJ 또는 10mJ 증분의 10 단계로 변하는 레이저 전력으로 레이저가 제품 기판(20)상의 레이저 전력 모니터부(22)들에 개별적으로 조사된다. 이후, 최적의 전력 검사/추출 단계(26)에서, 레이저 전력 모니터부(22)의 막질을 변화시켜 형성된 다결정 실리콘이 검사 장치에서 측정되어 최적의 레이저 전력 값이 결정된다. 이렇게 결정된 레이저 전력 값은 레이저 처리 단계(25)로 피드백되어, 레이저 처리 단계(25)에서는 순차적으로 SPC 단계(24)를 거친 제품 기판(20)의 표면이 레이저에 의해 최적의 레이저 전력으로 조사된다. 그 결과 다결정화가 기판 전체 영역에 걸쳐 진행되어 고품질의 다결정 실리콘 막이 생산된다.
실제의 레이저 전력은 시간에 따라 변하므로 기판에 형성된 비정질 실리콘 막의 막질도 시간에 따라 변한다. 따라서, 레이저 전력을 정밀하게 제어하면서 생산을 제어하기 위해서는 매 1회 또는 수회 최적의 전력 검사/추출 단계(26)를 수행할 것이 권장된다.
최적의 레이저 전력 값보다 약간 더 높은 레이저 전력으로 레이저 처리를 수행하면, 비정질 실리콘 막의 재결정화가 진행되고 미세 결정이 형성되어, 다결정 실리콘 막의 품질이 급격하게 떨어진다. 더욱이, 최적의 레이저 전력은 기판의 표면 내에서 (5 내지 10 mJ의 차이를 갖는) 분포를 가지므로, 이러한 표면 내의 분포 영향을 고려해 볼 때, 최적의 값보다 약 5 mJ 내지 10 mJ 낮은 레이저 전력으로 레이저 처리 단계를 수행하면 장기간 동안 안정된 막을 생산하는 것이 가능하다.
논의중인 예에서, 다결정 실리콘 막은 SPC 단계(24)를 포함하는 CGS법에 의해 형성된다. 대안으로, 임의의 다른 방법, 예를 들어, SPC 단계(24) 대신에 레이저 처리 단계를 2회 수행하는 방법을 채택할 수도 있다. 그러한 다른 방법을 이용하더라도, 앞서 설명한 바와 동일한 식으로 마지막 레이저 처리 단계 전에 모니터 또는 제품 기판을 사용하여 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있다.
다음에는, 도 2에 도시된 최적의 전력 검사/추출 단계(14)에서 최적의 레이저 전력 값을 결정하는 방법에 중점을 두어 설명하기로 한다.
도 5는 분광학의 한 예인 라만 분광학에 의해 얻어진 측정 결과를 보여주고 있다. 도 5에서 LPS로 표기된 스펙트럼은 단지 비정질 실리콘 막 형성 단계(1)를 거친 기판(즉, 도 1에 도시된 흐름으로 처리된 모니터 기판)의 상이한 지점에 다양한 레이저 전력으로 레이저 처리를 수행하는 종래의 공정에 의해 생성된 모니터 기판을 가지고 얻은 측정 결과를 나타낸다. 도 5에서 CGS로 표기된 스펙트럼은 SPC 단계(12)을 거친 기판(즉, 도 2에 도시된 흐름으로 처리된 모니터 기판)의 다양한 지점에 다양한 레이저 전력으로 레이저 처리를 수행하는 본 발명에 따른 새로운 공정에 의해 생성된 모니터 기판을 가지고 얻은 측정 결과를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 공정에 의해 얻어진 LPS 스펙트럼은 2 또는 3개의 피크를 가지고 있으며, 이중 첫번째 것은 최적의 레이저 값에 가장 가까운 값을 가지고 있어서 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있다. 반대로, 새로운 공 정에 의해 얻어진 CGS 스펙트럼은 다수의 피크를 갖고 있어 측정치 변동들 중에서 피크들을 식별하기가 어렵고, 종래의 공정에 의해 얻어진 LPS 스펙트럼으로 가능한 것과 같이 최적의 레이저 전력을 명확하게 결정하는데 이용가능한 수단이 없다.
최적의 레이저 전력이 결정될 수 없는 이유는 다음과 같다. 라만 분광학은 광량에 있어서 미세 변화의 측정을 포함하고 있어서 측정치 변동들을 겪는다. 그래서, 특히, 레이저 처리에 의한 결정화 동안에 그레인 사이즈가 증가함에 따라서, 결정 그레인을 밀어 올리는 식으로 그레인 경계를 따라서 다결정 실리콘 막 내에 성장하는 돌출부들이 확대되어, 다결정 실리콘 막의 표면 불규칙(표면 거칠기)이 증가한다. 이로 인해 측정치 변동이 커진다.
앞서 설명한 바와 같이, 라만 분광학은 측정치 변동을 초래하므로 각 측정 지점에서, 거기서 취해진 10회의 측정치의 평균 값을 측정 값으로 계산하는 것이 요구되어, 측정 시간이 길어진다.
다음에는 앞서 설명한 라만 분광학과는 다른 분광학을 기초로 모니터링하는 예를 설명하고자 한다. 도 6은 라만 분광학과는 다른 분광학에 기초한 모니터링 원리를 보여주는 도면이다.
도 6에 도시된 분광 분석 장치(30)는 광을 방출하는 광원 박스(31); 반사광을 수광하는 스펙트로스코프(32); 광을 전송하는 광-조사 광-수신 광섬유(33); 및 거의 수직으로 기판에 광을 비추고 이로부터 광을 수신하는 헤드(34)를 갖추고 있다. 광-조사 및 광-수신 광섬유(33)는 한 끝에서는 함께 다발로 묶여있고 헤드(34)에 연결되어 있다.
도 7은 도 6에 도시된 헤드(34)의 첨단에 대한 확대도이다. 도 7은 도 6에 도시된 헤드(34)의 첨단에 있는 광섬유의 배열을 보여주고 있다. 헤드(34)의 첨단에서, 광-수신 광섬유(33)는 중앙에 있는 광-수신 헤드(34a)에 배열되어 있고 이 주변에는 광-조사 광섬유(33)(이 예에서는 단지 6개 만이 도시되어 있다)가 같은 간격의 각으로 광-조사 헤드(34b)에 배열되어 있다.
광이 기판(36)에 거의 수직으로 비추어지고 광-조사 부분들이 앞서 설명한 바와 같이 측정 지점의 주변 바로 위에 배열되어 있을 때는, 측정된 기판의 결정 구조가 이방성일 지라도 측정 시스템이 맞추어져 있는 방향으로는 측정 에러가 생기지 않으며, 큰 사이즈의 기판의 경우에서와 같이 기판에 휨이 있어서 측정 지점에서 수직방향으로부터 각도 편차(angular deviation)에 변동들이 있더라도 에러는 최소화되어 정확한 측정치를 얻을 수 있다.
앞서의 설명이 반사형 구조의 예를 다루고 있을지라도, 기판(36)과 그, 위에 형성된 막(35)이 유리와 같이 빛에 투명한 재료로 형성되는 경우에 투과형 구조를 채택할 수도 있다. 그러나 반사형 구조는 헤드와 섬유가 함께 집적될 수 있게 하므로 컴팩트한 배열로 결합된 얼라인먼트를 용이하게 해준다.
이하, 도 6, 7 및 8에 도시된 분광 분석 장치(30)에서 수행한 측정 원리에 대해 설명하기로 한다. 광원 박스(31)로부터 방출된 광은 광-조사 광섬유(33)를 통과한 후 광-조사 헤드(34a)로부터 방출되어 기판 표면에 거의 수직으로 부딪친다. 기판에 부딪친 광은 이 기판 표면에서 반사되고 광-수신 헤드(34a)에 입사하고 나서 광-수신 광섬유(33)를 통과하여 스펙트로스코프(32)에 의해 분광 분석되기 때문에 반사광의 반사도에 대한 파장 분포 곡선이 산출된다. 이러한 측정 결과를 근거로 기판 상의 막(35)의 결정체가 분석된다.
후에 설명될 촬상을 이용하는 검사에서와 같이 레이저 전력이 과도한지 불충분한지를 평가하기 위해 기판 상의 막(35)의 패턴을 검사하는 촬상 카메라(37)를 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 촬상 카메라(37)는 위치지정을 위해 기판 상의 마커를 관측하는, 대량 생산 설비에 구비된 카메라로서 공유될 수 있다. 이는 코스트와 설치 공간을 줄이는데 도움을 준다.
도 6에 도시된 분광 분석 장치(30)는 측정을 수행하기 위해 광섬유(33)가 헤드(34)와 함께 측정 지점까지 연장될 수 있게 조밀하게 설치될 수 있다. 예를 들어 수신/전달부와 그것의 세정 장치 사이의 레이저 처리 설비 내로 통합될 수 있다.
더욱이, 레이저 처리에 사용되는 레이저 파장과는 다른 분광 분석 파장을 선택할 수도 있다. 그러므로, 분석 광으로서 가시 스펙트럼 영역, 즉 400 nm 이상의 파장 범위 내에 있는 광을 이용함으로써, 예를 들어 레이저 처리 설비(예를 들어 308 nm의 파장을 가진 XeC1 레이저를 가지고 있는) 내에서 레이저 처리를 수행하면서 이미 레이저 처리된 부분내의 막질을 실시간 기반 및 동시에 정확히 검사하는 것이 가능하다. 그러므로, 레이저 전력이 최적의 값으로 유지되게 제어되도록 모니터부와 레이저 처리부 사이의 작은 갭(예를 들어 50nm)에서 레이저의 제자리(in-situ) 모니터링을 수행하면서 레이저로 조사되는 기판의 대량 생산 처리를 수행하는 것도 가능하다. 실제로, 여기서의 측정 파장은 레이저 처리에 사용된 레이저 광의 파장 범위와는 다르기 때문에 제자리 모니터링을 수행하는 것이 가능하다.
이러한 측정시 이용되는 분광 분석 장치(30)의 예들은, 예를 들어 필름메트릭스에서 제조되어 마쯔시타 인터테크노(Co., Ltd)가 배급하는 모델 F20과 함께 집적된 광-조사 및 광-수신 헤드들을 갖는 분광 분석 장치; 예를 들어 옴론(Omron)이 제조한 모델 Z5FM과 같이 분리된 광-조사 및 광-수신 헤드를 가지고 있는 유형; 선형 배치 검사(linear batch inspection)의 검사를 허용하며 가시적으로 평가를 수행할 때 효율적인 측정 평가 처리를 허용하는 유형, 예를 들어, 가와테츠 테크노리서치(Kawatetsu Technoreserch)가 제조한 모델 ImSpecteror를 포함하고 있다. 이들 대신에 다른 임의 유형의 장치를 사용할 수도 있다. 그러나, 자동 검출 및 평가를 위해서는 후에 설명되는 것과 같은 평가 시스템 프로그램을 갖추는 것이 필요하다.
도 9는 도 1에 도시된 흐름에 따른 종래의 공정에 의해 생산된 모니터 기판의 비정질 실리콘 막을, 레이저 전력을 260 mJ/cm2 내지 450 mJ/cm2 로 변화시키면서, 결정화하여 얻은 다결정 실리콘 박막을 이용하여, 도 6에 도시된 분광 분석 장치(30)와 동일한 원리로 동작하는 필름메트릭스 모델(Filmmetrics' model) F20으로 측정한 분광 특성의 예를 보여주고 있다.
여기에는 레이저 전력을 다단계로 높임에 따라 분광 특성 프로파일이 어떻게 변하는지가 도시되어 있다. 여기에 도시된 모든 스펙트라 중에서 360 mJ/cm2 내지 370 mJ/cm2 의 레이저 전력으로 얻어졌고 서브 피크에서 최대와 최소를 갖는 스펙트 럼(40)은 최적의 결정 상태에 있는 다결정 실리콘 막의 스펙트럼이다. 이 예의 레이저 전력 범위내에서, 최대와 최소는 400nm보다 약간 큰 파장에서 최소치를 가지며 약 600 nm 주변에서 최대의 피크 값을 갖고, 비교적 완만한 기울기 프로파일을 나타낸다. 레이저 전력이 최저 레이저 전력, 즉 260 mJ/cm2 (스펙트럼(38))로부터 증가하면 최대는 약 480 nm에서 나타나고 최소의 서브 피크는 약 520 nm에서 나타난다. 이러한 경향은 360 mJ/cm2 내지 370 mJ/cm2 의 레이저 전력에 걸쳐서 즉 최적의 결정 상태(스펙트럼(40))의 레이저 전력에 걸쳐 서브 피크가 점차 덜 현저해져서 사라질 때까지 점차 뚜렷해진다. 그러므로, 스펙트럼 프로파일의 비교에 의해 실형되는 가시적인 평가로, 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있다(이러한 비교 평가에 있어서, 광원으로부터의 광량 변동에 기인한 프로파일의 변동은 무시될 수 있다).
그러나, 광원으로부터의 광량의 감소, 분광 센서의 특성 변동 및 다른 요인들로 인해 측정된 분광 프로파일의 변동을 고려하고, 장기간동안 대량 생산한 제품의 자동 결정화 측정/평가를 허용하기 위해서는 캘리브레이션될 수 있는 고정-량 값(fixed-quantity value)을 설정하는 것이 바람직하다.
고정-량 값이 설정될 수 있는 값의 예들은, 무엇보다도, 1) 반사 세기에 있어서의 최대치(예를 들어, 도 9에 도시된 500 nm 보다 약간 더 높은 파장 주위의 최대치); 2) 함몰된 부분의 깊이(도 10 참조); 3) 함몰된 부분의 반가폭(도 10 참조); 4) 함몰된 부분의 영역(도 11에 도시된 바와 같이 탄젠트 라인과 측정된 곡선 으로 둘러싸인 영역); 마찬가지로 5) 500 nm보다 약간 낮은 파장에서 상승된 부분(elevated portion)의 높이, 반가폭, 또는 면적을 포함하도록 설정될 수 있다. 실제로 본 발명과 함께 수행된 연구를 통해서 항목 4), 즉 함몰된 부분의 영역의 최대치가 최적의 결정 상태에서 최저의 에러를 가지므로 대량 생산에 적용할 수 있음이 확인되었다.
도 12는 도 2에 도시된 흐름을 따르는 새로운 공정에 의해 생성된 SPC 단계(12)를 거친 비정질 실리콘 막을, 레이저 전력을 280 mJ/cm2 으로부터 320 mJ/cm2 까지 가변하면서, 결정화시켜 얻은 다결정 실리콘 박막을 이용하여, 도 6에 도시된 분광 분석 장치(30)와 동일한 원리로 동작하는 필름메트릭스 모델 F20에서 실제로 측정한 분광 특성의 예를 도시하고 있다. 도 12에 도시된 스펙트럼에서, 500 nm 파장 주위의 경향은 도 9에 도시된 스펙트럼, 즉 종래의 공정에 의해 생산된 다결정 실리콘 막으로 측정한 스펙트럼이 나타내는 경향과 유사하다. 그러므로 최적의 레이저 전력을 결정할 수 있다.
도 2에 도시된 흐름을 따르는 새로운 공정에 의해 생성된 다결정 실리콘 막의 분광 특성은 도 12에 도시된 파장 750 nm 에서 함몰된 부분(최소치)이 형성된다는 점에서 도 1에 도시된 흐름을 따르는 종래의 공정에 의해 생산된 다결정 실리콘 막의 분광 특성과는 다르다. 고정-량 값은 상술한 고정-량 값을 결정하는 방법을 750 nm 파장 주위의 스펙트럼 내의 변동에 적용함으로써 설정할 수 있다.
이러한 측정을 SPC 단계에 의해 결함 있게 처리된 기판에 적용하면, 700 nm 내지 800 nm 주위의 파장 범위 내에서 스펙트럼을 분석한 결과, 허용가능한 기판의 스펙트럼과는 다른 스펙트럼이 나타나는 것을 알 수 있다. 이것은 이와 같은 결함 있는 기판이 최적의 레이저 전력을 결정할 수 없게 한다는 것을 자동으로 인식할 수 있게 해준다. 그러므로, SPC 단계의 결함을 신속하게 검출할 수 있어, SPC 단계 결함이 검출될 때까지 결함 있는 기판들이 계속 후속 단계로 넘어가는 경우에 발생하게 되는 생산 손실이 감소된다.
다음에는, 최적의 전력 검사/추출 단계(14)에서 최적의 레이저 전력 값을 결정하는 한 방법으로서 촬상의 예를 설명하기로 한다. 도 13은 촬상을 이용하는 모니터링 장치를 보여주고 있다.
도 13에 도시된 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)는: 이미지를 확대하는 확대 렌즈(51); 전방에 설치된 확대 렌즈(51)를 가지고 있는 카메라(52); 광을 기판 표면에 조사하는 LED들(53); 및 기판 표면에 평행하게 장방형으로 배열된 LED들(53)을 가지고 있는 조명 부재(54)를 포함하고 있다.
도 13에 도시된 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)에 의해 수행된 측정 원리를 이하 설명하기로 한다. LED들(53)로부터 출사된 광은 조명 부재(54)에 의해서 기판(55)의 주변으로부터 일정하게 이 기판(55 상의 측정 지점들에 비추어진다. 기판에 부딪친 광은 그 표면으로부터 반사되고, 그 후 기판 표면 위에 거의 수직으로 배치된 확대 렌즈(51)를 통과한 후에, 카메라(52)에 의해 이미지로 변환된다. 이미지 내의 선정된 시각 필드에 있는 휘도와 밝은 선들의 수에 근거해서, 휘도의 피크 값이 최적의 레이저 전력과 일치되도록 최적의 레이저 전력 값이 결정된다.
카메라(52)는 기판(55)의 표면에 수직한 방향으로부터 이미지를 획득할 때 결정체(crystallinity)를 정확하게 평가할 수 있다. 그러므로, 이 예에서는 Tokyo Denshi Kogyo에 의해 제조된 모델 CS8320이 확대 렌즈(51)로서 Moritechs에 의해 제조된 모델 MTE-55와 결합하여 사용되었다. 유효 시각 필드를 13 mm × 9.75 mm로 측정하면, 수 ㎛ 정도의 결정 핵에 비해 넓은 시각 필드로 측정을 할 수 있다. 따라서, 이 측정 장치에서는 위치 지정 에러 등의 영향을 받지 않고 최소의 에러로 측정을 할 수 있다.
모노크롬 카메라 등을 이용하여 평가를 수행할 때, 조명 광은 결정체에 관하여 이미지의 휘도를 중요하게 만들기 때문에 조명 광으로서 백색 광을 이용하는 것이 바람직하며, 조명된 지점들은 측정 지점에 관하여 고정된 위치에 배열되어야 한다. 더욱이, 기판(55)의 표면을 사선 방향으로 조명하면 결정체에 기인한 표면 돌출 부분들을 반사시킬 수 있게 하므로 안정한 평가가 가능해진다. 약 30도 내지 60도 범위 내의 조명 각도, 바람직하게는 약 45도의 조명 각도는 특히 정확하고 안정된 측정을 가능하게 한다. LED들(52)을 도 13에 도시된 바와 같이 배열하면, 조명 각은 상술된 범위에서 약간 변하지만 그럼에도 불구하고 Moritechs에 의해 제조된 모델 KDBW-Q360C(Nichia Kagaku Kogyo가 제조한 백색 LED들을 가지고 있음)를 이용함으로써 결정 평가를 만족스럽게 수행하는 것이 가능하였다.
도 14는 도 2에 도시된 새로운 공정 흐름에 의해서 SPC 단계(12)까지 처리된 모니터 기판에 대해 레이저 전력을 370 mJ/cm2 내지 440 mJ/cm2 범위내에서 가변하 면서 레이저 처리를 수행함으로써 얻어진 다결정 실리콘 막에 대해 수행된 평균 휘도와 밝은 선들의 수의 촬상-기반 측정의 결과를 보여주고 있다. 최적의 레이저 전력 값은 최대치가 있는 레이저 전력 값 370 mJ/cm2 내지 380 mJ/cm2 사이에 속해 있다. 그러므로, 휘도에 대한 촬상-기반 측정 결과에 기초하여 최적의 레이저 전력을 평가해서 결정할 수가 있다.
레이저 전력이 레이저 처리를 수행하기 위한 최적의 레이저 전력 값보다 약간 높으면 비정질 실리콘 막의 재결정화가 진행되어 미세결정이 만들어지고, 이에 따라 다결정 실리콘 막의 성능 및 품질이 급격하게 저하한다. 더구나, 최적의 레이저 전력이 기판 표면 내에서 분포(5 내지 10 mJ 차이를 갖는)를 가지고 있으므로, 이러한 표면 내의 분포의 영향을 고려하여 최적값보다 약 5 내지 10 mJ 낮은 레이저 전력으로 레이저 처리 단계를 수행하면 장기간 동안 안정된 막을 생산할 수 있다. 예를 들어, 최적의 레이저 전력 B가 도 14에서 검출될 때, 처리 레이저 전력 C는 레이저 처리 단계(13)를 수행하기 위한 레이저 전력으로서 설정된다.
다음에는 도 14에 도시된 촬상에 의해서 측정된 밝은 선들에 대해 설명하기로 한다. 도 16은 기판 표면보다 작은 레이저 조사 폭으로 레이저 처리를 수행할 때 생성된 줄무늬형 패턴의 개략도이다. 이 줄무늬형 패턴은 도 14에 도시된 밝은 선들의 수로 측정되었고 이 밝은 선들의 수는 단지 레이저 전력이 최적값보다 클 때만 현저하게 증가한다. 그러므로, 밝은 선들의 측정 결과도 최적의 레이저 전력을 평가하는데 이용될 수 있다. 그러나, 줄무늬의 수는 조명 휘도, 자동 카운팅에 이용되는 자동 이미지 처리 소프트웨어, 레이저 샷들(shots), 기판 처리 공정, 및 다른 요인들에 따라 변하기 때문에, 줄무늬의 절대 수는 현재 그 자체로는 그렇게 중요한 것이 아니다. 그 수에 큰 의미를 부여하기 위해서는 기준 시스템을 고안해야 할 필요가 있다.
레이저 처리를 최적의 레이저 전력으로 수행할 때 측정된 휘도의 값을 기준으로 이용하고 이를 새로이 생산된 제품 기판에 대해 측정된 휘도와 비교함으로써, 실제의 레이저 전력이 최적의 레이저 전력에 비해서 너무 낮은지 또는 너무 높은지를 평가할 수 있다.
촬상을 이용하는 이러한 모니터링 장치(50)는 또한 광섬유가 장치의 메인 유닛으로부터 측정 지점까지 연장되어 있는 상태에서 측정을 수행할 수 있도록 조밀하게 설치될 수 있다. 이는 예를 들어 레이저 처리 설비의 입/출력부와 세정 장치 사이의 레이저 처리 장치 내로 통합될 수 있다.
라만 분광학과는 다른 분광학을 이용하거나 또는 촬상을 이용하는 상술된 측정은 주어진 조건 집합 하에서 단지 한번 수행해도 충분한 데이타를 얻을 수 있으므로 주어진 조건 집합 하에서 다수회 수행되어야 하는 라만 분광학에 비교할 때 측정 시간을 줄여준다.
도 13에 도시된 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)는 도 6에 도시된 분광학을 이용하는 모니터링 장치와 레이저 전력의 초과를 검출하는 방법(최적의 레이저 전력을 평가해서 결정하는 상술된 방법), 하드웨어(광원 등) 및 소프트웨어(데이타 처리 및 디스플레이용)를 공유할 수 있다. 그러므로, 모니터링 장치(50)는 조밀하 게 만들어 질 수 있으므로 인-라인(in-line) 검사가 용이해진다. 최적의 전력 검사/추출 단계(14)에서, 모니터와 제품 기판은 후술되는 바와 같이 촬상 및 분광학 모두를 이용하는 모니터링 장치에서 검사될 수 있다.
도 13에 도시된 촬상을 이용하는 상술된 분광 분석 장치(50)는 최적의 전력 검사/추출 단계(14)에서 이물질과 SPC 단계 결함을 검출하는 이미지 모니터로서 이용될 수 있다. 이는 이물질 또는 SPC 단계 결함을 신속하게 검출할 수 있게 해주므로 생산 손실을 줄일 수 있다. 이미지 모니터는 조밀하고 저가로 구성되도록 도 13에 도시된 카메라(52)를 공유할 수 있고, 개별적으로 제공될 수도 있다.
도 15는 이물질과 SPC 단계 결함을 검출하는 이미지 모니터링 시스템의 예를 보여주고 있다. 이미지 모니터 시스템(56)은: 5× 대물렌즈를 구비하는 올림푸스 제조 마이크로스코프(58); 마이크로스코프의 이미지를 이미지로 변환하는 Tokyo Denshi Kogyo 제조 모델 CS8420 카메라(57); 광을 기판 표면에 비추는 링형 형광 램프(60); 및 기판 표면에 평행하게 배열된 형광 램프(60)를 가지고 있는 조명 부재(59)를 가지고 있다.
이미지 모니터 시스템(56)에 있어서, 형광 램프(60)로부터 방출된 광은 조명 부재(59)에 의해서 주변으로부터 고르게 기판(61) 상의 측정 지점들에 비추어진다. 기판에 부딪친 광은 기판 표면으로부터 반사되고 나서 기판 표면에 거의 수직으로 배치된 마이크로스코프(58)를 통과한 후, 카메라(57)에 의해 이미지로 변환된다. 이 이미지를 관찰함으로써 이물질 및 SPC 단계 결함들을 검출할 수 있다.
도 2에 도시된 흐름에 의해서 생성되고 SPC 단계(12)를 거친 다결정 실리콘 막을 이미지 모니터로 측정하여 얻은 측정 결과들의 예로서, 도 16은 승인된 제품에서 얻어진 이미지의 개략도를 보여주고, 도 17은 SPC 단계 결함의 이미지의 개략도를 보여준다. 승인된 제품에서는 레이저 처리 샷들에 의해 형성된 줄무늬형 패턴(streaked pattern)을 관측할 수 있으나, SPC 단계 결함있는 제품에서는 비균일 SPC 단계 처리에 기인한 망형 패턴(net-like pattern)이 관측된다.
다음에는, 레이저 처리 설비로의 최적의 레이저 전력 피드백 속도를 증가시키는 것에 대해 설명한다. 이는 레이저 처리 설비 근방에서 분광학 또는 촬상을 이용하는 측정을 수행함으로써 실현될 수 있고, 특히 모니터 기판이 대량 생산 기판(즉, 제품 기판)과 다르지 않은 경우에 큰 효과를 갖는데, 이 경우 대량 생산을 위한 레이저 처리가 측정 후 신속하게 수행될 수 있게 하고 레이저 광원의 시간-관련 불안정성이 보상될 수 있게 해준다. 이는 궁극적으로 다결정 실리콘 막의 성능을 향상시키고 안정화할 수 있다. 도 18은 분광학을 이용하는 측정이 레이저 처리 설비 가까이에서 수행되는 방법의 예를 보여주고 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 레이저 처리 설비(71)와 기판 세정을 위해 레이저 처리 설비(71)의 전방에 설치된 수용/세정 장치(72) 사이에는, 기판 이송 로봇(73)이 설치되어 있다. 레이저 처리 설비(71)의 입구/출구(71a) 측의 기판 이송 로봇(73) 가까운 공간에는, 예를 들어 도 6에 도시된 분광학-기반 방법이 이용되는 경우에, 광섬유가 메인 유닛으로부터 연장되도록 측정 헤드(34)가 배열된다. 측정 헤드는 촬상-기반 방법을 위한 측정 헤드라도 좋다.
기판 이송 로봇(73) 상의 기판(75)을 측정하면, 측정 지점들을 한 모델로부 터 다른 모델로 자유롭게 변경하면서 원하는 지점ef에서 측정을 수행할 수 있다.
대안으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 레이저 처리 설비(71) 안쪽에는, 예를 들어 도 6에 도시된 분광학-기반 방법이 이용되는 경우에, 헤드(34)는 광섬유가 메인 유닛으로부터 연장되도록 배열될 수 있다. 이는 일단 기판들을 전달한 후에 다시 기판들을 받을 필요없이 측정을 수행할 수 있게 하기 때문에 시간이 절약된다. 그러나, 이 경우에는 레이저 처리 설비(71)의 레이저 광의 파장에 의해 영향을 받지 않고 분석될 수 있는 파장의 광을 선택하거나, 또는 레이저 처리 설비(71)의 레이저 광의 파장을 차단하는 필터를 배치하거나, 또는 헤드(34) 주위에 차광 부재(75)를 배열할 필요가 있다.
이하 다결정 실리콘 막을 좀더 안정적으로 생산하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 최적의 전력 검사/추출 단계에 있어서, 제품 기판을 검사하는 기능과, 도 6에 도시된 분광학-기반 시스템, 도 13에 도시된 촬상-기반 시스템 등에 의해 얻어진 레이저 전력 검사 결과들로부터 최적의 레이저 전력을 자동으로 평가 및 결정하여 이를 자동으로 레이저 처리 설비(71)로 피드백하는 기능 모두가 구비된 검사 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 검사 장치가 조밀해질 뿐만 아니라, 종래 기술에서와 같이 레이저 처리 설비(71)의 다수의 부분들이 설치되어 있거나 상이한 최적의 레이저 전력을 요하는 상이한 모델들이 동일 라인에서 혼재 처리되는 경우 레이저 처리를 수행위한 레이저 전력을 설정하도록 측정된 스펙트럼으로부터 최적의 레이저 전력 결과를 사람이 판독할 때 발생하기 쉬운 휴먼 에러가 감소된다. 더구나, 레이저 전력을 수행하기 위한 최적의 레이저 전력을 자동 설정하는 것은 최적의 레이저 전력이 효율적으로 반영되는 것을 보장한다.
예를 들어, 촬상-기반 및 분광학-기반 검사 기능들을 갖추고 있는 후술되는 이중-방법 모니터링 장치가 이용된다. 도 26은 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)와 분광 분석 장치(30)를 갖추고 있는 이중-방법 모니터링 장치의 주요부의 구성을 보여주는 도면이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 이중-방법 모니터링 장치(110)는 분광 분석 장치(30)와 촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)를 가지고 있다.
촬상을 이용하는 모니터링 장치(50)는 앞서 설명한 구성요소, 즉 수광한 광을 확대하는 확대 렌즈(51), 수광한 광을 이미지 데이타로 변환하는 카메라(52), LED들(53) 및 조명 부재(54) 이외에도: 전체 장치를 제어하고 분광 분석 장치(30)로부터 공급된 분광 데이타와 카메라(52)로부터 판독된 이미지 데이타에 대해 데이타 처리, 양자화 및 그래픽 표현을 수행하는 처리부(50a); 평가 조건에 대해서 처리부(50a)에 의해 수행된 데이타 처리 결과를 근거로 레이저 처리 설비(71)용의 최적의 레이저 전력을 평가하고 결정하기 위한 평가 조건, 다양한 제어 프로그램, 분광학 및 촬상에 관련된 데이타 처리 프로그램 및 다양한 종류의 데이타를 저장하는 메모리부(50e); 처리부(50a)에 의해 수행된 데이타 처리 결과를 근거로 레이저 처리 설비(71)용의 최적의 레이저 전력, 기판 상에 SPC 단계 결함 또는 이물질이 있는지 여부 등을 평가하고 결정하는 평가부(50b); 처리부(50a)에 의해 수행된 데이타 처리의 결과, 평가부(50b)에 의해 평가되고 결정된 최적의 레이저 전력 등을 디스플레이하고 이중-방법 모니터링 장치(110)로의 운영 입회를 허용하는 운영/디스 플레이부(50d); 및 통신을 위해 외부 장치와의 접속을 확립하고 평가부(50b)에 의해 평가되고 결정된 레이저 처리 설비(71)용의 최적의 레이저 전력 값을 외부 장치(예를 들어 레이저 처리 설비(71))로 공급하는 송신부(50c)를 가지고 있다. 대안으로, 처리부(50a)에 의한 데이타 처리의 결과에 근거하여 평가부(50b)에 의해 평가되고 결정된 레이저 처리 설비(71)용의 최적의 레이저 전력 값이 송신부(50c)로부터 외부 장치(예를 들어 레이저 처리 설비(71))로 공급되도록, 촬상을 이용하는 별개로 설치된 모니터링 장치(50) 또는 분광 분석 장치(30)를 이용할 수도 있다. 모니터링 장치(50)내에 설치된 확대 렌즈(51), 카메라(52), LED(53) 및 조명 부재(54) 대신에, 앞서 설명한 도 15에 도시된 이미지 모니터 시스템(56)에 설치된 마이크로스코프(58), 카메라(57), 형광 램프(60) 및 조명 부재(59)를 이용해도 좋다.
더욱이, 예를 들어, 도 20의 흐름도에 도시된 바와 같이, 레이저 처리 단계(78)에서 상이한 지점에서 상이한 레이저 전력으로 레이저 처리를 거친 모니터 기판을 최적의 전력 검사/추출 단계(79)에 이용함으로써, 분광학에 의해 측정된 결과를 근거로 최적의 레이저 전력 값이 자동으로 평가되고 결정되어, 이렇게 결정된 최적의 레이저 전력 값은 레이저 처리 단계(78)를 수행하는데 이용되는 레이저 처리 설비(71)로 자동 공급된다. 레이저 처리 단계(78)에서, 레이저 처리 설비(71)는 수신된 최적의 레이저 전력 값을 이용하여 제품 기판에 레이저 처리를 수행하여 다결정 실리콘 막을 생성한다. 다음에, 최적의 전력 검사/추출 단계(79)에서는, 레이저 처리 단계(78)를 거친 제품 기판이 다결정 실리콘 막의 이물질 및 결함에 대해 검사된다. 이 검사 결과는 생산량에 피드백된다.
라만 분광학과 비교해 볼때, 도 6에 도시된 분광학-기반 시스템과 도 13에 도시된 촬상-기반 시스템은 연속적으로 안정한 측정을 가능하게 한다. 이후에도 예를 들어 측정된 값들의 캘리브레이션을 위해 시스템 내에 배열된 기준 시료에 대해 측정된 값들을 캘리브레이트하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 기판 측정 스테이지에 기준 시료를 올려 놓으면 여분의 기준 시료의 로딩 및 언로딩을 위한 메카니즘이 필요없게 되어 측정 싸이클이 감소된다.
제품 공정 등에서의 변화는 측정 고정-품질 값으로서의 특성 값에 큰 변동을 유발할 수 있어, 측정 게인(measurement gain)을 얻는 것을 불가능하게 하거나 다른 불편함을 초래한다. 이를 피하기 위해서는, 측정 정확도를 높이기 위해 상이한 공정 및 상이한 모델에 대해 상이한 표준을 제공하도록 다수의 기준이 마련될 수 있다. 대안으로, 기본 기준은 측정 전의 캘리브레이션을 위한 기판으로서 이용되고 하위 기준은 시간에 따른 램프 밝기의 변동을 검사하기 위한 보조재로서 그리고 램프가 타 버린 경우 임시로 기본적인 캘리브레이션의 기준으로서 이용되도록, 기본 기준은 상이한 조건들에 대해 하위 기준들과 조합하여 준비될 수 있다.
예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 단일 공정 또는 다수의 공정을 위해, 생산 공정과는 관계없이 절대량을 검사하기 위한 실리콘 기판 일부(조밀함을 위해 분해되어 있음)과 같은 항산화 재료로 형성된 절대 검사 기준 기판(82) 또는 생산-공정-특정 제품 기판 일부(조밀함을 위한 분해되어 있음)의 측정된 값들을 캘리브레이션하기 위한 기준 기판(83)이, 기판(84)을 기판 이송 로봇(81) 상에 배치하기 위한 스테이지(81a)에 배치된다. 캘리브레이션은 한 부분씩 차례로 측정 헤드(85) 아래로 적절하게 이동되어 수행된다.
이러한 구성에 따르면, 검사와 기판 이송 사이의 여분의 시간에 캘리브레이션(조명 휘도의 캘리브레이션 등)을 효율적으로 수행하는 것이 가능하고 더 이상 기준 재료들을 이송하기 위한 메카니즘이 필요없다. 절대량을 위한 캘리브레이션 기판과 표준-공정-특정 캘리브레이션 기판 모두를 배치하는 것이 더 바람직하다. 절대값에 대해, 환경의 영향을 받는 산화와 같은 작은 측정 변동을 나타내는 재료를 선택해서 배치한다. 그러나, 측정값들이 대량-생산된 제품에서 얻어진 측정값들과 큰 편차가 있으면, 측정 게인이 얻어지지 않는다(예를 들어, 몇몇 경우에 대량-생산된 제품 또는 처리 조건 공정은 휘도를 떨어뜨려 결정화를 평가하기가 어렵게 한다). 그 결과 측정 정밀도가 낮아진다. 그러므로, 대량-생산된 제품의 재료와 처리 공정에 따라서 공정-특정 표준을 함께 정하는 것이 바람직하다.
대량-생산된 기판들에 있어서, 최적의 레이저 전력은 각 기판들의 두께와 두께 분포에 기인한 표면내 분포를 가지고 있다. 예를 들어, 레이저 처리 설비의 다수의 부품 중에서도, 렌즈와 같은 광학 부품들에서의 변동 및 조정(adjustment)의 미세한 차이가 최적의 레이저 전력 분포를 생성한다. 도 6에 도시된 분광학-기반 시스템 또는 도 13에 도시된 촬상-기반 시스템을 이용하여 대량-생산된 기판들에 대해 다중점 측정(multiple-point measurement)을 수행함으로써, 상이한 세트의 생산 조건 및 레이저 처리 설비의 상이한 부품들이 갖는 경향(trend) 등을 파악할 수 있다. 그 결과 제품의 질을 안정화시키기 위해 레이저 처리 설비 내의 렌즈가 이 물질에 의해 훼손되거나 오염됨으로 인한 사고(국부적인 결함)를 간과하는 것을 감소시키고 초기 단계에서 검출함으로써 제품의 질을 높이고 유지관리에 필요한 시간을 최적화할 수 있다.
예를 들어, 최적의 레이저 전력의 다중점 측정은 도 22에 도시된 바와 같이 궁극적으로는 제품으로서 기능하게 될 기판(91) 상의 기능 소자부(92) 내에 다수의 측정 지점(93)을 설정한 후에 도 6에 도시된 분광학-기반 시스템 또는 도 13에 도시된 촬상-기반 시스템을 이용하여 측정을 수행함으로써 실현될 수 있다. 여기서, 기본적으로 측정 지점들을 균등 간격으로 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 스테이지가 균일한 재료로 형성되어 있고 일정한 컬러를 갖는 경우에도, 흡입(suction) 또는 아니면 지지 핀에 의해 기판을 홀딩하기 위한 수 mm 이하 깊이의 작은 홈이 기판 아래에 있다면 측정된 값들에 변동이 생긴다. 따라서, 그러한 홈 등이 있는 경우에는 측정 지점들은 균등하게 이격된 점들로부터 약간 어긋날 수도 있다. 이는 고정밀한 측정을 수행할 수 있게 하며 표면내 분포를 파악할 수 있게 한다.
관련된 단계들에 존재하는 다수의 다양한 요인, 예를 들어, 형성된 막의 두께, 막의 품질, 처리 온도의 이력, SPC 단계에서의 촉매 산포 레이트 등을 적절히 제어함으로써 다결정 실리콘 막을 안정되게 생산할 수 있다. 도 2에 도시된 공정 흐름에 따라서 생산된 다결정 실리콘 막은 2개의 요인, 즉 레이저 처리 전의 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율(면적 비율)과 분광학 또는 촬상을 이용하는 검사 장치로 측정한 레이저 전력과 더불어 검사 장치로 측정한 레이저 전력의 표면내 분포를 평가함으로써 가장 잘 제어되고 안정화된 방식으로 생산될 수 있다. 예를 들어, 최적의 전력 검사/추출 단계에서, 레이저 처리 전의 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율(면적 비율)이 검사되고, 이 검사에서 소정의 고정된 범위를 초과하는 임의의 기판은 후속 단계로 진입하지 못한다. 이 방식으로, 다결정 기판의 특성을 정해진 범위 내로 유지시킬 수 있다. 생산 공정 및 레이저 전력에 있어서의 변동, 조명 광학계 및 조명에 있어서의 시간-관련 변동들 및 상이한 이미지 처리 프로그램 소프트웨어들 간의 차이들에 따른 변화가 있을지라도, 레이저 처리 전의 비정질 실리콘 막의 양이 5% 내지 30%일 때는 만족스러운 특성을 가진 다결정 실리콘 막을 포함하는 막을 얻을 수 있다.
레이저 처리 전에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 검사하는 경우, 다결정 실리콘 막의 특성이 고정된 범위 내에 유지되도록 생산이 진행되는 것을 보장하기 위해, 정확한 면적 비율 측정 등을 위해 국부적으로 수행되는 미세 검사 이외에도 전체 기판에 걸쳐 막 불균일성 등을 검사하기 위한 매크로 검사를 수행할 수 있다.
도 23을 참조하여, 미세 검사와 매크로 검사를 이하 설명하기로 한다. 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막을 용이하게 구별하기 위하여 푸르스름한 조명(103)으로 기판(102)의 하부 표면을 조사한다. 확대 렌즈를 구비한 카메라(라인 센서)(101)를 이용하여, 기판(102)을 수평 방향(도 23에서 화살표로 표시된 방향)으로 선형 이동시키면서 검사를 위한 이미지를 얻는다. 도 24는 저배율로 얻은 매크로 사진을 보여주고 있고, 도 25는 고배율로 얻은 미세 사진을 보여주고 있다. 도 24에서, 검은색 부분은 기판을 제자리에 홀딩하는 고정물(104), 기판이 배치되는 스테이지의 스테이지 프레임(105) 및 기판을 평행하게 안정되게 홀딩하는 기판 지지 핀(도시되지 않은 유리 스테이지에 본딩되거나 고착됨)(106)이다.
최적의 전력 검사/추출 단계에서 레이저 처리 후에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘막의 식별 검사를 수행함으로써 SPC 단계에서의 촉매 산포(분포)의 이상(abnormalities)과 레이저 광학계에서의 이상을 신속하게 검출할 수 있다. 그러므로, 기판 소자의 형성이 완료된 후와 같이 늦은 단계에서 또는 액정과 같은 제품의 제조가 완료된 후의 디스플레이 검사시에, 특성 등에 있어서의 이상을 검출하는 것과 비교해 볼 때, 초기 단계에서 이러한 이상을 검출해서 대응조치를 취할 수 있다. 다결정 실리콘 막의 양이 전체의 95% 내지 100%이면, 만족스런 특성을 가진 막을 얻을 수 있다.
더욱이, 레이저 처리 전에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 식별 검사 데이타를 비교함으로써 결함의 원인을 식별함으로써 대량-생산 손실을 효율적으로 줄일 수 있다.
본 발명은 고품질의 다결정 실리콘 막을 안정하게 생산하는 반도체 소자 제조 방법을 가능하게 하는 매우 유용한 기술이다.

Claims (22)

  1. 반도체 소자 제조 방법으로서,
    기판에 비정질 실리콘 막을 형성하는 막 형성 단계;
    상기 비정질 실리콘 막이 다결정으로 만들어지도록 준비하기 위해 상기 비정질 실리콘 막을 변형하는, 1 이상의 단계로 수행되는 예비처리 단계; 및
    상기 예비처리 단계를 통해 변형된 상기 비정질 실리콘 막에 레이저 처리를 수행하여 다결정 실리콘 막을 생성하는 레이저 처리 단계
    를 포함하며,
    상기 방법은 상기 예비처리 단계를 거친 상기 비정질 실리콘 막의 선정된 영역에, 조사 위치의 이동에 따라 레이저 전력을 변화시키면서 레이저 처리를 행하고, 상이한 레이저 전력으로 상기 레이저 처리가 행해진 복수 위치 각각에 대해 선정된 검사를 행하고, 이 검사를 근거로 레이저 전력을 결정하는 레이저 전력 검사/추출 단계를 더 포함하며,
    상기 레이저 처리 단계는 상기 레이저 전력 검사/추출 단계에서 결정된 상기 레이저 전력을 이용하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 분광학을 이용하는 검사를 통해서 상기 레이저 전력을 결정하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분광학은 700 nm 내지 800 nm의 측정 파장으로 수행되는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는, 광을 측정 지점에 비추어 상기 측정 지점을 목표로 해서 획득한 이미지를 검출하는 촬상을 이용하는 검사를 통해서 상기 레이저 전력을 결정하는 반도체 소자 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 촬상을 이용하는 상기 검사는 이물질의 존재나 막질의 이상을 검사하는 반도체 소자 제조 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광학이나 촬상을 이용하는 상기 검사는 측정 광을 상기 측정 지점 주위로부터 측정 지점에 비추어서 수행되는 반도체 소자 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 레이저 처리 단계에서 상기 레이저 처리를 수행하는 레이저 처리 설비 근처에서 검사를 수행하는 반도체 소자 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 기판의 막 표면을 검사하는 반도체 소자 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 다결정 실리콘 막을 검사하기 위한 검사 기능과 상기 레이저 전력을 결정하기 위한 검사 기능을 모두 갖춘 설비를 이용함으로써 검사를 수행하는 반도체 소자 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 측정 결과들을 평가하기 위한 측정 고정-량 값(measurement fixed-quantity value)을 설정하는 반도체 소자 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정 고정-량 값은 캘리브레이션 기판이 배치되고 캘리브레이션을 수행하기 위한 기능을 갖춘 설비를 이용하여 결정되는 반도체 소자 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 다결정 실리콘 막을 검사하기 위한 기능과 최적의 레이저 전력 값을 자동으로 결정하고 상기 자동으로 결정된 최적의 레이저 전력 값을 레이저 처리 설비로 자동으로 공급하는 기능을 모두 갖춘 설비를 이용하여 검사를 수행하는 반도체 소자 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 처리 단계는 상기 레이저 전력 검사/추출 단계에서 결정된 최적의 레이저 전력 값보다 5 mJ 또는 10 mJ 낮은 레이저 전력을 이용하는 반도체 소자 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 다결정 실리콘 막에 대한 다중점 측정 검사(multiple-point measurement inspection)를 수행하는 반도체 소자 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 레이저 처리 전에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 상기 기판 위의 막을 검사하는 반도체 소자 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 레이저 처리 후에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 상기 기판 위의 막을 검사하는 반도체 소자 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 전력 검사/추출 단계는 상기 레이저 처리 전 및 후에 비정질 실리콘 막과 다결정 실리콘 막의 비율을 알아내기 위해 기판 위의 막을 검사하는 반도체 소자 제조 방법.
  18. 반도체 검사 장치로서,
    광을 조사하는 제1 발광부를 구비하고, 상기 제1 발광부로부터 발광되어 선정된 기판에서 반사된 반사광을 분광하는 분광 장치;
    광을 조사하는 제2 발광부를 구비하고, 상기 선정된 기판에 광을 조사하는 조명 부재;
    상기 선정된 기판으로부터 반사된 반사광을 입사 받고, 이 입사된 광을 확대하는 확대부;
    상기 확대부에 의해 확대된 상기 입사 광을 이미지 데이타로 변환하는 카메라부;
    상기 분광 장치에서 측정된 분광 데이터 및 상기 카메라부에서 얻어진 상기 이미지 데이터를 입력 받고, 입력된 데이터의 처리를 행하는 처리부;
    상기 선정된 기판에 조사하는 레이저 광의 레이저 전력 값을 결정하기 위한 평가 조건이 저장된 저장부;
    상기 분광 데이터 및 상기 이미지 데이터 중 적어도 하나를 상기 처리부에서 처리하여 얻어진 데이터와, 상기 저장부에 저장된 상기 평가 조건으로부터 상기 레이저 전력 값을 결정하는 평가부; 및
    외부 장치와의 통신 접속을 확립하고 상기 레이저 전력 값을 상기 외부 장치로 전송하는 송신부
    를 포함하는 반도체 검사 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 조명 부재는 상기 광이 상기 선정된 기판에 30도 내지 60도 각도로 부딪치도록 상기 광을 상기 선정된 기판으로 보내는 반도체 검사 장치.
  20. 삭제
  21. 제18항에 있어서,
    비정질 실리콘 막 또는 다결정 실리콘 막이 상기 기판에 형성될 때 상기 상이한 파장들은 700 nm 내지 800 nm 사이에 있는 반도체 검사 장치.
  22. 삭제
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