KR100896229B1 - 폴리실리콘을 평가하는 방법과 시스템, 및 박막트랜지스터를 제조하는 방법과 시스템 - Google Patents

폴리실리콘을 평가하는 방법과 시스템, 및 박막트랜지스터를 제조하는 방법과 시스템 Download PDF

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Abstract

폴리실리콘막의 상태를 객관적으로, 정확하게, 자동적으로 그리고 비접촉식으로 평가하는 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 엑시머 레이저 단련에 의해 형성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상을 각각 특정한 크기를 가지는 메시들로 분할하고, 상기 각각의 메시내의 콘트라스트를 연산하며, 픽업된 영상내의 가장 높은 콘트라스트값과 가장 낮은 콘트라스트값을 추출하며, 그들간의 콘트라스트 비율을 연산하며, 상기 콘트라스트 비율에 근거하여 폴리실리콘막의 평균입자크기를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

폴리실리콘을 평가하는 방법과 시스템, 및 박막 트랜지스터를 제조하는 방법과 시스템{Method and system for evaluating polysilicon, and method and system for fabricating thin film transistor}
도 1은 폴리실리콘막의 결정의 입자크기와 비결정 실리콘층을 다결정화함으로써 폴리실리콘막을 형성하기 위해 엑시머 레이저 어닐링의 단계에서 비결정 실리콘층에 제공되는 에너지와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 평균값이 250㎚보다 작은 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 3은 평균값이 250㎚ 이상이며 450㎚보다 작은 중형 크기의 입자를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 4는 평균값이 450㎚ 이상이며 800㎚보다 작은 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 5는 평균값이 800㎚ 이상이 되는 커다란 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 6은 평균값이 10㎚보다 작은 미세한 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 7은 평균값이 250㎚보다 작은 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 확대한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 8은 평균값이 250㎚ 이상이며 450㎚보다 작은 중형 크기의 입자를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 확대한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 9는 평균값이 800㎚ 이상의 커다란 입자크기를 가지는 결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 확대한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 10은 평균값이 10㎚ 이하의 미세한 입자크기를 가지는 미세결정으로 구성되는 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시한 사진으로서, 상기 영상은 자외선 현미경 장치에 의해 픽업되는 사진이다.
도 11a - 도 11e는 엑시머 레이저 어닐링에 사용되는 레이저빔의 에너지 밀도의 변화와 평균입자크기와의 관계, 콘트라스트 비율, 낮은 콘트라스트 부분의 영역, 연속라인의 길이와 엑시머(excimer) 레이저 어닐링에 의해 형성되는 폴리실리콘막의 AC값을 도시한 그래프이다.
도 12는 폴리실리콘막 평가시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 폴리실리콘막의 결정의 입자크기를 평가하는 제 1의 평가절차를 도시한 흐름도이다.
도 14는 폴리실리콘막의 픽업된 영상 평면을 특정한 값을 각각 가지는 메시로 분할한 도면이다.
도 15는 낮은 콘트라스트 영역을 지정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 16은 폴리실리콘막의 결정의 입자크기를 평가하는 제 2의 평가절차를 도시한 흐름도이다.
도 17은 폴리실리콘막의 픽업된 영상 평면을 대형 메시로 분할한 것과 동일한 픽업된 영상평면을 소형 메시들로 분할한 것을 도시한 도면이다.
도 18은 엑시머 레이저 어닐링에 사용되는 레이저빔의 에너지 밀도의 변화와 (소형 메시에 대한)콘트라스트 비율의 변화, (대형 메시에 대한) 콘트라스트 비율과 AC값의 변화와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 19a, 19b는 선형성과 주기성을 나타내는 폴리실리콘막의 픽업된 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20a, 20b는 선형성이나 주기성을 나타내지 않는 폴리실리콘막의 픽업된 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 21은 픽업된 영상이 선형성과 주기성을 나타내는 폴리실리콘막을 평가하는 평가절차를 도시한 흐름도이다.
도 22는 높은 주기성을 가지는 영상의 자기상관관계(autocorrelation)를 도 시한 도면이다.
도 23은 낮은 주기성을 가지는 영상의 자기상관관계를 도시한 도면이다.
도 24는 픽업된 영상이 선형성과 주기성을 나타내는 폴리실리콘막을 평가하는 다른 평가절차를 도시한 흐름도이다.
도 25는 도 24에 도시된 평가절차에 의해 수행되는 평가의 결과가 되는 높은 주기성을 가지는 영상의 자기상관관계를 도시한 그래프이다.
도 26은 도 24에 도시된 평가절차에 의해 수행되는 평가의 결과가 되는 낮은 주기성을 가지는 영상의 자기상관관계를 도시한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명
21 : 이동무대
23 : CCD 카메라
26 : 대물렌즈
28 : 제어컴퓨터
29 : 영상처리 컴퓨터
본 발명은 폴리실리콘막의 결정의 상태를 평가하는 폴리실리콘 평가방법과 그것을 위해 사용되는 폴리실리콘막 평가 시스템에 관한 것이다. 그리고 비결정 실리콘(amorphous silicon)을 어닐링함으로써 형성되는 폴리실리콘막을 가지는 박막 트랜지스터를 제조하는 제조방법과 그것을 위해 사용되는 박막 트랜지스터 제조 시스템에 관한 것이다.
최근에는, 폴리실리콘막을 채널층으로 이용하는 박막 트랜지스터들이 실제로 사용되고 있다. 폴리실리콘막을 채널층으로 이용하는 박막 트랜지스터는 매우 높은 필드 이동도(field mobility)를 나타내며, 따라서 액정표시 등을 위한 구동회로로서 이용된다면, 박막 트랜지스터는 높은 해상도, 높은 동작속도와 표시의 소형화를 실현할 수 있다.
한편, 최근에는, 소위 낮은 온도의 다결정처리(polycrystallization process)가 개발되었다. 이 처리에서는, 폴리실리콘막은 엑시머 레이저 어닐링 시스템을 이용하여 비결정 실리콘을 열처리함으로써 형성된다. 이러한 낮은 온도의 다결정 처리를 박막 트랜지스터의 제조에 적용하는 경우에는, 기판에 대한 열적 손상이 적으므로, 커다란 크기를 가지는 저렴한 유리기판을 이용하는 것이 가능하다.
그러나, 낮은 온도의 다결정처리에 이용되는 엑시머 레이저 어닐링 시스템의 출력 전력은 불안정하므로, 레이저 어닐링에 의해 형성되는 폴리실리콘의 입자 크기는 불안정한 출력전력에 따라 크게 변동한다. 결과적으로, 엑시머 레이저 어닐링 시스템을 이용하여 형성되는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 반드시 바람직하지는 않다. 예를 들면, 폴리실리콘막이 미세한 입자크기를 가지게 되면, 소위 선형장애(linear failure)와 관련된 문제가 발생한다. 그리고 만약 폴리실리콘막의 결정이 충분한 크기의 입자들을 가지지 않는다면, 소위 기록장애(writing failure)와 관련된 문제가 발생한다.
따라서, 엑시머 레이저 어닐링 시스템을 이용하여 어닐링함으로써 복수의 장치들에 대한 폴리실리콘막을 형성하는 경우에는, 폴리실리콘막에 대해서 다결정 처리를 수행한 후에, 폴리실리콘막이 형성되어 있는 장치들은 모든 장치들의 각각의 또는 무작위로 선택된 장치들의 가장 바깥쪽에 형성된 폴리실리콘막의 결정의 상태에 따라 완전검사 또는 랜덤샘플검사를 거치게 된다. 그리고 그 단계에서는, 반정도가 완성된 장치들이 결점을 가지는지의 여부가 판단되며, 엑시머 레이저 어닐링 시스템으로부터 폴리실리콘막이 형성되는 비결정 실리콘으로 제공되는 레이저빔의 에너지에 관한 정보는 엑시머 레이저 어닐링 시스템으로 피드백되어, 레이저 전력으로 최적의 값을 설정하게 된다.
그러나, 폴리실리콘막을 평가하는 방법으로는, 스펙트럼 엘립소메터(ellipsometer)를 이용하여 표면영상을 픽업하고, 전자 현미경을 주사하고 표면영상을 시각적으로 관찰함으로써 폴리실리콘막의 결정의 상태를 판단하는 방법만이 공지되어 있다. 이러한 방법은 비접촉방식으로 폴리실리콘막의 결정의 상태를 객관적으로 판단하지는 못한다. 그리고 시간과 비용면에서도 효과적이지 못하다. 결과적으로, 그 방법은 처리되는 폴리실리콘막의 평가에 사용되는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은 폴리실리콘막의 상태를 객관적으로, 정확하게, 자동적으로 그리고 비접촉식으로 평가하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서는, 본 발명의 제 1의 양태에 따르면, 비결정 실리콘층을 어닐링함으로써 형성되는 폴리실리콘막을 평가하는 폴리실리콘 평가방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하는 픽업단계와, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하는 분할 및 연산단계와, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하여 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역을 서로 비교하는 검출 및 비교단계와, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가단계를 구비한다.
본 발명의 제 2의 양태에 따르면, 비결정 실리콘층을 어닐링함으로써 형성되는 폴리실리콘막을 평가하는 폴리실리콘 평가시스템이 제공된다. 상기 시스템은 상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하는 픽업수단과, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역을 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가수단을 구비한다.
본 발명의 제 3의 양태에 따르면, 박막 트랜지스터를 제조하는 박막 트랜지스터 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 비결정 실리콘막을 형성하는 비결정 실리콘 형성단계와, 비결정 실리콘막을 어닐링 함으로써 폴리실리콘막을 형성하는 폴리실리콘막 형성단계와, 상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역을 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가단계를 구비한다.
본 발명의 제 4의 양태에 따르면, 박막 트랜지스터를 제조하는 박막 트랜지스터 제조시스템이 제공된다. 상기 제조시시템은 비결정 실리콘막을 형성하는 비결정 실리콘 형성장치와, 비결정 실리콘막을 어닐링 함으로써 폴리실리콘막을 형성하는 폴리실리콘막 형성장치와, 상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역을 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가장치를 구비한다.
본 발명의 폴리실리콘 평가방법과 폴리실리콘 평가시스템에 따르면, 폴리실리콘막의 상태를 객관적으로, 정확하게, 자동적으로 그리고 비접촉식으로 평가하는 것이 가능하다.
박막 트랜지스터 제조방법과 박막 트랜지스터 제조시스템에 따르면, 비파괴적인 방식으로 폴리실리콘막을 쉽게 검사하고 제조과정에다 검사단계를 포함시키는 것이 가능하다. 또한, 검사는 시각적인 검사를 하지 않고 수치계산에 근거하여 수행될 수 있으므로, 고정확도로 검사를 객관적으로 수행하고 검사를 자동화시키는 것이 가능하다. 게다가, 검사결과를 어닐링단계로 공급함으로써 박막 트랜지스터의 생산효율을 개선시키는 것이 가능하다.
폴리실리콘막 평가 방법과 시스템의 양호한 실시예와, 폴리실리콘막 평가방법을 이용하는 박막 트랜지스터 제조방법과 폴리실리콘막 평가시스템을 이용하는 박막 트랜지스터 제조시스템이 첨부도면을 참조하여 기술될 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르는 폴리실리콘막 평가시스템은 톱 게이트(top-gate : 이후로는 "톱 게이트 형태 TFT"라고 부른다.)구조를 가지는 박막 트랜지스터를 제조하는 과정에서 형성된 폴리실리콘막을 검사하는데 일반적으로 이용된다. 톱 게이트 형태 TFT는 폴리실리콘막(채널층), 게이트절연막과 게이트 전극이 예를 들면, 기판측으로부터 상기 순서대로 유리 기판상에 적층되어 있도록 구성된다. 즉, 톱 게이트 형태 TFT에서는, 채널층으로 작용하는 폴리실리콘막이 기판상의 최저층에 형성된다.
톱 게이트 형태 TFT의 폴리실리콘막은 LPCVD처리등에 의해 비결정 실리콘(a-si)을 침착시키고(depositing), 어닐링에 의해 비결정 실리콘을 다결정화함으로써(polycrystallize) 형성된다. 비결정 실리콘을 다결정화함으로써 폴리실리콘막을 형성하는 단계에서는, 비결정 실리콘이 자외선빔의 대표적인 것이 되는 엑시머 레이저빔을 이용하는 레이저 어닐링에 의해 다결정화된다. 엑시머 레이저 어닐링은 선형 형태의 펄스 레이저빔으로 비결정 실리콘막의 선형부분을 조사하고(irradiating) 펄스 레이저빔에 의해 조사된 비결정 실리콘막의 선형부분을 이동시킴으로써 수행되어, 비결정 실리콘막을 다결정화시킨다. 그러므로, 폴리실리콘막이 형성된다. 이러한 레이저빔 어닐링에서는, 레이저빔으로 조사된 선형부분의 형태는 세로방향(기다란 방향)에서 20㎝ 그리고 폭방향(짧은 방향)에서 400㎛의 길이를 가지는 형태로 일반적으로 설정된다. 레이저빔의 펄스의 주파수는 보통 300Hz로 설정되며, 레이저빔의 주사방향(scanning direction)은 세로방향에 대해서 수직인 방향으로 설정된다. 즉, 선형 레이저빔에 의해 조사되는 부분 중 짧은 방향으로 설정된다.
상술한 바와 같이 구성된 톱 게이트 형태 TFT에서는, 채널층이 폴리실리콘으로 만들어지므로, 채널층의 필드 이동도는 매우 높다. 결과적으로, 톱 게이트 형태 TFT를 액정표시 등의 구동회로로 이용하는 경우에는, 표시등의 더 높은 해상도, 더 높은 동작속도, 최소화를 실현시키는 것이 가능하다. 게다가, 톱 게이트 형태 TFT의 처리에서는, 폴리실리콘막은 비결정 실리콘의 열처리가 엑시머 레이저 어닐링 시스템에 의해 수행되는 소위 낮은 온도의 다결정 처리에 의해 형성되므로, 다결정화 처리시에 기판에 대한 손상을 줄이고, 커다란 영역을 가지는 저렴한 유리기판을 기판으로 사용하는 것이 가능하다.
폴리실리콘막의 필드 이동도를 결정하는 주요인자는 폴리실리콘의 입자크기라는 것은 공지된 사실이다. 폴리실리콘의 입자크기(grain size)는 비결정 실리콘을 다결정화함으로써 폴리실리콘막을 형성할 때에 이용되는 엑시머 레이저 어닐링 단계에서 비결정 실리콘에 제공되는 레이저빔의 에너지에 따라 달라진다. 따라서, 엑시머 레이저 어닐링의 단계에서 레이저빔의 에너지 밀도의 제어와 안정성은 폴리실리콘막을 이용하는 완성된 톱 게이트 형태 TFT의 생산성과 특징에 큰 영향을 미친다.
그러나, 엑시머 레이저 어닐링에서 이용되는 엑시머 레이저 어닐링 시스템은 그 시스템으로부터 발생되는 레이저빔의 에너지의 출력변화가 상당히 크다는 문제를 가지고 있다. 결과적으로, 비결정 실리콘막이 엑시머 레이저 어닐링 시스템을 이용하는 엑시머 레이저 어닐링에 의해 다결정화되어 폴리실리콘막이 형성되면, 비결정 실리콘막에 제공되는 에너지는 에너지의 허용범위로부터 상당히 벗어나기 쉽게 된다. 상기 범위는 요구되는 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 알맞은 폴리실리콘막을 형성할 수 있도록 결정된다. 그리고 상기 범위는 알맞은 폴리실리콘막의 제조범위를 의미한다. 그러므로, 알맞은 폴리실리콘막을 안정적으로 형성하는 것이 어렵다.
따라서, 동일한 조건하에서 엑시머 레이저 어닐링에 의해 복수의 폴리실리콘막을 형성하는 경우에는, 한 개의 폴리실리콘 실리콘에 대한 결정들의 입자크기가 폴리실리콘막에 따라 다르게 된다. 예를 들면, 레이저 에너지가 매우 크게 된다면, 비결정 실리콘은 실리콘의 미세한 결정들로 다결정화된다. 한편, 레이저 에너지가 매우 작다면, 비결정 실리콘은 소형 입자크기를 가지는 실리콘의 결정들로 다결정화된다. 즉, 충분히 큰 입자크기를 가지는 실리콘의 결정들로 다결정화될 수 없다.
따라서, 엑시머 레이저 어닐링 시스템을 이용하는 어닐링에 의해 많은 장치들에 대한 폴리실리콘막을 형성하는 경우에는, 폴리실리콘막에 대해서 다결정 처리를 수행한 후에, 폴리실리콘막이 형성되어 있는 장치들은 모든 장치들의 각각의 또는 무작위로 선택된 장치들의 가장 바깥쪽에 형성된 폴리실리콘막의 결정의 상태에 따라 완전검사 또는 랜덤샘플검사를 거치게 된다. 그리고 그 단계에서는, 반정도가 완성된 장치들이 결점을 가지는지의 여부가 판단되며, 각 폴리실리콘막의 결정상태를 평가하고 엑시머 레이저 어닐링 시스템으로부터 폴리실리콘막이 형성되는 비결정 실리콘으로 제공되는 레이저빔의 에너지에 관한 에너지 밀도를 연산하여 얻어진 정보는 엑시머 레이저 어닐링 시스템으로 피드백되어, 방출되는 레이저빔의 에너지 밀도를 조절하게 된다.
폴리실리콘막 평가시스템은 다결정 처리를 수행한 후에 다결정화에 의해 형성되는 폴리실리콘막을 평가하고, 그 단계에서 폴리실리콘막이 형성되어 있는 반제품이 결함이 있는지를 판단하고, 평가정보를 엑시머 레이저 어닐링 시스템으로 피드백하여 방출되는 레이저빔의 에너지 밀도를 조절하기 위해서 일반적으로 이용된다.
상술한 엑시머 레이저 어닐링 시스템에 의해 형성된 폴리실리콘막을 평가하는 원리는 아래에 기술된다.
폴리실리콘막의 입자크기는 엑시머 레이저 어닐링에 의해 제공되는 에너지에 따라 크게 좌우된다. 도 1을 참조하면, 제공된 에너지가 증가하면, 폴리실리콘막의 입자크기는 그에 따라 증가된다. 그러나, 에너지포인트(X1) 이상으로 증가하면, 입자크기는 약간 큰 크기로 성장한다. 그리고 그 후에, 그렇게 증가하지 않고 안정화된다. 그때에 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기는 일반적으로 250㎚이다. 에너지가 에너지 포인트(X2) 이상으로 증가하면, 입자크기는 더욱 크게 증가하기 시작한다. 그때에 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기는 일반적으로 450㎚이다. 에너지가 에너지 포인트(X3)(임계 에너지 포인트(X4)의 바로 전)에 도달하면, 입자크기는 충분히 크게 된다. 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기는 일반적으로 800㎚ 이상이 된다. 에너지가 임계 에너지 포인트(X4) 이상의 값이 되면, 입자크기는 충분히 미세하게 된다. 그때에, 폴리실리콘막의 결정은 미세결정(microcrystal)이 된다.
본 발명에 따르면, 평균값이 250㎚ 이하가 되는 입자크기는 "소형 입자크기", 평균값이 250㎚ 이상 그리고 450㎚ 이하가 되는 입자크기는 "중형 입자크기", 평균값이 450㎚ 이상 그리고 800㎚ 이하가 되는 입자크기는 "중간 입자크기", 평균값이 800㎚ 이상되는 입자크기는 "대형 입자크기" 그리고 평균값이 10㎚이하가 되는 입자크기는 "미세 입자크기"라고 불리운다. 미세 입자크기를 가지는 결정들은 "미세결정"이라고 불리운다는 것을 주목하자.
상술한 바와 같이 형성된 폴리실리콘막에 의해서 박막 트랜지스터의 필드 이동도는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기에 따라 변화된다. 박막 트랜지스터의 큰 필드 이동도를 얻기 위해서는, 사용되는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 크게 설정되는 것이 바람직하다. TFT에 대한 엑시머 레이저 어닐링 처리를 수행함으로써 형성되는 폴리실리콘막을 이용하는 경우에는, 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 일반적으로 중형크기, 중간 크기와 대형 크기중 하나가 될 것이다.
엑시머 레이저빔의 에너지 밀도의 변화에 의해 발생되는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기의 변화에 대응하는 폴리실리콘막의 표면의 영상의 변화는 아래에 기술될 것이다.
도 2는 소형 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시하고 있다. 도 3은 중형 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시하고 있다. 도 4는 중간의 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시하고 있다. 도 5는 대형입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시하고 있다. 도 6은 미세입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상을 도시하고 있다. 도 2 - 도 6에 도시된 각 영상은 나중에 기술되는 자외선을 이용하는 현미경 장치에 의해 픽업된다는 것을 주목하자. 도 2 - 도 6에서는, 엑시머 레이저 어닐링에서 사용되는 레이저빔의 주사방향이 도면에서 X방향으로 설정되어 있다. 도 2 - 도 6에 도시된 픽업된 영상의 각각은 폴리실리콘막으로부터 절단되어진 거의 정사각형 형태(크기 : 5.6㎛ × 5.6㎛)를 가진다.
도 7은 소형 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 확대된 영상을 도시하고 있다. 도 8은 중형 입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 확대된 영상을 도시하고 있다. 도 9는 대형입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 확대된 영상을 도시하고 있다. 도 10은 미세입자크기를 가지는 결정으로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 확대된 영상을 도시하고 있다. 도 7 - 도 10에 도시된 각 픽업된 영상은 폴리실리콘막으로부터 절단되어진 직사각형 형태(크기 : 12㎛ × 8㎛)를 가진다.
각각의 입자에 대응하는 픽업된 영상간의 비교결과로서, 다음의 특징들이 각각의 입자에 대응하는 픽업된 영상내에 나타난다는 것이 알려졌다.
소형 입자크기(도 2와 도 7참조)에 대응하는 표면영상의 경우에서는, 영상면이 균일하게 하얗게되며, 그로 인해 전체적으로 낮은 콘트라스트를 가지게 된다.
중형 입자크기(도 3와 도 8참조)에 대응하는 표면영상의 경우에서는, 검은점들이 전체 영상면 내에 이산적으로 나타난다. 그러므로 전체적으로 높은 콘트라스트를 가진다. 검은점들은 레이저 어닐링의 단계에서 레이저빔의 주사방향 내에서 선형적으로 배열되어 있으며 검은점들로 구성된 직선들은 레이저빔의 주사방향과 직교하는 방향에서 주기적으로 나타난다.
중간 입자크기(도 4참조)에 대응하는 표면영상의 경우에서는, 중형입자에 대응하는 표면영상들과 같이, 검은점들이 전체 영상면내에 이산적으로 나타나며 그로 인해 전체적으로 높은 콘트라스트를 가진다. 그러나, 중형입자에 대응하는 표면영상들과는 달리, 검은점들의 선형성은 사라진다.
대형입자크기(도 5와 도 9참조)에 대응하는 표면영상의 경우에서는, 검은점들이 이산적으로 나타나는 높은 콘트라스트 부분과 낮은 콘트라스트(하얀 모틀부분 : white mottle portion) 부분이 나타난다. 예를 들면, 낮은 콘트라스트를 가지는 하얀 모틀부분은 도 9의 검은 프레임에 의해 둘러싸인 한 영역, 즉 검은점보다 충분히 큰 영역으로 도시하고 있다.
미세입자크기(도 6과 도 10 참조)에 대응하는 표면영상의 경우에서는, 대형입자크기에 대응하는 표면영상의 경우와 같이, 낮은 콘트라스트를 가지는 하얀 모틀부분이 나타나며, 그 크기는 대형입자크기에 대응하는 표면영상에 나타나는 하얀 모틀부분의 크기 보다 매우 크다. 그리고 도 10의 문자 A, B에 의해 도시된 바와 같이, 중형입자크기, 중간 입자크기와 대형입자크기에 대응하는 표면영상의 경우와는 달리, 검은점들이 연속하는 검은 라인들을 형성하기 위해 서로 인접하거나 또는 연결되어 있다.
이와 같이, 상술한 여러 가지 특징들은 레이저 어닐링에 의해 형성되고, 다른 입자크기를 가지는 결정들로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 영상내에 나타난다.
폴리실리콘막의 결정의 입자크기의 상태는 아래에 기술되는 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상을 처리하고 판단을 수행함으로써 결정될 수 있다.
검은점이 나타나는 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트(하얀 모틀부분)가 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상내에 나타나는지의 여부를 판단함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 대형입자크기(또는 미세입자크기)인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
폴리실리콘막의 표면의 픽업된 전체 영상이 높은 콘트라스트를 가지고 있는지의 여부를 판단함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 중형입자크기(또는 중간 또는 대형입자크기)인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다. 그 이유는 중형, 중간과 대형입자크기에 대응하는 표면영상의 각각의 경우에서는, 영상면이 검은점들이 이산적으로 나타나는 수 많은 부분들을 가지고 있으므로 전체적으로 높은 콘트라스트를 가지게 된다.
폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상내에 있는 낮은 콘트라스트(낮은 콘트라스트 부분)를 가지는 하얀 모틀부분을 판단함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 소형입자크기(또는 미세입자크기)인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다. 그 이유는 소형입자크기와 미세입자크기에 대응하는 표면영상의 각각의 경우에서는, 낮은 콘트라스트 부분의 영역들이 충분히 크게 된다.
선형성과 주기성이 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 전체 영상내에 나타나는지의 여부를 판단함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 중형입자크기 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다. 그 이유는 중형입자크기에 대응하는 표면영상에서는, 검은점들이 엑시머 레이저빔의 주사방향 내에서 선형적으로 배열되어 있으며 검은점들로 구성된 직선들은 엑시머 레이저빔의 주사방향과 직교하는 방향에서 주기적으로 나타나기 때문이다.
검은 연속된 라인들이 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상내에 존재하는지의 여부를 판단함으로써 또는 각각의 검은 연속된 라인의 길이를 판단함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 미세입자크기인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
도 11a - 도 11e는 엑시머 레이저 어닐링시에 제공되는 레이저빔의 에너지 밀도의 변화와 평균입자크기와의 관계, 폴리실리콘막의 콘트라스트 비율, 낮은 콘트라스트 부분의 영역, 연속라인의 길이와 AC값을 측정한 결과를 각각 도시한 그래프이다.
도 11b에 도시한 바와 같이, 소형입자크기, 중형입자크기 또는 중간 입자크기에 대해서는, 최대 콘트라스트 값과 최소 콘트라스트 값 사이의 콘트라스트 비율은 거의 0과 같이 매우 작다. 한편, 대형입자크기 또는 미세입자크기에 대해서는, 콘트라스트 비율은 높다. 따라서, 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상으로부터 콘트라스트 비율을 연산하고 상기 콘트라스트 비율을 특정한 임계값(th1)과 비교함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 대형입자크기인지(또는 미세입자크기) 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
도 11c에 도시한 바와 같이, 소형입자크기 또는 미세입자크기에 대해서는, 낮은 콘트라스트 부분의 영역이 크며, 중형입자크기, 중간 입자크기 또는 대형입자크기에 대해서는, 낮은 콘트라스트 부분의 영역이 작다. 따라서, 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상으로부터 낮은 콘트라스트 부분의 영역을 연산하고 상기 낮은 콘트라스트 부분의 영역과 특정한 임계값(th2)과 비교함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 소형입자크기인지(또는 미세입자크기) 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
도 11d에 도시한 바와 같이, 미세입자크기에 대해서는, 연속된 검은점들로 구성된 각각의 연속라인의 길이는 길며, 소형입자크기, 중형입자크기, 중간 입자크기 또는 대형입자크기에 대해서는, 각 연속라인의 길이는 짧다. 즉, 소형입자크기, 중형입자크기, 중간 입자크기 또는 대형입자크기에 대해서는, 검은점들이 이산적으로 분포되어 있다. 따라서, 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상으로부터 각각의 연속라인의 길이를 측정하고 상기 연속라인의 길이를 특정한 임계값(th3)과 비교함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 미세입자크기인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
도 11e에 도시한 바와 같이, 중형입자크기에 대해서는, AC값이 크며, 소형입자크기, 중간 입자크기, 미세입자크기 또는 대형입자크기에 대해서는, AC값이 작다. AC값은 픽업된 영상의 자기상관관계의 약자이다. 픽업된 영상의 AC값이 큰 경우에는, 픽업된 영상의 주기성이 크다. 즉, AC값은 검은점들이 선형적으로 나타나고 직선이 주기적으로 나타나는 현상을 나타내는 변수가 된다. 게다가, 상술한 바와 같이, 이와 같은 현상은 중형입자들을 가지는 결정들로 구성된 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상의 특징이 된다. 따라서, 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상으로부터 AC값을 연산하고 상기 AC값을 특정한 임계값(th4)과 비교함으로써 폴리실리콘막의 결정의 입자크기가 중형입자크기인지 또는 다른 입자크기인지가 구별될 수 있다.
상술한 폴리실리콘막을 평가하는 폴리실리콘막 평가시스템의 구체적인 구성예가 다음에 기술된다.
폴리실리콘막 평가시스템은 266㎚의 파장을 가지는 자외선 레이저빔을 이용하는 현미경장치에 의해 톱 게이트 형태 TFT(비결정 실리콘막을 엑시머 레이저 어닐링으로 처리하여 폴리실리콘막이 바로 형성되고 난 후의 상태에 기판이 있다.)에서 사용되는 기판의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상으로부터 폴리실리콘막의 상태를 평가하기 위해서 이용된다.
도 12는 폴리실리콘막 평가시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 12에 도시한 폴리실리콘막 평가시스템(20)은 운반대(movable stage : 21), 자외선 고체 레이저 소스(22), CCD카메라(23), 광섬유 프로브(probe : 24), 극성빔 스플리터(25), 대물렌즈(26), 1/4파 기판(quarter-wave plate : 27), 제어 컴퓨터(28)와 영상처리 컴퓨터(29)를 포함한다.
운반대(21)는 검사될 폴리실리콘막이 형성되어 있는 기판을 지지하는데 이용된다. 운반대(21)는 또한 기판이 검사되는 특정한 위치로 기판을 운반하는 함수를 가지고 있다.
운반대(21)는 X대(stage), Y대, Z대 및 흡인판을 가지고 있다.
X대와 Y대의 각각은 수평방향 내에서 이동가능하다. 검사되는 기판은 X대와 Y대에 의해 서로 직교하는 방향 내에서 운반되어 검사위치로 이동된다. Z대는 기판의 높이를 조절하기 위해서 수직방향 내에서 이동가능하다. 즉, Z대는 기판의 조사(irradiation)를 위해 자외선 레이저빔의 광축 방향 즉, 기판의 한 면과 수직이 되는 방향 내에서 이동가능하다.
자외선 고체 레이저 소스(22)는 266㎚의 파장을 가지는 레이저빔을 방출하며, Nd : YAG 4배파 완전고체 레이저를 보기로 들 수 있다. 게다가, 최근에는, 약 157㎚의 파장을 가지는 자외선 레이저 소스가 개발되었다. 이러한 레이저 소스가 이용될 수 있다.
CCD카메라(23)는 자외선에 대해서 매우 민감한 카메라이며, 내부에는 CCD영상센서를 영상픽업장치로서 포함하고 있다. 기판의 표면은 CCD 영상센서에 의해 픽업된다. CCD카메라(23)의 본체는 CCD영상센서 내의 열잡음, 독출잡음(readout noise), 회로잡음 등을 제거하기 위해 냉각되어진다.
광섬유 프로브(24)는 자외선 레이저빔의 도파관(waveguide)이다. 즉, 광섬유 프로브(24)는 자외선 고체 레이저 소스(22)로부터 방출된 자외선 레이저빔을 극성빔 스플리터(25)로 인도한다.
극성빔 스플리터(25)는 자외선 고체 레이저 소스(22)로부터 방출된 자외선 레이저빔을 반사시킨다. 운반대(21)의 기판은 대물렌즈(26)를 통해 반사되는 자외선 레이저빔에 의해 조사된다. 한편, 극성빔 스플리터(25)는 기판으로부터 반사된 레이저빔의 전송을 허가한다. 기판으로부터 반사되고 극성빔 스플리터(25)를 통과한 레이저빔은 고감도/저잡음의 CCD카메라(23)에 들어가게 된다. 이와 같이, 극성빔 스플리터(25)는 자외선 고체 레이저 소스(22)로부터 방출된 레이저빔을 위한 광시스템의 광경로와 CCD카메라(23)에 들어가는 반사된 레이저빔을 위한 광시스템의 광경로를 서로 분리하는 레이저빔 분리기로서 작용한다.
대물렌즈(26)는 기판으로부터 반사된 레이저빔을 확대하는 광장치이다. 대물렌즈(26)에 대해서는, 수치개구(NA)가 0.9로 설정되며, 수차(aberration)는 266㎚의 파장에서 보정된다. 대물렌즈(26)는 극성빔 스플리터(25)와 운반대(21)사이에 배치된다.
1/4파 기판(27)은 자외선 레이저빔으로부터 반사된 빔성분을 추출한다. 선형으로 분극된(linearly polarized) 자외선 레이저빔은 1/4파 기판(27)에 의해 원형으로 분극된다. 원형으로 분극된 레이저빔은 기판으로부터 반사되며, 1/4파 기판(27)에 의해 다시 선형적으로 분극된다. 이때에, 선형분극의 방향은 90°만큼 회전한다. 따라서, 반사된 레이저빔은 극성빔 스플리터(25)를 통과한다.
제어컴퓨터(28)는 자외선 고체 레이저 소스(22)로부터 방출된 레이저빔의 구동/비구동(turn-on/turn-off)의 제어, 운반대(21)의 이동위치의 제어와, 대물렌즈(26)의 변경의 제어를 수행한다.
영상처리 컴퓨터(29)는 CCD 카메라(23)의 CCD영상센서에 의해 픽업된 기판의 영상을 수신하며, 기판 위에 형성된 폴리실리콘막의 상태를 평가하기 위해 그 영상을 분석한다.
상술한 구조를 가지는 평가시스템(20)에서는, 자외선 고체 레이저 소스(22)로부터 방출된 레이저빔이 광섬유 프로브(24), 극성빔 스플리터(25), 대물렌즈(26)와, 1/4파 기판(27)을 통해 기판으로 들어간다. 선형으로 분극된 레이저빔은 1/4파 기판(27)에 의해 원형으로 분극되며, 원형으로 분극된 레이저빔은 기판으로 들어간다. 기판으로부터 반사된 원형으로 분극된 레이저빔은 다시 1/4파 기판(27)에 의해 선형으로 분극된다. 이때에, 반사된 레이저빔의 위상은 90°만큼 변화되므로, 선형분극의 방향은 90°만큼 회전된다. 따라서, 반사된 레이저빔은 극성빔 스플리터(25)를 통과하여 CCD카메라(23)에 들어간다. CCD카메라(23)는 CCD영상센서에 의해 반사된 레이저빔을 픽업하고, 이와 같이 얻어진 폴리실리콘막의 표면영상정보는 영상처리 컴퓨터(29)에 공급된다.
영상처리 컴퓨터(29)는, 아래에 기술되는 바와 같이, 선택된 폴리실리콘막의 표면영상의 정보에 근거하여 폴리실리콘막의 상태를 평가한다. 평가결과에 근거하여, 폴리실리콘막을 형성하기 위한 엑시머 레이저 어닐링의 단계에서 레이저빔의 에너지 밀도의 설정값이 결정되며, 기판위에 형성된 폴리실리콘막이 결점이 있는지의 여부가 판단된다.
본 발명에 따르면, 폴리실리콘막의 기판은 자외선 현미경장치와 가시광(visual light) 현미경장치 또는 주사전자 현미경(Scanning electron microscope : SEM)장치에 의해 평가된다.
폴리실리콘막의 결정의 입자크기를 평가하는 제 1의 평가절차는 아래에 기술된다.
도 13은 제 1의 평가절차를 도시한 흐름도이다.
단계(S1)에서는, 폴리실리콘막의 표면의 영상이 픽업된다. 이와 같이 픽업된 영상은 일반적으로 5.6㎛2의 크기를 가진다.
단계(S2)에서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 픽업된 전체 영상이 일반적으로 0,7㎛의 특정크기를 가지는 메시(mesh)로 분할된다. 이 경우에, 각 메시의 크기는 중형입자크기를 가지는 결정들에 대해서 나타나는 검은점의 크기보다 더 크다. 그리고 대형입자크기를 가지는 결정들에 대해서 나타나는 하얀 모틀(white mottle)의 크기 보다는 훨씬 작다.
단계(S3)에서는, 각 메시내의 콘트라스트는 영상의 단부(edge portion)의 밝기의 미분값(differential value), 각 픽셀의 밝기의 변조의 정도와, 각 픽셀의 표준편차에 의해 연산된다.
단계(S4)에서는, 픽업된 영상내의 최대 콘트라스값과 최소 콘트라스트값은 연산된 콘트라스트값들로부터 추출되며, 최대 및 최소 콘트라스트값들 사이의 콘트라스트 비율이 연산된다.
단계(S5)에서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 콘트라스트가 특정 임계값 이하가 되는 각 메시가 지정되어 있으며. 이러한 낮은 콘트라스트 메시로 구성된 낮은 콘트라스트 부분이 지정되어 있다. 그리고 낮은 콘트라스트 부분의 한 영역이 얻어진다. 복수의 낮은 콘트라스트 부분이 한 영상 내에 존재한다면, 즉, 복수의 하얀 모틀이 그 영상 내에 존재한다면, 이러한 낮은 콘트라스트 부분의 영역의 평균값은 낮은 콘트라스트 부분의 영역으로 선택된다.
단계(S6)에서는, 밝기 레벨이 특정한 임계값보다 낮은, 영상내의 검은점들이 메시에 관계없이 검출되며, 연속된 검은점들로 구성된 연속라인의 길이가 연산된다. 복수의 연속라인들이 영상내에 존재한다면, 특정한 값 이상의 길이를 각각 가지는 연속라인의 수 또는 가장 기다란 연속라인의 길이가 얻어질 수 있다.
단계(S7)에서는, 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기가 콘트라스트 비율, 연속된 낮은 콘트라스트 메시로 구성되는 낮은 콘트라스트 부분의 영역과 연속라인의 길이에 근거하여 판단된다.
자세히 말하자면, 평가되는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 콘트라스트 비율, 낮은 콘트라스트 부분의 영역과 연속라인의 길이를 특정 임계값(th1, th2, th3)과 각각 비교하고, 다음의 표에 근거하는 결정을 내림으로써 소형입자크기, 중형입자크기(중간 입자크기), 대형입자크기 또는 메시입자크기가 되는지가 구별된다.

[표 1]
Figure 112002004201092-pat00001
게다가, AC값에 의해, 평가된 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기가 중형입자크기인지 또는 중간 입자크기인지가 구별될 수 있다.
폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기를 평가하는 제 2의 절차가 다음에 기술된다.
도 16은 제 2의 평가절차를 도시한 흐름도이다.
단계(S11)에서는, 폴리실리콘막의 표면이 픽업된다. 픽업된 영상은 일반적으로 11㎛ × 14㎛의 크기를 가진다.
단계(S12)에서는, 도 17에 도시한 바와 같이, 상기 픽업된 영상은 대형 메시로 분할되며, 또한 동일한 픽업된 영상은 소형 메시로 분할된다. 소형 메시는 1.4㎛2의 크기를 가지며, 대형 메시는 2.8㎛2의 크기를 가진다. 대형 메시의 크기는 대형입자크기의 결정에 대해서 나타나는 하얀 모틀의 크기보다 훨씬 크도록, 예를 들면, 하얀 모틀의 2 또는 3배로 설정된다. 소형 메시의 크기는 대형입자크기의 결정에 대해서 나타나는 하얀 모틀의 크기보다 훨씬 작도록, 예를 들면, 하얀 모틀의 1/2로 설정된다.
단계(S13)에서는, 대형 메시의 각각의 콘트라스트가 연산되며 소형 메시의 각각의 콘트라스트가 연산된다. 각 메시의 콘트라스트는 영상의 단부(edge portion)의 밝기의 미분값(differential value), 각 픽셀의 밝기의 변조의 정도와, 각 픽셀의 표준편차에 의해 연산된다.
단계(S14)에서는, 대형 메시에 대해서 얻어지는, 픽업된 영상내의 최대 콘트라스값과 최소 콘트라스트값이 연산된 콘트라스트값들로부터 추출되며, 최대 및 최소 콘트라스트값들 사이의 콘트라스트 비율이 연산된다. 그리고 이와 같이, 소형 메시에 대해서 얻어지는, 픽업된 영상내의 최대 콘트라스값과 최소 콘트라스트값이 연산된 콘트라스트값들로부터 추출되며, 최대 및 최소 콘트라스트값들 사이의 콘트라스트 비율이 연산된다.
단계(S15)에서는, AC값이 메시에 관계없이 연산된다.
단계(S16)에서는, 폴리실리콘막의 결정의 평균입자크기가 대형 메시에 대한 콘트라스트 비율, 소형 메시에 대한 콘트라스트 비율과 AC값에 근거하여 판단된다.
자세히 말하자면, 평가되는 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 대형 메시에 대한 콘트라스트 비율, 소형 메시에 대한 콘트라스트 비율과 AC값을 특정한 임계값과 각각 비교하고, 다음의 표에 근거하는 결정을 내림으로써 소형입자크기, 중형입자크기(중간 입자크기), 대형입자크기 또는 메시입자크기가 되는지가 구별된다.
[표 2]
Figure 112002004201092-pat00002
도 18은 에너지 밀도에 의해 좌우되는 대형 메시의 콘트라스트 변화, 에너지 밀도에 의해 좌우되는 소형 메시의 콘트라스트 변화와 에너지 밀도에 의해 좌우되는 AC값의 변화를 도시하고 있다. 도 18의 그래프에 도시한 바와 같이, 대형입자크기 또는 미세입자크기의 결정에 대해서는, 소형 메시의 콘트라스트 비율은 크며, 단지 미세입자크기의 결정에 대해서는, 대형 메시의 콘트라스트 비율이 크게 된다.
게다가, 폴리실리콘막의 결정의 입자크기는 소형 메시에 대한 낮은 콘트라스트 부분의 한 영역에 근거하여 소형 입자크기 또는 중간 입자크기인지가 구별된다.
폴리실리콘막의 표면의 영상의 선형성과 주기성을 수치적으로 평가하는 방법이 아래에 기술된다.
선형성과 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 픽업된 영상은 도 19a에 도시되어 있으며, 상기 도면에서는 두 개의 직선 사이의 간격이 일정하게 유지되고 있는 상태에서 많은 직선들이 서로 병렬형태로 배열되어 있다. 한편, 선형성이나 또는 주기성을 가지고 있지 않은 폴리실리콘막의 픽업된 영상은 도 20a에 도시되어 있다. 상기 도면에서는, 불규칙한 짧은 직선등이 불규칙하게 나타난다. 도 19a와 도 20a에 도시한 영상들의 각각의 주기성과 선형성의 수치평가는 주기성을 가지고 있다고 판단되는 방향에 대해서 수직이 되는 방향내의 영상을 측면으로(laterally) 오프세팅하고(offsetting), 최초의 영상을 측면으로 오프세팅함으로써 얻어지는 오프세트 영상과 최초의 영상간의 상관관계(correlation)를 수치적으로 평가함으로써 수행된다. 예를 들면, 도 19a에 도시한 선형성과 주기성을 가지는 영상이 측면으로 오프세트되면, 도 19b에 도시한 바와 같이, 높은 상관관계 즉, 최초의 영상과 오프세트간의 오버래핑(overlapping) 정도가 어느 주기에서 크게 나타난다. 즉, 특정한 측면의 오프세트만큼 오버래핑된다. 한편, 도 20a에 도시한 선형성 또는 주기성을 가지지 않는 영상이 측면으로 오프세트 되더라도, 도 20b에 도시한 바와 같이, 높은 상관관계 즉, 최초의 영상과 오프세트간의 오버래핑 정도가 어느 주기에서 크게 되지 않게 된다.
폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상의 주기성은 영상을 측면으로 오프세팅하고, 오프세트 영상과 최초의 영상간의 상관관계를 수치적으로 표현함으로써 수치적으로 평가될 수 있다. 상기 수치평가방법을 실현하는 한 방법으로는, 영상의 자기상관관계 함수를 연산하고, 자기상관관계 함수의 피크 값과 측면 피크 값을 연산하고, 피크 값과 측면 피크 값 사이의 비율을 얻는 방법이 공지되어 있다. 피크 값은 원점을 기준으로 하는 y방향 내에서 원점으로부터 제 2의 최소값(디포커스(defocus)값을 감소시키기 위해 이용되며 제 1의 최소값 또는 제 2의 그리고 그 후의 최소값들 중 어느값이 되는 값)을 감산함으로써 얻어지는 값을 의미한다. 측면(side) 피크 값은 원점으로부터 y방향내의 제 2의 최대값(원점을 포함안함)으로부터 원점으로부터 y방향 내에 있는 제 2의 최소값을 감산함으로써 얻어지는 값을 의미한다.
폴리실리콘막의 결정의 상태는 폴리실리콘막의 표면의 영상의 선형성과 주기성의 모두를 평가함으로써 판단될 수 있다는 것을 주목하자.
선형성과/또는 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상을 수치적으로 평가하는 다른 방법으로는, 선형성을 가지는 방향에서 표준화된 영상의 모든 픽셀값들을 가산하여 변조의 정도를 연산하는 방법, 표준화된 영상을 2차원 푸리에변환을 변환시키고 변환된 영상으로부터 어느 주파수 성분의 세기를 선택하는 방법, (y방향내에서 선형성을 가지는) 영상의 극대값(최대값 또는 최소값)의 좌표를 추출하고, y방향 내에서 연장된 범위 안에 있는 좌표들의 x방향에서의 분산을 선택하는 방법(x축 방향의 중앙은 극대값 × 좌표의 평균값이 되며, x축 방향의 길이는 x축 방향의 배열피치(arrangement pitch)로 간주된다.), y방향 내에서 선형성을 가지는 영상의 극대값(최대값 또는 최소값)의 좌표를 추출하고, y방향 내에서 연장된 범위의 좌표의 상한치와 하한치에 인접한 부분들 사이의 각도를 선택하는 방법(x축 방향의 중앙은 극대값 × 좌표의 평균값이 되며, x축 방향의 길이는 x축 방향의 배열피치로 간주된다.)이 공지되어 있다.
폴리실리콘막의 결정의 상태를 평가하는 절차는 아래에 기술된다. 영상처리 컴퓨터(29)는 영상의 자기상관관계를 이용하여 폴리실리콘막의 표면의 픽업된 영상의 주기성을 수치적으로 나타내는 값(이후에는 "AC값"으로 언급한다.)을 연산하고, 상기 AC값에 근거하여 폴리실리콘막의 표면 공간구조의 선형성과 주기성을 평가함으로써 폴리실리콘막의 결정의 상태를 평가한다.
평가를 수행하는 절차는 도 21에 도시한 흐름도를 참조하여 수행된다. 단계(S21)에서는, 폴리실리콘막의 표면의 영상이 영상처리 컴퓨터(29)내에서 선택된다. 단계(S22)에서는, 선택된 영상의 자기상관관계 함수가 연산된다. 단계(23)에서는, 영상의 좌표(0, 0)를 포함하며, 배열방향과 수직인 면이 영상으로부터 분리되게 된다. 단계(S24)에서는, 단계(S23)에서 분리된 면의 자기상관관계 함수의 피크 값과 측면 피크값이 연산되며, AC값이 피크 값과 측면 피크값 사이의 비율이 된다.
여기에서, 자기상관관계 함수가 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112002004201092-pat00003
자기상관관계 함수 R(τ)은 함수 f(x)와 값(τ)으로 x방향 내의 함수 f(x)를 변환시켜 얻어지는 함수 사이의 상관관계를 나타낸다.
폴리실리콘막 평가시스템(20)은 다음과 같은 비너-킨친(Wiener-Khinchin) 이론을 이용하여 폴리실리콘막의 표면영상의 자기상관관계 함수를 얻는다. 비너-킨친 이론을 이용하는 연산에서는, 구체적으로 선택된 영상에 관한 정보가 문자 "i"에 의해 지정된다는 것을 주목하자.
단계 1 : 선택된 영상 "i"는 2차원 푸리에 변환을 거치게 된다. (f = fourier(i))
단계 2 : 푸리에 변환 "f"가 제곱연산이 되어, 전력 스펙트럼 "ps"을 생성한다. (ps = │f│2)
단계 3 : 전력 스펙트럼 "ps"은 역 푸리에 변환을 거쳐서 2차원 자기상관관계 함수 "ac"를 생성한다. (ac = 역푸리에(ps))
단계 4 : 자기상관관계 함수 "ac"의 절대값은 자기상관관계 함수의 실제값이 된다. (aca = │ac│)
이와 같이 생성된 자기상관관계 함수 "aca"는 도 22와 도 23에 각각 도시된 바와 같이 표현되어 있다. 도 22는 자기상관관계가 높은 영상 즉, 우수한 선형성과 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 표면공간구조의 자기상관관계를 도시하고 있다. 도 23은 자기상관관계가 낮은 영상 즉, 우수하지 않은 선형성과 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 표면공간구조의 자기상관관계를 도시하고 있다.
폴리실리콘막 평가시스템(20)은 배열평면(즉, 선형성을 가지는 방향)에 대해 수직이 되며 영상의 좌표(0, 0)를 포함하는 평면을 비너-킨친 이론을 이용하여 자기상관관계 영상으로부터 자르고 자기상관관계 영상으로부터 절단된 평면에 대한 함수를 얻는다. 좌표(0, 0)를 포함하는 평면이 절단되는 이유는 조사광의 양, CCD 이득 등과 같은 실험변수에 따라 변화되는 자기상관관계 함수를 표준화하기 위해서이다.
자기상관관계 영상으로부터 절단된 평면에 대해 얻어진 함수는 상술한 배열방향에 대해 수직인 방향내의 자기상관관계 함수 R(τ)와 대응한다.
상술한 단계(S21 - S23)는 도 24에 도시된 단계(S31 - S34)로 대체될 수 있다는 것을 주목하자.
도 24의 흐름도에 도시된 평가처리절차는 아래에 기술된다. 단계(S31)에서는, 폴리실리콘막의 표면의 영상이 영상처리 컴퓨터(29)내에 입력된다. 단계(S32)에서는, 레이저빔 이동방향(선형성을 가지는 X방향)에 대해서 수직이 되는 방향(주기성을 가지는 Y방향)내에서 선택된 영상의 한 라인이 영상으로부터 절단된다. 단계(S33)에서는, 영상의 한 라인의 자기상관관계 함수가 연산된다. 단계(S34)에서는, 이러한 동작들이 몇 번 반복되어 필요에 따라, 영상의 각 라인의 자기상관관계 함수를 평균한다.
이 경우에서 자기상관관계 함수는 다음과 같이 비너-킨친 이론을 이용하여 연산될 수 있다. 다음의 계산에서는, 구체적으로 선택된 영상의 한 라인에 대한 정보가 문자 "I"로 지정되었다는 것을 주목하자.
단계 1 : 선택된 영상 "I"는 2차원 푸리에 변환을 거치게 된다. (fI = fourier(I))
단계 2 : 푸리에 변환 "fI"가 제곱연산이 되어, 전력 스펙트럼 "psI"를 생성한다. (psI = │fI│2)
단계 3 : 전력 스펙트럼 "psI"는 역 푸리에 변환을 거쳐서 2차원 자기상관관계 함수 "acI"를 생성한다. (acI = 역푸리에(psI))
단계 4 : 자기상관관계 함수 "acI"의 절대값은 자기상관관계 함수의 실제값이 된다. (acaI = │acI│)
이와 같이 생성된 자기상관관계 함수 "acaI"는 도 25와 도 26에 각각 도시된 바와 같이 표현되어 있다. 도 25는 자기상관관계가 높은 영상 즉, 우수한 선형성과 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 표면공간구조의 자기상관관계를 도시하고 있다. 도 26은 자기상관관계가 낮은 영상 즉, 우수하지 않은 선형성과 주기성을 가지는 폴리실리콘막의 표면공간구조의 자기상관관계를 도시하고 있다.
픽업된 상기 한 라인의 자기상관관계 함수의 연산은 픽업된 영상의 모든 라인에 대해서 반복되어, 픽업된 영상의 모든 라인의 자기상관관계 함수가 평균화된다. 평균 자기상관관계 함수는 상술한 배열방향(선형성을 가지는 방향)에 대해서 수직인 방향내에서 자기상관관계 함수 R(τ)와 대응한다.
폴리실리콘막 평가시스템(20)은 이와 같이 얻어진 함수로부터 최대 피크 값과 측면 피크 값을 추출하고 최대 피크 값과 측면 피크 값 사이의 비율을 연산한다. 이러한 비율은 AC값으로 간주된다.
따라서, 높은 자기상관관계를 가지는 영상에 대해서는, 즉 폴리실리콘막의 표면공간구조의 선형성과 주기성이 요구되는 영상에 대해서는, 최대 피크 값과 측면 피크 값 사이의 차이가 크므로, AC값은 크게 된다. 한편, 낮은 자기상관관계를 가지는 영상에 대해서는, 즉 폴리실리콘막의 표면공간구조의 선형성과 주기성이 요구되지 않는 영상에 대해서는, 최대 피크 값과 측면 피크 값 사이의 차이가 작으므로, AC값은 작게 된다.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 톱 게이트 형태 TFT에서는, 폴리실리콘막의 표면영상이 픽업되고 픽업된 영상의 자기상관관계가 연산되며, 폴리실리콘막의 표면공간구조의 선형성과 주기성이 수치적으로 평가된다.
본 발명의 양호한 실시예는 특정한 용어를 이용하여 기술되었지만, 이러한 기술은 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 다음의 청구항의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변화와 변경들이 가능하다는 것을 주목하자.

Claims (24)

  1. 비결정 실리콘막을 어닐링함으로써 형성된 폴리실리콘막을 평가하는 폴리실리콘 평가방법에 있어서,
    상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하는 픽업단계와,
    상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하는 분할 및 연산단계와,
    높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하여 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트를 서로 비교하는 검출 및 비교단계와,
    상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가단계를 구비하는 폴리실리콘 평가방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율이 연산되며,
    폴리실리콘막의 상태는 상기 콘트라스트 비율에 근거하여 평가되는 폴리실리콘 평가방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    비결정 실리콘막을 레이저 어닐링 처리함으로써 형성된 상기 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    비결정 실리콘막의 선형부분에 조사되는 선형 레이저빔을 이용하여 비결정 실리콘막을 레이저 어닐링 처리함으로써 형성되는 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    비결정 실리콘막을 엑시머 레이저 어닐링 처리함으로써 형성되는 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가방법.
  6. 비결정 실리콘막을 어닐링함으로써 형성되는 폴리실리콘막을 평가하는 폴리실리콘 평가시스템에 있어서,
    상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하는 픽업수단과,
    상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트를 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가수단을 구비하는 폴리실리콘 평가시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 평가수단은 낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율을 연산하며, 상기 콘트라스트 비율에 근거하여 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 폴리실리콘 평가시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    비결정 실리콘막을 레이저 어닐링 처리함으로써 형성된 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    비결정 실리콘막의 선형부분에 조사되는 선형 레이저빔을 이용하여 비결정 실리콘막을 레이저 어닐링 처리함으로써 형성되는 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    비결정 실리콘막을 엑시머 레이저 어닐링 처리함으로써 형성되는 폴리실리콘막이 평가되는 폴리실리콘 평가시스템.
  11. 박막 트랜지스터를 제조하는 박막 트랜지스터 제조방법에 있어서,
    비결정 실리콘막을 형성하는 비결정 실리콘막 형성단계와,
    비결정 실리콘막을 어닐링 함으로써 폴리실리콘막을 형성하는 폴리실리콘막 형성단계와,
    상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트를 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가단계를 구비하는 박막 트랜지스터 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 평가단계에서, 낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율이 연산되며, 상기 콘트라스트 비율에 근거하여 폴리실리콘막의 상태가 평가되는 박막 트랜지스터 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성단계에서, 비결정 실리콘막이 레이저 어닐링 처리되는 박막 트랜지스터 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성단계에서, 비결정 실리콘막의 선형부분에 조사되는 선형 레이저빔을 이용하여 비결정 실리콘층이 레이저 어닐링처리되는 박막 트랜지스터 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성단계에서, 비결정 실리콘막이 엑시머 레이저 어닐링 처리되는 박막 트랜지스터 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막의 상태에 근거하여, 상기 폴리실리콘막 형성단계에서 제공된 엑시머 레이저 어닐링에 사용되는 엑시머 레이저의 에너지 밀도가 상기 평가단계에서 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율이 특정한 값보다 더 높도록, 그리고 콘트라스트가 낮은 연속하는 영역들로 구성되는 부분의 한 영역은 특정한 값보다 더 작도록 엑시머 레이저 어닐링 처리에 사용되는 레이저빔의 에너지 밀도가 상기 평가단계에서 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 제조방법.
  18. 박막 트랜지스터를 제조하는 박막 트랜지스터 제조시스템에 있어서,
    비결정 실리콘막을 형성하는 비결정 실리콘막 형성장치와,
    비결정 실리콘막을 어닐링 함으로써 폴리실리콘막을 형성하는 폴리실리콘막 형성장치와,
    상기 폴리실리콘막의 표면의 영상을 픽업하고, 상기 픽업된 영상을 복수의 영역들로 분할하고 상기 픽업된 영상의 분할된 영역들의 각각의 콘트라스트를 연산하며, 높은 콘트라스트 영역과 낮은 콘트라스트 영역을 검출하고, 상기 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영역을 서로 비교하며, 상기 비교결과에 근거하여 상기 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 평가장치를 구비하는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 평가장치에서, 낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율을 연산하고, 상기 콘트라스트 비율에 근거하여 폴리실리콘막의 상태를 평가하는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성장치에서, 비결정 실리콘막이 레이저 어닐링 처리되는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성장치에서, 비결정 실리콘막의 선형부분에 조사되는 선형 레이저빔을 이용하여 비결정 실리콘막이 레이저 어닐링 처리되는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막 형성장치에서, 비결정 실리콘막이 엑시머 레이저 어닐링 처리되는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 폴리실리콘막의 상태에 근거하여, 상기 폴리실리콘막 형성장치에 의해 제공된 엑시머 레이저 어닐링에 사용되는 엑시머 레이저의 에너지 밀도가 상기 평가장치에서 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 제조시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    낮은 콘트라스트 영역의 콘트라스트와 높은 콘트라스트 영역의 콘트라스트간의 콘트라스트 비율이 특정한 값보다 더 높도록, 그리고 콘트라스트가 낮은 연속하는 영역들로 구성되는 부분의 한 영역은 특정한 값보다 더 작도록 엑시머 레이저 어닐링 처리에 사용되는 레이저빔의 에너지 밀도가 상기 평가장치에서 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 제조시스템.
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