TW498555B - System for manufacturing a thin-film transistor, method of manufacturing a thin-film transistor, method of evaluating polysilicon, and apparatus for inspecting polysilicon - Google Patents

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Hiroyuki Wada
Masato Takatoku
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Description

498555 A 7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 ^ 發明領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明相關於製造具有閘極電極形成在基板與多晶矽 膜之間的底部閘極結構的薄膜電晶體的系統及方法。本發 明也相關於評估多晶矽膜的方法以及檢視多晶矽膜的設備 〇 相關技術 近年來，具有由多晶矽形成的通道層的薄膜電晶體已 經在實務上被使用。具有由多晶矽形成的通道層的薄膜電 晶體展現非常高的電場移動率。當被用在例如液晶顯示器 的驅動電路時，這些薄膜電晶體會使影像的顯示具有高色 彩品質，會以高速操作，且會使顯示器的尺寸較小。 近年來，所謂的「低溫多晶化製程」已被開發。在此 製程中，準分子雷射對非晶矽施加熱，形成多晶矽膜。此 製程可應用於製造薄膜電晶體的方法，以因而抑制對玻璃 基板的熱損害以及使用大的不昂貴的熱阻玻璃基板。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是，可被用在低溫多晶化製程中的準分子雷射輸出 不穩定的功率。其所形成的多晶矽膜的晶粒尺寸不可避免 地大幅變化。多晶矽膜可能無法永遠具有想要的晶粒尺寸 。石夕晶體可能太小’導致所謂的「線性誤差（1 i n e a r e r r 〇 r )」。相反的，其可能太大，導致所謂的「寫入誤差（ write error )」。 在大部份藉著準分子雷射的非晶矽退火過程中，代表 施加於非晶矽的能量的資料反饋至準分子雷射。根據此資 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 498555 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 訊’準分子雷射射束的能量密度被改變至最佳的能量密度 〇 目測或感覺檢視只是可用來評估所得的多晶矽膜的一 罕重方法。在感覺方法中，膜的表面藉著使用頻譜橢圓計， 掃描式電子顯微鏡，或類似者而被照相，並且照片被檢查 &決定膜的晶體情況。換句話說，膜的晶體情況不能藉著 任何非接觸式的客觀檢視來決定。 發明槪說 本發明是在考慮上述情況下形成。本發明的目的爲提 供製造具有多晶膜的薄膜電晶體的系統及方法，其中多晶 膜是藉著使用射出具有根據膜的晶體情況被最佳化的能量 密度的雷射射束的雷射退火設備來形成，而膜的晶體情況 係藉由客觀的非接觸式的自動檢視而以高準確度被評估。 本發明的另一目的爲提供評估此多晶矽膜的方法。另一目 的爲提供檢視此多晶矽膜的設備。 根據本發明的製造薄膜電晶體的系統包含一膜形成設 備，用來在一基板上形成一金屬圖型以及在基板上形成覆 蓋金屬圖型的一非晶矽膜；一雷射退火設備，用來將非晶 矽膜退火，以將其轉變成爲作用成爲一通道層的一多晶矽 膜；觀察機構，用來觀察多晶矽膜的表面空間結構；及一 多晶矽檢視設備，用來評估由觀察機構所觀察到的表面空 間結構，以因而決定多晶矽膜的情況。多晶矽檢視設備以 數値來評估多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -?·口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 498555 A7 _ ___B7 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 空間結構，以及多晶矽膜的其他部份的表面空間結構。多 晶矽檢視設備計算多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份 的數値與多晶矽膜的其他部份的數値之間的差異。其從計 算所得的差異來決定多晶矽膜的情況。雷射退火設備使用 上述差異成爲用來控制雷射射束的能量密度的控制參數， 而膜形成設備使用上述差異成爲用來控制多晶矽膜的厚度 的控制參數。 在此系統中，多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份 的表面空間結構被評估成爲一數値，並且多晶矽膜的其他 部份的表面空間結構也被評估成爲一數値。然後，計算多 晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的數値與多晶矽膜的 其他部份的數値之間的差異。藉著使用此差異成爲控制參 數來設定雷射射束的能量密度或多晶矽膜的厚度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在根據本發明的製造薄膜電晶體的方法中，雷射退火 設備將非晶矽膜退火，因而使其轉變成爲作用成爲通道層 的多晶矽膜。此方法包含在基板上形成金屬圖型；在基板 上形成非晶砂膜，因而覆蓋金屬圖型；以一雷射射束的不 同能量密度在形成在一或多個基板上的非晶矽膜的多個部 份上實施雷射退火，因而形成多晶矽膜；以數値來評估多 晶砂膜的位在金屬圖型的上方的部份的表面空間結構；以 數値來評估多晶砍膜的其他部份的表面空間結構；計算多 晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的數値與多晶砍膜的 其他部份的數値之間的差異；及藉著使用差異成爲用來控 制能量密度及厚度的控制參數來控制雷射射束的能量密度 本g尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 " -0 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 _ ___B7_ 五、發明説明（4 ) 或多晶矽膜的厚度。 在此製造薄膜電晶體的方法中，藉著雷射退火設備而 形成的多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的表面空間 結構被評估成爲一*數値，並且多晶砂膜的其他部份的表面 空間結構也被評估成爲一數値。計算多晶矽膜的位在金屬 圖型的上方的部份的數値與多晶矽膜的其他部份的數値之 間的差異。藉著使用此差異成爲控制參數來設定雷射射束 的能量密度或多晶矽膜的厚度。 根據本發明，提供一種評估多晶矽膜之方法，其中多 晶矽膜係作用成爲通道層，且被設置在薄膜電晶體中，而 薄膜電晶體包含基板，設置在基板上的金屬圖型，以及通 道層，並且多晶矽膜是藉著在基板上形成一非晶矽膜且在 非晶矽膜上實施雷射退火而形成。此方法包含以數値來評 估多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的表面空間結構 :以數値來評估多晶矽膜的其他部份的表面空間結構；及 計算多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的數値與多晶 矽膜的其他部份的數値之間的差異，並且根據計算所得的 差異來評估多晶矽膜。 在此評估多晶矽膜的方法中，藉著雷射退火而形成的 多晶矽膜的表面空間結構被評估成爲一數値。多晶矽膜的 情況是根據多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的數値 與多晶矽膜的其他部份的數値之間的差異而被評估。 根據本發明，提供一種檢視多晶矽膜之設備，其中多 晶矽膜係作用成爲通道層，且被設置在薄膜電晶體中，而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
498555 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 薄膜電晶體包含基板，設置在基板上的金屬圖型，以及通 道層’並且多晶砂膜是藉著在基板上形成一非晶砂膜且在 非晶砂膜上實施雷射退火而形成。此檢視多晶砂膜之設備 包含觀察機構，用來觀察多晶矽膜的表面空間結構；及檢 視機構，用來檢視由觀察機構所觀察到的表面空間結構， 以因而決定多晶矽膜的情況。檢視機構以數値來評估多晶 矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的表面空間結構，以及 多晶矽膜的其他部份的表面空間結構，計算多晶矽膜的位 在金屬圖型的上方的部份的數値與多晶矽膜的其他部份的 數値之間的差異，且從計算所得的差異來決定多晶矽膜的 情況。 在此檢視多晶矽膜的設備中，藉著雷射退火而形成的 多晶矽膜的表面空間結構被評估成爲一數値。多晶矽膜的 情況是根據多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份的數値 與多晶矽膜的其他部份的數値之間的差異而被評估。 在根據本發明的製造薄膜電晶體的系統及方法中，藉著雷 射退火設備而形成的多晶矽膜的表面空間結構被評估成爲 數値。多晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份與多晶矽膜 的其他部份之間的差異就數値而言被計算。計算所得的差 異被使用成爲控制參數來調整由雷射退火設備射出的雷射 射束的能量密度，或設定多晶矽膜的厚度。 因此，以此系統及方法，可將從雷射退火設備射出的雷射 射束的密度設定於最佳値。此可增進薄膜電晶體的良率。 在根據本發明的評估多晶矽膜的方法中，藉著雷射退火設 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .__ 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -8- 498555 A7 ___B7 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 備而形成的多晶矽膜的表面空間結構被評估成爲數値。多 晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份與多晶矽膜的其他部 份之間的差異就數値而言被計算。從如此計算的差異來評 估多晶矽膜的情況。 以此方法，很容易以非破壞性的方式來評估多晶矽膜。另 外，不像在目測或感覺檢視中，可以用數値來評估膜。因 此，多晶矽膜可被自動地評估。如此，可達成高精確度的 客觀檢視。 在根據本發明的檢視多晶矽膜的設備中，藉著雷射退火設 備而形成的多晶矽膜的表面空間結構被評估成爲數値。多 晶矽膜的位在金屬圖型的上方的部份與多晶矽膜的其他部 份之間的差異就數値而言被計算。從如此計算的差異來評 估多晶矽膜的情況。 此檢視設備可以用非破壞性的方式來容易地評估多晶矽膜 。另外，不像在目測或感覺檢視中，其可以數値來評估膜 。因此，其可自動地評估多晶矽膜。如此，此設備可實施 客觀的高準確度的檢視。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖式簡要敘述 圖1爲具有底部閘極結構的丁？丁（薄膜電晶體）的 剖面圖。 圖2爲具有多晶矽膜的T F T的一部份的剖面圖。 圖3爲代表多晶矽膜的晶粒尺寸與藉著準分子雷射退 火而施加的能量之間的關係的圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） _ 9 498555 A7 __ B7 五、發明説明（7 ) 圖4 A爲藉著以比最佳値小的雷射能量在非晶矽上實 施準分子雷射退火而形成的多晶矽膜的表面影像。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖4 B爲藉著以最佳値的雷射能量在非晶矽上實施準 分子雷射退火而形成的多晶矽膜的表面影像。 圖4 C爲藉著以比最佳値大的雷射能量在非晶矽上實施準 分子雷射退火而形成的多晶矽膜的表面影像。 圖5 A及5 B顯示多晶矽膜的照片，各展現線性及週期性 〇 圖6 A及6 B顯示多晶矽膜的照片，均未展現線性或 週期性。 圖7爲顯示根據本發明的被設計來評估多晶矽膜的設 備的方塊圖。 圖8爲說明評估多晶矽膜的程序的流程圖。 圖9爲用來說明具有高週期性的多晶矽膜的自生相關 函數。 圖1 0爲用來說明具有低週期性的多晶矽膜的自生相 關函數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 1爲說明評估多晶矽膜的另一程序的流程圖。 圖1 2爲說明在圖1 1的流程圖的程序中發現展現局 週期性的多晶矽膜的自生相關影像的圖。 圖1 3爲說明在圖1 1的流程圖的程序中發現展現低 週期性的多晶矽膜的自生相關影像的圖。 圖1 4爲說明實際拍照所得的影像的測得的A C特性 的圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -10- 498555 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 圖1 5爲代表自生相關値對施加於形成的多晶矽膜的 能量所具有的關係的圖。 圖1 6爲顯示施加於形成的多晶矽膜的能量，A C値 ，與晶粒尺寸之間的關係的圖。 圖17爲顯示在底部閘極丁FT中AC値對準分子雷 射射束的能量密度所具有的關係的圖。 圖1 8爲顯示對於多晶矽膜的厚部份及薄部份的A C 値鈣準分子雷射射束的能量密度所具有的關係的圖。 圖1 9顯示根據多晶矽膜的薄部份與厚部份之間的厚 度差異來設定的底部閘極T F T的多晶矽膜的製造餘量， 亦即準分子雷射射束的能量密度的下限及上限。 圖2 0顯示底部閘極T F T的多晶矽膜的實驗決定的 A C値與準分子雷射射束的能量密度之間的關係。 圖2 1顯示從以具有紫外線雷射的顯微鏡（D U V ) 拍照所得的影像決定的A C能量密度關係，以及從以掃描 式電子顯微鏡（S E Μ )拍照所得的影像決定的a C能量 密度關係。 圖2 2爲結合根據本發明的多晶矽膜評估設備的製造 底部閘極T F T的設備的方塊圖。 圖2 3顯示在達成最佳能量密度時觀察到的施加來形 成多晶矽膜的能量與準分子雷射射束的能量密度之間的關 係。 圖2 4顯示在未達成最佳能量密度時觀察到的施加來 形成多晶矽膜的能量與雷射射束的能量密度之間的關係。 #1 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X；297公釐） -11 - 498555 A7 B7 五、發明説明（9 ) 圖2 5爲代表對於多晶矽膜的最厚部份及最薄部份的 5受置在底部閘極TF T中的多晶砂膜的製造餘量與施加來 形成多晶矽膜的雷射射束的能量密度之間的關係的圖。 圖2 6爲說明在決定製造餘量的過程中應用的控制參 數（額定値）的圖。 元件對照表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 底部閘極T F T (電晶體） 玻璃基板 閘極電極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 0 2 4 第一閘極絕緣膜 第二閘極絕緣膜 多晶矽膜 止動件 第一中間層絕緣膜 第二中間層絕緣膜 接線 平坦化膜 透明導電膜 設備 可移動台 紫外線固態雷射 C C D照相機 光學纖維探針 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 _____B7 五、發明説明（10 ) 5 射 束 分 裂器 6 物 鏡 7 控 制 電 腦 8 影 像 處 理電腦 0 準 分 子 雷射退火設備 發明的詳細敘述 以下敘述爲本發明的實施例的評估多晶矽膜的設備。 此設備被設計來評估在製造具有底部閘極結構的薄膜 電晶體（以下稱爲「底部閘極T F T」）的步驟之一中形 成的多晶矽膜。底部閘極T F T包含例如玻璃基板，設置 在基板上的閘極電極，覆蓋閘極電極的閘極絕緣膜，以及 設置在閘極絕緣膜上的多晶矽膜（通道層）。閘極電極設 置在玻璃基板與多晶矽膜（亦即通道層）之間。 底部閘極T F T的結構 以下參考圖1更詳細敘述底部閘極T F T的結構。 如圖1所示，底部閘極TFT1具有厚度爲〇.7 mm (毫米）的玻璃基板2。在玻璃基板2上，一個在另 一個上地依序形成閘極電極3，第一閘極絕緣膜4，第二 閘極絕緣膜5，多晶矽膜6，止動件7，第一中間層絕緣 膜8，第二中間層絕緣膜9，接線1 0，平坦化膜1 1 ， 以及透明導電膜1 2。 閘極電極3是以兩步驟來形成。在第一步驟中，鉬（ Mo )層在玻璃基板2上形成至1 0 0至2 0 0 nm (毫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' " " -13- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
498555 A7 ____B7_ 五、發明説明（11 ) 微米）的厚度。在第二步驟中，鉬層藉著各向異性蝕刻而 被定圖型。 第一閘極絕緣膜4是由矽氮化物（S i N X )形成，並 且具有例如5 0 nm的厚度。膜4形成在玻璃基板2上， 覆蓋設置在玻璃基板2上的閘極電極3。 第二閘極絕緣膜5是由二氧化矽（S i〇2 )形成，並 且具有例如2 0 0 n m的厚度。膜5是形成在第一閘極絕 緣膜4上。 多晶矽膜6是由多晶矽（p — S i )形成，並且具有 例如3 0至8 0 n m的厚度。多晶矽膜6形成在第二閘極 絕緣膜5上。膜6作用成爲底部閘極TF T 1的通道層。 其係以兩步驟形成。在第一步驟中，非晶矽（a 一 S i ) 膜藉著例如L P C V D法而在第二閘極絕緣膜5上形成至 3 0至8 0 nm的厚度。在第二步驟中，非晶矽膜被退火 ，因而轉變成爲多晶矽膜。退火是藉著使用爲紫外線雷射 的準分子雷射而達成。更明確地說，準分子雷射射出具有 窄矩形截面的脈衝雷射射束。雷射射束於特定的掃描方向 掃過非晶矽膜，因而使非晶矽膜多晶化。雷射射束的截面 爲例如20cm (公分）長，400//m (微米）寬，並 且具有30 OH z (赫）的脈衝頻率。掃描方向被設定爲 相對於脈衝雷射射束的截面的長度方向成直角（亦即平行 於脈衝雷射射束的寬度方向）。 多晶矽膜6承受雜質離子摻雜，因而形成源極區域及 汲極區域。雜質離子摻雜是在止動件7已經形成在多晶矽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公董） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • —
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7______五、發明説明（12 ) 膜6的位在閘極電極3的上方的部份上之後執行’因而防 止雜質離子進入多晶矽膜6的該部份。止動件7爲例如具 有2 0 0 nm的厚度的二氧化矽（S i〇2)膜。其係藉著 使用形成閘極電極3的過程中使用的掩模來形成。 第一中間層絕緣膜8是由矽氮化物（S i N x )形成’ 並且具有例如3 0 0 n m的厚度。第一中間層絕緣膜8形 成在多晶砍膜6上。 第二中間層絕緣膜9是由二氧化矽（S i〇2 )形成’ 並且具有例如1 5 0 n m的厚度。第二中間層絕緣膜9設 置在第一中間層絕緣膜8上。 接線1 0是以三個步驟來形成。在第一步驟中，二接 觸孔形成於第一及第二中間層絕緣膜8及9，以暴露形成 於多晶矽膜6的源極區域及汲極區域。在第二步驟中，鋁 (A 1 )膜及鈦（T i )膜形成在接觸孔中以及在第二中 間層絕緣膜9上。在第三步驟中，鋁膜及鈦膜藉著飩刻而 被定圖型。接線1 0電連接於電晶體的設置於多晶矽膜6 的源極區域及汲極區域，因而在玻璃基板上形成電路圖型 〇 平坦化膜1 1在接線1 0形成之後形成，以界定底部 閘極T F T 1的平坦表面。平坦化膜1 1的厚度爲2至3 β m ° 透明導電膜1 2是由透明的導電性材料例如I T〇形 成。膜1 2爲將接線1 〇 (圖1 )之一連接於外部元件或 外部接線的導體。其係在一接觸孔已經形成於平坦化膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4胁（210X297公董)~~" -15- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498555 A7 __B7__ 五、發明説明（13 ) 1 1之後形成在平坦化膜1 1上。如此，透明導電膜1 2 的一部份位在形成於平坦化膜1 1的接觸孔的內表面及底 部上。 由多晶矽形成的底部閘極T F T 1的通道層展現非常 高的電場移動率。此類型的底部閘極T F T可被使用在例 如液晶顯示器的驅動電路中。如此，底部閘極T F T會達 成具有高色彩品質的影像的液晶顯示，會以高速操作，並 且會使顯示器的尺寸較小。在底部閘極T F T 1的製造中 ，非晶矽膜藉著使用準分子雷射而被退火，因而形成多晶 矽膜6。亦即，執行低溫多晶化製程，因而抑制對玻璃基 板2的熱損害。因此，玻璃基板2可爲大的不昂貴的熱阻 玻璃板。 檢視多晶矽膜的需要 如此技術中已知的，電場移動率的重要因數爲多晶矽 膜6的晶粒尺寸。晶粒尺寸大幅取決於在準分子雷射退火 期間施加來形成多晶矽膜6的能量。因此，施加來將多晶 矽膜6退火的雷射射束的能量的控制或穩定性大幅影響底 部閘極T F T 1的特性及良率。 此處產生一個問題。用來將多晶矽膜6退火的準分子 雷射射出能量密度相當大幅地變動的雷射射束。施加來形 成多晶矽膜6的能量不可避免地大幅變動至落在被設定用 於膜6可有的想要的晶粒尺寸的容許範圍（多晶矽膜6的 製造餘量）外。因此，難以使多晶矽膜6永遠具有想要的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " -16- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 ____ B7_ 五、發明説明（14 ) 晶粒尺寸。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 換句話說，多晶矽膜具有大幅不同的晶粒尺寸，即使 其係藉著在除了雷射射束的能量密度之外均相同的情況下 實施準分子雷射退火而形成。如果施加於非晶矽膜的能量 過大，則非晶矽膜會成爲具有太小的晶粒尺寸的多晶矽膜 。相反的，如果施加的能量過小，則非晶矽膜會成爲具有 太大的晶粒尺寸的多晶矽膜。在任一情況中，底部閘極 T F T 1不能達成充分的電場移動率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 底部閘極T F T 1的閘極電極3位在多晶矽膜6的下 方。在準分子雷射退火期間，與膜6的爲源極區域及汲極 區域的其他部份相比，傳遞至多晶矽膜6的位在閘極電極 3上方的部份的熱較多。結果，膜6的該部份比膜6的其 .他部份較快熔化及固化，即使是雷射射束的能量密度保持 不變。因此，膜6的該部份具有一種晶粒尺寸，而其他部 份具有另一種晶粒尺寸。更精確地說，如果雷射射束的能 量密度在準分子雷射退火期間保持不變，則膜6的該部份 具有比其他部份（亦即源極區域及汲極區域）小的晶粒尺 寸。 因此，準分子雷射必須以使得位在閘極電極3上方的 膜6的部份與爲源極區域及汲極區域的膜6的部份具有想 要的晶粒尺寸的量來施加能量以形成多晶矽膜6。 由於形成非晶矽膜的C V D設備的操作錯誤，多晶矽 膜6可能無法在整個玻璃基板2上具有均勻的厚度。例如 ，膜6的中央部份可能比周邊部份厚。在此情況中，於厚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 498555 A7 _B7 __ 五、發明説明（15 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 部份的能量密度與於薄部份的能量密度不同’即使是準分 子雷射射出的雷射射束的能量密度不變。此導致厚部份與 薄部份之間晶粒尺寸的不同。更精確地說’如果雷射射束 的能量密度不變，則厚部份會具有比薄部份小的晶粒尺寸 〇 因此，準分子雷射必須以使得膜6的薄部份及厚部份 可均具有想要的晶粒尺寸的較大的量來施加能量以形成多 晶矽膜6。因此，多晶矽膜6的製造餘量會甚至更窄。 如上所指出的，用於準分子雷射退火的準分子雷射射 出能量密度大幅變化的雷射射束。難以將射束的能量密度 減小成使得爲源極區域及汲極區域的膜6的部份與位在閘 極電極3上方的膜6的部份可具有想要的晶粒尺寸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一般而言，如圖2所示，多晶矽膜6是在其已經承受 藉著使用準分子雷射來實施的多晶化製程之後被檢視其表 面晶體情況。此檢視是對形成在玻璃基板2上的所有 TFT或只對隨機選擇的一些TFT執行，以因而決定 T F T是否爲有缺陷者。另外，代表施加來形成多晶矽膜 6的能量的資訊被反饋至準分子雷射。準分子雷射根據此 資訊被控制，以因而射出具有適當的能量密度的雷射射束 〇 根據本發明的設備在已經執行多晶化製程之後評估多 晶矽膜6，以因而決定具有膜6的T F T是否爲有缺陷者 。設備將顯示施加於形成的多晶矽膜6的能量的資訊反饋 至準分子雷射。準分子雷射根據此資訊被控制，並且射出 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -- -18 - 8555 Α7 Β7 五、發明説明（16 ) 具有想要的fg量密度的雷射射束。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 評估多晶矽膜的原理及方法 (1 )以下說明評估藉著上述的準分子雷射退火而形 成的多晶矽膜的原理。 如上所述，底部閘極T F T的電場移動率大幅取決於 結合在T F T中的多晶矽膜的晶粒尺寸。晶粒尺寸越大， 電場移動率越高。 多晶矽膜的晶粒尺寸大幅取決於準分子雷射所施加來 形成多晶矽膜的能量。如圖3所示，多晶矽膜的晶粒尺寸 隨著所施加的能量而增加，直到其達到値L (下文稱爲「 最小可施加能量L」。當能量進一步增加時，晶粒尺寸以 較低的比率增加，直到其達到値Η (下文稱爲「最大可施 加能量Η」）。在晶粒尺寸達到値Η之後，其以較高的比 率增加，直到其達到臨界値。然後，晶粒尺寸隨著能量的 增加而急遽減小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，想要將雷射射束的能量密度控制成使得施加來 形成多晶矽膜的能量可在從最小可施加能量L至最大可施 加能量Η的範圍。如果具有落在此範圍內的能量的雷射射 束施加於非晶矽膜，則非晶矽膜會改變成具有充分的晶粒 尺寸的多晶矽膜。包含具有充分的晶粒尺寸的多晶矽膜的 任何薄膜電晶體可展現適當地高的電場移動率。 (2 )藉著對非晶矽膜分別以最佳雷射能量密度，比 最佳値低的雷射能量密度，及比最佳値高的雷射能量密度 本蛾*張尺度適用中國國家標準（ CNS ) Α4規格（210X297公釐） -19 - 498555 A7 B7 五、發明説明（17 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 來實施準分子雷射退火而形成的三個多晶矽膜就其表面情 況而言被比較。圖4 A爲第二多晶矽膜的表面影像。圖 4 B爲第一多晶矽膜的表面影像。圖4 C爲第三多晶矽膜 的表面影像。此三個影像爲由包含紫外線雷射的顯微鏡（ D U V )拍照所得。稍後會更詳細敘述顯微鏡。 在圖4 A至4 C中，箭頭X指不非晶砂膜被從準分子 雷射射出的射束來掃描的方向。雷射射束具有於箭頭Y的 方向延伸的長矩形截面。如此，掃描方向被設定爲相對於 雷射射束的截面的長度成直角。 圖4 B所示的藉著以最佳雷射能量密度來實施的退火 而形成的多晶矽膜的影像在以下的兩方面與圖4 A及4 C 所示的其他多晶矽膜的二影像不同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第一，藉著以最佳雷射能量密度來實施的退火而形成 的多晶矽膜的影像（圖4 B )與分別藉著以較低的雷射能 量密度來實施的退火及以較高的雷射能量密度來實施的退 火而形成的二多晶矽膜的影像（圖4 A及圖4 C )相比展 現較高的線性。以另一種方式來說，藉著以最佳雷射能量 密度來實施的退火而形成的圖4 B的多晶矽膜在其表面上 具有於雷射掃描方向（箭頭X )延伸的空間結構。 第二，藉著以最佳雷射能量密度來實施的退火而形成 的多晶矽膜的影像（圖4 B )與分別藉著以較低的雷射能 量密度來實施的退火及以較高的雷射能量密度來實施的退 火而形成的其他二多晶矽膜的影像（圖4 A及圖4 C )相 比展現較高的週期性。更正確地說，藉著以最佳雷射能量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 ____B7_ 五、發明説明（18 ) 密度來實施的退火而形成的圖4 B的多晶矽膜在其表面上 具有於箭頭Y的方向有週期性的空間結構。 根據本發明的設備利用上述的圖4 B的影像與圖4 A 及4 C的影像之間的差異來檢查多晶矽膜的表面情況。更 明確地說·，本發明的設備對藉著將非晶矽膜準分子雷射退 火而獲得的多晶矽膜的表面影像進行數値分析。首先，設 備決定每一多晶矽膜是否在其表面上具有線性空間結構或 週期性空間結構，或是每一多晶矽膜是否在其表面具有線 性空間結構以及週期性空間結構。如此，設備評估設置於 底部閘極T F T的多晶矽膜。 (3 )以下說明對展現線性或週期性或二者的多晶矽 膜的任何影像實施數値分析的方法。 具有線性及週期性二者的多晶矽膜的影像可由平行延 伸且以規則間隔隔開的長筆直線來代表，如圖5 A所示。 另一方面，不具有線性或週期性的多晶矽膜的影像可顯示 成爲形成不規則圖型且以不規則間隔隔開的短線，如圖 6 A所示。爲以數値來評估影像的線性及週期性，影像可 被複製，然後複製的影像可被側邊偏移來觀察其與原始影 像的重疊程度。亦即，決定在複製的影像如此移動時，其 與原始影像相關的程度。例如，以一特定距離偏移的圖 5 A的影像的複製影像如圖5 B所示的與原始影像（圖 5 A )大幅重疊，亦即其與原始影像非常相關。相較之下 ，以相同距離偏移的圖6 A的影像的複製影像如從圖6 B 可見的與原始影像（圖6 A )不重疊，亦即其與原始影像 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-21- 498555 A7 B7 五、發明説明（彳9 ) 不相關。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 側邊偏移的複製影像與原始影像的相關可由數値來代 表。因此’多晶矽膜的影像的週期性可以用數値來評估。 達成數値評估的方法之一爲首先決定影像的自生相關函數 ，然後找出函數的峰値及函數的側峰値，最後獲得峰値對 側峰値的比。術語「峰値」是於原點處的相關値與於方向 y的第二最小値（亦即使散焦最小所施加的値）之間的差 異。注意第二最小値可由最小値，第三最小値，第四最小 値，或類似者來取代。術語「側峰値」則是在於方向y的 第二最大値處的相關値（不包括原點）與於方向y的第二 最小値之間的差異。 在本發明中，線性或週期性可被評估來決定被檢視的 .多晶砂膜的表面情況。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在多晶矽膜的拍照所得的影像展現線性，週期性，或 二者的情況中，有另一種方法來達成數値評估。在此方法 中，構成已經被標準化的影像的所有像素的値被加於線性 的方向以及所得的和的調變因數。另一方法爲對標準化的 影像實施二維的傅立葉（Fourier )轉換，以因而決定某一 頻率分量的大小。另一方法爲首先抽取影像（例如於方向 y展現線性的影像）中的最大或最小値的座標，然後決定 在於方向y延伸的矩形區域中所存在X座標的分散。矩形 區域的寬度爲於方向X配置像素的節距，並且橫座標上的 中點指示存在於矩形區域中的X座標的平均。另一方法爲 首先抽取影像（例如於方向y展現線性的影像）中的最大 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - -22- 498555 A7 _ _ ΒΊ_ 五、發明説明（20 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 或最小値的座標，然後找出由在於方向y延伸的矩形區域 中的每一點（就在上方的點及就在下方的點）所定義的角 度。矩形區域的寬度爲於方向X配置像素的節距，並且橫 座標上的中點指示在矩形區域中所存在的X座標的平均。 設備的結構及操作 (1 )以下敘述被設計來評估上述的多晶矽膜的表面 空間結構的線性及週期性的本發明的設備。 根據本發明的設備根據由包含射出具有2 6 6 nm的 波長的紫外線射束的雷射的顯微鏡所製備的多晶矽膜的照 片’來評估形成在未完成的底部閘極T F T的基板上的任 何多晶矽的表面情況。 根據本發明的設備具有如圖7所示的結構。 如圖7所示，設備2 0包含可移動台2 1 ，紫外線固 態雷射2 2，C C D照相機2 3，光學纖維探針2 4，射 束分裂器2 5，物鏡2 6，控制電腦2 7，以及影像處理 電腦2 8。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可移動台2 1被設置來支撐要被檢視的基板1。基板 1上形成有多晶矽膜。可移動台2 1不只是可支撐基板1 ’並且也可將基板1移動至預定的檢視位置。 可移動台21包含X台，Y台，z台，及抽吸板。 X台及Y台可分別於互相成直角延伸的二水平方向移 動’用來於水平平面中將基板1移動至預定檢視位置。Z 台可於直立方向移動，用來調整X台及γ台的高度。抽吸 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)' • 23 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 B7 五、發明説明（21 ) 板被設置來藉著抽吸力而固持基板。 紫外線固態雷射2 2射出具有2 6 6 n m的波長的紫 外線射束。其爲例如N d ·· Y A G 4折固態雷射。或者 ’雷射2 2可爲射出具有大約16 6 nm的波長的射束的 最近開發的雷射。 C C D照相機2 3對於紫外線非常敏感。C C D照相 機2 3包含對基板1的表面拍照的C C D影像感測器。 c C D照相機2 3的主體可被冷卻來抑制由C C D影像感 測器所產生的熱噪音，讀取噪音，電路噪音，及類似者。 光學纖維探針2 4作用成爲射束引導路徑。其將從雷 射2 2射出的紫外線射束引導至射束分裂器2 5。 射束分裂器2 5反射從紫外線固態雷射2 2射出的紫 外線射束，經由物鏡2 6而將其施加於安裝在可移動台 2 1上的基板1。射束分裂器2 5容許從基板1反射的光 通過，將光引導至具有高靈敏度及低噪音的照相機2 3。 亦即，射束分裂器2 5界定二光學路徑，一個用來將雷射 射束引導至基板1 ，而另一個用來將來自基板1的光引導 至CCD照相機23。 物鏡2 6爲用來接收從基板1反射的光的光學元件， 以形成基板1的表面的放大影像。物鏡2 6具有例如 〇 · 9的數値孔徑N A，並且其像散已被調整於2 6 6 nm的波長。物鏡2 6被配置在射束分裂器2 5與可移動 台2 1之間。 控制電腦2 7被設置來控制紫外線固態雷射2 2的操 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-24 - 498555 A7 B7 五、發明説明（22 ) 作，可移動台2 1的位置，以及物鏡2 6的切換。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 影像處理電腦2 8接收由結合在C CD照相機2 3中 的C C D影像感測器所產生的影像資料。其分析影像資料 ，並且評估形成在基板1上的多晶矽膜的表面情況。 在上述的設備2 0中，從紫外線固態雷射2 2射出的 紫外線射束經由光學纖維探針2 4，射束分裂器2 5，及 物鏡2 6而施加於基板1。基板1在其表面上反射紫外線 射束，其經由物鏡2 6及射束分裂器2 5而施加於C CD 照相機2 3。在C C D照相機2 3中，C C D影像感測器 將從基板1反射的光轉換成爲代表多晶矽膜的表面情況的 影像資料。影像資料被供應至影像處理電腦2 8。 影像處理電腦2 8根據供應至其的代表多晶矽的表面 影像的資料來評估多晶矽膜的情況。從評估的情況，電腦 2 8計算準分子雷射達成用來形成想要的多晶矽膜的準分 子雷射退火所必須具有的能量密度。另外，電腦2 8決定 形成在基板1上的多晶矽膜是否爲想要的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (2 )以下說明影像處理電腦2 8如何評估多晶矽膜 的情況。此電腦2 8首先藉著使用多晶矽膜的自生相關函 數來求得多晶矽膜的表面影像的週期性的數値（下文稱爲 「A C値」）。然後，電腦2 8評估多晶矽膜的表面空間 結構的線性及週期性，以因而評估多晶矽膜的情況。
更精確地說，電腦2 8以以下參考圖8的流程圖所述 的步驟來評估多晶矽膜的情況。首先，電腦2 8接收代表 多晶矽膜的表面影像的影像資料（步驟S 1 )。然後’ S 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25 - 498555 A7 B7 五、發明説明（23 ) 腦2 8從影像資料計算自生相關函數（步驟S 2 )。其次 ，電腦28在表面影像中抽取垂直於含有點（0，〇)的 線的平面（步驟S 3 )。電腦2 8對如此抽取的平面求得 自生相關函數的峰値及側峰値，並且獲得峰値對側峰値的 比，亦即A C値（步驟S 4 )。根據A C値，電腦2 8評 估多晶矽膜的情況（步驟S 5 )。 自生相關函數如下： R ( r) 1 im—f f{x)f{x^r)dx τ_>〇〇 T J〇 自生相關函數R ( τ )代表於方向X平行移動的函數 f ( X )的相關。 在設備2 0中，以下所述的Winner-Hintin理論被應用 來求得多晶矽膜的表面影像的自生相關函數。所接收的影 像資料會被稱爲「影像i」。 1 ·首先，影像i承受二維傅立葉（Foimei:)轉換。 :ί =傅立葉（i ) 2 ·求得傅立葉（Founer )級數「ί」的平方，以產生功 率向量「ps」。 :P s = | ί | 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26 - 498555 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（24 ) 3 ·對功率向量「p s」實施反向傅立葉（Fourier )轉換， 以產生二維自生相關函數「ac」。 :a c =反向傅立葉（p s ) 4 ·求得自生相關函數「a c」的絕對値，因而獲得用於 自生相關函數的値「a c a」。 ·· a c a = | a c | 如此產生的自生相關函數「a c a」顯示在圖9及 1 0中。圖9代表高自生相關函數，亦即具有良好週期性 及高度線性的表面空間結構的多晶矽膜的表面影像的自生 相關函數。圖1 0代表低自生相關函數，亦即具有不適當 週期性及低線性的表面空間結構的多晶矽膜的表面影像的 自生相關函數。 在設備2 0中，電腦2 8抽取垂直於排列方向（亦即 表面空間結構具有線性的方向）且含有點（〇，〇 )的平 面。電腦2 8求得藉著抽取此平面而獲得的函數。含有點 (0，0 )的平面的抽取是爲了將根據實驗參數例如照明 基板1的光的量及C C D影像感測器的增益而改變的自生 相關函數標準化而實施。 如此藉著抽取平面而獲得的函數相應於對於垂直於上 述的排列方向的方向的自生相關函數R ( r )。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） -27· 498555 A7 B7 五、發明説明（25 ) 上述的歩驟S 1至S 3可由圖1 1所示的步驟S 1 1 至S 1 4來取代。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 換句話說，影像處理電腦2 8可如以下參考圖1 1的 流程圖所說明的來評估多晶矽膜的情況。 首先，電腦2 8接收代表多晶矽膜的表面影像的影像 資料（步驟S 1 1 )。其次，電腦2 8從影像資料抽取一 線，該線係垂直於雷射射束延伸（亦即表面空間結構具有 線性的方向X )(步驟S 1 2 )。電腦2 8計算對於抽取 的線的自生相關函數（步驟S 1 3 )。如果需要，電腦2 8對於其他線重複步驟S 1 1至S 1 3，因而求得線的平 均自生相關函數（步驟S 1 4 )。 自生相關函數可藉者應用如以下所述的Winner-Hintin 理論來決定。應注意代表抽取的每~^線的影像資料爲「1 j ° 1 ·抽取的線「1」承受傅立葉（Fourier )轉換。 ·· ί 1 =傅立葉（1 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 ·求得傅立葉（Fourier )級數「f 1」的平方，以產生 功率向量「psl」。 ：p s 1 = | f 1 | 2 3 ·對功率向量「P s 1」實施反向傅立葉（Fourier )轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28- 498555 A7 B7 五、發明説明（26 ) 換，以產生二維自生相關函數「acl」° :acl=反向傅立葉（psl) 4 ·求得自生相關函數「a c 1」的絕對値，因而獲得用 於自生相關函數的値「a cal」° :a c 1 = | a c 1 | 如此產生的自生相關函數a c a 1顯示在圖1 2及 1 3中。圖1 2代表高自生相關函數，亦即具有良好週期 性及高度線性的表面空間結構的多晶砂膜的表面影像的自 生相關函數。圖1 3代表低自生相關函數，亦即具有不適 當週期性及低線性的表面空間結構的多晶矽膜的表面影像 的自生相關函數。 對由電腦2 8接收的影像資料所代表的影像的所有的 線產生自生相關函數。這些自生相關函數的平均相應於對 於垂直於排列方向（亦即表面空間結構具有線性的方向） 且含有點（0，0)的方向的自生相關函數R(r)。 設備2 0求得獲得的自生相關函數的最大峰値及側峰 値，並且計算最大峰値對側峰値的比。此比被使用成爲 A C値。 至於具有有良好週期性及高度線性的表面空間結構的 多晶矽膜的表面影像，最大峰値與側峰値之間的差異大， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -29- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498555 A7 B7_ 五、發明説明（27 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 並且A C値大。相比之下’在具有有不適當的週期性及低 線性的表面空間結構的多晶矽膜的情況中’最大峰値與側 峰値之間的差異小，並且A c値小。 如上所述，底部閘極T F T的多晶矽膜的表面被照相 ，表面影像的自生相關函數被計算，並且多晶矽膜的表面 空間結構的線性及週期性被獲得成爲數値。 圖1 4爲說明實際照相所得的影像的測得的A C特性 的圖。 (3 )以下說明如此計算的A C値，多晶矽膜的晶粒 尺寸，與施加來形成多晶砂膜的能量之間的關係。 圖1 5爲代表自生相關値對於施加來形成多晶矽膜的 能量所具有的關係的圖。如圖1 5所示，在能量達到値 E B i之後，A C値與在準分子雷射退火期間施加來形成多 晶矽膜的能量成比例增加。A C値在能量Ε τ處成爲最大。 然後，A C値與所施加的能量成反比地減小，在能量 E B 2處成爲最小。此爲A C値如何取決於在準分子雷射退 火期間施加於非晶矽膜的能量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 6不只是顯示圖1 5所示的表面影像的A C特性 ，並且也顯示圖1 3所示的能量與多晶矽膜的晶粒尺寸之 間的關係。從圖1 6可見，最大A C値落在適當的晶粒尺 寸的範圍內。另外，圖1 6顯示二重要事實。第一，AC 値開始隨著施加於非晶矽膜的能量增加的能量E B i小於多 晶矽膜達成最小的想要的晶粒尺寸的最小可施加能量L。 第二’ A C値開始與施加於非晶矽膜的能量成反比地減小 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30- 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（28 ) 的能量E B 2大於多晶砂膜達成最小的想要的晶粒尺寸的最 大可施加能量Η。 爲從如圖1 5所示地變化的A C値來決定多晶砂膜是 否具有適當的晶粒尺寸’只要看A C値是否落在由圖1 6 中的粗曲線所指示的範圍內即可。 (4 )從A C値可決定多晶矽膜是否爲想要的。分別 在最小可施加能量L及最大可施加能量Η處獲得的二A C 値A C L之一可被使用成爲臨限値。如果多晶矽膜具有大於 臨限値的A C値，則其會被視爲所想要的。 從準分子雷射射出的雷射射束可根據A C値被設定於 最佳的能量密度。在此情況中，雷射射束的能量密度被改 變，並且不同能量密度的射束施加於基板，因而對每一基 板實施雷射退火。相應於能量密度的A C値被畫圖，因而 畫出類似於圖1 5的特性圖。從如此畫出的圖，可決定最 好的可能的能量密度。 如上所述，在底部閘極T F T 1中，閘極電極3位在 多晶矽膜6下方。雷射退火期間所施加的能量擴散至位在 閘極電極3上方的多晶矽膜6的部份內比擴散至分別爲源 極區域及汲極區域的多晶矽膜6的其他部份內多。因此， 與膜6的其他部份（亦即源極區域及汲極區域）相比，較 多的能量施加於膜6的先提及的部份，即使是能量以均勻 的密度施加於整個多晶矽膜。因此，膜6的先提及的部份 會具有與膜6的其他部份不同的晶粒尺寸。 一般而言，不可能以一種密度來施加能量於多晶矽膜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -31 - 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（29 ) 的位在閘極電極上方的部份’而以另一種密度來施加能量 於多晶矽膜的爲源極區域及汲極區域的其他部份。因此， 能量是以均勻的密度施加於整個多晶矽膜。 因此，在底部閘極TF T中，A C値隨著準分子雷射 射束的能量密度改變，如圖1 7所示。亦即，A C値具有 二不同的峰値，一個爲對於多晶矽膜的位在閘極電極上方 的部份，而另一個爲對於多晶矽膜的爲源極區域及汲極區 域的其他部份。更正確地說，與位在閘極電極上方的部份 相比，其他部份（亦即源極區域及汲極區域）具有在較低 能量密度處達到其峰値的A C値。 因此，不只是多晶矽膜的源極區域及汲極區域，膜的 位在閘極電極上方的部份也應具有最佳的可能的A C値。 然後，可只是藉著評估A C値來決定多晶矽膜是否爲想要 的，以及將準分子雷射射束的能量密度設定於最佳値。 如圖1 8所示，取決於準分子雷射射束的能量密度的 A C値具有對於多晶矽膜的一厚部份的一峰値以及對於一 薄部份的另一峰値。更精確地說，與對於厚部份相比， A C値對於薄部份具有在較低能量密度處的峰値。 考慮於多晶矽膜的位在閘極電極上方的該部份的熱擴 散，以及多晶矽膜的薄部份與厚部份之間的厚度差異。然 後，即足以設定能量密度的下限及上限，如圖1 9所示。 亦即，下限是根據多晶矽膜的源極區域或汲極區域的最薄 部份的A C値來設定，而上限是根據多晶矽膜的位在閘極 電極上方的部份的最厚部份的A C値來設定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " _ 32 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498555 A7 B7 五、發明説明（30 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2 0顯示底部閘極T F T的多晶矽膜的實驗決定的 A C値與準分子雷射射束的能量密度之間的關係。從圖 2 0可瞭解’ A C値具有一峰値’ 一^個是對於多晶砂膜的 位在閘極電極上方的部份’而另一個是對於爲源極區域及 汲極區域的其他部份。圖2 0教示準分子雷射退火中的最 佳的可能能量密度爲3 8 0 m J (毫焦耳）。 (6 )如上所述，底部閘極T F T中所用的多晶砂膜 可藉著評估多晶矽膜的表面空間結構的線性或週期性或是 二者而以非破壞性的方式被檢視。因此，多晶矽膜可在底 部閘極T F T的製造期間被檢視。另外，線性及週期性均 被獲得成爲數値的形式。因此’可達成多晶砂膜的自動檢 視。另外，可以高精確度來檢視多晶矽膜。另外，檢視結 果可被應用來調整退火的參數，以因而增進薄膜電晶體的 良率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上所述，射出具有2 6 6 n m的波長的紫外線射束 被用來對多晶砂膜的表面照相。用來對膜的表面照相的裝 置不限於具有紫外線固態雷射的裝置。可使用S E Μ來取 代，使得多晶矽膜的S Ε Μ影像可被檢驗來評估多晶矽膜 的表面空間結構的線性或週期性或是二者。圖2 1顯示雷 射射束的能量密度與從以S Ε Μ照相所得的影像獲得的 A C値之間的關係，以及能量密度之間的關係。圖2 1也 顯示雷射射束的能量密度與從以包含紫外線雷射的顯微鏡 (D U V )照相所得的影像獲得的A C値之間的關係。從 圖2 1可見，從D U V獲得的A C値稍微小於從S Ε Μ影 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐1 ~ 一 -33 - 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ _B7____ 五、發明説明（31 ) 像獲得的A C値，因爲與S E Μ影像相比，D U V影像具 有較低的色彩品質。但是，由D U V影像所決定的能量密 度/ A C値關係與由S Ε Μ影像所決定者幾乎相同。 以上所述爲藉著應用多晶矽膜的表面影像的自生相關 函數來以數値的形式獲得線性及週期性的方法。但是，任 何不使用表面影像的自生相關函數的方法也可在本發明中 被採用。 丁 F Τ可能具有如同閘極電極般位在多晶矽膜的下方 的金屬圖型，例如T E G (測試元件群）或C s (聚積電 容）。在多晶矽膜的位在金屬圖型上方的部份中，熱擴散 以與在多晶矽膜的位在閘極電極上方的部份中相同的方式 發生。有鑑於此，想要計算金屬圖型的A C値以及閘極電 極的A C値。 設備在底部閘極T F T的製造中的使用 以下敘述設備2 0如何可被使用在底部閘極T F T的 製造中。 圖2 2顯示設備2 0及準分子雷射退火設備3 0。設 備2 0所計算的A C値被供應至準分子雷射退火設備3 0 。在設備3 0中，被射出的雷射射束的能量密度根據從設 備2 0供應的A C値被設定於最佳値。 準分子雷射退火設備所射出的雷射射束具有與預設値 不同的能量密度。能量密度從預設値改變，展現如同高斯 分佈的特性。亦即，其與預設能量密度偏差某一程度。設 置於底部閘極丁 F T中的多晶矽膜的製造餘量（亦即被施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -34- 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（32 ) 加來形成多晶矽膜的能量）隨著雷射射束的能量密度大幅 改變。注意如果施加來形成多晶矽膜的能量落在製造餘量 的外側，則此底部閘極T F T會是不想要的製品。 假設如圖2 3所示，製造餘量位在最佳能量範圍內。 並且’假設爲雷射射束預設的能量密度落在此範圍內。則 施加來形成多晶矽膜的能量落在製造餘量內，即使是雷射 射束的能量密度與預設値有偏差。在此情況中，可以高良 率來製造底部閘極T F T。如果爲雷射射束預設的能量密 度如圖2 4所示落在最佳能量的範圍外，則施加來形成多 晶矽膜的能量在大多數情況中會落在製造餘量之外。此不 可避免地降低底部閘極T F T的良率。 本發明利用底部閘極T F T的A C値峰値特性，因而 將從準分子雷射退火設備射出的雷射射束的能量密度設定 於最佳的可能値。 亦即，多個玻璃基板被製備，並且非晶矽膜形成在基 板上。準分子雷射退火設備將具有不同能量密度的雷射射 束分別施加於非晶矽膜，因而對非晶矽膜實施雷射退火。 每一基板上的非晶矽膜改變成多晶矽膜。多晶矽膜的 位在閘極電極上方的最厚部份的A C値被偵測。多晶矽膜 的最薄部份（亦即源極區域及汲極區域）的A C値被偵測 〇 形成在所有玻璃基板上的多晶矽膜的如此獲得的A C 値被畫在圖中，因而畫出如圖2 5所示的二AC値峰値特 性曲線。特性曲線之一是與各別多晶矽膜的最薄部份有關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 、τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
-35- 498555 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 _ 五、發明説明（33 ) 。另一特性曲線與各別多晶矽膜的最厚部份有關。 從這些A C値峰値特性曲線，可決定能量密度的最佳 範圍（亦即多晶矽膜的製造餘量）。更精確地說，對於製 造餘量的下限的能量密度相應於可施加於多晶矽膜的位在 閘極電極上方的最厚部份的最小能量（L )。最低能量密 度在圖25中顯示成爲Mo (L)。另一方面，對於製造 餘量的上限的能量密度相應於可施加於多晶矽膜的爲源極 區域及汲極區域的最薄部份的最大能量（H)。最高能量 密度在圖2 5中顯示成爲0(1^)。 製造餘量的中間値如此被決定。在中間値處的能量密 度被使用成爲雷射射束的最佳能量密度。 如上所述，形成在所有玻璃基板上的多晶矽膜的A C .値被獲得且被畫成圖形，並且能量密度的最佳範圍（亦即 製造餘量）被決定。在範圍的中間値處的能量密度被設定 成爲最佳的可能能量密度。具有如此設定的能量密度的雷 射射束被施加來形成底部閘極T F T中的多晶矽膜。此使 得可增進底部閘極T F T的良率。 在決定製造餘量的過程中，多晶矽膜的最薄部份（亦 即源極區域及汲極區域）的A C値從位在閘極電極上方的 最厚部份的A C値被減去，因而獲得被用來評估多晶矽膜 的控制參數或額定値。亦即，額定値=(最厚部份的A C 値）一（最薄部份的A C値）。 如圖2 6所示，當雷射射束具有最厚部份（亦即位在 閘極電極上方的部份）具有與最薄部份（亦即源極區域及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -36- 498555 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（34 ) 汲極區域）相同的A C値的能量密度時，控制參數（額定 値）爲0。當雷射射束具有任何不充分的能量密度時，控 制參數具有負値，而當雷射射束具有任何過量的能量密度 時，控制參數具有正値。 製造餘量的下限及上限可根據控制參數（額定値）而 被決定。 控制參數大幅影響有缺陷製品對想要的製品的比。顯 示控制參數與缺陷百分比之間的關係的圖可被製備，然後 最佳的可能控制參數可從圖來獲得。此有助於決定雷射射 束的最佳能量密度。 如上所述，控制參數（額定値）是藉著從多晶矽膜的 最厚部份的A C値減去多晶矽膜的最薄部份的A C値而獲 得。因此，控制參數代表多晶矽膜的表面空間結構。此表 示控制參數可作用來將雷射射束的能量密度設定於想要的 値。 控制參數（額定値）不只是可被應用來設定雷射射束 的想要的能量密度，並且也可被應用來決定多晶矽膜是否 爲想要的。 如上所述，控制參數（額定値）被應用，計算雷射射 束的最佳能量密度，並且最佳能量密度被反饋至準分子雷 射退火設備。製造餘量可根據多晶矽膜的厚度被控制。亦 即，當雷射射束的能量密度對於製造餘量太高時，只要增 加膜厚度即可，而當雷射射束的能量密度對於製造餘量太 低時，只要減小膜厚度即可。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -37-

Claims (1)

  1. 498555 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種製造薄膜電晶體之系統，包含： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一膜形成設備，用來在一基板上形成一金屬圖型以及 在該基板上形成覆蓋該金屬圖型的一非晶矽膜； 一雷射退火設備，用來將該非晶矽膜退火，以將其轉 變成爲作用成爲一通道層的一多晶矽膜； 觀察機構，用來觀察該多晶矽膜的表面空間結構；及 一多晶矽檢視設備，用來評估由該觀察機構所觀察到 的該表面空間結構，以因而決定該多晶矽膜的情況； 其中該多晶矽檢視設備以數値來評估該多晶矽膜的位 在該金屬圖型的上方的部份的表面空間結構，以及該多晶 矽膜的其他部份的表面空間結構，計算該多晶矽膜的位在 該金屬圖型的上方的該部份的數値與該多晶矽膜的其他部 份的數値之間的差異，且從計算所得的該差異來決定該多 晶矽膜的情況；並且該雷射退火設備使用該差異成爲用來 控制該雷射射束的能量密度的控制參數，而該膜形成設備 使用該差異成爲用來控制該多晶矽膜的厚度的控制參數。 經濟部智慧財產局員工消費合t社印製 2 ·如申請專利範圍第1項所述的製造薄膜電晶體之 系統，其中該多晶矽檢視設備以數値來評估該多晶矽膜的 位在該金屬圖型的上方的該部份的表面空間結構的線性及 /或週期性，以及該多晶矽膜的其他部份的表面空間結構 的線性及/或週期性。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的製造薄膜電晶體之 系統，其中該多晶矽檢視設備根據該多晶矽膜的位在該金 屬圖型的上方的該部份的一厚部份的表面空間結構的線性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -38- 498555 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 及/或週期性來設定該雷射射束的能量密度的下限，並且 根據該多晶矽膜的其他的部份的薄部份的表面空間結構的 線性及/或週期性來設定能量密度的上限。 4 ·如申請專利範圍第3項所述的製造薄膜電晶體之 系統，其中當該雷射射束的能量密度在該下限側時，該雷 射退火設備降低該雷射射束的能量密度，或是該膜形成設 備增加該非晶矽膜的厚度，並且當該雷射射束的能量密度 在該上限側時，該雷射退火設備提高該雷射射束的能量密 度，或是該膜形成設備減小該非晶矽膜的厚度。 5 · —種製造薄膜電晶體之方法，其中雷射退火設備 將非晶矽膜退火，因而使其轉變成爲作用成爲通道層的多 晶矽膜，該製造薄膜電晶體之方法包含： 在基板上形成金屬圖型； 在該基板上形成非晶矽膜，因而覆蓋該金屬圖型； 以一雷射射束的不同能量密度在形成在一或多個基板 上的非晶矽膜的多個部份上實施雷射退火，因而形成多晶 矽膜； 以數値來評估該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的 部份的表面空間結構； 以數値來評估該多晶矽膜的其他部份的表面空間結構 j 計算該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部份的 數値與該多晶矽膜的其他部份的數値之間的差異；及 藉著使用該差異成爲用來控制能量密度及厚度的控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -39- 498555 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 梦數來控制該雷射射束的能量密度或該多晶矽膜的厚度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 ·如申請專利範圍第5項所述的製造薄膜電晶體之 方法’其中該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部份 的表面空間結構的線性及/或週期性被評估成爲一數値， 並且該多晶矽膜的其他部份的表面空間結構的線性及/或 週期性被也評估成爲一數値。 7 ·如申請專利範圍第6項所述的製造薄膜電晶體之 方法，其中該雷射射束的能量密度的下限是根據該多晶砂 膜的位在該金屬圖型的上方的該部份的一厚部份的表面空 間結構的線性及/或週期性被設定，並且能量密度的上限 是根據該多晶矽膜的其他部份的薄部份的表面空間結構的 線性及/或週期性被設定。 8 ·如申請專利範圍第7項所述的製造薄膜電晶體之 方法，其中當該雷射射束的能量密度在該下限側時，該雷 射射束的能量密度降低，或是該非晶矽膜的厚度增加，並 且當該雷射射束的能量密度在該上限側時，該雷射射束的 能量密度提高’或是該非晶矽膜的厚度減小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 . 一種評估多晶矽膜之方法，該多晶矽膜係作用成 爲通道層，且被設置在薄膜電晶體中，該薄膜電晶體包含 基板’設置在該基板上的金屬圖型，以及通道層，該多晶 石夕膜是藉著在基板上形成一非晶砂膜且在該非晶砂膜上實 施雷射退火而形成，該評估多晶矽膜之方法包含： 以數値來評估該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的 部份的表面空間結構； 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -40- 498555 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 以數値來評估該多晶砂膜的其他部份的表面空間結構 :及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 計算該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部份的 數値與該多晶矽膜的其他部份的數値之間的差異’並且根 據計算所得的該差異來評估該多晶矽膜。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項所述的評估多晶矽膜之 方法，其中該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部份 的表面空間結構的線性及/或週期性被評估成爲一數値’ 並且該多晶矽膜的其他部份的表面空間結構的線性及/或 週期性被也評估成爲一數値。 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項所述的評估多晶矽膜 之方法，其中該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部 份的一厚部份的表面空間結構的線性及/或週期性被評估 成爲一數値，並且該多晶矽膜的其他部份的薄部份的表面 空間結構的線性及/或週期性被也評估成爲一數値。 經濟部智慧財產局員工消費合I社印製 1 2 . —種檢視多晶矽膜之設備，該多晶矽膜係作用 成爲通道層，且被設置在薄膜電晶體中’該薄膜電晶體包 含基板，設置在該基板上的金屬圖型’以及通道層，該多 晶矽膜是藉著在基板上形成一非晶矽膜且在該非晶矽膜上 實施雷射退火而形成，該檢視多晶矽膜之設備包含： 觀察機構，用來觀察該多晶矽膜的表面空間結構；及 檢視機構，用來檢視由該觀察機構所觀察到的該表面 空間結構，以因而決定該多晶矽膜的情況； 其中該檢視機構以數値來評估該多晶矽膜的位在該金 本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -41 - 498555 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 屬圖型的上方的部份的表面空間結構，以及該多晶矽膜的 其他部份的表面空間結構，計算該多晶矽膜的位在該金屬 圖型的上方的該部份的數値與該多晶矽膜的其他部份的數 値之間的差異，且從計算所得的該差異來決定該多晶矽膜 的情況。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述的檢視多晶矽膜 之設備，其中該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部 份的表面空間結構的線性及/或週期性被評估成爲一數値 ，並且該多晶矽膜的其他部份的薄部份的表面空間結構的 線性及/或週期性被評估成爲一數値。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述的檢視多晶矽膜 之設備，其中該多晶矽膜的位在該金屬圖型的上方的該部 份的一厚部份的表面空間結構的線性及/或週期性被評估 成爲一數値，並且該多晶矽膜的其他部份的薄部份的表面 空間結構的線性及/或週期性被評估成爲一數値。 經濟部智慧財產局員工消費合A社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -42-
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