TWI660410B - 用於準分子雷射退火之控制之監控方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一種方法係被揭露可評估一藉照射來自一準分子雷射之脈衝而結晶化的矽層。該結晶化會在該結晶層上造成週期性形貌體，乃取決於該層所被曝露之該等脈衝中的能量密度ED和數目。該層之一區域係被以光照明。該照明區域之一顯微鏡影像係由來自該照明區域被該等週期性形貌體繞射的光所造成。該顯微鏡影像包含對應的週期性形貌體。該ED係由該顯微鏡影像中之該等週期性形貌體的對比之一測量值來決定。

Description

用於準分子雷射退火之控制之監控方法及裝置 相關申請案
本案要請求2014年3月3日申請之No.14/195,656美國專利申請案的優先權益，其內容併此附送。
本發明之技術領域
本發明概有關於藉脈衝雷射照射之薄矽(Si)層的熔化及再結晶。該方法特別有關於評估該等再結晶層的方法。
背景技術之說明
矽再結晶化係為一種步驟，其乃時常被使用於薄膜電晶體(TFT)主動矩陣LCDs，及有機發光二極體(AMOLED)顯示器的製造中。該結晶矽會形成一半導體基底，其中該顯示器的電子迴路會被以傳統的微影製法來形成。通常，再結晶化係使用一脈衝雷射來進行，其會被成形呈一長線而沿該長度方向(長軸)具有一均一的強度廓形，且在該寬度方向(短軸)亦具有一均一或”頂帽”強度廓形。於此製程中，在一玻璃基材上之薄層的非結晶矽會被雷射輻射的脈衝重複地熔化，而該基材(及其上的矽層)係相 對於該等雷射輻射脈衝之一發送源平移。藉由在某一最佳的能量密度(OED)之重複脈衝，熔化再固化(再結晶)會發生，直到一所需的晶體微結構於該薄膜中被獲得。
光學元件會被用來將該等雷射脈衝形成為一輻射直線，且再結晶會發生於一具有該輻射直線之寬度的條帶中。每一企圖皆會被用來使該等輻射脈衝的強度沿著該直線保持高度地一致。此乃必須保持沿該條帶之晶體微結構的一致。該等光脈衝之一較佳來源係為一準分子雷射，其會發送具有一在電磁波頻譜之紫外光區中的波長之脈衝。上述使用準分子雷射脈衝的再結晶製法，通常係被稱為準分子雷射退火(ELA)。該製法是一種很精敏者，且該OED的誤差容限會是一很少百分比，或甚至小到±0.5%。
有兩種ELA的模式。在一模式中，一面板相對於該雷射束的平移速度係充分地慢，而使該射束寬度的”頂帽部分”由一個脈衝至下個脈衝會重疊高達95%，故任何極小的區域會接受總共大約20個脈衝。在另一稱為前進式ELA或AELA的模式中，該平移速度係更快許多，而在一次通過一面板上時該等照射的”直線”具有最少的重疊，且可能甚至在其間留下未結晶化的空間。多次通過係被作成為會使該整個面板被照射一脈衝總數，其可比在一ELA製法中更少，而來製成同等的材料。
不論那個ELA模式被使用，在一生產線中之面板上的結晶化模之評估係會被以目視檢查來立即地離線進行。此檢查是完全主觀的，且倚賴經高度訓練的有經驗檢 查者，他們藉由其經驗係能夠將所觀察到的面板之形貌體與該結晶化射束中的能量密度之非常小的變化，例如小於1%，來互相關連。在一生產環境中，若製程能量密度有一變化，該視覺分析和確立的過程由該結晶化被進行之時起典型需要大約一到一個半小時之間，而對可接受的面板之生產線產能會有一對應的負面影響。
故有需要一種評估該ELA製程的客觀方法。較好是，該方法應至少能夠在一生產線上被實行。更好是，該方法應能夠在一反饋回路中被用以類實時評估，而回應於該評估所提供的資料來自動地調整製程能量密度。
本發明之概要
本發明係有關一種用以評估一至少部份結晶化的半導體層之方法和裝置，該半導體層係被曝露於多數個雷射輻射脈衝其在該層上具有一能量密度，該結晶化會在該層上於一第一方向造成一第一組群的週期性表面形貌體，及在一垂直於該第一方向的第二方向造成一第二組群的週期性表面形貌體，該第一和第二組群的週期性形貌體之形式取決於該半導體層所被曝露的雷射輻射脈衝之能量密度。
在本發明之一態樣中，一種用以評估該半導體的方法包含：照明該結晶化的半導體層之一區域，及在來自該照明區域被該第一和第二組群的週期性形貌體繞射之光中記錄該照明區域之一顯微鏡影像。該記錄影像含有分別 對應於該層的照明區域中之該第一和第二組群的週期性形貌體之水平和垂直的週期性影像特徴組群。該能量密度係由該等水平和垂直的週期性影像特徴組群之至少一者的對比之一測量值來決定。
20‧‧‧評估裝置
21‧‧‧繞射測量裝置
22‧‧‧結晶化矽層
24‧‧‧玻璃面板
26‧‧‧顯微鏡
28,80‧‧‧光源
29,65,82‧‧‧射束
30‧‧‧聚縮隔板
32‧‧‧光學元件
34‧‧‧反射光束部份
36R,84‧‧‧繞射光
36T‧‧‧繞射光束部份
38‧‧‧擋止物
39,40‧‧‧濾光元件
50‧‧‧檢測單元
52‧‧‧光檢測元件
54‧‧‧電子處理器
60,60A‧‧‧退火裝置
62‧‧‧平移台
64‧‧‧準分子雷射
66‧‧‧可變衰減器
68‧‧‧射束成形光件
69‧‧‧成形射束
70‧‧‧旋轉鏡
72‧‧‧投射光件
82R‧‧‧反射光束
所附圖式係被併入且構成本說明書的一部份，乃示意地示出本發明之一較佳實施例，並與前述的概括說明和後述之該較佳實施例的詳細說明一起用來說明本發明的原理。
圖1為一圖表乃示意地示出針對ELA結晶化矽層之掃描雷射顯微鏡影像的快速傅里葉變換(FFTs)，在滾動和橫向方向所測出的最高振幅為脈衝能量密度之一函數。
圖2為一圖表乃示意地示出針對A-ELA結晶化矽層之掃描雷射顯微鏡影像的FFTs，在滾動和橫向方向所測出的最高振幅為脈衝能量密度之一函數。
圖3為一圖表乃示意地示出針對A-ELA結晶化矽層之掃描雷射顯微鏡影像的快速傅里葉變換(FFTs)，在滾動和橫向方向所測出的最高振幅為脈衝數目之一函數。
圖4為一ELA結晶化矽層之一區域的偏振光顯微鏡影像，乃示出當結晶化時橫交於及平行於該層的滾動方向(RD)所形成的凸脊。
圖5為一類似於圖4之一結晶化層之一區域的錐光顯微鏡影像，乃示出分別來自橫向和滾動方向凸脊之繞射光所形成的水平和垂直光帶。
圖6為一圖表乃示意地示出針對來自ELA結晶化層之橫向及滾動方向凸脊的繞射光所測得的振幅為脈衝能量密度之一函數。
圖7為一圖表乃示意地示出針對來自A-ELA結晶化層之橫向及滾動方向凸脊的繞射光就410、415和420mJ/cm2之ED值所測得的振幅為脈衝數目之一函數。
圖8和8A示意地示出依據本發明之一用以分開地測量來自ELA結晶化層之橫向及滾動方向凸脊的繞射光之振幅的裝置之一較佳實施例。
圖9示意地示出依據本發明的ELA裝置之一較佳實施例，包含圖8的裝置併有一可變的衰減器用以回應於來自該ELA結晶化層之橫向及滾動方向凸脊的繞射光所測得的振幅調整一矽層上的脈衝能量密度。
圖10示意地示出依據本發明之一ELA裝置的另一較佳實施例，類似於圖9的裝置，但其中圖8的裝置係被一依據本發明之用以分開地測量來自該ELA結晶化層之橫向及滾動方向凸脊的繞射光之振幅的裝置之另一較佳實施例所取代。
圖11A為一記錄於來自一在低於一最佳能量密度(OED)結晶化的矽層之一區域的繞射光中之透射顯微鏡影像的重現，該影像包含水平和垂直的週期性形貌體對應於該層中的滾動方向和橫向形貌體。
圖11B為一類似於圖11A的影像之一透射顯微鏡影像的重現，但係為一在一高於該最佳能量密度結晶化的 矽層者。
圖12為一類似於圖11B的影像之一透射顯微鏡影像的重現，及光振幅為水平和垂直距離之一函數的圖表，該等水平和垂直形貌體的對比可由之被測出。
圖13為一圖表乃示意地示出在一類似於圖12之影像的顯微鏡影像之水平形貌體中所測得的對比，如同圖2的圖表所記錄之由該二組群的層形貌體繞射之光的振幅為能量密度之一函數，且所測得的振幅之一的計算斜率為能量密度之一函數。
圖14為一類似的圖13之圖表的圖表，但其中該顯微鏡影像係來自一被以包含一微平滑化技術之雷射結晶化製法來結晶化的矽層。
本發明之詳細說明
薄矽膜的ELA處理會導致表面粗糙突出物的形成，它們係由於矽在固化時的膨脹所形成者。該等突出物係特別會在側向生長時於三或更多個固化正面碰撞之間形成。該等突出物通常並非隨機地定位。而是，它們會由於波紋形成的過程而排列對準，在文獻中統稱為雷射致生的週期性表面結構物(LIPSS)。故該等波紋係由良好排列的突出物之系列所組成。該波紋形成係僅會在一能量密度窗(範圍)內被看到，其中該薄膜係達到部份熔化。典型地該波紋週期性係等同該入射光的波長，例如，以XeCl準分子雷射為大約290~340nm。因為此等小尺寸，故波紋不能，或極 難能被使用傳統的光學顯微技術來解析。
典型在光亮場顯微術中所看到的是該ELA處理的薄膜之表面係由散佈著較亮區域之伸長的較暗彩色區域所組成。該等較暗區域的靠近檢查顯示它們係由具有較高突出物之更強烈波動的(規則的)區域所組成，而在其間係為具有較不規則及/或較低突出物的區域。該等較規則的區域於此係稱為凸脊，而在其間的區域係稱為凹谷。有一發明性的發現，即該等凸脊的形成顯得會與波紋的形成相關連，且該等凸脊的典型定向係在一垂直於該波紋方向的方向。本發明的方法和裝置係倚賴測量來自一藉由該ELA製法所形成之薄矽膜(層)中的凸脊之光繞射。該方法提供一種該波動程度之一間接測量值，其能被用來以類實時監測或控制該ELA製程。此外，一種方法係更直接針對該等波紋本身來被描述，雖然使用某些顯微技術其相較於用以測量來自凸脊之繞射的較傳統光學顯微技術係較緩慢。
波紋通常並非只在一方向形成。該等波紋主要係形成在一平行於掃描方向的方向，及亦在一垂直於該掃描方向的方向(該直線方向)。該等波紋係為週期性的，且於此係被以它們的週期性之方向來描述，使用一般在冶金學中共用的術語，其中該滾動方向(RD)會與該掃描方向相符，且該橫向(TD)會與該直線方向相符。緣是，由於定向於該掃描方向的波紋在該橫向係為週期性的，故它們係被稱為TD波紋。同樣地，定向於該直線方向的波紋在該滾動方向係為週期性的，故被稱為RD波紋。
依據LIPSS理論，TD波紋具有一間隔粗略等於該光的波長，而RD波紋係相隔大約λ/(1±sin θ)，且典型主要為該λ/(1-sin θ)間隙，其中θ是該層上之雷射輻射的入射角度，其在ELA中典型是大約5度或更大。波紋形成對獲得均一的聚矽膜是有幫助的，因為該晶粒結構會傾向於依循該表面週期性。當波紋出現時，理想地，一主要由尺寸約為λ×λ/(1-sin θ)之矩形晶粒組成之非常規則的薄膜會被形成。以較低的能量密度(ED)晶粒會較小，而以較高ED，晶粒會較大。當比該波紋領域尺寸更大的晶粒被生長時，於此稱為超側向生長(SLG)，表面重流將會造成該突出物高度的減少及該薄膜中之次序的逐漸喪失。
在一用來判定由該等波紋造成的表面週期性與雷射脈衝的ED間之一數值關係的第一試驗中，結晶化膜的雷射掃描顯微鏡(LSM)影像會被以該RD和TD方向中造成的變換藉快速傅里葉變換(FFT)來分析。該FFT中之一波峰表示有某一表面週期性的存在，且該波峰的位置對應於該表面週期性的方向。以大約1/λ來提供尖銳波峰的TD變換表示強烈的TD週期性。RD變換會以大約(1-sin θ)/λ來顯示較不尖銳的波峰，並具有比該等TD變換更低的振幅，即，較不顯著的RD波紋具有大約(1-sin θ)/λ的間隔。
圖1為一圖表乃示意地示出在一ELA製程中有總共25個重疊的脈衝，對應的RD和TD變換波峰之振幅為各脈衝中以每平方厘米毫焦耳(mJ/cm2)計的能量密度(ED)之一函數。其可被看出該RD週期性顯示在一比最大的TD週期性 稍微更高的ED處係為最大。於此一大約420mJ/cm2的OED係被示出該等RD和TD方向中的週期性隨著較高的ED急促地逐減(相對地)。應請瞭解於此所定義的ED係使用一常見於工業中的方法來決定，包括測量該射束中的能量並將之除以該射束的頂帽寬度，而不管該頂帽兩側的梯度。
圖2為一類似於圖1的圖表，但係以一25個脈衝的A-ELA製程來結晶化者。其中，該等RD波紋顯示比ELA者更強的週期性，且其波峰週期性係比在該ELA製程之例更佳地界定。
圖3為一圖表乃示意地示出RD和TD波峰振幅為在一420mJ/cm2的ED的脈衝數目之一函數，該ED係稍微小於該依經驗決定的OED。其可被看出在該TD方向週期性會穩定地增加至一大約22的脈衝數目。在該RD方向，僅有非常少的週期性成長，直到大約15個脈衝已被發送之後。
圖4為一反射光中的偏振顯微鏡影像。定向於該橫向的凸脊(其係相關連於該RD方向中的波紋，或換言之，按照該根據週期性的定義，即該等”TD波紋”)能被清楚地看出。定向於該滾動方向(且相關連於”RD波紋”)的凸脊係較不明顯但仍然可見，如將可被由上述的FFT分析預期。
不同於波紋，該等凸脊並非嚴格地週期地。但是，該等凸脊具有一特徵間隔，其範圍典型可在大約1.5μm和約3.0μm之間，或約為一大於該等波紋的間隔之量值等級。依據波紋的專用術語，該等凸脊係被以該週期性的方向來稱謂，即，RD凸脊係定向於該橫向，而TD凸脊係定向 於該滾動方向。
該FFT分析，於其本身，清楚地提供評估一結晶化層之一手段。但是，用來產生上述資訊所須的步驟通常係較慢，故並不鼓勵使用該等分析於一以ELA或A-ELA結晶化之層的近實時線上監測或評估。因此，乃決定研究分析與RD和TD波紋有關連之垂直定向的凸脊組群相關連之繞射現象的可能性，而不企圖去直接測量該等波紋本身。
圖5為一譬如圖4中所示之一層的錐光顯微鏡影像。此係使用一商業上可得的顯微鏡來攝取，而該目鏡被移除以容許該物鏡的後焦點平面之一影像能被記錄。於此例中，該影像係被以一簡單的行動電話相機來記錄。該顯微鏡係被以一透射光構態來使用。一第一偏振器係被設在該樣品前方的照明光徑中，且一第二偏振器(分析器)係被設在該樣品之後，而其偏振方向係對該第一偏振器者呈90度。
該錐光影像的中心對應於該顯微鏡系統的光軸，且離該光軸(中心點)的距離對應於該光行經的角度。因此，該錐光影像會提供在該顯微鏡中的光之方向上的資訊。
一聚縮隔片係被設成接近於一最小孔徑來限制該樣品上之入射光的角度分佈，並因而將該孔徑的影像限制於該錐光影像的中心。該影像的其餘部份係由被該結晶化形成的TD和RD凸脊組群繞射的光所形成。該偏振器和分析器會一起作用來最小化該中心點相對於該影像之其餘部份的亮度。以90度相對旋轉該二偏振器會在該錐光影像中形成一對交叉的消光帶，稱為消光影。藉著相對於該樣品 一起旋轉偏振器和分析器，該等消光影能被由該等繞射帶旋轉離開而來最小化該等帶的消光。
以灰色標度呈現於圖5中的實際影像係為一彩色影像。該水平帶是一淺藍色，而該垂直帶是一淺綠色。該等帶的色彩可為相當均勻，故相信係表示在該等波長有一高繞射效率，且在其它波長有較低的繞射效率。該等帶之色彩的均一性咸信係為該等凸脊的可變間隔之一結果。其中可能有某些光譜在該等水平和垂直帶的光譜之間重疊。
該顯微鏡物鏡為一20x物鏡。該中心點之一強度梯度較高的片段邊緣會給予該影像畫素尺寸之一指示。在該等黑暗象限中的較大方塊係為JPEG影像壓縮之一加工物。
在該圖之一水平方向有一強烈的光帶係由RD凸脊(有關於TD波紋)繞射所造成。在該圖的垂直方向，有一較弱的光帶由TD凸脊(有關於RD波紋)繞射所造成。透射的光會在該影像的中心形成一亮點。
如由圖1和圖2的圖表可以預期，若該脈衝ED掉至該OED以下，則該TD凸脊繞射帶相對於該RD凸脊繞射帶之亮度的相對亮度會隨逐減的ED陡峭地減少。當該脈衝ED升至該OED以上，則該TD凸脊繞射帶相比於該RD凸脊繞射之亮度的相對亮度會保持大約相同，但兩者皆會隨逐增的ED陡峭地減降。故測量該等繞射帶的亮度會提供一種有力的方法可判定ED是否高於或低於OED並且有多少。
圖6為一圖表乃示意地示出在一ELA製程中被25 個重疊脈衝結晶化的矽層區域之RD凸脊繞射強度(實線)和TD凸脊繞射強度(虛線)為脈衝ED之一函數。該等凸脊的強度未被直接地測量。而是，繞射帶強度之一測量值係依據該等帶具有不同色彩及色彩資訊係仍存在於該規則的顯微鏡影像中之觀察來被想出。
一商業上可得的掃描場圖表編輯器會被用來決定該等偏振光影像之藍色和綠色波道的平均亮度，分別作為RD凸脊和TD凸脊的繞射之一測量值。此方法之一缺點係該影像色彩波道並未提供最佳化的過濾來看出該帶亮度，因此在該二種訊號之間會有一相當大的串擾。且該非繞射的中心點之訊號會疊加於此等色彩波道上，而使它們具有一較高的雜訊標度。即便如此，該差異清楚地示出一趨勢，即當該綠色波道亮度對該藍色波道亮度之比達到一最大值時，則該OED會被發現，如在圖6中的點狀曲線所示。
或者一以一CMOS陣列或CCD陣列記錄的錐光影像，類似於圖5的影像，可被使用適當的軟體電子式地處理，而來僅由該等繞射帶採集測量數據。此具有一優點即該測量值將會不敏感於該影像中的實際顏色和該等繞射光帶的繞射效率，因該空間資訊實質上係與此無干。該實際的繞射效率可為薄膜厚度和沈積參數之一函數。
圖7為一圖表乃示意地示出RD凸脊繞射強度(實曲線)和TD凸脊繞射強度(虛曲線)為連續地輸送至一被結晶化層之相同區域的脈衝數目和脈衝ED之一函數。其中的趨勢係類似於圖3之圖表者。在各例中的三個ED值係為 410mJ/cm2，415mJ/cm2及420mJ/cm2，即選擇以稍多於該ED之1%的間隔。其可被看出在15個脈衝被沈積之後，該1%的ED變化會使訊號振幅提升至一約20%的變化。在大約22個脈衝時，該繞射訊號變化係仍在該ED變化的5%左右或較好為2%。此清楚地示出本發明方法的敏感性。
圖8示意地示出依據本發明之用以評估一結晶化矽層的裝置之一較佳實施例20。於此一被評估的結晶化矽層22係被支撐在一玻璃面板24上。一被設立來供科勒(kohler)照明的顯微鏡26包含一燈或光源28會發送一白光的射束29。一聚縮隔板30會提供用於該射束29之光錐的數值孔徑之控制。
一部份反射且部份透射的光學元件32(一射束分裂器)會將射束29導至該層22上使其垂直入射於該層，如圖8中所示。該光束的一部份34會由該層22反射，且部份36T被繞射。該字尾T，若被用於此，意指該光係被該層結晶化時所形成的上述橫向(TD)凸脊繞射。圖8A示出裝置20在一垂直於圖8之平面的平面中，並示出光36R被該層結晶化時所形成的上述滾動方向(RD)凸脊繞射。
該反射和繞射光會透射穿過元件32。該反射光會被一擋止物38阻擋。該繞射光會旁通繞過擋止物38，並入射在一檢測單元50中之一光檢測元件52上。一電子處理器54係被提供於檢測單元50中，且被安排成能決定被該檢測器接收的繞射光之振幅。
檢測元件52可為一畫素運作的檢測器，譬如一 CCD陣列或一CMOS陣列如前所述，而會記錄該繞射光之一錐光影像(見圖7)，由之該繞射光強度能被處理器54以空間分析來決定。或者，該檢測元件可為一或多個光電二極體元件而能記錄聚合的繞射光。就本例而言，選擇性的濾光元件39和40會被提供其具有通帶被選成對應於如前所述之該TD和RD繞射光的特定顏色。它們能被移入或移出該繞射光的路徑，如圖8中以箭號A所示。
在任一例中，另一光譜過濾器(未示出)可被提供用以將來自光源28之光的帶寬限制於該等被繞射的顏色。此將會減少由層22散射之光(未示出)所生的雜訊，該散射光係能夠旁通繞過擋止物38並與該繞射光混合。
在圖8和8A中顯微鏡26的光件包含用於光源28的收集透鏡光件，(無限校準的)物鏡光件，及管狀透鏡光件等未被示出，可供照明的方便。此外該顯微鏡可設有一伯特蘭(Bertrand)透鏡來直接觀看該錐光影像及”目鏡”(或接目鏡)。在一顯微鏡中之此等光件的形式和功能係公知於熟悉該光學技術者，且其之詳細描述對瞭解本發明的原理並不需要。
可擇代於一反射光顯微鏡，一透射光顯微鏡亦可被使用。此一顯微鏡設計並沒有一射束分裂器，但在該樣品前方需要一分開的聚縮透鏡。為得最佳成果該射束擋止物38可被置於該物鏡的後焦點平面中，或其在該樣品之後的任何共軛平面中。就反射光顯微術而言，該射束擋止物最好係置於該物鏡的後焦點平面之一共軛平面中，其係位 在該射束分裂器之後，俾免亦會阻擋該入射光。
應請瞭解來自凸脊的繞射亦可在沒有偏振器及/或一射束擋止物時被觀察。繞射光帶仍亦可以在該物鏡及/或該聚縮透鏡移除之後被觀察。故該等透鏡應可被視為一種工具，其能最佳化有關正被探測之該薄膜內的該區域之亮度和選擇性的測量值。它們並非於此所述之裝置的關鍵元件。
圖9示意地示出依據本發明之一準分子雷射退火裝置之一較佳實施例60。裝置60包含一準分子雷射64會發送一雷射射束65。射束65會透射穿過一可變衰減器66至射束成形光件68，其會發送一成形射束69經由一旋轉鏡70至投射光件72。該投射光件會以非垂直入射角將該射束投射在該層22上，如前所述。包含該層22的玻璃面板24係被支撐在一平移台62上，其會相對於該投射的雷射束以一方向RD來移動該層和面板。
上述的裝置20係置設在該層22上方。處理單元54會由被檢測元件52觀察到之該等TD凸脊繞射和RD凸脊繞射光分量的振幅，及一由實驗曲線譬如圖6和圖7之曲線造成的電子檢查表，來判定該層是否已被以高於或低於該OED的脈衝結晶化。
典型地，該投射雷射束中的能量密度(脈衝能量或製程ED)最初係被控制在該標定的OED。但是，被發送的能量密度可能隨著時間移變，其通常係被記錄為該OED之一明顯移變。若該OED呈現已移變至一比標定者更低之 值，則該ED將會低於該OED；在前述之該二方向將會有一較低的凸脊密度；且因此，該兩種繞射訊號的振幅將會減小。嗣一訊號會被由處理單元54發送至衰減器66來減少輸送至該層的脈衝能量。若該OED呈現已移變至一比標定者更高之值，則該ED將會低於該瞬間的OED；相對於上述的TD凸脊將會有一較低的RD凸脊密度；且因此，該RD凸脊繞射振幅將會減小，而該TD繞射振幅會保持相同。嗣一訊號會被由處理單元54發送至衰減器66來適當地增加輸送至該層的脈衝能量。
當然，上述的校正程序並不必定要使用圖9的反饋設置來自動地完成。擇代地，處理單元54可發送有關該OED明顯移變的資訊來對一操作者顯示在一監視器上，且該操作者能人工地調整輸送至該層22的脈衝能量。
圖10示意地示出依據本發明的準分子雷射退火裝置之另一較佳實施例60A。裝置60A係類似於圖9的裝置60，唯除該繞射測量裝置20係被一另擇的繞射測量裝置21所取代，其包含一方向性光源80譬如一雷射束82。來自該雷射的光係以非垂直入射角入射在層22上，如圖10中所示，而造成一反射光束82R和繞射光84。其將會是來自TD凸脊和RD凸脊的繞射光束，如前參照圖8和圖9之裝置20所述者。該反射光束82R會被擋止物38選擇地阻擋，且繞射光會被檢測元件52檢測，並能被處理單元54如前所述地處理，乃視檢測元件52的形式而定。
故本發明的方法和裝置可被用來由一面板找出 OED，包含多次掃描各在一不同的ED，例如具有分別為10、5或甚至只2mJ/cm2的ED。一依據本發明的顯微鏡可被裝在雷射退火裝置之一退火腔室內。該顯微鏡可包含一變焦透鏡總成用以改變其放大率。該面板能在該顯微鏡底下被掃描，以容許該面板可在一或多個位置於同情況下被測量。該顯微鏡可被附加地設有一平枱能在橫向造成移動。一自動聚焦裝置可被附加，但對一錐光影像則不需要，因其具有一比該ELA製程更大的焦點深度。完全結晶化的面板亦能在一或多個位置被測量(在線上或離線)，而來檢測該製程的品質，俾使其它面板的結晶化若是需要可被中止。若足夠的測量被完成，則一瑕疵(mura，即亮度不均之痕影)的地圖可被獲得。
在本發明的上述實施例中，OED係由來自一樣品在二互相垂直方向之一或二者被繞射的光之所測出振幅來決定，例如於圖6中所示者。此方法之一潛在問題係所測得的振幅之變化會由於某些因ED變化以外的理由而發生。舉例而言，檢測部件的劣化會改變所測得的振幅。又，在一樣品上可能有些結晶化的空間變異，其可能會在用以標定同一結晶化ED之被測得的繞射振幅中造成空間變異。以下所述，參照圖11A和圖11B開始，係為一另擇的資料獲得和處理方法之一說明，其能減少，假使未全部消除，上述的潛在問題。
圖11A和11B係為以一透射的偏振化顯微鏡作成之結晶樣品的顯微圖。圖11A係由一以一低於OED的ED處 理(照射)之矽層所作成。圖11B係由一以如同圖11的雷射束片段，但在一高於OED的ED來處理之矽層所成。該顯微鏡物鏡是一1.25x物鏡。因為如此，該圖11A和11B的影像示出一比圖4中所示者更大的區域，其影像係以一10x物鏡所攝得，並比用以造成圖6和7的影像更大許多，它們係以一20x物鏡所攝得。
圖11A和11B之影像的水平尺寸係大約9mm。以此一大的場域，顯著的漸暈可以發生，且亮度會朝該影像的邊緣逐漸減降。軟體式的平場校正會被施用來校正它。該等影像會被使用一商業上可得的掃描場圖表過濾來獲得該綠色波道，但藍色的過濾影像或甚至未過濾的影像亦會具有類似外觀。或者，影像可被由一設有濾色器能例如僅濾出綠光或藍光的顯微鏡來獲得。沒有聚縮隔板被用於該顯微鏡照明。該等影像具有高亮度，且相機快門時間係小於100毫秒(ms)。
該等影像係在被呈一90度相對旋轉之一偏振器和分析器阻擋之具有零級透射光的繞射光中作成。該偏振器和分析器相對於該樣品的旋轉係會使該等消光影由該繞射帶旋轉離開，如前所述。此會造成一顯微影像，其在該層中具有一高密度的凸脊來繞射該光之區域，與該層中具有一低密度的凸脊亦會繞射該光的區域之間具有非常高的對比。
如前所述，凸脊密度之一差異會對應於波紋密度之一差異，且將會對應於晶粒結構中之一差異。因此，該 等影像中的對比係表示該層中有一不均一性。此不均一性一般稱為亮度不均痕影(mura)。於該等影像中的水平條紋係在該掃描(滾動)方向，且被稱為掃描痕影。掃描痕影通常會由於沿該雷射束的長軸之輕微ED變異而出現。此等ED變異會致生該製程窗之一局部偏移。緣是，低於和高於OED的掃描痕影對比會互相倒反。該等掃描痕影條紋的對比係被發現經長時間非常穩定，且通常只會由於一ELA系統中之射束輸送系統中的光件之重對準、污染或清楚的結果而改變。於該等影像中的垂直線係在該直線方向(該雷射束的長軸)，且被稱為拍攝痕影。低於OED時，拍攝痕影大部份係由寬濶條紋組成，而高於OED時，附加地，顯明的條紋典型會被觀察到。
該等水平和垂直線為本說明和所附申請專利範圍之目的可被描述為週期性的，但此不一定意指該週期性是規則的。且，該等水平和垂直等詞語係僅用來供方便描述互相垂直的線，而非表示實施時該等線之一實際的定向。
圖12示意地示出影像畫素之直列和橫排的平均亮度如何能被採用作為一影像中之分別的拍攝痕影和掃描痕影之一測量值。此影像係在一類似於圖11B之影像的ED範圍內所攝。圖12中的圖表G2和G1乃示意地示出分別為該影像中之全部的畫素直列和全部的畫素橫排之測量振幅。其各別之一對比值能被決定，例如，藉由各別的最高測量值減去最低測量值，或藉採取一平均振幅附近的振幅變異之標準偏差。如前所述，在本例中的影像係使用一軟體式 的綠色濾光器來作成。此會加強該掃描痕影的對比。
圖13為一圖表乃示意地示出得自例如圖12之影像的掃描痕影之測量對比(曲線A)為ED之一函數。此圖表係由被濾光來僅示出綠色波道的影像所獲得。亦被示意地示出來供比較的是，針對該偏振光顯微鏡影像之綠色波道亮度(曲線B)和藍色波道亮度(曲線C)，類似於圖6的曲線，所測得的繞射光量值為ED之一函數；及曲線B之一計算斜率(曲線D)的絕對值。其可被看出該測量對比(曲線A)在一大約15mJ/cm2的ED(該OED)處呈現一非常明顯地界定的最小值。其亦可被看出該掃描痕影對比(曲線A)大致依循該計算斜率(曲線D)的形式，其亦在如同曲線A之最小值的ED處呈現一明顯界定的最小值。
此係與該觀察相符，即該掃描痕影對比係大部份由該直線射束中的長軸能量密度變異所造成。依據該亮度曲線B所示的關係，此一能量密度變異係被預期會造成一亮度變化。故，掃描痕影對比之一測量值會產生有關於該ED曲線的斜率之資訊，且透過此關係，該實際的處理ED會相關於所需的ED或該OED。
圖14為一類似於圖13之圖表的圖表，乃示出相同於參照圖13於前所述的測量和計算量值等，但係針對使用微平滑化來結晶化之層。微平滑化是一種被用來減少該掃描痕影條紋之對比的技術。該技術的詳細說明對瞭解本發明的原理並非必要的，因此，乃不在此呈現。該平滑化技術係被詳細描述於No.7723169美國專利中，其被讓渡給本 發明的受讓人，且其完整揭露內容併此附送。
比較圖13和圖14的曲線A可以看出，該測得的對比係比在未使用微平滑化的情況時更低，且該對比的最小值較不佳地界定。雖然如此，一掃描痕影對比可被測出，其會忠實地隨該亮度曲線的斜率增減，如可藉比較圖14的曲線A和D來看出。緣是，透過此關係，掃描痕影對比可被採用作為該實際處理ED相對於所需ED或該OED之一測量值，以供用於上述之該結晶化製程的監測和控制。
於此應請瞭解，上述之用於對比測量的偏振化顯微影像即使當一面板上之一層正被ELA處理時亦可被採用。當ELA時，該面板會在該掃描方向移動，即是，與該等掃描痕影條紋完全相同的方向。因此，即使雖然該拍攝痕影對比可能會在一相機曝光期間受制於面板移動，但該掃描痕影對比將不會被影響。
掃描痕影對比係十分穩定但是會十分微弱。掃描痕影對比可藉將一光學缺陷例如一細金屬線審慎地引入該射束輸送系統中而被加強。此一光學缺陷將會在被處理的薄膜中造成一陰影及或繞射條紋。只要來自該光學缺陷的對比係不強烈，則其仍可為該亮度曲線的斜率之一測量值，並因而能被用來補償ED移變。被以該雷射束之此片段掃描的區域將會具有較低的一致性，且可能較好係將它定位於該面板上之一未被用於該顯示器主動矩陣的位置中。例如，其可被設在該面板的邊緣，或在顯示器面板嗣後會被刻劃並分開之一位置處。或者，掃描痕影對比會被藉該 微平滑化的暫時停止來加強。又，其可能較好係將該受影響的區域定位在被用於製造顯示器的區域之外。
於此應請瞭解雖本發明係參照評估ELA和A-ELA結晶化的矽層來被描述，但本發明亦可應用於評估其它半導體材料的結晶化層。舉例而言，鍺(Ge)或一鍺和矽的合金之層亦可被評估。
概括而言，本發明係參照其較佳實施例被描述於上。但本發明並不限制於所描述及示出的實施例。而本發明係僅由後附的申請專利範圍來限制。

Claims (18)

  1. 一種用以評估半導體層的方法，該半導體層藉暴露於多數個具有一能量密度的雷射輻射脈衝而於該層上至少部份結晶化，該結晶化在該層上於一第一方向造成一第一組群的週期性表面形貌體，及在垂直於該第一方向的一第二方向上造成一第二組群的週期性形貌體，其中該等第一組群和第二組群的週期性形貌體之特性取決於該半導體層受暴露的該等雷射輻射脈衝之能量密度，該方法包含：以正交於該層之表面導引的一光束照明經結晶化半導體層之一區域；以排列來捕捉集中在與該層呈正交之一軸之光且配置來捕捉來自經照明區域經由該等第一組群和第二組群的週期性形貌體繞射之光的一檢測器，記錄該經照明區域之一影像，所記錄的影像內之亮度上的變化對應於該層之該經照明區域中該等第一組群和第二組群的週期性形貌體之特性；及從沿該影像中對應於該層之該第一方向或該第二方向之一者的至少一方向於亮度上的對比之一測量值，來決定該能量密度。
  2. 如請求項1之方法，其中該影像係為一透射顯微鏡影像。
  3. 如請求項1之方法，其中該影像係由數個橫排和直列的畫素所形成，且該對比係藉下列方式來決定：測量該影像中全部橫排和全部直列的畫素中之一者的振幅，並採用取自一平均振幅的標準偏差作為該等週期性影像形貌體的對比之一測量值。
  4. 如請求項1之方法，其中該影像係由數個橫排和直列的畫素形成，且該對比係藉下列方式來決定：測量該影像中全部橫排和全部直列的畫素中之一者的振幅，並採用所測得的最高振幅和最低振幅之差作為該等週期性影像形貌體的對比之一測量值。
  5. 如請求項1之方法，其中該影像為一綠色濾光影像。
  6. 如請求項1之方法，其中該影像為一藍色濾光影像。
  7. 如請求項1之方法，其中所測得之對比之一最小值表示用於該結晶化之一最佳能量密度。
  8. 如請求項1之方法，其中零級光之至少一部分受阻擋而不會到達該檢測器。
  9. 如請求項8之方法，其中該零級光係利用設成90度相對旋轉之一偏振器與一分析器的一組合受阻擋而不會到達該檢測器。
  10. 如請求項8之方法，其中該零級光係藉由沿所捕捉光之中心軸設置之一擋止物受阻擋而不會到達該檢測器。
  11. 一種用以評估半導體層的裝置，該半導體層藉暴露於具有一能量密度的多個雷射輻射脈衝而於該層上至少部分結晶化，該結晶化在該層上於一第一方向造成一第一組群的週期性表面形貌體，及在一垂直於該第一方向的一第二方向上造成一第二組群的週期性形貌體，其中該等第一組群和第二組群的週期性形貌體之特性取決於該半導體層受暴露的該等雷射輻射脈衝之能量密度，該裝置包含：一光源，其用以產生以正交於該層之表面導引的一光束，來照明經結晶化半導體層之一區域；一個二維陣列檢測器，其配置來捕捉來自經照明區域透過該等第一群組及第二群組之週期性形貌體繞射之光，而該光在亮度上的變化對應於該層之該經照明區域中該等第一群組及第二群組之週期性形貌體的特性；及一處理器，其用以從沿該第一方向及該第二方向中之至少一方向在亮度上之對比的一測量值，來決定該半導體層受暴露之該等雷射輻射脈衝的該能量密度。
  12. 如請求項11之裝置，其中該陣列檢測器產生一影像，且其中該影像係從數個橫排及直列的畫素形成，且該對比係藉下列方式來決定：測量該影像中全部橫排及全部直列畫素中之一者之振幅，並採用取自一平均振幅的標準偏差作為該等週期性影像形貌體之對比的一測量值。
  13. 如請求項11之裝置，其中該陣列檢測器產生一影像，且其中該影像係從數個橫排及直列的畫素形成，且該對比係藉下列方式來決定：測量該影像中全部橫排及全部直列畫素中之一者之振幅，並採用所測得的最高振幅與最低振幅之差作為該等週期性影像形貌體之對比的一測量值。
  14. 如請求項11之裝置，其更包括用以阻擋零級光之至少一部分到達該檢測器之構件。
  15. 如請求項14之裝置，其中用以阻擋零級光之該構件係由設成90度相對旋轉之一偏振器及一分析器之組合來限定。
  16. 如請求項14之裝置，其中用以阻擋零級光之該構件係由沿所捕捉光之中心軸設置的一擋止物來限定。
  17. 如請求項11之裝置，其更包括設在該檢測器前方之一藍色濾光器。
  18. 如請求項11之裝置，其更包括設在該檢測器前方之一綠色濾光器。
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