激光退火装置及激光退火工艺 【技术领域】
本发明涉及一种薄膜晶体管工艺，且特别涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管的激光退火工艺。
背景技术
随着高科技的发展，视讯产品，特别是数字化的视讯或影像装置已经成为在一般日常生活中所常见的产品，而目前在这些数字化的视讯或影像装置中最受注目的显示器当属于薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT LCD)。在各种薄膜晶体管中，多晶硅(Poly-Silicon，Poly-Si)薄膜晶体管的电子迁移率(Electron mobility)可达到200cm2/V-sec以上，远较非晶硅(Amorphous Silicon，α-Si)薄膜晶体管的电子迁移率大。因此，可使薄膜晶体管的体积缩小且开口率(Aperture ratio)增加，进而增加显示器亮度且减少功率消耗。
多晶硅薄膜晶体管早期工艺是采用固相结晶(Solid PhaseCrystallization，SPC)工艺，但是其工艺温度高达摄氏1000度，所以必需采用熔点较高的石英基板。此外，由于石英基板成本比玻璃基板贵上许多，且在基板尺寸的限制下，面板大约仅有2至3时，因此过去只能发展小型面板。近年来随着激光技术的不断进步，发展出一种准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)工艺，是使用激光束照射于非晶硅薄膜，使非晶硅薄膜熔融(Melting)后再结晶(Recrystallization)成为多晶硅薄膜，并在温度摄氏600度以下完成全部工艺。因此，成本远低于石英基板的玻璃基板也能被应用于多晶硅薄膜晶体管的制作，进而适于以制作出较大尺寸的面板。
公知的用于多晶硅薄膜的品质检测的设备例如包括有扫描式电子显微镜(SEM)、椭圆偏光仪(Ellipsometer)或是深紫外光显微镜(Deep UV microscope)等，其中使用扫描式电子显微镜进行薄膜表面观察时，由于需要切裂基板故为一种破坏性检测，因而影响多晶硅薄膜的电性。此外，椭圆偏光仪虽然可对多晶硅薄膜进行非破坏性检测，以避免试件表面遭受破坏，但所需成本较高，且量测所需的时间较长，而深紫外光显微镜同样具有成本较高地缺点。基于上述原因，使得公知的检测技术在应用上往往受到相当程度的限制。
值得一提的是，在激光退火工艺中，薄膜品质通常视其晶粒尺寸(Grain Size)与其它相关的材料特性而定，而上述的材料特性往往取决于加工时所使用的激光光源的能量密度(Energy Density，ED)，因此公知技术在完成上述的检测动作后，通常通过所得到的检测结果作为参考，来调整激光光源的能量密度，以期得到较佳品质的多晶硅薄膜。然而，由于上述的检测技术皆于整批料件的工艺完成后进行，而无法整合于激光退火工艺中，因此仅能对下一批料件的工艺参数进行调整，而无法提供实时(Real Time)的修正，如此一来，将无法有效地提高工艺合格率与薄膜品质。
【发明内容】
因此，本发明的目的就是在于提供一种激光退火装置，用以在激光退火工艺中提供实时检测的功能，并实时调整激光光源的能量密度至最佳化，以期提高工艺合格率与薄膜品质。
本发明的另一目的在于提供一种激光退火工艺，用以在多晶硅薄膜形成后进行实时检测，并依据检测结果对激光光源能量密度进行最佳化调整，以得到较高的工艺合格率与较佳的薄膜品质。
基于上述目的，本发明提出一种激光退火装置，其适于对一非晶硅薄膜进行激光退火工艺。此激光退火装置例如包括一激光加工模块、一电阻量测模块以及一主机电路模块，其中激光加工模块提供一激光束至非晶硅薄膜，以使非晶硅薄膜再结晶而形成一多晶硅薄膜，而电阻量测模块适于量测多晶硅薄膜的片电阻(Sheet Resistance)，以得到一片电阻值。此外，主机电路模块电性连接于激光加工模块与电阻量测模块之间，其中主机电路模块根据所测得的片电阻值对应输出一反馈(Feedback)讯号至激光加工模块，以调整激光束的能量密度至最佳化。
上述的激光退火装置例如更包括一承载模块，可活动地配置于激光加工模块与电阻量测模块之间，且承载模块电性连接至主机电路模块，用以承载非晶硅薄膜以进行激光退火的动作，并在非晶硅薄膜转换为多晶硅薄膜后，承载多晶硅薄膜以进行电阻量测的动作。
上述的电阻量测模块例如包括一量测端及一输出电路，其中量测端例如可为一探针组，用以量测多晶硅薄膜的片电阻，而输出电路电性连接于量测端与主机电路模块之间，用以将量测后所得的片电阻值输出至主机电路模块中。
上述的主机电路模块例如内建一数据库，其中数据库内例如储存有多个参考电阻值，而主机电路模块适于将量测所得的片电阻值与参考电阻值进行比对，以获得上述的反馈讯号。
上述的激光加工模块例如包括一激光光源以及一控制电路，其中激光光源例如可为准分子激光，而控制电路电性连接于激光光源与主机电路模块之间，用以接收上述主机电路模块所输出的反馈讯号，并依据此反馈讯号调整激光束的能量密度。
基于上述目的，本发明更提出一种激光退火工艺，包括：(a)提供一激光束至多个非晶硅薄膜其中之一，以使其再结晶形成一多晶硅薄膜；(b)量测此多晶硅薄膜的片电阻，以得到一片电阻值；(c)将此片电阻值与一参考电阻值进行比对；(d)根据比对结果，调整激光束的能量密度至最佳化。
上述的激光退火工艺例如更包括：(e)提供能量密度调整后的激光束至上述非晶硅薄膜的其中另一，以使其再结晶形成另一多晶硅薄膜。此外，本发明的激光退火工艺例如更包括重复上述的步骤(b)至步骤(e)多数次循环，以陆续对其余的非晶硅薄膜进行激光退火工艺。
在上述的步骤(a)之前，例如更包括：(f)分别提供不同能量密度的激光束至多个非晶硅薄膜样品，以使每一非晶硅薄膜样品再结晶形成一多晶硅薄膜样品；(g)量测多晶硅薄膜样品的片电阻，以作为上述的参考电阻值。
基于上述，本发明的激光退火工艺是通过整合于激光退火装置中的电阻量测模块进行实时检测，以得到所形成的多晶硅薄膜的片电阻值。接着，将所得到的片电阻值与预先储存的参考电阻值进行比对，并依据比对结果输出反馈讯号至激光加工模块中，用以实时调整激光束的能量密度。由于本发明的激光退火装置可实时调整激光光源的能量密度至最佳化，因而可提供较佳的工艺合格率与薄膜品质。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
【附图说明】
图1是本发明的较佳实施例的一种激光退火装置的示意图；
图2是本发明的激光退火工艺之经验参数的相关曲线图；
图3是本发明较佳实施例的一种激光退火工艺的流程图。
100：激光退火装置
110：激光加工模块
112：激光光源
112a：激光束
114：控制电路
120：电阻量测模块
122：量测端
124：输出电路
130：主机电路模块
132：数据库
140：承载模块
142：第一载台
144：第二载台
146：传送机构
152：第一基材
154：第二基材
210：折线
220：折线
Rc：片电阻值
Ec：能量密度
S1、S2：晶粒尺寸
步骤302：提供一激光束至非晶硅薄膜其中之一，以使其再结晶形成一多晶硅薄膜
步骤304：量测多晶硅薄膜的片电阻，以得到一片电阻值
步骤306：将此片电阻值与对应的一参考电阻值进行比对，并根据比对结果，调整激光束的能量密度至最佳化
步骤308：提供调整后的激光束至另一个非晶硅薄膜，以使其再结晶形成另一多晶硅薄膜
【具体实施方式】
请参考图1，是本发明较佳实施例的一种激光退火装置的示意图。激光退火装置100例如适用于激光退火工艺，且此激光退火装置100例如包括一激光加工模块110、一电阻量测模块120、一主机电路模块130以及一承载模块140。其中，承载模块140的一第一载台142上例如承载尚未进行激光退火，且表面为非晶硅型态的一第一基材152，而承载模块140的一第二载台144例如承载已完成激光退火，且表面为多晶硅型态的一第二基材154。此外，第一载台142与第二载台144之间例如配置有一传送机构146，其适于在第一载台142上的基材传送至第二载台144上。
请再参考图1，主机电路模块130例如内建一数据库132，且数据库132内例如储存有多个激光退火工艺之经验参数，例如激光光源的能量密度与其对应的多晶硅薄膜的片电阻值，或对应的多晶硅薄膜的晶格大小等。此外，电阻量测模块120例如具有一量测端122以及一输出电路124，量测端122例如为一探针组，其配置于第二载台144的上方，用以量测第二基材154的片电阻，而输出电路124电性连接于量测端122与主机电路模块130之间，以将量测端122所测得的片电阻值输出至主机电路模块130。
请再参考图1，激光加工模块110例如包括一激光光源112以及一控制电路114，其中激光光源112例如为准分子激光，其提供一激光束112a至第一基材152上，以对第一基材152进行激光退火。此外，控制电路114电性连接于主机电路模块130与激光光源112之间，其中当主机电路模块130接收电阻量测装置120所输出的片电阻值之后，将对应输出一反馈讯号至控制电路114，用以改变激光束112a的能量密度。
本发明的激光退火装置是在激光退火工艺中实时检测多晶硅薄膜的片电阻值，并对照数据库中所储存的经验参数来修正激光束的能量密度至最佳化。其中，本发明的激光退火工艺的经验参数除可得自于以往的激光退火工艺之外，亦可预先以不同能量密度的激光束对多个非晶硅薄膜样品进行激光退火工艺，并量测其形成的多晶硅薄膜样品的片电阻及晶粒尺寸等数值，以作为上述的经验参数。
请参考图2，是本发明的激光退火工艺的经验参数的相关曲线图，其中包括激光束的能量密度、多晶硅薄膜的晶粒尺寸以及多晶硅薄膜的片电阻值。折线210所示为激光束的能量密度与多晶硅薄膜的片电阻值之间的关系，而折线220所示为激光束的能量密度与多晶硅薄膜的晶粒尺寸之间的关系。举例而言，当量测到的多晶硅薄膜的片电阻值为Rc时，可由折线210大约得知此时的激光束的能量密度约为Ec，且由折线220可判断此时的晶粒尺寸约为S1。此时，若所期望的晶粒尺寸为较大的S2时，便可依折线220的趋势，得知需调高激光束的能量密度，方能得到较大的晶粒尺寸的多晶硅薄膜，而本发明的激光退火装置便可通过不断的反馈及调整的动作，使其所形成的多晶硅薄膜达到需求的标准。
基于上述的激光退火装置，下文将再针对其所应用的激光退火工艺进行说明如下。请参考图3，是本发明的较佳实施例的一种激光退火工艺的流程图。本发明的激光退火工艺适于对多个非晶硅薄膜进行激光退火。首先，提供一激光束至非晶硅薄膜其中之一，以使其再结晶形成一多晶硅薄膜(步骤302)。接着，量测此多晶硅薄膜的片电阻，以得到一片电阻值(步骤304)。然后，将此片电阻值与对应的一参考电阻值进行比对，并根据比对结果，调整激光束的能量密度至最佳化(步骤306)。最后，提供调整后的激光束至另一个非晶硅薄膜，以使其再结晶形成另一多晶硅薄膜(步骤308)，并且，重复上述步骤304至步骤308，以陆续对其他的非晶硅薄膜进行激光退火工艺。
承接上述，请同时参考图1、2及3，在步骤302中，第二基材154通过激光束112a的照射而成为多晶硅型态，并由传送机构146传送至第二载台144上。在步骤304中，量测端122量测第二基材154的片电阻，并通过输出电路124而将所测得的片电阻值输出至主机电路模块130。接着，在步骤306中，主机电路模块130将片电阻值与数据库132中所储存的片电阻值进行比对，例如对照图2中的折线202与折线204，并依据所期望的晶粒尺寸对应输出一反馈讯号至激光加工模块110的控制电路114，而控制电路114通过此反馈讯号控制激光光源112，以调整激光束112a为所期望的能量密度至最佳化。最后，如步骤308所示，调整后的激光束112a继续对仍为非晶系型态的第一基材152进行激光退火，并连贯上述步骤，而成为循环的激光退火工艺。
综上所述，本发明的激光退火装置是在激光退火工艺中，通过电阻量测模块来量测所形成的多晶硅薄膜的片电阻值，之后，将所得到的片电阻值与以往工艺中的经验参数进行比对，并对激光束的能量密度进行调整，以期达到所需求的薄膜品质。此外，由于本发明的激光退火装置可于激光退火工艺中随时参考所测得的片电阻值，以实时修正激光束的能量密度，因此即使面对环境因素的影响或在材料性质不一的情形下，亦能对激光束的能量密度进行适当的调整。通过本发明的激光退火装置可实时调整激光束的能量密度至最佳化，以可得到较佳的薄膜品质，进而提高激光退火工艺合格率。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作些许更动与润饰，均属于本发明的保护范围。