(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも非晶質シリコン膜からなる半導体層が形成された多層構造体に対してレーザ光を照射して局所加熱を行い、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜に改質するアニール工程と、
前記アニール工程後における前記半導体層の結晶化度を検査する検査工程とを含み、
前記検査工程は、
前記アニール工程後の前記半導体層に光を照射してラマン散乱光を得る受光工程と、
前記ラマン散乱光のラマンスペクトルによって特定される領域を波数についての所定閾値で領域分割する領域分割工程と、
前記領域分割をする前の領域全体と前記領域分割をした後の前記所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を前記半導体層の結晶化度とする結晶化度算出工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記検査工程で求めた前記半導体層の結晶化度に基づいて、前記アニール工程後の前記半導体層についての選別を行う選別工程
を含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記検査工程では、前記ラマン散乱光を得るのにあたり、前記所定閾値に対応した波数を境にして光透過率が異なるように構成された光学フィルタを介在させ、当該光学フィルタにおける光の透過／非透過を利用して前記所定閾値による領域分割を行う
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記検査工程は、
前記半導体層における結晶化度の面内分布を、当該面内の各部分が前記所定閾値による領域分割後にどの領域に属するかに基づいて、視認可能な態様で表示出力する出力工程
を含む請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
レーザアニール処理を経て非晶質シリコン膜が微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜に改質された半導体層を有する多層構造体を搭載するステージと、
前記ステージに搭載された前記多層構造体における前記半導体層に対して光を照射する光源と、
前記光源による光の照射によって得られるラマン散乱光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記ラマン散乱光を用いて前記レーザアニール処理後における前記半導体層の結晶化度を検査する検査部とを備え、
前記検査部は、
前記ラマン散乱光のラマンスペクトルによって特定される領域を波数についての所定閾値で領域分割する領域分割部と、
前記領域分割をする前の領域全体と前記領域分割をした後の前記所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を前記半導体層の結晶化度とする結晶化度算出部と
を備える半導体検査装置。
【請求項６】
レーザアニール処理を経て非晶質シリコン膜が微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜に改質された半導体層について、前記レーザアニール処理後における前記半導体層の結晶化度を検査する検査工程を含み、
前記検査工程は、
前記レーザアニール処理後の前記半導体層に光を照射してラマン散乱光を得る受光工程と、
前記ラマン散乱光のラマンスペクトルによって特定される領域を波数についての所定閾値で領域分割する領域分割工程と、
前記領域分割をする前の領域全体と前記領域分割をした後の前記所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を前記半導体層の結晶化度とする結晶化度算出工程と
を含む結晶化度検査方法。
【請求項７】
前記結晶化度算出工程で算出した結晶化度を当該結晶化度に応じた色として実画像に重ねて表示出力する出力工程
を含む請求項６記載の結晶化度検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニール処理を経て形成された微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を備える半導体装置の製造方法、当該半導体装置の製造過程で用いられる半導体検査装置および結晶化度検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」と略す。）は、その製造過程において、非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜に改質するためのレーザアニール処理が施される。そして、レーザアニール処理を行う場合には、その工程が終了した段階で結晶化の状態を検査して、製造した製品がこの段階で不良品であるか否かを判断することが行われる。
【０００３】
結晶化の検査については、例えば、アニール領域（結晶化された領域）内において、照射光に基づく輝度の階調の高低を求めることにより、当該アニール領域内の結晶化の度合いを評価することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、結晶化された領域内での結晶性の高低の模様に基づいて、結晶化の度合いを評価するようになっている。
また、結晶化の検査については、例えば、ラマン光の強度を測定し、ラマンスペクトルの測定結果を利用することで、アニール領域内の結晶化の度合いを評価することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。非晶質シリコン膜の場合、ラマンピークは４８０ｃｍ-1に現われるが、これが結晶化すると、結晶化の状態にもよるが、５０５〜５２０ｃｍ-1にピークが現われることを利用したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１９６０６号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された結晶化検査の手法では、場合によっては（例えば、粒系が数十ｎｍ以下の微結晶の場合。）、結晶化された領域内において結晶性の高低の模様が明確に現われないことが考えられる。つまり、そのような場合には、結晶化の度合いを正しく評価できないことになる。したがって、より精度の高い評価方法が望まれている。
また、上記特許文献２に記載された結晶化検査の手法では、ラマンスペクトルの測定結果を利用している。そのため、上記特許文献１に記載された結晶化検査の手法に比べると、結晶化の度合いについて精度の高い評価を行うことが可能である。しかしながら、結晶化度合いの評価にあたって、ラマンスペクトルに対してピーク分離処理を行う必要があり、そのために多くの処理時間を要してしまう。つまり、上記特許文献２に記載された結晶化検査の手法では、必ずしも効率のよい評価処理が行えるとは限らない。しかも、ラマンピークが明確に現われていないラマンスペクトルの場合には、ピーク分離処理を正しく行えないおそれがあり、必ずしも精度の高い評価処理が行えるとは限らない。
【０００６】
そこで、本発明は、アニール処理後の結晶化の状態について、非接触で精度よく、しかも効率的に、評価を行うことのできる半導体装置の製造方法、半導体検査装置および結晶化度検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法で、基板上に少なくとも非晶質シリコン膜からなる半導体層が形成された多層構造体に対してレーザ光を照射して局所加熱を行い、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜に改質するアニール工程と、前記アニール工程後における前記半導体層の結晶化度を検査する検査工程とを含む。そして、前記検査工程は、前記アニール工程後の前記半導体層に光を照射してラマン散乱光を得る受光工程と、前記ラマン散乱光のラマンスペクトルによって特定される領域を波数についての所定閾値で領域分割する領域分割工程と、前記領域分割をする前の領域全体と前記領域分割をした後の前記所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を前記半導体層の結晶化度とする結晶化度算出工程とを含む。
【０００８】
上記手順の半導体装置の製造方法では、ラマン散乱光のラマンスペクトルについて、そのラマンスペクトルによって特定される領域に対する所定閾値での領域分割を行う。そして、領域分割前の領域全体と領域分割後の領域部分との面積比を算出し、その算出結果を半導体層の結晶化度とする。したがって、半導体層の結晶化度の検査にあたり、ラマンスペクトルに対するピーク分離処理を行う必要がない。また、ピーク分離処理が不要なことから、当該ピーク分離処理時に生じ得るピーク位置ばらつきが結晶化度の検査結果に重畳されることもない。しかも、ラマン散乱光のラマンスペクトルによる領域面積に基づいて半導体層の結晶化度を算出するので、その算出結果に当該ラマンスペクトルの形状が反映されることになる。つまり、結晶の粒系に依らずに、結晶化の状態が検査され得るようになる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アニール処理後の結晶化の状態の評価にあたり、ラマンスペクトルに対するピーク分離処理を行う必要がないので、そのために多くの処理時間を要してしまうことがなく、当該評価を効率的に行うことができる。また、ピーク分離処理が不要なことから、例えばラマンピークが明確に現われていないラマンスペクトルの場合であっても、当該評価を精度よく行うことができる。さらには、ラマン散乱光のラマンスペクトルを利用するので、結晶化についての評価を非接触で行うことができ、しかも結晶の粒系に依らずに精度の高い評価を行うことができる。
つまり、本発明によれば、アニール処理後の結晶化の状態について、非接触で精度よく、しかも効率的に、評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
【図３】電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。
【図４】電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図である。
【図５】電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図６】電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。
【図７】電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。
【図８】アニール工程の概要を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における半導体検査装置の概略構成例を示す説明図である。
【図１０】ラマン散乱光のラマンスペクトルの一具体例を示す説明図である。
【図１１】ラマンスペクトルについての領域分割の概念の模式的に示す説明図である。
【図１２】アニール速度を結晶化率との相関の一具体例を示す説明図である。
【図１３】測定を行う毎の結晶化度ばらつきの一具体例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における半導体検査装置の要部構成例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態におけるラマンスペクトルに対する処理の一具体例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における結晶化度の表示出力例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．半導体装置および表示装置の概略構成例
２．表示装置が用いられる電子機器の具体例
３．第１の実施の形態（半導体装置の製造方法の概要、半導体検査装置の構成例、結晶化度検査方法の具体的な手順）
４．第２の実施の形態
５．第３の実施の形態
【００１２】
＜１．半導体装置および表示装置の概略構成例＞
先ず、本発明が適用されて製造される半導体装置、および、その半導体装置を用いて構成される表示装置について、簡単に説明する。
ここで説明する半導体装置は、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン、以下「ａ−Ｓｉ」と記述する。）の非結晶状態から微結晶状態または多結晶状態への改質を経て得られるものをいう。すなわち、ａ−Ｓｉから微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜（ポリシリコン、以下「ｐ−Ｓｉ」と記述する。）への改質を経て得られるもので、具体的には薄膜半導体装置であるＴＦＴが例に挙げられる。
また、ここで説明する表示装置は、ＴＦＴを備えて構成されたものをいう。具体的には、有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、以下「有機ＥＬ素子」という。）を発光素子とするディスプレイ装置（以下「有機ＥＬディスプレイ」という。）が例に挙げられる。なお、ここでは有機ＥＬディスプレイを例に挙げているが、表示装置はＴＦＴを備えて構成されたものであればよく、例えば液晶表示ディスプレイであっても構わない。
【００１３】
図１は、ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。図例のような構成の有機ＥＬディスプレイ１は、以下に述べる手順で製造される。
先ず、ガラス基板からなる基板１１上に、例えばＭｏ膜からなるゲート膜１２をパターン形成した後、これを例えばＳｉＯ／ＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜１３で覆う。そして、ゲート絶縁膜１３上にａ−Ｓｉ膜からなる半導体層１４を成膜する。この半導体層１４に対しては、レーザアニール処理を施して、結晶化によりａ−Ｓｉ膜からｐ−Ｓｉ膜への改質を行う。次いで、ゲート膜１２を覆う島状に半導体層１４をパターニングする。その後、基板１１側からの裏面露光により、半導体層１４のゲート膜１２上に重なる位置に絶縁性パターン（図示省略）を形成し、これをマスクにしたイオン注入と活性化アニール処理により半導体層１４にソース／ドレインを形成する。以上により、基板１１上にゲート膜１２、ゲート絶縁膜１３および半導体層１４が順に積層された、いわゆるボトムゲートタイプのＴＦＴ１０を形成する。ここでは、ボトムゲートタイプを例に挙げているが、トップゲートタイプのＴＦＴを利用しても構わない。
その後は、ＴＦＴ１０を層間絶縁膜２１で覆い、層間絶縁膜２１に形成した接続孔を介してＴＦＴ１０に接続された配線２２を設けて画素回路を形成する。以上のようにして、いわゆるＴＦＴ基板２０を形成する。
ＴＦＴ基板２０の形成後は、そのＴＦＴ基板２０上を平坦化絶縁膜３１で覆うとともに、配線２２に達する接続孔３１ａを平坦化絶縁膜３１に形成する。そして、平坦化絶縁膜３１上に接続孔３１ａを介して配線２２に接続された画素電極３２を例えば陽極として形成し、画素電極３２の周縁を覆う形状の絶縁膜パターン３３を形成する。また、画素電極３２の露出面は、これを覆う状態で有機ＥＬ材料層３４を積層成膜する。さらに、画素電極３２に対して絶縁性を保った状態で対向電極３５を形成する。この対向電極３５は、例えば透明導電性材料からなる陰極として形成するとともに、全画素に共通のベタ膜状に形成する。このようにして、陽極としての画素電極３２と陰極としての対向電極３５との間に有機正孔輸送層や有機発光層等の有機ＥＬ材料層３４が配されてなる有機ＥＬ素子が構成されるのである。なお、ここでは、トップエミッション方式のものを例に挙げているが、ボトムエミッション方式であれば、画素電極３２を導電性透明膜で形成し、対向電極３５を高反射金属膜で形成すればよい。また、対向電極３５または画素電極３２にハーフミラーを用いて光を共振させるマイクロキャビティ構造を採用することも考えられる。
その後、対向電極３５上に光透過性を有する接着剤層３６を介して透明基板３７を貼り合わせ、有機ＥＬディスプレイ１を完成させる。
【００１４】
図２は、有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイ１を例に挙げている。
図２（Ａ）に示すように、この有機ＥＬディスプレイ１の基板４０上には、表示領域４０ａとその周辺領域４０ｂとが設定されている。表示領域４０ａは、複数の走査線４１と複数の信号線４２とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。これらの各画素ａには有機ＥＬ素子が設けられている。また周辺領域４０ｂには、走査線４１を走査駆動する走査線駆動回路４３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線４２に供給する信号線駆動回路４４とが配置されている。
そして、表示領域４０ａには、フルカラー対応の画像表示を行うために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分に対応した有機ＥＬ素子が混在しており、これらが所定規則に従いつつマトリクス状にパターン配列されているものとする。各有機ＥＬ素子の設置数および形成面積は、各色成分で同等とすることが考えられるが、例えば各色成分別のエネルギー成分に応じてそれぞれを相違させるようにしても構わない。
また、図２（Ｂ）に示すように、各画素ａに設けられる画素回路は、例えば有機ＥＬ素子４５、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。そして、走査線駆動回路４３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線４２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機ＥＬ素子４５に供給され、この電流値に応じた輝度で有機ＥＬ素子４５が発光する。 
なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成してもよい。また、周辺領域４０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。 
【００１５】
＜２．表示装置が用いられる電子機器の具体例＞
以上に説明した有機ＥＬディスプレイ１に代表される表示装置は、図３〜図７に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置として用いられる。以下に、表示装置が用いられる電子機器の具体例を説明する。
なお、表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部に透明なガラス等の対向部に貼り付けられて形成された表示モジュールが該当する。この透明な対向部には、カラーフィルタ、保護膜等、更には、上記した遮光膜が設けられてもよい。また、表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するための回路部やＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）等が設けられていてもよい。
【００１６】
図３は、電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。図例のテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として表示装置を用いることにより作製される。
【００１７】
図４は、電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。図例のデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として表示装置を用いることにより作製される。
【００１８】
図５は、電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。図例のノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として表示装置を用いることにより作製される。
【００１９】
図６は、電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。図例のビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として表示装置を用いることにより作製される。
【００２０】
図７は、電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として表示装置を用いることにより作製される。
【００２１】
＜３．第１の実施の形態＞
次に、本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２２】
［半導体装置の製造方法の概要］
先ず、半導体装置の一具体例であるＴＦＴ１０の製造方法について、その概要を簡単に説明する。
ＴＦＴ１０は、少なくとも、アニール工程と、検査工程と、選別工程とを経て、その製造が行われる。
【００２３】
図８は、アニール工程の概要を模式的に示す説明図である。
図例のように、アニール工程では、基板上に、ゲート膜１２、ゲート絶縁膜１３、半導体層１４、バッファ層１５および光吸収層１６を堆積してなる多層構造体を、処理対象とする。そして、当該多層構造体に対して、その一方の面側、具体的には光吸収層１６の形成面側から、レーザビームを照射することによって、半導体層１４をａ−Ｓｉ膜からｐ−Ｓｉ膜へ改質する。すなわち、レーザビームを照射することにより瞬間的な熱を発生させる局所加熱を行うことで、ａ−Ｓｉ膜からなる半導体層１４を結晶化によってｐ−Ｓｉ膜に改質するのである。
【００２４】
検査工程では、アニール工程後における半導体層１４の結晶化度を検査する。なお、検査工程では、詳細を後述するように、ラマン散乱光のラマンスペクトルを利用して結晶化度を特定する。
【００２５】
選別工程では、検査工程で求めた半導体層１４の結晶化度に基づいて、アニール工程後の半導体層１４を含む多層構造体についての選別を行う。具体的には、半導体層１４の結晶化度が予め設定されている許容条件を満足する多層構造体を良品とし、当該許容条件を満足しない多層構造体については不良品として扱う、といった選別を行う。このような選別工程を経ることで、ＴＦＴ１０の製造歩留まりが向上することになる。なお、選別は、人手を利用して行ってもよいし、選別機等を用いて自動的に行ってもよい。
また、選別工程では、多層構造体に対する選別の際に、検査工程で求めた半導体層１４の結晶化度と、半導体層１４において得られると予想される電気特性との相関関係を利用して、当該多層構造体に対する選別を行うようにしても構わない。半導体層１４の結晶化度と当該半導体層１４において得られると予想される電気特性とには相関関係があるとともに、その電気特性によってＴＦＴ１０の性能ばらつきを特定し得るからである。このような電気特性（デバイス電気特性）としては、例えば、ＴＦＴ１０におけるソース・ドレイン間に流れる電流値が挙げられる。
また、例えばＥＱＣ（Equipment Quality Control）プロセスの場合には、選別工程を経た後に、アニール強度の定量的なフィードバック処理を行うことも考えられる。
【００２６】
［半導体検査装置の構成例］
次に、上述した検査工程において結晶化度の検査を行うために用いられる半導体検査装置について、その構成例を説明する。
【００２７】
図９は、本発明の第１の実施の形態における半導体検査装置の概略構成例を示す説明図である。
図例のように、半導体検査装置（以下、単に「検査装置」という。）２００は、ステージ２０１と、光源２０２と、ビームスプリッタ２０３と、対物レンズ２０４と、受光部２０５と、制御部２０６と、検査部２０７と、を備えて構成されている。
【００２８】
ステージ２０１は、検査対象である多層構造体２１０を搭載する（支持する）ものである。すなわち、ステージ２０１上には、レーザアニール処理を経た後の半導体層を有する多層構造体２１０が搭載されるようになっている。そして、ステージ２０１は、制御部２０６から供給される制御信号によって、図中のＸ軸方向やＹ軸方向に任意に移動し得るようになっている。
【００２９】
光源２０２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、ステージ２０１上に搭載された多層構造体２１０における半導体層に対して、光を照射するものである。光源２０２が照射する光は、青色光より短波長のもの、具体的には３５０〜４００ｎｍのいずれかの波長のものを用いることが望ましい。短波長であれば、多層構造体２１０の厚さ方向におけるばらつき等の影響が結晶化度の検査結果に及んでしまうのを抑制し得るからである。また、厚さ方向の測定領域の精度に合わせて選択するバンドパスフィルター（図示せず）と共に使用することも考えられる。ただし、上述した波長以外のものを用いてもよく、また光源として高輝度のＬＥＤの代わりに顕微鏡のランプ照明などを用いるようにしてもよい。
【００３０】
ビームスプリッタ２０３は、光源２０２から出射された光をステージ２０１上の多層構造体２１０へ導くとともに、その多層構造体２１０での反射によって得られる光を受光部２０５へ導くものである。
対物レンズ２０４は、多層構造体２１０での反射によって得られる光を拡大して検出するための光学素子である。
【００３１】
受光部２０５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラからなり、多層構造体２１０での反射によって得られる光を受光するものである。すなわち、受光部２０５では、光源２０２による光の照射に応じてステージ２０１上の多層構造体２１０から得られるラマン散乱光を受光するようになっている。
ラマン散乱光は、ラマン効果によって得られる光である。ラマン効果とは、物質に光を入射したとき、散乱された光の中に入射された光の波長と異なる波長の光が含まれる現象のことをいう。このようなラマン効果により散乱された光と入射光とのエネルギー差は、物質内の分子や結晶の振動準位や回転準位、もしくは電子準位のエネルギーに対応している。つまり、ラマン散乱光の振動数と入射光の振動数の差（ラマンシフト）は、物質の構造に特有の値を採ることになる。したがって、ラマン効果は、分子の構造や状態を知るための非破壊分析法として利用されている。
【００３２】
制御部２０６は、所定プログラムを実行するコンピュータ装置からなり、制御信号に基づいて、光源２０２の点灯制御や多層構造体２１０の移動位置制御等を行うものである。このうち、移動位置制御については、例えば、ステージ２０１を移動させたり、また当該ステージ２０１上の多層構造体２１０に対して光源２０２、対物レンズ２０４または受光部２０５等を相対的に変位させたりして行うようになっている。
【００３３】
検査部２０７は、所定プログラムを実行するコンピュータ装置からなり、受光部２０５が受光したラマン散乱光を用いて、ステージ２０１上の多層構造体２１０が有する半導体層の結晶化度を検査するものである。すなわち、検査部２０７は、検査対象である多層構造体２１０のレーザアニール処理後における半導体層について、その結晶化度の検査を行うようになっている。
ただし、検査部２０７は、詳細を後述するように、結晶化度の検査を、領域分割部および結晶化度算出部（いずれも不図示）としての機能を用いて行う。領域分割部は、ラマン散乱光のラマンスペクトルによって特定される領域を、波数についての所定閾値で領域分割する機能である。また、結晶化度算出部は、領域分割をする前の領域全体と領域分割をした後の所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を半導体層の結晶化度とする機能である。
これら領域分割部および結晶化度算出部としての機能は、検査部２０７が所定プログラムを実行することによって実現される。この所定プログラムについては、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。
【００３４】
［結晶化度検査方法の具体的な手順］
続いて、以上のように構成された検査装置２００における結晶化度検査の処理動作例、すなわち当該検査装置２００を用いて行う検査工程の具体的な手順について説明する。
【００３５】
検査工程では、先ず、検査対象である多層構造体２１０、すなわちアニール工程後の半導体層を有する多層構造体２１０を、検査装置２００のステージ２０１上に搭載する。そして、光源２０２からの出射光をビームスプリッタ２０３によってステージ２０１上の多層構造体２１０へ導き、その多層構造体２１０に対する光の照射を行う。
ステージ２０１上の多層構造体２１０に対して光を照射すると、その照射光は、多層構造体２１０の半導体層によって反射される。このとき、半導体層からの反射光には、ラマン効果によって、入射光の波長と異なる波長の光が含まれる。つまり、半導体層からは、ラマン散乱光が反射されることになる。
ラマン散乱光は、対物レンズ２０４およびビームスプリッタ２０３を経て受光部２０５へ導かれて、その受光部２０５に受光される。つまり、受光部２０５が、ステージ２０１上の多層構造体２１０から得られるラマン散乱光を受光して撮像するのである。
これにより、受光部２０５と接続する検査部２０７では、その受光部２０５での撮像結果を解析することで、ラマン散乱光のラマンスペクトルが得られることになる。なお、ラマンスペクトルを得るための解析手法は、公知技術を利用すればよいため、ここではその説明を省略する。
【００３６】
図１０は、ラマン散乱光のラマンスペクトルの一具体例を示す説明図である。
図例のように、ラマン散乱光のラマンスペクトルにおいて、非晶質シリコンについては、ラマンピークが４８０ｃｍ-1付近に現われる。また、結晶化後の微結晶シリコンについては、ラマンピークが５０５ｃｍ-1付近に現われる。また、結晶化後の多結晶シリコンについては、ラマンピークが５２０ｃｍ-1付近に現われる。
ここで、微結晶シリコンは、粒系が数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度のものである。また、多結晶シリコンは、粒系が１００ｎｍを超える大きさのものである。
【００３７】
このようなラマン散乱光のラマンスペクトルが得られた場合に、アニール領域内の結晶化の度合いを評価するためには、当該ラマンスペクトルに対してピーク分離処理を行うことが一般的である。そして、ピーク分離後の微結晶シリコンについての領域（図中における右下がりハッチング部分）と多結晶シリコンについての領域（図中における右上がりハッチング部分の面積）との面積を、ラマンスペクトルによって特定される領域全体の面積で除算することで、結晶化の度合い（すなわち結晶化率）を算出する。
しかしながら、結晶化度合いの評価にあたって、ラマンスペクトルに対してピーク分離処理を行う必要があると、そのために多くの処理時間を要してしまうので効率のよい評価処理が行えず、また当該ピーク分離処理を正しく行えないおそれもある。
【００３８】
そこで、検査部２０７では、ラマン散乱光のラマンスペクトルを得ると、先ず、領域分割部としての機能が、当該ラマンスペクトルによって特定される領域を、波数についての所定閾値で領域分割する。すなわち、検査工程における一工程として、ラマンスペクトルによって特定される領域を所定閾値で領域分割する領域分割工程を実行するのである。
【００３９】
図１１は、ラマンスペクトルについての領域分割の概念の模式的に示す説明図である。
ラマンスペクトルによって特定される領域とは、ラマン散乱強度（Intensity）とラマンシフト（Raman Shift）との関係を示す座標平面上において、当該ラマンスペクトルとベースラインとによって囲まれる領域のことをいう。この領域の特定にあたっては、ラマンスペクトルのピーク強度を「１」で規格化し、ベースラインを「０」とすることが考えられる。
そして、ラマンスペクトルによって特定される領域に対して、ラマンシフトの波数についての所定閾値が境界となるように、領域分割を行う。
【００４０】
領域分割に用いる所定閾値は、予め設定されて、検査部２０７がアクセスし得る記憶領域内に記憶保持されているものとする。閾値設定は、実験等を通じて得られる経験則に基づいて行えばよい。
具体的には、以下のようにして、閾値設定を行うことが考えられる。非晶質シリコン、微結晶シリコンおよび多結晶シリコンの各ラマンピークは、アニール条件による変化が殆ど無い。よって、実験的に得たラマンスペクトルについて、一旦ソフトウエア処理による解析を行ってピーク分離し、それぞれのピーク波数［ｃｍ-1］を認識する。なお、波数とは、２πを波長λで割った数のことである。そして、各ラマンピークのうち、これらの中間に位置する微結晶シリコンのラマンピークについて、そのピーク波数を抽出する。このようにして抽出した波数を、領域分割に用いる所定閾値として設定する。したがって、例えば微結晶シリコンについてのラマンピークが５０５ｃｍ-1であれば、その５０５ｃｍ-1という値が、領域分割のための所定閾値として設定されて用いられることになる。中間に位置するピーク波数を所定閾値とするのは、当該ピーク波数を所定閾値とすれば後述する領域分割を経た結晶度評価を好適に行えることが経験的に認められるからである。
【００４１】
このような領域分割を行った後、検査部２０７では、続いて、結晶化度算出部としての機能が、領域分割をする前の領域全体と領域分割をした後の所定閾値を超える領域部分との面積比を算出し、その算出結果を半導体層の結晶化度とする。すなわち、検査工程における一工程として、領域全体を分母とし所定閾値を超える領域部分を分子とした面積比の算出結果を半導体層の結晶化度とする結晶化度算出工程を実行するのである。ここで、所定閾値を超える領域部分を分子とするのは、当該領域部分側に微結晶または多結晶のラマンピークが存在するからである。
具体的には、ラマンスペクトルによって特定される領域全体の面積を、トータル面積として算出する。一方、領域分割をした後における所定閾値を超える領域部分（図１１中における網点領域部分）についても、その面積を算出する。例えば、所定閾値が５０５ｃｍ-1であれば、ラマンスペクトルによって特定される領域全体のうち、５０５ｃｍ-1以降の領域部分について、その面積を算出することになる。なお、面積算出手法は、公知技術を利用すればよいため、ここではその説明を省略する。そして、それぞれの面積を算出したら、次いで、５０５ｃｍ-1を超える領域部分の面積／トータル面積を算出する。この算出結果が、半導体層の結晶化度（すなわち結晶化率）となる。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、ラマン散乱光のラマンスペクトルについて、そのラマンスペクトルによって特定される領域に対する所定閾値での領域分割を行う。そして、領域分割前の領域全体と領域分割後の領域部分との面積比を算出し、その算出結果を半導体層の結晶化度とする。
したがって、アニール処理後の結晶化の状態の評価にあたり、ラマンスペクトルに対するピーク分離処理を行う必要がないので、そのために多くの処理時間を要してしまうことがなく、当該評価を効率的に行うことができる。また、ピーク分離処理が不要なことから、当該ピーク分離処理時に生じ得るピーク位置ばらつきが結晶化度の検査結果に重畳されることもない。つまり、例えばラマンピークが明確に現われていないラマンスペクトルの場合であっても、結晶化の状態の評価を精度よく行うことができる。
さらには、ラマン散乱光のラマンスペクトルを利用するので、結晶化についての評価を非接触で行うことができる。しかも、ラマン散乱光のラマンスペクトルによる領域面積に基づいて半導体層の結晶化度を算出するので、その算出結果に当該ラマンスペクトルの形状が反映されることになり、結晶の粒系に依らずに精度の高い評価を行うことができる。
【００４３】
ここで、アニール処理後の結晶化度の評価について、具体例を挙げて説明する。ここでは、本実施形態による結晶化度の評価結果に加え、ピーク分離処理を経た場合の結晶化度の評価結果についても比較例として挙げる。
【００４４】
図１２は、アニール速度を結晶化率との相関の一具体例を示す説明図である。
図１２（ａ）に示すように、ピーク分離処理を経た場合の結晶化度の評価結果は、相関係数が二次式近似でＲ2＝０．９６３となっている。これに対して、本実施形態による結晶化度の評価結果は、図１２（ｂ）に示すように、相関係数が二次式近似でＲ2＝０．９８９まで改善していることが分かる。これは、本実施形態の場合、ラマンスペクトルに対するピーク分離処理が不要なことから、当該ピーク分離処理時に生じ得るピーク位置ばらつきが結晶化度の検査結果に重畳されないためと考えられる。
【００４５】
図１３は、測定を行う毎の結晶化度ばらつきの一具体例を示す説明図である。
図例のように、ピーク分離処理を経た場合の結晶化度の評価結果は、（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／Ａｖｇ＝４．６％の測定ばらつきが生じている。これに対して、本実施形態による結晶化度の評価結果は、測定ばらつきが（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／Ａｖｇ＝３．４％まで改善していることが分かる。これは、本実施形態の場合、ラマンスペクトルに対するピーク分離処理が不要なことから、当該ピーク分離処理時に生じ得るピーク位置ばらつきが結晶化度の検査結果に重畳されないためと考えられる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、ピーク分離処理を経た場合に比べて、結晶化の状態の評価を精度よく、かつ、高速に行うことができる。
【００４７】
＜４．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。ただし、ここでは、主として、上述した第１の実施の形態との相違点を説明する。
【００４８】
図１４は、本発明の第２の実施の形態における半導体検査装置の要部構成例を示す説明図である。
図例の検査装置２００は、第１の実施の形態で説明した構成に加えて、ビームスプリッタ２０３と受光部２０５との間の光路上に、光学フィルタ２０８が配設されている。光学フィルタ２０８は、例えばシャープカットフィルタからなり、ある波長より短波長側の光を吸収し、長波長側の光を透過させるように構成されたものである。
【００４９】
光学フィルタ２０８としては、対応する波長が異なる二つのフィルタを用いることが考えられる。そして、これら二つのフィルタのいずれかが光路上に位置するように、選択的な位置切り換えを行う。選択的な位置切り換えのための機構は、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
二つのフィルタのうちの一方（以下、このフィルタを「エッジフィルターＡ」という。）は、例えば４００ｃｍ-1より短波長側の光を吸収し、長波長側の光を透過させるように構成されている。すなわち、ラマンスペクトルの波長領域の略全域について、光を透過させるようになっている。ただし、このエッジフィルターＡは、必須の構成ではない。
また、二つのフィルタのうちの他方（以下、このフィルタを「エッジフィルターＢ」という。）は、例えば５０５ｃｍ-1より短波長側の光を吸収し、長波長側の光を透過させるように構成されている。すなわち、第１の実施の形態で説明した所定閾値に対応した波数を境にして光透過率が異なるように構成されており、当該所定閾値より短波長側の光を吸収し、長波長側の光を透過させるようになっている。
【００５０】
このように、本実施形態における検査装置２００では、光学フィルタ２０８として、少なくとも第１の実施の形態で説明した所定閾値に対応した波数を境にして光透過率が異なるように構成されたエッジフィルターＢを備えている。そして、そのエッジフィルターＢがビームスプリッタ２０３と受光部２０５との間の光路上に介在する状態と介在しない状態とを、選択的に切り換え得るように構成されている。
【００５１】
続いて、以上のように構成された検査装置２００における結晶化度検査の処理動作例について説明する。
図１５は、本発明の第２の実施の形態におけるラマンスペクトルに対する処理の一具体例を示す説明図である。
本実施形態では、検査工程の実施にあたり、エッジフィルターＡを介在させた状態で、または光学フィルタ２０８を介在させない状態で、受光部２０５がラマン散乱光を受光して撮像する。これにより、受光部２０５と接続する検査部２０７では、第１の実施の形態の場合と同様のラマンスペクトルが得られることになる。
さらに、本実施形態では、上述したラマンスペクトルの取得に加えて、エッジフィルターＢを介在させた状態で、受光部２０５がラマン散乱光を受光して撮像する。これにより、受光部２０５と接続する検査部２０７では、所定閾値である５０５ｃｍ-1以降の領域部分についてのみのラマンスペクトルが得られることになる。
なお、各ラマンスペクトルの取得順については、特に限定されるものではない。
【００５２】
その後、検査部２０７は、取得した各ラマンスペクトルを解析して、エッジフィルターＡを介在させた場合（または光学フィルタ２０８を介在させない場合）に得られる総光量と、エッジフィルターＢを介在させた場合に得られる総光量とを、それぞれ認識する。そして、それぞれの総光量を用いて、エッジフィルターＢによる総光量／エッジフィルターＡによる総光量を算出し、この算出結果を半導体層の結晶化度（すなわち結晶化率）とする。つまり、エッジフィルターＡによる総光量を分母とし、エッジフィルターＢによる総光量を分子として、これらの比を算出することで、半導体層の結晶化度を求めるのである。
【００５３】
このようにして半導体層の結晶化度を求めると、第１の実施の形態で説明したように、所定閾値による領域分割を経て分割前後の面積比を算出した場合と同様の算出結果が得られる。つまり、本実施形態では、検査工程でラマン散乱光を得るのにあたり、所定閾値に対応した波数を境にして光透過率が異なるように構成されたエッジフィルターＢを介在させ、当該エッジフィルターＢにおける光の透過／非透過を利用して、当該所定閾値による領域分割を行う。そして、その領域分割前後における総光量の比を算出することで、半導体層の結晶化度を求めている。
【００５４】
したがって、本実施形態においても、第１の実施の形態の場合と同様に、ラマン散乱光のラマンスペクトルを利用して結晶化についての評価を行うことになるので、当該評価を非接触で高精度に行うことができ、また第１の実施の形態の場合よりもさらに高速に行うことができる。
【００５５】
しかも、本実施形態では、ラマンスペクトルを利用した結晶化評価にあたり、光学フィルタ２０８における光の透過／非透過を利用して、所定閾値による領域分割を行っている。そのため、領域分割に際して、ラマンスペクトルの形状特定や面積算出、所定閾値の記憶保持等を必要とすることがない。すなわち、第１の実施の形態の場合に比べて、所定閾値による領域分割のための処理負荷を軽減できる。したがって、本実施形態によれば、アニール処理後の結晶化の状態の評価を、第１の実施の形態の場合よりもさらに効率的に高速に行うことが可能になる。
【００５６】
＜５．第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。ただし、ここでは、主として、上述した第２の実施の形態との相違点を説明する。
【００５７】
本実施形態で説明する検査装置２００は、第２の実施の形態で説明した構成に加えて、検査部２０７が結晶化度の検査結果についての表示出力を行う機能を備えている。表示出力は、例えば検査部２０７が有するディスプレイ装置を用いて行うことが考えられる。
【００５８】
このような構成の検査装置２００では、検査工程の実施にあたり、第１の実施の形態の場合と同様の手順で、半導体層の結晶化度を求める。そして、半導体層の結晶化度を求めると、その算出結果に基づいて、当該半導体層における結晶化度の面内分布について、検査部２０７がディスプレイ装置に視認可能な態様で表示出力する。すなわち、検査工程における一工程として、半導体層の結晶化度の算出結果についての表示出力を行う出力工程を実行するのである。
【００５９】
図１６は、本発明の第３の実施の形態における結晶化度の表示出力例を示す説明図である。
図例のように、検査部２０７は、半導体層が形成された二次元平面領域、特にＴＦＴ１０のゲートパターン領域について、その結晶化度の分布を視認可能な態様で表示出力する。具体的には、半導体層の面内における結晶化度の分布を、当該面内の各部分が所定閾値による領域分割後にどの領域に属するかが分かるように、その表示出力を行う。さらに詳しくは、ラマン散乱光を得た半導体層の二次元平面領域について、エッジフィルターＡを通して得られた画像と、エッジフィルターＢを通して得られた画像とが、表示画面上で識別可能となるように、その表示出力を行う。
表示画面上で識別可能となる態様としては、例えば結晶化度の違い（すなわち、エッジフィルターＡによる画像とエッジフィルターＢによる画像との違い）に応じて、表示色や表示模様等を相違させることが考えられる。すなわち、出力工程では、算出した結晶化度を、例えば当該結晶化度に応じた色として、半導体層面内の実画像に重ねて表示出力するのである。
なお、このような態様の表示出力は、公知の画像処理技術を利用して行えばよいため、ここではその詳細な手法等についての説明を省略する。
【００６０】
このように、本実施形態における検査装置２００では、検査工程の実施にあたり、第２の実施の形態の場合と同様の手順で、半導体層の結晶化度を求める。そして、半導体層の結晶化度を求めると、当該半導体層の面内における結晶化度の分布を視認可能な態様で表示出力する。
【００６１】
したがって、本実施形態では、アニール処理後の結晶化の状態の評価を効率的に行えるとともに、その評価結果について目視により迅速に把握することが可能になる。これにより、検査工程での検査結果に基づいて行う選別工程についても、第１または第２の実施の形態の場合よりもさらに効率的に行うことが可能になる。
【００６２】
なお、上述した第１〜第３の各実施形態では、本発明の好適な実施具体例について説明したが、本発明はその内容に限定されるものではない。
例えば、ここでは５０５ｃｍ-1という値を領域分割のための所定閾値として用いる場合を例に挙げたが、これは本発明を説明するための一具体例に過ぎず、本発明がその内容に限定されるものではない。
つまり、本発明は、各実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更しても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１…有機ＥＬディスプレイ、１０…ＴＦＴ、１１…基板、１２…ゲート膜、１３…ゲート絶縁膜、１４…半導体層、１５…バッファ層、１６…光吸収層、２０…ＴＦＴ基板、２００…検査装置、２０１…ステージ、２０２…光源、２０３…ビームスプリッタ、２０４…対物レンズ、２０５…受光部、２０６…制御部、２０７…検査部、２０８…光学フィルタ、２１０…多層構造体
【図１】
0005440039.tif 000002
【図２】
0005440039.tif 000003
【図３】
0005440039.tif 000004
【図４】
0005440039.tif 000005
【図５】
0005440039.tif 000006
【図６】
0005440039.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005440039.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005440039.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005440039.tif 000013
【図１３】
0005440039.tif 000014
【図１４】
0005440039.tif 000015
【図１５】
0005440039.tif 000016
【図１６】
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