(57)【要約】【課題】結晶膜に発生し得る微結晶を正確に判定することが可能となる結晶膜の検査方法および検査装置を提供する。【解決手段】帯状部分の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関して、その分布特性に基づいて、結晶膜に発生し得る微結晶の有無を判定している。このように帯状部分を有する画像に基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定する第１工程と、
第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める第２工程と、
第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定する第３工程と、
前記第３工程の判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定する第４工程とを有することを特徴とする結晶膜の検査方法。
【請求項２】
第１工程は、
前記第１方向が含まれると予想される所定範囲内の複数方向に関して、前記複数方向のうちの一方向に沿った濃度値の分散を、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求める第１段階と、
前記複数の位置において求めた一方向に沿う複数の濃度値の分散の平均を求める第２段階と、
前記所定範囲内の複数方向について、第１および第２段階を繰り返し実行する第３段階と、
第３段階で各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定する第４段階とを備えることを特徴とする請求項１に記載の結晶膜の検査方法。
【請求項３】
第２工程は、
第２濃度分布に対し、前記第１濃度分布の平均値となる分布位置の濃度値の分布を表す平均値濃度分布を求める段階と、
平均値濃度分布に、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行う段階と、
前記第２濃度分布に対し、前記第１濃度分布の累積相対度数分布の分布値が予め定めた値となる濃度値の第２方向の分布を表す相対度数値濃度分布を求める段階とを備え、
第３工程において、前記排除する処理を行う段階で求められる分布特性、および相対度数値濃度分布を求める段階で求められる分布特性から、微結晶化部分を特定することを特徴とする請求項１に記載の結晶膜の検査方法。
【請求項４】
結晶膜に光を照射する照射手段と、
結晶膜を撮像する撮像手段と、
照射手段および撮像手段を用いて、結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定し、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める濃度分布算出手段と、
第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定し、この判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定する判定手段とを有することを特徴とする結晶膜の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶膜の検査方法および検査装置に関し、たとえば液晶ディスプレイパネルを製造する際に、エキシマレーザーアニール処理を施して生成されたポリシリコン膜を検査する検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイのアクティブ素子などとして用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を製造するにあたっては、薄膜状のシリコン半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のシリコン半導体は、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）から成る非晶質シリコン半導体と、結晶性を有するシリコンから成る結晶性シリコン半導体との２つに大別される。
【０００３】
非晶質シリコン半導体は、成膜温度が比較的低く、気相成長法によって比較的容易に製造することが可能であり、量産性に富むといった特徴を有するので、最も一般的に用いられている。しかし非晶質シリコン半導体は、結晶性シリコン半導体に比べて導電性などの物性が劣るので、高速特性を得るために結晶性シリコン半導体から成るＴＦＴの製造技術の確立が強く求められている。すなわち基板の一表面部に、プラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法または減圧熱化学気相成長法などによって、アモルファスシリコン薄膜が形成され、固相成長結晶化工程と、レーザーアニール結晶化工程とを順次経て、結晶性シリコン半導体膜（以後、結晶膜と表記）が形成される。
【０００４】
従来、エキシマレーザーアニール装置によって結晶化された結晶膜を検査する技術が開示されている（たとえば特許文献１）。前記特許文献１に記載の従来技術には、基板の一表面部に所定の方向性を有する光を照射し、一表面部からの乱反射光の強度を計測し、その計測値に基づいて一表面部の凹凸状態を判定する技術が開示されている。前記乱反射光の強度は、エキシマレーザーアニール装置におけるレーザー走査に起因する特定の方向性と周期性とを有する「すじ」の発生に着目したフーリエ解析によって計測される。前記一表面部の凹凸状態から、この基板の結晶膜は荒れていると判定されると、前記結晶膜は不良と判定される。
【０００５】
ところで本願発明者が繰り返し行った実験によれば、エキシマレーザーアニール装置のレーザーエネルギー強度が大きくなるに従って、前記エキシマレーザーアニール装置によって処理された結晶膜を構成する結晶の粒径が大きくなり、結晶膜の凹凸状態は大きくなる。しかしレーザーエネルギー強度が所定の強度を超えると、結晶膜を構成する結晶は粒径の小さな微結晶となり、結晶膜の凹凸状態は小さくなる。前記微結晶は、粒径の大きな結晶に比べて、導電性などの特性が極端に劣り、結晶膜の特性を著しく低下させる。
【０００６】
結晶膜に付与されるエネルギー強度が過大となった場合に、結晶膜が前記エネルギーによって完全に溶融し、冷却時に結晶核が高密度かつランダムに形成される。各々の結晶核から結晶が成長するため、結晶粒径がたとえば数百ナノメーターの極めて小さい結晶の集合となった前記微結晶が形成される。したがって、導電性などの特性が良好な結晶膜を得るためには、エキシマレーザーアニール装置のレーザーエネルギー強度は、微結晶の発生する所定の強度を超えず、かつ前記所定の強度に近い強度であることが望ましい。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１１０８６１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにレーザーエネルギー強度を制御することが望ましいが、レーザーエネルギー強度の制御精度には限界があり、レーザー照射の都度、たとえば約３％以上５％以下程度のレーザーエネルギー強度の変動がある。さらに前記レーザーエネルギー強度の変動時に、レーザーエネルギーが所定の強度を超え、微結晶を発生させた場合には、得られる結晶膜の前記特性は著しく低くなる。
【０００９】
前記特許文献１に記載の従来技術では、レーザーエネルギー強度の変動による一表面部の凹凸状態の変動が、レーザー走査に起因する特定の方向性を有する「すじ」を発生させることから、前記「すじ」の発生に基づき、結晶膜の結晶化度を判定している。すなわち前記従来技術で用いられる「すじ」の判定手段では、結晶膜の凹凸状態に少なくとも一定の周期性があることを前提としている。前記周期性に基づいて、フーリエ変換を用いて結晶膜の結晶化度を判定している。しかし、エキシマレーザーアニール装置のレーザーエネルギー強度は必ずしも周期的に変動することはなく、実際に結晶化された結晶膜は、その凹凸状態に周期性が見られないものもある。したがって結晶膜の周期性に基づいて、フーリエ変換を用いて結晶化度を判定する技術は、汎用性が低い。
【００１０】
さらにレーザーエネルギー強度と結晶化度との間には、所望の結晶化度が得られるレーザーエネルギー強度よりも小さい領域で相関性がある。換言すれば、前記小さい領域において、レーザーエネルギー強度が大きくなれば、結晶膜の結晶化度は高くなる。しかし、所望の結晶化度が得られるレーザーエネルギー強度を超える領域においては、レーザーエネルギー強度と結晶化度との間には、逆相関性がある。換言すれば、前記領域において、レーザーエネルギー強度が大きくなれば、結晶膜の結晶化度は低くなる。
【００１１】
したがって従来技術では、レーザーエネルギー強度が小さくなる方向に変動し、結晶膜の凹凸状態が変動することに起因して「すじ」が発生したのか、レーザーエネルギー強度が大きくなる方向に変動し、微結晶が発生することによって結晶膜の凹凸状態が変動することに起因して「すじ」が発生したのかを判定することができない。
【００１２】
したがって本発明の目的は、結晶膜に発生し得る微結晶を正確に判定することが可能となる結晶膜の検査方法および検査装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定する第１工程と、
第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める第２工程と、
第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定する第３工程と、
前記第３工程の判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定する第４工程とを有することを特徴とする結晶膜の検査方法である。
【００１４】
本発明に従えば、第１工程においては、結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定する。第２工程においては、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める。第３工程においては、第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定する。第４工程においては、前記第３工程の判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定する。
【００１５】
特に、帯状部分の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関し、その分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定している。このように帯状部分を有する画像に基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。つまり本発明においては、前記公報に記載の従来技術のようにフーリエ変換を用いて、結晶膜の凹凸状態に関して周期性のあるものだけを検査するのではなく、結晶膜の凹凸状態の周期性に依存することなく凹凸状態の変化の中から前記特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査方法の汎用性を高くすることができる。
【００１６】
また本発明は、第１工程は、
前記第１方向が含まれると予想される所定範囲内の複数方向に関して、前記複数方向のうちの一方向に沿った濃度値の分散を、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求める第１段階と、
前記複数の位置において求めた一方向に沿う複数の濃度値の分散の平均を求める第２段階と、
前記所定範囲内の複数方向について、第１および第２段階を繰り返し実行する第３段階と、
第３段階で各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定する第４段階とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、第１段階では、第１方向が含まれると予想される所定範囲内の複数方向に関して、前記複数方向のうちの一方向に沿った濃度値の分散を、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求める。第２段階では、前記複数の位置において求めた一方向に沿う複数の濃度値の分散の平均を求める。第３段階では、前記所定範囲内の複数方向について、第１および第２段階を繰り返し実行する。第４段階では、第３段階で各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定することができる。
【００１８】
特に、第３段階で各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定することができるので、たとえば結晶膜を移送する手段の機械的誤差および調整誤差などがあったとしても、帯状部分を撮像するためのたとえば撮像手段などを高精度に調整することなく、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を正確にかつ簡単に求めることができる。したがって第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布も正確にかつ簡単に求めることができる。それ故、本検査方法の性能を高くすることが可能となる。
【００１９】
また本発明は、第２工程は、
第２濃度分布に対し、前記第１濃度分布の平均値となる分布位置の濃度値の分布を表す平均値濃度分布を求める段階と、
平均値濃度分布に、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行う段階と、
前記第２濃度分布に対し、前記第１濃度分布の累積相対度数分布の分布値が予め定めた値となる濃度値の第２方向の分布を表す相対度数値濃度分布を求める段階とを備え、
第３工程において、前記排除する処理を行う段階で求められる分布特性、および相対度数値濃度分布を求める段階で求められる分布特性から、微結晶化部分を特定することを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、第２工程においては、第２濃度分布に対し、第１濃度分布の平均値となる分布位置の濃度値の分布を表す平均値濃度分布を求め、次の段階で、平均値濃度分布に、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行う。次の段階で、第２濃度分布に対し、前記第１濃度分布の累積相対度数分布の分布値が予め定めた値となる濃度値の第２方向の分布を表す相対度数値濃度分布を求める。第３工程においては、前記排除する処理を行う段階で求められる分布特性、および相対度数値濃度分布を求める段階で求められる分布特性から、微結晶化部分を特定する。
【００２１】
特に第２工程においては、平均値濃度分布に、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行っている。換言すれば、前記予め定める濃度値より大きい濃度値を抽出することができる。第３工程においては、上述した２つの分布特性から、微結晶化部分を特定することができる。このように特性低下の主原因となる微結晶化部分の特定を実現することができる。
【００２２】
また本発明は、結晶膜に光を照射する照射手段と、
結晶膜を撮像する撮像手段と、
照射手段および撮像手段を用いて、結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定し、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める濃度分布算出手段と、
第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定し、この判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定する判定手段とを有することを特徴とする結晶膜の検査装置である。
【００２３】
本発明に従えば、照射手段によって結晶膜に光を照射しつつ、撮像手段によって結晶膜を撮像する。濃度分布算出手段は、これら照射手段および撮像手段を用いて、結晶膜を厚み方向一方側から撮像した画像であって、複数列の帯状部分を有する画像に基づいて、帯状部分の延在方向である第１方向を特定する。その後、前記濃度分布算出手段は、特定された第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求めるとともに、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める。判定手段は、前記第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定し、この判定結果に基づいて、結晶膜の結晶化不良を判定することができる。またこのような検査装置を実現することができる。
【００２４】
特に、帯状部分の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関し、その分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定している。このように帯状部分を有する画像に基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。つまり本発明においては、前記公報に記載の従来技術のようにフーリエ変換を用いて、結晶膜の凹凸状態に関して周期性のあるものだけを検査するのではなく、結晶膜の凹凸状態の周期性に依存することなく凹凸状態の変化の中から前記特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査装置の汎用性を高くすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係り、結晶膜の微結晶を検出する工程を段階的に示すフローチャートである。図２は、基板１を厚み方向に切断して拡大して示す断面図であって、基板１の一表面部に、結晶性膜を形成した後、結晶膜２（図３参照）を形成する工程を段階的に示す断面図である。図３は、エキシマレーザーアニール装置３と、帯状部分４との関係を示す基板１の斜視図である。本実施形態は、たとえば液晶ディスプレイを製造する際に用いられる結晶性シリコン半導体膜（以後、単に結晶膜と記載する場合もある）を検査する検査装置に、本発明の検査装置を適用した場合の一例を示す。以下の説明は、結晶膜の検査方法の説明も含む。
【００２６】
図２（ａ）に示される基板１は、電気絶縁性材料であるたとえばガラスなどから成る厚み方向から見てたとえば長方形の平板状基材５の表面部５ａに、非晶質膜としての非晶質シリコン層６が形成されて構成される。次に図２（ｂ）に示すように、非晶質シリコン層６の一表面部６ａに、たとえば酸化液が塗布され、この酸化液の働きによって酸化膜７が形成される。酸化膜７の一表面部７ａに触媒堆積層８が形成された図２（ｃ）に示される基板１は、非晶質シリコン層６の結晶化が始まる温度、たとえば約５５０℃以上で加熱されて非晶質シリコン層６の結晶化が進行する。非晶質シリコン層６の結晶化がある程度進行した後、図３に示すように、エキシマレーザーアニール装置を用いて、非晶質シリコン層６に対しレーザー光Ｒａを照射する。その結果、非晶質シリコン層６は一度溶融し、冷却固化過程を経て多結晶化する。つまり基板１の一表面部に結晶膜２が形成される。
【００２７】
図４は、結晶膜２の検査装置９を概略示す斜視図である。前記結晶膜２を検査する検査装置９は、ｘｙステージ１０と、ｘｙステージ駆動機構１１と、撮像手段としてのＣＣＤカメラ１２（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）と、照射手段としての照明１３と、濃度分布算出手段および判定手段としての制御装置１４とを有する。ｘｙステージ１０は、基板１を吸着支持可能に構成されている。またｘｙステージ１０は、基板１の厚み方向に移動可能に構成されるとともに、ｘ方向およびｙ方向に移動可能に構成されている。前記ｘ方向は、長方形状のｘｙステージ１０の長手方向に沿った方向であり、前記ｙ方向は、ｘ方向および基板１の厚み方向に直交する方向である。ｘｙステージ駆動機構１１は、ＣＣＤカメラ１２および照明１３に対し、結晶膜２の任意の一部分を検査対象位置に選択的に移動駆動する機構である。このｘｙステージ駆動機構１１は、ｘｙステージ１０をｘ方向に移動駆動可能なｘ方向駆動部１１ａと、ｙ方向に移動駆動可能なｙ方向駆動部１１ｂとを有する。
【００２８】
ＣＣＤカメラ１２は、基板１の厚み方向一方（矢符Ａ１にて示す）に支持され、基板１に形成された結晶膜２を撮像可能に配置して設けられている。このＣＣＤカメラ１２は、たとえば約１ｍｍ×１ｍｍの矩形領域を撮像可能に構成されている。照明１３は、たとえば、ＣＣＤカメラ１２のレンズとなる暗視野顕微鏡１２ａの暗視野照明として使用される。これら照明１３およびＣＣＤカメラ１２を用いて、結晶膜２を厚み方向一方側から撮像することが可能となる。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態に係る結晶膜の検査装置９の制御系のブロック図である。制御装置１４は、中央演算処理装置１５（ＣＰＵ：Central ProcessingUnit、以後ＣＰＵ１５と表記）と読み出し専用記憶装置１６（ＲＯＭ：ReadOnly Memory 、以後ＲＯＭ１６と表記）と読み出し書き込み記憶装置１７（ＲＡＭ：Random Access Memory 、以後ＲＡＭ１７と表記）とから成るマイクロコンピュータと、バス１８と、入出力インターフェース１９と、図示外の駆動回路とで構成されている。
【００３０】
ＣＰＵ１５とＲＯＭ１６とＲＡＭ１７とは、バス１８を介して入出力インターフェース１９に電気的に接続されている。入出力インターフェース１９には、ＣＣＤカメラ１２、入力手段であるキーボード２０およびマウス２１がそれぞれ電気的に接続されている。また入出力インターフェース１９には、図示外の駆動回路を介してｘｙステージ駆動機構１１、照明１３および表示装置２２がそれぞれ電気的に接続されている。ＲＯＭ１６には、後述する第１および第２濃度分布の分布特性としての濃度分布特性を求め、結晶膜２の微結晶を判定するとともに結晶膜２の結晶化不良を判定するプログラムが格納されている。本プログラムはＣＰＵ１５にて実行される。
【００３１】
図６は、レーザーエネルギーと結晶化度および表面粗さとの関係を表す図表である。非晶質シリコン層６に対し、照射するレーザー光Ｒａのレーザーエネルギーが所望の値よりも低い場合には、結晶膜２の結晶化度は、所望の１００％よりも低く、結晶膜２の表面粗さも低い傾向にある。レーザーアニールのレーザーエネルギーが適切な場合には、レーザーエネルギーによって溶融した内部に非溶融部が点在する。そして前記非溶融部を結晶核として結晶が成長するので、結晶粒径が数ミクロンメーターの大きな結晶となる。
【００３２】
照射するレーザー光Ｒａのレーザーエネルギーが所望の値よりも高い場合には、結晶膜２に微結晶が発生し、その微結晶化部分２８（図９ａ参照）の表面粗さは極めて低くなる。微結晶化部分２８は、微結晶部分とも呼ばれている。前記微結晶は、レーザーアニールのレーザーエネルギーが過大となった場合に、結晶膜２が前記レーザーエネルギーによって完全に溶融し、冷却時に結晶核が高密度かつランダムに形成され、各々の結晶核から結晶が成長するため、結晶粒径が数百ナノメーターの極めて小さい結晶の集合となったものである。
【００３３】
エキシマレーザーアニール装置３は、予め定められるパルス数で発振されてレーザー光Ｒａを照射するように構成されている。また、エキシマレーザーアニール装置３は、照射対象の非晶質シリコン層６に対し、所定のＹ方向長さと、Ｙ方向および基板１の厚み方向に直交するＸ方向のＸ方向幅とを有する矩形状のレーザー光Ｒａを照射するように構成されている。このエキシマレーザーアニール装置３と、前記ｘｙステージ駆動機構１１またはｘｙステージ駆動機構１１と略同等の駆動機構とで協働して、非晶質シリコン層６を有する基板１をＸ方向に送りつつ前記基板１にレーザー光Ｒａを照射する。
【００３４】
このように基板１を予め定めた送り速度でＸ方向に送りつつ、エキシマレーザーアニール装置３は、前記矩形状のレーザー光Ｒａを予め定めるパルス数で発振することによって、基板１には、略Ｙ方向に延びる帯状部分４が形成される。本実施形態において、「略Ｙ方向」は「Ｙ方向」を含む。ただし、所望の結晶化度が得られるレーザーエネルギー値よりもかなり小さいレーザーエネルギー値で照射された場合には、帯状部分４は皆無となる。また所望の結晶化度が得られるレーザーエネルギー値が得られるレーザーエネルギー値よりもかなり大きなレーザーエネルギー値で照射された場合にも、帯状部分４は皆無となる。各帯状部分４の帯幅は、たとえば前記パルス数の整数倍に略相当する。
【００３５】
図７は、帯状部分の延在方向すなわち帯状方向を求める方法を段階的に示すフローチャートである。図８は、微結晶の検出方法を示すフローチャートである。図１も併せて説明する。図１におけるａｉ（ｉ＝１，２，３，…）、図７および図８におけるｂｉ（ｉ＝１０，１１，１２，…）は、それぞれステップを示す。図９は、帯状部分４を有する画像Ｓから、帯状部分４の延在方向すなわち帯状方向を求める方法を説明するための図であり、図９（ａ）は、画像Ｓから、帯状方向が含まれると予想される所定範囲内の全ての分散算出方向２３に対して分散算出を行う場合に、分散算出方向２３が帯状方向とは異なる状態を示す図であり、図９（ｂ）は、画像Ｓから、前記所定範囲内の全ての分散算出方向２３に対して分散算出を行う場合に、分散算出方向２３が帯状方向と一致する状態を示す図である。この所定範囲内の全ての分散算出方向２３が、所定範囲内の複数方向に相当する。図１０は、所定範囲内の複数方向に関して、前記複数方向のうちの一方向に沿った濃度値の分散を、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求めるための説明図である。図１１は、各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定する方法を説明するための図である。
【００３６】
図１のステップ１および２、図７のステップ１０および１１に示すように、基板１すなわち結晶膜２の一部分を、ｘｙステージ駆動機構１１によって検査対象位置に移動させ、前記結晶膜２に、照明１３によって光を照射する。図４および図９に示すように、結晶膜２がＣＣＤカメラ１２によって結晶膜２の厚み方向一方側から撮像される画像Ｓは、表示装置２２に表示される。また結晶膜２は、帯状部分４が略ｙ方向に近い方向に沿って直線状に撮像される。このようにステップ１１において、複数列の帯状部分４を有する画像Ｓが得られる。前記画像Ｓは、たとえばＲＡＭ１７に一時的に記憶される。
【００３７】
ステップ１１で得られた帯状部分４を有する画像Ｓに基づいて、ステップ１２では、所定の範囲の各方向について、分散算出方向２３に濃度値の分散を求める。すなわちステップ１２においては、略ｙ方向に近い方向であって、予め定めた方向の範囲に含まれる全ての分散算出方向２３に対して、後述する撮像範囲のｙ座標がＹｓにおけるＸｓからＸｅに至る全てのｘから分散算出方向２３へｙ座標がＹｅとなるまでの範囲の分散を求める。換言すれば、帯状部分４が含まれると予想される所定範囲内の全ての分散算出方向２３に関して、前記全ての分散算出方向２３のうちの一方向に沿った濃度値の分散を求める。ステップ１３では、求めた分散のｘに対する平均を求める。すなわち、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求めた一方向に沿う複数の濃度値の分散の平均を求める。
【００３８】
そして所定範囲内の全ての分散算出方向２３について、上述した一方向に沿った濃度値の分散を求め、複数の濃度値の分散の平均を求める段階を繰り返し実行する。前記分散の平均を分散平均と表記する場合もある。次にステップ１４では、前記段階で分散算出方向２３毎に求められる分散の平均に基づいて、全ての分散算出方向２３のうちの１つの方向を第１方向として特定する。すなわち、ステップ１２および１３で得られた全ての分散算出方向２３に対する分散平均のうち最も小さい分散平均つまり最小の平均値を有する分散算出方向２３を、第１方向である帯状方向と決定する。
【００３９】
前記撮像範囲は、矩形状の画像領域のうち座標（Ｘｓ、Ｙｓ）から座標（Ｘｅ、Ｙｅ）にわたる全ての領域と同義である。前記座標（Ｘｓ、Ｙｓ）は、矩形状の画像領域のｘ方向に平行な一方側の一辺と、この一辺に隣接しかつｙ方向に平行な一方側の一辺との交点Ｐ１を示す。前記座標（Ｘｅ、Ｙｅ）は、前記交点Ｐ１の対角となる交点Ｐ２であって、ｘ方向に平行な他方側の一辺と、この一辺に隣接しかつｙ方向に平行な他方側の一辺との交点Ｐ２を示す。
【００４０】
図１２は、帯状部分４を有する画像から、帯状方向の平均濃度値および相対度数分布を求める方法を説明するための図である。図１３は、累積相対度数分布の分布値から相対度数分布濃度値を選び出す方法を説明するための図である。図１４は、図１５の平均濃度値分布と図１６の変動率分布とに対応する画像を示す図である。図１５は、図１４の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の平均濃度値分布を示す図である。図１６は、図１４の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の変動率分布を示す図である。図１７は、図１８の相対度数分布濃度値に対応する画像を示す図である。図１８は、図１７の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の相対度数分布濃度値を示す図である。図１９は、変動率分布と相対度数分布濃度値とから、微結晶化部分を判定する方法を説明するための図である。図８も併せて説明する。
【００４１】
ステップ１５では、帯状部分４に沿った濃度値の平均値であって、複数列の帯状部分４のうち少なくとも列毎に求められる複数の濃度値の平均値である第１濃度分布を求める。すなわち、ステップ１４で得られた帯状方向に対し、前記撮像範囲のｙ座標がＹｓにおけるＸｓからＸｅに至る全てのｘから帯状方向へｙ座標がＹｅとなるまでの範囲の平均濃度値２５および相対度数分布を計算する（図１３参照）。前記平均濃度値２５が、第１濃度分布に相当する。
【００４２】
次にステップ１６に移行し、ステップ１５で得られたＸｓからＸｅに至る全てのｘ毎の平均濃度値２５を、ＸｓからＸｅに至るまでの１次元の平均濃度値分布として配列する（図１５参照）。前記１次元の平均濃度値分布が、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に相当する。次にステップ１７では、ステップ１６で得られた１次元の平均濃度値分布に対して、式（１）で表されるハイパスフィルタ処理であって、後述する変動率分布を求めるためのハイパスフィルタ処理を実行する。ハイパスフィルタ処理は、ハイパス処理と同義である。
【００４３】
【数１】
2004207270.tif 000003
【００４４】
式（１）に関して、各ｘに対する平均濃度値をＭ（ｘ）と表し、ハイパスフィルタ処理後の各ｘに対する変動率２７をＨ（ｘ）と表す。フィルタサイズＬは、微結晶を精度良く検出する目的で変動率２７を検出できるように予め定められる。具体的にフィルタサイズＬは、エキシマレーザーアニール装置３の基板送り速度、発振パルス数、レーザー光Ｒａの矩形状の幅、図示外の撮像系の倍率および画像分解能などから定められる。
【００４５】
上述したように前記ステップ１７において、前記ハイパスフィルタ処理を実行することによって、ｘ方向に急峻な平均濃度値の変化を抽出した変動率の１次元の変動率分布を配列する（図１６参照）。換言すれば、ステップ１６で得られた１次元の平均濃度値分布に対して、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行う。その後図８、図１７、図１８に示すように、ステップ１８において、所定の累積相対度数分布となる濃度値を、ｘ方向つまり第２方向に１次元化する。すなわちステップ１８では、ステップ１５で得られたＸｓからＸｅに至る全てのｘ毎の相対度数分布の下側累積相対度数が、たとえば約２０％となる濃度値（予め定める値となる濃度値）である相対度数分布濃度値２６の、ＸｓからＸｅに至るまでの１次元の相対度数濃度値分布として配列する。このステップ１８が、第１濃度分布の相対度数分布値が予め定める値となる濃度値の第２方向の分布を求める段階に相当する。これによって、相対度数分布濃度値においては、帯状部分の中の一部に微結晶が存在する場合でも、微結晶の濃度値を表すことが可能となる。
【００４６】
次に図１のステップ３、図８、図１９に示すように、ステップ１９において、所定の度数分布濃度値と変動率とから、微結晶を判定し計数する。すなわちステップ１９では、ステップ１７で得られた１次元変動率分布および、ステップ１８で得られた１次元相対度数濃度値分布に対して、ＸｓからＸｅに至る全てのｘ毎に、変動率２７と相対度数分布濃度値２６とから、そのｘの位置が微結晶化部分であるか否か判定する。たとえば前記変動率２７が所定の変動率しきい値より低くかつ、相対度数濃度しきい値より低い場合に、そのｘの位置は微結晶であると判定される。さらに微結晶と判定されたｘの位置の割合および連続していない微結晶と判定されたｘの位置の個数を計数する。
【００４７】
複数のサンプル基板から撮像された微結晶の帯状部分４の変動率を調べ、微結晶の検出精度が極力良くなるように、前記変動率しきい値を決定する。また複数のサンプル基板から撮像された微結晶の帯状部分４の濃度分布を調べ、微結晶の検出精度が極力良くなるように、前記相対度数濃度しきい値を決定する。
【００４８】
その後、図１のステップ４において、ステップ１９で得られた微結晶と判定されたｘの位置の割合および連続していない微結晶と判定されたｘの位置の個数に対し、予め定める不良判定しきい値より大きい前記割合および個数であった場合に、この結晶膜は不良であると判定する。その後ステップ５でこの図１のフローを終了する。したがって本検査装置９によれば、不所望の結晶化度の結晶膜２すなわち不良基板１を排除することが可能となる。前記不良判定しきい値は、検出精度などに応じて決定する。
【００４９】
以上説明した結晶膜２の検査方法によれば、先ず、結晶膜２を厚み方向一方側から撮像した、複数列の帯状部分４を有する画像Ｓに基づいて、帯状部分４の延在方向である第１方向を特定する。その後の工程において、前記第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を求め、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布を求める。その後の工程において、第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜２に発生し得る微結晶の有無を判定することができる。前記工程の判定結果に基づいて、結晶膜２の結晶化不良を判定することができる。
【００５０】
特に、帯状部分４の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関して、その分布特性に基づいて、結晶膜２に発生し得る微結晶の有無を判定している。このように帯状部分４を有する画像Ｓに基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜２の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜２の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜２のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。つまり本実施形態においては、前記公報に記載の従来技術のようにフーリエ変換を用いて、結晶膜の凹凸状態に関して周期性のあるものだけを検査するのではなく、結晶膜２の凹凸状態の周期性に依存することなく凹凸状態の変化の中から前記特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜２の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査方法の汎用性を高くすることができる。
【００５１】
また本検査方法によれば、画像Ｓのうち予め定める所定範囲の方向に延びる帯状部分４に基づいて、所定範囲内の全ての方向に対して濃度値の分散値をそれぞれ求める。その後、第２方向に関して分散値の平均値を求め、求められた分散値の平均値のうち、最小の平均値を有する方向を第１方向として特定することができる。このように帯状部分４の延在方向である第１方向を正確に特定することができるので、たとえば結晶膜２すなわち基板１を移送するｘｙステージ駆動機構１１の機械的誤差および調整誤差などがあったとしても、帯状部分４を撮像するための前記ＣＣＤカメラ１２を高精度に調整することなく、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を正確にかつ簡単に求めることができる。したがって第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布も正確にかつ簡単に求めることができる。それ故、本検査方法の性能を高くすることが可能となる。
【００５２】
また本検査方法によれば、図１９に示すように、ハイパスフィルタ処理を実行する段階で求められる分布特性、および第２方向の分布を求める段階で求められる分布特性から、それぞれ予め定められる変動率しきい値、および相対度数濃度しきい値に基づいて微結晶化部分２８を特定することができる。特に、図１９に示すように、分布特性から、結晶膜２に与えられるエネルギー強度が増加し微結晶が発生して凹凸状態が変動した場合の濃度変動率を抽出することができる。しかも、結晶膜２に与えられるエネルギー強度が減少して凹凸状態が変動した場合の濃度変動率を抽出しないように予め定める変動率の値および、微結晶が発生している部位に生じる濃度の値に基づいて、微結晶化部分２８を特定することができる。
【００５３】
また本検査装置９によれば、照明１３によって結晶膜２に光を照射しつつ、ＣＣＤカメラ１２によって結晶膜２を撮像する。これら照明１３およびＣＣＤカメラ１２を用いて、結晶膜２を厚み方向一方側から撮像した画像Ｓに基づいて、前記帯状部分４の延在方向である第１方向が特定される。その後、特定された第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布が求められ、第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布が求められる。前記第２濃度分布の分布特性に基づいて、結晶膜２に発生し得る微結晶の有無が判定される。この判定結果に基づいて、結晶膜２の結晶化不良を判定することができる。
【００５４】
このように、結晶膜２に発生し得る微結晶を正確に判定することが可能となる結晶膜２の検査装置９を実現することができる。前記検査装置９によれば、結晶膜２の凹凸状態の周期性などに依存することなく凹凸状態の変化の中から、結晶膜２の特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜２の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査装置９の汎用性を高くすることができる。
【００５５】
前記検査装置９および検査方法によって得られる判定結果つまり結晶化度に基づいて、レーザーアニール処理におけるエネルギーの過不足を判定し、この判定結果に基づいてレーザーアニール処理で前駆体に与えるエネルギーを制御することができるので、その制御以後、所望の結晶膜２の結晶化度を実現することが可能となる。
【００５６】
本実施形態においては、ステップ１７の後、上述した所定の累積相対度数分布となる濃度値を、ｘ方向に１次元化するステップを配設したが、前記ステップをステップ１５の後でかつステップ１６の前に配設してもよい。この場合にはステップ１７の後、後述するステップ１９に移行する。またこの場合にも、前記実施形態と同様の効果を奏する。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、特に、帯状部分の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関し、その分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定している。このように帯状部分を有する画像に基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。つまり本発明においては、前記公報に記載の従来技術のようにフーリエ変換を用いて、結晶膜の凹凸状態に関して周期性のあるものだけを検査するのではなく、結晶膜の凹凸状態の周期性に依存することなく凹凸状態の変化の中から前記特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査方法の汎用性を高くすることができる。
【００５８】
また本発明によれば、特に、第３段階で各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定することができるので、たとえば結晶膜を移送する手段の機械的誤差および調整誤差などがあったとしても、帯状部分を撮像するためのたとえば撮像手段などを高精度に調整することなく、第１方向の濃度値の分布を表す第１濃度分布を正確にかつ簡単に求めることができる。したがって第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布も正確にかつ簡単に求めることができる。それ故、本検査方法の性能を高くすることが可能となる。
【００５９】
また本発明によれば、特に第２工程においては、平均値濃度分布に、予め定める濃度値以下の濃度値を排除する処理を行っている。換言すれば、前記予め定める濃度値より大きい濃度値を抽出することができる。第３工程においては、２つの分布特性から、微結晶化部分を特定することができる。このように特性低下の主原因となる微結晶化部分の特定を実現することができる。
【００６０】
また本発明によれば、結晶膜における微結晶を正確に判定することができる結晶膜の検査装置を実現することができる。特に、帯状部分の延在方向である第１方向と交差する第２方向の濃度値の分布を表す第２濃度分布に関し、その分布特性に基づいて、結晶膜における微結晶の有無を判定している。このように帯状部分を有する画像に基づいて濃度値の分布特性を求めておき、この濃度値の分布特性と結晶膜の微結晶発生状態との間の相関性を利用して、前記分布特性に基づいて結晶膜の微結晶発生状態を判定することができる。それ故、たとえばフーリエ変換などを用いることなく、結晶膜のたとえば導電性などの特性低下を確実に判定することができる。つまり本発明においては、前記公報に記載の従来技術のようにフーリエ変換を用いて、結晶膜の凹凸状態に関して周期性のあるものだけを検査するのではなく、結晶膜の凹凸状態の周期性に依存することなく凹凸状態の変化の中から前記特性低下の主原因となる微結晶を特定することで、結晶膜の特性低下を確実に判定することができる。それ故、本検査装置の汎用性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、結晶膜の微結晶を検出する工程を段階的に示すフローチャートである。
【図２】基板１を厚み方向に切断して拡大して示す断面図であって、基板１の一表面部に、結晶性膜を形成した後、結晶膜２を形成する工程を段階的に示す断面図である。
【図３】エキシマレーザーアニール装置３と、帯状部分４との関係を示す基板の斜視図である。
【図４】結晶膜２の検査装置９を概略示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る結晶膜２の検査装置９の制御系のブロック図である。
【図６】レーザーエネルギーと結晶化度および表面粗さとの関係を表す図表である。
【図７】帯状部分の延在方向すなわち帯状方向を求める方法を段階的に示すフローチャートである。
【図８】微結晶の検出方法を示すフローチャートである。
【図９】帯状部分４を有する画像Ｓから、帯状部分４の延在方向すなわち帯状方向を求める方法を説明するための図であり、図９（ａ）は、画像Ｓから、帯状方向が含まれると予想される所定範囲内の全ての分散算出方向２３に対して分散算出を行う場合に、分散算出方向２３が帯状方向とは異なる状態を示す図であり、図９（ｂ）は、画像Ｓから、前記所定範囲内の全ての分散算出方向２３に対して分散算出を行う場合に、分散算出方向２３が帯状方向と一致する状態を示す図である。
【図１０】所定範囲内の複数方向に関して、前記複数方向のうちの一方向に沿った濃度値の分散を、前記一方向と交差する方向の複数の位置において求めるための説明図である。
【図１１】各方向毎に求められる分散の平均に基づいて、複数方向のうちの１つの方向を第１方向として特定する方法を説明するための図である。
【図１２】帯状部分４を有する画像から、帯状方向の平均濃度値および相対度数分布を求める方法を説明するための図である。
【図１３】累積相対度数分布の分布値から相対度数分布濃度値を選び出す方法を説明するための図である。
【図１４】図１５の平均濃度値分布と図１６の変動率分布とに対応する画像を示す図である。
【図１５】図１４の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の平均濃度値分布を示す図である。
【図１６】図１４の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の変動率分布を示す図である。
【図１７】図１８の相対度数分布濃度値に対応する画像を示す図である。
【図１８】図１７の帯状部分４を有する画像に対応する１次元の相対度数分布濃度値を示す図である。
【図１９】変動率分布と相対度数分布濃度値とから、微結晶化部分を判定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
２  結晶膜
４  帯状部分
９  検査装置
１２  ＣＣＤカメラ
１３  照明
１４  制御装置
１５  ＣＰＵ
１６  ＲＯＭ
１７  ＲＡＭ
２８  微結晶化部分
【図１】
2004207270.tif 000004
【図２】
2004207270.tif 000005
【図３】
2004207270.tif 000006
【図４】
2004207270.tif 000007
【図５】
2004207270.tif 000008
【図６】
2004207270.tif 000009
【図７】
2004207270.tif 000010
【図８】
2004207270.tif 000011
【図９】
2004207270.tif 000012
【図１０】
2004207270.tif 000013
【図１１】
2004207270.tif 000014
【図１２】
2004207270.tif 000015
【図１３】
2004207270.tif 000016
【図１４】
2004207270.tif 000017
【図１５】
2004207270.tif 000018
【図１６】
2004207270.tif 000019
【図１７】
2004207270.tif 000020
【図１８】
2004207270.tif 000021
【図１９】
2004207270.tif 000022