(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスシリコン膜をアニール処理することによって形成されたポリシリコン膜を評価する評価方法において、
上記ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像し、
上記撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、上記ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、
上記求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を評価するポリシリコン評価方法。
【請求項２】
紫外線レーザを上記ポリシリコン膜に照射して、該ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像する請求項１記載のポリシリコン評価方法。
【請求項３】
上記求めた自己相関関数から、原点の値から原点より上記ずらし方向の１番目以降の極小値を引いたピーク値、及び、原点より該ずらし方向の２番目の極大値から原点より該ずらし方向の２番目の極小値を引いたサイドピーク値を算出し、
上記算出したサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値を定義し、該ＡＣ値に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を評価する請求項１記載のポリシリコン評価方法。
【請求項４】
上記算出したサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値が、上記アニール処理において上記アモルファスシリコン膜に許容最低エネルギーを与えたときに求められる自己相関関数のＡＣ値よりも大きいとき、該ポリシリコン膜の状態を良品であると判断する請求項３記載のポリシリコン評価方法。
【請求項５】
アモルファスシリコン膜をアニール処理することによって形成されたポリシリコン膜を検査する検査装置において、
上記ポリシリコン膜の表面の空間構造の画像を撮像する観察手段と、
上記観察手段により撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、上記ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を検査する検査手段とを備えるポリシリコン検査装置。
【請求項６】
上記観察手段は、紫外線レーザを上記ポリシリコン膜に照射して、該ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像する請求項５記載のポリシリコン検査装置。
【請求項７】
上記検査手段は、上記自己相関関数から、原点の値から原点より上記ずらし方向の１番目以降の極小値を引いたピーク値、及び、原点より該ずらし方向の２番目の極大値から原点より該ずらし方向の２番目の極小値を引いたサイドピーク値を算出し、算出したサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値を定義し、該ＡＣ値に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を検査する請求項５記載のポリシリコン検査装置。
【請求項８】
上記検査手段は、上記自己相関関数のサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値が、上記アニール処理において上記アモルファスシリコン膜に許容最低エネルギーを与えたときに求められる自己相関関数のＡＣ値よりも大きいとき、該ポリシリコン膜の状態を良品であると判断する請求項７記載のポリシリコン検査装置。
【請求項９】
薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタ製造方法において、
アモルファスシリコン膜を成膜するアモルファスシリコン成膜工程と、
成膜した上記アモルファスシリコン膜に対してアニール処理を行ってポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成工程と、
形成した上記ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像し、撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、該ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する評価工程とを有する薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１０】
上記評価工程では、紫外線レーザを上記ポリシリコン膜に照射して、上記ポリシリコン膜の膜表面を撮像する請求項９記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１１】
上記ポリシリコン膜形成工程では、上記評価工程で評価した結果に応じて、アニール処理における上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを制御する請求項９記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１２】
上記評価工程では、上記求めた自己相関関数から、原点の値から原点より上記ずらし方向の１番目以降の極小値を引いたピーク値、及び、原点より該ずらし方向の２番目の極大値から原点より該ずらし方向の２番目の極小値を引いたサイドピーク値を算出し、算出したサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値を定義し、このＡＣ値に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する請求項１１記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１３】
上記ポリシリコン膜形成工程では、上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを増加させて、上記自己相関関数のＡＣ値が比例的に減少し、この減少が停止して最低値となったとき、該アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーの上限値となるように制御する請求項１２記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１４】
上記ポリシリコン膜形成工程では、上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを変動させながら、複数個のトランジスタ基板に対してアニール処理を行って、各エネルギーに対応した上記自己相関関数のＡＣ値の特性を得て、この特性に基づいて上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを制御する請求項１２記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項１５】
アモルファスシリコン膜をアニール処理することによってポリシリコン膜を形成するアニール処理装置において、
上記アモルファスシリコン膜に対してアニール処理を行ってポリシリコン膜を形成するアニール処理手段と、
上記アニール処理手段により形成した上記ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像し、撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、該ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備えるアニール処理装置。
【請求項１６】
上記評価手段は、紫外線レーザを上記ポリシリコン膜に照射して、上記ポリシリコン膜の膜表面を撮像する請求項１５記載のアニール処理装置。
【請求項１７】
上記アニール処理手段は、上記評価手段で評価した結果に応じて、アニール処理における上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを制御する請求項１５記載のアニール処理装置。
【請求項１８】
上記評価手段は、上記求めた自己相関関数から、原点の値から原点より上記ずらし方向の１番目以降の極小値を引いたピーク値、及び、原点より該ずらし方向の２番目の極大値から原点より該ずらし方向の２番目の極小値を引いたサイドピーク値を算出し、算出したサイドピーク値に対するピーク値の比を示すＡＣ値を定義し、このＡＣ値に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する請求項１７記載のアニール処理装置。
【請求項１９】
上記アニール処理手段は、上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを増加させて、上記自己相関関数のＡＣ値が比例的に減少し、この減少が停止して最低値となったとき、該アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーの上限値となるように制御する請求項１８記載のアニール処理装置。
【請求項２０】
上記アニール処理手段は、上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを変動させながら、複数個のトランジスタ基板に対してアニール処理を行って、各エネルギーに対応した上記自己相関関数のＡＣ値の特性を得て、この特性に基づいて上記アモルファスシリコン膜に与えるエネルギーを制御する請求項１８記載のアニール処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アモルファスシリコンに対してアニール処理をして生成したポリシリコン膜の状態を評価するポリシリコン評価方法、アモルファスシリコンに対してアニール処理することによって形成されたポリシリコン膜を検査する検査装置、並びに、アモルファスシリコンに対してアニール処理をして生成したポリシリコン膜を有する薄膜トランジスタ製造方法、及び、アニール処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、チャネル層にポリシリコン膜を用いた薄膜トランジスタの実用化が進められている。チャネル層にポリシリコンを用いた場合、薄膜トランジスタの電界移動度が非常に高くなるため、例えば液晶ディスプレイ等の駆動回路として用いた場合には、ディスプレイの高精彩化、高速化、小型化等を実現することができるようになる。
【０００３】
また、エキシマレーザアニール装置を用いてアモルファスシリコンを熱処理してポリシリコン膜を形成する、いわゆる低温多結晶化プロセスも近年開発が進んでいる。このような低温多結晶プロセスを薄膜トランジスタの製造プロセスに適用することによって、ガラス基板への熱損傷が低くなり、耐熱性の大面積で安価なガラス基板を用いることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、低温多結晶プロセスにおいて用いられるエキシマレーザアニール装置は、その出力パワーが不安定であるため、形成されるポリシリコンのグレーンサイズが大きく変動する。そのため、エキシマレーザアニール装置を用いて形成されたポリシリコン膜は、常に良好なグレーンサイズとはならず、例えば、シリコン結晶が微結晶化してしまういわゆる線状不良となったり、十分大きなグレーンサイズが得られないいわゆる書き込み不良となったりしてしまうという問題点があった。
【０００５】
そこで、一般に、このようなエキシマレーザアニール装置を用いてアニール処理を行う場合には、ポリシリコン膜の多結晶化工程が終了した段階で、その最表面に形成されているポリシリコン膜の結晶の状態を全数検査したり、或いは、製品を無作為に抜き取り結晶の状態を検査したりして、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。また、エキシマレーザアニール装置へポリシリコン膜へ与えられたエネルギー情報を、エキシマレーザアニール装置にフィードバックして最適なレーザパワーの設定が行われる。
【０００６】
しかしながら、ポリシリコン膜を評価するには、分光エリプソや走査型電子顕微鏡等を用いて表面画像を撮像し、その表面画像を目視して結晶の状態を判断するといった感覚的な方法しかなく、非接触で客観的に判断することができなかった。また、このような方法は、時間的、コスト的に非効率であり、インプロセスで用いることは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑みてされたものであり、形成したポリシリコン膜の状態を、客観的に、非接触で、精度良く、自動的に評価を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、アモルファスシリコン膜に対してアニール処理を行いポリシリコン膜を形成したときに、このアニール処理時においてアモルファスシリコンに与えるエネルギーに応じて、形成されたポリシリコン膜の膜表面の空間構造に直線性及び／又は周期性が現れることを見いだし、この表面の空間構造の直線性及び／又は周期性を評価することが、ポリシリコン膜の評価において有効であるものと見いだすに至った。
【０００９】
また、本発明者は、アニール処理をすることによって現れたポリシリコン膜の膜表面の直線性及び／又は周期性が、ある一定のエネルギーを与えたときに最大となることを見いだした。このことから、ポリシリコン膜の表面の空間構造の直線性及び／又は周期性が最大となるエネルギーに基づき、アモルファスシリコン膜に対して与えるエネルギーを調整や制御することが、形成するポリシリコン膜の特性を良好なものとするのに有効であるものと見いだすに至った。
【００１０】
具体的には、本発明者は、基板上に形成した薄膜トランジスタのチャネルであるポリシリコンを形成したときに、このポリシリコンの膜表面の空間構造に直線性及び／又は周期性が現れることを見いだした。
【００１１】
例えば、チャネルがポリシリコンで形成された薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する場合、アモルファスシリコンを成膜し、成膜したアモルファスシリコンに対して照射面が線状とされたエキシマレーザを用いてレーザアニール処理を行うことにより、ポリシリコン膜が形成される。ここで、エキシマレーザによるレーザアニール処理は、線状とされた照射面の長手方向に直交する方向にレーザビームを移動しながら、ガラス基板全面に対して熱エネルギーを与えていく。
【００１２】
本発明者は、このようにエキシマレーザアニール処理により形成されたポリシリコン膜が、その表面に凹凸が形成された状態となり、さらに、その凹凸がレーザビームの移動方向に平行な方向に直線的に形成されていることを見いだした。また、本発明者は、ポリシリコン膜の表面に形成された凹凸形状が、レーザビームの移動方向に直交する方向に、周期的になっていることを見いだした。
【００１３】
そして、本発明者は、形成されたポリシリコン膜が薄膜トランジスタとして使用可能であるかどうかを評価するために、これらの直線性及び／又は周期性を評価することが有効であるものと見いだすに至った。また、本発明者は、これらの直線性及び／又は周期性を評価した結果が、エキシマレーザのエネルギーの調整や制御に用いることが有効であるものと見いだすに至った。
【００１４】
以下の本発明にかかるポリシリコン評価方法、ポリシリコン検査装置、薄膜トランジスタ製造方法及びアニール処理装置は、以上のような知見に基づいて創案されたものである。
【００１５】
本発明にかかるポリシリコン評価方法は、アモルファスシリコン膜をアニール処理することによって形成されたポリシリコン膜を評価する評価方法において、上記ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像し、上記撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、上記ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、上記求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を評価する。
【００１７】
また、本発明にかかるポリシリコン検査装置は、アモルファスシリコン膜をアニール処理することによって形成されたポリシリコン膜を検査する検査装置において、上記ポリシリコン膜の表面の空間構造の画像を撮像する観察手段と、上記観察手段により撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、上記ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、上記ポリシリコン膜の状態を検査する検査手段とを備える。
【００１９】
また、本発明にかかる薄膜トランジスタ製造方法は、薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタ製造方法において、アモルファスシリコン膜を成膜するアモルファスシリコン成膜工程と、成膜した上記アモルファスシリコン膜に対してアニール処理を行ってポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成工程と、形成した上記ポリシリコン膜の膜表面画像を撮像し、撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、該ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する評価工程とを有する。
また、本発明にかかるアニール処理装置は、アモルファスシリコン膜をアニール処理することによってポリシリコン膜を形成するアニール処理装置において、上記アモルファスシリコン膜に対してアニール処理を行ってポリシリコン膜を形成するアニール処理手段と、上記アニール処理手段により形成した上記ポリシリコン膜の膜表面の画像を撮像し、撮像した画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、該ポリシリコン膜の膜表面における該ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、該ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用したポリシリコン膜の評価装置について説明する。
【００２２】
本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装置は、例えば、ボトムゲート構造を有する薄膜トランジスタ（ボトムゲート型ＴＦＴ）の製造工程中に形成されるポリシリコン膜の検査に用いられる。ボトムゲート型ＴＦＴは、例えばガラス基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ポリシリコン膜（チャネル層）が下層から順に積層された構成とされた薄膜トランジスタである。すなわち、ボトムゲート型ＴＦＴは、チャネル層となるポリシリコン膜とガラス基板との間に、ゲート電極が形成されている構成のＴＦＴである。
【００２３】
ボトムゲート型ＴＦＴの構造
まず、このようなボトムゲート型ＴＦＴの具体的な構成例について図１を用いて説明する。
【００２４】
ボトムゲート型ＴＦＴ１は、図１に示すように、ガラス基板２上に、ゲート電極３、第１のゲート絶縁膜４、第２のゲート絶縁膜５、ポリシリコン膜６、ストッパ７、第１の層間絶縁膜８、第２の層間絶縁膜９、配線１０、平坦化膜１１、透明導電膜１２が積層されて構成されている。
【００２５】
ゲート電極３は、ガラス基板２上に５０〜３００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）が成膜された後、異方性エッチングによりパターニングされて形成されている。
【００２６】
第１のゲート絶縁膜４は、例えば膜厚が５０ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮx）からなり、窒化シリコン（ＳｉＮx）が、このゲート電極３が形成されたガラス基板２上に積層されて形成されている。
【００２７】
第２のゲート絶縁膜５は、例えば膜厚が１２０ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、この二酸化シリコン（ＳｉＯ2）が、第１のゲート絶縁膜５上に積層されて形成されている。
【００２８】
ポリシリコン膜６は、例えば膜厚が４０ｎｍのポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる。このポリシリコン膜６は、第２のゲート絶縁膜５上に積層されて形成されている。このポリシリコン膜６は、当該ボトムゲート型ＴＦＴ１のチャネル層として機能する。このポリシリコン膜６は、例えば、ＬＰＣＶＤ法等によって４０ｎｍのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が成膜された後、このアモルファスシリコンに対してアニール処理を行うことにより多結晶化され形成される。ポリシリコン膜６の多結晶化工程においては、紫外線レーザであるエキシマレーザを用いたレーザアニール処理が用いられる。このエキシマレーザアニール処理は、その照射面が線状とされたパルスのレーザビームを出射し、パルスビームの照射領域を移動させながら、アモルファスシリコンをポリシリコンに多結晶化させるものである。レーザビームは、その照射面の形状が、例えば長手方向の長さが２０ｃｍ、短辺方向の長さが４００μｍとされ、パルスの周波数が３００Ｈｚとされている。エキシマレーザアニール処理を行う際のレーザビームの走査方向は、線状レーザの照射面の長手方向と直交する方向（すなわち、短辺方向）に行われる。
【００２９】
そして、このポリシリコン膜６は、エキシマレーザアニールによって多結晶化されたのち、ソース／ドレイン領域を形成するために、不純物がイオンドーピングされる。このイオンドーピングは、ゲート電極３上の部分のポリシリコン膜６に不純物が注入されないように、このゲート電極３に対応する位置にストッパ７が形成された後に行われる。このストッパ７は、例えば膜厚２００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、ゲート電極３を形成したときに用いたマスク等を用いて形成されている。
【００３０】
第１の層間絶縁膜８は、例えば膜厚が３００ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮx）からなり、この窒化シリコン（ＳｉＮx）が、ポリシリコン膜６上に積層されて形成されている。
【００３１】
第２の層間絶縁膜９は、例えば膜厚が１５０ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、この二酸化シリコン（ＳｉＯ2）が、第１の層間絶縁膜８上に積層されて形成されている。
【００３２】
配線１０は、ポリシリコン膜６のソース／ドレイン領域を接続するためのコンタクトホールが、第１の層間絶縁膜８及び第２の層間絶縁膜９のソース／ドレイン領域に対応する位置に開口された後、アルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）を成膜し、エッチングによってパターニングして形成されている。この配線１０は、ポリシリコン膜６上に形成された各トランジスタのソース／ドレイン領域を接続して、基板上の所定の回路パターンを形成する。
【００３３】
平坦化膜（ＨＲＣ）１１は、当該ボトムゲート型ＴＦＴ１の表面を平坦化するための膜で、配線１０が形成されたのち成膜され、その膜厚が２〜３μｍとされている。
【００３４】
透明導電膜１２は、例えば、ＩＴＯ等からなる透明導電材料からなり、配線１０と当該ボトムゲート型ＴＦＴ１の外部に存在する外部素子や外部配線とを接続するための導電線である。この透明導電膜１２は、コンタクトホールが平坦化膜１１に開口された後に、平坦化膜１１上に形成される。
【００３５】
以上のようなボトムゲート型ＴＦＴ１では、チャネル層にポリシリコンを用いているため、チャネル層の電界移動度が非常に高くなる。そのため、例えば液晶ディスプレイ等の駆動回路として用いた場合には、ディスプレイの高精細化、高速化、小型化等を実現することができる。また、以上のようなボトムゲート型ＴＦＴ１では、エキシマレーザアニールを用いてアモルファスシリコンを熱処理することによってポリシリコン膜６を形成する、いわゆる低温多結晶化プロセスが用いられている。そのため、多結晶化プロセスでのガラス基板２への熱損傷が少なくなり、耐熱性の大面積で安価なガラス基板を用いることが可能となる。
【００３６】
ポリシリコン膜の検査の必要性
ところで、ポリシリコン膜６の電界移動度を決定する重要な要素は、ポリシリコンのグレーンサイズであるといわれている。そのグレーンサイズは、エキシマレーザアニール処理時においてポリシリコン膜６に与えられるエネルギーに大きく依存する。そのため、エキシマレーザアニール処理時におけるレーザパワーの制御やその安定化が、完成したボトムゲート型ＴＦＴ１の特性や歩留まりに大きく影響することとなる。
【００３７】
しかしながら、エキシマレーザアニール処理において用いられるエキシマレーザアニール装置は、出射するレーザパワーの出力変動が比較的大きい。そのため、エキシマレーザアニール装置を用いてエキシマレーザアニールを行った場合、良好なグレーンサイズを得られるエネルギーの許容範囲（ポリシリコン膜６の製造マージン）に対して、ポリシリコン膜６に与えるエネルギーの変動が大きくなってしまい、ポリシリコン膜６を安定的に製造することが難しい。
【００３８】
したがって、同一の条件でエキシマレーザアニールを行った場合でも、ポリシリコン膜６のグレーンサイズが大きく変動し、例えばレーザパワーが大きくなりすぎた場合には、シリコン結晶が微結晶化してしまいいわゆる線状不良となり、また、レーザパワーが小さく成りすぎた場合には、十分大きなグレーンサイズが得られないいわゆる書き込み不良となってしまう。
【００３９】
さらに、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極３がポリシリコン膜６の下層に位置しているので、レーザアニールを行った場合における熱の逃げが、ガラス基板２上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜６よりも、ゲート電極３上のポリシリコン膜６の方が高くなる。そのため、エキシマレーザアニール装置から与えられるレーザパワーが同一であっても、ゲート電極３上のポリシリコン膜６と、ガラス基板２上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜６とで、昇温温度が異なることとなり、その影響からグレーンサイズが双方で異なってしまう。具体的には、レーザパワーが同一であった場合には、ポリシリコン膜６上に形成されるグレーンサイズは、ガラス基板２上（ソース／ドレイン領域上）よりもゲート電極３上の方が小さくなってしまう。
【００４０】
そのため、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極３上のポリシリコン膜６及びガラス基板２上のポリシリコン膜６の双方がともに良好なグレーンサイズが得られるエネルギーを、エキシマレーザにより与えなければならないため、ポリシリコン膜６の製造マージンが非常に狭くなってしまう。
【００４１】
しかしながら、上述したようにエキシマレーザアニール処理において用いられるエキシマレーザアニール装置は、出射するレーザパワーの出力変動が比較的大きい。したがって、ゲート電極３上のポリシリコン膜６及びガラス基板２上のポリシリコン膜６の双方がともに良好なグレーンサイズを得るように、そのレーザパワーを制御することは難しい。
【００４２】
そこで、一般に、このようなエキシマレーザアニール装置を用いてアニール処理を行う場合には、例えば、図２に示すようなポリシリコン膜６の多結晶化工程が終了した段階で、その最表面に形成されているポリシリコン膜６の結晶の状態を全数検査したり、或いは、製品を無作為に抜き取り結晶の状態を検査したりして、製造した製品がこの段階で不良品であるか否かを判断したり、また、エキシマレーザアニール装置へポリシリコン膜６へ与えられたエネルギー情報をフィードバックしてレーザパワーの設定が行われる。
【００４３】
本発明の実施の形態のポリシリコン膜評価装置は、このようなポリシリコン膜６の多結晶化工程が終了した段階で、形成したポリシリコン膜６の評価を行い、製造した製品がこの段階で不良品であるか否かを判断したり、また、エキシマレーザアニール装置へ情報をフィードバックしてレーザエネルギーの設定を行うのに用いるものである。
【００４４】
ポリシリコン膜の評価原理と評価手法
（１）  まず、上述したエキシマレーザアニールにより形成されたポリシリコン膜の評価原理について説明する。
【００４５】
上述したように製造した薄膜トランジスタの移動度は、ポリシリコンのグレーンサイズが大きく影響する。充分な移動度を得るためには、ポリシリコンのグレーンサイズは、大きい方が望ましい。
【００４６】
ポリシリコン膜のグレーンサイズは、エキシマレーザアニールで与えられたエネルギーに大きく依存する。ポリシリコン膜のグレーンサイズは、図３に示すように、与えられたエネルギーが増大するとそれに伴い増大するが、ある所定のエネルギー（図中Ｌの位置：このときのエネルギーを許容最低エネルギーＬとする。）以上となると変化が少なくなり、安定化する。さらにエネルギーを増大させていくと、グレーンサイズの変化が大きくなり、そして、ある閾値（図中Ｈの位置）を境としてポリシリコンが微結晶粒となってしまう（このときのエネルギーを許容最高エネルギーＨとする）。
【００４７】
したがって、通常、エキシマレーザアニールを行う場合には、図３で示したグレーンサイズが安定化し始めた許容最低エネルギーＬから、微結晶粒となる直前までの許容最高エネルギーＨの範囲となるように、照射するレーザパワーを制御することによって、充分な大きさのグレーンサイズを得るようにする。そして、このような範囲のエネルギーを与えるレーザパワーのレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射することによって、完成した薄膜トランジスタの移動度を十分大きくすることが可能となる。
【００４８】
（２）  次に、レーザパワーを最適値としてエキシマレーザアニールを行ったときのポリシリコン膜の膜表面の画像と、最適値よりも少ないパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像と、最適値よりも大きいパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像とを比較する。図４に、それぞれの場合の画像を示す。図４（Ａ）が最適値よりも少ないレーザパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図で、図４（Ｂ）が最適値のレーザパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図で、図４（Ｃ）が最適値よりも大きいレーザパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図である。なお、この図４に示す各画像は、紫外線光を用いた顕微鏡装置により撮像した画像であるが、この顕微鏡装置についての詳細は後述する。
【００４９】
図４において、エキシマレーザアニールのレーザの走査方向は、図中Ｘ方向となっている。なお、アモルファスシリコン膜には、上述したように、照射面が線状とされたレーザビームが照射され、その走査方向は、レーザビームの照射面形状の長手方向に直交する方向である。
【００５０】
ここで、エキシマレーザアニール時におけるレーザパワーを最適値としたときのこの図４（Ｂ）の画像と、図４（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すそれ以外の画像とを比較すると、以下のような特徴が現れている。
【００５１】
まず、レーザパワーを最適値としたときのポリシリコン膜の表面画像（図４（Ｂ））は、レーザパワーが最適とされていないポリシリコン膜の表面画像（図４（Ａ）及び図４（Ｃ））と比較して、直線性が現れた画像となっている。具体的には、レーザの走査方向（図４中Ｘ方向）に対して、直線性が現れた画像となっている。すなわち、レーザパワーを最適値としたときのポリシリコン膜の表面は、その空間構造に直線性が現れる規則的な形状となる特徴がある。
【００５２】
また、レーザパワーを最適値としたときのポリシリコン膜の表面画像（図４（Ｂ））は、レーザパワーが最適とされていないポリシリコン膜の表面画像（図４（Ａ）及び図４（Ｃ））と比較して、周期性が現れた画像となっている。具体的には、レーザの走査方向と直交する方向（図４中Ｙ方向）に、周期性が現れた画像となっている。すなわち、レーザパワーを最適値としたときのポリシリコン膜の表面は、その空間構造に周期性が現れる規則的な形状となる特徴がある。
【００５３】
したがって、本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装置では、以上のような特徴を利用して、ポリシリコン膜の状態を検査する。すなわち、本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装置では、エキシマレーザアニールを行った後のポリシリコン膜の表面画像を数値解析して、ポリシリコン膜の表面空間構造に直線性が現れているか、或いは、ポリシリコン膜の表面空間構造に周期性が現れているか、或いは、ポリシリコン膜の表面空間構造に直線性及び周期性が現れているかを評価して、ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜の状態を検査する。
【００５４】
（３）  次に、ポリシリコン膜の撮像画像に直線性、周期性、直線性及び周期性がある場合の数値化の手法の一例について説明する。
【００５５】
例えば、直線性および周期性があるポリシリコン膜の撮像画像を模式的に表すと、多数の直線が平行に並び、その間隔が一定間隔となっているように表される。これに対し、直線性も周期性もないポリシリコン膜の撮像画像を模式的に表すと、不規則な短い直線等が不規則に現れるように表される。これらの画像から、直線性及び周期性がどれだけあるか数値化して評価する場合には、周期性があるであろう方向と垂直な方向に画像を横ずらしし、横ずらしをしたときの画像の相関性を数値に表して評価すればよい。例えば、直線性及び周期性がある画像を横ずらしすると、ある一定の周期、つまりある一定の横ずらし量毎に、画像の重なり具合が多い相関性の高い画像が現れる。それに対し、直線性も周期性も無い画像は、横ずらしをしたとしても画像の重なりある具合が多い相関性の高い画像が、一定の周期毎に現れない。
【００５６】
以上のような画像を横ずらしをしたときの画像の相関性を数値化するといった概念を用いることにより、ポリシリコン膜の周期性を数値化し評価をすることが可能となる。具体的にこのような手法を実現する一つの方法としては、画像の自己相関関数を求め、この自己相関関数のピーク値及びサイドピーク値を算出し、これらの比をとる方法がある。ここで、ピーク値とは、原点の値から原点よりｙ方向の２番目の極小値（デフォーカスの値を小さくするために使用している。１番目や２番目以降であってもよい）を引いた値をいうものとする。また、サイドピーク値とは、原点よりｙ方向の２番目（原点を含めない）の極大値から原点よりｙ方向の２番目の極小値を引いた値等をいうものとする。
【００５７】
なお、本発明は、直線性又は周期性のいずれか一方のみを評価し、ポリシリコン膜の状態を判断することも可能である。
【００５８】
また、ポリシリコン膜の撮像画像に直線性、周期性、直線性及び周期性がある場合の数値化の手法の他の例としては、例えば、規格化された画像を直線性のそろった方向に、全ての画素の値を足し合わせてその変調度をとる手法がある。また、規格化された画像を、２次元フーリエ変換し、ある周波数成分の強度をとる手法がある。また、画像（例えば、ｙ方向に直線性を有するであろう画像）の内の極値（極小値又は極大値）の座標を抽出し、ｙ方向に縦長な範囲内（ｘ方向の中心を極値×座標の平均値にとり、ｘ方向の長さをｘ方向の配列のピッチとする）の座標に関して、ｘ方向の分散をとる手法がある。また、画像（例えば、ｙ方向に直線性を有するであろう画像）の内の極値（極小値又は極大値）の座標を抽出し、ｙ方向に縦長な範囲内（ｘ方向の中心を極値×座標の平均値にとり、ｘ方向の長さをｘ方向の配列のピッチとする）の座標に関して、各点の上下近傍の点との角度を取る手法がある。
【００５９】
ポリシリコン膜の評価装置の具体的な構成とその処理内容
（１）  次に、以上のようなポリシリコン膜の表面空間構造の直線性及び周期性を評価するための本発明の実施の形態のポリシリコン膜評価装置の具体的な構成例について説明する。
【００６０】
本発明の実施の形態のポリシリコン膜評価装置は、波長２６６ｎｍの紫外光レーザを用いた顕微鏡装置によってボトムゲート型ＴＦＴの製造基板（アモルファスシリコン膜にエキシマレーザアニールを行うことによってポリシリコン膜が形成された直後の状態の基板）を撮像し、撮像した画像から形成されたポリシリコン膜の状態を評価する装置である。
【００６１】
本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装置の構成図を図５に示す。
【００６２】
図５に示すポリシリコン膜評価装置２０は、可動ステージ２１と、紫外線固体レーザ光源２２と、ＣＣＤカメラ２３と、光ファイバプローブ２４と、ビームスプリッタ２５と、対物レンズ２６と、制御用コンピュータ２７と、画像処理用コンピュータ２８とを備えて構成される。
【００６３】
可動ステージ２１は、被検査物となるポリシリコン膜が成膜された基板１を支持するためのステージである。この可動ステージ２１は、被検査物となる基板１を支持するとともに、この基板１を所定の検査対象位置へと移動させる機能も備えている。
【００６４】
具体的には、可動ステージ２１は、Ｘステージ、Ｙステージ、Ｚステージ、吸着プレート等を備えて構成される。
【００６５】
Ｘステージ及びＹステージは、水平方向に移動するステージであり、ＸステージとＹステージとで、被検査物となる基板１を互いに直交する方向に移動させ、検査対象となる基板１を所定の検査位置へと導くようにしている。Ｚステージは、鉛直方向に移動するステージであり、ステージの高さを調整するためのものである。吸着プレートは、検査対象となる基板１を吸着して固定するためのものである。
【００６６】
紫外線固体レーザ光源２２は、波長２６６ｎｍの紫外光レーザ光源であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ４倍波全固体レーザが用いられる。なお、この紫外線レーザ光源としては、近年、波長１６６ｎｍ程度のものも開発されており、このようなものを光源として用いても良い。
【００６７】
ＣＣＤカメラ２３は、紫外光に対して高感度化されたカメラであり、内部に撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを備え、このＣＣＤイメージセンサにより基板１の表面を撮像する。このＣＣＤカメラ２３は、本体を冷却することにより、ＣＣＤイメージセンサ等で発生する熱雑音、読み出し雑音、回路雑音等を抑圧している。
【００６８】
光ファイバプローブ２４は、紫外線レーザ光の導波路であり、紫外線固体レーザ光源２２から出射された紫外光レーザを、ビームスプリッタ２５に導いている。
【００６９】
ビームスプリッタ２５は、紫外線固体レーザ光源２２からの紫外線レーザ光を反射して、対物レンズ２６を介して可動ステージ２１上の基板１に照射し、それとともに、基板１から反射された反射光を透過して、高感度低雑音カメラ３に照射する。すなわち、ビームスプリッタ２５は、紫外線固体レーザ光源２２等の出射光の光学系の光路と、ＣＣＤカメラ２３への反射光の光学系の光路とを分離するためのレーザ光分離器である。
【００７０】
対物レンズ２６は、基板１からの反射光を拡大して検出するための光学素子である。この対物レンズ２６は、例えば、ＮＡが０．９で、波長２６６ｎｍで収差補正がされたものである。この対物レンズ２６は、ビームスプリッタ２５と可動ステージ２１との間に配置される。
【００７１】
制御用コンピュータ２７は、紫外線固体レーザ光源２２のレーザ光の点灯の制御、可動ステージ２１の移動位置の制御、対物レンズ２６の切換制御等を行う。
【００７２】
画像処理用コンピュータ２８は、ＣＣＤカメラ２３に備えられるＣＣＤイメージセンサにより撮像した基板１の画像を取り込み、その画像を解析し、基板１上に形成されているポリシリコン膜の状態の評価を行う。
【００７３】
以上のような構成の評価装置２０では、紫外線固体レーザ光源２２から出射された紫外光レーザが、光ファイバプローブ２４、ビームスプリッタ２５、対物レンズ２６を介して、基板１に照射される。基板１に照射された紫外光レーザ光は、この基板１の表面で反射される。その反射光は、対物レンズ２６、ビームスプリッタ２５を介して、ＣＣＤカメラ２３に入射する。そして、ＣＣＤカメラ２３は、その入射した反射光をＣＣＤイメージセンサにより撮像し、撮像して得られたポリシリコン膜の表面画像情報を画像処理用コンピュータ２８に供給する。
【００７４】
そして、この画像処理用コンピュータ２８が、以下説明するように、取り込まれたポリシリコン膜の表面画像の情報に基づき、そのポリシリコン膜の状態を評価する。そして、その評価結果に基づき、ポリシリコン膜を生成するためのエキシマレーザアニール時におけるレーザパワーの設定値を求めたり、また、その基板１上に形成されたポリシリコン膜が良品であるか或いは不良品であるかの判別を行う。
【００７５】
（２）  次に、上記画像処理用コンピュータ２８のポリシリコン膜の状態の評価手順について説明する。この画像処理用コンピュータ２８は、ポリシリコン膜の表面画像から自己相関を用いて周期性を数値化した値（以後ＡＣ値とする。）を求め、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性及び周期性を評価して、ポリシリコン膜の状態の評価を行う。
【００７６】
評価の処理手順は、図６のフローチャートに示すように、まず、ポリシリコン膜の表面の画像取り込み処理を行う。（ステップＳ１）。続いて、取り込んだ画像から自己相関関数の計算を行う（ステップＳ２）。続いて、画像座標上の（０，０）を含む整列方向と垂直な面の切り出しを行う（ステップＳ３）。続いて、切り出した面における自己相関関数のピーク値とサイドピーク値とを算出し、このピーク値とサイドピーク値との比をとって、ＡＣ値を求める（ステップＳ４）。続いて、このＡＣ値に基づき、ポリシリコン膜の評価を行う（ステップＳ５）。
【００７７】
ここで、自己相関関数は、以下の式に示すような関数となる。
【００７８】
【数１】
0004556266.tif 000002
【００７９】
この自己相関関数Ｒ（τ）は、ある関数ｆ（ｘ）をτだけｘ方向に平行移動させたときの自己相関を示す関数である。
【００８０】
このポリシリコン膜評価装置２０では、以下のようなウィンナーヒンチンの定理を用いて、ポリシリコン膜の表面画像の自己相関関数を求めている。なお、ここでは、具体的に取り込んだ画像情報を“ｉ”としている。
【００８１】
▲１▼  取り込み画像“ｉ”の２次元フーリエ変換する。
：ｆ=ｆｏｕｒｉｅｒ（ｉ）
▲２▼  フーリエ級数“ｆ”を二乗してパワースペクトル“ｐｓ”を生成する。 ：ｐｓ＝｜ｆ｜2
▲３▼  パワースペクトル“ｐｓ”を逆フーリエ変換して２次元の自己相関画像“ａｃ”を生成する。
：ａｃ＝ｉｎｖｅｒｓｆｏｕｒｉｅｒ（ｐｓ）
▲４▼  自己相関画像“ａｃ”の絶対値をとり、自己相関関数の実数“ａｃａ”を求める。
：ａｃａ＝｜ａｃ｜
【００８２】
このように生成された自己相関画像“ａｃａ”を画面上に表示すると、図７及び図８に示すような画像となる。図７は、自己相関が高い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が良いものの自己相関画像である。それに対して、図８は、自己相関が低い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が悪いものの自己相関画像である。
【００８３】
また、このような評価の手順に代えて以下のような評価を行ってもよい。
【００８４】
この評価の処理手順は、図９のフローチャートに示すように、まず、ポリシリコン膜の表面の画像取り込み処理を行う（ステップＳ１１）。続いて、レーザビームの進行方向（直線性がある方向：ｘ方向）と垂直な方向（周期性がある方向：ｙ方向）の取り込み画像の１ライン分を切り出す（ステップＳ１２）。続いて、この１ラインに関して自己相関関数の計算を行う（ステップＳ１３）。続いて、必要に応じて、これらの作業を数回繰り返し、各ラインで求められるＡＣ値の平均化を行う（ステップＳ１４）。
【００８５】
この場合における自己相関関数は、ウィンナーヒンチンの定理を用いて、以下のように求められる。なお、ここでは、具体的に取り込んだ１ライン分の画像情報を“ｌ”としている。
【００８６】
▲１▼  取り込み画像の１ライン“ｌ”に関してのフーリエ変換をする。
：ｆｌ=ｆｏｕｒｉｅｒ（ｌ）
▲２▼  フーリエ級数“ｆｌ”を二乗してパワースペクトル“ｐｓｌ”を生成する。
：ｐｓｌ＝｜ｆｌ｜2
▲３▼  パワースペクトル“ｐｓｌ”を逆フーリエ変換して２次元の自己相関画像“ａｃｌ”を生成する。
：ａｃｌ＝ｉｎｖｅｒｓｆｏｕｒｉｅｒ（ｐｓｌ）
▲４▼  自己相関画像“ａｃｌ”の絶対値をとり、自己相関関数の実数“ａｃａｌ”を求める。
：ａｃａｌ＝｜ａｃｌ｜
【００８７】
このように生成された自己相関関数ａｃａｌをグラフ上に表すと、図１０及び図１１に示すような画像となる。図１０は、自己相関が高い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が良いものの自己相関画像である。それに対して、図１１は、自己相関が低い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が悪いものの自己相関画像である。
【００８８】
ポリシリコン膜評価装置２０は、このようなウィンナーヒンチンの定理を用いて計算した自己相関画像から、さらに、整列方向（即ち、直線性を有する方向）と垂直で、画面上の座標（０，０）を含む面を切り出して、その切り出したときに得られる関数を求める。ここで、画面上の座標（０，０）を含む面を切り出すのは、このあとで、照明光量やＣＣＤゲイン等の実験パラメータによって変化する自己相関関数からの値を規格化するために行っている。
【００８９】
このように切り出したときに得られる関数が、上述した自己相関関数Ｒ（τ）に対応する関数となる。
【００９０】
ポリシリコン膜評価装置２０は、続いて、この得られた関数から、極大ピーク値と、サイドピーク値とを求める。そして、サイドピーク値に対する極大ピーク値の比を求め、この値をＡＣ値とする。
【００９１】
したがって、ＡＣ値は、自己相関が高い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が良い場合は、極大ピーク値とサイドピーク値との差が大きくなり、その値が大きくなる。それに対して、自己相関が低い画像、即ち、ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性及び直線性が悪い場合は、極大ピーク値とサイドピーク値との差が小さくなり、その値が小さくなる。
【００９２】
以上のように、ボトムゲート型ＴＦＴ１では、ポリシリコン膜の表面画像を撮像して、その撮像画像の自己相関関数を求め、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性及び周期性を数値化している。
【００９３】
具体的に、その撮像画像の一例に対するＡＣ値を示すと、図１２に示すようになる。
【００９４】
（３）  次に、上述したように演算した結果得られるＡＣ値と、ポリシリコン膜のグレーンサイズ及びポリシリコン膜に与えられるエネルギーとの関係を説明する。
【００９５】
ＡＣ値は、図１３に示すように、エキシマレーザアニールによりポリシリコン膜に与えられるエネルギーが、あるエネルギーＥB1となったときからその値が比例的に上昇し、あるエネルギーＥTでその値が最大となる。そして、ＡＣ値は、この最大となるエネルギーＥTでピーク値を迎え、その後その値が比例的に減少し、あるエネルギーＥB2でその減少が終了し、その値が最小値となる。このようにＡＣ値は、与えられるエネルギーに対してピーク特性を有している。
【００９６】
このようなＡＣ値のピーク特性を、図３で示したポリシリコン膜のグレーンサイズの変化の特性に重ね合わせてみると、図１４に示すようになる。この図１４に示すように、ＡＣ値のピーク特性を示すグラフの最大値が、ポリシリコン膜のグレーンサイズが適正となるエネルギー範囲内に入ることが分かる。さらに、ＡＣ値が比例的に上昇を開始するエネルギーＥB1が、ポリシリコン膜に与えてグレーンサイズが適正となる許容最低エネルギーＬよりも低くなる。また、ＡＣ値の比例的な減少が停止して最低値となったときのエネルギーＥB2が、ポリシリコン膜の結晶粒径が微結晶化する閾値のエネルギーである許容最大エネルギーＨと一致する。
【００９７】
したがって、このようなピーク特性を有するＡＣ値からポリシリコン膜のグレーンサイズが良好なものであるかどうかを評価する場合には、ＡＣ値が図１４中太線で示した範囲の値に入っているかどうかを判断すればよいこととなる。
【００９８】
（４）  このような特性を有するＡＣ値を評価して、ポリシリコン膜が良品であるか否かの検査を行う場合には、例えば、検査対象となる基板のＡＣ値が、許容最低エネルギーＬを与えたときに求められるＡＣLを閾値として、この閾値よりも大きければ良品であると判断することにより検査が可能である。また、検査した基板のＡＣ値が、この閾値ＡＣLよりも低い場合であっても、なんらかの特性を観察することにより、ＡＣ値が最大となるエネルギーＥTよりも高いエネルギーを与えていることが分かれば、良品であると判断が可能である。
【００９９】
また、このような特性を有するＡＣ値を評価して、エキシマレーザアニール装置から出射されるレーザパワーを最適に設定する場合には、例えば、エキシマレーザのレーザパワーを変動させながら、複数個の基板に対してレーザアニール処理を行う。そして、各レーザパワーに対応させたＡＣ値の特性図を描き、具体的には、図１３に示すような特性図を描き、この特性図から最適なレーザパワーを求めればよい。
【０１００】
（５）  ところで、上述したようにボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極３がポリシリコン膜６の下層に位置しているので、レーザアニールを行った場合におけるエネルギーの拡散性が、ガラス基板２上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜６よりも、ゲート電極３上のポリシリコン膜６の方が高くなる。そのため、エキシマレーザアニール装置から与えられるレーザパワーが同一であっても、ゲート電極３上のポリシリコン膜６と、ガラス基板２上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜６とで、与えられるエネルギーが異なることとなり、その影響からグレーンサイズが双方で異なってしまう。
【０１０１】
一般に、エキシマレーザアニール装置によりレーザアニールを行った場合、ゲート電極上に位置するポリシリコン膜と、ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）に位置するポリシリコン膜とで、レーザパワーを変化させるような制御をすることはできず、同一のパワー設定で、一律にエキシマレーザアニールを行うこととなる。
【０１０２】
そのため、ボトムゲート型ＴＦＴでは、エキシマレーザのレーザパワーに対するＡＣ値の特性は、図１５に示すようになり、ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）と、ゲート電極上とで、そのピーク値が異なる位置となってしまう。具体的には、ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）に位置するポリシリコン膜のＡＣ値の方が、ゲート電極上に位置するポリシリコン膜よりも低いレーザパワーでピーク値を迎えることとなる。
【０１０３】
したがって、ＡＣ値を評価して、ポリシリコン膜が良品であるか否かの検査を行う場合、並びに、ＡＣ値を評価してエキシマレーザアニール装置から出射されるレーザパワーを最適に設定する場合には、この両者（ガラス基板上及びゲート電極上）のポリシリコン膜が良好となるような値とする必要がある。
【０１０４】
続いて、ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜について、エキシマレーザのレーザパワーに対するＡＣ値の具体的な実験データの一例を図１６に示す。この図１６に示すように、ＡＣ値は、ゲート電極上とガラス基板上とで異なるピーク値となる特性となる。例えば、この図１６で示した特性図上では、エキシマレーザアニールでのレーザパワーを３８０ｍＪで設定することが最適であることが分かる。
【０１０５】
（６）  以上のように、ボトムゲート型ＴＦＴに形成されたポリシリコン膜を評価する場合に、ポリシリコン膜表面の空間構造の直線性及び／又は周期性を評価することにより、被破壊で容易にポリシリコンの検査をすることができ、検査工程を製造工程に組み込むことが可能となる。また、この直線性及び／又は周期性を数値化するので、目視検査等によらず数値演算が可能となる。さらに、数値化を行って評価を行うので、そのため自動検査が可能となり、また、高い精度で客観的な検査を行うことができる。また、検査結果をアニール処理工程にフィードバックして、製造する薄膜トランジスタの歩留まりを高くすることができる。
なお、以上ポリシリコン膜を撮像する装置として、波長２６６ｎｍの紫外光レーザを用いた顕微鏡装置を適用していたが、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性及び／又は周期性を評価するための元画像を撮像する装置は、このような装置に限られない。例えば、ＳＥＭにより観察した画像に基づいて、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性及び／周期性を評価しても良い。例えば、図１７に示すように、紫外光レーザを用いた顕微鏡装置（ＤＵＶ）で撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特性と、ＳＥＭで撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特性とを比較すると、ＳＥＭの方がより精彩な画像となるため相対的にＡＣ値が低くなるものの、その特性を示す曲線はほぼ同一となることが分かる。
【０１０６】
また、直線性及び／周期性を数値化する手法として自己相関関数を用いた例を詳細に説明したが、数値化の手法もこの自己相関関数を用いた例に限られない。
【０１０７】
ボトムゲート型ＴＦＴの製造プロセスにおける具体的な適用例
つぎに、ボトムゲート型ＴＦＴの製造プロセスに上記ポリシリコン膜評価装置２０を適用した具体的な適用例について説明する。
【０１０８】
まず、図１８に示すような、ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜の撮像画像から得られたＡＣ値を評価して、その評価結果をエキシマレーザアニール装置にフィードバックし、このエキシマレーザアニール装置３０から出射されるレーザパワーを最適に設定する適用例（ＥＱＣ：Equipment Quality Control）について説明する。
【０１０９】
エキシマレーザアニール装置は、上述したようにレーザパワーの設定値に対して、実際のレーザパワーの出力値の変動が比較的に大きい。出力されるレーザパワーは、ガウス分布的な特性を示しばらつきが生じ、所定のパワー設定値に対してある程度のばらつきが生じる。これに対して、ボトムゲート型ＴＦＴの場合、ポリシリコン膜に与えられるエネルギーの製造マージン（この範囲より外のエネルギーが与えられた場合には不良品となるエネルギー範囲）は、そのばらつきに対して相対的に大きな値となる。
【０１１０】
したがって、図１９に示すように、ポリシリコン膜の製造マージンの中心位置がレーザパワーの設定値の最適値となり、この最適値にレーザパワーが設定してあれば、レーザパワーが変動したとしてもポリシリコン膜に与えられるエネルギーは製造マージン内に入ることとなり、高い歩留まりを得ることができる。しかしながら、図２０に示すように、レーザパワーの設定値が、製造マージンの最適値に設定されていない場合には、レーザパワーが変動すると、ポリシリコン膜に与えられるエネルギーが製造マージンから外れる場合が多く、歩留まりが低くなってしまう。
【０１１１】
そのため、本適用例は、ボトムゲート型ＴＦＴのＡＣ値のピーク特性を利用して、以下のように、エキシマレーザアニール装置のレーザパワーを最適値に設定する。
【０１１２】
まず、本適用例では、ポリシリコン膜を形成した複数枚の基板を製造する。このとき、各基板毎にエキシマレーザアニール装置のレーザパワーの設定を変化させ、それぞれの基板についてゲート電極上及びガラス基板上のＡＣ値を求める。
【０１１３】
すると、図２１や図２２に示すような、ＡＣ値のピーク曲線をグラフ上に描くことができる。
【０１１４】
このようなＡＣ値のピーク曲線を描くと、ゲート電極上とガラス基板上ともに良好なグレーンサイズを得られるレーザパワーの許容範囲（ポリシリコン膜の製造マージン）を求めることができる。具体的には、製造マージンの下位限界のレーザパワーは、ゲート電極上のポリシリコン膜に与えられるエネルギーの最低許容エネルギー（Ｌ）に対応したレーザパワー、具体的には、図２１及び図２２に示したゲート電極上のＡＣ値の太線で描いた部分の左端のレーザパワー（ＭＯ（Ｌ））となる。また、製造マージンの上位限界のレーザパワーは、ガラス基板上のポリシリコン膜に与えられるエネルギーの最高許容エネルギー（Ｈ）に対応したレーザパワー、具体的には、図２１及び図２２に示したガラス基板上のＡＣ値の太線で描いた部分の右端のレーザパワー（Ｇ（Ｈ））となる。
【０１１５】
そして、このように求めた製造マージンの中間値を求め、この中間値におけるレーザパワーを最適値として設定する。
【０１１６】
以上のようにＡＣ値を求めて、製造マージンを求め、この製造マージンを最適値として設定することによって、ボトムゲート型ＴＦＴの歩留まりを高くすることができる。
【０１１７】
つぎに、図２３に示すような、エキシマレーザアニール装置３０により製造されたボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜の撮像画像から得られたＡＣ値を評価して、その評価結果をポリシリコン膜の良否判断に適用する適用例（ＩＰＱＣ：In Process Quality Control）について説明する。
【０１１８】
エキシマレーザアニール装置は、上述したようにレーザパワーの設定値に対して、実際のレーザパワーの出力値の変動が比較的に大きい。したがって、ポリシリコン膜評価装置２０は、その良否判断を全数又は全数同等に対して行い、このエキシマレーザアニール工程での不良を後段の工程に送らないようにする。
【０１１９】
具体的には、ポリシリコン膜評価装置２０は、その良否判断を以下のように行う。
【０１２０】
まず、ボトムゲート型ＴＦＴの場合、良品となる範囲は、ゲート電極上のポリシリコン膜に与えられるエネルギーの最低許容エネルギー（Ｌ）から、ガラス基板上のポリシリコン膜に与えられるエネルギーの最高許容エネルギー（Ｈ）に対応したレーザパワーまでで、レーザアニールを行った場合である。具体的には、図２４に示すゲート電極上のＡＣ値の太線で描いた部分の左端のレーザパワーから、ガラス基板上のＡＣ値の太線で描いた部分の右端のレーザパワーである。すなわち、図２４に示す▲３▼、▲４▼の範囲に入るレーザパワーでレーザアニールを行った場合には、そのポリシリコン膜は良品となる。
【０１２１】
そこで、ポリシリコン膜評価装置２０は、まず、ゲート電極上のポリシリコン膜のＡＣ値を求める。続いて、このＡＣ値が、ポリシリコン膜に許容最低エネルギーＬを与えたときに求められる閾値ＡＣL（Ｍｏ）より大きいか否かを判断する。ここで、ＡＣ値が、閾値ＡＣL（Ｍｏ）より大きければ、図２４に示す▲３▼の範囲に入っており、そのポリシリコン膜が良品であると判断する。
【０１２２】
ＡＣ値が閾値ＡＣLより小さければ、続いて、次の判断をする。ここで、ガラス基板上のポリシリコン膜に与えられるエネルギーの最高許容エネルギー（Ｈ）に対応したレーザパワーにより、ゲート電極上のポリシリコン膜をレーザアニールをしたときの自己相関値を、閾値ＡＣBとする。このときに、ゲート電極上のポリシリコン膜のＡＣ値が閾値ＡＣL〜閾値ＡＣBの範囲にあり、且つ、ガラス基板上のポリシリコン膜のＡＣ値が閾値ＡＣBより低くなっているか否かを判断する。この条件を満足する場合には、図２４に示す▲４▼の範囲に入っており、そのポリシリコン膜が良品であると判断し、この条件を満足しない場合には、図２４に示す▲１▼、▲２▼、▲５▼の範囲に入っており、ポリシリコン膜は不良品であると判断する。
【０１２３】
以上のように、ゲート電極上及びガラス基板上のポリシリコン膜のＡＣ値を求め、ゲート電極上とガラス基板上のポリシリコン膜の自己相関値の特性の違いを利用して、ポリシリコン膜が良品であるか否かを判断することにより、レーザアニール処理工程以後の後段の処理を軽減することができる。
【０１２４】
例えば、図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）に示すように、１つのガラス基板上に複数のＬＣＤが形成される場合にも、全てのＬＣＤに対して検査を行うことにより、部分的に不良が発生した場合でも、その不良位置を判断することができ、後段の処理を軽減することができる。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明にかかるポリシリコン評価方法では、アニール処理により形成されたポリシリコン膜の膜表面の画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、ポリシリコン膜の状態を評価する。
【０１２６】
このことにより本発明にかかるポリシリコン評価方法では、被破壊で容易にポリシリコンの評価をすることができ、また、目視検査等によらず数値演算が可能となるので、自動評価が可能となり、さらに、高い精度で客観的な評価を行うことができる。
【０１２７】
本発明にかかるポリシリコン検査装置では、アニール処理により形成されたポリシリコン膜の膜表面の画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、ポリシリコン膜の状態を検査する。
【０１２８】
このことにより本発明にかかるポリシリコン検査装置では、被破壊で容易にポリシリコンの検査をすることができ、また、目視検査等によらず数値演算が可能となるので、自動検査が可能となり、さらに、高い精度で客観的な検査を行うことができる。
【０１２９】
本発明にかかる薄膜トランジスタ製造方法は、アニール処理により形成されたポリシリコン膜の膜表面の画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、ポリシリコン膜の状態を評価する。
【０１３０】
このことにより本発明にかかる薄膜トランジスタでは、被破壊で容易にポリシリコンの検査をすることができ、検査工程を製造工程に組み込むことが可能となる。また、目視検査等によらず数値演算が可能となるので、自動検査が可能となり、また、高い精度で客観的な検査を行うことができる。また、検査結果をアニール処理工程にフィードバックして、製造する薄膜トランジスタの歩留まりを改善することができる。
本発明にかかるアニール処理装置は、アニール処理により形成されたポリシリコン膜の膜表面の画像を所定のずらし方向に単位ずらし量毎にずらしたときに、ずらし方向と垂直な方向に現れる周期性を数値化した自己相関関数を求め、求めた自己相関関数のピーク値とサイドピーク値を算出して、算出したピーク値とサイドピーク値の比を求め、求めた比に基づき、ポリシリコン膜の状態を評価する。
このことにより本発明にかかるアニール処理装置では、被破壊で容易にポリシリコンの検査をすることができ、検査処理をアニール処理に組み込むことが可能となる。また、目視検査等によらず数値演算が可能となるので、自動検査が可能となり、また、高い精度で客観的な検査を行うことができる。また、検査結果をアニール処理手段にフィードバックして、製造する薄膜トランジスタの歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボトムゲート型ＴＦＴの模式的な断面構成を説明する図である。
【図２】ポリシリコン膜を形成したのちのボトムゲート型ＴＦＴの断面構造を説明するための図である。
【図３】ポリシリコン膜のグレーンサイズと、エキシマレーザアニールで与えられるエネルギーとの関係を説明するための図である。
【図４】レーザパワーを最適値としてエキシマレーザアニールを行ったときのポリシリコン膜の膜表面の画像と、最適値よりも少ないパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像と、最適値よりも大きいパワーとしたときのポリシリコン膜の膜表面の画像とを説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装置の構成図である。
【図６】ポリシリコン膜の評価手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】周期性が高い場合の自己相関画像を説明するための図である。
【図８】周期性が低い場合の自己相関画像を説明するための図である。
【図９】ポリシリコン膜の他の評価手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】上記他の評価手順で評価した場合の周期性が高い場合の自己相関画像を説明するための図である。
【図１１】上記他の評価手順で評価した場合の周期性が低い場合の自己相関画像を説明するための図である。
【図１２】具体的な撮像画像に対する求められたＡＣ値の特性を説明する図である。
【図１３】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーに対する自己相関値の特性を説明するための図である。
【図１４】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーに対するＡＣ値及びグレーンサイズの特性を説明するための図である。
【図１５】ボトムゲート型ＴＦＴにおけるエキシマレーザのレーザパワーに対するＡＣ値の特性を説明するための図である。
【図１６】ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜について、エキシマレーザのレーザパワーに対するＡＣ値の具体的な実験データの一例を説明するための図である。
【図１７】紫外光レーザを用いた顕微鏡装置（ＤＵＶ）で撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特性と、ＳＥＭで撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特性とを比較して説明するための図である。
【図１８】ボトムゲート型ＴＦＴの製造プロセスにポリシリコン膜評価装置を適用した具体的な適用例（ＥＱＣ）の構成を説明するための図である。
【図１９】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーの製造マージンと、エキシマレーザパワーの変動との関係を説明するための図である（最適にレーザパワーが設定されている場合）。
【図２０】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーの製造マージンと、エキシマレーザパワーの変動との関係を説明するための図である（最適にレーザパワーが設定されていない場合）。
【図２１】ボトムゲート型ＴＦＴの製造マージンとレーザパワーとの関係の一例を示し、この一例からレーザパワーの最適値を求めるための方法を説明するための図である。
【図２２】ボトムゲート型ＴＦＴの製造マージンとレーザパワーとの関係の他の一例を示し、この他の一例からレーザパワーの最適値を求めるための方法を説明するための図である。
【図２３】ボトムゲート型ＴＦＴの製造プロセスにポリシリコン膜評価装置を適用した他の具体的な適用例（ＩＰＱＣ）の構成を説明するための図である。
【図２４】ボトムゲート型ＴＦＴのＡＣ値からポリシリコン膜の良否判定をする方法を説明するための図である。
【図２５】ガラス基板上に形成された複数のＬＣＤに対して上記良否判断をしたときの判断結果の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  ボトムゲート型ＴＦＴ、ガラス基板、３  ゲート電極、４  第１のゲート絶縁膜、５  第２のゲート絶縁膜、６  ポリシリコン膜、２０  ポリシリコン膜評価装置、３０  エキシマレーザアニール装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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