(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ポリシリコン膜評価装置において、
ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、
可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、
紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、
前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、
前記ステージは、ステージの振動を防止する除振手段を介して架台に取り付けられ、除振手段による除振作用が働く第１の状態と、架台に対して固定されて除振作用が働かない第２の状態との間で切換え可能であることを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【請求項２】
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ポリシリコン膜評価装置において、
ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、
可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、
紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、
前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、
前記可視光観察光学系と前記紫外光観察光学系は、互いに一体を成す１つのユニットとして構成されていることを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【請求項３】
前記ユニットは、ステージが配置された装置本体の上部に着脱自在に搭載されていることを特徴とする請求項２に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項４】
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ポリシリコン膜評価装置において、
ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、
可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、
紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、
前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、
前記可視光観察光学系の可視用対物レンズと前記紫外光観察光学系の紫外用対物レンズとが一体で搭載された回転可能なレボルバを備え、
前記レボルバの回転動作によって、可視用対物レンズと紫外用対物レンズの使用状態が切換えられることを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【請求項５】
可視光観察光学系および前記紫外光観察光学系の少なくとも一方の照明光量を制御する光量制御手段を備え、
前記光量制御手段は、照明光量をモニタするために照明光を反射する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーは、前記レボルバの空き領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項６】
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ポリシリコン膜評価装置において、
ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、
可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、
紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、
前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、
前記ステージは、互いに直交する３つのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って移動可能であり、
前記ステージのＺ軸方向の上限位置は、ステージのＸＹ平面の平滑度に応じたＸＹ座標の関数として設定されていることを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【請求項７】
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ポリシリコン膜評価装置において、
ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、
可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、
紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、
前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、
前記評価手段は、フォーカスが異なる複数のポリシリコン膜表面画像を前記紫外光観察光学系を介して取り込んで、最良のフォーカス画像を取得するとともに、評価回数を重ねる毎に少ない取り込み画像数で最良のフォーカス画像を得る学習機能を有していることを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【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膜評価装置に関する。
【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ると、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、不良となる場合もある。
【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なう場合には、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リ、あるいは、製品を無作為に抜き取って結晶の状態を検査することにより、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なわれる。また、エキシマレーザアニール装置からポリシリコン膜に与えられたエネルギの情報を、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なわれる。
【０００６】
しかしながら、ポリシリコン膜を評価するには、従来、可視顕微鏡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。また、分光エリプソによる評価法もあるが、定量性に欠けるという問題もあった。
【０００７】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、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、自動的に評価することができるポリシリコン膜評価装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１）本発明は、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ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、前記ステージは、ステージの振動を防止する除振手段を介して架台に取り付けられ、除振手段による除振作用が働く第１の状態と、架台に対して固定されて除振作用が働かない第２の状態との間で切換え可能であることを特徴とする。
（２）本発明は、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ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、前記可視光観察光学系と前記紫外光観察光学系は、互いに一体を成す１つのユニットとして構成されていることを特徴とする。
ここで、前記ユニットは、ステージが配置された装置本体の上部に着脱自在に搭載されているようにしても構わない。
（３）本発明は、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ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、前記可視光観察光学系の可視用対物レンズと前記紫外光観察光学系の紫外用対物レンズとが一体で搭載された回転可能なレボルバを備え、前記レボルバの回転動作によって、可視用対物レンズと紫外用対物レンズの使用状態が切換えられることを特徴とする。
ここで、可視光観察光学系および前記紫外光観察光学系の少なくとも一方の照明光量を制御する光量制御手段を備え、前記光量制御手段は、照明光量をモニタするために照明光を反射する反射ミラーを有し、前記反射ミラーは、前記レボルバの空き領域に設けられているように構成してもよい。
（４）本発明は、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ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、前記ステージは、互いに直交する３つのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って移動可能であり、前記ステージのＺ軸方向の上限位置は、ステージのＸＹ平面の平滑度に応じたＸＹ座標の関数として設定されていることを特徴とする。
（５）本発明は、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ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価する評価手段とを備え、前記評価手段は、フォーカスが異なる複数のポリシリコン膜表面画像を前記紫外光観察光学系を介して取り込んで、最良のフォーカス画像を取得するとともに、評価回数を重ねる毎に少ない取り込み画像数で最良のフォーカス画像を得る学習機能を有していることを特徴とする。
【０００９】
上記構成により、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、自動的に評価することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態に係るポリシリコン膜評価装置は、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。なお、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たＴＦＴである。
【００１２】
ところで、ポリシリコン膜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に与えられるエネルギに大きく依存する。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ＴＦＴの特性や歩留まリに大きく影響することとなる。
【００１３】
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なった場合、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（ポリシリコン膜の製造マージン）に対して、ポリシリコン膜に与えるエネルギの変動が大きくなってしまい、ポリシリコン膜を安定的に製造することが難しい。
【００１４】
したがって、同一の条件でエキシマレーザアニールを行なった場合でも、ポリシリコン膜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って、いわゆる線状不良となり、また、レーザパワーが小さくなりすぎた場合には、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になってしまう。
【００１５】
さらに、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極がポリシリコン膜の下層に位置しているため、レーザアニールを行なった場合における熱の逃げが、ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜よリも、ゲート電極上のポリシリコン膜の方が高くなる。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、ゲート電極上のポリシリコン膜と、ガラス基板上（ソース／ドレイン領城上）のポリシリコン膜とで、上昇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、ポリシリコン膜上に形成されるグレーンサイズは、ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）よりもゲート電極上の方が小さくなってしまう。
【００１６】
そのため、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極上のボリシリコン膜およびガラス基板土のポリシリコン膜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、ポリシリコン膜の製造マージンが非常に狭くなってしまう。
【００１７】
しかしながら、前述したように、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、ゲート電極上のポリシリコン膜およびガラス基板上のポリシリコン膜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。
【００１８】
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なう場合には、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リ、あるいは、製品を無作為に抜き取って結晶の状態を検査することにより、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、ポリシリコン膜に与えられたエネルギの情報をエキシマレーザアニール装置ヘフィードバックして、レーザパワーの設定が行なわれる。
【００１９】
本実施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の評価を行ない、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の設定を行なうために使用されるものである。
【００２０】
ここで、本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置を具体的に説明する前に、この評価装置によるポリシリコン膜の評価原理について簡単に説明する。
【００２１】
前述したように、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。
【００２２】
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１７の（ａ）に示されるように、与えられたエネルギが増大すると、それに伴い増大するが、ある所定のエネルギ（図中Ｌの位置：この時のエネルギを許容最低エネルギＬとする）以上になると、変化が少なくなり、安定化する。さらにエネルギ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（この時のエネルギを許容最高エネルギＨとする）。
【００２３】
したがって、通常、エキシマレーザアニールを行なう場合には、グレーンサイズが安定化し始める許容最低エネルギＬから微結晶粒化する直前の許容最高エネルギＨまで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。
【００２４】
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なった時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時のポリシリコン膜の膜表面の画像と、最適値よリも大きいパワーとした時のポリシリコン膜の膜表面の画像とを比較する。
【００２５】
図１６に、それぞれの場合の画像を示す。図１６の（ｃ）が最適値よリも少ないレーザパワーとした時のポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図で、図１６の（ｂ）が最適値のレーザパワーとした時のポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図で、図１６の（ａ）が最適値よりも大きいレーザパワーとした時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１６に示す各画像は、紫外線光を用いた顕微鏡装置によリ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。
【００２６】
図１６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、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。
【００２７】
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時の図１６の（ｂ）の画像と、それ以外の図１６の（ａ）および図１６の（ｃ）に示す画像とを比較すると、以下のような特徴が現れている。
【００２８】
まず、レーザパワーを最適値とした時のポリシリコン膜の表面画像（図１６の（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１６の（ａ）および図１６の（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１６中の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時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。
【００２９】
また、レーザパワーを最適値とした時のポリシリコン膜の表面画像（図１６の（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１６の（ａ）および図１６の（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１６中の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時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。光学的には、この周期構造を光学顕微鏡で観察するために、光源の紫外線の波長がこの周期において光学系の対物レンズのＮＡを乗じた値よりも短い波長であることが必要とされる。
【００３０】
したがって、本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置では、以上のような特徴を利用して、ポリシリコン膜の状態を評価して検査する。すなわち、本実施形態のポリシリコン膜評価装置では、エキシマレーザアニールを行な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、あるいは、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、あるいは、ポリシリコン膜の表面空間構造に直線性および周期性が現れているかを評価し、ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜の状態を検査する。
【００３１】
具体的には、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（ＡＣ値）を求め、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性および周期性を評価して、ポリシリコン膜の状態の評価を行なう。
【００３２】
評価の処理手順は、まず、ポリシリコン膜の表面の画像取り込み処理を行ない、続いて、取り込んだ画像から自己相関関数の計算を行なう。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なう。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。続いて、このＡＣ値に基づき、ポリシリコン膜の評価を行なう。
【００３３】
ＡＣ値は、図１７の（ｂ）に示されるように、エキシマレーザアニールによリポリシリコン膜に与えられるエネルギが、あるエネルギ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に対してピーク特性を有している。
【００３４】
このようなＡＣ値のピーク特性を、図１７（ａ）で示したボ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１７の（ｃ）に示すようになる。この図１７の（ｃ）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Ｌよリも低くなる。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である許容最大エネルギＨと一致する。
【００３５】
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１７の（ｃ）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。
【００３６】
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なう場合には、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よりも低い傷合であっても、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ＥＴよりも高いエネルギ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。
【００３７】
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なう。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１７の（ｂ）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。
【００３８】
続いて、前述した評価原理を用いてポリシリコン膜の状態を評価して検査するポリシリコン膜評価装置の構成について、以下、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るポリシリコン膜評価装置を概略的に示す斜視図、図２は図１のポリシリコン膜評価装置の光学系の詳細構成を示すブロック図である。
【００３９】
本実施形態に係る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な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、撮像した画像に基づいて、形成されたポリシリコン膜の状態を評価する。
【００４０】
図３には、本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置の要部構成が模式的に示されている。図示のように、ポリシリコン膜評価装置は、基板Ｗが載置される可動ステージ２５と、紫外線固体レーザ光源１０Ａと、高感度低雑音の紫外光用ＣＣＤカメラ６と、光ファイバプローブ８０と、ダイクロイックミラー１９と、複数の対物レンズを備えたレボルバ４２と、制御装置５１とを備えている。なお、制御装置５１は、画像処理用コンピュータ５１Ａと制御用コンピュータ５１Ｂとから成る。
【００４１】
図２に示すように、光ファイバプローブ８０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１０Ａから出射された紫外光レーザを、ＵＶ照明部１０Ｂに導いている。ＵＶ照明部１０Ｂを出た紫外線レーザは偏向ビームスプリッタ２１及び１／４波長板１４の後、ダイクロイックミラー１９に導かれる。
【００４２】
ダイクロイックミラー１９は、紫外線固体レーザ光源１０Ａからの紫外線レーザ光を反射して、このレーザ光をレボルバ４２の１つの対物レンズを介して可動ステージ２５上の基板Ｗに照射するとともに、基板Ｗから反射された反射光を透過して紫外光用ＣＣＤカメラ６に入射させる。すなわち、ダイクロイックミラー１９は、紫外線固体レーザ光源１０Ａ等の照射光の光学系の光路と、ＣＣＤカメラ６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。
【００４３】
また、レボルバ４２に設けられた複数の対物レンズは、基板Ｗ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。これらの対物レンズは、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。また、これらの対物レンズは、ダイクロイックミラー１９と可動ステージ２５との間に配置されている。
【００４４】
制御用コンピュータ５１Ｂは、紫外線固体レーザ光源１０Ａのレーザ光の点灯制御や、可動ステージ２５の移動位置の制御、あるいは、使用する対物レンズを切換えるためにレボルバ４２を回動させる切換制御等を行なう。一方、画像処理用コンピュータ５１Ａは、ＣＣＤカメラ６に設けられているＣＣＤイメージセンサにより撮像した基板Ｗの画像を取り込んで解析し、基板Ｗ上に形成されているポリシリコン膜の状態の評価を行なう。
【００４５】
以上のような構成のポリシリコン評価装置によれば、紫外線固体レーザ光源１０Ａから出射された紫外光レーザは、光ファイバプローブ８０とダイクロイックミラー１９とレボルバ４２の対物レンズとを介して、基板Ｗに照射される。基板Ｗに照射された紫外光レーザはこの基板Ｗの表面で反射され、その反射光は、レボルバ４２の対物レンズとダイクロイックミラー１９とを介して、ＣＣＤカメラ６に入射する。そして、ＣＣＤカメラ６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５１Ａに供給する。そして、画像処理用コンピュータ５１Ａは、後述するように、取り込まれたポリシリコン膜画像の情報に基づいて、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いて、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Ｗ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なう。
【００４６】
次に、図１および図２を参照しながら、本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置の構成を更に詳細に説明する。
【００４７】
図１および図２に示されるように、本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置１は、紫外光を供給する光学系以外に、可視光を供給する光学系を有している。これは、紫外光用の対物レンズが一般的にオートフォーカスに用いられる可視レーザ光の波長領域に対し色収差をもちオートフォーカスを行なうことが困難であるためである。具体的には、装置１は、可視光照明部８と紫外光照明部１０とを備えるとともに、レボルバ４２に可視用対物レンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとを有している。そして、可視光によってオートフォーカスを行なった後、レボルバ４２を回転させて対物レンズの使用を可視用対物レンズ４０ａから紫外用対物レンズ４０ｂに切換え、その状態で、紫外光を用いたポリシリコン膜の撮像を行なう。可視光学系を有することにより可視光による顕微観察も可能となる。
【００４８】
なお、本実施形態におけるオートフォーカス方式としては、例えば、ナイフエッジ法、非点収差法、離軸法などの光学検出方式や、画像そのもののコントラストを検出してフォーカスをかける画像処理検出方式（コントラスト検出方式）を採用することができる。また、前記画像処理検出方式としては、コントラストの最大および最小を使用してフォーカスを行なう変調度法や、コントラストの標準偏差を使用してフォーカスを行なう標準偏差法がある。また、光ではなく、近づいた物体同士の静電容量の違いでフォーカスをかける静電容量検出方式を採用しても良い。
【００４９】
図２に詳しく示されるように、可視光によってオートフォーカスを行なう可視光観察光学系は、高信頼性ハロゲンランプから成るファイバ光源８５と、可視光照明部８と、ファイバ光源８５からの可視光を可視光照明部８に供給するライトガイド８６と、オートフォーカスユニット１２と、結像レンズ１８と、可視光用ＣＣＤカメラ４と、ＣＣＤカメラ４によって撮像された像に基づいてオートフォーカスユニット１２を制御するオートフォーカスコントローラ８４とを備えており、公知の形態でオートフォーカスを行なう。
【００５０】
一方、紫外光を用いたポリシリコン膜の撮像を行なう紫外光観察光学系は、紫外線固体レーザ光源（ＵＶ光源部）１０Ａと、紫外光照明部（ＵＶ照明部）１０Ｂと、紫外光結像部（ＵＶ結像部）７０とを備えている。
【００５１】
紫外線固体レーザ光源１０Ａは、紫外線固体レーザユニット６０と、ＮＤ部６１とから成る。紫外線固体レーザユニット６０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１５７ｎｍ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。
【００５２】
また、ＮＤ部６１は、ＵＶレンズ６３と、紫外線固体レーザユニット６０からの紫外光をＵＶレンズに向けて反射するＵＶミラー６６と、紫外線固体レーザユニット６０とＵＶミラー６６との間の光路中に設けられたＵＶシャッタ６７と、ＵＶレンズ６３とＵＶミラー６６との間の光路中に設けられ且つ紫外光観察時の明るさを調整するための可変式ＮＤフィルタ６４とを有している。この場合、ＵＶシャッタ６７はプランジャアッセンブリ６８により公知の形態で作動される。また、可変式ＮＤフィルタ６４もステッピングモータ６５により公知の形態で作動される（開口率の調整）。
【００５３】
また、紫外光照明部１０Ｂは、紫外線固体レーザ光源１０Ａからの紫外光を受ける拡散板７４と、開口絞り７５と、視野絞り７６とを有している。拡散板７４は、ＤＣブラシレスモータ７７により公知の形態で作動される。また、開口絞り７５もステッピングモータ７８により公知の形態で作動される。
【００５４】
なお、紫外線固体レーザ光源１０Ａからの紫外光は、紫外線固体レーザ光源１０ＡのＮＤ部６１のカップリング６２と紫外光照明部１０Ｂのカップリング７３とを連結するファイバ８０によって、紫外光照明部１０Ｂに伝達される。
【００５５】
紫外光結像部（ＵＶ結像部）７０は、紫外光用ＣＣＤカメラ６と、倍率レンズ系７２とを有している。倍率レンズ系７２は、例えば４００倍用レンズと１００倍用レンズとを有しており、ステッピングモータ７１によってレンズの切換えが行なわれるようになっている。ＣＣＤカメラ６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Ｗの表面を撮像する。また、ＣＣＤカメラ６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。
【００５６】
なお、図１および図２中、１６は紫外光用の結像レンズであり、２１はビームスプリッタであり、１４はビームスプリッタ２１とダイクロイックミラー１９との間の光路中に設けられた波長板であり、２２はステージ２５上の基板Ｗを突き上げるためにステージ２５上に昇降可能に設けられたピンであり、２３はステージ２５上における基板Ｗの位置決め状態を検知する基準検出センサである。また、８３は、対物レンズの使用を可視用対物レンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとの間で切換えるために、リボルバ４２を回転させるレボルバコントローラである。また、基板Ｗは、例えば６００ｍｍ×７２０ｍｍの矩形の大型液晶基板であり、図示しない待機位置に枚葉式に搬送されてここで待機されるとともに、ロボットアーム３８によって１枚ずつステージ２５上へとロードされる。
【００５７】
また、可動ステージ２５は、被検査物となるポリシリコン膜が成膜された基板Ｗを支持するとともに、この基板Ｗを所定の検査位置へと移動させる機能を備えている。具体的には、可動ステージ２５は、Ｘ軸方向にステージ２５を移動させるためのＸステージ２６と、Ｙ軸方向にステージ２５を移動させるためのＹステージ２８と、Ｚ軸方向にステージ２５を移動させるためのＺステージ１５とによって動作可能に支持されている。すなわち、可動ステージ２５は、Ｘステージ２６とＹステージ２８とにより基板Ｗを互いに直交する方向に移動させて、基板Ｗを所定の検査位置に位置決めする。また、可動ステージ２５は、Ｚステージ１５によってその高さが調整され、フォーカス動作に寄与する。また、ＸＹＺステージ１５，２６，２８は定盤３０上に固定的にセットされている。また、定盤３０は、例えば空気バネから成るダンパ（除振装置）３２を介して、架台３４に取り付けられている。
【００５８】
また、前述した可視光観察光学系および紫外光観察光学系は、そのメンテナンスが容易となるように、互いに一体を成す１つのユニットとして構成され、装置本体２に着脱自在に搭載されている。その状態が図４に明確に示されている。図４に示されるように、装置１は、可視光観察光学系および紫外光観察光学系を備えた光学部分１１０と、ステージ２５およびその駆動系１５，２６，２８を備えた装置本体２としてのメカ部分１１２とから成り、メカ部分１１２に光学部分１１０が着脱自在に搭載された構造を成している。すなわち、装置１は、上部に光学系が配置され、下部にＸＹＺ動作機構が配置された構造となっている。このような構造を成していれば、別の場所で光学系の組立（アライメント等）を行なうことができるとともに、光学系を装置本体２（メカ部分１１２）に組み込む際には、単に機械的な精度によって光学部分１１０をメカ部分１１２に取り付ければ済む。また、光学系のその後のメンテナンスも、光学部分１１０をメカ部分１１２から取り外すだけで良いため、作業効率が良くなる。
【００５９】
図１に示されるように、装置本体２内を強制排気するため、装置本体２には排気管３６が接続されている。また、装置本体２は、検査領域に隣接して、制御タワーを有している。この制御タワーには、操作ディスク９２と、画像表示モニタ４１と、操作パネル（タッチディスプレイ）４７と、ＸＹＺステージ１５，２６，２８を操作するジョイスティック４５と、制御装置５１とが設けられている。操作ディスク上には、操作用のキーボード４９が設置されている。
【００６０】
また、ジョイスティック４５は、装置本体２に形成された掘り込み部４３内に位置して外部に突出しないようになっている。すなわち、図７に拡大して示されるように、ジョイスティック４５は、装置本体面から突出しないように、板金曲げ等によって装置本体２に形成された掘り込み部４３内にレイアウトされている。比較のため、従来のジョイスティックのレイアウトを図８の（ａ）および（ｂ）に示す。図示のように、従来のジョイスティックＰ，Ｑは、操作ディスク上に突出した状態でレイアウトされている。そのため、不慮の接触による誤作動が生じたり、操作ディスクのスペースがジョイスティックＰ，Ｑによって占有されるといった欠点がある。これに対し、本実施形態では、図７に示されるようにレイアウトされているため、ジョイスティック４５に接触することによる誤作動を防止できるとともに、省スペース化が図れ、また、ジョイスティック４５を輸送時に取り外して別途梱包するといった手間が不要となるため、輸送工数の削減を図ることができる。また、本実施形態では、掘り込み部４３の底面が傾斜されているため、ジョイスティック４５の操作性が良好となる。なお、このような掘り込み部４３を利用したレイアウトは、ＸＹＺステージを操作するジョイスティック４５に限らず、ジョグダイアル、トラックボール、タッチパット、キーボードなどにも適用できる。
【００６１】
また、本実施形態では、定盤３０を架台３４に接続するダンパ３２が外部振動等によって揺れ動いた際に、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキングディスタンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）とが互いに衝突して損傷することを防止する第１の衝突防止手段が設けられている。この第１の衝突防止手段は、基板ＷのＺ方向の移動を光学的に検知して規制するものである。すなわち、この第１の衝突防止手段は、図１および図４に示されるように、ステージ２５のＺ方向の移動経路の上限位置を挟み込むように対向する２つのセンサ部間でレーザ光を流す基板浮きセンサ２０を有している。そして、第１の衝突防止手段は、このセンサ２０のレーザ光にステージ２５が引っ掛かる（ステージ２５がＺ方向の上限位置に達したことをレーザ光によって検知する）と、Ｚステージ１５の駆動を強制的に停止させ、あるいは、警報を発する。
【００６２】
また、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキングディスタンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）との干渉に関連して、本実施形態では、Ｚステージ１５の上限位置をＸＹステージ２６，２８におけるＸＹ座標の関数としている。すなわち、Ｚステージ１５の上限位置をＸＹ平面上の位置に応じて（ＸＹ平面の平面度に応じて）変化させている。具体的には、ソフト的なＺ方向のリミット停止位置の設定値がＸＹステージ２６，２８の座標位置によって自動的に切り換わるようになっており、そのため、予め測定されたステージ２５の上面のうねり具合に応じて、前記設定値をマッピングしている。ステージ２５の運動性能の再現性は、安価なメカニカルガイドを用いたものでも０．０１ｍｍ以下であることから、この機能により、リミット位置の設定マージンを確保することが可能になる。これに対し、従来では、基板Ｗと対物レンズとが接触することを避けるため、接触直前位置に近接動作を停止させるリミットスイッチがハード的またはソフト的に設けられているが、観察する基板Ｗの大きさが大きくなるにしたがって、これが載置されるステージ２５の載置面のＸＹ全領域の平行平面度が悪くなると、ＮＡが大きくワーキングディスタンス（ＷＤ）が小さい高倍率対物レンズ４０ｂを使用した顕微鏡観察では、設定できる範囲が極めて小さくなる。例えばＷＤ＝０．２ｍｍ、平行平面度＝０．１ｍｍの事例では、殆ど余裕をとることができない。したがって、この場合には、平行平面度を厳しくした高価なＸＹステージが必要となる。しかしながら、本実施形態のように、Ｚステージ１５の上限位置をＸＹステージ２６，２８におけるＸＹ座標の関数として、Ｚステージ１５のリミット停止位置を設定すれば、このような問題がなくなる。
【００６３】
また、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキングディスタンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）との干渉に関連して、本実施形態では、更に、以下のような対策が講じられている。すなわち、本実施形態のようにレボルバ４２にＷＤが異なる複数の対物レンズ４０ａ，４０ｂを設けると、図１０に示されるように、ＷＤが大きい可視用対物レンズ４０ａ（例えばＬ＝２ｍｍ〜、焦点距離ｈ）で焦点を近方Ｚ２（図中Ｚ１は遠方）に合わせた状態で、レボルバ４２を回動させて対物レンズの使用を切換えた際に、ＷＤが小さい紫外用対物レンズ４０ｂ（例えばＬがほぼ０．１ｍｍ、焦点距離Ｈ（＝ｈ））が基板Ｗと衝突する虞がある。そのため、本実施形態では、図９に示されるように、紫外用対物レンズ４０ｂのＷＤが意図的にδだけ大きく設定されている。図９の（ａ）は可視用対物レンズ４０ａで焦点を近方Ｚ２に合わせた状態を、また、図９の（ｂ）は可視用対物レンズ４０ａで焦点を遠方Ｚ１に合わせた状態をそれぞれ示しているが、ＷＤの大きい可視用対物レンズ４０ａが基板Ｗに近付いても、距離δだけの余裕があるため、紫外用対物レンズ４０ｂと基板Ｗとの衝突を避けることができる。
【００６４】
また、本実施形態のように定盤３０と架台３４とをダンパ３２によって接続した構成では、ダンパ３２が外部振動等によって揺れ動いた際に、ステージ２５が振動して、ロボットアーム３８によって搬送される基板Ｗとステージ２５とが衝突する虞がある。そのため、本実施形態では、このような危険性を回避するために、第２の衝突防止手段が設けられている。この第２の衝突防止手段は、図４に明確に示されるように、架台３４に固定された例えばエアシリンダ１００を有している。このエアシリンダ１００の伸縮ロッド１００ａは、定盤３０に接続されている。また、定盤３０と架台３４との間にはストッパ１０２が設けられている。
【００６５】
このような第２の衝突防止手段の使用形態が図１２に示されている。 まず、ロボットアーム３８によって基板Ｗをステージ２５上にロードする場合（アンロードする場合も同様）には、空気バネからなるダンパ３２の空気を抜き、ダンパ３２の上側に位置する定盤３０をエアシリンダ１００によって下方に引張る。これにより、定盤３０の下面がストッパ１０２に当接し、定盤３０の位置が固定される。そして、この固定位置が図示しない検知手段によって検知されると、ロボットアーム３８がステージ２５上に基板Ｗをロードする（あるいは、アーム３８により基板Ｗがステージ２５上からアンロードされる）。ステージ２５上に基板Ｗが載置された後は、ダンパ３２に再びエアーを送り込んでダンパ機構を働かせる。すなわち、ステージ２５は、ステージ２５の振動を防止するダンパ（除振手段）３２を介して架台３４に取り付けられ、ダンパ３２による除振作用が働く第１の状態と、架台３４側に固定されて除振作用が働かない第２の状態との間で切換え可能となっている。このような第２の衝突防止手段を施さないと、図１３に示されるように、ステージ２５に対する基板Ｗの受け渡し時にダンパ３２が振動して、アーム３８上の基板Ｗがステージ２５と衝突する危険がある。
【００６６】
このように、第２の衝突防止手段によれば、ダンパ３２の振動を抑制でき、安全な基板Ｗの受け渡しを行なうことができる。また、通常の空気バネの空気を開放しただけでは、定盤３０がストッパ１０２に当たるまでの時間が長くなるが、本実施形態のようにシリンダ１００を用いて定盤３０を積極的に引張れば、タクト時間を短縮することができ、結果的に作業効率をアップさせることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、図１，２，４，５に明確に示されているように、可視光観察光学系の光軸と紫外光観察光学系の光軸が同軸となっており、これにより、可視光観察光学系に装備されたオートフォーカス機能を用いて紫外光観察時の焦点合わせを容易に行なうことができるようになっている。すなわち、本実施形態では、レボルバ４２を用いて同じ焦点上で可視用対物レンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとの交換を行なうことができるようになっており、その結果、可視光観察光学系にてオートフォーカスを行ない、その後、レボルバ４２の切換え操作を行なうだけで、紫外光観察光学系の焦点合わせを容易に行なうことができる。これに対し、従来のように、可視または赤外域のレーザ光を用いた反射アクティブ型のオートフォーカスでは、これを紫外光観察光学系に適用しようとすると、紫外用対物レンズ４０ｂの持つ色収差により適切な性能が得られない。なお、この場合、紫外〜可視域まで色収差を補正したレンズを用いることも可能であるが、このようなレンズは非常に高価であり、また、製造上用いられる接着剤の影響により紫外光照射による劣化が問題となる。
劣化問題にならない程度の色消し対物レンズが使えれば高価ではあるが可視部と紫外部の光学系を各々独立に構成できる。
オートフォーカス機構も各々独立に持つ。
紫外部の対物レンズは１つのみであるためレボルバー機構は可視部のみとなる。
その結果、紫外部は対物レンズをピエゾアクチュエータで駆動できるようになる。Ｚの微調を下の台で行なう場合と比べピエゾで対物レンズを駆動する方式は慣性モーメントが小さくなりオートフォーカスのタクトタイムを速くできるようになる。
【００６８】
また、本実施形態では、図５に示されるように、ＡＦ光波長を取り除くフィルタ２７が可視光用ＣＣＤ４と結像レンズ１８との間に抜き差し自在に設けられている。この場合、フィルタ２７の抜き差し動作はフィルタ移動機構２３によって行なわれる。具体的には、フォーカスをかける時にはフィルタ２７をかけ（フィルタ２７を光路中に位置させ）、画像を見る時にはフィルタ２７を光路中から取り除くようにする。このように、フォーカス動作後にフィルタ２７を取り除いて静止観察すれば、フルカラーの画像観察が得られる。これに対し、従来のように、可視光域の波長の光（例えば６６０ｎｍ赤）を用いた反射アクティブ型のオートフォーカスを行なうと、照明光によるフォーカス精度への影響を抑えるため、フォーカス光の波長をカットするフィルタを観察照明用の光軸上に挿入する必要がある。この場合、照明光の赤成分がカットされるため、観察画像は青味掛かった画像となり、フルカラーの観察を行なうことができなくなる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、フィルタ２７として、駆動系を持たない液晶可変フィルタを使用することも可能である。また、図５に示されるように、紫外光用ＣＣＤ６とビームスプリッタ２１との間の光路中に色フィルタ５０を挿入しても良い。
【００７０】
また、本実施形態では、レボルバ４２に５つの対物レンズを取り付けることができるようになっている。しかし、レボルバ４２の５つのレンズ取付け部のうち、４つのレンズ取付け部だけに対物レンズがセッティングされている。具体的には、２つの可視用対物レンズ４０ａと２つの紫外用対物レンズ４０ｂがレボルバ４２にセッティングされている。また、本実施形態では、基板Ｗに照射される照明光の光量をモニタして調整する光量制御機構が設けられている。この光量制御機構は、図６に明確に示されるように、対物レンズに入射する照明光を反射する反射ミラー１２３と、反射ミラー１２３によって反射された光をビームスプリッタ２１の反射作用によって受けるＣＣＤ１２５と、ＣＣＤ１２５によって撮像された画像に基づいて例えば照明光学系を構成する光源の電気素子（例えば可変抵抗）１２７の抵抗値を変化させて所定の照射量となるように照明光を調整する照射量制御部１２９とからなる。この場合、反射ミラー１２３は、対物レンズが取り付けられていないレボルバ４２の残る１つの空いたレンズ取付け部１２０にセッティングされている。
【００７１】
また、本実施形態では、非常に焦点深度が浅い光学系（紫外用対物レンズ４０ｂ）を使用しているため、紫外用ＣＣＤカメラ６によってベストフォーカスの画像を得るために、ベストフォーカス近傍のフォーカスが異なる複数の画像を取り込んで評価する必要がある。そのため、装置１は、処理時間を短縮するために、できるだけ少ない画像でベストフォーカス画像を発見する学習機能を有している。被検査物（基板Ｗ）が前工程において同一ロットでバッチ処理されている場合、同一ロット内パターンの傾向が近似するため、このような学習機能は有効である。以下、前記学習機能の具体的な学習手順について説明する。
まず、同一個所、同一領域のグレー値の分布から標準偏差値を算出する。異なるデフォーカスの画像を複数取り込んだ時、標準偏差の最も大きな画像が最もコントラストが高く、自己相関係数値（ＡＣ値）が最も高くなることが実験によりわかっている。本実施形態のポリシリコン膜評価装置１は、高精度にＷＤを設定できる構造を有しており、検査開始ＷＤから定量刻みで同方向へＷＤをステージ２５の上下方向で変化させてデータを得る。得られたデータの標準偏差のグラフが図１１の（ａ）に示されている。このデータからピーク位置の画像をベストフォーカス画像として以後の解析に用いる。
【００７２】
図１１の（ａ）のグラフで、横軸がＺ方向での各デフォーカス位置を表わし、縦軸が標準偏差、すなわちコントラストを表わす。目的とする最高標準偏差値の前後の測定はピーク値を求めるための予備検査であるが、この予備検査はできるだけ少ない方が測定効率上ベターである。このピーク値をＰとしてこれを求める最短路アルゴリズムが前記学習機能と称するものである。
【００７３】
測定スタート位置、ＷＤの走査幅、走査総回数、ピークを決定する条件は、決定の４要素である。まず、手動作業によってピークの位置を得る。この時は、回数は不問として、初回のピークを抽出する。２回目以降については、ピークを中心とした前後Ｎ回とそのためのスタート位置から測定を開始して、標準偏差を計算する。この結果、以下の４通りの状態が発生する。
【００７４】
ａ．ピークが得られたケース
ｂ．右上がりでピークがないケース（図１１の（ｂ）参照）
ｃ．左上がりでピークがないケース
ｄ．複数のピークが現われたケース（図１１の（ｃ）参照）
フォーカス走査の回数をＮとすると、先のケースでピークが得られた場合、そのピークが何番目で得られたかを計算し、次は全走査幅の中央にピークがくるようにスタート位置を変えてフォーカス走査する。同時に走査回数も大幅に減らして走査する。
【００７５】
右上がりでピークがないケースの場合（図１１の（ｂ）参照）には、１／２Ｎ幅だけスタートを右にシフトしてフォーカス走査する。一方、左上がりでピークがないケースの場合には、１／２Ｎ幅だけスタートを左にシフトしてフォーカス走査する。複数ピークが現われたケース（図１１の（ｃ）参照）では、標準偏差の大きい側のピークを、また、ピークを検出しても隣接ポイントからの標準偏差の変化が規定値以上であることを条件に、場合によっては２番目、３番目のピークの探査に走査を進める。また、以上のアルゴリズムで必ず成功する訳ではないため、リトライの回数に制限をかけておく。このようなアルゴリズムでその都度シーケンスを変化させながら測定を継続していくと、全体の効率を高めることができる。
【００７６】
このように、焦点合わせは装置１で自動的に行なわれるが、実際には、手動でフォーカスを行ないたい場合や、実際に装置１がフォーカスを正確に行なっているかどうかを確認したい場合がある。そのため、本実施形態では、強度分布をモニタ４１上に表示できるようになっている。具体的には、図１４に示されるように、破線で示される位置の走査線上の輝度をグラフにしてポリシリコン膜の表面画像上にスーパインポーズする。これらのグラフを見て、例えばエッジＳ（図１４の（ｂ）参照）の角度が一番急になる点を決めておけば、再現性良く焦点合わせを行なうことができる。
【００７７】
また、輝度を更に１回微分したものを更に重ねて表示しても良い。その表示形態の例が図１５に示されている。図中、Ｆは輝度であり、Ｆ’は輝度変化の割合である。この場合、最大Ｈを合焦点と見なしても良い。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態のポリシリコン膜評価装置１は、様々な新規な機構を備えているため、これらの機構を駆使して、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、自動的に評価することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポリシリコン膜評価装置によれば、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、自動的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るポリシリコン膜評価装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のポリシリコン膜評価装置の光学系の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】図１のポリシリコン膜評価装置の要部を模式的に示した図である。
【図４】図１のポリシリコン膜評価装置全体を模式的に示した図である。
【図５】図１のポリシリコン膜評価装置の光学系を概略的に示す図である。
【図６】照明光量を制御する制御機構を示す概略図である。
【図７】図１のポリシリコン膜評価装置のジョイスティックのレイアウトを示す拡大斜視図である。
【図８】従来のジョイスティックのレイアウト例を示す拡大斜視図である。
【図９】紫外用対物レンズのＷＤを意図的に大きく設定して対物レンズと基板との干渉を防止する手段を模式的に示す図である。
【図１０】図９に対応する従来の形態を示す模式図である。
【図１１】検査開始ＷＤから定量刻みで同方向へＷＤをステージの上下方向で変化させて得られたデータのコントラストのグラフである。
【図１２】ステージにロードされる基板とステージとの干渉を防止する衝突防止手段の概念図である。
【図１３】図１２に対応する従来の形態を示す概念図である。
【図１４】ポリシリコン膜の表面画像上に輝度をスーパインポーズした図である。
【図１５】図１４の画面上に輝度変化の割合を重ねあわせた図である。
【図１６】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なった時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時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時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１７】（ａ）は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との関係を説明するための図、（ｂ）はポリシリコン膜に与えられるエネルギに対する自己相関値の特性を説明するための図、（ｃ）はポリシリコン膜に与えられるエネルギに対するＡＣ値およびグレーンサイズの特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ポリシリコン膜評価装置
４…可視光用ＣＣＤカメラ
６…紫外光用ＣＣＤカメラ
８…可視光照明部
１０…紫外光照明部
１２…オートフォーカスユニット
２５…可動ステージ
４０ａ…可視用対物レンズ
４０ｂ…紫外用対物レンズ
Ｗ…基板
【図１】
0004121735.tif 000002
【図２】
0004121735.tif 000003
【図３】
0004121735.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004121735.tif 000007
【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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