WO2013061476A1 - ポリシリコン結晶膜の検査方法および検査装置 - Google Patents

ポリシリコン結晶膜の検査方法および検査装置 Download PDF

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WO2013061476A1
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WO
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divided
crystal film
density value
region
polysilicon crystal
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PCT/JP2011/075110
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山本　修平
鈴木　晴久
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シャープ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N2021/9513—Liquid crystal panels

Definitions

  • the present invention relates to a crystal film inspection method, and more particularly to an inspection method and an inspection apparatus for inspecting a polysilicon crystal film formed by annealing by irradiating energy rays.
  • Thin film silicon semiconductors are roughly classified into two types: amorphous silicon, for example, amorphous silicon semiconductor made of amorphous silicon, and crystalline silicon semiconductor made of crystalline silicon.
  • Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have characteristics such as a relatively low film formation temperature, can be manufactured relatively easily by a vapor deposition method, and are rich in mass productivity. .
  • amorphous silicon semiconductors are inferior in physical properties such as conductivity compared to crystalline silicon semiconductors, establishment of a manufacturing technique for TFTs made of crystalline silicon semiconductors is strongly demanded in order to obtain high-speed characteristics. That is, an amorphous silicon thin film is formed on one surface of the substrate by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a low pressure thermal chemical vapor deposition method, and a solid phase growth crystallization process and a laser annealing crystallization process are performed. A crystalline silicon semiconductor film is formed sequentially.
  • Patent Document 3 As a third prior art, there is a crystal film inspection method described in Patent Document 3. This crystal film inspection method generates a second concentration value distribution representing a distribution of concentration values in a second direction intersecting the first direction, which is the extending direction of the band-shaped portion, on the crystal film based on the distribution characteristics. The presence or absence of fine crystals that can be determined is determined.
  • Patent Document 4 There is an evaluation method described in Patent Document 4 as a fourth conventional technique.
  • This evaluation method is a method for evaluating a semiconductor film whose crystallinity is improved by irradiating the semiconductor film with energy light.
  • the semiconductor film to be evaluated is imaged as a digital image in a dark field, and the luminance of the digital image is constant.
  • the direction is evaluated by computing with a computer.
  • ⁇ Large crystals grow by irradiating laser with appropriate intensity. However, if the power of the laser is too strong, the grown crystals are broken and become microcrystals. In this way, the fact that crystals that have grown large are crushed into microcrystals is called power over.
  • the presence or absence of the microcrystalline portion can be determined by counting the number of stripes.
  • the laser power step size can be made finer than before, so it is possible to adjust the black region, that is, near the threshold at which microcrystals appear, and in the vicinity of the threshold, the black region is striped. Instead, it becomes discrete. Therefore, as in the third prior art, the method of counting the number of stripes cannot detect discrete microcrystal parts. Even with the first, second, and fourth prior arts, it is impossible to detect discrete microcrystalline portions.
  • An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for inspecting a polysilicon crystal film that can determine whether or not it is acceptable by detecting discretely formed microcrystalline portions.
  • the present invention is a method for inspecting a polysilicon crystal film formed by performing an annealing process by irradiating energy rays, A region of an image obtained by imaging a polysilicon crystal film in which a plurality of intermittent rows formed of microcrystals resulting from annealing treatment are arranged in the first direction from a direction facing the polysilicon crystal film Are divided into a plurality of first divided areas arranged in the first direction, and the distribution of density values in the second direction intersecting the first direction of the images of the divided first divided areas is respectively determined.
  • a plurality of first density value distribution characteristics to be expressed, and a plurality of second divisions in which an area of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film is aligned in a second direction A first step of dividing the image into a plurality of regions and calculating a plurality of second density value distribution characteristics respectively representing density value distributions in the first direction of the image of each divided second divided region; Based on the plurality of first density value distribution characteristics and the plurality of second density value distribution characteristics, a candidate region that is a candidate for a microcrystal that constitutes the intermittent row portion is identified and identified.
  • the second step divides each of the plurality of first divided regions into a plurality of third divided regions arranged in the second direction, and the plurality of divided third divided regions.
  • the specifying step may include an isolated region excluding step of excluding an isolated region that is a candidate region that is separated from another candidate region by a predetermined distance or more among the specified candidate regions. preferable.
  • the second step is a step of selecting a candidate area in which the count value obtained by counting the number of the candidate areas along the first direction is less than a predetermined reference count value as the intermittent line-shaped portion. It is preferable to include a post-counting exclusion step that excludes it from the determination of whether it is acceptable.
  • the method further includes a first normalization step of correcting a luminance difference of the captured image before the first step.
  • the present invention is an inspection apparatus for inspecting a polysilicon crystal film formed by performing an annealing process by irradiating energy rays
  • a plurality of first density value distribution characteristics respectively representing density value distributions in the direction of the first direction are calculated, and a region of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film is calculated by Dividing into a plurality of second divided regions arranged in the direction, and calculating a plurality of second density value distribution characteristics respectively representing density value distributions in the first direction of the images of the divided second divided regions.
  • a candidate region that is a candidate for a microcrystal constituting the intermittent columnar portion is specified and specified
  • a control unit that counts the number of candidate regions that are performed along the first direction, and that determines whether the intermittent line-shaped portion is acceptable based on the counted value; It is an inspection apparatus characterized by including.
  • microcrystals resulting from the annealing process are arranged in the first direction.
  • a plurality of first divisions in which a region of an image obtained by imaging a polysilicon crystal film formed with a plurality of intermittent row-shaped portions formed from a direction facing the polysilicon crystal film is aligned in the first direction
  • Dividing a plurality of first density value distribution characteristics each representing a density value distribution in a second direction intersecting the first direction of the image of each divided first divided area Further, an area of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film is divided into a plurality of second divided areas arranged in the second direction, and each divided second divided area is divided.
  • the method for inspecting the polysilicon crystal film can determine whether it is acceptable by detecting the microcrystal portions formed discretely.
  • the second step includes a specific step.
  • each of the plurality of first divided regions is divided into a plurality of third divided regions arranged in the second direction, and each of the first divided regions is divided into the first divided regions.
  • a third divided region including at least one of a portion whose density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value and a portion where each second density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value is specified as a candidate area.
  • the third divided region including the portion where the concentration exceeds the reference concentration value is set as the microcrystalline candidate region. It is possible to improve the detection accuracy of microcrystals.
  • the specifying step includes an isolated region excluding step.
  • an isolated area that is a candidate area that is separated from the other candidate areas by a predetermined distance or more is excluded from the identified candidate areas. Therefore, the inspection method of the polysilicon crystal film can exclude from the determination microcrystals that cannot form the line-shaped portion.
  • the second step includes a post-counting exclusion step.
  • the post-counting exclusion process is the intermittent line-shaped portion acceptable for a candidate area whose count value obtained by counting the number of candidate areas along the first direction is less than a predetermined reference count value? Exclude from the determination of NO. Therefore, the polysilicon crystal film inspection method can determine that a small row portion is acceptable.
  • the polysilicon crystal film inspection method can normalize the baseline of the captured image.
  • the imaging unit when inspecting a polysilicon crystal film formed by irradiating energy rays and performing an annealing process, has microcrystals resulting from the annealing process aligned in the first direction.
  • An image of the polysilicon crystal film in which a plurality of configured intermittent rows are formed is taken from a direction facing the polysilicon crystal film.
  • a control part divides
  • a plurality of first density value distribution characteristics each representing a density value distribution in a second direction intersecting the direction, and an image of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film
  • the area is divided into a plurality of second divided areas arranged in the second direction, and a plurality of second densities each representing a distribution of density values in the first direction of the image of each divided second divided area.
  • the control unit is a candidate to be a candidate for a microcrystal constituting the intermittent row-shaped portion based on the plurality of calculated first density value distribution characteristics and the plurality of second density value distribution characteristics.
  • An area is identified, the number of identified candidate areas is counted along the first direction, and it is determined whether the intermittent line-shaped portion is acceptable based on the counted value. Therefore, the inspection apparatus can detect whether or not the microcrystalline portions formed discretely are acceptable.
  • 1A to 1C are cross-sectional views showing a substrate 1 cut and enlarged in the thickness direction.
  • 1A to 1C show a step-by-step process of forming a crystalline film 2 after forming a crystalline film on one surface portion of the substrate 1.
  • 2A and 2B are perspective views of the substrate 1 showing the relationship between the excimer laser annealing apparatus 3 and the belt-like portion 4.
  • the present embodiment is an inspection apparatus for inspecting a crystalline silicon semiconductor film, for example, a polysilicon crystal film (hereinafter, also simply referred to as “crystal film”) 2 used for manufacturing a liquid crystal display, for example, as will be described later. An example in the case of applying is shown.
  • the inspection method of the polysilicon crystal film according to the present invention is executed by the inspection apparatus 9.
  • the substrate 1 shown in FIG. 1A is configured by forming an amorphous silicon layer 6 as an amorphous film on a surface portion 5 a of a flat substrate 5.
  • the flat substrate 5 is made of an electrically insulating material, such as glass, and has, for example, a rectangular shape when viewed from the thickness direction.
  • an oxidizing solution is applied to one surface portion 6a of the amorphous silicon layer 6, and an oxide film 7 is formed by the action of the oxidizing solution.
  • the substrate 1 shown in FIG. 1C is heated at a temperature at which the catalyst deposition layer 8 is formed on one surface portion 7a of the oxide film 7 and the crystallization of the amorphous silicon layer 6 begins, for example, about 550 degrees Celsius or more. Crystallization of the amorphous silicon layer 6 proceeds. After the crystallization of the amorphous silicon layer 6 proceeds to some extent, as shown in FIGS. 2A and 2B, the excimer laser annealing apparatus 3 irradiates the amorphous silicon layer 6 with laser light Ra. As a result, the amorphous silicon layer 6 is once melted and polycrystallized through a cooling and solidifying process. That is, the crystal film 2 is formed on one surface portion of the substrate 1.
  • the laser beam Ra is an energy beam.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing an inspection apparatus 9 in which the polysilicon crystal film inspection method according to the embodiment of the present invention is executed.
  • the inspection device 9 inspects the crystal film 2.
  • the inspection device 9 includes an xy stage 10, an xy stage driving mechanism 11, a charge coupled device (Charge Coupled Device: hereinafter referred to as “CCD”) camera 12, an illumination 13, and a control device 14.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the xy stage 10 is configured to support the substrate 1 by suction.
  • the xy stage 10 is configured to be movable in the thickness direction of the substrate 1 and is configured to be movable in the X direction and the Y direction.
  • the X direction is a direction along the longitudinal direction of the rectangular xy stage 10
  • the Y direction is a direction orthogonal to the X direction and the thickness direction of the substrate 1.
  • the xy stage drive mechanism 11 is a mechanism that selectively moves and drives an arbitrary part of the crystal film 2 to the inspection target position with respect to the CCD camera 12 and the illumination 13.
  • the xy stage drive mechanism 11 includes an x-direction drive unit 11a capable of moving and driving the xy stage 10 in the X direction, and a y-direction drive unit 11b capable of moving and driving in the Y direction.
  • the CCD camera 12 as an imaging unit is supported in one direction of the thickness of the substrate 1, that is, in the direction of the arrow A1 shown in FIG. 3, and is provided so as to be capable of imaging the crystal film 2 formed on the substrate 1. ing.
  • the CCD camera 12 is configured to be able to image a rectangular area of about 1 mm ⁇ 1 mm, for example.
  • the illumination 13 is used as, for example, dark field illumination of a dark field microscope 12a that is a lens of the CCD camera 12.
  • the CCD camera 12 can image the crystal film 2 from one side in the thickness direction using the illumination 13.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control system of the inspection device 9.
  • the control device 14 includes a microcomputer, a bus 18, an input / output interface 19, and a drive circuit (not shown).
  • the microcomputer includes a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”) 15, a read-only storage device (ROM), and a read / write storage device (hereinafter referred to as “ROM”) 16. , Referred to as “RAM”) 17.
  • CPU central processing unit
  • ROM read-only storage device
  • RAM read / write storage device
  • the CPU 15, ROM 16 and RAM 17 are electrically connected to the input / output interface 19 via the bus 18.
  • a CCD camera 12, a keyboard 20, and a mouse 21 are electrically connected to the input / output interface 19, respectively.
  • the input / output interface 19 is electrically connected to the xy stage drive mechanism 11, the illumination 13, and the display device 22 via a drive circuit (not shown).
  • the ROM 16 stores a program executed by the CPU 15.
  • the CPU 15 serving as the control unit executes a program stored in the ROM 16 to obtain a concentration value distribution characteristic as a distribution characteristic representing a distribution of first and second concentration values to be described later. In addition, it is determined whether there is a crystallization defect of the crystal film 2.
  • the excimer laser annealing apparatus 3 is configured to oscillate with a predetermined number of pulses and irradiate the laser beam Ra.
  • the excimer laser annealing apparatus 3 has a rectangular shape having a predetermined Y-direction length and an X-direction width in the X-direction orthogonal to the thickness direction of the substrate 1 with respect to the amorphous silicon layer 6 to be irradiated.
  • the laser beam Ra having a shape is irradiated.
  • the excimer laser annealing apparatus 3 cooperates with the xy stage driving mechanism 11 or a driving mechanism substantially equivalent to the xy stage driving mechanism 11 to feed the substrate 1 having the amorphous silicon layer 6 in the X direction to the substrate 1. Irradiate with laser light Ra.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing intermittent rows 30 of microcrystals formed in the crystal film 2.
  • the excimer laser annealing apparatus 3 crystallizes the amorphous silicon layer 6 by oscillating a rectangular laser beam Ra with a predetermined number of pulses when the substrate 1 is fed in the X direction at a predetermined feed rate. To form a crystal film 2.
  • the process in which the excimer laser annealing apparatus 3 irradiates the laser beam Ra to crystallize the amorphous silicon layer 6 to form the crystal film 2 is hereinafter referred to as an annealing process.
  • intermittent rows 30 are simultaneously formed on the substrate 1.
  • the intermittent row portions 30 are portions where polysilicon microcrystals are formed on the surface of the crystal film 2 intermittently and in rows in the Y direction.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams for explaining division of the captured image 40.
  • FIG. The inspection device 9 images the crystal film 2 formed by the annealing process with the CCD camera 12 from the direction facing the crystal film 2 in the thickness direction of the crystal film 2.
  • the portion that is a microcrystal is a black color.
  • the inspection apparatus 9 has a plurality of predetermined division widths (hereinafter referred to as “profile division widths”) arranged in the Y direction, which is the first direction, as shown in FIG. 6A.
  • the first divided area 41 is divided, and for each divided first divided area 41, a first density value distribution characteristic representing the density value distribution of the image in the X direction, which is the second direction, is calculated.
  • the profile division width is, for example, 8 pixels.
  • the profile division width can be changed according to the inspection conditions.
  • the inspection device 9 obtains a density value distribution by averaging the density values of the pixels corresponding to the profile division width.
  • the inspection device 9 divides the image 40 captured by the CCD camera 12 into a plurality of second divided regions 42 having profile division widths arranged in the X direction as shown in FIG. 6B. For each second divided region 42, a second density value distribution characteristic representing the density value distribution of the image in the Y direction is calculated.
  • the inspection device 9 performs binarization processing on the image 40 picked up by the CCD camera 12 based on the first density value distribution characteristic and the second density value distribution characteristic.
  • the inspection device 9 includes, as shown in FIG. 6C, a plurality of third divided regions in which the image 40 captured by the CCD camera 12 is arranged in a grid shape in the X direction and the Y direction with a profile division width. Divide into 43.
  • the inspection apparatus 9 includes a portion where the density value indicated by the first density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value, or the second density value distribution characteristic, among the plurality of divided third areas 43.
  • the third divided region 43 including a portion having a density value equal to or lower than a predetermined reference density value is defined as a black region 46, and the density value indicated by the first density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value, and the second The third divided area 43 that does not include a portion where the density value indicated by the density value distribution characteristic is equal to or less than a predetermined reference density value is defined as a white area 47.
  • the predetermined reference density value is determined based on the density of an image obtained by capturing an actual microcrystal.
  • the black area 46 is a candidate area. Both the black area 46 and the white area 47 have a profile division width in both vertical and horizontal directions.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the image 45 on which the binarization processing has been performed.
  • a set of a plurality of black regions 46 that are intermittently connected in the Y direction corresponds to the intermittent row-shaped portion 30.
  • the inspection device 9 counts the number of black areas 46 in the Y direction.
  • the numerical value described below the image 45 is a count value 50 obtained by counting the black region 46 in the Y direction. It can be determined that the higher the count value, the higher the directivity arranged in the Y direction.
  • the inspection apparatus 9 removes a predetermined reference count value from the count value 50, for example, the black area 46 of less than 2, for example, the black area 46a in the example shown in FIG.
  • the removal means making the black area 46 a white area 47.
  • the inspection device 9 removes the black area 46 without the black area 46 in the periphery, and the black area 46b in the example shown in FIG.
  • the black region 46 without the black region 46 in the periphery is a black region in which the distance from another adjacent black region 46 is a predetermined distance, for example, a distance of three black regions 46 or more. There is a high possibility of noise.
  • the inspection device 9 sums the count values of the black areas 46 in the Y direction adjacent to the X direction among the black areas 46 in the Y direction where the count value 50 is equal to or greater than a predetermined reference count value, and the total value is a predetermined reference.
  • a set of black areas 46 that are equal to or greater than the total value is determined to be an unacceptable intermittent columnar portion. That is, the inspection apparatus 9 determines that a set of black areas 46 in the Y direction adjacent to the X direction are intermittent columnar portions, and a reference sum in which a total value is predetermined among the intermittent columnar portions. Intermittent rows that are greater than or equal to the value are determined to be unacceptable intermittent rows. That is, the inspection device 9 determines that the intermittent row-shaped portion is power over. The inspection apparatus 9 determines that the crystal film 2 including intermittent row portions that are not acceptable is defective.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a schematic processing process of the intermittent row portion determination process executed by the inspection device 9.
  • the CPU 15 proceeds to step A1 when the crystal film 2 is placed on the xy stage 10.
  • Step A1 is a process in which the CPU 15 divides the original image for each profile direction.
  • the original image is an image 40 obtained by imaging the crystal film 2 with the CCD camera 12.
  • the profile directions are the X direction and the Y direction.
  • Step A2 is a step in which the CPU 15 obtains the distribution of density values of the divided profiles.
  • the profile is a first divided area 41 and a second divided area 42.
  • Step A3 is a process in which the CPU 15 specifies microcrystals. Specifically, the CPU 15 binarizes each profile based on the distribution of density values and specifies the microcrystalline region.
  • the microcrystalline region is a region that is a candidate for a microcrystal.
  • Step A4 is a process in which the CPU 15 restores the image. Specifically, this is a step in which the CPU 15 generates a two-dimensional image based on the binarized profile.
  • Step A5 is a step in which the CPU 15 determines the quality of the crystal film from the count of the microcrystal area.
  • the microcrystal area is a binarization detection area described later. Specifically, the CPU 15 determines whether or not it is an intermittent columnar portion based on the count value of the black area 46 included in the binarization detection area, and the intermittent columnar portion that is not acceptable. This is a step of determining that the crystal film 2 containing is defective.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of intermittent row portion determination processing executed by the inspection device 9.
  • the CPU 15 proceeds to step B1 when the crystal film 2 is placed on the xy stage 10.
  • step B1 the CPU 15 images the crystal film 2 with the CCD camera 12, and uses the captured image 40 as an original image.
  • the CPU 15 creates an x-direction profile division and a y-direction profile division.
  • the x-direction profile division is to divide the original image into a plurality of second divided regions 42 arranged in the X direction.
  • the y-direction profile division is to divide the original image into a plurality of first divided regions 41 arranged in the Y direction. That is, the CPU 15 divides the original image into a plurality of first divided areas 41 arranged in the Y direction, and divides the original image into a plurality of second divided areas 42 arranged in the X direction.
  • step B3 the CPU 15 obtains a distribution of density values in the profile direction. Specifically, the CPU 15 calculates a first density value distribution characteristic representing the density value distribution of the image in the X direction for each of the divided first divided areas 41, and each divided second second area 41. For each divided region 42, a second density value distribution characteristic representing the density value distribution of the image in the Y direction is calculated.
  • step B4 the CPU 15 performs baseline correction on the density value distribution of each profile. Due to the curvature, undulation, inclination, etc. of the substrate 1, a luminance difference may occur in the original image obtained by imaging the substrate 1. Therefore, in step B4, the CPU 15 corrects the luminance difference and executes a normalization process for normalizing the baseline.
  • step B5 the CPU 15 detects a microcrystalline region by binarization. Specifically, the CPU 15 determines that the density value indicated by the first density value distribution characteristic is equal to or less than a predetermined reference density value, or the density value indicated by the second density value distribution characteristic is equal to or less than a predetermined reference density value. Is detected as a microcrystalline region.
  • step B6 the CPU 15 restores the profiles divided in the X direction and the Y direction to two-dimensional images, respectively. Specifically, the CPU 15 creates a two-dimensional image based on the profile divided in the X direction, that is, each binarized second divided region 42, and the profile divided in the Y direction, that is, binary. A two-dimensional image is created on the basis of each of the first divided regions 41 that has been converted into a first segment.
  • step B7 the CPU 15 OR-combines the binarized detection areas of the restored X-direction and Y-direction divided images. That is, the CPU 15 sets the binarization detection area detected in one of the restored X-direction division image and Y-direction division image as a microcrystal candidate region. Specifically, first, the CPU 15 creates a plurality of third divided areas 43 obtained by overlapping the first divided area 41 and the second divided area 42. The plurality of third divided regions 43 are a plurality of regions arranged in a grid pattern in the X direction and the Y direction, as shown in FIG. 6C.
  • the CPU 15 is based on the position corresponding to the microcrystal region of the two-dimensional image restored based on the binarized first divided region 41 or on the binarized second divided region 42.
  • the third divided region 43 located at the position corresponding to the microcrystal region of the restored two-dimensional image is set as a black region 46, and is binarized into the first divided region 41.
  • a third divided region 43 in which the two-dimensional image restored based on the two-dimensional image restored based on the binarized second divided region 42 is located at a position corresponding to a region that is not a microcrystalline region. For example, as shown in FIG.
  • the CPU 15 counts the number of black areas 46 in the Y direction, removes the black areas 46 having a count value less than a predetermined reference count value, and further, isolated black areas, that is, black areas without black areas 46 in the periphery. Region 46 is removed.
  • step B8 the CPU 15 counts the area of the binarization detection area, makes a determination, and ends the intermittent row portion determination process. Specifically, the CPU 15 first binarizes a set of areas including the black area 46 in the Y direction adjacent to the X direction among the black areas 46 in the Y direction whose count value is equal to or greater than a predetermined reference count value. The detection area. Next, for each binarization detection area, the CPU 15 sums the count values of the black areas 46 in the Y direction included in the binarization detection area, and binarization detection in which the total value is equal to or greater than a predetermined reference total value. The area is determined to be an unacceptable intermittent line-shaped portion, and the intermittent line-shaped portion determination process is terminated. The CPU 15 determines that the crystal film 2 including intermittent rows that are not acceptable is defective.
  • Steps B1 to B3 are the first step.
  • Steps B5 to B8 are the second step.
  • Steps B5 to B7 are specific steps.
  • Step B7 is an isolated area excluding process.
  • Step B8 is a post-counting exclusion process.
  • the microcrystals resulting from the annealing process are Y
  • a region of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film 2 formed with a plurality of intermittent rows formed in the direction from the direction facing the polysilicon crystal film 2 is a plurality of first regions arranged in the Y direction.
  • a plurality of first density value distribution characteristics each representing a distribution of density values in the X direction intersecting the Y direction of the image of each of the first divided areas divided into one divided area 41;
  • An area of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film is divided into a plurality of second divided areas 42 arranged in the X direction, and each divided second divided area is divided.
  • To image the Y direction the distribution of density values calculated plurality of second density value distribution characteristic representing respectively.
  • the area 46 is specified, the number of the specified black areas 46 is counted along the Y direction, and it is determined whether or not the intermittent line-shaped portion is acceptable based on the counted value. Therefore, the method for inspecting the polysilicon crystal film 2 can determine whether it is acceptable by detecting discretely formed microcrystalline portions.
  • each of the plurality of first divided regions 41 is divided into a plurality of third divided regions 43 arranged in the X direction, and among the divided third divided regions 43, A third divided region including at least one of a portion where each first density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value and a portion where each second density value distribution characteristic is equal to or lower than a predetermined reference density value Is identified as a black region 46. Therefore, in the inspection method of the polysilicon crystal film 2, the third divided region including the portion where the concentration exceeds the reference concentration value in either the Y direction or the X direction is set as the microcrystalline black region 46. And the accuracy of detection of microcrystals can be improved.
  • step B7 an isolated region that is a black region 46 that is separated from the other black region 46 by a predetermined distance or more from the specified black region 46 is excluded. Therefore, the inspection method of the polysilicon crystal film 2 can exclude from the determination microcrystals that cannot form columnar portions.
  • step B8 whether or not the intermittent line-shaped portion can tolerate a black area 46 in which the count value obtained by counting the number of black areas 46 along the Y direction is less than a predetermined reference count value. Exclude from judgment. Therefore, the inspection method for the polysilicon crystal film 2 can determine that a small row portion is acceptable.
  • the inspection method of the polysilicon crystal film 2 can normalize the baseline of the captured image.
  • the CCD camera 12 when inspecting the polysilicon crystal film 2 formed by irradiating an energy ray, for example, laser light Ra, and performing the annealing process, the CCD camera 12 has microcrystals resulting from the annealing process arranged in the Y direction. An image of the polysilicon crystal film 2 formed with a plurality of intermittent rows formed of is taken from the direction facing the polysilicon crystal film 2.
  • an energy ray for example, laser light Ra
  • the CPU 15 divides the area of the image captured by the CCD camera 12 into a plurality of first divided areas 41 arranged in the Y direction, and the Y direction of the image of each divided first divided area 41 A plurality of first density value distribution characteristics each representing a distribution of density values in the intersecting X direction are calculated, and an area of an image obtained by imaging the polysilicon crystal film from a direction facing the polysilicon crystal film is defined as X Dividing into a plurality of second divided regions 42 arranged in the direction, and calculating a plurality of second density value distribution characteristics respectively representing the distribution of density values in the Y direction of the image of each divided second divided region 42. .
  • the CPU 15 determines, based on the plurality of calculated first density value distribution characteristics and the plurality of second density value distribution characteristics, a black region that is a candidate for a microcrystal constituting the intermittent columnar portion. 46 is specified, the number of the specified black areas 46 is counted along the Y direction, and it is determined whether or not the intermittent line-shaped portion is acceptable based on the counted value. Therefore, the inspection device 9 can determine whether it is acceptable by detecting discretely formed microcrystalline portions.

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Abstract

　離散的に出現する微結晶を検出することができるポリシリコン結晶膜の検査方法および検査装置が提供される。ＣＰＵ（１５）は、ＣＣＤカメラ（１２）によって撮像された画像を、Ｙ方向に複数の第１の分割領域（４１）、およびＸ方向に複数の第２の分割領域（４２）に分割し、第１の分割領域（４１）のＸ方向の濃度分布を表す第１の濃度値分布特性、および第２の分割領域（４２）のＸ方向の濃度分布を表す第２の濃度値分布特性を算出する。第１の分割領域（４１）をＸ方向に分割した複数の第３の分割領域（４３）のから、第１または第２のの濃度値分布特性が基準濃度値以上の第３の分割領域（４３）を黒領域とする。黒領域のＸ方向の数を計数し、計数値が所定値以上である黒領域からなる部分を、許容できない断続的な列状部であると判断する。

Description

ポリシリコン結晶膜の検査方法および検査装置
　本発明は、結晶膜の検査方法に関し、特に、エネルギー線を照射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結晶膜を検査する検査方法および検査装置に関する。
　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（Thin Film Transistor：略称「ＴＦＴ」）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、たとえば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。
　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（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が形成される。
　第１の従来技術として、特許文献１に記載されるレーザー結晶シリコンの検査方法がある。このレーザー結晶シリコンの検査方法は、ラインスキャン方式でエキシマレーザーアニールを行い、絶縁基板上の非晶質シリコンを結晶シリコンに変化させる。そして、結晶シリコン表面に可視光源を照射して、該結晶表面の突起の配置が反射光の変化によって結晶化を検査し、該反射光の変化が大きくてはっきりしている場合に、該結晶シリコン表面にストラップ状模様が一面に出現することをもって、該結晶の品質が不良であるとする。
　第２の従来技術として、特許文献２に記載されるポリシリコン評価装置がある。エキシマレーザによる低温多結晶化工程時に、アモルファスシリコンに与えるエネルギー密度に応じて、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や周期性が現れる。このポリシリコン評価装置は、ポリシリコン膜の表面画像を紫外光で撮像し、この画像から膜表面の周期性を、自己相関関数を利用して数値化する。そして、この数値化した値に基づき膜の状態を評価して、エキシマレーザパワーを設定する。
　第３の従来技術として、特許文献３に記載される結晶膜の検査方法がある。この結晶膜の検査方法は、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濃度値分布に関して、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。
　第４の従来技術として、特許文献４に記載される評価方法がある。この評価方法は、半導体膜にエネルギー光を照射することによって結晶性を改善させた半導体膜を評価する方法であり、評価する半導体膜を暗視野でデジタル映像として撮像し、デジタル映像の輝度を一定方向にコンピュータにより演算することによって評価を行う。
特開２００６－０１９４０８号公報 特開２００２－２１７１０９号公報 特開２００４－２０７２７０号公報 特開２００４－３１１９９２号公報
　適切な強度でレーザーを照射することによって、結晶が大きく成長していく。しかし、レーザーのパワーが強すぎると、成長した結晶が砕けてしまい、微結晶となる。このように、大きく成長した結晶が砕けて微結晶となることをパワーオーバーという。
　第３の従来技術は、たとえばパワーオーバーによる微結晶部分が黒色で縞状に発生している場合、縞の本数をカウントすることによって微結晶部分の発生の有無を判断することができる。しかしながら、新しいエキシマレーザーアニール処理では、レーザーパワーの刻み幅が従来と比べて細かく取れるので、黒領域、つまり微結晶が出現する閾値付近まで調節が可能であり、閾値付近では、黒領域が縞状ではなく、離散的になる。そのため、第３の従来技術のように、縞本数をカウントする方法では、離散的な微結晶部分を検出することができない。第１，第２，第４の従来技術によっても、離散的な微結晶部分を検出することができない。
　本発明の目的は、離散的に形成される微結晶部分を検出して許容可能であるか否かを判定することができるポリシリコン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。
　本発明は、エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜の検査方法であって、
　アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する第１工程と、
　前記複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する第２工程と、
を含むことを特徴とするポリシリコン結晶膜の検査方法である。
　また本発明において、前記第２工程は、前記複数の第１の分割領域のそれぞれを、第２の方向に並ぶ複数の第３の分割領域に分割し、分割された複数の第３の分割領域のうち、各第１の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分と、各第２の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分との少なくとも一方の部分を含む第３の分割領域を候補領域として特定する特定工程を含むことが好ましい。
　また本発明において、前記特定工程は、前記特定された候補領域のうち、他の候補領域と予め定める距離以上離れている候補領域である孤立的領域を除外する孤立的領域除外工程を含むことが好ましい。
　また本発明において、前記第２工程は、前記候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数した計数値が予め定める基準計数値未満である候補領域を、前記断続的な列状部が許容可能であるか否かの判定から除外する計数後除外工程を含むことが好ましい。
　また本発明において、第１工程の前に、前記撮像された画像の輝度差を補正する第１の規格化工程をさらに含むことが好ましい。
　また本発明は、エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜を検査する検査装置であって、
　アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像する撮像部と、
　制御部であって、
　　撮像部によって撮像された画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出し、
　　算出された複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する制御部と、
を含むことを特徴とする検査装置である。
　本発明によれば、エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜を検査するにあたって、第１工程では、アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する。そして、第２工程では、前記複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する。したがって、ポリシリコン結晶膜の検査方法は、離散的に形成される微結晶部分を検出して許容可能であるか否かを判定することができる。
　本発明によれば、前記第２工程は、特定工程を含む。特定工程では、前記複数の第１の分割領域のそれぞれを、第２の方向に並ぶ複数の第３の分割領域に分割し、分割された複数の第３の分割領域のうち、各第１の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分と、各第２の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分との少なくとも一方の部分を含む第３の分割領域を候補領域として特定する。したがって、ポリシリコン結晶膜の検査方法は、第１の方向および第２の方向のうちのいずれかで、濃度が基準濃度値を超えた部分を含む第３の分割領域を微結晶の候補領域とすることができ、微結晶の検出精度を向上することができる。
　本発明によれば、前記特定工程は、孤立的領域除外工程を含む。孤立的領域除外工程では、前記特定された候補領域のうち、他の候補領域と予め定める距離以上離れている候補領域である孤立的領域を除外する。したがって、ポリシリコン結晶膜の検査方法は、列状部を形成し得ない微結晶を判定から除外することができる。
　本発明によれば、前記第２工程は、計数後除外工程を含む。計数後除外工程では、前記候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数した計数値が予め定める基準計数値未満である候補領域を、前記断続的な列状部が許容可能であるか否かの判定から除外する。したがって、ポリシリコン結晶膜の検査方法は、小さい列状部を許容可能と判定することができる。
　本発明によれば、第１の規格化工程では、第１工程の前に、前記撮像された画像の輝度差を補正する。したがって、ポリシリコン結晶膜の検査方法は、撮像された画像のベースラインを正規化することができる。
　本発明によれば、エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜を検査するにあたって、撮像部は、アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像する。そして、制御部は、撮像部によって撮像された画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する。さらに、制御部は、算出された複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する。したがって、検査装置は、離散的に形成される微結晶部分を検出して許容可能であるか否かを判定することができる。
　本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
基板を厚み方向に切断して拡大して示す断面図である。 基板を厚み方向に切断して拡大して示す断面図である。 基板を厚み方向に切断して拡大して示す断面図である。 エキシマレーザーアニール装置と帯状部分との関係を示す基板の斜視図である。 エキシマレーザーアニール装置と帯状部分との関係を示す基板の斜視図である。 本発明の一実施形態であるポリシリコン結晶膜の検査方法が実行される検査装置の概略を示す斜視図である。 検査装置の制御系のブロック図である。 結晶膜に形成される微結晶の断続的な列状部を模式的に示す図である。 撮像された画像の分割を説明するための図である。 撮像された画像の分割を説明するための図である。 撮像された画像の分割を説明するための図である。 ２値化処理が行われた画像の一例を示す図である。 検査装置が実行する断続的な列状部判定処理の概略の処理工程を示すフローチャートである。 検査装置が実行する断続的な列状部判定処理の処理手順を示すフローチャートである。
　以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
　図１Ａ～図１Ｃ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る。図１Ａ～図１Ｃは、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。図２Ａおよび図２Ｂ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、たとえばポリシリコン結晶膜（以下、単に「結晶膜」ともいう）２を検査する検査装置に、後述する検査装置９を適用した場合の一例を示す。本発明に係るポリシリコン結晶膜の検査方法は、検査装置９で実行される。
　図１Ａに示した基板１は、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。平板状基材５は、電気絶縁性材料、たとえばガラスなどから成り、厚み方向から見て、たとえば長方形の形状である。図１Ｂに示した基板１は、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。
　図１Ｃに示した基板１は、酸化膜７の一表面部７ａに触媒堆積層８が形成され、非晶質シリコン層６の結晶化が始まる温度、たとえば摂氏約５５０度以上で加熱されて、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２Ａおよび図２Ｂに示すように、エキシマレーザーアニール装置３は、非晶質シリコン層６に対してレーザー光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。レーザー光Ｒａは、エネルギー線である。
　図３は、本発明の一実施形態であるポリシリコン結晶膜の検査方法が実行される検査装置９の概略を示す斜視図である。検査装置９は、結晶膜２を検査する。検査装置９は、ｘｙステージ１０、ｘｙステージ駆動機構１１、電荷結合素子（Charge Coupled Device：以下「ＣＣＤ」という）カメラ１２、照明１３、および制御装置１４を含んで構成される。
　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。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。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、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に対して、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。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とを含む。
　撮像部であるＣＣＤカメラ１２は、基板１の厚み方向の一方、つまり図３に示した矢符Ａ１の方向に支持され、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。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。ＣＣＤカメラ１２は、照明１３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である。
　図４は、検査装置９の制御系のブロック図である。制御装置１４は、マイクロコンピュータ、バス１８、入出力インターフェース１９、および図示しない駆動回路とを含んで構成されている。マイクロコンピュータは、中央処理装置（Central Processing Unit：以下「ＣＰＵ」という）１５、読み出し専用記憶装置（ＲＯＭ：Read Only Memory ：以下「ＲＯＭ」という）１６、および読み出し書き込み記憶装置（Random Access Memory：以下、「ＲＡＭ」という）１７を含んで構成される。
　ＣＰＵ１５、ＲＯＭ１６およびＲＡＭ１７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、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、図示しない駆動回路を介して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、ＣＰＵ１５によって実行されるプログラムが記憶されている。制御部であるＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１６に記憶されるプログラムを実行することによって、後述する第１および第２の濃度値の分布を表す分布特性としての濃度値分布特性を求め、結晶膜２の微結晶の有無を判定するとともに、結晶膜２の結晶化不良を判定する。
　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に対して、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。エキシマレーザーアニール装置３は、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、基板１にレーザー光Ｒａを照射する。
　図５は、結晶膜２に形成される微結晶の断続的な列状部３０を模式的に示す図である。エキシマレーザーアニール装置３は、基板１が予め定めた送り速度でＸ方向に送られているとき、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、非晶質シリコン層６を結晶化して結晶膜２を形成する。エキシマレーザーアニール装置３がレーザー光Ｒａを照射して、非晶質シリコン層６を結晶化して結晶膜２を形成する処理を、以下、アニール処理という。
　結晶膜２が形成されるとき、基板１には、同時に、断続的な列状部３０が形成される。断続的な列状部３０は、ポリシリコンの微結晶が断続的に、かつＹ方向に列状に結晶膜２の表面に形成された部分である。
　図６Ａ～図６Ｃは、撮像された画像４０の分割を説明するための図である。検査装置９は、ＣＣＤカメラ１２によって、アニール処理によって形成された結晶膜２を、結晶膜２の厚み方向で、結晶膜２に対向する方向から撮像する。撮像された画像では、微結晶となっている部分は、黒い色である。
　検査装置９は、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像４０を、図６Ａに示すように、第１の方向であるＹ方向に並ぶ、予め定める分割幅（以下「プロファイル分割幅」という）の複数の第１の分割領域４１に分割し、分割された各第１の分割領域４１ごとに、第２の方向であるＸ方向の画像の濃度値の分布を表す第１の濃度値分布特性を算出する。プロファイル分割幅は、たとえば画素８個分である。プロファイル分割幅は、検査の条件などによって変更可能である。検査装置９は、プロファイル分割幅分の画素の濃度値を平均化して濃度値の分布を求める。
　次に、検査装置９は、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像４０を、図６Ｂに示すように、Ｘ方向に並ぶ、プロファイル分割幅の複数の第２の分割領域４２に分割し、分割された各第２の分割領域４２ごとに、Ｙ方向の画像の濃度値の分布を表す第２の濃度値分布特性を算出する。
　そして、検査装置９は、第１の濃度値分布特性および第２の濃度値分布特性に基づいて、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像４０の２値化処理を行う。具体的には、検査装置９は、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像４０を、図６Ｃに示すように、プロファイル分割幅でＸ方向およびＹ方向に枡目状に並ぶ複数の第３の分割領域４３に分割する。検査装置９は、分割された複数の第３の分割領域４３のうち、第１の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分、または第２の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分を含む第３の分割領域４３を黒領域４６とし、第１の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分、および第２の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分を含まない第３の分割領域４３を白領域４７とする。予め定める基準濃度値は、実際の微結晶を撮像した画像の濃度に基づいて決定される。黒領域４６は、候補領域である。黒領域４６および白領域４７は、いずれも縦横ともプロファイル分割幅である。
　図７は、２値化処理が行われた画像４５の一例を示す図である。Ｙ方向に断続的に繋がる複数の黒領域４６からなる集合は、断続的な列状部３０に相当する。検査装置９は、Ｙ方向に黒領域４６の数を計数する。画像４５の下側に記載した数値は、黒領域４６をＹ方向に計数した計数値５０である。計数値が大きいほどＹ方向に並ぶ指向性が高いと判断することができる。
　検査装置９は、計数値５０のうち、予め定める基準計数値、たとえば２未満の黒領域４６、図７に示した例では黒領域４６ａを除去する。除去するとは、その黒領域４６を白領域４７にすることである。また、検査装置９は、計数値５０が予め定める基準計数値以上であっても、周辺に黒領域４６のない黒領域４６、図７に示した例では黒領域４６ｂを除去する。周辺に黒領域４６のない黒領域４６とは、隣接する他の黒領域４６との距離が予め定める距離、たとえば３つ分の黒領域４６の距離以上離れている黒領域のことであり、微小ノイズの可能性が高い。
　検査装置９は、計数値５０が予め定める基準計数値以上であるＹ方向の黒領域４６のうち、Ｘ方向に隣接するＹ方向の黒領域４６の計数値を合計し、合計値が予め定める基準合計値以上である黒領域４６の集合を、許容可能でない断続的な列状部であると判断する。すなわち、検査装置９は、Ｘ方向に隣接するＹ方向の黒領域４６の集合を、断続的な列状部であると判定し、断続的な列状部のうち、合計値が予め定める基準合計値以上である断続的な列状部を、許容可能でない断続的な列状部であると判断する。すなわち、検査装置９は、断続的な列状部がパワーオーバーであると判断する。検査装置９は、許容可能でない断続的な列状部を含む結晶膜２を不良であると判定する。
　図８は、検査装置９が実行する断続的な列状部判定処理の概略の処理工程を示すフローチャートである。ＣＰＵ１５は、検査装置９の電源が投入され、動作可能状態になり、結晶膜２がｘｙステージ１０に載置されると、ステップＡ１に進む。
　ステップＡ１は、ＣＰＵ１５が、原画像をプロファイル方向ごとに分割する工程である。原画像は、ＣＣＤカメラ１２によって結晶膜２を撮像した画像４０である。プロファイル方向は、Ｘ方向およびＹ方向である。ステップＡ２は、ＣＰＵ１５が、分割した各プロファイルの濃度値の分布を求める工程である。プロファイルは、第１の分割領域４１および第２の分割領域４２である。
　ステップＡ３は、ＣＰＵ１５が、微結晶を特定する工程である。具体的には、ＣＰＵ１５が、濃度値の分布に基づいて、各プロファイルを２値化し、微結晶領域を特定する工程である。微結晶領域は、微結晶の候補となる領域である。
　ステップＡ４は、ＣＰＵ１５が、画像を復元する工程である。具体的には、ＣＰＵ１５が、２値化されたプロファイルに基づいて二次元画像を生成する工程である。ステップＡ５は、ＣＰＵ１５が、微結晶エリアの計数から結晶膜の良不良を判定する工程である。微結晶エリアは、後述する２値化検出エリアのことである。具体的には、ＣＰＵ１５が、２値化検出エリアに含まれる黒領域４６の計数値に基づいて、断続的な列状部であるか否かを判定し、許容可能でない断続的な列状部を含む結晶膜２を不良と判定する工程である。
　図９は、検査装置９が実行する断続的な列状部判定処理の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１５は、検査装置９の電源が投入され、動作可能状態になり、結晶膜２がｘｙステージ１０に載置されると、ステップＢ１に進む。
　ステップＢ１では、ＣＰＵ１５は、ＣＣＤカメラ１２によって、結晶膜２を撮像し、撮像した画像４０を原画像とする。ステップＢ２では、ＣＰＵ１５は、ｘ方向プロファイル分割およびｙ方向プロファイル分割を作成する。ｘ方向プロファイル分割は、原画像を、Ｘ方向に並ぶ複数の第２の分割領域４２に分割することである。ｙ方向プロファイル分割は、原画像を、Ｙ方向に並ぶ複数の第１の分割領域４１に分割することである。すなわち、ＣＰＵ１５は、原画像を、Ｙ方向に並ぶ複数の第１の分割領域４１に分割し、原画像を、Ｘ方向に並ぶ複数の第２の分割領域４２に分割する。
　ステップＢ３では、ＣＰＵ１５は、プロファイル方向に濃度値の分布を求める。具体的には、ＣＰＵ１５は、分割された各第１の分割領域４１ごとに、Ｘ方向の画像の濃度値の分布を表す第１の濃度値分布特性を算出し、分割された各第２の分割領域４２ごとに、Ｙ方向の画像の濃度値の分布を表す第２の濃度値分布特性を算出する。
　ステップＢ４では、ＣＰＵ１５は、各プロファイルの濃度値の分布に対して、ベースライン補正を行う。基板１の湾曲、うねりおよび傾き等に起因して、基板１を撮像した原画像に輝度差が生じることがある。そこで、ステップＢ４では、ＣＰＵ１５が、この輝度差を補正して、ベースラインを正規化する規格化処理を実行する。
　ステップＢ５では、ＣＰＵ１５は、２値化により、微結晶領域を検出する。具体的には、ＣＰＵ１５は、第１の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分、または第２の濃度値分布特性が示す濃度値が予め定める基準濃度値以下の部分を、微結晶領域として検出する。
　ステップＢ６では、ＣＰＵ１５は、Ｘ方向およびＹ方向に分割されたプロファイルを、それぞれ二次元画像に復元する。具体的には、ＣＰＵ１５は、Ｘ方向に分割されたプロファイル、つまり２値化された各第２の分割領域４２に基づいて二次元画像を作成し、Ｙ方向に分割されたプロファイル、つまり２値化された各第１の分割領域４１に基づいて二次元画像を作成する。
　ステップＢ７では、ＣＰＵ１５は、復元されたＸ方向およびＹ方向分割の画像の２値化検出エリアをオア合成する。すなわち、ＣＰＵ１５は、復元されたＸ方向分割およびＹ方向分割の画像のどちらかの画像で検出した２値化検出エリアを微結晶候補領域とする。具体的には、先ず、ＣＰＵ１５は、第１の分割領域４１と第２の分割領域４２とを重ねて得られる複数の第３の分割領域４３を作成する。複数の第３の分割領域４３は、図６Ｃに示したように、Ｘ方向およびＹ方向に枡目状に並ぶ複数の領域である。
　次に、ＣＰＵ１５は、２値化された第１の分割領域４１に基づいて復元された二次元画像の微結晶領域に対応する位置、または２値化された第２の分割領域４２に基づいて復元された二次元画像の微結晶領域に対応する位置にある第３の分割領域４３を、たとえば図７に示したように、黒領域４６とし、２値化された第１の分割領域４１に基づいて復元された二次元画像、および２値化された第２の分割領域４２に基づいて復元された二次元画像がともに微結晶領域でない領域に対応する位置にある第３の分割領域４３を、たとえば図７に示したように、白領域４７とする。
　そして、ＣＰＵ１５は、Ｙ方向に黒領域４６の数を計数し、予め定める基準計数値未満の計数値の黒領域４６を除去し、さらに、孤立的黒領域、つまり周辺に黒領域４６のない黒領域４６を除去する。
　ステップＢ８では、ＣＰＵ１５は、２値化検出エリアの面積をカウントし、判定を行って、断続的な列状部判定処理を終了する。具体的には、ＣＰＵ１５は、先ず、計数値が予め定める基準計数値以上であるＹ方向の黒領域４６のうち、Ｘ方向に隣接するＹ方向の黒領域４６からなる集合の領域を２値化検出エリアとする。次に、ＣＰＵ１５は、２値化検出エリアごとに、２値化検出エリアに含まれるＹ方向の黒領域４６の計数値を合計し、合計値が予め定める基準合計値以上である２値化検出エリアを、許容可能でない断続的な列状部であると判断し、断続的な列状部判定処理を終了する。ＣＰＵ１５は、許容可能でない断続的な列状部を含む結晶膜２を不良であると判定する。
　ステップＢ１～Ｂ３は、第１工程である。ステップＢ５～Ｂ８は、第２工程である。ステップＢ５～Ｂ７は、特定工程である。ステップＢ７は、孤立的領域除外工程である。ステップＢ８は、計数後除外工程である。
　このように、エネルギー線、たとえばレーザー光Ｒａを照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜２を検査するにあたって、ステップＢ１～Ｂ３では、アニール処理に起因する微結晶がＹ方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜２を該ポリシリコン結晶膜２に対向する方向から撮像した画像の領域を、Ｙ方向に並ぶ複数の第１の分割領域４１に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、Ｙ方向と交差するＸ方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、Ｘ方向に並ぶ複数の第２の分割領域４２に分割し、分割された各第２の分割領域の画像のＹ方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する。そして、ステップＢ５～Ｂ８では、前記複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる黒領域４６を特定し、特定された黒領域４６の数を前記Ｙ方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する。したがって、ポリシリコン結晶膜２の検査方法は、離散的に形成される微結晶部分を検出して許容可能であるか否かを判定することができる。
　さらに、ステップＢ５～Ｂ７では、前記複数の第１の分割領域４１のそれぞれを、Ｘ方向に並ぶ複数の第３の分割領域４３に分割し、分割された複数の第３の分割領域４３のうち、各第１の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分と、各第２の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分との少なくとも一方の部分を含む第３の分割領域を黒領域４６として特定する。したがって、ポリシリコン結晶膜２の検査方法は、Ｙ方向およびＸ方向のうちのいずれかで、濃度が基準濃度値を超えた部分を含む第３の分割領域を微結晶の黒領域４６とすることができ、微結晶の検出精度を向上することができる。
　さらに、ステップＢ７では、前記特定された黒領域４６のうち、他の黒領域４６と予め定める距離以上離れている黒領域４６である孤立的領域を除外する。したがって、ポリシリコン結晶膜２の検査方法は、列状部を形成し得ない微結晶を判定から除外することができる。
　さらに、ステップＢ８では、黒領域４６の数をＹ方向に沿って計数した計数値が予め定める基準計数値未満である黒領域４６を、前記断続的な列状部が許容可能であるか否かの判定から除外する。したがって、ポリシリコン結晶膜２の検査方法は、小さい列状部を許容可能と判定することができる。
　さらに、第１の規格化工程では、ステップＡ２，Ａ３の前に、前記撮像された画像の輝度差を補正する。したがって、ポリシリコン結晶膜２の検査方法は、撮像された画像のベースラインを正規化することができる。　
　さらに、エネルギー線、たとえばレーザー光Ｒａを照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜２を検査するにあたって、ＣＣＤカメラ１２は、アニール処理に起因する微結晶がＹ方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜２を該ポリシリコン結晶膜２に対向する方向から撮像する。そして、ＣＰＵ１５は、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像の領域を、Ｙ方向に並ぶ複数の第１の分割領域４１に分割し、分割された各第１の分割領域４１の画像の、Ｙ方向と交差するＸ方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、Ｘ方向に並ぶ複数の第２の分割領域４２に分割し、分割された各第２の分割領域４２の画像のＹ方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する。さらに、ＣＰＵ１５は、算出された複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる黒領域４６を特定し、特定された黒領域４６の数を前記Ｙ方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する。したがって、検査装置９は、離散的に形成される微結晶部分を検出して許容可能であるか否かを判定することができる。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
　１　基板
　２　結晶膜
　３　エキシマレーザーアニール装置
　４　帯状部分
　５　平板状基材
　６　非晶質シリコン層
　７　酸化膜
　８　触媒堆積層
　９　検査装置
　１０　ｘｙステージ
　１１　ｘｙステージ駆動機構
　１２　ＣＣＤカメラ
　１３　照明
　１４　制御装置
　１５　ＣＰＵ
　１６　ＲＯＭ
　１７　ＲＡＭ
　１８　バス
　１９　入出力インターフェース
　２０　キーボード
　２１　マウス

Claims (6)

  1. 　エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜の検査方法であって、
    　アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出する第１工程と、
    　前記複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する第２工程と、
    を含むことを特徴とするポリシリコン結晶膜の検査方法。
  2. 　前記第２工程は、前記複数の第１の分割領域のそれぞれを、第２の方向に並ぶ複数の第３の分割領域に分割し、分割された複数の第３の分割領域のうち、各第１の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分と、各第２の濃度値分布特性が予め定める基準濃度値以下の部分との少なくとも一方の部分を含む第３の分割領域を候補領域として特定する特定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン結晶膜の検査方法。
  3. 　前記特定工程は、前記特定された候補領域のうち、他の候補領域と予め定める距離以上離れている候補領域である孤立的領域を除外する孤立的領域除外工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のポリシリコン結晶膜の検査方法。
  4. 　前記第２工程は、前記候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数した計数値が予め定める基準計数値未満である候補領域を、前記断続的な列状部が許容可能であるか否かの判定から除外する計数後除外工程を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のポリシリコン結晶膜の検査方法。
  5. 　第１工程の前に、前記撮像された画像の輝度差を補正する第１の規格化工程をさらに含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載のポリシリコン結晶膜の検査方法。
  6. 　エネルギー線を照射してアニール処理を実施することによって形成されたポリシリコン結晶膜を検査する検査装置であって、
    　アニール処理に起因する微結晶が第１の方向に並んで構成される複数の断続的な列状部が形成されるポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像する撮像部と、
    　制御部であって、
    　　撮像部によって撮像された画像の領域を、第１の方向に並ぶ複数の第１の分割領域に分割し、分割された各第１の分割領域の画像の、第１の方向と交差する第２の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第１の濃度値分布特性を算出し、また前記ポリシリコン結晶膜を該ポリシリコン結晶膜に対向する方向から撮像した画像の領域を、第２の方向に並ぶ複数の第２の分割領域に分割し、分割された各第２の分割領域の画像の第１の方向の濃度値の分布をそれぞれ表す複数の第２の濃度値分布特性を算出し、
    　　算出された複数の第１の濃度値分布特性および前記複数の第２の濃度値分布特性に基づいて、前記断続的な列状部を構成する微結晶の候補となる候補領域を特定し、特定された候補領域の数を前記第１の方向に沿って計数し、計数した計数値に基づいて前記断続的な列状部が許容可能であるか否かを判定する制御部と、
    を含むことを特徴とする検査装置。
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