JP2002184715A - Thin film transistor manufacturing system and object surface evaluating device - Google Patents

Thin film transistor manufacturing system and object surface evaluating device

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JP2002184715A
JP2002184715A JP2000384417A JP2000384417A JP2002184715A JP 2002184715 A JP2002184715 A JP 2002184715A JP 2000384417 A JP2000384417 A JP 2000384417A JP 2000384417 A JP2000384417 A JP 2000384417A JP 2002184715 A JP2002184715 A JP 2002184715A
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Hiroyuki Wada
裕之 和田
Koichi Tatsuki
幸一 田附
Nobuhiko Umetsu
暢彦 梅津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a processing time by securing the reproducibility of evaluated results when evaluating a polysilicon film formed in a low-temperature polycrystallizing process. SOLUTION: When the low-temperature polycrystallizing process is performed by using an excimer laser, linearity or periodicity appears in the space structure of the surface of the formed polysilicon film in accordance with the energy density given to amorphous silicon. The surface image of the polysilicon film is picked up by irradiating the film with ultraviolet rays and the periodicity of the surface of the film is digitized (AC valued) from the image by utilizing an auto-correlation function. The power of the excimer laser is set by evaluating the state of the film based on the AC value. In calculating the AC value, the picked-up image of the polysilicon film at each moving position is fetched while the film is moved in the axial direction of the irradiating light. The contrast of the image picked up at each position is calculated from the fetched picked-up images and the position where the contrast becomes the maximum is found. Then the AC value is calculated from the image picked up at the position where the contrast becomes the maximum.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、低温多結晶化プロ
セスを用いた薄膜トランジスタ製造システム及び方法、
並びに、物体の表面の空間構造の周期性を評価する評価
装置及び方法に関するものである。
The present invention relates to a thin film transistor manufacturing system and method using a low temperature polycrystallization process,
Also, the present invention relates to an evaluation device and method for evaluating the periodicity of the spatial structure on the surface of an object.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, a thin film transistor using a polysilicon film for a channel layer has been put to practical use. When polysilicon is used for the channel layer, the electric field mobility of the thin film transistor becomes extremely high. For example, when used as a driving circuit for a liquid crystal display, etc., high definition, high speed, small size, etc. of the display are realized. Will be able to

【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。
In addition, a so-called low-temperature polycrystallization process for forming a polysilicon film by heat-treating amorphous silicon using an excimer laser annealing apparatus has recently been developed. By applying such a low-temperature polycrystalline process to a manufacturing process of a thin film transistor, heat damage to a glass substrate is reduced, and a heat-resistant large-area and inexpensive glass substrate can be used.

【0004】ところで、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。
The output power of an excimer laser annealing apparatus used in a low-temperature polycrystalline process is unstable, so that the grain size of polysilicon to be formed fluctuates greatly. Therefore, the polysilicon film formed using the excimer laser annealing device is
The grain size is not always good. For example, there is a problem that a so-called linear defect in which a silicon crystal is microcrystallized, or a so-called writing defect in which a sufficiently large grain size cannot be obtained. there were.

【0005】そのため、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
なレーザのエネルギ密度に設定する処理が行われる。
Therefore, in general, when an annealing process is performed by using such an excimer laser annealing apparatus, energy information given to the polysilicon film is fed back to the excimer laser annealing apparatus to obtain an optimum laser energy. Processing for setting the density is performed.

【0006】しかしながら、ポリシリコン膜を評価する
には、従来、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。
However, in order to evaluate a polysilicon film, conventionally, a surface image is taken using a spectroscopic ellipsometer, a scanning electron microscope, or the like, and the state of the crystal is judged by visually observing the surface image. There was only a method and could not judge objectively without contact.

【0007】そこで本出願人は、低温多結晶化プロセス
を用いて形成したポリシリコン膜の状態を客観的且つ自
動的に評価して、その情報に基づきレーザアニール装置
から出射されるレーザのエネルギ密度の最適化を図る薄
膜トランジスタ製造システムを、特願2000−005
994、特願2000−005995、特願2000−
005996で提案している。
Accordingly, the present applicant objectively and automatically evaluates the state of a polysilicon film formed using a low-temperature polycrystallization process, and based on the information, determines the energy density of a laser emitted from a laser annealing apparatus. Japanese Patent Application No. 2000-005 proposes a thin film transistor manufacturing system for optimizing
994, Japanese Patent Application 2000-005995, Japanese Patent Application 2000-
005996.

【0008】本出願人は、アモルファスシリコン膜に対
してエキシマレーザアニール処理を行いポリシリコン膜
を形成したときに膜表面の空間構造に直線性や周期性が
現れ、アモルファスシリコンに与えるエネルギ密度に応
じてその直線性や周期性の構造が変化することを見いだ
した。上記各出願では、このような特性を利用し、ポリ
シリコン膜の表面画像を紫外光で撮像し、その撮像画像
からポリシリコン膜の表面の空間構造の周期性を自己相
関関数を利用して数値化し、この数値に基づき形成され
たポリシリコン膜の状態を評価し、その評価結果をエキ
シマレーザのエネルギ密度の設定にフィードバックする
ようにした薄膜トランジスタの製造システムを提案して
いる。
The applicant of the present invention has found that when excimer laser annealing is performed on an amorphous silicon film to form a polysilicon film, the spatial structure on the film surface exhibits linearity and periodicity, and the spatial structure varies depending on the energy density given to the amorphous silicon We found that the structure of linearity and periodicity changed. In each of the above-mentioned applications, utilizing such characteristics, a surface image of the polysilicon film is captured with ultraviolet light, and the periodicity of the spatial structure of the surface of the polysilicon film is numerically calculated from the captured image using an autocorrelation function. A thin film transistor manufacturing system has been proposed in which the state of a formed polysilicon film is evaluated based on this numerical value, and the evaluation result is fed back to the setting of the energy density of an excimer laser.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、ポリシリコ
ン膜の表面画像を紫外光を用いて撮像した場合、ポリシ
リコン膜表面での反射回折の影響等から、自己相関関数
を利用して膜表面の空間構造の周期性を数値化した値
(AC値)が、照射する紫外光の焦点位置とポリシリコ
ン膜の距離(紫外光の光軸方向(以下、Z方向とす
る。)の距離)に応じて変動してしまう。このように紫
外光の焦点位置とポリシリコン膜との距離に応じてAC
値の値が変動すると測定の再現性が確保できないため、
従来は、基板を支持しているステージをZ方向に微少に
移動させ、各移動位置で上記AC値を算出し、その中で
最も値が大きくなるAC値を抽出することによって、再
現性を確保していた。
However, when an image of the surface of the polysilicon film is picked up by using ultraviolet light, the surface of the film is subjected to reflection and diffraction on the surface of the polysilicon film by using an autocorrelation function. The value obtained by digitizing the periodicity of the spatial structure (AC value) depends on the focal position of the ultraviolet light to be irradiated and the distance between the polysilicon film (the distance in the optical axis direction of the ultraviolet light (hereinafter referred to as the Z direction)). And fluctuate. As described above, according to the distance between the focal position of ultraviolet light and the polysilicon film,
If the value fluctuates, measurement reproducibility cannot be ensured.
Conventionally, the stage supporting the substrate is slightly moved in the Z direction, the above-mentioned AC value is calculated at each movement position, and the AC value having the largest value is extracted, thereby ensuring reproducibility. Was.

【0010】しかしながら、上記AC値を算出するには
FFT演算を実行しなければならなく、従来のように各
移動位置毎にAC値を求めた場合、全体の演算量が膨大
となり、処理時間が非常に長くなってしまう。
However, in order to calculate the AC value, an FFT operation must be performed. When the AC value is obtained for each moving position as in the prior art, the total amount of calculation becomes enormous, and the processing time is reduced. It will be very long.

【0011】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、低温多結晶化プロセスで形成されたポリ
シリコン膜を評価する際に、評価結果の再現性を確保
し、さらに、処理時間を短縮した薄膜トランジスタ製造
システム及び方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when evaluating a polysilicon film formed by a low-temperature polycrystallization process, reproducibility of the evaluation result is ensured. An object of the present invention is to provide a thin film transistor manufacturing system and method in which time is reduced.

【0012】また、本発明は、評価結果の再現性を確保
し、さらに短い処理時間で、物体の表面の空間構造の周
期性を評価することができる評価装置及び方法を提供す
ることを目的とする。
Another object of the present invention is to provide an evaluation apparatus and method which can ensure the reproducibility of the evaluation result and can evaluate the periodicity of the spatial structure on the surface of the object in a shorter processing time. I do.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄膜トラ
ンジスタの製造システムは、基板上にアモルファスシリ
コン膜を成膜する成膜装置と、上記アモルファスシリコ
ン膜に対してレーザアニール処理することによってチャ
ネル層となるポリシリコン膜を生成するレーザアニール
装置と、上記ポリシリコン膜に対して集光した光を照射
し、その反射光を検出する光学系と、上記光学系により
検出された反射光を撮像する撮像部と、上記基板を支持
して照射光の光軸方向に移動させる支持部と、上記支持
部の制御並びに上記撮像部により撮像された画像に基づ
き上記ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価す
る制御部とを有する評価装置とを備え、上記評価装置
は、上記制御部が、上記支持部を制御して上記ポリシリ
コン膜を光軸方向に対して移動させ、各移動位置におけ
る上記ポリシリコン膜の撮像画像のコントラストを算出
し、算出した各コントラストの大きさに基づき上記ポリ
シリコン膜の評価位置を決定し、上記評価位置で撮像さ
れた撮像画像の自己相関を算出して上記ポリシリコン膜
の表面空間構造の周期性を評価し、上記レーザアニール
装置又は成膜装置は、上記評価装置の評価に基づき、上
記レーザのエネルギ密度又はポリシリコン膜の膜厚を制
御することを特徴とする。
A thin film transistor manufacturing system according to the present invention includes a film forming apparatus for forming an amorphous silicon film on a substrate, and a channel layer by performing laser annealing on the amorphous silicon film. Laser annealing apparatus for producing a polysilicon film, an optical system for irradiating the polysilicon film with condensed light and detecting the reflected light, and an imaging system for imaging the reflected light detected by the optical system Part, a support part that supports the substrate and moves the irradiation light in the optical axis direction, and controls the support part and controls the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film based on an image captured by the imaging unit. And an evaluation device having a control unit for evaluation, wherein the evaluation unit controls the support unit to move the polysilicon film in the optical axis direction. Then, the contrast of the captured image of the polysilicon film at each moving position is calculated, the evaluation position of the polysilicon film is determined based on the calculated magnitude of each contrast, and the imaging captured at the evaluation position is determined. The autocorrelation of the image is calculated to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film, and the laser annealing device or the film forming device determines the energy density of the laser or the polysilicon film based on the evaluation of the evaluation device. Is characterized by controlling the film thickness.

【0014】この薄膜トランジスタ製造システムでは、
ポリシリコン膜が形成された基板を照射光の光軸方向に
移動させ、各移動位置におけるポリシリコン膜の撮像画
像を取り込む。取り込んだ撮像画像から、各移動位置の
撮像画像のコントラストを算出し、算出した各コントラ
ストの大きさに基づきポリシリコン膜の評価位置を決定
する。そして、決定をした評価位置で撮像された撮像画
像の自己相関を算出し、ポリシリコン膜の表面空間構造
の周期性を評価する。
In this thin film transistor manufacturing system,
The substrate on which the polysilicon film is formed is moved in the direction of the optical axis of the irradiation light, and a captured image of the polysilicon film at each movement position is captured. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the polysilicon film is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the captured image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film is evaluated.

【0015】本発明にかかる薄膜トランジスタ製造方法
は、レーザアニール装置によってアモルファスシリコン
膜に対してアニール処理することによってチャネル層と
なるポリシリコン膜を生成するポリシリコン膜生成工程
を有し、薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタ
製造方法であって、基板上にアモルファスシリコン膜を
成膜し、上記アモルファスシリコン膜に対して、レーザ
アニール処理を行ってポリシリコン膜を形成し、上記ポ
リシリコン膜表面の空間構造を評価し、上記ポリシリコ
ン膜に対して集光した光を照射して反射光を検出し、上
記ポリシリコン膜を照射光の光軸方向に移動させて反射
光を撮像し、各移動位置における上記ポリシリコン膜の
撮像画像のコントラストを算出し、算出した各コントラ
ストの大きさに基づき上記ポリシリコン膜の評価位置を
決定し、上記評価位置で撮像された撮像画像の自己相関
を算出して上記ポリシリコン膜の表面空間構造の周期性
を評価し、上記評価に基づき、上記レーザのエネルギ密
度又はポリシリコン膜の膜厚を制御することを特徴とす
る。
A method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a polysilicon film to be a channel layer by annealing an amorphous silicon film with a laser annealing apparatus to manufacture a thin film transistor. A thin film transistor manufacturing method, comprising forming an amorphous silicon film on a substrate, performing a laser annealing process on the amorphous silicon film to form a polysilicon film, and evaluating a spatial structure of the polysilicon film surface. Irradiating the polysilicon film with condensed light to detect reflected light, moving the polysilicon film in the optical axis direction of the irradiating light, imaging the reflected light, and scanning the polysilicon at each movement position. The contrast of the captured image of the film is calculated, and based on the calculated magnitude of each contrast. Determine the evaluation position of the polysilicon film, calculate the autocorrelation of the image captured at the evaluation position, evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film, and, based on the evaluation, Or the thickness of the polysilicon film is controlled.

【0016】この薄膜トランジスタ製造方法では、ポリ
シリコン膜が形成された基板を照射光の光軸方向に移動
させ、各移動位置におけるポリシリコン膜の撮像画像を
取り込む。取り込んだ撮像画像から、各移動位置の撮像
画像のコントラストを算出し、算出した各コントラスト
の大きさに基づきポリシリコン膜の評価位置を決定す
る。そして、決定をした評価位置で撮像された撮像画像
の自己相関を算出し、ポリシリコン膜の表面空間構造の
周期性を評価する。
In this method of manufacturing a thin film transistor, the substrate on which the polysilicon film is formed is moved in the optical axis direction of the irradiation light, and captured images of the polysilicon film at each moving position are taken. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the polysilicon film is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the captured image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film is evaluated.

【0017】本発明にかかる評価装置は、被検査物に対
して集光した光を照射してその反射光を撮像し、その画
像に基づき上記被検査物の表面空間構造の周期性を評価
する評価装置であって、上記被検査物に対して集光した
光を照射し、その反射光を検出する光学系と、上記光学
系により検出された反射光を撮像する撮像部と、上記被
検査物を支持し、支持した被検査物を照射光の光軸方向
に移動させる支持部と、上記支持部の制御並びに上記撮
像部により撮像された画像に基づき上記被検査物の表面
空間構造の周期性の評価をする制御部とを備え、上記制
御部は、上記支持部を制御して上記被検査物を光軸方向
に対して移動させ、各移動位置における上記被検査物の
撮像画像のコントラストを算出し、算出した各コントラ
ストの大きさに基づき上記被検査物の評価位置を決定
し、上記評価位置で撮像された撮像画像の自己相関を算
出して上記被検査物の表面空間構造の周期性を評価する
ことを特徴とする。
The evaluation apparatus according to the present invention irradiates the inspection object with the condensed light, captures the reflected light, and evaluates the periodicity of the surface spatial structure of the inspection object based on the image. An evaluation device, comprising: an optical system configured to irradiate the object under inspection with condensed light and detecting reflected light thereof; an imaging unit configured to image the reflected light detected by the optical system; A support that supports the object and moves the supported object in the optical axis direction of the irradiation light; and a control of the support and a period of the surface spatial structure of the object based on an image captured by the imaging unit. A control unit for evaluating the property, the control unit controls the support unit to move the object to be inspected in the optical axis direction, and a contrast of a captured image of the object at each moving position. Is calculated, and based on the calculated magnitude of each contrast, Can determine the evaluation position of the inspection object, characterized in that by calculating the autocorrelation of the image captured image at the evaluation positions to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the object to be inspected.

【0018】この評価装置では、被検査物を照射光の光
軸方向に移動させ、各移動位置における被検査物の撮像
画像を取り込む。取り込んだ撮像画像から、各移動位置
の撮像画像のコントラストを算出し、算出した各コント
ラストの大きさに基づき被検査物の評価位置を決定す
る。そして、決定をした評価位置で撮像された撮像画像
の自己相関を算出し、被検査物の表面空間構造の周期性
を評価する。
In this evaluation apparatus, the inspection object is moved in the direction of the optical axis of the irradiation light, and captured images of the inspection object at each moving position are taken. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the inspection object is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the inspection object is evaluated.

【0019】本発明にかかる評価方法は、被検査物に対
して集光した光を照射してその反射光を撮像し、その画
像に基づき上記被検査物の表面空間構造の周期性を評価
する評価方法であって、被検査物に対して集光した光を
照射し、その反射光を検出し、上記被検査物を照射光の
光軸方向に移動させ、検出された反射光を撮像し、各移
動位置における上記被検査物の撮像画像のコントラスト
を算出し、算出した各コントラストの大きさに基づき上
記被検査物の評価位置を決定し、上記評価位置で撮像さ
れた撮像画像の自己相関を算出して上記被検査物の表面
空間構造の周期性を評価することを特徴とする。
According to the evaluation method of the present invention, the object to be inspected is irradiated with condensed light, the reflected light is imaged, and the periodicity of the surface spatial structure of the object is evaluated based on the image. In the evaluation method, the inspection object is irradiated with condensed light, the reflected light is detected, the inspection object is moved in the optical axis direction of the irradiation light, and the detected reflected light is imaged. Calculating the contrast of the captured image of the inspection object at each moving position, determining the evaluation position of the inspection object based on the calculated magnitude of each contrast, and autocorrelating the captured image captured at the evaluation position. Is calculated to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the inspection object.

【0020】この評価方法では、被検査物を照射光の光
軸方向に移動させ、各移動位置における被検査物の撮像
画像を取り込む。取り込んだ撮像画像から、各移動位置
の撮像画像のコントラストを算出し、算出した各コント
ラストの大きさに基づき被検査物の評価位置を決定す
る。そして、決定をした評価位置で撮像された撮像画像
の自己相関を算出し、被検査物の表面空間構造の周期性
を評価する。
In this evaluation method, the object to be inspected is moved in the optical axis direction of the irradiation light, and captured images of the object to be inspected at each moving position are taken. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the inspection object is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the inspection object is evaluated.

【0021】[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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, as an embodiment of the present invention, an apparatus for evaluating a polysilicon film to which the present invention is applied will be described.

【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。なお、ここでは、ボ
トムゲート型TFTを評価する評価装置に本発明を適用
した例について説明をするが、本発明はこのようなボト
ムゲート型TFTに限らず、ガラス基板上にポリシリコ
ン膜(チャネル層)が形成された後、その上層にゲート
電極を設けたいわゆるトップゲート型TFTを評価する
評価装置に適用することも可能である。
The apparatus for evaluating a polysilicon film according to the embodiment of the present invention is used, for example, for inspecting a polysilicon film formed during a manufacturing process of a thin film transistor having a bottom gate structure (bottom gate type TFT). The bottom gate type TFT is a thin film transistor in which, for example, a gate electrode, a gate insulating film, and a polysilicon film (channel layer) are sequentially stacked from a lower layer on a glass substrate.
That is, the bottom gate TFT is a TFT having a configuration in which a gate electrode is formed between a polysilicon film serving as a channel layer and a glass substrate. Here, an example in which the present invention is applied to an evaluation apparatus for evaluating a bottom-gate TFT will be described. However, the present invention is not limited to such a bottom-gate TFT, and a polysilicon film (channel) may be formed on a glass substrate. After the layer is formed, the present invention can be applied to an evaluation apparatus for evaluating a so-called top gate type TFT in which a gate electrode is provided on the upper layer.

【0023】ボトムゲート型TFTの構造 まず、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。
Structure of Bottom Gate TFT First, a specific configuration example of the bottom gate TFT will be described with reference to FIG.

【0024】ボトムゲート型TFT1は、図1に示すよ
うに、0.7mm厚のガラス基板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。
As shown in FIG. 1, a bottom gate type TFT 1 has a gate electrode 3, a first gate insulating film 4, a second gate insulating film 5, a polysilicon film on a glass substrate 2 having a thickness of 0.7 mm. 6, a stopper 7, a first interlayer insulating film 8, a second interlayer insulating film 9, a wiring 10, a planarizing film 11, and a transparent conductive film 12 are laminated.

【0025】ゲート電極3は、ガラス基板2上に100
〜200nm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。
The gate electrode 3 is formed on the glass substrate 2 by 100
After a film of molybdenum (Mo) having a thickness of 200 nm is formed, the film is patterned by anisotropic etching.

【0026】第1のゲート絶縁膜4は、例えば膜厚が5
0nmの窒化シリコン(SiN)からなり、窒化シリ
コン(SiN)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。
The first gate insulating film 4 has a thickness of, for example, 5
Consists 0nm silicon nitride (SiN x), silicon nitride (SiN x) is formed by stacking on the glass substrate 2 to the gate electrode 3 is formed.

【0027】第2のゲート絶縁膜5は、例えば膜厚が2
00nmの二酸化シリコン(SiO )からなり、この
二酸化シリコン(SiO)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。
The second gate insulating film 5 has a thickness of, for example, 2
00 nm silicon dioxide (SiO 2), This
Silicon dioxide (SiO2) Is the first gate insulating film 5
It is formed by being laminated on top.

【0028】ポリシリコン膜6は、例えば膜厚が30〜
80nm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
30〜80nm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。
The polysilicon film 6 has a thickness of, for example, 30 to
It is made of 80 nm polysilicon (p-Si). This polysilicon film 6 is formed by being laminated on the second gate insulating film 5. This polysilicon film 6 functions as a channel layer of the bottom gate TFT 1. The polysilicon film 6 is formed, for example, by forming amorphous silicon (a-Si) of 30 to 80 nm by LPCVD or the like, and then performing an annealing process on the amorphous silicon to be polycrystallized. . In the polycrystallizing step of the polysilicon film 6, a laser annealing process using an excimer laser which is an ultraviolet laser is used. This excimer laser annealing process emits a pulsed laser beam whose irradiation surface is linear,
Amorphous silicon is polycrystallized into polysilicon while moving the pulse beam irradiation area. The irradiation surface of the laser beam has, for example, a length in the longitudinal direction of 20 cm, a length in the short side direction of 400 μm, and a pulse frequency of 300 Hz. The scanning direction of the laser beam when performing the excimer laser annealing is performed in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the irradiation surface of the linear laser (that is, the short side direction).

【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(SiO)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。
After this polysilicon film 6 is polycrystallized by excimer laser annealing, impurities are ion-doped to form source / drain regions. This ion doping is performed by the gate electrode 3
This is performed after a stopper 7 is formed at a position corresponding to the gate electrode 3 so that impurities are not implanted into the upper portion of the polysilicon film 6. The stopper 7 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) having a thickness of 200 nm.
The gate electrode 3 is formed using a mask or the like used when the gate electrode 3 is formed.

【0030】第1の層間絶縁膜8は、例えば膜厚が30
0nmの窒化シリコン(SiN)からなり、この窒化
シリコン(SiN)が、ポリシリコン膜6上に積層さ
れて形成されている。
The first interlayer insulating film 8 has a thickness of, for example, 30
It consists 0nm silicon nitride (SiN x), silicon this nitride (SiN x) is formed is laminated on the polysilicon film 6.

【0031】第2の層間絶縁膜9は、例えば膜厚が15
0nmの二酸化シリコン(SiO)からなり、この二
酸化シリコン(SiO)が、第1の層間絶縁膜8上に
積層されて形成されている。
The second interlayer insulating film 9 has a thickness of, for example, 15
It is made of 0 nm silicon dioxide (SiO 2 ), and this silicon dioxide (SiO 2 ) is formed by being laminated on the first interlayer insulating film 8.

【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。
The wiring 10 is connected to the source /
After a contact hole for connecting the drain region is opened at a position corresponding to the source / drain region of the first interlayer insulating film 8 and the second interlayer insulating film 9, aluminum (Al) and titanium (Ti) Is formed and patterned by etching. This wiring 10
Connects a source / drain region of each transistor formed on the polysilicon film 6 to form a predetermined circuit pattern on the substrate.

【0033】平坦化膜11は、当該ボトムゲート型TF
T1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。
The flattening film 11 is formed of the bottom gate type TF.
The film for flattening the surface of T1 is formed after the wiring 10 is formed, and has a thickness of 2 to 3 μm.

【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。
The transparent conductive film 12 is made of, for example, a transparent conductive material such as ITO, and is a conductive line for connecting the wiring 10 to an external element or external wiring existing outside the bottom gate type TFT 1. This transparent conductive film 12
After the contact hole is opened in the flattening film 11, it is formed on the flattening film 11.

【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、大面積で安価なガラス基
板を用いることが可能となる。
In the bottom gate type TFT 1 as described above, since polysilicon is used for the channel layer, the electric field mobility of the channel layer becomes very high. Therefore, for example, when used as a drive circuit for a liquid crystal display or the like, high definition, high speed, and small size of the display can be realized. In the bottom gate type TFT 1 as described above, a so-called low-temperature polycrystallization process of forming a polysilicon film 6 by heat-treating amorphous silicon using excimer laser annealing is used. Therefore, heat damage to the glass substrate 2 in the polycrystallization process is reduced, and a large-area and inexpensive glass substrate can be used.

【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のエネルギ密度の制御や
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。
Necessity of Inspection of Polysilicon Film An important factor determining the electric field mobility of the polysilicon film 6 is said to be the grain size of the polysilicon. The grain size greatly depends on the energy given to the polysilicon film 6 during the excimer laser annealing. Therefore, the control and stabilization of the energy density of the laser during the excimer laser annealing greatly affects the characteristics and yield of the completed bottom-gate TFT 1.

【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、
出射するレーザのエネルギ密度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。
However, the excimer laser annealing apparatus used in the excimer laser annealing process is as follows.
The output fluctuation of the energy density of the emitted laser is relatively large. For this reason, when excimer laser annealing is performed using an excimer laser annealing apparatus, the fluctuation of the energy applied to the polysilicon film 6 with respect to the allowable range of energy (manufacturing margin of the polysilicon film 6) in which a good grain size can be obtained. And it is difficult to stably manufacture the polysilicon film 6.

【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、例えばレーザのエネルギが大
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、また、レーザのエネルギ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為に、
いづれも十分な電界移動度が得られなくなってしまい不
良となってしまう。
Therefore, even when excimer laser annealing is performed under the same conditions, the grain size of the polysilicon film 6 fluctuates greatly. For example, if the laser energy becomes too large, the silicon crystal is microcrystallized. In addition, if the laser energy is too small, a sufficiently large grain size cannot be obtained.
In either case, sufficient electric field mobility cannot be obtained, resulting in a failure.

【0039】しかしながら、上述したようにエキシマレ
ーザアニール装置は、出射するレーザのエネルギ密度の
出力変動が比較的大きい。したがって、ポリシリコン膜
6のグレーンサイズが良好なサイズとなるように、その
レーザのエネルギ密度を制御することは難しい。
However, as described above, in the excimer laser annealing apparatus, the output fluctuation of the energy density of the emitted laser is relatively large. Therefore, it is difficult to control the energy density of the laser so that the grain size of the polysilicon film 6 becomes a good size.

【0040】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って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
ックしてレーザのエネルギ密度の設定が行われる。
Therefore, in general, when performing annealing using such an excimer laser annealing apparatus,
For example, at the stage when the polycrystallizing step of the polysilicon film 6 as shown in FIG. 2 is completed, 100% inspection of the crystal state of the polysilicon film 6 formed on the outermost surface is performed, or The state of the crystal is extracted and inspected to determine whether or not the manufactured product is defective at this stage, and the energy information applied to the polysilicon film 6 to the excimer laser annealing apparatus is determined. Is fed back to set the energy density of the laser.

【0041】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。
The polysilicon film evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention evaluates the formed polysilicon film 6 at the stage when the polycrystallizing step of the polysilicon film 6 is completed, and the manufactured product is At this stage, it is used to determine whether or not the product is defective or to feed back information to an excimer laser annealing apparatus to set laser energy.

【0042】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。
Evaluation Principle of Polysilicon Film and Evaluation Method (1) First, the evaluation principle of the polysilicon film formed by the above-described excimer laser annealing will be described.

【0043】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。
The mobility of the thin film transistor manufactured as described above is greatly affected by the grain size of polysilicon. In order to obtain sufficient mobility, it is desirable that the grain size of polysilicon is large.

【0044】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。)以上となるとグレーンサイズが十分大きくなり、
その後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、ある位置(図中Hの位置。このと
きのエネルギーを許容最高エネルギーHとする)から、
グレーンサイズの変化が大きくなり、そして、ある臨界
点を境としてポリシリコンが微結晶粒となってしまう。
The grain size of the polysilicon film largely depends on the energy given by excimer laser annealing. As shown in FIG. 3, the grain size of the polysilicon film increases with an increase in the applied energy, but at a certain energy (position L in the figure:
The energy at this time is defined as an allowable minimum energy L. ) Above this, the grain size will be large enough,
After that, the change decreases and stabilizes. As the energy is further increased, from a certain position (position H in the figure; the energy at this time is defined as the maximum allowable energy H),
The change in grain size increases, and the polysilicon becomes microcrystalline at a certain critical point.

【0045】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十分
大きくなった許容最低エネルギーLから、微結晶粒とな
る手前の許容最高エネルギーHの範囲となるように、照
射するレーザのエネルギ密度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。
Therefore, normally, when excimer laser annealing is performed, the allowable minimum energy L shown in FIG. 3 is in the range from the allowable minimum energy L where the grain size is sufficiently large to the allowable maximum energy H before the fine crystal grains are formed. By controlling the energy density of the irradiating laser,
Try to get a sufficiently large grain size. By irradiating the amorphous silicon film with a laser beam giving energy in such a range, the mobility of the completed thin film transistor can be sufficiently increased.

【0046】(2) 次に、レーザのエネルギ密度を最
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エネ
ルギ密度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エネルギ密度としたときのポリ
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
ないエネルギ密度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)が最適値のエネルギ密度
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エネルギ密度とし
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、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。
(2) Next, an image of the film surface of the polysilicon film when excimer laser annealing is performed with the laser energy density being the optimum value, and the polysilicon film when the energy density is lower than the optimum value. An image of the film surface is compared with an image of the film surface of the polysilicon film when the energy density is higher than the optimum value. FIG. 4 shows images in each case. FIG. 4A is a diagram showing an image of the film surface of the polysilicon film when the energy density is smaller than the optimum value, and FIG. 4B is the film of the polysilicon film when the energy density is the optimum value. FIG. 4C is a diagram showing an image of the surface, and FIG. 4C is a diagram showing an image of the surface of the polysilicon film when the energy density is larger than the optimum value. Each image shown in FIG. 4 is an image captured by a microscope device using ultraviolet light, and the details of this microscope device will be described later.

【0047】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。
In FIG. 4, the scanning direction of the laser for excimer laser annealing is the X direction in the figure. In addition,
As described above, the amorphous silicon film is irradiated with the laser beam having a linear irradiation surface, and the scanning direction is orthogonal to the longitudinal direction of the laser beam irradiation surface shape.

【0048】ここで、エキシマレーザアニール時におけ
るエネルギ密度を最適値としたときの図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。
Here, comparing the image of FIG. 4B when the energy density at the time of excimer laser annealing is set to the optimum value, and the other images shown in FIGS. 4A and 4C, The following features have appeared.

【0049】まず、エネルギ密度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、エネルギ
密度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、エネルギ密度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。
First, the surface image of the polysilicon film when the energy density is set to the optimum value (FIG. 4B) is the surface image of the polysilicon film whose energy density is not optimized (FIGS. 4A and 4B). 4 (C), the image shows linearity. Specifically, the image has linearity in the laser scanning direction (X direction in FIG. 4). That is, when the energy density is set to the optimum value, the surface of the polysilicon film has a feature that the spatial structure has a regular shape in which linearity appears.

【0050】また、エネルギ密度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、エネルギ
密度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、エネルギ密度を最適値とし
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。
The surface image of the polysilicon film when the energy density is set to the optimum value (FIG. 4B) is the surface image of the polysilicon film whose energy density is not optimized (FIGS. 4A and 4B). The image has periodicity as compared to FIG. 4 (C)). Specifically, the image has periodicity in a direction (Y direction in FIG. 4) orthogonal to the laser scanning direction. That is, when the energy density is set to the optimum value, the surface of the polysilicon film has a feature that the space structure has a regular shape in which periodicity appears.

【0051】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、ポリシリコン膜の状態を検査する。
Therefore, in the polysilicon film evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention, the state of the polysilicon film is inspected by utilizing the above features. That is, in the polysilicon film evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention, the surface image of the polysilicon film after excimer laser annealing is numerically analyzed, and linearity appears in the surface spatial structure of the polysilicon film. To check the state of the polysilicon film by evaluating whether the surface space structure of the polysilicon film has periodicity, or whether the surface space structure of the polysilicon film has linearity and periodicity. I do.

【0052】なお、エネルギ密度を良好な値としてエキ
シマレーザアニールを行った後のポリシリコン膜の膜表
面の画像が、直線性及び周期性が現れた画像となるの
は、図5(A)のように、アモルファスシリコン膜の上
層に自然酸化膜(SiO)が形成されている影響であ
ると考えられる。この自然酸化膜の膜厚は、3〜4nm
となっていると考えられる。また、この自然酸化膜は、
一定の膜厚までで酸化が停止し、ある一定以上の膜厚に
はならないと考えられる。
It should be noted that the image of the polysilicon film surface after excimer laser annealing with a good value of the energy density is an image in which linearity and periodicity appear are shown in FIG. 5A. Thus, it is considered that the influence is that the natural oxide film (SiO 2 ) is formed on the upper layer of the amorphous silicon film. The thickness of this natural oxide film is 3 to 4 nm.
It is considered that Also, this natural oxide film
It is considered that the oxidation stops at a certain film thickness and does not reach a certain film thickness or more.

【0053】そして、この自然酸化膜が形成されたアモ
ルファスシリコンに対してエキシマレーザを用いてアニ
ール処理を行うと、図5(B)のように、この自然酸化
膜(SiO)が隆起すると考えられる。この隆起の形
状は、エキシマレーザアニールのエネルギ密度が良好で
あると、エキシマレーザの走査方向に平行な複数の直線
状の凸部が形成され、さらに各直線が等間隔に周期性を
有したものになる。そのため、ポリシリコン膜の膜表面
画像を紫外光を用いた顕微鏡装置で撮像した場合、この
直線状の凸部による反射回折光の影響から、図4に示し
たような縞状の画像が参照できるものと考えられる。
When an annealing process is performed on the amorphous silicon on which the natural oxide film is formed using an excimer laser, the natural oxide film (SiO 2 ) is considered to be raised as shown in FIG. Can be When the energy density of the excimer laser annealing is good, a plurality of linear protrusions parallel to the scanning direction of the excimer laser are formed, and each of the protrusions has periodicity at equal intervals. become. Therefore, when the film surface image of the polysilicon film is imaged by a microscope device using ultraviolet light, a striped image as shown in FIG. 4 can be referred to from the influence of the reflected and diffracted light by the linear convex portion. It is considered something.

【0054】また、この自然酸化膜は、エキシマレーザ
アニールで与えられるエネルギ密度やアモルファスシリ
コン膜の膜厚の違い等の要因によって、図5(C)に示
すように、アニール後の形状が変化するものと考えられ
る。例えば、エキシマレーザアニールのエネルギ密度が
良好でない場合には、隆起の形状の直線性及び周期性が
崩れていくものと考えられる。また、同一の膜面上の異
なる場所でも、膜厚の違い等の多々の要因によって、直
線性や周期性が一定の値とならない場合がある。
The shape of the natural oxide film after the annealing changes as shown in FIG. 5C due to the energy density given by the excimer laser annealing and the difference in the film thickness of the amorphous silicon film. It is considered something. For example, when the energy density of the excimer laser annealing is not good, it is considered that the linearity and the periodicity of the shape of the ridge are lost. Further, even at different locations on the same film surface, linearity and periodicity may not be constant values due to various factors such as a difference in film thickness.

【0055】(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。
(3) Next, an example of a numerical method when the captured image of the polysilicon film has linearity, periodicity, linearity, and periodicity will be described.

【0056】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、図6(A)に示
すように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、図7(A)に示すように、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、図6(B)に示すように、
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、図7(B)に示
すように、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。
For example, when a captured image of a polysilicon film having linearity and periodicity is schematically represented, a large number of straight lines are arranged in parallel as shown in FIG. Is represented as On the other hand, when a captured image of a polysilicon film having neither linearity nor periodicity is schematically represented, an irregular short straight line or the like appears irregularly as shown in FIG. 7A. . When numerically evaluating the degree of linearity and periodicity from these images and evaluating them, the image is shifted laterally in the direction perpendicular to the direction in which the periodicity will be, and the image when the lateral shift is performed May be expressed as a numerical value and evaluated. For example, when an image having linearity and periodicity is shifted laterally, as shown in FIG.
At a certain period, that is, at every certain amount of lateral shift, an image having a high correlation and a high degree of image overlap appears. On the other hand, in an image having neither linearity nor periodicity, as shown in FIG. 7B, even if the image is shifted sideways, a highly correlated image having many overlapping images does not appear at regular intervals. .

【0057】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。
By using the concept of digitizing the correlation of the image when the image is laterally shifted as described above, the periodicity of the polysilicon film can be numerically evaluated. Specifically, as one method of realizing such a method, there is a method of obtaining an autocorrelation function of an image, calculating a peak value and a side peak value of the autocorrelation function, and taking a ratio between these values. Here, the peak value is a second minimum value in the y direction from the origin value from the origin value (used to reduce the defocus value.
). Also, the side peak value is defined as a value between the second maximum value in the y direction from the origin (not including the origin) and the value in the y direction from the origin.
It means the value obtained by subtracting the second minimum value.

【0058】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。
According to the present invention, it is possible to evaluate only one of the linearity and the periodicity to determine the state of the polysilicon film.

【0059】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。
As another example of a numerical method in the case where the captured image of the polysilicon film has linearity, periodicity, linearity, and periodicity, for example, a standardized image is made uniform in linearity. In a different direction, there is a method of adding the values of all the pixels to obtain the degree of modulation. Further, there is a method of performing a two-dimensional Fourier transform on a standardized image to obtain the intensity of a certain frequency component. In addition, an extreme value (minimum value or maximum value) in an image (for example, an image that will have linearity in the y direction)
The coordinates in the vertical direction in the y direction (the center in the x direction is taken as an extreme value x the average value of the coordinates, and the length in the x direction is set as the pitch of the array in the x direction) There is a technique to take dispersion. Further, the coordinates of an extreme value (minimum value or maximum value) in an image (for example, an image that will have linearity in the y direction) are extracted, and the coordinates are extracted within a vertically elongated range in the y direction (the center in the x direction is defined as With respect to the coordinates of (the length of the x direction is taken as the pitch of the array in the x direction, taking the average of the value x the coordinates), there is a method of taking the angle of each point with the vertically adjacent points.

【0060】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。
Specific configuration of polysilicon film evaluation apparatus
A specific configuration example of the processing contents (1) Next, above-described embodiments of the polysilicon film evaluation apparatus of the present invention for evaluating the linearity and periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film Will be described.

【0061】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。
The apparatus for evaluating a polysilicon film according to the embodiment of the present invention uses a microscope apparatus using an ultraviolet light laser having a wavelength of 266 nm to manufacture a bottom gate type TFT (polysilicon by performing excimer laser annealing on an amorphous silicon film). This is an apparatus that captures an image of the substrate immediately after the film is formed, and evaluates the state of the formed polysilicon film from the captured image.

【0062】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8に示す。
FIG. 8 is a configuration diagram of a polysilicon film evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0063】図8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、
偏光ビームスプリッタ25と、対物レンズ26と、1/
4波長板27と、制御用コンピュータ28と、画像処理
用コンピュータ29とを備えて構成される。
The polysilicon film evaluation device 20 shown in FIG.
Is a movable stage 21 and an ultraviolet solid laser light source 22
, A CCD camera 23, an optical fiber probe 24,
Polarization beam splitter 25, objective lens 26, 1 /
It comprises a four-wavelength plate 27, a control computer 28, and an image processing computer 29.

【0064】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。
The movable stage 21 is a stage for supporting the substrate 1 on which a polysilicon film to be inspected is formed. The movable stage 21 has a function of supporting the substrate 1 to be inspected and a function of moving the substrate 1 to a predetermined inspection target position.

【0065】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。
More specifically, the movable stage 21 includes an X stage, a Y stage, a Z stage, a suction plate, and the like.

【0066】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。すなわち、このZステージは、照射される紫外光
レーザの光軸方向、換言すると基板1の平面に垂直な方
向に移動する。なお、このZステージの移動方向のこと
を、以下Z方向という。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。
The X stage and the Y stage move in the horizontal direction. The X stage and the Y stage move the substrate 1 to be inspected in directions orthogonal to each other, and move the substrate 1 to be inspected. It leads to a predetermined inspection position. The Z stage is a stage that moves in the vertical direction, and adjusts the height of the stage. That is, the Z stage moves in the direction of the optical axis of the ultraviolet laser to be irradiated, in other words, in the direction perpendicular to the plane of the substrate 1. The moving direction of the Z stage is hereinafter referred to as the Z direction. The suction plate is for sucking and fixing the substrate 1 to be inspected.

【0067】紫外線固体レーザ光源22は、波長266
nmの紫外光レーザ光源であり、例えば、Nd:YAG
4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。
The ultraviolet solid laser light source 22 has a wavelength of 266.
nm laser light source, for example, Nd: YAG
A fourth harmonic all solid state laser is used. In recent years, an ultraviolet laser light source having a wavelength of about 157 nm has been developed, and such an ultraviolet laser light source may be used as the light source.

【0068】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。
The CCD camera 23 has a high sensitivity to ultraviolet light.
An image sensor is provided, and the surface of the substrate 1 is imaged by the CCD image sensor. This CCD camera 23
By cooling the main body, thermal noise, readout noise, circuit noise, and the like generated in the CCD image sensor and the like are suppressed.

【0069】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、偏光ビームスプリッタ25に導
いている。
The optical fiber probe 24 is a waveguide for ultraviolet laser light, and guides the ultraviolet laser emitted from the ultraviolet solid laser light source 22 to the polarization beam splitter 25.

【0070】偏光ビームスプリッタ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、偏
光ビームスプリッタ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。
The polarizing beam splitter 25 reflects the ultraviolet laser light from the ultraviolet solid-state laser light source 22, irradiates the substrate 1 on the movable stage 21 via the objective lens 26, and is reflected from the substrate 1 together therewith. The reflected light is transmitted to irradiate the high-sensitivity low-noise camera 3. That is, the polarization beam splitter 25 is used for the ultraviolet solid-state laser light source 22.
This is a laser beam separator for separating the optical path of the optical system of the emitted light such as the optical path of the optical system of the reflected light to the CCD camera 23 from the optical path.

【0071】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、
偏光ビームスプリッタ25と可動ステージ21との間に
配置される。
The objective lens 26 is an optical element for expanding and detecting the reflected light from the substrate 1. The objective lens 26 has, for example, an NA of 0.9 and an aberration corrected at a wavelength of 266 nm. This objective lens 26
It is arranged between the polarization beam splitter 25 and the movable stage 21.

【0072】1/4波長板27は、紫外光レーザ光から
反射光成分を抽出する。1/4波長板27により円偏光
とされた紫外光は、基板1によって反射され再び1/4
波長板27を透過することによって、90°直線偏光の
方向が回転する。このため戻り光は、偏光ビームスプリ
ッタ25を透過することとなる。
The quarter-wave plate 27 extracts the reflected light component from the ultraviolet laser light. The ultraviolet light circularly polarized by the 波長 wavelength plate 27 is reflected by the substrate 1 and again 1 /.
By transmitting through the wave plate 27, the direction of 90 ° linearly polarized light is rotated. Therefore, the return light passes through the polarization beam splitter 25.

【0073】制御用コンピュータ28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2
1の移動位置の制御、対物レンズ26の切換制御等を行
う。
The control computer 28 controls the lighting of the laser light of the ultraviolet solid-state laser light source 22 and the movable stage 2
1 to control the movement position, control for switching the objective lens 26, and the like.

【0074】画像処理用コンピュータ29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。
The image processing computer 29 takes in the image of the substrate 1 taken by the CCD image sensor provided in the CCD camera 23, analyzes the image, and evaluates the state of the polysilicon film formed on the substrate 1. I do.

【0075】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、偏光ビームスプリッタ2
5、対物レンズ26、1/4波長板27を介して、基板
1に照射される。直線偏光で入射した光は、1/4波長
板27で円偏光になり、基板1に入射する。反射した戻
り光の位相は、90°変化し、再度1/4波長板27を
通過すると直線偏光の方向が90°回転する。そのため
反射した戻り光は、偏光ビームスプリッタ25を透過
し、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29に供給する。
In the evaluation device 20 having the above-described configuration, the ultraviolet laser emitted from the ultraviolet solid-state laser light source 22 is supplied to the optical fiber probe 24 and the polarization beam splitter 2.
5. The light is applied to the substrate 1 via the objective lens 26 and the 波長 wavelength plate 27. Light that has entered as linearly polarized light becomes circularly polarized by the quarter-wave plate 27 and enters the substrate 1. The phase of the reflected return light changes by 90 °, and when passing through the quarter-wave plate 27 again, the direction of the linearly polarized light is rotated by 90 °. Therefore, the reflected return light passes through the polarization beam splitter 25 and enters the CCD camera 23. Then, the CCD camera 23 takes an image of the incident reflected light with a CCD image sensor, and supplies the surface image information of the polysilicon film obtained by the imaging to the image processing computer 29.

【0076】そして、この画像処理用コンピュータ29
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
けるエネルギ密度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。
The image processing computer 29
However, as described below, the state of the polysilicon film is evaluated based on the information of the surface image of the taken-in polysilicon film. Then, based on the evaluation result, a set value of the energy density at the time of excimer laser annealing for forming the polysilicon film is obtained, and whether the polysilicon film formed on the substrate 1 is good or bad. Determine whether the product is good.

【0077】(2) 次に、上記画像処理用コンピュー
タ29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29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。
(2) Next, the procedure for evaluating the state of the polysilicon film of the image processing computer 29 will be described. The image processing computer 29 obtains a value obtained by digitizing the periodicity (hereinafter referred to as an AC value) from the surface image of the polysilicon film using the autocorrelation, and obtains the linearity and periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film. The state of the polysilicon film is evaluated by evaluating the properties.

【0078】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)。
In the evaluation procedure, as shown in the flowchart of FIG. 9, first, an image capturing process of the surface of the polysilicon film is performed (step S1). Subsequently, an autocorrelation function is calculated from the captured image (step S2).
Subsequently, a plane perpendicular to the alignment direction including (0, 0) on the image coordinates is cut out (step S3). Subsequently, the peak value and the side peak value of the autocorrelation function on the cut surface are calculated, and the ratio between the peak value and the side peak value is calculated to obtain the AC value (step S4). continue,
The polysilicon film is evaluated based on the AC value (step S5).

【0079】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。
Here, the autocorrelation function is a function as shown in the following equation.

【0080】[0080]

【数1】 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相関を示す関数であ
る。
(Equation 1) The autocorrelation function R (τ) is a function indicating a correlation when a certain function f (x) is translated in the x direction by τ.

【0081】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。 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| 3 パワースペクトル“ps”を逆フーリエ変換して2
次元の自己相関関数“ac”を生成する。 :ac=inversfourier(ps) 4 自己相関関数“ac”の絶対値をとり、自己相関関
数の実数“aca”を求める。 :aca=|ac|
In the polysilicon film evaluation apparatus 20, the autocorrelation function of the surface image of the polysilicon film is obtained by using the following Wiener-Hinchin theorem. Here, the specifically captured image information is referred to as “i”. 1. Perform a two-dimensional Fourier transform of the captured image “i”. : F = fourier (i) 2 Generates a power spectrum “ps” by squaring the Fourier series “f”. : Ps = | f | 2 3 Power spectrum “ps” is inverse Fourier transformed to 2
Generate a dimensional autocorrelation function “ac”. : Ac = inverse Fourier (ps) 4 The absolute value of the autocorrelation function “ac” is obtained, and the real number “aca” of the autocorrelation function is obtained. : Aca = | ac |

【0082】このように生成された自己相関関数“ac
a”を表示すると、図10及び図11に示すような関数
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
の自己相関関数である。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関数である。
The autocorrelation function “ac” thus generated
When a ″ is displayed, it becomes a function as shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 10 shows an image having a high autocorrelation, that is, an autocorrelation function with good periodicity and linearity of the surface spatial structure of the polysilicon film. 11 shows an image having a low autocorrelation, that is, an autocorrelation function of the surface spatial structure of the polysilicon film having poor periodicity and linearity.

【0083】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、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。
The polysilicon film evaluation apparatus 20 further calculates the coordinates on the screen perpendicular to the alignment direction (that is, the direction having linearity) from the autocorrelation image calculated using the Wiener-Hinchin theorem. A plane including (0, 0) is cut out, and a function obtained when the cutout is obtained.
Here, the plane including the coordinates (0, 0) on the screen is cut out in order to normalize a value from an autocorrelation function that changes depending on experimental parameters such as an illumination light amount and a CCD gain.

【0084】このように切り出したときに得られる関数
が、上述した整列方向と垂直な方向の自己相関関数R
(τ)に対応する関数となる。
The function obtained when the clipping is performed in this manner is the autocorrelation function R in the direction perpendicular to the above-described alignment direction.
It becomes a function corresponding to (τ).

【0085】また、ここで、上述したステップS1〜S
3は、以下の図12のステップS11〜S14に示すよ
うに行ってもよい。
In this case, the above-described steps S1 to S
3 may be performed as shown in the following steps S11 to S14 of FIG.

【0086】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。
The following evaluation may be performed instead of such an evaluation procedure.

【0087】この評価の処理手順は、図12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、各ラインの平均化を行う(ステッ
プS14)。
In the procedure of this evaluation, as shown in the flowchart of FIG. 12, first, an image capturing process of the surface of the polysilicon film is performed (step S11). Subsequently, one line of the captured image is cut out in a direction (direction having periodicity: y direction) perpendicular to the traveling direction of the laser beam (direction having linearity: x direction) (step S12). Subsequently, an autocorrelation function is calculated for this one line (step S13). Subsequently, if necessary, these operations are repeated several times to average each line (step S14).

【0088】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。 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| 3 パワースペクトル“psl”を逆フーリエ変換して
2次元の自己相関関数“acl”を生成する。 :acl=inversfourier(psl) 4 自己相関関数“acl”の絶対値をとり、自己相関
関数の実数“acal”を求める。 :acal=|acl|
The autocorrelation function in this case is obtained as follows using Wiener-Khinchin's theorem. Here, the image information for one line that is specifically captured is set to “l”. 1 Fourier transform is performed on one line “l” of the captured image. : Fl = fourier (l) 2 Generates a power spectrum “psl” by squaring the Fourier series “fl”. : Psl = | fl | generating a 2 3 power spectrum "psl" inverse Fourier transform to a two-dimensional autocorrelation function "acl". : Acl = inverses Fourier (psl) 4 The absolute value of the autocorrelation function “acl” is obtained, and the real number “acal” of the autocorrelation function is obtained. : Acal = | acl |

【0089】このように生成された自己相関関数aca
lをグラフ上に表すと、図13及び図14に示すような
関数となる。図13は、自己相関が高い関数、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
ものの自己相関関数である。それに対して、図14は、
自己相関が低い関数、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関数であ
る。
The autocorrelation function aca thus generated
When l is represented on a graph, it becomes a function as shown in FIGS. FIG. 13 shows a function having a high autocorrelation, that is, an autocorrelation function having good periodicity and linearity of the surface spatial structure of the polysilicon film. In contrast, FIG.
This is a function with low autocorrelation, that is, an autocorrelation function with poor periodicity and linearity of the surface spatial structure of the polysilicon film.

【0090】これら1ラインの自己相関関数を取り込み
画像の全てのラインに関して行い、各自己相関関数の平
均化を施す。これが上述した整列方向(すなわち、直線
性を有する方向)と垂直な方向の自己相関関数R(τ)
に対応する関数となる。
The autocorrelation function of one line is obtained for all the lines of the captured image, and each autocorrelation function is averaged. This is the autocorrelation function R (τ) in the direction perpendicular to the above-mentioned alignment direction (that is, the direction having linearity).
Is a function corresponding to.

【0091】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。
The polysilicon film evaluation apparatus 20
The maximum peak value and the side peak value are obtained from the obtained function. Then, the ratio of the maximum peak value to the side peak value is obtained, and this value is set as the AC value.

【0092】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。
Therefore, in the case of an image having a high autocorrelation, that is, when the periodicity and linearity of the surface spatial structure of the polysilicon film are good, the difference between the maximum peak value and the side peak value becomes large. The value increases. On the other hand, when the image having low autocorrelation, that is, when the periodicity and linearity of the surface spatial structure of the polysilicon film are poor, the difference between the maximum peak value and the side peak value becomes small, and the value becomes small.

【0093】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。
As described above, in the bottom-gate type TFT 1, the surface image of the polysilicon film is captured, the autocorrelation function of the captured image is obtained, and the linearity and periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film are numerically determined. Is becoming

【0094】具体的に、その撮像画像の一例に対するA
C値を示すと、図15に示すようになる。
Specifically, A for an example of the captured image
FIG. 15 shows the C value.

【0095】(3) 以上のようにエキシマレーザアニ
ールがされたポリシリコン膜は、図5に示したように、
膜の表面に複数の直線状の凸部が形成され、さらに、こ
の直線状の凸部が周期的に配列されることから、AC値
によりその状態を評価することができる。すなわち、ポ
リシリコン膜の表面の空間構造が、反射型のグレーティ
ング状となっているため、AC値で評価することができ
る。
(3) As shown in FIG. 5, the excimer laser-annealed polysilicon film is
Since a plurality of linear projections are formed on the surface of the film and the linear projections are periodically arranged, the state can be evaluated by the AC value. That is, since the spatial structure on the surface of the polysilicon film is a reflection type grating, it can be evaluated by an AC value.

【0096】図16に、ポリシリコン膜表面の位置と、
対物レンズにより集光された紫外光レーザの焦点位置と
の距離に対する、AC値を示す。この図16に示すよう
に、AC値は、ポリシリコン膜の紫外光レーザの光軸方
向の位置(以下、Z位置という)に対して、周期的に変
動したピーク特性を有している。すなわち、ポリシリコ
ン膜の表面形状を撮像した場合、基板を支持するステー
ジのZ方向の位置に応じて、AC値が周期的に変動す
る。
FIG. 16 shows the position of the polysilicon film surface,
It shows the AC value with respect to the distance from the focal position of the ultraviolet light laser focused by the objective lens. As shown in FIG. 16, the AC value has a peak characteristic that periodically fluctuates with respect to the position of the polysilicon film in the optical axis direction of the ultraviolet laser (hereinafter, referred to as Z position). That is, when the surface shape of the polysilicon film is imaged, the AC value periodically fluctuates according to the position in the Z direction of the stage supporting the substrate.

【0097】ここで、複数の直線状の凸部のパターン間
隔をd、照射する紫外光の波長をλとすると、ポリシリ
コン膜のZ方向の移動位置に対するAC値の変動周期T
は、以下のようになる。 T=d/λ
Here, assuming that the pattern interval between the plurality of linear projections is d and the wavelength of the ultraviolet light to be irradiated is λ, the variation period T of the AC value with respect to the Z-movement position of the polysilicon film is shown.
Is as follows. T = d 2 / λ

【0098】例えば、パターン間隔d=309nm 紫
外光の波長λ=266nmとすれば、変動周期TはT=
360nmとなる。
For example, if the pattern interval d = 309 nm and the wavelength λ of the ultraviolet light is 266 nm, the variation period T becomes
360 nm.

【0099】ところで、基板を支持するステージのZ方
向の位置によってAC値が変動したのでは、例えば、複
数の基板のグレーンサイズを比較する場合や、1つの基
板に対して複数回AC値を測定する場合や、或いは、そ
の基板が良品か不良品かを判断する場合など、AC値の
再現性を確保することができない。
When the AC value varies depending on the position of the stage supporting the substrate in the Z direction, for example, when comparing the grain sizes of a plurality of substrates or measuring the AC value for one substrate a plurality of times. In such a case, or when it is determined whether the substrate is a good product or a defective product, the reproducibility of the AC value cannot be ensured.

【0100】そのため、本実施の形態では、ポリシリコ
ン膜のZ方向の位置に対して周期的に変動するAC値の
うち、最も値が大きいAC値をサンプルとして抽出して
ポリシリコン膜の評価を行っている。例えば、図16の
X点(AC値の極大ピーク値であり、且つ、各極大ピー
ク値の中の最も値が大きいもの)におけるAC値を抽出
し、評価を行う。このように最大のAC値をサンプルと
して抽出することによって、ポリシリコン膜のZ方向の
移動位置に対してAC値が周期的に変動したとしても、
AC値の再現性を確保することができる。
Therefore, in the present embodiment, the AC value having the largest value among the AC values periodically fluctuating with respect to the position in the Z direction of the polysilicon film is extracted as a sample to evaluate the polysilicon film. Is going. For example, the AC value at point X in FIG. 16 (the peak value of the AC value and the largest peak value among the respective maximum peak values) is extracted and evaluated. By extracting the maximum AC value as a sample in this manner, even if the AC value periodically fluctuates with respect to the Z-direction movement position of the polysilicon film,
The reproducibility of the AC value can be ensured.

【0101】最大のAC値を抽出するには、例えば、Z
ステージを移動させ、ポリシリコン膜と対物レンズ26
の焦点位置との距離(すなわち、ポリシリコン膜のZ方
向の位置:Z位置)を変化させ、各Z位置におけるAC
値を全て算出し、これらの全ての算出結果に基づき、最
大のAC値を抽出してもよい。しかしながら、各Z位置
においてAC値を算出すると、FFT演算を大量に行わ
なくてはならなく、膨大な処理時間を費やしてしまう。
To extract the maximum AC value, for example, Z
The stage is moved, and the polysilicon film and the objective lens 26 are moved.
Of the polysilicon film (ie, the position of the polysilicon film in the Z direction: the Z position), and the AC at each Z position is changed.
All the values may be calculated, and the maximum AC value may be extracted based on all the calculation results. However, when the AC value is calculated at each Z position, a large amount of FFT operation must be performed, and a huge amount of processing time is consumed.

【0102】ここで、本出願人は、ポリシリコン膜の表
面画像から算出されたコントラストが最大となるポリシ
リコン膜のZ位置と、AC値が最大となるZ位置とが一
致することをみいだした。また、本出願人は、ポリシリ
コン膜のZ方向の位置に対するコントラストのピーク周
期と、ポリシリコン膜のZ方向の位置に対するAC値の
ピーク周期とが、一致することを見いだした。
Here, the present applicant has found that the Z position of the polysilicon film where the contrast calculated from the surface image of the polysilicon film is the maximum coincides with the Z position where the AC value is the maximum. did. Further, the present applicant has found that the peak cycle of the contrast with respect to the position in the Z direction of the polysilicon film coincides with the peak cycle of the AC value with respect to the position in the Z direction of the polysilicon film.

【0103】ポリシリコン膜のZ方向の各位置に対する
コントラストの値は、図17に示すように、AC値同様
に、T=d/λの周期のピーク特性を有している。そ
して、その最大のピーク値(図17中Y)のZ位置
が、AC値が最大(図17中X)となるZ位置とが一致
している。
As shown in FIG. 17, the contrast value for each position in the Z direction of the polysilicon film has a peak characteristic with a period of T = d 2 / λ, similarly to the AC value. Then, the Z position of the maximum peak value (Y 1 in FIG. 17) coincides with the Z position where the AC value is the maximum (X in FIG. 17).

【0104】さらに、AC値の場合、およそ同じレベル
のピーク値が複数個現れるため、その中から最大のピー
ク値を算出するのは困難である。これに対して、コント
ラストの場合、最大の極大ピーク(図17中のY
と、2番目に大きな極大ピーク(図17中のY)との
値の差が非常に大きい。そのため、コントラストの最大
値を抽出するのは、AC値を抽出するよりも簡易に行う
ことができる。
Further, in the case of the AC value, since a plurality of peak values of approximately the same level appear, it is difficult to calculate the maximum peak value from among them. On the other hand, in the case of contrast, the maximum maximum peak (Y 1 in FIG. 17)
And the difference between the second largest peak (Y 2 in FIG. 17) and the second largest peak is very large. Therefore, extracting the maximum value of the contrast can be performed more easily than extracting the AC value.

【0105】また、コントラストは、例えば、画像のエ
ッジ部分の明るさの微分値や、各画素の明るさの変調度
や、又は、各画素の標準偏差などによって、表現され
る。これらの演算は、AC値の算出と比較して、非常に
簡易に行うことができる。
The contrast is expressed by, for example, a differential value of the brightness of the edge portion of the image, a modulation degree of the brightness of each pixel, or a standard deviation of each pixel. These calculations can be performed very easily as compared with the calculation of the AC value.

【0106】そこで、本発明では、Zステージを移動さ
せることによりポリシリコン膜のZ位置を移動させ、各
Z位置においてポリシリコン膜の表面画像を撮像してコ
ントラストを算出する。そして、コントラストが最大と
なる評価位置を探し出し、この評価位置で、AC値を算
出するようにする。
Therefore, in the present invention, the Z position of the polysilicon film is moved by moving the Z stage, and a surface image of the polysilicon film is captured at each Z position to calculate the contrast. Then, an evaluation position where the contrast is maximized is found, and an AC value is calculated at this evaluation position.

【0107】このように処理を行うことによって、AC
値の再現性を確保しつつ、処理時間を短縮化することが
できる。
By performing the processing in this manner, AC
Processing time can be reduced while ensuring reproducibility of values.

【0108】なお、紫外光レーザを伝達する光学系の特
性によっては、コントラストのピークと、AC値のピー
クとが一致しない場合がある。例えば、1/4波長板2
7の回転角度調整を光検出器への戻り光の最大値に調整
したとしても、コントラストのピークと、AC値のピー
クとが一致しない場合がある。このような場合、例え
ば、あるサンプルに対して、z位置に対するコントラス
トの位相及びz位置に対するAC値の位相を、1/4波
長板の回転角度をパラメータとして測定し、両者の位相
が一致する(つまり、ピーク値が一致する)ように1/
4波長板の回転角度を設定する。このように光学系を調
整しておいて、各サンプルに対して、コントラストの最
大値とAC値の最大値とが一致するようになる。また、
あるサンプルに対して、コントラストが最大となるz位
置に対物レンズを固定しておいて、AC値が最大となる
ように1/4波長板の回転角度を調整するようにしても
よい。
Note that the peak of the contrast may not coincide with the peak of the AC value depending on the characteristics of the optical system for transmitting the ultraviolet laser. For example, 1/4 wavelength plate 2
Even if the rotation angle adjustment of 7 is adjusted to the maximum value of the return light to the photodetector, the peak of the contrast may not coincide with the peak of the AC value. In such a case, for example, for a certain sample, the phase of the contrast with respect to the z position and the phase of the AC value with respect to the z position are measured using the rotation angle of the quarter-wave plate as a parameter, and the two phases match ( In other words, 1 /
Set the rotation angle of the four-wave plate. With the optical system adjusted in this way, the maximum value of the contrast and the maximum value of the AC value are matched for each sample. Also,
For a certain sample, the objective lens may be fixed at the z position where the contrast becomes maximum, and the rotation angle of the 波長 wavelength plate may be adjusted so that the AC value becomes maximum.

【0109】つぎに、ポリシリコン膜評価装置20によ
り行われる、各Z位置でのコントラストを算出して、A
C値の算出位置を決定する処理手順を図18のフローチ
ャートを用いて説明をする。
Next, the contrast at each Z position, which is performed by the polysilicon film evaluation apparatus 20, is calculated.
The processing procedure for determining the C value calculation position will be described with reference to the flowchart in FIG.

【0110】ポリシリコン膜評価装置20は、AC値の
算出処理が開始すると、まず、対物レンズ26を移動さ
せて、フォーカシングを行い、ポリシリコン膜の表面に
フォーカス用のレーザの焦点位置を一致させる(ステッ
プS21)。フォーカシングの方法としては、例えば、
ナイフエッジ法、画像フォーカス法、容量検出法等を用
いて行う。
When the process of calculating the AC value is started, the polysilicon film evaluation apparatus 20 first moves the objective lens 26 to perform focusing, and matches the focal position of the focusing laser to the surface of the polysilicon film. (Step S21). As a focusing method, for example,
This is performed using a knife edge method, an image focusing method, a capacitance detection method, or the like.

【0111】続いて、Zステージを微少に移動させる
(ステップS22)。この移動量は、例えば、焦点深度
の数倍程度の移動量とする。
Subsequently, the Z stage is slightly moved (step S22). This moving amount is, for example, a moving amount that is several times the depth of focus.

【0112】続いて、ステップS22で移動した位置で
画像を取り込み、取り込んだ撮像画像からコントラスト
を算出する(ステップS23)。算出したコントラスト
は、そのときの移動位置情報とともに記憶しておく。
Subsequently, an image is captured at the position moved in step S22, and the contrast is calculated from the captured image (step S23). The calculated contrast is stored together with the movement position information at that time.

【0113】続いて、ある一定のスキャン範囲を移動し
たかどうかを判断する(ステップS24)。スキャン範
囲は、コントラストの最大値となるZ位置を中心とし
て、R=(表面構造の周期)/(測定光の波長)の範
囲で十分である。もっとも、コントラストが最大となる
Z位置が予想できない場合には、この範囲以上をスキャ
ンして、最大値を見つけだす必要がある。
Subsequently, it is determined whether or not a certain scan range has been moved (step S24). A scan range of R = (period of the surface structure) 2 / (wavelength of the measurement light) is sufficient around the Z position at which the contrast becomes the maximum value. However, if the Z position at which the contrast becomes maximum cannot be predicted, it is necessary to scan over this range to find the maximum value.

【0114】このステップS24である一定のスキャン
範囲の移動を終了していない場合には、ステップS22
に戻り処理を繰り返す。また、スキャン範囲の移動を終
了した場合には、ステップS25に進む。
If it is determined in step S24 that the movement of the predetermined scan range has not been completed, step S22 is performed.
And the process is repeated. If the movement of the scan range has been completed, the process proceeds to step S25.

【0115】続いて、算出した各コントラストから最大
値を抽出し、その最大値が得られたZ位置までZステー
ジを移動する(ステップS25)。
Subsequently, the maximum value is extracted from each calculated contrast, and the Z stage is moved to the Z position where the maximum value is obtained (step S25).

【0116】続いて、このZ位置で再度画像を取り込み
(或いは、メモリしてある画像に基づき)、AC値を算
出する(ステップS26)。
Subsequently, the image is fetched again at the Z position (or based on the stored image), and the AC value is calculated (step S26).

【0117】なお、画像メモリの容量に余裕がある場合
は、ステップS25は省略でき、ステップS26に移行
することができる。各Z位置でコントラストを算出する
際、画像も記憶しておけるので、ステップS26でコン
トラスト最大を与えるZでの画像からAC値を算出すれ
ばよい。また、もし、紫外光用対物レンズでコントラス
ト最大となるZ位置がオートフォーカス機構のみで精度
よく再現できる場合には、ステップS25〜26までの
処理は省略することができ、ステップS26でオートフ
ォーカス機構で調整されたZ位置での画像から、AC値
を算出すればよい。
If there is enough space in the image memory, step S25 can be omitted, and the process can proceed to step S26. When calculating the contrast at each Z position, the image can also be stored, so the AC value may be calculated from the image at Z that gives the maximum contrast in step S26. If the Z position at which the contrast becomes maximum with the objective lens for ultraviolet light can be accurately reproduced only by the autofocus mechanism, the processing of steps S25 to S26 can be omitted. The AC value may be calculated from the image at the Z position adjusted in.

【0118】ポリシリコン膜評価装置20は、以上のよ
うな処理手順でAC値を算出することによって、AC値
の再現性を確保しつつ、短時間で処理を完了することが
できる。
The polysilicon film evaluating apparatus 20 can complete the process in a short time while securing the reproducibility of the AC value by calculating the AC value according to the processing procedure described above.

【0119】なお、このコントラストを算出した後、A
C値を算出し、AC値の再現性を確保する手法は、例え
ば、ポリシリコン膜の評価において用いるのみでなく、
グレーティング状の物質表面の空間構造を評価する場合
にも用いることができる。また、この手法は、紫外光顕
微鏡装置のみならず、可視光顕微鏡装置、SEMといっ
た装置を用いて物質表面の空間構造を評価する場合にも
用いることができる。
After calculating this contrast, A
The method of calculating the C value and ensuring the reproducibility of the AC value is not only used, for example, in the evaluation of the polysilicon film,
It can also be used to evaluate the spatial structure of the grating-like material surface. In addition, this method can be used not only when evaluating the spatial structure of a material surface using an apparatus such as a visible light microscope apparatus or an SEM, but also an ultraviolet light microscope apparatus.

【0120】また、算出したコントラストは、上述した
ようにピーク特性を有しているが、ピーク間隔から、ポ
リシリコン膜の表面構造のパターン間隔を算出すること
ができる。すなわち、上述したように、ピーク間隔T
は、T=d/λ (d=パターン周期,λ=照射光の
波長)で求められる。従って、ポリシリコン膜の表面構
造のパターン間隔dは、 d=(T×λ)1/2 を演算することによって求めることができる。
Although the calculated contrast has the peak characteristic as described above, the pattern interval of the surface structure of the polysilicon film can be calculated from the peak interval. That is, as described above, the peak interval T
Is determined by T = d 2 / λ (d = pattern period, λ = wavelength of irradiation light). Therefore, the pattern interval d of the surface structure of the polysilicon film can be obtained by calculating d = (T × λ) 1/2 .

【0121】(4) 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。
(4) Next, the relationship between the AC value obtained as a result of the above calculation, the grain size of the polysilicon film, and the energy given to the polysilicon film will be described.

【0122】AC値は、図19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E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E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
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。
[0122] AC values, as shown in FIG. 19, the energy imparted to the polysilicon film by excimer laser annealing, the value from the time of a certain energy E 5 increases proportionally, at a certain energy E T Its value is at its maximum. Then, AC value, reached a peak value at the energy E T made this maximum, then the value is decreased proportionally, completed the decrease in certain energy E B2, the value becomes the minimum value. As described above, the AC value has a peak characteristic with respect to the applied energy.

【0123】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20に示すようになる。この図
20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E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よりも高くなる。
FIG. 20 shows the peak characteristics of the AC value superimposed on the characteristics of the change in grain size of the polysilicon film shown in FIG. As shown in FIG. 20, it can be seen that the maximum value of the graph showing the peak characteristic of the AC value falls within the energy range where the grain size of the polysilicon film is appropriate. In addition, AC
Value the energy E 5 to start proportionally increase, lower than the allowable minimum energy L the grain size is appropriate given the polysilicon film. Further, the energy EB2 when the proportional decrease of the AC value stops and reaches the lowest value.
However, the crystal grain size of the polysilicon film becomes higher than the allowable maximum energy H, which is the threshold energy for microcrystallization.

【0124】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2
0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。
Therefore, when evaluating whether or not the grain size of the polysilicon film is good based on the AC value having such a peak characteristic, the AC value is determined as shown in FIG.
It is only necessary to judge whether or not the value falls within the range indicated by the bold line in 0.

【0125】(5) 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或いは許容最大エネルギーH
を与えたときに求められるAC のいずれか高い方の値
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。
(5) An AC value having such characteristics is
Evaluate and inspect whether the polysilicon film is good or not.
When performing, for example, the AC value of the board to be inspected
Is the minimum allowable energy L or the maximum allowable energy H
AC required when LWhichever is higher
Is a good value if it is larger than this threshold.
Inspection is possible by making a judgment.

【0126】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
ーザのエネルギ密度を最適に設定する場合には、例え
ば、エキシマレーザのエネルギ密度を変動させながら、
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、各エネルギ密度に対応させたAC値の特性図を描
き、具体的には、図19に示すような特性図を描き、こ
の特性図から最適なエネルギ密度を求めればよい。
When the AC value having such characteristics is evaluated and the energy density of the laser emitted from the excimer laser annealing apparatus is set optimally, for example, while changing the energy density of the excimer laser, ,
Laser annealing is performed on a plurality of substrates. Then, a characteristic diagram of the AC value corresponding to each energy density is drawn, and more specifically, a characteristic diagram as shown in FIG. 19 is drawn, and the optimum energy density may be obtained from this characteristic diagram.

【0127】(6) 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エネ
ルギ密度が同一であっても、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。
(6) As described above, in the bottom gate type TFT, the gate electrode 3 is formed of the polysilicon film 6.
, The energy diffusivity when laser annealing is performed is lower than that of the polysilicon film 6 on the gate electrode 3 than the polysilicon film 6 on the glass substrate 2 (on the source / drain regions). Is higher. Therefore, even if the energy density given by the excimer laser annealing device is the same, it is given by the polysilicon film 6 on the gate electrode 3 and the polysilicon film 6 on the glass substrate 2 (on the source / drain regions). The energies will be different and the grain size will be different for both due to the effect.

【0128】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、エネルギ密度
を変化させるような制御をすることはできず、同一のエ
ネルギ密度の設定で、一律にエキシマレーザアニールを
行うこととなる。
Generally, when laser annealing is performed by an excimer laser annealing apparatus, the energy density of the polysilicon film located on the gate electrode and the energy density of the polysilicon film located on the glass substrate (on the source / drain regions) are reduced. It is not possible to control such a change, and excimer laser annealing is performed uniformly at the same energy density setting.

【0129】そのため、ボトムゲート型TFTでは、エ
キシマレーザのエネルギ密度に対するAC値の特性は、
図21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
膜よりも低いエネルギ密度でピーク値を迎えることとな
る。
Therefore, in the bottom gate type TFT, the characteristic of the AC value with respect to the energy density of the excimer laser is as follows.
As shown in FIG. 21, the peak value is different between the position on the glass substrate (on the source / drain region) and the position on the gate electrode. Specifically, the AC value of the polysilicon film located on the glass substrate (on the source / drain regions) reaches a peak value at a lower energy density than the polysilicon film located on the gate electrode. .

【0130】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
されるエネルギ密度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。
Therefore, when the AC value is evaluated to check whether or not the polysilicon film is non-defective,
When the AC value is evaluated and the energy density emitted from the excimer laser annealing apparatus is set optimally, it is necessary to set the values so that the polysilicon films on both of them (on the glass substrate and on the gate electrode) are good. There is.

【0131】続いて、ボトムゲート型TFTのポリシリ
コン膜について、エキシマレーザのエネルギ密度に対す
るAC値の具体的な実験データの一例を図22に示す。
この図22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22で示した特性図上では、エキシマレーザ
アニールでのエネルギ密度を380mJで設定すること
が最適であることが分かる。
Next, FIG. 22 shows an example of specific experimental data of the AC value with respect to the energy density of the excimer laser for the polysilicon film of the bottom gate type TFT.
As shown in FIG. 22, the AC value has a characteristic of different peak values on the gate electrode and the glass substrate. For example, it can be seen from the characteristic diagram shown in FIG. 22 that setting the energy density in excimer laser annealing to 380 mJ is optimal.

【0132】(7) 以上のように、ボトムゲート型T
FT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、非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。
(7) As described above, the bottom gate type T
When evaluating the polysilicon film formed on the FT, by evaluating the linearity and / or periodicity of the spatial structure on the surface of the polysilicon film, the polysilicon can be easily inspected nondestructively. The inspection process can be incorporated into the manufacturing process. Further, since the linearity and / or the periodicity are converted into numerical values, numerical calculations can be performed without using a visual inspection or the like. Further, since the evaluation is performed by digitizing, an automatic inspection can be performed, and an objective inspection can be performed with high accuracy. In addition, the inspection result can be fed back to the annealing process to increase the yield of the manufactured thin film transistors.

【0133】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23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、その特性を示す曲線はほぼ同一となることが分か
る。
Although a microscope apparatus using an ultraviolet laser having a wavelength of 266 nm has been applied as an apparatus for imaging the polysilicon film, the linearity and / or periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film is evaluated. The device that captures the original image for performing the operation is not limited to such a device. For example,
The linearity and / or periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film may be evaluated based on the image observed by the SEM. For example, as shown in FIG. 23, a characteristic obtained when an AC value is obtained based on an image captured by a microscope apparatus (DUV) using an ultraviolet laser, and a characteristic obtained when an AC value is obtained based on an image captured by a SEM. Comparing the characteristics, it can be seen that the SEM results in a more vivid image, so that the AC value is relatively low, but the curves showing the characteristics are almost the same.

【0134】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。
Also, an example in which an autocorrelation function is used as a method of quantifying linearity and / or periodicity has been described in detail.
The method of digitization is not limited to the example using the autocorrelation function.

【0135】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。
In the manufacturing process of the bottom gate type TFT,
Next , a specific application example in which the polysilicon film evaluation apparatus 20 is applied to a manufacturing process of a bottom gate type TFT will be described.

【0136】まず、図24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。
First, as shown in FIG. 24, the AC obtained from the captured image of the polysilicon film of the bottom gate type TFT is obtained.
An application example (EQC: Equipment Quality Control) in which values are evaluated, the evaluation result is fed back to an excimer laser annealing apparatus, and the laser power emitted from the excimer laser annealing apparatus 30 is optimally set will be described.

【0137】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。
As described above, in the excimer laser annealing apparatus, the output value of the actual laser power fluctuates relatively greatly with respect to the set value of the laser power. The output laser power exhibits a Gaussian distribution characteristic and varies, and a certain amount of variation occurs with respect to a predetermined power set value. On the other hand, in the case of a bottom gate type TFT,
The production margin of the energy applied to the polysilicon film (the energy range in which a defective product is obtained when energy outside this range is applied) has a relatively large value with respect to the variation.

【0138】したがって、図25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26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。
Therefore, as shown in FIG. 25, the center position of the manufacturing margin of the polysilicon film becomes the optimum value of the set value of the laser power, and if the laser power is set to this optimum value, the laser power fluctuates. Even so, the energy given to the polysilicon film falls within the manufacturing margin, and a high yield can be obtained. However, as shown in FIG. 26, when the set value of the laser power is not set to the optimum value of the manufacturing margin, when the laser power fluctuates, the energy given to the polysilicon film may deviate from the manufacturing margin. In many cases, the yield is low.

【0139】そのため、本適用例は、ボトムゲート型T
FT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。
Therefore, in this application example, the bottom gate type T
Utilizing the peak characteristic of the AC value of the FT, as follows:
The laser power of the excimer laser annealing device is set to an optimum value.

【0140】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。
First, in this application example, a plurality of substrates on which a polysilicon film is formed are manufactured. At this time, the setting of the laser power of the excimer laser annealing apparatus is changed for each substrate, and the AC value on the gate electrode and on the glass substrate is obtained for each substrate.

【0141】すると、図27や図28に示すような、A
C値のピーク曲線をグラフ上に描くことができる。
Then, as shown in FIGS. 27 and 28, A
A peak curve of the C value can be drawn on the graph.

【0142】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27及び図28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27及び図28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。
When such an AC value peak curve is drawn,
The allowable range of laser power (manufacturing margin of the polysilicon film) for obtaining a good grain size on both the gate electrode and the glass substrate can be obtained. In particular,
The laser power at the lower limit of the manufacturing margin is the laser power corresponding to the minimum allowable energy (L) of the energy applied to the polysilicon film on the gate electrode, specifically, the laser power on the gate electrode shown in FIGS. 27 and 28. Laser power (MO (L)) at the left end of the portion drawn by the thick line of the AC value of
Becomes The laser power at the upper limit of the manufacturing margin is the laser power corresponding to the maximum allowable energy (H) of the energy applied to the polysilicon film on the glass substrate, specifically, the glass power shown in FIGS. 27 and 28. It is the laser power (G (H)) at the right end of the portion of the substrate drawn with the bold line of the AC value.

【0143】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。
Then, an intermediate value of the thus determined manufacturing margin is determined, and the laser power at this intermediate value is set as an optimum value.

【0144】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。
As described above, the AC value is obtained, the manufacturing margin is obtained, and the manufacturing margin is set as an optimum value, whereby the yield of the bottom gate type TFT can be increased.

【0145】[0145]

【発明の効果】本発明にかかる薄膜トランジスタ製造シ
ステム及び方法では、ポリシリコン膜が形成された基板
を照射光の光軸方向に移動させ、各移動位置におけるポ
リシリコン膜の撮像画像を取り込む。取り込んだ撮像画
像から、各移動位置の撮像画像のコントラストを算出
し、算出した各コントラストの大きさに基づきポリシリ
コン膜の評価位置を決定する。そして、決定をした評価
位置で撮像された撮像画像の自己相関を算出し、ポリシ
リコン膜の表面空間構造の周期性を評価する。
In the thin film transistor manufacturing system and method according to the present invention, the substrate on which the polysilicon film is formed is moved in the direction of the optical axis of the irradiation light, and the captured image of the polysilicon film at each movement position is captured. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the polysilicon film is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the captured image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film is evaluated.

【0146】このことにより本発明にかかる薄膜トラン
ジスタ製造システム及び方法では、非破壊で容易にポリ
シリコンの結晶状態の評価をすることでき、また、高い
精度で客観的な評価をすることが可能となる。そしてさ
らに、本発明では、低温多結晶化プロセスで形成された
ポリシリコン膜を評価する際に、評価結果の再現性を確
保しながら、短い処理時間で評価を行うことができる。
As a result, in the thin film transistor manufacturing system and method according to the present invention, the crystal state of polysilicon can be easily evaluated nondestructively, and objective evaluation can be performed with high accuracy. . Further, in the present invention, when evaluating a polysilicon film formed by the low-temperature polycrystallization process, the evaluation can be performed in a short processing time while ensuring reproducibility of the evaluation result.

【0147】本発明にかかる評価装置及び方法では、被
検査物を照射光の光軸方向に移動させ、各移動位置にお
ける被検査物の撮像画像を取り込む。取り込んだ撮像画
像から、各移動位置の撮像画像のコントラストを算出
し、算出した各コントラストの大きさに基づき被検査物
の評価位置を決定する。そして、決定をした評価位置で
撮像された撮像画像の自己相関を算出し、被検査物の表
面空間構造の周期性を評価する。
In the evaluation apparatus and method according to the present invention, the object to be inspected is moved in the direction of the optical axis of the irradiation light, and captured images of the object to be inspected at each moving position are taken in. The contrast of the captured image at each moving position is calculated from the captured image, and the evaluation position of the inspection object is determined based on the calculated magnitude of each contrast. Then, the autocorrelation of the image captured at the determined evaluation position is calculated, and the periodicity of the surface spatial structure of the inspection object is evaluated.

【0148】このことにより本発明にかかる評価装置及
び方法では、非破壊で容易に物質表面の空間構造の周期
性の評価をすることでき、また、高い精度で客観的な評
価をすることが可能となる。そしてさらに、本発明で
は、評価結果の再現性を確保しながら、短い処理時間で
評価を行うことができる。
As a result, the evaluation apparatus and method according to the present invention can easily and non-destructively evaluate the periodicity of the spatial structure on the material surface, and can perform objective evaluation with high accuracy. Becomes Further, in the present invention, the evaluation can be performed in a short processing time while ensuring the reproducibility of the evaluation result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic cross-sectional configuration of a bottom-gate TFT.

【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。
FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of a bottom-gate TFT after a polysilicon film is formed.

【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。
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between a grain size of a polysilicon film and energy given by excimer laser annealing.

【図4】出力するレーザのエネルギ密度を最適値として
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。
FIG. 4 shows an image of a film surface of a polysilicon film when excimer laser annealing is performed with the energy density of an output laser being an optimum value, and an image of a film surface of the polysilicon film when power is smaller than the optimum value. FIG. 4 is a diagram for explaining an image of the surface of the polysilicon film when the power is larger than the optimum value.

【図5】(A)は、エキシマレーザアニールをする前の
TFT基板の断面構造を説明するための図である。
(B)は、良好なエネルギ密度でエキシマレーザアニー
ルを行った場合のTFT基板の断面構造を説明するため
の図である。(C)は、良好ではないエネルギ密度でエ
キシマレーザアニールを行った場合のTFT基板の断面
構造を説明するための図である。
FIG. 5A is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a TFT substrate before excimer laser annealing is performed.
(B) is a diagram for explaining a cross-sectional structure of the TFT substrate when excimer laser annealing is performed at a good energy density. (C) is a diagram for explaining a cross-sectional structure of the TFT substrate when excimer laser annealing is performed at an unsatisfactory energy density.

【図6】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した図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a captured image of a polysilicon film having linearity and periodicity.

【図7】直線性および周期性がないポリシリコン膜の撮
像画像を模式的に表した図である。
FIG. 7 is a view schematically showing a captured image of a polysilicon film having no linearity and no periodicity.

【図8】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。
FIG. 8 is a configuration diagram of a polysilicon film evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図9】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。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure for evaluating a polysilicon film.

【図10】周期性が高い場合の自己相関関数を説明する
ための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining an autocorrelation function when the periodicity is high.

【図11】周期性が低い場合の自己相関関数を説明する
ための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining an autocorrelation function when periodicity is low.

【図12】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。
FIG. 12 is a flowchart for explaining another evaluation procedure of the polysilicon film.

【図13】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。
FIG. 13 is a diagram for explaining an autocorrelation image in a case where periodicity is high when evaluated by the other evaluation procedure.

【図14】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。
FIG. 14 is a diagram for explaining an autocorrelation image in a case where periodicity is low when evaluated by another evaluation procedure.

【図15】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。
FIG. 15 is a diagram illustrating characteristics of an AC value obtained for a specific captured image.

【図16】ポリシリコン膜表面の位置と、対物レンズに
より集光された紫外光レーザの焦点位置との距離に対す
るAC値の変動特性を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a variation characteristic of an AC value with respect to a distance between a position on a surface of a polysilicon film and a focal position of an ultraviolet light laser focused by an objective lens.

【図17】ポリシリコン膜表面の位置と、対物レンズに
より集光された紫外光レーザの焦点位置との距離に対す
るコントラスト及びAC値の変動特性を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a variation characteristic of a contrast and an AC value with respect to a distance between a position of a surface of a polysilicon film and a focal position of an ultraviolet light laser focused by an objective lens.

【図18】ポリシリコン膜評価装置によるAC値の評価
手順を説明するためのフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart illustrating a procedure for evaluating an AC value by a polysilicon film evaluation apparatus.

【図19】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。
FIG. 19 is a diagram illustrating characteristics of an autocorrelation value with respect to energy applied to a polysilicon film.

【図20】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。
FIG. 20 is a diagram illustrating characteristics of an AC value and a grain size with respect to energy applied to a polysilicon film.

【図21】ボトムゲート型TFTにおけるエキシマレー
ザのエネルギ密度に対するAC値の特性を説明するため
の図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining a characteristic of an AC value with respect to an energy density of an excimer laser in a bottom gate type TFT.

【図22】ボトムゲート型TFTのポリシリコン膜につ
いて、エキシマレーザのエネルギ密度に対する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。
FIG. 22 is a diagram for explaining an example of specific experimental data of an AC value with respect to an energy density of an excimer laser for a polysilicon film of a bottom gate type TFT.

【図23】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。
FIG. 23 shows a microscope apparatus (DUV) using an ultraviolet laser.
Characteristics when an AC value is obtained based on an image captured in
FIG. 9 is a diagram for comparing and explaining characteristics obtained when an AC value is obtained based on an image captured by an SEM.

【図24】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(EQ
C)の構成を説明するための図である。
FIG. 24 is a specific application example (EQ) in which a polysilicon film evaluation device is applied to a manufacturing process of a bottom gate TFT.
It is a figure for explaining composition of C).

【図25】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、エキシマレーザのエネルギ密度の変動と
の関係を説明するための図である(最適にエネルギ密度
が設定されている場合)。
FIG. 25 is a diagram for explaining a relationship between a manufacturing margin of energy given to a polysilicon film and a change in energy density of an excimer laser (when the energy density is optimally set).

【図26】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、エキシマレーザのエネルギ密度の変動と
の関係を説明するための図である(最適にレーザのエネ
ルギ密度が設定されていない場合)。
FIG. 26 is a diagram for explaining a relationship between a manufacturing margin of energy given to a polysilicon film and a change in energy density of an excimer laser (when the energy density of the laser is not set optimally).

【図27】ボトムゲート型TFTの製造マージンと、エ
キシマレーザのエネルギ密度との関係の一例を示し、こ
の一例からエネルギ密度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。
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a relationship between a manufacturing margin of a bottom gate type TFT and an energy density of an excimer laser, and explaining a method for obtaining an optimum value of the energy density from the example.

【図28】ボトムゲート型TFTの製造マージンと、エ
キシマレーザのエネルギ密度との関係の他の一例を示
し、この他の一例からエネルギ密度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。
FIG. 28 is a diagram illustrating another example of the relationship between the manufacturing margin of the bottom gate type TFT and the energy density of the excimer laser, and illustrating a method for obtaining the optimum value of the energy density from the other example. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ボトムゲート型TFT、2 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
Reference Signs List 1 bottom gate type TFT, 2 glass substrate, 3 gate electrode, 4 first gate insulating film, 5 second gate insulating film, 6 polysilicon film, 20 polysilicon film evaluation device, 30 excimer laser annealing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅津 暢彦 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 4M106 AA10 BA05 CA38 CB30 DH01 DH12 DH32 DH38 DH40 DJ04 DJ05 DJ20 5F052 AA02 BB07 DA02 JA02 5F110 AA24 CC07 DD02 EE04 FF02 FF03 FF09 GG02 GG13 GG25 GG47 HK03 HK04 HK07 HK21 HL07 HL14 NN03 NN04 NN14 NN16 NN23 NN24 PP03 PP05 PP06 QQ19  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Nobuhiko Umezu 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term in Sony Corporation (reference) 4M106 AA10 BA05 CA38 CB30 DH01 DH12 DH32 DH38 DH40 DJ04 DJ05 DJ20 5F052 AA02 BB07 DA02 JA02 5F110 AA24 CC07 DD02 EE04 FF02 FF03 FF09 GG02 GG13 GG25 GG47 HK03 HK04 HK07 HK21 HL07 HL14 NN03 NN04 NN14 NN16 NN23 NN24 PP03 PP05 PP06 QQ19

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜トランジスタを製造する薄膜トラン
ジスタ製造システムにおいて、 基板上にアモルファスシリコン膜を成膜する成膜装置
と、 上記アモルファスシリコン膜に対してレーザアニール処
理することによってチャネル層となるポリシリコン膜を
生成するレーザアニール装置と、 上記ポリシリコン膜に対して集光した光を照射し、その
反射光を検出する光学系と、上記光学系により検出され
た反射光を撮像する撮像部と、上記基板を支持して照射
光の光軸方向に移動させる支持部と、上記支持部の制御
並びに上記撮像部により撮像された画像に基づき上記ポ
リシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価する制御部
とを有する評価装置とを備え、 上記評価装置は、上記制御部が、上記支持部を制御して
上記ポリシリコン膜を光軸方向に対して移動させ、各移
動位置における上記ポリシリコン膜の撮像画像のコント
ラストを算出し、算出した各コントラストの大きさに基
づき上記ポリシリコン膜の評価位置を決定し、上記評価
位置で撮像された撮像画像の自己相関を算出して上記ポ
リシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価し、 上記レーザアニール装置又は成膜装置は、上記評価装置
の評価に基づき、上記レーザのエネルギ密度又はポリシ
リコン膜の膜厚を制御することを特徴とする薄膜トラン
ジスタ製造システム。
1. A thin film transistor manufacturing system for manufacturing a thin film transistor, comprising: a film forming apparatus for forming an amorphous silicon film on a substrate; and a polysilicon film serving as a channel layer by subjecting the amorphous silicon film to laser annealing. A laser annealing device for generating, an optical system for irradiating the polysilicon film with condensed light and detecting the reflected light, an imaging unit for imaging the reflected light detected by the optical system, and the substrate And a control unit that supports and moves the irradiation light in the optical axis direction, and a control unit that controls the support unit and evaluates the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film based on an image captured by the imaging unit. The evaluation device comprises: an evaluation device, wherein the control unit controls the support unit to move the polysilicon film in an optical axis direction. , The contrast of the captured image of the polysilicon film at each movement position was calculated, the evaluation position of the polysilicon film was determined based on the calculated magnitude of each contrast, and the image was captured at the evaluation position. The autocorrelation of the captured image is calculated to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film. The laser annealing device or the film forming device is configured to evaluate the energy density of the laser or the polysilicon based on the evaluation of the evaluation device. A thin-film transistor manufacturing system, wherein the thickness of the film is controlled.
【請求項2】 上記評価装置の制御部は、算出したコン
トラストの最大値に基づき上記ポリシリコン膜の評価位
置を決定することを特徴とする請求項1記載の薄膜トラ
ンジスタ製造システム。
2. The thin film transistor manufacturing system according to claim 1, wherein the control unit of the evaluation device determines an evaluation position of the polysilicon film based on the calculated maximum value of the contrast.
【請求項3】 上記評価装置の光学系は、コントラスト
が最大となる上記ポリシリコン膜の光軸方向に対する移
動位置と、上記自己相関が最大値となる上記ポリシリコ
ン膜の光軸方向に対する移動位置とが一致するように調
整されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜トラ
ンジスタ製造システム。
3. An optical system of the evaluation device, wherein a moving position in the optical axis direction of the polysilicon film at which the contrast is maximum, and a moving position in the optical axis direction of the polysilicon film at which the autocorrelation has a maximum value. 2. The thin-film transistor manufacturing system according to claim 1, wherein the adjustment is made so that?
【請求項4】 上記評価装置の制御部は、画像のエッジ
部分の明るさの微分値、各画素の明るさの変調度、又
は、各画素の標準偏差をコントラストとして算出するこ
とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ製造シ
ステム。
4. The control unit of the evaluation device calculates a differential value of brightness of an edge portion of an image, a modulation degree of brightness of each pixel, or a standard deviation of each pixel as a contrast. The thin film transistor manufacturing system according to claim 1.
【請求項5】 レーザアニール装置によってアモルファ
スシリコン膜に対してアニール処理することによってチ
ャネル層となるポリシリコン膜を生成するポリシリコン
膜生成工程を有し、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、 基板上にアモルファスシリコン膜を成膜し、 上記アモルファスシリコン膜に対して、レーザアニール
処理を行ってポリシリコン膜を形成し、 上記ポリシリコン膜表面の空間構造を評価し、 上記ポリシリコン膜に対して集光した光を照射して反射
光を検出し、上記ポリシリコン膜を照射光の光軸方向に
移動させて反射光を撮像し、各移動位置における上記ポ
リシリコン膜の撮像画像のコントラストを算出し、算出
した各コントラストの大きさに基づき上記ポリシリコン
膜の評価位置を決定し、上記評価位置で撮像された撮像
画像の自己相関を算出して上記ポリシリコン膜の表面空
間構造の周期性を評価し、 上記評価に基づき、上記レーザのエネルギ密度又はポリ
シリコン膜の膜厚を制御することを特徴とする薄膜トラ
ンジスタ製造方法。
5. A thin film transistor manufacturing method for manufacturing a thin film transistor, comprising a polysilicon film forming step of forming a polysilicon film serving as a channel layer by annealing the amorphous silicon film with a laser annealing apparatus. Forming an amorphous silicon film on the substrate, performing a laser annealing process on the amorphous silicon film to form a polysilicon film, evaluating a spatial structure of the surface of the polysilicon film, and collecting the polysilicon film. The reflected light is detected by irradiating the light, and the reflected light is imaged by moving the polysilicon film in the optical axis direction of the irradiated light, and the contrast of the captured image of the polysilicon film at each movement position is calculated. Determines the evaluation position of the polysilicon film based on the calculated magnitude of each contrast Calculating the autocorrelation of the image taken at the evaluation position to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the polysilicon film, and based on the evaluation, determine the energy density of the laser or the film thickness of the polysilicon film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising controlling.
【請求項6】 算出したコントラストの最大値に基づき
上記ポリシリコン膜の評価位置を決定することを特徴と
する請求項5記載の薄膜トランジスタ製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the evaluation position of the polysilicon film is determined based on the calculated maximum value of the contrast.
【請求項7】 コントラストが最大となる上記ポリシリ
コン膜の光軸方向に対する移動位置と、自己相関が最大
値となる上記ポリシリコン膜の光軸方向に対する移動位
置とが一致するように光学系が調整されていることを特
徴とする請求項5記載の薄膜トランジスタ製造方法。
7. The optical system such that the position of movement of the polysilicon film in the direction of the optical axis at which the contrast becomes maximum coincides with the position of movement of the polysilicon film in the direction of the optical axis at which the autocorrelation has a maximum value. 6. The method according to claim 5, wherein the adjustment is performed.
【請求項8】 画像のエッジ部分の明るさの微分値、各
画素の明るさの変調度、又は、各画素の標準偏差をコン
トラストとして算出することを特徴とする請求項5記載
の薄膜トランジスタ製造方法。
8. The thin film transistor manufacturing method according to claim 5, wherein a differential value of brightness of an edge portion of an image, a modulation degree of brightness of each pixel, or a standard deviation of each pixel is calculated as a contrast. .
【請求項9】 被検査物に対して集光した光を照射して
その反射光を撮像し、その画像に基づき上記被検査物の
表面空間構造の周期性を評価する評価装置において、 上記被検査物に対して集光した光を照射し、その反射光
を検出する光学系と、 上記光学系により検出された反射光を撮像する撮像部
と、 上記被検査物を支持し、支持した被検査物を照射光の光
軸方向に移動させる支持部と、 上記支持部の制御並びに上記撮像部により撮像された画
像に基づき上記被検査物の表面空間構造の周期性の評価
をする制御部とを備え、 上記制御部は、 上記支持部を制御して上記被検査物を光軸方向に対して
移動させ、各移動位置における上記被検査物の撮像画像
のコントラストを算出し、 算出した各コントラストの大きさに基づき上記被検査物
の評価位置を決定し、上記評価位置で撮像された撮像画
像の自己相関を算出して上記被検査物の表面空間構造の
周期性を評価することを特徴とする評価装置。
9. An evaluation apparatus for irradiating converged light to an object to be inspected, imaging reflected light thereof, and evaluating the periodicity of the surface spatial structure of the object based on the image. An optical system that irradiates the test object with condensed light and detects the reflected light; an imaging unit that captures the reflected light detected by the optical system; and an imaging unit that supports the inspection object and supports the inspection object. A support unit that moves the inspection object in the optical axis direction of the irradiation light, and a control unit that controls the support unit and evaluates periodicity of the surface spatial structure of the inspection object based on an image captured by the imaging unit. The control unit controls the support unit to move the test object in the optical axis direction, calculates a contrast of a captured image of the test object at each moving position, and calculates each calculated contrast. Of the inspection object based on the size of Position determining the evaluation device, characterized in that by calculating the autocorrelation of the image captured image at the evaluation positions to evaluate the periodicity of the surface spatial structure of the object to be inspected.
【請求項10】 上記制御部は、算出したコントラスト
の最大値に基づき上記被検査物の評価位置を決定するこ
とを特徴とする請求項9記載の評価装置。
10. The evaluation apparatus according to claim 9, wherein the control unit determines an evaluation position of the inspection object based on the calculated maximum value of the contrast.
【請求項11】 上記光学系は、コントラストが最大と
なる上記被検査物の光軸方向に対する移動位置と、自己
相関が最大値となる上記被検査物の光軸方向に対する移
動位置とが一致するように調整されていることを特徴と
する請求項9記載の評価装置。
11. The optical system according to claim 1, wherein the moving position of the test object in the optical axis direction at which the contrast is maximum coincides with the moving position of the test object in the optical axis direction at which the autocorrelation has a maximum value. The evaluation device according to claim 9, wherein the evaluation device is adjusted as follows.
【請求項12】 上記被検査物は、アモルファスシリコ
ン膜に対してアニール処理をすることによって形成され
たポリシリコン膜であることを特徴とする請求項9記載
の評価装置。
12. The evaluation apparatus according to claim 9, wherein the test object is a polysilicon film formed by performing an annealing process on an amorphous silicon film.
【請求項13】 上記被検査物は、アモルファスシリコ
ン膜に対してレーザアニール処理をすることによって形
成されたポリシリコン膜であることを特徴とする請求項
9記載の評価装置。
13. The evaluation apparatus according to claim 9, wherein the object to be inspected is a polysilicon film formed by performing a laser annealing process on an amorphous silicon film.
【請求項14】 上記制御部は、画像のエッジ部分の明
るさの微分値、各画素の明るさの変調度、又は、各画素
の標準偏差をコントラストとして算出することを特徴と
する請求項9記載の評価装置。
14. The apparatus according to claim 9, wherein the control unit calculates a differential value of brightness of an edge portion of the image, a modulation degree of brightness of each pixel, or a standard deviation of each pixel as a contrast. The described evaluation device.
【請求項15】 上記制御部は、上記被検査物が光軸方
向に移動させたときに得られるコントラストのピーク間
隔に基づき、上記被検査物の表面空間構造の周期を算出
することを特徴とする請求項9記載の評価装置。
15. The method according to claim 15, wherein the control unit calculates a period of a surface spatial structure of the inspection object based on a contrast peak interval obtained when the inspection object is moved in an optical axis direction. The evaluation apparatus according to claim 9, wherein the evaluation is performed.
【請求項16】 上記制御部は、隣接するコントラスト
のピークの間隔を測定し、照射光の波長と測定した上記
間隔との積の平方根を演算して、上記被検査物の表面空
間構造の周期を算出することを特徴とする請求項15記
載の評価装置。
16. The control unit measures an interval between adjacent contrast peaks, calculates a square root of a product of a wavelength of irradiation light and the measured interval, and calculates a period of a surface spatial structure of the inspection object. The evaluation device according to claim 15, wherein is calculated.
【請求項17】 被検査物に対して集光した光を照射し
てその反射光を撮像し、その画像に基づき上記被検査物
の表面空間構造の周期性を評価する評価方法において、 被検査物に対して集光した光を照射し、その反射光を検
出し、 上記被検査物を照射光の光軸方向に移動させ、検出され
た反射光を撮像し、各移動位置における上記被検査物の
撮像画像のコントラストを算出し、 算出した各コントラストの大きさに基づき上記被検査物
の評価位置を決定し、上記評価位置で撮像された撮像画
像の自己相関を算出して上記被検査物の表面空間構造の
周期性を評価することを特徴とする評価方法。
17. An evaluation method for irradiating converged light to an object to be inspected, imaging the reflected light, and evaluating the periodicity of the surface spatial structure of the object based on the image. The object is irradiated with the condensed light, the reflected light is detected, the object to be inspected is moved in the optical axis direction of the irradiation light, the detected reflected light is imaged, and the object to be inspected at each moving position is captured. Calculating the contrast of the captured image of the object; determining the evaluation position of the inspection object based on the calculated magnitude of each contrast; calculating the autocorrelation of the captured image captured at the evaluation position; An evaluation method characterized by evaluating the periodicity of the surface spatial structure of the object.
【請求項18】 算出したコントラストの最大値に基づ
き上記被検査物の評価位置を決定することを特徴とする
請求項17記載の評価方法。
18. The evaluation method according to claim 17, wherein the evaluation position of the inspection object is determined based on the calculated maximum value of the contrast.
【請求項19】 コントラストが最大となる上記被検査
物の光軸方向に対する移動位置と、自己相関が最大値と
なる上記被検査物の光軸方向に対する移動位置とが一致
するように光学系が調整されていることを特徴とする請
求項17記載の評価方法。
19. An optical system such that a moving position in the optical axis direction of the test object at which the contrast is maximum coincides with a moving position of the test object in the optical axis direction at which the autocorrelation has a maximum value. 18. The evaluation method according to claim 17, wherein adjustment is performed.
【請求項20】 上記被検査物は、アモルファスシリコ
ン膜に対してアニール処理をすることによって形成され
たポリシリコン膜であることを特徴とする請求項17記
載の評価方法。
20. The evaluation method according to claim 17, wherein the object to be inspected is a polysilicon film formed by performing an annealing process on an amorphous silicon film.
【請求項21】 上記被検査物は、アモルファスシリコ
ン膜に対してレーザアニール処理をすることによって形
成されたポリシリコン膜であることを特徴とする請求項
17記載の評価方法。
21. The evaluation method according to claim 17, wherein said object to be inspected is a polysilicon film formed by subjecting an amorphous silicon film to laser annealing.
【請求項22】 画像のエッジ部分の明るさの微分値、
各画素の明るさの変調度、又は、各画素の標準偏差をコ
ントラストとして算出することを特徴とする請求項17
記載の評価方法。
22. A differential value of brightness of an edge portion of an image,
18. The method according to claim 17, wherein a degree of modulation of brightness of each pixel or a standard deviation of each pixel is calculated as a contrast.
Evaluation method described.
【請求項23】 上記被検査物が光軸方向に移動させた
ときに得られるコントラストのピーク間隔に基づき、上
記被検査物の表面空間構造の周期を算出することを特徴
とする請求項17記載の評価方法。
23. The apparatus according to claim 17, wherein a period of a surface spatial structure of the inspection object is calculated based on a contrast peak interval obtained when the inspection object is moved in an optical axis direction. Evaluation method.
【請求項24】 上記制御部は、隣接するコントラスト
のピークの間隔を測定し、照射光の波長と測定した上記
間隔との積の平方根を演算して、上記被検査物の表面空
間構造の周期を算出することを特徴とする請求項23記
載の評価方法。
24. The control unit measures an interval between adjacent contrast peaks, calculates a square root of a product of a wavelength of irradiation light and the measured interval, and calculates a period of a surface spatial structure of the inspection object. The evaluation method according to claim 23, wherein is calculated.
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