JP2002217108A - ポリシリコン評価装置及び薄膜トランジスタ製造システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温多結晶化プロセスで形成されたポリシリ
コン膜の結晶状態を評価する際に、再現性がよくポリシ
リコン膜の状態を評価する。 【解決手段】 エキシマレーザによる低温多結晶化工程
時に、アモルファスシリコンに与えるエネルギ密度に応
じて、形成されたポリシリコン膜の膜表面の空間構造に
直線性や周期性が現れる。ポリシリコン膜の表面画像を
紫外光で撮像し、この画像から膜表面の周期性を自己相
関関数を利用して数値化（ＡＣ値化）する。このＡＣ値
に基づき膜の状態を評価して、エキシマレーザパワーを
設定する。その評価の際に、撮像部に入射する上記反射
光の光量を検出し、検出された上記光量に応じて撮像部
に入射される反射光の光量を、所定の範囲内に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温多結晶化プロ
セスによって形成されたポリシリコン評価装置及び方法
並びに薄膜トランジスタ製造システム及び方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、チャネル層にポリシリコン膜を用
いた薄膜トランジスタの実用化が進められている。チャ
ネル層にポリシリコンを用いた場合、薄膜トランジスタ
の電界移動度が非常に高くなるため、例えば液晶ディス
プレイ等の駆動回路として用いた場合には、ディスプレ
イの高精彩化、高速化、小型化等を実現することができ
るようになる。

【０００３】また、エキシマレーザアニール装置を用い
てアモルファスシリコンを熱処理してポリシリコン膜を
形成する、いわゆる低温多結晶化プロセスも近年開発が
進んでいる。このような低温多結晶プロセスを薄膜トラ
ンジスタの製造プロセスに適用することによって、ガラ
ス基板への熱損傷が低くなり、耐熱性の大面積で安価な
ガラス基板を用いることができる。

【０００４】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。

【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。

【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。

【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号、特願２０００−００５９９５号、特願２００
０−００５９９６号で提案している。

【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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ポリシリコ
ン膜の表面画像を紫外光で撮像して、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
化した場合、その撮像画像の明るさに応じて、その数値
値が変動してしまう。例えば、ＣＣＤへの露光量不足の
場合や露光量がオーバーした場合などは、その撮像画像
自体のコントラストが少なくなり、凹凸の状態を認識で
きず、その数値が変動してしまう。そのため、ポリシリ
コン膜表面の空間構造の周期性の評価結果に対して、再
現性を保つことが困難であった。

【００１０】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
シリコン膜の表面の空間構造を紫外光で撮像し、その撮
像画像から自己相関関数を用いて数値化して膜の状態を
評価する際に、評価結果の再現性を確保することができ
るポリシリコン評価装置及び方法並びに薄膜トランジス
タ製造システム及び方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるポリシリ
コン評価装置は、基板上にアモルファスシリコン膜を成
膜し、成膜した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形成されたポリシリコン
膜を評価するポリシリコン評価装置であって、上記ポリ
シリコン膜に対して集光した紫外光を照射し、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上
記反射光を撮像する撮像部と、上記撮像部により撮像さ
れた上記ポリシリコン膜の撮像画像の自己相関を算出し
て、このポリシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価
する評価手段と、上記撮像部に入射する上記反射光の光
量を検出する光量検出手段と、上記光量検出手段により
検出された上記光量に応じて、上記撮像部に入射される
反射光の光量を、所定の範囲内に制御する制御手段とを
備えることを特徴とする。

【００１２】このポリシリコン評価装置では、レーザア
ニール処理により生成したポリシリコン膜を紫外光を用
いた撮像部で撮像し、その撮像画像に基づきポリシリコ
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。その際に、撮像部に入射する上記反射光の光量を検
出し、検出された上記光量に応じて撮像部に入射される
反射光の光量を、所定の範囲内に制御する。

【００１３】本発明にかかるポリシリコン評価方法で
は、基板上にアモルファスシリコン膜を成膜し、成膜し
たアモルファスシリコン膜に対してレーザアニール処理
することによって形成されたポリシリコン膜を評価する
ポリシリコン評価方法であって、上記ポリシリコン膜に
対して集光した紫外光を照射し、その反射光を検出し、
検出した上記反射光を撮像部で撮像し、上記ポリシリコ
ン膜の撮像画像の自己相関を算出して、このポリシリコ
ン膜の表面空間構造の周期性を評価し、上記撮像部に入
射する上記反射光の光量を検出し、検出された上記光量
に応じて撮像部に入射される反射光の光量を、所定の範
囲内に制御することを特徴とする。

【００１４】このポリシリコン評価方法では、レーザア
ニール処理により生成したポリシリコン膜を紫外光を用
いた撮像部で撮像し、その撮像画像に基づきポリシリコ
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。その際に、撮像部に入射する上記反射光の光量を検
出し、検出された上記光量に応じて撮像部に入射される
反射光の光量を、所定の範囲内に制御する。

【００１５】薄膜トランジスタ製造システムは、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、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
光した紫外光を照射し、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上記反射光を撮像する
撮像部と、上記撮像部により撮像された上記ポリシリコ
ン膜の撮像画像の自己相関を算出して、このポリシリコ
ン膜の表面空間構造の周期性を評価する評価手段と、上
記撮像部に入射する上記反射光の光量を検出する光量検
出手段と、上記光量検出手段により検出された上記光量
に応じて、上記撮像部に入射される反射光の光量を、所
定の範囲内に制御する制御手段とを有するポリシリコン
検査装置とを備えることを特徴とする。

【００１６】この薄膜トランジスタ製造システムでは、
レーザアニール処理により生成したポリシリコン膜を紫
外光を用いた撮像部で撮像し、その撮像画像に基づきポ
リシリコン膜の表面空間構造の直線性及び／又は周期性
を評価して、薄膜トランジスタを製造する。この評価の
際に、撮像部に入射する上記反射光の光量を検出し、検
出された上記光量に応じて撮像部に入射される反射光の
光量を、所定の範囲内に制御する。

【００１７】薄膜トランジスタ製造システムでは、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
ン膜に対して集光した紫外光を照射し、その反射光を検
出し、検出した上記反射光を撮像部で撮像し、上記ポリ
シリコン膜の撮像画像の自己相関を算出して、このポリ
シリコン膜の表面空間構造の周期性を評価し、上記撮像
部に入射する上記反射光の光量を検出し、検出された上
記光量に応じて撮像部に入射される反射光の光量を、所
定の範囲内に制御することを特徴とする。

【００１８】この薄膜トランジスタ製造方法では、レー
ザアニール処理により生成したポリシリコン膜を紫外光
を用いた撮像部で撮像し、その撮像画像に基づきポリシ
リコン膜の表面空間構造の直線性及び／又は周期性を評
価して、薄膜トランジスタを製造する。この評価の際
に、撮像部に入射する上記反射光の光量を検出し、検出
された上記光量に応じて撮像部に入射される反射光の光
量を、所定の範囲内に制御する。

【００１９】

【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並びに
評価方法について説明する。

【００２０】本発明の実施の形態として以下説明を行う
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
評価装置を例にとって説明をするが、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に適
用することも可能である。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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_ｘ）からなり、窒化シリ
コン（ＳｉＮ_ｘ）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。

【００２５】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 _２）からなり、この
二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）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。

【００２６】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。

【００２７】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_２）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。

【００２８】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_ｘ）からなり、この窒化
シリコン（ＳｉＮ_ｘ）が、ポリシリコン膜６上に積層さ
れて形成されている。

【００２９】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_２）からなり、この二
酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が、第１の層間絶縁膜８上に
積層されて形成されている。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】ポリシリコン膜評価装置は、例えば、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ったりする際に用い
るものである。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】（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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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_２）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。

【００５１】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_２）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。な
お、例えば、自然酸化膜の膜厚が３〜４ｎｍで、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザのエネルギ密度が３００〜４００ｍＪ
／ｃｍ^２であれば、この直線状の凸部の間隔は、０．３
μｍ程度となる。この間隔は、アニール用レーザ光源の
波長程度となる。

【００５２】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。

【００５３】（３） ここで、通常、薄膜トランジスタ
の製造プロセスでは、希フッ化水素（希ＨＦ）による不
純物元素除去工程が設けられる。上述したボトムゲート
型ＴＦＴ１の製造工程でも、通常、アモルファスシリコ
ン膜を形成した後、レーザアニール処理を行う前に、希
ＨＦによる不純物除去が行われる。

【００５４】しかしながら、アモルファスシリコン膜を
形成した後に、基板を希ＨＦで洗浄した場合、不純物と
ともにアモルファスシリコン膜上に形成されている自然
酸化膜が溶解してしまう。そのため、その後にレーザア
ニール処理をしたとしても、ポリシリコン膜の表面に、
図５（Ｂ）に示すような、自然酸化膜の隆起形状が形成
されない。従って、ポリシリコン膜の膜表面の画像に直
線性及び周期性が現れず、ポリシリコン膜の状態を評価
することができなくなってしまう。

【００５５】そのため、ポリシリコン膜の状態を評価可
能とするために、図６に示すように、レーザアニール処
理を行う前工程として、表面酸化処理を行うようにす
る。すなわち、アモルファスシリコン膜の表面に自然酸
化膜（ＳｉＯ_２）が形成されている状態（状態１）か
ら、希ＨＦ洗浄をして不純物除去をする。希ＨＦ洗浄を
すると、アモルファスシリコン膜は、表面の自然酸化膜
（ＳｉＯ_２）が溶解した状態となる（状態２）。この次
の工程として表面酸化工程が設けられる。この表面酸化
工程では、例えば、基板を１日程度空気中に放置するこ
とによってアモルファスシリコン膜の表面に自然酸化膜
を形成してもよいし、また、例えば１０ｐｐｍ程度のオ
ゾン水に基板を浸すことによってアモルファスシリコン
膜の表面を酸化させてもよい。このようにレーザアニー
ル処理の前に表面酸化工程を設けることによって、アモ
ルファスシリコン膜に自然酸化膜を形成することができ
（状態３）、その結果、レーザアニール処理を行うこと
によって自然酸化膜の隆起が生じ（状態４）、ポリシリ
コン膜の評価を行うことができるようになる。

【００５６】（４） 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。

【００５７】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７（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８（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７（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８（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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】ポリシリコン膜評価装置は、波長２６６ｎ
ｍ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。

【００６３】本ポリシリコン膜の評価装置の構成図を図
９に示す。

【００６４】図９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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】（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。

【００７９】評価の処理手順は、図１０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Ｓ
２）。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）。

【００８０】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。

【００８１】

【数１】

【００８２】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。

【００８３】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｜^２ ３ パワースペクトル“ｐｓ”を逆フーリエ変換して２
次元の自己相関関数“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｜

【００８４】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１１及び図１２に示すような関数
となる。図１１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１２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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】また、ここで、上述したステップＳ１〜Ｓ
３は、以下の図１３のステップＳ１１〜Ｓ１４に示すよ
うに行ってもよい。

【００８８】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。

【００８９】この評価の処理手順は、図１３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）。

【００９０】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｜^２ ３ パワースペクトル“ｐｓｌ”を逆フーリエ変換して
２次元の自己相関関数“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｜

【００９１】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１４及び図１５に示すような
関数となる。図１４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１５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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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１６に示すようになる。

【００９７】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。

【００９８】（３） つぎに、ＡＣ値を求める際の演算
範囲について説明をする。

【００９９】上述したようにＡＣ値は、ポリシリコン膜
の表面画像を取り込んで、その取り込んだ画像範囲に対
して、２次元フーリエ変換を行い算出される。

【０１００】通常、その演算範囲（演算する表面画像の
範囲で２次元的なもの）が大きければ大きいほど、ポリ
シリコン膜の表面空間構造の直線性及び周期性を正確に
示すこととなる。しかしながら、ＡＣ値は、上述したよ
うに２次元フーリエ変換を行って求められるため、その
演算量が膨大となるため、より高速に処理行うために
は、演算範囲をより小さくすることが望ましい。

【０１０１】一方、その演算範囲が小さすぎると、表面
全体のＡＣ値との誤差が大きくなり、正確にポリシリコ
ン膜の直線性及び周期性を評価することができない。

【０１０２】このように、ＡＣ値を求める演算範囲は、
精度と処理速度とに影響する。従って、より効率的に再
現性よくＡＣ値を求めるために、演算範囲を最適に設定
しなければならない。

【０１０３】以下、表面の空間構造の周期性が悪いポリ
シリコン膜の表面画像、表面の空間構造の周期性が中程
度のポリシリコン膜の表面画像、表面の空間構造の周期
性が良いポリシリコン膜の表面画像をそれぞれ示し、こ
れらの特徴について考察しながら、ＡＣ値の最適な演算
範囲について説明をする。なお、以下、この最適な演算
範囲の説明するにあたり、エキシマレーザアニール時に
おけるレーザの走査方向に平行な方向をＸ方向、レーザ
の走査方向に直交する方向をＹ方向というものとする。

【０１０４】図１７（Ａ）に、表面の空間構造の周期性
が全体として悪いポリシリコン膜の表面画像を示し、図
１７（Ｂ）にこの画像を模式的に示したものを示す。表
面の空間構造の周期性が悪い場合、本来ＡＣ値は小さく
なるはずである。しかしながら、このように全体として
周期性が悪い場合であったとしても、周期性が良くなっ
ている部分が、Ｘ方向に対して発生する特徴がある。こ
の周期性が良くなっている部分は、Ｘ方向にある程度の
長さに亘り形成されている。そのため、もし、Ｘ方向の
演算範囲を、この周期性が良くなっている部分のより狭
い範囲に設定してしまうと、この周期性が良い部分の画
像のみを切り出してＡＣ値の演算を行ってしまう可能性
がある。すなわち、このような狭い範囲を設定して演算
をしてしまうと、本来ＡＣ値が小さくなるべき画像であ
るにもかかわらず、算出したＡＣ値が大きくなってしま
い、正確な値を得ることができない可能性がある。従っ
て、Ｘ方向に対する演算範囲は、周期性が悪いポリシリ
コン膜の表面画像に対して演算する場合に、この周期性
が良くなっている部分が演算範囲に含まれたとしても、
充分ＡＣ値が低くなるように定めなければならない。例
えば、Ｘ方向に対するＡＣ値の演算範囲を、周期性が良
くなっている部分の長さ（図２中Ｌ１の長さ）の２倍以
上とし、この周期性が良くなっている部分の影響を半減
させ、正確な値を得るようにするのがよい。

【０１０５】続いて、図１８（Ａ）に、表面の空間構造
の周期性が全体として中程度のポリシリコン膜の表面画
像を示し、図１８（Ｂ）にこの画像を模式的に示したも
のを示す。表面の空間構造の周期性が中程度の場合、本
来ＡＣ値は中程度の値となるはずである。しかしなが
ら、このように全体として周期性が中程度のポリシリコ
ン膜の表面空間構造は、周期性の良い部分と、周期性の
悪い部分とが交互に繰り返されて発生する特徴がある。
この周期性が良くなっている部分及び周期性が悪くなっ
ている部分は、Ｘ方向にある程度の長さに亘り形成され
ている。そのため、もし、Ｘ方向の演算範囲をこの周期
性が良くなっている部分より狭い範囲（或いは周期性が
悪くなっている部分より狭い範囲）に設定してしまう
と、この周期性が良い部分の画像のみ（或いは周期性が
悪い部分の画像のみ）を切り出して演算を行ってしまう
可能性がある。すなわち、このような狭い範囲を設定し
て演算をしてしまうと、本来ＡＣ値が中程度になるべき
画像であるにもかかわらず、算出したＡＣ値が極端に大
きくなってしまったり或いは極端に小さくなってしまっ
たりし、正確な値を得ることができない可能性がある。
従って、Ｘ方向に対する演算範囲は、Ｘ方向に対して周
期性の良い部分と周期性の悪い部分の繰り返しの１周期
分の長さ（図３中Ｌ２の長さ）以上とし、この周期性が
良くなっている部分及び悪くなっている部分の繰り返し
の影響を半減させ、正確な値を得るようにするのがよ
い。

【０１０６】図１９（Ａ）に、表面の空間構造の周期性
が全体として良いポリシリコン膜の表面画像を示し、図
１９（Ｂ）にこの画像を模式的に示したものを示す。表
面の空間構造の周期性が良い場合、本来ＡＣ値は大きく
なるはずである。しかしながら、このように全体として
周期性が良い場合であったとしても、周期性が悪くなっ
ている部分が、Ｘ方向に対して発生する特徴がある。こ
の周期性が悪くなっている部分は、Ｘ方向にある程度の
長さに亘り形成されている。そのため、もし、Ｘ方向の
演算範囲をこの周期性が悪くなっている部分より狭い範
囲に設定してしまうと、この周期性が悪い部分の画像の
みを切り出して演算を行ってしまう可能性がある。すな
わち、このような狭い範囲を設定して演算をしてしまう
と、本来ＡＣ値が大きくなるべき画像であるにもかかわ
らず、算出したＡＣ値が小さくなってしまい、正確な値
を得ることができない可能性がある。従って、Ｘ方向に
対する演算範囲は、周期性が良いポリシリコン膜の表面
画像に対して演算する場合に、この周期性が悪くなって
いる部分が演算範囲に含まれたとしても、充分ＡＣ値が
低くなるように定めなければならない。例えば、Ｘ方向
に対するＡＣ値の演算範囲を、周期性が悪くなっている
部分の長さ（図４中Ｌ３の長さ）の２倍以上とし、この
周期性が悪くなっている部分の影響を半減させ、正確な
値を得るようにするのがよい。

【０１０７】Ｘ方向に対する演算範囲は、以上の３つの
条件を満足するように設定すると、正確なＡＣ値を得る
ことができる。すなわち、表面の空間構造の周期性が全
体として悪いポリシリコン膜における周期性の良い部分
の２倍の範囲以上であること、表面の空間構造の周期性
が全体として中程度のポリシリコン膜における周期性の
良い部分と周期性の悪い部分の繰り返しの１周期分以上
であること、表面の空間構造の周期性が全体として良い
ポリシリコン膜における周期性の悪い部分の２倍の範囲
以上であること、を満足するように設定すると正確なＡ
Ｃ値を得ることができる。

【０１０８】一方、Ｙ方向に対する演算範囲は、最適な
エネルギー密度でレーザアニールをした際に形成される
複数の直線状の凸部の配列周期に対して、周期性を算出
しているわけであるので、自己相関を求めるためには、
図１９に示しているように、その２周期分以上の範囲が
必要となる。

【０１０９】なお、精度を高めるために演算範囲を広げ
る場合、Ｙ方向に演算範囲を広げるよりも、Ｘ方向に演
算範囲を広げる方が、精度が高くなる可能性が高い。こ
れは、Ｘ方向に演算範囲を広げれば、周期性が悪いポリ
シリコン膜に発生している周期性の良い部分の影響、周
期性が中程度のポリシリコン膜の周期性が良い部分と悪
い部分のＸ方向の繰り返しの影響、周期性が良いポリシ
リコン膜に発生している周期性の悪い部分の影響が、除
去されるためである。従って、演算範囲を設定する場合
には、Ｘ方向の長さが、Ｙ方向の長さ以上となっている
長方形の範囲とするのがよい。

【０１１０】また、上述したようにレーザアニールをし
た際に生じる複数の直線状の凸部の配列の周期は、０．
３μｍなので、Ｙ方向の演算範囲は０．６μｍ以上とす
るのが望ましい。また、経験上、全体として周期性が中
程度のポリシリコン膜の場合、Ｘ方向に対する周期性の
良い部分と周期性の悪い部分との繰り返し周期は、５μ
ｍであったので、Ｘ方向の演算範囲は５μｍ以上とする
のが望ましい。

【０１１１】（４） つぎに、再現性よくＡＣ値を算出
するためのポリシリコン膜評価装置２０の紫外光の光量
の制御について説明をする。

【０１１２】ポリシリコン膜評価装置２０では、紫外光
をポリシリコン膜の表面に照射し、その反射光をＣＣＤ
により撮像し、その撮像画像からＡＣ値を算出してい
る。

【０１１３】ここで、ＡＣ値は、ＣＣＤにより撮像され
た撮像画像に基づき算出されるので、その撮像画像の明
るさによって、ＡＣ値の値が変動してしまう場合があ
る。例えば、ＣＣＤへの露光量不足の場合や露光量がオ
ーバーした場合などは、その撮像画像自体のコントラス
トが少なくなり、凹凸の状態を認識できなくなるためで
ある。

【０１１４】図２０に、ＣＣＤへの紫外光の露光量に対
するＡＣ値の変動を示したグラフを示す。露光量（μＪ
／ｃｍ^２）は、ＣＣＤのシャッタが開いている時間
（ｓ）×照射光量（ｍＷ／ｃｍ^２）で表される。ここ
で、この図２０に示すように、ＡＣ値は、露光量がある
一定の範囲（図中Ｔ_１で示した範囲）にある場合、その
値が一定となっている。すなわち、露光量をこの一定の
範囲内とするように制御することによって、ＡＣ値が再
現性よく得られるように、ＣＣＤへの入射光量を制御す
ることができる。

【０１１５】そのため本実施の形態のポリシリコン膜評
価装置２０では、対物レンズからの紫外光の出射光量を
例えばフォトディテクタ等で検出して、ポリシリコン膜
への照射光量を検出する。そして、この照射光量とＣＣ
Ｄのシャッタスピードから露光量を算出し、ＣＣＤへの
入射光量をモニタする。そして、この入射光量をモニタ
リングしながら、例えば、紫外光レーザのパーワー、シ
ャッタスピード等をフィードバック制御して、露光量が
上記一定の範囲に入るようにコントロールする。

【０１１６】また、図２１に、撮像画像の画面の明るさ
に対するＡＣ値の変動を示したグラフを示す。撮像画像
の画面の明るさは、ここでは２５６階調で表している。
ここで、この図２１に示すように、ＡＣ値は、撮像画像
の明るさがある一定の範囲（図中Ｔ_２で示した範囲）に
ある場合、その値が一定となっている。すなわち、撮像
画像の明るさをこの一定の範囲内とするように制御する
ことによって、ＡＣ値が再現性よく得られるように、Ｃ
ＣＤへの入射光量を制御することができる。このように
上述したように露光量を検出するのではなく、撮像画像
の明るさを検出しても、ＣＣＤへの入射光量を制御する
ことが可能である。

【０１１７】そのため、本実施の形態のポリシリコン膜
評価装置２０では、撮像画像の画面の明るさを、ＣＰＵ
などで演算して、入射光量をモニタする。そして、この
入射光量をモニタリングしながら、例えば、紫外光レー
ザのパーワー、シャッタスピード等をフィードバック制
御して、露光量が上記一定の範囲に入るようにコントロ
ールする。

【０１１８】（５） 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。

【０１１９】ＡＣ値は、図２２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_５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_Ｔ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
Ｅ_Ｔ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Ｅ_Ｂ２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。

【０１２０】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２３に示すようになる。この図
２３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_５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Ｅ_Ｂ２
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。

【０１２１】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
３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。

【０１２２】（６） 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 _Ｌ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。

【０１２３】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２２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。

【０１２４】（７） 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。

【０１２５】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。

【０１２６】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２４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。

【０１２７】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。

【０１２８】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２５に示す。
この図２５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２５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。

【０１２９】（８） 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。

【０１３０】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２６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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】まず、図２７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。

【０１３４】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。

【０１３５】したがって、図２８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２９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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】すると、図３０や図３１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。

【０１３９】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３０及び図３１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３０及び図３１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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】

【発明の効果】本発明にかかるポリシリコンの評価方法
並びに薄膜トランジスタ製造システム及び方法では、レ
ーザアニール処理により生成したポリシリコン膜を紫外
光を用いた撮像部で撮像し、その撮像画像に基づきポリ
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。この評価の際に、撮像部に入射する上記反射
光の光量を検出し、検出された上記光量に応じて撮像部
に入射される反射光の光量を、所定の範囲内に制御す
る。

【０１４３】このことにより本発明では、低温多結晶化
プロセスで形成されたポリシリコン膜の表面の空間構造
を自己相関関数を用いて数値化して膜の状態を評価する
際に、撮像部に入射する紫外光を最適が最適に設定さ
れ、再現性よくポリシリコン膜の状態を評価することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボトムゲート型ＴＦＴの模式的な断面構成を説
明する図である。

【図２】ポリシリコン膜を形成したのちのボトムゲート
型ＴＦＴの断面構造を説明するための図である。

【図３】ポリシリコン膜のグレーンサイズと、エキシマ
レーザアニールで与えられるエネルギーとの関係を説明
するための図である。

【図４】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。

【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。

【図６】エキシマレーザアニールをする前の工程に、表
面酸化工程を設けたＴＦＴの製造プロセスを説明するた
めの図である。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】本発明の実施の形態のポリシリコン膜の評価装
置の構成図である。

【図１０】ポリシリコン膜の評価手順を説明するための
フローチャートである。

【図１１】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。

【図１２】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。

【図１３】ポリシリコン膜の他の評価手順を説明するた
めのフローチャートである。

【図１４】上記他の評価手順で評価した場合の周期性が
高い場合の自己相関画像を説明するための図である。

【図１５】上記他の評価手順で評価した場合の周期性が
低い場合の自己相関画像を説明するための図である。

【図１６】具体的な撮像画像に対する求められたＡＣ値
の特性を説明する図である。

【図１７】表面の空間構造の周期性が悪いポリシリコン
膜の表面画像を示す図、及びその模式的な構造を示す図
である。

【図１８】表面の空間構造の周期性が中程度のポリシリ
コン膜の表面画像を示す図、及び、その模式的な構成を
示す図である。

【図１９】表面の空間構造の周期性が良いポリシリコン
膜の表面画像を示す図、及びその模式的な構造を示す図
である。

【図２０】ＣＣＤへの紫外光の露光量に対するＡＣ値の
変動を示したグラフを示す。

【図２１】撮像画像の画面の明るさに対するＡＣ値の変
動を示したグラフを示す。

【図２２】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーに対
する自己相関値の特性を説明するための図である。

【図２３】ポリシリコン膜に与えられるエネルギーに対
するＡＣ値及びグレーンサイズの特性を説明するための
図である。

【図２４】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。

【図２５】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。

【図２６】紫外光レーザを用いた顕微鏡装置（ＤＵＶ）
で撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特性と、
ＳＥＭで撮像した画像に基づきＡＣ値を求めた場合の特
性とを比較して説明するための図である。

【図２７】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。

【図２８】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）。

【図２９】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）。

【図３０】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。

【図３１】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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ (72)発明者 田附 幸一 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） 2G051 AA51 AB20 BA05 BA10 BC01 CA04 DA07 EA12 EC03 EC07 5B057 AA03 BA02 CA12 CA16 CE20 DA03 DB02 DC36 5F052 AA02 BA07 BB07 CA04 DA02 EA16 JA01 5F110 AA24 CC08 DD02 EE04 FF02 FF03 FF09 GG02 GG13 GG25 GG47 HJ12 HL03 HL04 NN03 NN04 NN12 NN14 NN23 NN24 NN72 PP03 PP06 PP40

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にアモルファスシリコン膜を成膜
   し、成膜した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形成されたポリシリコン膜
   を評価するポリシリコン評価装置において、 上記ポリシリコン膜に対して集光した紫外光を照射し、
   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上記反射光を撮像する撮像
   部と、 上記撮像部により撮像された上記ポリシリコン膜の撮像
   画像の自己相関を算出して、このポリシリコン膜の表面
   空間構造の周期性を評価する評価手段と、 上記撮像部に入射する上記反射光の光量を検出する光量
   検出手段と、 上記光量検出手段により検出された上記光量に応じて、
   上記撮像部に入射される反射光の光量を、所定の範囲内
   に制御する制御手段とを備えることを特徴とするポリシ
   リコン評価装置。
2. 【請求項２】 上記光量検出手段は、上記ポリシリコン
   膜に対して集光した紫外光の照射パワーを検出し、この
   検出した照射パワーに上記撮像部の撮像時間とを乗算し
   て、上記撮像部に入射される反射光の光量を算出するこ
   とを特徴とする請求項１記載のポリシリコン評価装置。
3. 【請求項３】 上記光量検出手段は、上記撮像画像の明
   るさから上記撮像部に入射される反射光の光量を算出す
   ることを特徴とする請求項１記載のポリシリコン評価装
   置。
4. 【請求項４】 基板上にアモルファスシリコン膜を成膜
   し、成膜した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形成されたポリシリコン膜
   を評価するポリシリコン評価方法において、 上記ポリシリコン膜に対して集光した紫外光を照射し、
   その反射光を検出し、検出した上記反射光を撮像部で撮
   像し、 上記ポリシリコン膜の撮像画像の自己相関を算出して、
   このポリシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価し、 上記撮像部に入射する上記反射光の光量を検出し、検出
   された上記光量に応じて撮像部に入射される反射光の光
   量を、所定の範囲内に制御することを特徴とするポリシ
   リコン評価方法。
5. 【請求項５】 上記ポリシリコン膜に対して集光した紫
   外光の照射パワーを検出し、この検出した照射パワーに
   上記撮像部の撮像時間とを乗算して、上記撮像部に入射
   される反射光の光量を算出することを特徴とする請求項
   ４記載のポリシリコン評価方法。
6. 【請求項６】 上記撮像画像の明るさから上記撮像部に
   入射される反射光の光量を算出することを特徴とする請
   求項４記載のポリシリコン評価方法。
7. 【請求項７】 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、 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紫外光を照射し、
   その反射光を検出する光学系と、上記光学系により検出
   された上記反射光を撮像する撮像部と、上記撮像部によ
   り撮像された上記ポリシリコン膜の撮像画像の自己相関
   を算出して、このポリシリコン膜の表面空間構造の周期
   性を評価する評価手段と、上記撮像部に入射する上記反
   射光の光量を検出する光量検出手段と、上記光量検出手
   段により検出された上記光量に応じて、上記撮像部に入
   射される反射光の光量を、所定の範囲内に制御する制御
   手段とを有するポリシリコン検査装置とを備えることを
   特徴とする薄膜トランジスタ製造システム。
8. 【請求項８】 上記光量検出手段は、上記ポリシリコン
   膜に対して集光した紫外光の照射パワーを検出し、この
   検出した照射パワーに上記撮像部の撮像時間とを乗算し
   て、上記撮像部に入射される反射光の光量を算出するこ
   とを特徴とする請求項７記載の薄膜トランジスタ製造シ
   ステム。
9. 【請求項９】 上記光量検出手段は、上記撮像画像の明
   るさから上記撮像部に入射される反射光の光量を算出す
   ることを特徴とする請求項７記載の薄膜トランジスタ製
   造システム。
10. 【請求項１０】 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に対して集光した紫外光を照射し、
    その反射光を検出し、検出した上記反射光を撮像部で撮
    像し、 上記ポリシリコン膜の撮像画像の自己相関を算出して、
    このポリシリコン膜の表面空間構造の周期性を評価し、 上記撮像部に入射する上記反射光の光量を検出し、検出
    された上記光量に応じて撮像部に入射される反射光の光
    量を、所定の範囲内に制御することを特徴とする薄膜ト
    ランジスタ製造方法。
11. 【請求項１１】 上記ポリシリコン膜に対して集光した
    紫外光の照射パワーを検出し、この検出した照射パワー
    に上記撮像部の撮像時間とを乗算して、上記撮像部に入
    射される反射光の光量を算出することを特徴とする請求
    項１０記載の薄膜トランジスタ製造方法。
12. 【請求項１２】 上記撮像画像の明るさから上記撮像部
    に入射される反射光の光量を算出することを特徴とする
    請求項１０記載の薄膜トランジスタ製造方法。