JP2002289522A

JP2002289522A - ポリシリコン膜評価装置

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Publication number: JP2002289522A
Application number: JP2001360959A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Wada; 裕之和田; Koichi Tatsuki; 幸一田附; Nobuhiko Umetsu; 暢彦梅津; Eiji Isomura; 英二磯村; Tetsuo Abe; 哲夫阿部; Tadashi Hattori; 服部　　正; Akifumi Ooshima; 朗文大島; Makoto Uragaki; 誠浦垣; Yoshiyuki Noguchi; 良行野口; Hiroyuki Tamaoki; 洋之玉置
Original assignee: Sony Corp; Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Sony Corp; Sony Manufacturing Systems Corp
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2002-10-04
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: TW536622B; KR20020062586A; CN1215543C; KR100859357B1; CN1379459A; US6798498B2; JP4121735B2; US20020145733A1

Abstract

(57)【要約】【課題】形成したポリシリコン膜の状態を、客観的に、
非接触で、精度良く、自動的に評価することができるポ
リシリコン膜評価装置の提供を目的としている。【解決手段】アモルファスシリコン膜をアニール処理
することによって形成されたポリシリコン膜を評価する
ポリシリコン膜評価装置１である。ステージ上のポリシ
リコン膜が形成された基板Ｗに可視光を照射することに
よって基板Ｗ上のポリシリコン膜の表面画像を撮像して
オーフォーカスする可視光観察光学系４や紫外光の照射
による紫外光観察光学系６などを備える。そして、紫外
光観察光学系によって得られたポリシリコン膜の表面画
像からポリシリコン膜の膜表面の空間構造の直線性およ
び周期性を評価し、この直線性および周期性の評価結果
に基づき、ポリシリコン膜の状態を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コンに対してアニール処理をして生成したポリシリコン
膜の状態を評価するポリシリコン膜評価装置に関する。

【０００２】

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

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

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、低温多結晶
プロセスにおいて用いられるエキシマレーザアニール装
置は、その出力パワーが不安定であるため、形成される
ポリシリコンのグレーンサイズが大きく変動する。その
ため、エキシマレーザアニール装置を用いて形成された
ポリシリコン膜は、常に良好なグレーンサイズとはなら
ず、不良となる場合もある。

【０００５】そこで、一般に、このようなエキシマレー
ザアニール装置を用いてアニール処理を行なう場合に
は、ポリシリコン膜の多結晶化工程が終了した段階で、
その最表面に形成されているポリシリコン膜の結晶の状
態を全数検査したリ、あるいは、製品を無作為に抜き取
って結晶の状態を検査することにより、製造した製品が
この段階で不良品であるか否かを判断することが行なわ
れる。また、エキシマレーザアニール装置からポリシリ
コン膜に与えられたエネルギの情報を、エキシマレーザ
アニール装置にフィードバックして、最適なレーザパワ
ーの設定が行なわれる。

【０００６】しかしながら、ポリシリコン膜を評価する
には、従来、可視顕微鏡や走査型電子顕微鏡等を用いて
表面画像を撮像し、その表面画像を目視して結晶の状態
を判断するといった感覚的な方法しかなく、非接触で客
観的に判断することができなかった。また、このような
方法は、時間的、コスト的に非効率であり、インプロセ
スで用いることは困難であった。また、分光エリプソに
よる評価法もあるが、定量性に欠けるという問題もあっ
た。

【０００７】本発明は前記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、形成したポリシリコ
ン膜の状態を、客観的に、非接触で、精度良く、自動的
に評価することができるポリシリコン膜評価装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、アモルファスシリコン膜をアニール処理
することによって形成されたポリシリコン膜を評価する
ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形
成された基板が載置されるステージと、可視光を前記ス
テージ上の基板に照射することによって基板上のポリシ
リコン膜の表面画像を撮像してオーフォーカスする可視
光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射
することにより、前記可視光観察光学系を用いてオート
フォーカスされた基板のポリシリコン膜の表面画像を得
る紫外光観察光学系と、前記紫外光観察光学系によって
得られたポリシリコン膜の表面画像から、ポリシリコン
膜の膜表面の空間構造の直線性および周期性を評価し、
この直線性および周期性の評価結果に基づき、前記ポリ
シリコン膜の状態を評価する評価手段とを具備すること
を特徴とする。

【０００９】上記構成により、形成したポリシリコン膜
の状態を、客観的に、非接触で、精度良く、自動的に評
価することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の一実施形態について説明する。

【００１１】本発明の一実施形態に係るポリシリコン膜
評価装置は、例えば、ボトムゲート構造を有する薄膜ト
ランジスタ（ボトムゲート型ＴＦＴ）の製造工程中に形
成されるポリシリコン膜の検査に用いられる。なお、ボ
トムゲート型ＴＦＴは、例えばガラス基板上に、ゲート
電極、ゲート絶縁膜、ポリシリコン膜（チャネル層）が
下層から順に積層された薄膜トランジスタである。すな
わち、ボトムゲート型ＴＦＴは、チャネル層となるポリ
シリコン膜とガラス基板との間にゲート電極が形成され
たＴＦＴである。

【００１２】ところで、ポリシリコン膜の電界移動度を
決定する重要な要素は、ポリシリコンのグレーンサイズ
であるといわれている。そのグレーンサイズは、エキシ
マレーザアニール処理時においてポリシリコン膜に与え
られるエネルギに大きく依存する。そのため、エキシマ
レーザアニール処理時におけるレーザパワーの制御やそ
の安定化が、完成したボトムゲート型ＴＦＴの特性や歩
留まリに大きく影響することとなる。

【００１３】しかしながら、エキシマレーザアニール処
理において用いられるエキシマレーザアニール装置は、
出射するレーザパワーの出力変動が比較的大きい。その
ため、エキシマレーザアニール装置を用いてエキシマレ
ーザアニールを行なった場合、良好なグレーンサイズを
得られるエネルギーの許容範囲（ポリシリコン膜の製造
マージン）に対して、ポリシリコン膜に与えるエネルギ
の変動が大きくなってしまい、ポリシリコン膜を安定的
に製造することが難しい。

【００１４】したがって、同一の条件でエキシマレーザ
アニールを行なった場合でも、ポリシリコン膜のグレー
ンサイズが大きく変動し、例えばレーザパワーが大きく
なりすぎた場合には、シリコン結晶が微結晶化してしま
って、いわゆる線状不良となり、また、レーザパワーが
小さくなりすぎた場合には、十分大きなグレーンサイズ
が得られない、いわゆる書き込み不良になってしまう。

【００１５】さらに、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲー
ト電極がポリシリコン膜の下層に位置しているため、レ
ーザアニールを行なった場合における熱の逃げが、ガラ
ス基板上（ソース／ドレイン領域上）のポリシリコン膜
よリも、ゲート電極上のポリシリコン膜の方が高くな
る。そのため、エキシマレーザアニール装置から与えら
れるレーザパワーが同一であっても、ゲート電極上のポ
リシリコン膜と、ガラス基板上（ソース／ドレイン領城
上）のポリシリコン膜とで、上昇温度が異なることとな
り、その影響からグレーンサイズが双方で異なってしま
う。具体的には、レーザパワーが同一であった場合に
は、ポリシリコン膜上に形成されるグレーンサイズは、
ガラス基板上（ソース／ドレイン領域上）よりもゲート
電極上の方が小さくなってしまう。

【００１６】そのため、ボトムゲート型ＴＦＴでは、ゲ
ート電極上のボリシリコン膜およびガラス基板土のポリ
シリコン膜の双方がともに良好なグレーンサイズが得ら
れるエネルギを、エキシマレーザにより与えなければな
らないため、ポリシリコン膜の製造マージンが非常に狭
くなってしまう。

【００１７】しかしながら、前述したように、エキシマ
レーザアニール処理において用いられるエキシマレーザ
アニール装置は、出射するレーザパワーの出力変動が比
較的大きい。したがって、ゲート電極上のボリシリコン
膜およびガラス基板上のポリシリコン膜の双方がともに
良好なグレーンサイズを得るように、そのレーザパワー
を制御することは難しい。

【００１８】そこで、一般に、このようなエキシマレー
ザアニール装置を用いてアニール処理を行なう場合に
は、ポリシリコン膜の多結晶化工程が終了した段階で、
その最表面に形成されているポリシリコン膜の結晶の状
態を全数検査したリ、あるいは、製品を無作為に抜き取
って結晶の状態を検査することにより、製造した製品が
この段階で不良品であるか否かを判断したり、また、ポ
リシリコン膜に与えられたエネルギの情報をエキシマレ
ーザアニール装置ヘフィードバックして、レーザパワー
の設定が行なわれる。

【００１９】本実施形態のポリシリコン膜評価装置は、
このようなポリシリコン膜の多結晶化工程が終了した段
階で、形成したポリシリコン膜の評価を行ない、製造し
た製品がこの段階で不良品であるか否かを判断したり、
また、エキシマレーザアニール装置へ情報をフィードバ
ックしてレーザエネルギの設定を行なうために使用され
るものである。

【００２０】ここで、本実施形態に係るポリシリコン膜
評価装置を具体的に説明する前に、この評価装置による
ポリシリコン膜の評価原理について簡単に説明する。

【００２１】前述したように、製造した薄膜トランジス
タの移動度は、ポリシリコンのグレーンサイズが大きく
影響する。充分な移動度を得るためには、ポリシリコン
のグレーンサイズは大きい方が望ましい。

【００２２】ポリシリコン膜のグレーンサイズは、エキ
シマレーザアニールで与えられたエネルギに大きく依存
する。ポリシリコン膜のグレーンサイズは、図１７の
（ａ）に示されるように、与えられたエネルギが増大す
ると、それに伴い増大するが、ある所定のエネルギ（図
中Ｌの位置：この時のエネルギを許容最低エネルギＬと
する）以上になると、変化が少なくなり、安定化する。
さらにエネルギを増大させていくと、グレーンサイズの
変化が大きくなり、そして、ある閾値（図中Ｈの位置）
を境としてポリシリコンが微結晶粒となってしまう（こ
の時のエネルギを許容最高エネルギＨとする）。

【００２３】したがって、通常、エキシマレーザアニー
ルを行なう場合には、グレーンサイズが安定化し始める
許容最低エネルギＬから微結晶粒化する直前の許容最高
エネルギＨまでの範囲となるように、照射するレーザパ
ワーを制御することによって、充分な大きさのグレーン
サイズを得るようにする。そして、このような範囲のエ
ネルギを与えるレーザパワーのレーザ光をアモルファス
シリコン膜に照射することによって、完成した薄膜トラ
ンジスタの移動度を十分大きくすることが可能となる。

【００２４】次に、レーザパワーを最適値としてエキシ
マレーザアニールを行なった時のポリシリコン膜の膜表
面の画像と、最適値よりも少ないパワーとした時のポリ
シリコン膜の膜表面の画像と、最適値よリも大きいパワ
ーとした時のポリシリコン膜の膜表面の画像とを比較す
る。

【００２５】図１６に、それぞれの場合の画像を示す。
図１６の（ｃ）が最適値よリも少ないレーザパワーとし
た時のポリシリコン膜の膜表面の画像を示す図で、図１
６の（ｂ）が最適値のレーザパワーとした時のポリシリ
コン膜の膜表面の画像を示す図で、図１６の（ｃ）が最
適値よりも大きいレーザパワーとした時のポリシリコン
膜の膜表面の画像を示す図である。なお、この図１６に
示す各画像は、紫外線光を用いた顕微鏡装置によリ撮像
した画像であるが、この顕微鏡装置についての詳細は後
述する。

【００２６】図１６において、エキシマレーザアニール
のレーザの走査方向は、図中Ｘ方向となっている。な
お、アモルファスシリコン膜には、照射面が線状とされ
たレーザビームが照射され、その走査方向は、レーザビ
ームの照射面形状の長手方向に直交する方向である。

【００２７】ここで、エキシマレーザアニール時におけ
るレーザパワーを最適値とした時の図１６の（ｂ）の画
像と、それ以外の図１６の（ａ）および図１６の（ｃ）
に示す画像とを比較すると、以下のような特徴が現れて
いる。

【００２８】まず、レーザパワーを最適値とした時のポ
リシリコン膜の表面画像（図１６の（ｂ））は、レーザ
パワーが最適とされていないポリシリコン膜の表面画像
（図１６の（ａ）および図１６の（ｃ））と比較して、
直線性が現れた画像となっている。具体的には、レーザ
の走査方向（図１６中のＸ方向）に対して、直線性が現
れた画像となっている。すなわち、レーザパワーを最適
値とした時のポリシリコン膜の表面は、その空間構造に
直線性が現れる規則的な形状となる特徴がある。

【００２９】また、レーザパワーを最適値とした時のポ
リシリコン膜の表面画像（図１６の（ｂ））は、レーザ
パワーが最適とされていないポリシリコン膜の表面画像
（図１６の（ａ）および図１６の（ｃ））と比較して、
周期性が現れた画像となっている。具体的には、レーザ
の走査方向と直交する方向（図１６中のＹ方向）に、周
期性が現れた画像となっている。すなわち、レーザパワ
ーを最適値とした時のポリシリコン膜の表面は、その空
間構造に周期性が現れる規則的な形状となる特徴があ
る。光学的には、この周期構造を光学顕微鏡で観察する
ために、光源の紫外線の波長がこの周期において光学系
の対物レンズのＮＡを乗じた値よりも短い波長であるこ
とが必要とされる。

【００３０】したがって、本実施形態に係るポリシリコ
ン膜評価装置では、以上のような特徴を利用して、ポリ
シリコン膜の状態を評価して検査する。すなわち、本実
施形態のポリシリコン膜評価装置では、エキシマレーザ
アニールを行なった後のポリシリコン膜の表面画像を数
値解析して、ポリシリコン膜の表面空間構造に直線性が
現れているか、あるいは、ポリシリコン膜の表面空間構
造に周期性が現れているか、あるいは、ポリシリコン膜
の表面空間構造に直線性および周期性が現れているかを
評価し、ボトムゲート型ＴＦＴのポリシリコン膜の状態
を検査する。

【００３１】具体的には、ポリシリコン膜の表面画像か
ら自己相関を用いて周期性を数値化した値（ＡＣ値）を
求め、ポリシリコン膜の表面空間構造の直線性および周
期性を評価して、ポリシリコン膜の状態の評価を行な
う。

【００３２】評価の処理手順は、まず、ポリシリコン膜
の表面の画像取り込み処理を行ない、続いて、取り込ん
だ画像から自己相関関数の計算を行なう。続いて、画像
座標上の（０，０）を含む整列方向と垂直な面の切り出
しを行なう。続いて、切り出した面における自己相関関
数のピーク値とサイドピーク値とを算出し、このピーク
値とサイドピーク値との比をとって、ＡＣ値を求める。
続いて、このＡＣ値に基づき、ポリシリコン膜の評価を
行なう。

【００３３】ＡＣ値は、図１７の（ｂ）に示されるよう
に、エキシマレーザアニールによリポリシリコン膜に与
えられるエネルギが、あるエネルギＥ_Ｂ１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
ネルギに対してピーク特性を有している。

【００３４】このようなＡＣ値のピーク特性を、図１７
（ａ）で示したボリシリコン膜のグレーンサイズの変化
の特性に重ね合わせてみると、図１７の（ｃ）に示すよ
うになる。この図１７の（ｃ）に示すように、ＡＣ値の
ピーク特性を示すグラフの最大値が、ポリシリコン膜の
グレーンサイズが適正となるエネルギ範囲内に入ること
が分かる。さらに、ＡＣ値が比例的に上昇を開始するエ
ネルギＥ_Ｂ１が、ポリシリコン膜に与えてグレーンサイ
ズが適正となる許容最低エネルギＬよリも低くなる。ま
た、ＡＣ値の比例的な減少が停止して最低値となったと
きのエネルギ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である許容最大エネルギＨと
一致する。

【００３５】したがって、このようなピーク特性を有す
るＡＣ値からポリシリコン膜のグレーンサイズが良好な
ものであるかどうかを評価する場合には、ＡＣ値が図１
７の（ｃ）中太線で示した範囲の値に入っているかどう
かを判断すればよいこととなる。

【００３６】このような特性を有するＡＣ値を評価し
て、ポリシリコン膜が良品であるか否かの検査を行なう
場合には、例えば、検査対象となる基板のＡＣ値が、許
容最低エネルギＬを与えたときに求められるＡＣ_Ｌを閾
値として、この閾値よりも大きければ良品であると判断
することにより検査が可能である。また、検査した基板
のＡＣ値が、この閾値ＡＣ_Ｌよりも低い傷合であって
も、なんらかの特性を観察することにより、ＡＣ値が最
大となるエネルギＥ_Ｔよりも高いエネルギを与えている
ことが分かれば、良品であると判断が可能である。

【００３７】また、このような特性を有するＡＣ値を評
価して、エキシマレーザアニール装置から出射されるレ
ーザパワーを最適に設定する場合には、例えば、エキシ
マレーザのレーザパワーを変動させながら、複数個の基
板に対してレーザアニール処理を行なう。そして、各レ
ーザパワーに対応させたＡＣ値の特性図を描き、具体的
には、図１７の（ｂ）に示すような特性図を描き、この
特性図から最適なレーザパワーを求めればよい。

【００３８】続いて、前述した評価原理を用いてポリシ
リコン膜の状態を評価して検査するポリシリコン膜評価
装置の構成について、以下、詳細に説明する。

【００３９】本実施形態に係るポリシリコン膜評価装置
は、波長２６６ｎｍの紫外光レーザを用いた顕微鏡装置
によってボトムゲート型ＴＦＴの製造基板（アモルファ
スシリコン膜にエキシマレーザアニールを行なうことに
よってポリシリコン膜が形成された直後の状態の基板）
を撮像し、撮像した画像に基づいて、形成されたポリシ
リコン膜の状態を評価する。

【００４０】図３には、本実施形態に係るポリシリコン
膜評価装置の要部構成が模式的に示されている。図示の
ように、ポリシリコン膜評価装置は、基板Ｗが載置され
る可動ステージ２５と、紫外線固体レーザ光源１０Ａ
と、高感度低雑音の紫外光用ＣＣＤカメラ６と、光ファ
イバプローブ８０と、ダイクロイックミラー１９と、複
数の対物レンズを備えたレボルバ４２と、制御装置５１
とを備えている。なお、制御装置５１は、画像処理用コ
ンピュータ５１Ａと制御用コンピュータ５１Ｂとから成
る。

【００４１】光ファイバプローブ８０は、紫外線レーザ
光の導波路であり、紫外線固体レーザ光源１０Ａから出
射された紫外光レーザを、ＵＶ照明部１０Ｂに導いてい
る。ＵＶ照明部１０Ｂを出た紫外線レーザは偏向ビーム
スプリッタ２１及び１／４波長板１４の後、ダイクロイ
ックミラー１９に導かれる。

【００４２】ダイクロイックミラー１９は、紫外線固体
レーザ光源１０Ａからの紫外線レーザ光を反射して、こ
のレーザ光をレボルバ４１の１つの対物レンズを介して
可動ステージ２５上の基板Ｗに照射するとともに、基板
Ｗから反射された反射光を透過して紫外光用ＣＣＤカメ
ラ６に入射させる。すなわち、ダイクロイックミラー１
９は、紫外線固体レーザ光源１０Ａ等の照射光の光学系
の光路と、ＣＣＤカメラ６への反射光の光学系の光路と
を分離するためのレーザ光分離器である。

【００４３】また、レボルバ４２に設けられた複数の対
物レンズは、基板Ｗからの反射光を拡大して検出するた
めの光学素子である。これらの対物レンズは、例えば、
ＮＡが０．９で、波長２６６ｎｍで収差補正がされたも
のである。また、これらの対物レンズは、ダイクロイッ
クミラー１９と可動ステージ２５との間に配置されてい
る。

【００４４】制御用コンピュータ５１Ｂは、紫外線固体
レーザ光源１０Ａのレーザ光の点灯制御や、可動ステー
ジ２５の移動位置の制御、あるいは、使用する対物レン
ズを切換えるためにレボルバ４２を回動させる切換制御
等を行なう。一方、画像処理用コンピュータ５１Ａは、
ＣＣＤカメラ６に設けられているＣＣＤイメージセンサ
により撮像した基板Ｗの画像を取り込んで解析し、基板
Ｗ上に形成されているポリシリコン膜の状態の評価を行
なう。

【００４５】以上のような構成のポリシリコン評価装置
によれば、紫外線固体レーザ光源１０Ａから出射された
紫外光レーザは、光ファイバプローブ８０とダイクロイ
ックミラー１９とレボルバ４２の対物レンズとを介し
て、基板Ｗに照射される。基板Ｗに照射された紫外光レ
ーザはこの基板Ｗの表面で反射され、その反射光は、レ
ボルバ４２の対物レンズとダイクロイックミラー１９と
を介して、ＣＣＤカメラ６に入射する。そして、ＣＣＤ
カメラ６は、その入射した反射光をＣＣＤイメージセン
サにより撮像し、撮像して得られたポリシリコン膜の表
面画像情報を画像処理用コンピュータ５１Ａに供給す
る。そして、画像処理用コンピュータ５１Ａは、後述す
るように、取り込まれたポリシリコン膜画像の情報に基
づいて、ポリシリコン膜の状態を評価する。そして、そ
の評価結果に基づいて、ポリシリコン膜を生成するため
のエキシマレーザアニール時におけるレーザパワーの設
定値を求めたり、また、その基板Ｗ上に形成されたポリ
シリコン膜が良品であるか或いは不良品であるかの判別
を行なう。

【００４６】次に、図１および図２を参照しながら、本
実施形態に係るポリシリコン膜評価装置の構成を更に詳
細に説明する。

【００４７】図１および図２に示されるように、本実施
形態に係るポリシリコン膜評価装置１は、紫外光を供給
する光学系以外に、可視光を供給する光学系を有してい
る。これは、紫外光用の対物レンズが一般的にオートフ
ォーカスに用いられる可視レーザ光の波長領域に対し色
収差をもちオートフォーカスを行なうことが困難である
ためである。具体的には、装置１は、可視光照明部８と
紫外光照明部１０とを備えるとともに、レボルバ４２に
可視用対物レンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとを
有している。そして、可視光によってオートフォーカス
を行なった後、レボルバ４２を回転させて対物レンズの
使用を可視用対物レンズ４０ａから紫外用対物レンズ４
０ｂに切換え、その状態で、紫外光を用いたポリシリコ
ン膜の撮像を行なう。可視光学系を有することにより可
視光による顕微観察も可能となる。

【００４８】なお、本実施形態におけるオートフォーカ
ス方式としては、例えば、ナイフエッジ法、非点収差
法、離軸法などの光学検出方式や、画像そのもののコン
トラストを検出してフォーカスをかける画像処理検出方
式（コントラスト検出方式）を採用することができる。
また、前記画像処理検出方式としては、コントラストの
最大および最小を使用してフォーカスを行なう変調度法
や、コントラストの標準偏差を使用してフォーカスを行
なう標準偏差法がある。また、光ではなく、近づいた物
体同士の静電容量の違いでフォーカスをかける静電容量
検出方式を採用しても良い。

【００４９】図２に詳しく示されるように、可視光によ
ってオートフォーカスを行なう可視光観察光学系は、高
信頼性ハロゲンランプから成るファイバ光源８５と、可
視光照明部８と、ファイバ光源８５からの可視光を可視
光照明部８に供給するライトガイド８６と、オートフォ
ーカスユニット１２と、結像レンズ１８と、可視光用Ｃ
ＣＤカメラ４と、ＣＣＤカメラ４によって撮像された像
に基づいてオートフォーカスユニット１２を制御するオ
ートフォーカスコントローラ８４とを備えており、公知
の形態でオートフォーカスを行なう。

【００５０】一方、紫外光を用いたポリシリコン膜の撮
像を行なう紫外光観察光学系は、紫外線固体レーザ光源
（ＵＶ光源部）１０Ａと、紫外光照明部（ＵＶ照明部）
１０Ｂと、紫外光結像部（ＵＶ結像部）７０とを備えて
いる。

【００５１】紫外線固体レーザ光源１０Ａは、紫外線固
体レーザユニット６０と、ＮＤ部６１とから成る。紫外
線固体レーザユニット６０は、波長２６６ｎｍの紫外光
レーザ光源であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ４倍波全固体
レーザが用いられる。なお、この紫外線レーザ光源とし
ては、近年、波長１５７ｎｍ程度のものも開発されてお
り、このようなものを光源として用いても良い。

【００５２】また、ＮＤ部６１は、ＵＶレンズ６３と、
紫外線固体レーザユニット６０からの紫外光をＵＶレン
ズに向けて反射するＵＶミラー６６と、紫外線固体レー
ザユニット６０とＵＶミラー６６との間の光路中に設け
られたＵＶシャッタ６７と、ＵＶレンズ６３とＵＶミラ
ー６６との間の光路中に設けられ且つ紫外光観察時の明
るさを調整するための可変式ＮＤフィルタ６４とを有し
ている。この場合、ＵＶシャッタ６７はプランジャアッ
センブリ６８により公知の形態で作動される。また、可
変式ＮＤフィルタ６４もステッピングモータ６５により
公知の形態で作動される（開口率の調整）。

【００５３】また、紫外光照明部１０Ｂは、紫外線固体
レーザ光源１０Ａからの紫外光を受ける拡散板７４と、
開口絞り７５と、視野絞り７６とを有している。拡散板
７４は、ＤＣブラシレスモータ７７により公知の形態で
作動される。また、開口絞り７５もステッピングモータ
７８により公知の形態で作動される。

【００５４】なお、紫外線固体レーザ光源１０Ａからの
紫外光は、紫外線固体レーザ光源１０ＡのＮＤ部６１の
カップリング６２と紫外光照明部１０Ｂのカップリング
７３とを連結するファイバ８０によって、紫外光照明部
１０Ｂに伝達される。

【００５５】紫外光結像部（ＵＶ結像部）７０は、紫外
光用ＣＣＤカメラ６と、倍率レンズ系７２とを有してい
る。倍率レンズ系７２は、例えば４００倍用レンズと１
００倍用レンズとを有しており、ステッピングモータ７
１によってレンズの切換えが行なわれるようになってい
る。ＣＣＤカメラ６は、紫外光に対して高感度化された
カメラであり、内部に撮像素子としてＣＣＤイメージセ
ンサを備え、このＣＣＤイメージセンサにより基板Ｗの
表面を撮像する。また、ＣＣＤカメラ６は、本体を冷却
することにより、ＣＣＤイメージセンサ等で発生する熱
雑音、読み出し雑音、回路雑音等を抑圧している。

【００５６】なお、図１および図２中、１６は紫外光用
の結像レンズであり、２１はビームスプリッタであり、
１４はビームスプリッタ２１とダイクロイックミラー１
９との間の光路中に設けられた波長板であり、２２はス
テージ２５上の基板Ｗを突き上げるためにステージ２５
上に昇降可能に設けられたピンであり、２３はステージ
２５上における基板Ｗの位置決め状態を検知する基準検
出センサである。また、８３は、対物レンズの使用を可
視用対物レンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとの間
で切換えるために、リボルバ４２を回転させるレボルバ
コントローラである。また、基板Ｗは、例えば６００ｍ
ｍ×７２０ｍｍの矩形の大型液晶基板であり、図示しな
い待機位置に枚葉式に搬送されてここで待機されるとと
もに、ロボットアーム３８によって１枚ずつステージ２
５上へとロードされる。

【００５７】また、可動ステージ２５は、被検査物とな
るポリシリコン膜が成膜された基板Ｗを支持するととも
に、この基板Ｗを所定の検査位置へと移動させる機能を
備えている。具体的には、可動ステージ２５は、Ｘ軸方
向にステージ２５を移動させるためのＸステージ２６
と、Ｙ軸方向にステージ２５を移動させるためのＹステ
ージ２８と、Ｚ軸方向にステージ２５を移動させるため
のＺステージ１５とによって動作可能に支持されてい
る。すなわち、可動ステージ２５は、Ｘステージ２６と
Ｙステージ２８とにより基板Ｗを互いに直交する方向に
移動させて、基板Ｗを所定の検査位置に位置決めする。
また、可動ステージ２５は、Ｚステージ１５によってそ
の高さが調整され、フォーカス動作に寄与する。また、
ＸＹＺステージ１５，２６，２８は定盤３０上に固定的
にセットされている。また、定盤３０は、例えば空気バ
ネから成るダンパ（除振装置）３２を介して、架台３４
に取り付けられている。

【００５８】また、前述した可視光観察光学系および紫
外光観察光学系は、そのメンテナンスが容易となるよう
に、互いに一体を成す１つのユニットとして構成され、
装置本体２に着脱自在に搭載されている。その状態が図
４に明確に示されている。図４に示されるように、装置
１は、可視光観察光学系および紫外光観察光学系を備え
た光学部分１１０と、ステージ２５およびその駆動系１
５，２６，２８を備えた装置本体２としてのメカ部分１
１２とから成り、メカ部分１１２に光学部分１１０が着
脱自在に搭載された構造を成している。すなわち、装置
１は、上部に光学系が配置され、下部にＸＹＺ動作機構
が配置された構造となっている。このような構造を成し
ていれば、別の場所で光学系の組立（アライメント等）
を行なうことができるとともに、光学系を装置本体２
（メカ部分１１２）に組み込む際には、単に機械的な精
度によって光学部分１１０をメカ部分１１２に取り付け
れば済む。また、光学系のその後のメンテナンスも、光
学部分１１０をメカ部分１１２から取り外すだけで良い
ため、作業効率が良くなる。

【００５９】図１に示されるように、装置本体２内を強
制排気するため、装置本体２には排気管３６が接続され
ている。また、装置本体２は、検査領域に隣接して、制
御タワーを有している。この制御タワーには、操作ディ
スク９２と、画像表示モニタ４１と、操作パネル（タッ
チディスプレイ）４７と、ＸＹＺステージ１５，２６，
２８を操作するジョイスティック４５と、制御装置５１
とが設けられている。操作ディスク上には、操作用のキ
ーボード４９が設置されている。

【００６０】また、ジョイスティック４５は、装置本体
２に形成された掘り込み部４３内に位置して外部に突出
しないようになっている。すなわち、図７に拡大して示
されるように、ジョイスティック４５は、装置本体面か
ら突出しないように、板金曲げ等によって装置本体２に
形成された掘り込み部４３内にレイアウトされている。
比較のため、従来のジョイスティックのレイアウトを図
８の（ａ）および（ｂ）に示す。図示のように、従来の
ジョイスティックＰ，Ｑは、操作ディスク上に突出した
状態でレイアウトされている。そのため、不慮の接触に
よる誤作動が生じたり、操作ディスクのスペースがジョ
イスティックＰ，Ｑによって占有されるといった欠点が
ある。これに対し、本実施形態では、図７に示されるよ
うにレイアウトされているため、ジョイスティック４５
に接触することによる誤作動を防止できるとともに、省
スペース化が図れ、また、ジョイスティック４５を輸送
時に取り外して別途梱包するといった手間が不要となる
ため、輸送工数の削減を図ることができる。また、本実
施形態では、掘り込み部４３の底面が傾斜されているた
め、ジョイスティック４５の操作性が良好となる。な
お、このような掘り込み部４３を利用したレイアウト
は、ＸＹＺステージを操作するジョイスティック４５に
限らず、ジョグダイアル、トラックボール、タッチパッ
ト、キーボードなどにも適用できる。

【００６１】また、本実施形態では、定盤３０を架台３
４に接続するダンパ３２が外部振動等によって揺れ動い
た際に、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキングディスタ
ンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）とが互いに衝突
して損傷することを防止する第１の衝突防止手段が設け
られている。この第１の衝突防止手段は、基板ＷのＺ方
向の移動を光学的に検知して規制するものである。すな
わち、この第１の衝突防止手段は、図１および図４に示
されるように、ステージ２５のＺ方向の移動経路の上限
位置を挟み込むように対向する２つのセンサ部間でレー
ザ光を流す基板浮きセンサ２０を有している。そして、
第１の衝突防止手段は、このセンサ２０のレーザ光にス
テージ２５が引っ掛かる（ステージ２５がＺ方向の上限
位置に達したことをレーザ光によって検知する）と、Ｚ
ステージ１５の駆動を強制的に停止させ、あるいは、警
報を発する。

【００６２】また、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキン
グディスタンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）との
干渉に関連して、本実施形態では、Ｚステージ１５の上
限位置をＸＹステージ２６，２８におけるＸＹ座標の関
数としている。すなわち、Ｚステージ１５の上限位置を
ＸＹ平面上の位置に応じて（ＸＹ平面の平面度に応じ
て）変化させている。具体的には、ソフト的なＺ方向の
リミット停止位置の設定値がＸＹステージ２６，２８の
座標位置によって自動的に切り換わるようになってお
り、そのため、予め測定されたステージ２５の上面のう
ねり具合に応じて、前記設定値をマッピングしている。
ステージ２５の運動性能の再現性は、安価なメカニカル
ガイドを用いたものでも０．０１ｍｍ以下であることか
ら、この機能により、リミット位置の設定マージンを確
保することが可能になる。これに対し、従来では、基板
Ｗと対物レンズとが接触することを避けるため、接触直
前位置に近接動作を停止させるリミットスイッチがハー
ド的またはソフト的に設けられているが、観察する基板
Ｗの大きさが大きくなるにしたがって、これが載置され
るステージ２５の載置面のＸＹ全領域の平行平面度が悪
くなると、ＮＡが大きくワーキングディスタンス（Ｗ
Ｄ）が小さい高倍率対物レンズ４０ｂを使用した顕微鏡
観察では、設定できる範囲が極めて小さくなる。例えば
ＷＤ＝０．２ｍｍ、平行平面度＝０．１ｍｍの事例で
は、殆ど余裕をとることができない。したがって、この
場合には、平行平面度を厳しくした高価なＸＹステージ
が必要となる。しかしながら、本実施形態のように、Ｚ
ステージ１５の上限位置をＸＹステージ２６，２８にお
けるＸＹ座標の関数として、Ｚステージ１５のリミット
停止位置を設定すれば、このような問題がなくなる。

【００６３】また、基板Ｗと対物レンズ（特にワーキン
グディスタンスが微小な紫外用対物レンズ４０ｂ）との
干渉に関連して、本実施形態では、更に、以下のような
対策が講じられている。すなわち、本実施形態のように
レボルバ４２にＷＤが異なる複数の対物レンズ４０ａ，
４０ｂを設けると、図１０に示されるように、ＷＤが大
きい可視用対物レンズ４０ａ（例えばＬ＝２ｍｍ〜、焦
点距離ｈ）で焦点を近方Ｚ２（図中Ｚ１は遠方）に合わ
せた状態で、レボルバ４２を回動させて対物レンズの使
用を切換えた際に、ＷＤが小さい紫外用対物レンズ４０
ｂ（例えばＬがほぼ０．１ｍｍ、焦点距離Ｈ（＝ｈ））
が基板Ｗと衝突する虞がある。そのため、本実施形態で
は、図９に示されるように、紫外用対物レンズ４０ｂの
ＷＤが意図的にδだけ大きく設定されている。図９の
（ａ）は可視用対物レンズ４０ａで焦点を近方Ｚ２に合
わせた状態を、また、図９の（ｂ）は可視用対物レンズ
４０ａで焦点を遠方Ｚ１に合わせた状態をそれぞれ示し
ているが、ＷＤの大きい可視用対物レンズ４０ａが基板
Ｗに近付いても、距離δだけの余裕があるため、紫外用
対物レンズ４０ｂと基板Ｗとの衝突を避けることができ
る。

【００６４】また、本実施形態のように定盤３０と架台
３４とをダンパ３２によって接続した構成では、ダンパ
３２が外部振動等によって揺れ動いた際に、ステージ２
５が振動して、ロボットアーム３８によって搬送される
基板Ｗとステージ２５とが衝突する虞がある。そのた
め、本実施形態では、このような危険性を回避するため
に、第２の衝突防止手段が設けられている。この第２の
衝突防止手段は、図４に明確に示されるように、架台３
４に固定された例えばエアシリンダ１００を有してい
る。このエアシリンダ１００の伸縮ロッド１００ａは、
定盤３０に接続されている。また、定盤３０と架台３４
との間にはストッパ１０２が設けられている。

【００６５】このような第２の衝突防止手段の使用形態
が図１２に示されている。まず、ロボットアーム３８
によって基板Ｗをステージ２５上にロードする場合（ア
ンロードする場合も同様）には、空気バネからなるダン
パ３２の空気を抜き、ダンパ３２の上側に位置する定盤
３０をエアシリンダ１００によって下方に引張る。これ
により、定盤３０の下面がストッパ１０２に当接し、定
盤３０の位置が固定される。そして、この固定位置が図
示しない検知手段によって検知されると、ロボットアー
ム３８がステージ２５上に基板Ｗをロードする（あるい
は、アーム３８により基板Ｗがステージ２５上からアン
ロードされる）。ステージ２５上に基板Ｗが載置された
後は、ダンパ３２に再びエアーを送り込んでダンパ機構
を働かせる。すなわち、ステージ２５は、ステージ２５
の振動を防止するダンパ（除振手段）３２を介して架台
３４に取り付けられ、ダンパ３２による除振作用が働く
第１の状態と、架台３４側に固定されて除振作用が働か
ない第２の状態との間で切換え可能となっている。この
ような第２の衝突防止手段を施さないと、図１３に示さ
れるように、ステージ２５に対する基板Ｗの受け渡し時
にダンパ３２が振動して、アーム３８上の基板Ｗがステ
ージ２５と衝突する危険がある。

【００６６】このように、第２の衝突防止手段によれ
ば、ダンパ３２の振動を抑制でき、安全な基板Ｗの受け
渡しを行なうことができる。また、通常の空気バネの空
気を開放しただけでは、定盤３０がストッパ１０２に当
たるまでの時間が長くなるが、本実施形態のようにシリ
ンダ１００を用いて定盤３０を積極的に引張れば、タク
ト時間を短縮することができ、結果的に作業効率をアッ
プさせることができる。

【００６７】また、本実施形態では、図１，２，４，５
に明確に示されているように、可視光観察光学系の光軸
と紫外光観察光学系の光軸が同軸となっており、これに
より、可視光観察光学系に装備されたオートフォーカス
機能を用いて紫外光観察時の焦点合わせを容易に行なう
ことができるようになっている。すなわち、本実施形態
では、レボルバ４２を用いて同じ焦点上で可視用対物レ
ンズ４０ａと紫外用対物レンズ４０ｂとの交換を行なう
ことができるようになっており、その結果、可視光観察
光学系にてオートフォーカスを行ない、その後、レボル
バ４２の切換え操作を行なうだけで、紫外光観察光学系
の焦点合わせを容易に行なうことができる。これに対
し、従来のように、可視または赤外域のレーザ光を用い
た反射アクティブ型のオートフォーカスでは、これを紫
外光観察光学系に適用しようとすると、紫外用対物レン
ズ４０ｂの持つ色収差により適切な性能が得られない。
なお、この場合、紫外〜可視域まで色収差を補正したレ
ンズを用いることも可能であるが、このようなレンズは
非常に高価であり、また、製造上用いられる接着剤の影
響により紫外光照射による劣化が問題となる。劣化問題
にならない程度の色消し対物レンズが使えれば高価では
あるが可視部と紫外部の光学系を各々独立に構成でき
る。オートフォーカス機構も各々独立に持つ。紫外部の
対物レンズは１つのみであるためレボルバー機構は可視
部のみとなる。その結果、紫外部は対物レンズをピエゾ
アクチュエータで駆動できるようになる。Ｚの微調を下
の台で行なう場合と比べピエゾで対物レンズを駆動する
方式は慣性モーメントが小さくなりオートフォーカスの
タクトタイムを速くできるようになる。

【００６８】また、本実施形態では、図５に示されるよ
うに、ＡＦ光波長を取り除くフィルタ２７が可視光用Ｃ
ＣＤ４と結像レンズ１８との間に抜き差し自在に設けら
れている。この場合、フィルタ２７の抜き差し動作はフ
ィルタ移動機構２３によって行なわれる。具体的には、
フォーカスをかける時にはフィルタ２７をかけ（フィル
タ２７を光路中に位置させ）、画像を見る時にはフィル
タ２７を光路中から取り除くようにする。このように、
フォーカス動作後にフィルタ２７を取り除いて静止観察
すれば、フルカラーの画像観察が得られる。これに対
し、従来のように、可視光域の波長の光（例えば６６０
ｎｍ赤）を用いた反射アクティブ型のオートフォーカス
を行なうと、照明光によるフォーカス精度への影響を抑
えるため、フォーカス光の波長をカットするフィルタを
観察照明用の光軸上に挿入する必要がある。この場合、
照明光の赤成分がカットされるため、観察画像は青味掛
かった画像となり、フルカラーの観察を行なうことがで
きなくなる。

【００６９】なお、本実施形態においては、フィルタ２
７として、駆動系を持たない液晶可変フィルタを使用す
ることも可能である。また、図５に示されるように、紫
外光用ＣＣＤ６とビームスプリッタ２１との間の光路中
に色フィルタ５０を挿入しても良い。

【００７０】また、本実施形態では、レボルバ４２に５
つの対物レンズを取り付けることができるようになって
いる。しかし、レボルバ４２の５つのレンズ取付け部の
うち、４つのレンズ取付け部だけに対物レンズがセッテ
ィングされている。具体的には、２つの可視用対物レン
ズ４０ａと２つの紫外用対物レンズ４０ｂがレボルバ４
２にセッティングされている。また、本実施形態では、
基板Ｗに照射される照明光の光量をモニタして調整する
光量制御機構が設けられている。この光量制御機構は、
図６に明確に示されるように、対物レンズに入射する照
明光を反射する反射ミラー１２３と、反射ミラー１２３
によって反射された光をビームスプリッタ２１の反射作
用によって受けるＣＣＤ１２５と、ＣＣＤ１２５によっ
て撮像された画像に基づいて例えば照明光学系を構成す
る光源の電気素子（例えば可変抵抗）１２７の抵抗値を
変化させて所定の照射量となるように照明光を調整する
照射量制御部１２９とからなる。この場合、反射ミラー
１２３は、対物レンズが取り付けられていないレボルバ
４２の残る１つの空いたレンズ取付け部１２１にセッテ
ィングされている。

【００７１】また、本実施形態では、非常に焦点深度が
浅い光学系（紫外用対物レンズ４０ｂ）を使用している
ため、紫外用ＣＣＤカメラ６によってベストフォーカス
の画像を得るために、ベストフォーカス近傍のフォーカ
スが異なる複数の画像を取り込んで評価する必要があ
る。そのため、装置１は、処理時間を短縮するために、
できるだけ少ない画像でベストフォーカス画像を発見す
る学習機能を有している。被検査物（基板Ｗ）が前工程
において同一ロットでバッチ処理されている場合、同一
ロット内パターンの傾向が近似するため、このような学
習機能は有効である。以下、前記学習機能の具体的な学
習手順について説明する。まず、同一個所、同一領域の
グレー値の分布から標準偏差値を算出する。異なるデフ
ォーカスの画像を複数取り込んだ時、標準偏差の最も大
きな画像が最もコントラストが高く、自己相関係数値
（ＡＣ値）が最も高くなることが実験によりわかってい
る。本実施形態のポリシリコン膜評価装置１は、高精度
にＷＤを設定できる構造を有しており、検査開始ＷＤか
ら定量刻みで同方向へＷＤをステージ２５の上下方向で
変化させてデータを得る。得られたデータの標準偏差の
グラフが図１１の（ａ）に示されている。このデータか
らピーク位置の画像をベストフォーカス画像として以後
の解析に用いる。

【００７２】図１１の（ａ）のグラフで、横軸がＺ方向
での各デフォーカス位置を表わし、縦軸が標準偏差、す
なわちコントラストを表わす。目的とする最高標準偏差
値の前後の測定はピーク値を求めるための予備検査であ
るが、この予備検査はできるだけ少ない方が測定効率上
ベターである。このピーク値をＰとしてこれを求める最
短路アルゴリズムが前記学習機能と称するものである。

【００７３】測定スタート位置、ＷＤの走査幅、走査総
回数、ピークを決定する条件は、決定の４要素である。
まず、手動作業によってピークの位置を得る。この時
は、回数は不問として、初回のピークを抽出する。２回
目以降については、ピークを中心とした前後Ｎ回とその
ためのスタート位置から測定を開始して、標準偏差を計
算する。この結果、以下の４通りの状態が発生する。

【００７４】ａ．ピークが得られたケースｂ．右上がりでピークがないケース（図１１の（ｂ）参
照）ｃ．左上がりでピークがないケースｄ．複数のピークが現われたケース（図１１の（ｃ）参
照）フォーカス走査の回数をＮとすると、先のケースでピー
クが得られた場合、そのピークが何番目で得られたかを
計算し、次は全走査幅の中央にピークがくるようにスタ
ート位置を変えてフォーカス走査する。同時に走査回数
も大幅に減らして走査する。

【００７５】右上がりでピークがないケースの場合（図
１１の（ｂ）参照）には、１／２Ｎ幅だけスタートを右
にシフトしてフォーカス走査する。一方、左上がりでピ
ークがないケースの場合には、１／２Ｎ幅だけスタート
を左にシフトしてフォーカス走査する。複数ピークが現
われたケース（図１１の（ｃ）参照）では、標準偏差の
大きい側のピークを、また、ピークを検出しても隣接ポ
イントからの標準偏差の変化が規定値以上であることを
条件に、場合によっては２番目、３番目のピークの探査
に走査を進める。また、以上のアルゴリズムで必ず成功
する訳ではないため、リトライの回数に制限をかけてお
く。このようなアルゴリズムでその都度シーケンスを変
化させながら測定を継続していくと、全体の効率を高め
ることができる。

【００７６】このように、焦点合わせは装置１で自動的
に行なわれるが、実際には、手動でフォーカスを行ない
たい場合や、実際に装置１がフォーカスを正確に行なっ
ているかどうかを確認したい場合がある。そのため、本
実施形態では、強度分布をモニタ４１上に表示できるよ
うになっている。具体的には、図１４に示されるよう
に、破線で示される位置の走査線上の輝度をグラフにし
てポリシリコン膜の表面画像上にスーパインポーズす
る。これらのグラフを見て、例えばエッジＳ（図１４の
（ｂ）参照）の角度が一番急になる点を決めておけば、
再現性良く焦点合わせを行なうことができる。

【００７７】また、輝度を更に１回微分したものを更に
重ねて表示しても良い。その表示形態の例が図１５に示
されている。図中、Ｆは輝度であり、Ｆ’は輝度変化の
割合である。この場合、最大Ｈを合焦点と見なしても良
い。

【００７８】以上説明したように、本実施形態のポリシ
リコン膜評価装置１は、様々な新規な機構を備えている
ため、これらの機構を駆使して、形成したポリシリコン
膜の状態を、客観的に、非接触で、精度良く、自動的に
評価することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリシリ
コン膜評価装置によれば、形成したポリシリコン膜の状
態を、客観的に、非接触で、精度良く、自動的に評価す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るポリシリコン膜評価
装置を概略的に示す斜視図である。

【図２】図１のポリシリコン膜評価装置の光学系の詳細
構成を示すブロック図である。

【図３】図１のポリシリコン膜評価装置の要部を模式的
に示した図である。

【図４】図１のポリシリコン膜評価装置全体を模式的に
示した図である。

【図５】図１のポリシリコン膜評価装置の光学系を概略
的に示す図である。

【図６】照明光量を制御する制御機構を示す概略図であ
る。

【図７】図１のポリシリコン膜評価装置のジョイスティ
ックのレイアウトを示す拡大斜視図である。

【図８】従来のジョイスティックのレイアウト例を示す
拡大斜視図である。

【図９】紫外用対物レンズのＷＤを意図的に大きく設定
して対物レンズと基板との干渉を防止する手段を模式的
に示す図である。

【図１０】図９に対応する従来の形態を示す模式図であ
る。

【図１１】検査開始ＷＤから定量刻みで同方向へＷＤを
ステージの上下方向で変化させて得られたデータのコン
トラストのグラフである。

【図１２】ステージにロードされる基板とステージとの
干渉を防止する衝突防止手段の概念図である。

【図１３】図１２に対応する従来の形態を示す概念図で
ある。

【図１４】ポリシリコン膜の表面画像上に輝度をスーパ
インポーズした図である。

【図１５】図１４の画面上に輝度変化の割合を重ねあわ
せた図である。

【図１６】レーザパワーを最適値としてエキシマレーザ
アニールを行なった時のポリシリコン膜の膜表面の画像
と、最適値よりも少ないパワーとした時のポリシリコン
膜の膜表面の画像と、最適値よりも大きいパワーとした
時のポリシリコン膜の膜表面の画像とを説明するための
図である。

【図１７】（ａ）はポリシリコン膜のグレーンサイズと
エキシマレーザアニールで与えられるエネルギとの関係
を説明するための図、（ｂ）はポリシリコン膜に与えら
れるエネルギに対する自己相関値の特性を説明するため
の図、（ｃ）はポリシリコン膜に与えられるエネルギに
対するＡＣ値およびグレーンサイズの特性を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１…ポリシリコン膜評価装置４…可視光用ＣＣＤカメラ６…紫外光用ＣＣＤカメラ８…可視光照明部１０…紫外光照明部１２…オートフォーカスユニット２５…可動ステージ４０ａ…可視用対物レンズ４０ｂ…紫外用対物レンズＷ…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田裕之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (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 (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 (72)発明者磯村英二東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者阿部哲夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者服部正東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者大島朗文東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者浦垣誠鹿児島県国分市野口北５番１号ソニー国分株式会社内 (72)発明者野口良行東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者玉置洋之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者江部正孝東京都品川区西五反田３丁目９番17号東洋ビルソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社内 (72)発明者石黒朋宏東京都品川区西五反田３丁目９番17号東洋ビルソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社内 (72)発明者加藤康行東京都品川区西五反田３丁目９番17号東洋ビルソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB16 DD13 EE02 FF03 GG01 HH02 HH03 JJ07 JJ11 JJ17 JJ20 JJ22 KK04 MM01 MM02 2H088 FA11 FA30 HA08 MA20 2H092 KA04 MA30 MA55 NA30 4M106 AA10 BA07 CB30 DH12 DH60 DJ02 DJ04 DJ05 5F052 AA02 BB07 DA02 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アモルファスシリコン膜をアニール処理
することによって形成されたポリシリコン膜を評価する
ポリシリコン膜評価装置において、ポリシリコン膜が形成された基板が載置されるステージ
と、可視光を前記ステージ上の基板に照射することによって
基板上のポリシリコン膜の表面画像を撮像してオートフ
ォーカスする可視光観察光学系と、紫外光を前記ステージ上の基板に照射することにより、
前記可視光観察光学系を用いてオートフォーカスされた
基板のポリシリコン膜の表面画像を得る紫外光観察光学
系と、前記紫外光観察光学系によって得られたポリシリコン膜
の表面画像から、ポリシリコン膜の膜表面の空間構造の
直線性および周期性を評価し、この直線性および周期性
の評価結果に基づき、前記ポリシリコン膜の状態を評価
する評価手段と、を具備することを特徴とするポリシリコン膜評価装置。
【請求項２】紫外光の波長が、前記ポリシリコン膜の
評価周期に前記光学系における観察用対物レンズのＮＡ
を乗じた値より短い波長であることを特徴とする請求項
１に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項３】前記ステージは、ステージの振動を防止
する除振手段を介して架台に取り付けられ、除振手段に
よる除振作用が働く第１の状態と、架台に対して固定さ
れて除振作用が働かない第２の状態との間で切換え可能
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
のポリシリコン膜評価装置。
【請求項４】前記可視光観察光学系と前記紫外光観察
光学系は、互いに一体を成す１つのユニットとして構成
されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
いずれか１項に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項５】前記ユニットは、ステージが配置された
装置本体の上部に着脱自在に搭載されていることを特徴
とする請求項４に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項６】前記可視光観察光学系の可視用対物レン
ズと前記紫外光観察光学系の紫外用対物レンズとが一体
で搭載された回転可能なレボルバを備え、前記レボルバの回転動作によって、可視用対物レンズと
紫外用対物レンズの使用状態が切換えられることを特徴
とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の
ポリシリコン膜評価装置。
【請求項７】可視光観察光学系および前記紫外光観察
光学系の少なくとも一方の照明光量を制御する光量制御
手段を備え、前記光量制御手段は、照明光量をモニタするために照明
光を反射する反射ミラーを有し、前記反射ミラーは、前記レボルバの空き領域に設けられ
ていることを特徴とする請求項６に記載のポリシリコン
膜評価装置。
【請求項８】前記ステージは、互いに直交する３つの
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って移動可能であり、前記ステージのＺ軸方向の上限位置は、ステージのＸＹ
平面の平滑度に応じたＸＹ座標の関数として設定されて
いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれ
か１項に記載のポリシリコン膜評価装置。
【請求項９】前記評価手段は、フォーカスが異なる複
数のポリシリコン膜表面画像を前記紫外光観察光学系を
介して取り込んで、最良のフォーカス画像を取得すると
ともに、評価回数を重ねる毎に少ない取り込み画像数で
最良のフォーカス画像を得る学習機能を有していること
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載のポリシリコン膜評価装置。