JP2004179190A

JP2004179190A - 結晶性膜の検査装置および検査方法

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Publication number: JP2004179190A
Application number: JP2002339982A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ueda; 泰広上田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】装置の構造を簡単化するとともに、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる結晶性膜の検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】短波長での撮像画像３２の濃度値に基づいて、撮像画像３２Ａを、その濃度値で結晶膜領域３０と第１領域３４とに分離し、長波長での撮像画像３３の濃度値に基づいて、撮像画像３３Ａを、その濃度値で異物欠陥領域３１と第２領域３５とに分離する。画像３２Ａと画像３３Ａとの論理積をとることで、異物欠陥領域３１を検出する。異物欠陥領域３１の検出画像３６と、画像３２Ａとの差分をとることで、非晶質膜領域２９だけを検出する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性膜の検査装置および検査方法に関し、特に非晶質シリコンおよび多結晶シリコンが混在する基板において、基板に含まれる異物および異物欠陥を検出する場合に用いられる結晶性膜の検査装置および検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高解像度の要望が強い液晶表示素子およびイメージセンサーなどにおいては、駆動方式として、たとえばガラスなどの絶縁基板の一表面部に高性能な半導体素子を形成したアクティブマトリックス形の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ
ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。前記ＴＦＴには、薄膜状のシリコン半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のシリコン半導体は、非晶質シリコンつまりアモルファスシリコンから成る非晶質シリコン半導体と、結晶性を有するシリコンから成る結晶性シリコン半導体との２つに大別される。
【０００３】
非晶質シリコン半導体は、成膜温度が比較的低く、気相成長法によって比較的容易に製造することが可能であり、量産性に富むといった特徴を有するので、最も一般的に用いられている。しかし非晶質シリコン半導体は、結晶性シリコン半導体に比べて導電性などの物性が劣るので、高速特性を得るために結晶性シリコン半導体から成るＴＦＴの製造技術の確立が強く求められている。
【０００４】
結晶性を有するシリコンを作製する技術として、基板の一表面部に、プラズマＣＶＤ（プラズマＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または減圧熱化学気相成長法などによって、アモルファスシリコン薄膜が形成され、このアモルファスシリコン薄膜に金属触媒を塗布し、固相成長結晶化工程を施した後、レーザアニール結晶化工程を経て、連続結晶粒界を有する結晶性シリコン半導体膜（以後、単に結晶膜と呼ぶ場合もある）が形成される技術（たとえば、特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
固相成長結晶化工程後、基板の一表面部の結晶化状態を管理する技術も実用化されている。たとえば多結晶膜すなわち多結晶シリコンと非晶質シリコンとの光の透過強度の違いに基づいて、これら多結晶シリコンと非晶質シリコンとを分離および検出する技術が公知である。
【０００６】
透明な物体中の微小異物または物体表面部に付着した微小異物を検査する技術（たとえば、特許文献２参照）も提案されている。前記技術においては、ハロゲンランプなどの光源で、透明な物体に光を照射し、その反射光をカラーＣＣＤカメラ（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）で撮像する。得られたカラー画像を画像処理するとともに、異物の赤成分強度、緑成分強度、青成分強度を求める。これらのデータを、対象となる異物の分光反射特性を強調するように決定した各強度の係数を用いて組み合わせる。この組み合わせ値の値を、予め実験によって求めた基準値と比較し、微小異物の材質を検出するようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−６９９６８号公報
【特許文献２】
特開平９−２５７７１７号公報（第５−６頁、第５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載の従来技術では、固相成長結晶化工程における結晶化が不十分な場合、基板の一表面部のうち、非晶質シリコンのまま残留する領域は大きくなる。反対に、固相成長結晶化工程における結晶化が行過ぎた場合、基板の一表面部のうち、非晶質シリコンのまま残留する領域が小さくなる。固相成長結晶化工程では、結晶化されたいわゆるポリシリコンに対して、ある程度の面積比の非晶質シリコンを残しておくことが望ましい。これは、固相成長結晶化工程で、ある程度の面積比の非晶質シリコンを残しておき、その後のレーザアニール結晶化工程によって得られる結晶膜を用いて作製された薄膜トランジスタの方が電子移動度が高く、トランジスタがオンするときの電圧であるしきい電圧が小さいためである。したがって前述のように固相成長結晶化工程における結晶化が不十分な場合および結晶化が進行し過ぎた場合には、不良基板として扱わねばならない。
【０００９】
透過強度の違いに基づいて、多結晶シリコンと非晶質シリコンとを分離および検出する従来技術では、基板の一表面部に異物がある場合、または異物欠陥がある場合、異物の大部分は、可視光の全波長域において透過強度が低いので、異物および異物欠陥も非晶質シリコンとして誤検出されてしまう。
【００１０】
前記特許文献２に記載の従来技術では、物体の光反射特性を利用しているので、反射率の小さな検出物には適さない。仮に反射光を透過光に代用したとしても、異物の種類を分別すること自体不可能となる。非晶質シリコンおよび多結晶シリコンが混在する基板において、基板の一表面部の多結晶シリコンと非晶質シリコンとの面積比および分布状況を検出する場合、反射光よりも透過光を用いた撮像結果の方がコントラスト比が高いので、少なくとも多結晶シリコンと非晶質シリコンとの面積比および分布状況を検出する場合には、透過光を用いる必要がある。
【００１１】
透過光を用いた撮像結果に基づいて多結晶シリコンと非晶質シリコンとを分離および検出し、その後、反射光を用いた別の撮像手段および別の照射手段によって、非晶質シリコンと、異物または異物欠陥とを分別する必要がある。このように、多結晶シリコンと非晶質シリコンと異物とを分離および検出するために、複数の撮像手段と複数の照射手段が必要になる。それ故、検査装置が大形化し、前記分離および検出するための制御系が複雑化する。
【００１２】
したがって本発明の目的は、装置の構造を簡単化するとともに、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる結晶性膜の検査装置および検査方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射する照射手段と、
結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像する撮像手段と、
撮像手段を用いて撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する検出手段とを有することを特徴とする結晶性膜の検査装置である。
【００１４】
本発明に従えば、照射手段によって、結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射したうえで、この結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像手段を用いて撮像する。検出手段は、撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。このように、同一の照射手段および同一の撮像手段を用いて撮像された画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。換言すれば、たとえば複数の撮像手段および複数の照射手段を用いることなく、前記３つの領域を確実にかつ簡単に検出することができる。したがって、検査装置の構造を簡単化することができるとともに、前記結晶性膜のうちの非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる。
【００１５】
また本発明は、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射する照射手段と、
結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像する撮像手段と、
撮像手段を用いて撮像された短波長の光での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離し、撮像手段を用いて撮像された長波長の光での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する領域分離手段と、
領域分離手段によって分離された結晶膜領域と第１および第２領域と異物欠陥領域とを用いて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する検出手段とを有することを特徴とする結晶性膜の検査装置である。
【００１６】
本発明に従えば、照射手段によって、結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射したうえで、この結晶性膜を撮像手段を用いて撮像する。領域分離手段は、撮像手段を用いて撮像された短波長での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離する。また領域分離手段は、撮像された長波長での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する。検出手段は、領域分離手段によって分離されたこれら結晶膜領域と第１および第２領域と異物欠陥領域とを用いて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。
【００１７】
このように、同一の照射手段および同一の撮像手段を用いて撮像された画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。換言すれば、たとえば複数の撮像手段および複数の照射手段を用いることなく、前記３つの領域を確実にかつ簡単に検出することができる。したがって、検査装置の構造を簡単化することができるとともに、前記結晶性膜のうちの非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる。
【００１８】
また本発明は、照射手段は、白色照明であることを特徴とする。
本発明に従えば、少なくとも短波長および長波長の光を照射することができる照射手段を、白色照明によって簡単に実現することができる。
【００１９】
また本発明は、撮像手段は、光学顕微鏡を有することを特徴とする。
本発明に従えば、撮像手段は光学顕微鏡を有するので、光学顕微鏡によって高い空間分解能を実現することができ、結晶性膜を所望の拡大倍率で詳細に検査することが可能となる。
【００２０】
また本発明は、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射しつつ前記結晶性膜を撮像する第１の工程と、
撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する第２の工程とを有することを特徴とする結晶性膜の検査方法である。
【００２１】
本発明に従えば、第１の工程において、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在された結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射しつつ前記結晶性膜を撮像する。第２の工程において、撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。このように上述した第１の工程以外に、結晶性膜に光を照射して撮像する工程を用いることなく、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。したがって結晶性膜の検査方法を簡単化したうえで、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実に検出することができる。さらに非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを分離および検出するための制御系を簡単化することができる。
【００２２】
また本発明は、前記第２の工程は、
撮像された短波長の光での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離する短波長画像分離段階と、
撮像された長波長の光での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する長波長画像分離段階と、
短波長画像分離段階で分離された短波長画像と、長波長画像分離段階で分離された長波長画像との論理積をとることで異物欠陥領域だけを検出する段階と、
前記段階で検出された異物欠陥領域の検出画像と、短波長画像分離段階で分離された短波長画像との差分をとることで非晶質膜領域だけを検出する段階と、
を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、短波長画像分離段階において、撮像された短波長の光での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離する。長波長画像分離段階において、撮像された長波長の光での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する。その後、短波長画像分離段階で分離された短波長画像と、長波長画像分離段階で分離された長波長画像との論理積をとることで、異物欠陥領域だけを検出する。検出された前記異物欠陥領域の検出画像と、短波長画像分離段階で分離された画像との差分をとることで、非晶質膜領域だけを検出する。
【００２４】
このように、特に、短波長画像分離段階で分離された短波長画像と、長波長画像分離段階で分離された長波長画像との論理積をとることで、異物欠陥領域だけを検出することが可能となる。しかも検出された前記異物欠陥領域の検出画像と、短波長画像分離段階で分離された画像との差分をとることで、非晶質膜領域だけを検出することが可能となる。すなわち、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを分離および検出する結晶性膜の検査方法を実現することができる。
【００２５】
また本発明は、短波長の光での短波長画像として、原画像のうちの青色成分画像を用い、長波長での光での長波長画像として、原画像のうちの赤色成分画像を用いることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、短波長の光での短波長画像として、原画像のうちの青色成分画像を用いることで、結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離することを実現することができる。長波長の透過光での長波長画像として、原画像のうちの赤色成分画像を用いることで、異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離することを実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る結晶性膜１の検査装置２の構成を示す模式図であり、図２は、基板４に形成された結晶性膜１と検査装置２との関係を部分的に示す斜視図である。本実施形態は、たとえばアクティブマトリックス形の薄膜トランジスタなどを製造する場合に、固相成長結晶化工程後に得られる結晶性膜を検査する検査装置に適用される。以下の説明は、結晶性膜１の検査方法および結晶性膜１の作製方法についての説明をも含む。非晶質シリコン半導体膜（以後、単に非晶質膜と呼ぶ場合がある）を作製した後、この非晶質膜を、固相成長結晶化工程によって部分的に結晶化させて結晶性膜１を作製するものとする。
【００２８】
図３は、基板４を厚み方向に拡大して示す断面図であって、基板４の一表面部に、結晶性膜を形成した後、結晶膜を形成する工程を段階的に示す断面図である。図３（ａ）に示される基板４は、電気絶縁材料であるたとえばガラスなどから成る厚み方向から見てたとえば長方形の平板状基材５の一表面部５ａに、非晶質膜である非晶質シリコン層６が形成されて構成される。平板状基材５の板厚は、たとえば約０．７ｍｍに形成されている。非晶質シリコン層６は、たとえばプラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＬＰＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ：ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成され、たとえば約１０００オングストローム（Å）以上１５００Å以下程度の膜厚を有する。
【００２９】
次に図３（ｂ）に示すように、非晶質シリコン層６の一表面部６ａに、たとえば酸化液が塗布され、この酸化液の働きによって酸化膜７が形成される。酸化膜７の一表面部７ａに図示外の結晶化促進液が塗布され、その後図３（ｃ）に示すように、酸化膜７の一表面部７ａに、金属触媒を塗布するためのたとえば回転塗布装置によって触媒堆積層８が形成される。触媒堆積層８が形成された図３（ｃ）に示される基板４は、固相成長結晶化工程において、非晶質シリコン層６の結晶化が始まる温度、たとえば約５５０℃以上で加熱されて非晶質シリコン層６の結晶化が進行する。非晶質シリコン層６の結晶化がある程度進行した固相成長結晶化工程後に、結晶性膜１を、後述する検査装置２によって検査する。その後、エキシマレーザアニール結晶化工程において、エキシマレーザアニール装置を用いて、非晶質シリコン層６に対しレーザ光Ｒａを照射する。その結果、非晶質シリコン層６は一度溶融し、冷却固化過程を経て多結晶化する。つまり基板４の一表面部に結晶膜が形成される。
【００３０】
固相成長結晶化工程直後に結晶性膜１を検査する検査装置２は、ｘｙステージ３と、ｘｙステージ駆動機構９（図４参照）と、ｚ軸駆動用モータ１０と、撮像手段としてのカラーＣＣＤカメラ１１（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）および光学顕微鏡１２と、照射手段としての白色照明１３と、領域分離手段および検出手段としての制御装置１４と、ディスプレイ１５と、キーボード１６およびマウス１７（図４参照）とを有する。ｘｙステージ３は、基板４を吸着支持するステージであって、略長方形状のステージ３の長手方向に沿ったｘ方向と、吸着支持された基板４の厚み方向およびｘ方向に直交するｙ方向とに移動可能に構成されている。このｘｙステージ３は、ベースフレーム１８に対しｘおよびｙ方向に移動可能に支持されている。
【００３１】
ｘｙステージ駆動機構９は、カラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２と、白色照明１３とに対し、結晶性膜１の任意の一部分を検査対象位置に選択的に移動する機構である。このｘｙステージ駆動機構９は、ｘｙステージ３をｘ方向に移動駆動可能な駆動源を有する図示外のｘ方向駆動機構と、ｘｙステージ３をｙ方向に移動駆動可能な駆動源を有する図示外のｙ方向駆動機構とを有する。ｚ軸駆動用モータ１０は、ｘｙステージ３を、カラーＣＣＤカメラ１１に対し矢符ｚにて示す基板４の厚み方向に移動するつまりフォーカシング調整する機能を有する。
【００３２】
カラーＣＣＤカメラ１１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）色から成るＲＧＢ画像つまりカラー画像で撮像対象を撮像可能に構成されている。前記カラー画像は、カラー原画像とも呼ばれる。このカラーＣＣＤカメラ１１は、基板４の厚み方向一方に支持され、このカラーＣＣＤカメラ１１の撮像部に光学顕微鏡１２が取付けられている。したがってカラーＣＣＤカメラ１１は、基板４に形成された結晶性膜１を光学顕微鏡１２を介して撮像可能に配置して設けられている。光学顕微鏡１２は対物レンズ１２ａを有し、このカラーＣＣＤカメラ１１は、光学顕微鏡１２を介してたとえば約１２８μｍ×１２８μｍの矩形状の領域を撮像可能に構成されている。このように撮像手段は、カラーＣＣＤカメラ１１と、空間分解能の高い光学顕微鏡１２とを有するので、結晶性膜１を所望の拡大倍率でもって詳細に検査することが可能となる。
【００３３】
白色照明１３はたとえばハロゲンランプから成る。この白色照明１３は、ベースフレーム１８に一体に設けられ、かつ、カラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２の略光軸方向に沿って、基板４の厚み方向他方に配設つまり配置して設けられている。この白色照明１３は、たとえば約４００ｎｍ以上約７００ｎｍ以下の波長成分を有する白色光を、照射対象に照射可能に構成されている。照射対象である基板４の結晶性膜１に、基板４の厚み方向一方に向けて前記白色光を照射して透過させたうえで、この透過光をカラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２を用いて撮像するように構成されている。また白色照明１３には、照射状態と非照射状態とを手動切換えするための切替スイッチ１３ａと、照度を設定するための図示外のボリュームが付設されている。
【００３４】
図４は、検査装置２の制御系のブロック図である。制御装置１４は、中央演算処理装置２０（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）とロム２１（ＲＯＭ：ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）とラム２２（ＲＡＭ：ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とから成るマイクロコンピュータと、バス２３と、入出力インタフェース２４と、駆動回路２５，２６，２７とを有する。中央演算処理装置２０とロム２１とラム２２とは、バス２３を介して入出力インタフェース２４に電気的に接続されている。入出力インタフェース２４には、入力手段であるキーボード１６およびマウス１７がそれぞれ電気的に接続されている。
【００３５】
入出力インタフェース２４には、駆動回路２５，２６，２７を介してｘｙステージ駆動機構９、Ｚ軸駆動用モータ１０、ディスプレイ１５がそれぞれ電気的に接続されている。ロム２１には、撮像された前記ＲＧＢ画像から、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する後述の検出プログラムが格納されている。前記検出プログラムは中央演算処理装置２０にて実行される。ラム２２には、非晶質膜領域の面積の基準値が予め設定されて記録されている。ラム２２には、後述する非晶質塊の大きさの基準値が予め定められて記録されている。画像ボード２８は図示外のビデオラムを備え、このビデオラムは、カラーＣＣＤカメラ１１で撮像されたＲＧＢ画像をＲＧＢ信号として書換え可能に記録する。撮像画像は、画像ボード２８、入出力インタフェース２４、駆動回路２７を介してディスプレイ１５に常時出力される。
【００３６】
図５は、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを検出する工程を模式的に示す図である。図６は、非晶質膜および結晶膜の波長に対する透過特性を示す図表である。前記検出プログラムは、撮像された短波長の透過光での撮像画像３２の濃度値に基づいて、二値化された撮像画像３２Ａを、その濃度値で結晶膜領域３０と前記結晶膜領域３０以外の第１領域３４とに分離する。また前記検出プログラムは、撮像された長波長の透過光での撮像画像３３の濃度値に基づいて、二値化された撮像画像３３Ａを、その濃度値で異物欠陥領域３１と前記異物欠陥領域３１以外の第２領域３５とに分離する。これら分離された結晶膜領域３０と第１および第２領域３４，３５と異物欠陥領域３１とを用いて、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを検出する。
【００３７】
撮像された短波長の透過光での撮像画像３２として、カラー原画像のうちの青色成分画像を用いている。ここで青色成分画像とは、青色の波長成分の光学像を光電変換して得られた画像である。青色成分画像は単に青色画像とも呼ばれる。撮像された長波長の透過光での撮像画像３３として、カラー原画像のうちの赤色成分画像を用いている。ここで赤色成分画像とは、赤色の波長成分の光学像を光電変換して得られた画像である。赤色成分画像は単に赤色画像とも呼ばれる。本実施形態において、前記短波長とは、たとえば約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長と同義であり、前記長波長とは、たとえば約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長と同義である。
【００３８】
非晶質膜と結晶膜とは、波長に対する透過特性が異なる。上述したように、たとえば約４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長成分を有する白色光を、基板４全体に向けて照射して透過させ、透過光をカラーＣＣＤカメラ１１を用いて撮像すると、カラーＣＣＤカメラ１１が受光する透過光の光量は、基板４における結晶化状態によって異なる。カラーＣＣＤカメラ１１の撮像領域内に、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０とが混在している場合には、撮像画像には透過率すなわち濃度値の違いで反映される。白色光のうち、約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下付近部において、結晶膜の光の透過率と非晶質膜の光の透過率との間に大きな差がある。したがって赤，緑，青色画像のうち、青色画像において、非晶質膜領域２９の濃度値は低く、結晶膜領域３０の濃度値は高い。このような特性を用いて、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０とを分離して検出する。
【００３９】
図６に示すように、波長約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下付近部における非晶質膜の透過率は、波長約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下付近部における非晶質膜の透過率よりも低く、波長約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下付近部における結晶膜の透過率は、波長約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下付近部における結晶膜の透過率より高い。したがって約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下付近部における波長構成と、約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下付近部における波長構成とが、同じ程度であり、かつ、カラーＣＣＤカメラ１１の受光感度がこれらの波長領域において同じ程度の場合、赤色画像における平均濃度値は、青色画像における結晶膜の濃度値と、非晶質膜の濃度値との中間値に略等しくなる。
【００４０】
また約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下付近部において、結晶膜の透過率と非晶質膜の透過率との差は小さい。つまり赤色画像においては、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０とのコントラスト差は小さくなる。また前記異物欠陥領域３１は、可視光域の全波長域において透過率が低く、短波長の透過光での撮像画像３２および長波長の透過光での撮像画像３３の濃度値はそれぞれ低くなる。
【００４１】
以上のことから、図５に示すように、短波長の透過光での撮像画像３２においては、非晶質膜領域２９および異物欠陥領域３１の濃度値よりも高く、結晶膜領域３０の濃度値よりも低い濃度値を、二値化しきい値として二値画像３２Ａを得る。前記二値画像３２Ａを、撮像画像３２Ａまたは短波長画像３２Ａと呼ぶ場合もある。これによって短波長の透過光での撮像画像３２Ａを、その画像領域において結晶膜領域３０と、前記結晶膜領域３０以外の第１領域３４とに分離することが可能である。長波長の透過光での撮像画像３３においては、異物欠陥領域３１の濃度値よりも高く、非晶質膜領域２９の濃度値よりも低い濃度値を、二値化しきい値として二値画像３３Ａを得る。前記二値画像３３Ａを、撮像画像３３Ａまたは長波長画像３３Ａと呼ぶ場合もある。長波長の透過光での撮像画像３３における非晶質膜領域２９の濃度値は、結晶膜領域３０の濃度値と略同等になる（図６の長波長での透過率が略同等なため）。これによって長波長の透過光での撮像画像３３Ａを、その画像領域において異物欠陥領域３１と、前記異物欠陥領域３１以外の第２領域３５とに分離することが可能である。
【００４２】
前記短波長の透過光での撮像画像３２における二値画像３２Ａと、長波長の透過光での撮像画像３３における二値画像３３Ａとの論理積をとることで、異物欠陥領域３１だけを二値画像３６として検出することができる。前記二値画像３６を、異物検出二値画像３６と呼ぶ場合もある。さらに短波長の透過光での撮像画像３２における二値画像３２Ａと、前記異物検出二値画像３６との差分をとることで、非晶質膜領域２９だけを二値画像３７として検出することができる。前記二値画像３７を、非晶質膜検出二値画像３７と呼ぶ場合もある。
【００４３】
図７は、固相成長結晶化工程によって得られる結晶性膜を検査する工程を示すフローチャートである。図７において、ａｉ（ｉ＝１，２，３…）はステップを示す。評価基板４をｘｙステージ３に吸着支持し、白色照明１３の切替スイッチ１３ａを、非照射状態から照射状態に手動切替えしたうえで、ステップ０においてこの検査装置２の図示外の主電源を投入し、ステップ１で検査装置２の初期設定を行う。具体的に初期設定項目としては、白色照明１３の照明照度と、評価基板４のｘｙステージ駆動機構９による検査位置などがある。
【００４４】
カラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２によって、たとえば約１００ｍｓｅｃ毎に撮像されたＲＧＢ画像は、カラーＣＣＤカメラ１１からＲＧＢ信号として画像ボード２８に送られ、さらに入出力インタフェース２４および駆動回路２７を介してディスプレイ１５に常時出力される。ディスプレイ１５に出力された透過画像を目視確認しつつ、前記初期設定項目である白色照明１３の照度を設定し、ｘｙステージ３を、ｘｙステージ駆動機構９によってｘ方向およびｙ方向に移動して初期設定項目である検査位置を設定する。
【００４５】
その後ステップ２に移行して、結晶膜領域３０と非晶質膜領域２９とのコントラスト差が大きくなるように最終的な評価基板４として用いる青色画像でフォーカシング調整する。ところで、ＲＧＢ画像をカラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２によって撮像する場合、赤、青、緑成分の光に関してそれぞれ合焦させることが望ましいが、光学顕微鏡１２の拡大倍率などによって３つの赤、青、緑色成分の光に関して合焦することは、各色成分の収差に起因して被写界深度が一致しないことから技術的に難しい。本検査装置２および結晶性膜１の検査方法によれば、非晶質膜領域２９および結晶膜領域３０を分離する濃度値情報は、青色成分で行うため、少なくとも青色成分の光に関して合焦させればよい。ここで合焦とは、光学顕微鏡１２の焦点が、撮像対象の結晶性膜１の表面に一致する状態をいう。さらに焦点は、青色成分の光が焦点位置にある状態をいう。
【００４６】
ステップ３においては、中央演算処理装置２０からバス２３、入出力インタフェース２４、駆動回路２６を介してＺ軸駆動用モータ１０へ送られる命令によって、ｘｙステージ３を矢符Ｚにて示す基板４の厚み方向に移動駆動させつつ、結晶性膜１の画像を複数枚撮像する。この複数枚撮像されたカラー原画像は、前記ビデオラム２８に書換え可能に記録される。すると前記検出プログラムは、複数枚の撮像画像のうちから、青色成分において濃度値の分散値の高い画像を選出する。
【００４７】
フォーカスがずれる程、画像のコントラストは小さくなり、フォーカスがあっているとき、画像のコントラストは高くなる。換言すれば、画像のコントラストが高い、すなわち画像内の濃度値のばらつきが最も顕著な画像を、合焦画像とすることができる。したがって画像内の濃度値の分散値を算出、比較し、最も分散値の大きい画像すなわち最もコントラストの高い画像を合焦画像とする。その後、ステップ４において、前記カラー原画像から青色画像と赤色画像とを分離する。
【００４８】
次にステップ５に移行し、非晶質膜領域２９および異物欠陥領域３１の濃度値よりも高く結晶膜領域３０の濃度値よりも低い濃度値を、二値化しきい値として、青色画像を二値化する。これによって短波長の透過光での撮像画像３２Ａすなわち短波長画像３２Ａを、その画像領域において結晶膜領域３０とその他の第１領域３４とに分離する。このとき前記二値化しきい値より小さい濃度値の領域を、たとえば非晶質膜領域２９および異物欠陥領域３１として検出することができる。前記二値化しきい値より大きい濃度値の領域を、結晶膜領域３０として検出することができる。
【００４９】
次にステップ６に移行し、異物欠陥領域３１の濃度値よりも高く非晶質膜領域２９の濃度値よりも低い濃度値を、二値化しきい値として、赤色画像を二値化する。これによって長波長の透過光での撮像画像３３Ａすなわち長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域３１とその他の第２領域３５とに分離する。このとき前記二値化しきい値より小さい濃度値の領域を、異物欠陥領域３１として検出することができる。前記二値化しきい値より大きい濃度値の領域を、たとえば結晶膜領域３０として検出することができる。
【００５０】
次にステップ７において、青色成分の二値画像３２Ａと赤色成分の二値画像３３Ａとの論理積をとり、異物検出二値画像３６を得る。次にステップ８において、青色成分の二値画像３２Ａと前記異物検出二値画像３６との差分をとることで、非晶質膜領域２９を二値画像３７として検出する。その後ステップ９において、非晶質塊の大きさを算出するとともに、非晶質膜領域２９の面積を算出し、ステップ１０において終了する。前記非晶質塊とは、非晶質膜領域２９における膜材の塊と同義である。このとき非晶質塊を二値画像の８近傍連結成分として検出する。非晶質塊の大きさは、非晶質塊連結成分の外接長方形の辺の長さとする。非晶質膜領域２９の面積は、非晶質膜の連結成分の画素数とする。
【００５１】
図８は、固相成長結晶化工程と、結晶性膜１の検査工程との関係を示すブロック図である。固相成長結晶化工程後に、結晶膜領域３０に対する前記非晶質膜領域２９の面積比と、予めラム２２に記録しておいた非晶質膜領域の面積比とを比較する。しかも前記非晶質塊の大きさと、予めラム２２に記憶しておいた非晶質塊の基準となる大きさとを比較する。このように固相成長結晶化工程直後に、検査装置２によって検査対象の結晶性膜１が正常か否かを判定することができる。
【００５２】
上述したように実際の非晶質膜領域２９の面積比と、記録しておいた非晶質膜領域の面積比とを比較し、非晶質塊の大きさと、記録しておいた非晶質塊の大きさとを比較し、これら比較結果の情報を固相成長結晶化工程にフィードバックすることによって、固相成長結晶化工程における、非晶質膜を部分的に結晶化するための条件を調整することができる。これによって、非晶質膜領域２９および結晶膜領域３０の混在比率を所望の比率にした結晶性膜１を作製することが可能になる。また、膜材の非晶質塊を基準となる大きさ未満にした結晶性膜１を作製することが可能となる。したがって前記情報を前工程にフィードバックすることで、歩留まりの向上に寄与することができる。前記非晶質膜を部分的に結晶化するための条件とは、たとえば加熱炉の焼成温度およびその焼成時間などである。
【００５３】
以上説明した結晶性膜１の検査装置２によれば、結晶性膜１に、少なくとも短波長および長波長の透過光を照射したうえで、この結晶性膜１をカラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２を用いて撮像する。領域分離手段としての制御装置１４は、前記撮像された短波長での撮像画像３２の濃度値に基づいて、撮像画像３２Ａを、その画像領域において結晶膜領域３０と前記結晶膜領域３０以外の第１領域３４とに分離する。また前記制御装置１４は、撮像された長波長での撮像画像３３の濃度値に基づいて、撮像画像３３Ａを、その画像領域において異物欠陥領域３１と前記異物欠陥領域３１以外の第２領域３５とに分離する。分離された結晶膜領域３０と第１および第２領域３４，３５と異物欠陥領域３１とを用いて、撮像画像における非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを検出することができる。
【００５４】
このように、同一の白色照明１３および同一のカラーＣＣＤカメラ１１および光学顕微鏡１２を用いて撮像された画像の濃度値に基づいて、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを検出することができる。換言すれば、たとえば複数の撮像手段および複数の照射手段を用いることなく、前記３つの領域を確実にかつ簡単に検出することができる。したがって、検査装置２の構造を簡単化することができるとともに、前記結晶性膜１のうちの非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを確実にかつ簡単に検出することができる。さらに非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを分離および検出するための制御系を簡単化することができる。
【００５５】
また少なくとも短波長および長波長の透過光を照射することができる照射手段を、白色照明１３によって簡単に実現することができる。撮像手段は光学顕微鏡１２を有するので、光学顕微鏡１２によって高い空間分解能を実現することができ、結晶性膜１を所望の拡大倍率で詳細に検査することが可能となる。
【００５６】
短波長画像分離段階において、撮像された短波長の透過光での撮像画像３２の濃度値に基づいて、撮像画像３２Ａを、その画像領域において結晶膜領域３０と前記第１領域３４とに分離する。長波長画像分離段階において、撮像された長波長の透過光での撮像画像３３の濃度値に基づいて、撮像画像３３Ａを、その画像領域において異物欠陥領域３１と第２領域３５とに分離する。その後、短波長画像分離段階で分離された画像３２Ａと、長波長画像分離段階で分離された画像３３Ａとの論理積をとることで、異物欠陥領域３１だけを検出する。検出された前記異物欠陥領域３１の検出画像３６と、短波長画像分離段階で分離された画像３２Ａとの差分をとることで、非晶質膜領域２９だけを検出する。
【００５７】
このように、特に、短波長画像分離段階で分離された画像３２Ａと、長波長画像分離段階で分離された画像３３Ａとの論理積をとることで、異物欠陥領域３１だけを検出することが可能となる。しかも検出された前記異物欠陥領域３１の検出画像３６と、短波長画像分離段階で分離された画像３２Ａとの差分をとることで、非晶質膜領域２９だけを検出することが可能となる。すなわち、非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを分離および検出する結晶性膜１の検査方法を実現することができる。
【００５８】
短波長の透過光での撮像画像３２として、カラー原画像のうちの青色成分画像を用いることで、結晶膜領域３０と前記結晶膜領域３０以外の第１領域３４とに分離することを実現することができる。長波長の透過光での撮像画像３３として、カラー原画像のうちの赤色成分画像を用いることで、異物欠陥領域３１と前記異物欠陥領域３１以外の第２領域３５とに分離することを実現することができる。
【００５９】
本発明の実施の他の形態として、検査対象の結晶性膜を撮像する際、ｘｙステージをｚ方向に移動駆動させずに、光学顕微鏡およびカラーＣＣＤカメラを移動駆動させる構造にしてもよい。さらにｘｙステージを移動駆動させるとともに光学顕微鏡およびカラーＣＣＤカメラを移動駆動させるようにすることも可能である。本発明の検査方法は、生産される全ての基板の結晶性膜の検査つまり全数検査であってもよく、生産ロット単位内での抜取り検査であってもよい。記録手段として、ハードディスクなど他の記録手段を適用することも可能である。白色照明は、ハロゲンランプから成るものに限定されるものではない。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照射手段によって、結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射したうえで、この結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像手段を用いて撮像する。検出手段は、撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。このように、同一の照射手段および同一の撮像手段を用いて撮像された画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。換言すれば、たとえば複数の撮像手段および複数の照射手段を用いることなく、前記３つの領域を確実にかつ簡単に検出することができる。したがって、検査装置の構造を簡単化することができるとともに、前記結晶性膜のうちの非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる。
【００６１】
また本発明によれば、照射手段によって、結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射したうえで、この結晶性膜を撮像手段を用いて撮像する。領域分離手段は、撮像手段を用いて撮像された短波長での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離する。また領域分離手段は、撮像された長波長での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する。検出手段は、領域分離手段によって分離されたこれら結晶膜領域と第１および第２領域と異物欠陥領域とを用いて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。
【００６２】
このように、同一の照射手段および同一の撮像手段を用いて撮像された画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。換言すれば、たとえば複数の撮像手段および複数の照射手段を用いることなく、前記３つの領域を確実にかつ簡単に検出することができる。したがって、検査装置の構造を簡単化することができるとともに、前記結晶性膜のうちの非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実にかつ簡単に検出することができる。
【００６３】
また本発明によれば、少なくとも短波長および長波長の光を照射することができる照射手段を、白色照明によって簡単に実現することができる。
【００６４】
また本発明によれば、撮像手段は光学顕微鏡を有するので、光学顕微鏡によって高い空間分解能を実現することができ、結晶性膜を所望の拡大倍率で詳細に検査することが可能となる。
【００６５】
また本発明によれば、第１の工程において、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在された結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射しつつ前記結晶性膜を撮像する。第２の工程において、撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する。このように上述した第１の工程以外に、結晶性膜に光を照射して撮像する工程を用いることなく、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出することができる。したがって結晶性膜の検査方法を簡単化したうえで、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを確実に検出することができる。さらに非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを分離および検出するための制御系を簡単化することができる。
【００６６】
また本発明によれば、特に、短波長画像分離段階で分離された短波長画像と、長波長画像分離段階で分離された長波長画像との論理積をとることで、異物欠陥領域だけを検出することが可能となる。しかも検出された前記異物欠陥領域の検出画像と、短波長画像分離段階で分離された画像との差分をとることで、非晶質膜領域だけを検出することが可能となる。すなわち、非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを分離および検出する結晶性膜の検査方法を実現することができる。
【００６７】
また本発明によれば、短波長の光での短波長画像として、原画像のうちの青色成分画像を用いることで、結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離することを実現することができる。長波長の透過光での長波長画像として、原画像のうちの赤色成分画像を用いることで、異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離することを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る結晶性膜１の検査装置２の構成を示す模式図である。
【図２】基板４に形成された結晶性膜１と検査装置２との関係を部分的に示す斜視図である。
【図３】基板４を厚み方向に拡大して示す断面図であって、基板４の一表面部に、結晶性膜を形成した後、結晶膜を形成する工程を段階的に示す断面図である。
【図４】検査装置２の制御系のブロック図である。
【図５】非晶質膜領域２９と結晶膜領域３０と異物欠陥領域３１とを検出する工程を模式的に示す図である。
【図６】非晶質膜および結晶膜の波長に対する透過特性を示す図表である。
【図７】固相成長結晶化工程によって得られる結晶性膜を検査する工程を示すフローチャートである。
【図８】固相成長結晶化工程と、結晶性膜１の検査工程との関係を示すブロック図である。
【符号の説明】
１結晶性膜
２検査装置
１１カラーＣＣＤカメラ
１２光学顕微鏡
１３白色照明
２９非晶質膜領域
３０結晶膜領域
３１異物欠陥領域
３２Ａ短波長画像
３３Ａ長波長画像
３４第１領域
３５第２領域

Claims

非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射する照射手段と、
結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像する撮像手段と、
撮像手段を用いて撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する検出手段とを有することを特徴とする結晶性膜の検査装置。
非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射する照射手段と、
結晶性膜を、照射手段の反対方向から撮像する撮像手段と、
撮像手段を用いて撮像された短波長の光での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離し、撮像手段を用いて撮像された長波長の光での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する領域分離手段と、
領域分離手段によって分離された結晶膜領域と第１および第２領域と異物欠陥領域とを用いて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する検出手段とを有することを特徴とする結晶性膜の検査装置。
照射手段は、白色照明であることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶性膜の検査装置。
撮像手段は、光学顕微鏡を有することを特徴とする請求項１または２に記載の結晶性膜の検査装置。
非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とが混在した結晶性膜に、少なくとも短波長および長波長の光を含む照射光を照射しつつ前記結晶性膜を撮像する第１の工程と、
撮像された撮像画像のうち、短波長および長波長の両方の光を用いてそれぞれ撮像した撮像画像の濃度値に基づいて、撮像画像における非晶質膜領域と結晶膜領域と異物欠陥領域とを検出する第２の工程とを有することを特徴とする結晶性膜の検査方法。
前記第２の工程は、
撮像された短波長の光での短波長画像の濃度値に基づいて、短波長画像を、その画像領域において結晶膜領域と前記結晶膜領域以外の第１領域とに分離する短波長画像分離段階と、
撮像された長波長の光での長波長画像の濃度値に基づいて、長波長画像を、その画像領域において異物欠陥領域と前記異物欠陥領域以外の第２領域とに分離する長波長画像分離段階と、
短波長画像分離段階で分離された短波長画像と、長波長画像分離段階で分離された長波長画像との論理積をとることで異物欠陥領域だけを検出する段階と、
前記段階で検出された異物欠陥領域の検出画像と、短波長画像分離段階で分離された短波長画像との差分をとることで非晶質膜領域だけを検出する段階と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の結晶性膜の検査方法。
短波長の光での短波長画像として、原画像のうちの青色成分画像を用い、長波長での光での長波長画像として、原画像のうちの赤色成分画像を用いることを特徴とする請求項６に記載の結晶性膜の検査方法。