JP2005227267A - 多結晶シリコン検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の光を多結晶シリコンに照射して回折された反射光の波長及び光の強さを介して突出部間の間隔を測定することによって良品、または不良品を識別することができる多結晶シリコン検査装置及び方法を提供する。
【解決手段】多結晶シリコンの結晶化工程の後に所定の光を照射して反射光の強さ及び反射角によって結晶化され、複数の突出部が形成されている多結晶シリコンを検査するものであって、所定の光を照射する光源と、反射される光を受光する反射光検出手段とを含み、前記光源から前記突出部に照射される光の入射角と前記反射光検出手段の検出角、そして検出された反射光の波長によって前記突出部の間隔を測定し、前記突出部の間隔は、ｍを整数、λを反射光の波長、ｄを突出部の間隔、αを入射角、βを検出角として、ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式に従って演算される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、検査装置に関するもので、詳しくは、多結晶シリコンの結晶化工程の後に所定の光を照射して反射光の強さ及び反射角を介して結晶化された多結晶シリコンを検査する多結晶シリコンの検査装置及び方法（Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に関する。

一般的に、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタは、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴよりも結晶の電界移動度が１０ないし１００位の高いメリットを有している。従って、液晶表示装置、または有機ＥＬ表示装置などでは多結晶シリコンの薄膜トランジスタを画素スィッチング素子として用いられると共に、周辺駆動回路としても用いられることによって、画素の薄膜トランジスタと駆動回路の薄膜トランジスタを同一基板上に同時に形成した駆動回路一体型の薄膜トランジスタ液晶表示装置が研究し開発されている。このような駆動回路一体型液晶表示装置、または有機ＥＬ表示装置において、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは、図１に示されている。

図１は、従来の薄膜トランジスタを示す断面図である。

図１を参照すると、絶縁性基板１上に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）のような絶縁物質で構成されたバッファ層２が形成され、このバッファ層２の上面には、結晶の平均粒子直径が０．２４μｍ〜０．４５μｍの多結晶シリコンからなる半導体層がチャンネル３と、不純物の注入によって形成されたドレイン領域４及びソース領域５を含んでいる。

また、前記半導体層上部には、基板全面に掛けてゲート絶縁膜６が形成されてあり、このゲート絶縁膜６の上には層間絶縁膜７が形成され、該層間絶縁膜７に形成されているコンタクトホール１１、１２を介してドレイン電極１０、ソース電極９が前記ドレイン領域４及びソース領域５にそれぞれ連結されている。

ここで、前記半導体層を形成する多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は、エキスシマ−レーザニリング工程（ＥＬＡ、Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）によって数ｎｍから数μｍまで至る多様な大きさの結晶立（Ｇｒａｉｎ）から構成され、結晶化方法によって多結晶シリコン結晶立系では突出部（図２（ａ）のＰ、または図２（ｂ）のＰ′参照）が発生する。

これを詳しく説明すると、基板１上に積層される窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、または酸化シリコン（ＳｉＯｘ）上に形成されている非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）にレーザを照射して結晶化し、次にパッタ−ニングとドーピングを介してソース及びドレイン、チャンネル３、４、５を形成する。この場合、エキスシマ−レーザニリング工程の後、前記多結晶シリコンの表面には図２（ａ）及び２（ｂ）に示されたように複数の突出部が形成される。

ここで、図２（ａ）に示された多結晶シリコンの表面に形成された突出部ｐは、その間隔が一定であり、図２（ｂ）に示された多結晶シリコンの突出部p′は、その間隔が一定でないことが示されている。

例えば、前記図２（ｂ）に示されたような不規則な突出部が形成された多結晶シリコンにより製作された有機ＥＬ、または液晶表示装置で所定の画象をディスプレイすると、画面上に横または縦に細い縞模様が発生して画質が大きく落とされることになる。一方、前記図２（ａ）れた突出部の間隔が一定な多結晶シリコンを用いた表示装置の場合はその縞模様が大きく減少した。

従って、一般的な不良の基準は、有機ＥＬまたは液晶表示装置を製作して実際に画面をつけて見た時、縞模様が発生するかのことであり、このような縞模様が現れる具合は、突出部の間隔が一定であるほど、少なくなるのが確認された。

従って、上述のような不良を防ぐために多結晶シリコンの突出部の間隔を測定して良品と不良品を分類することが重要であるが、従来では多結晶シリコンの突出部間隔を測定できる検査装置がなくエキスシマ−レーザニリング工程の後、多結晶シリコンの不良が発生されてもこれを認知できないと言うことに問題点がある。

このような問題点を解決するために案出された本発明は、所定の光を多結晶シリコンに照射して回折された反射光の波長及び光の強さを介して突出部間の間隔を測定することによって良品、または不良品を識別することができる多結晶シリコン検査装置及び方法を提供することをその目的とする。

このような目的を達成するための本発明の構成は、複数の突出部が形成された多結晶シリコンの検査装置は、所定の光を照射する光源と、反射された光を受光する反射光検出手段とを含み、前記光源から前記突出部に照射される光の入射角と前記反射光検出手段の検出角、そして検出された反射光の波長により前記突出部の間隔を測定することを特徴とする。

ここで、前記突出部の間隔は、ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって演算されることを特徴とする。

ここで、ｍは整数、λは反射光の波長、ｄは突出部の間隔、αは入射角、βは検出角である。

そして、前記多結晶シリコン検査装置は、前記光源の入射角を調節する光源調節手段と、前記反射光検出手段の検出角度を調節する検出角度調節手段と、をさらに有することを特徴とする。

同時に、前記多結晶シリコンケン社装置は、前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピーク中心を介して前記複数の突出部の間隔平均値を測定することを特徴とする。

また、前記多結晶シリコン検査装置は、前記突出部に反射されて回折される光の波長と強さのスペクトラムでピーク半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定することを特徴とする。

また、前記光源から前記突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることを特徴とする。

そして、複数の突出部が形成されている多結晶シリコンの検査装置は、所定の光を照射する光源と、前記光源の入射角を調節する光源調節手段と、反射される光を受光する反射光検出手段と、該反射光検出手段の検出角度を調節する検出角度調節手段と、前記多結晶シリコンが安着される測定基板とを含む測定部材と、前記測定基板を支持する第１の支持手段と、該第１の支持手段を固定させる第１の固定手段とを有して前記測定部材を支持する支持部材を含み、前記複数の突出部の間隔は、ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって演算されることを特徴とする。

ｍは整数、λは反射光の波長、ｄは突出部の間隔、αは入射角、βは検出角である。

そして、前記測定部材は、前記光源調節手段と反射光検出手段の指向角を調節するための角度計をさらに含むことを特徴とする。

それと共に、前記光源は白色光を発光することを特徴とする。

前記多結晶シリコン検査装置は、前記複数の突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピーク中心を介して前記複数突出部の間隔平均値を測定することを特徴とする。

また、前記多結晶シリコン検査装置は、前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムで前記ピーク半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定することを特徴とする。

また、前記光源から前記突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることが好ましい。

または、多結晶シリコンの複数の突出部に所定の入射角で光を照射する段階と、所定の検出角度で前記多結晶シリコンに指向して前記多結晶シリコンから反射された光を受光する段階と、前記入射角と前記検出角及び波長を測定し、ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって前記多結晶シリコンの突出部間隔を演算する段階とを含むことを特徴とする。

前記数式で、ｍは正数、λは反射光の波長、ｄは突出部の間隔、αは入射角、βは検出角である。

そして、前記複数の突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピーク中心によって前記複数の突出部の間隔平均値を測定する段階と、前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピーク半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定する段階とをさらに含むことが好ましい。

ここで、前記多結晶シリコンの突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることを特徴とする。

本発明による多結晶シリコン検査装置及び方法は、所定の光を照射して突出部の間隔を測定することによって良品と不良品を識別することができ、表示装置の不良品を予め防止することができて製品の信頼性を向上させる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面を参照して詳しく説明する。

図３は、本発明の好ましい実施の形態に係る多結晶検査装置のブロック図である。

光源１１２は所定の光を発光し、光源調節手段１１１は前記光源の指向角及び発光する光の強さを調節し、反射光検出手段１２１は反射される光を検出し、検出角度調節手段１２２は前記反射光検出手段１２１の指向角を調節する。また入力手段１３０は使用者の操作信号を伝送し、ディスプレイ手段１４０は測定データを表示する。そして制御手段１５０は、前記入力手段１３０から伝送される使用者の操作信号に従って前記光源調節手段１１１と検出角度調節手段１２２を制御し、光源及び反射光検出手段１１２、１２１を駆動させる。

図３を参照すると、使用者が入力手段１３０を介して使用者の操作信号を伝送すると、前記制御手段１５０は印加される使用者の操作信号に従って前記光源調節手段１１１と前記検出角度調節手段１２２の制御信号を出力する。

従って、光源調節手段１１１は、前記制御手段１５０の制御信号に従って前記光源１１２の指向角を所定の角度に調節し、前記光源１１２を所定の強さに発光されるように駆動させる。同時に前記検出角度調節手段１２２は、前記制御手段１５０の制御信号に従って前記反射光検出手段１２１の指向角を所定の角度に調節する。

前記光源１１２は、例えば、白色光を前記多結晶シリコンの突出部ｐに照射し、前記反射光検出手段１２１は前記光源１１２から発光された白色光が前記突出部ｐで反射される反射光を検出する。そして前記反射光検出手段１２１は、前記反射光の検出角度及び波長の強さと入射角を介して前記突出部間の間隔を演算してこれを制御手段１５０に伝送する。

従って、制御手段１５０は前記反射光検出手段１２１から伝送される演算信号を前記ディスプレイ手段１４０に伝送してこれを表示する。

図４は、本発明の好ましい実施の形態に係る多結晶シリコン検査装置の断面図である。

図４を参照すると、本発明の好ましい実施の形態に係る多結晶シリコン検査装置は、光源１１２と反射光検出手段１２１、及び該光源１１２と反射光検出手段１２１との指向角を測定する角度計１６０と、測定される多結晶シリコンが安着される測定基板１８０とが含まれた測定部材１００と、複数の支持手段と固定手段とを含めて前記測定部材１００を支持する支持部材２００で構成される。

ここで、測定部材１００は、所定の形状を有し、前記光源１１２及び反射光検出手段１２１、そして角度計１６０を含む本体１７０を含み、該本体１７０は、底面の所定の部分が開放された開口部１７１で形成される。そして該開口部１７１の下側には、測定基板１８０が形成され、前記本体１７０内の一側に前記光源１１２と反射光検出手段１２１とが所定の角度で前記測定基板１８０を指向して設けられ、角度計１６０は前記本体１７０内に固定される。

それと共に、前記支持部材２００は、所定の形状を有する支持部材の本体２６０と、前記測定基板１８０を支持する第１の支持手段２１０及び該第１の支持手段２１０を固定させる第１の固定手段２２０を含めて前記測定部材１００を支持する。

これをさらに詳しく説明すると、支持部材本体２６０内の所定の位置から横で固定される第２の支持手段２３０が形成され、前記第１の支持手段２１０は、一側に前記測定基板１８０の背面に連結され、他側は、前記第２の支持手段２３０を貫通して第１の固定手段２２０により固定される。また、前記第２の支持手段２３０を貫通して一側は前記支持部材の本体２６０の上面に連結され、他側は、前記第２の固定手段２５０に固定されて前記第１の支持手段２１０及び前記支持部材本体の上面２６２を支持する第３の支持手段２４０を含む。ここで、前記第２の固定手段２５０は上面に前記第３の支持手段２４０が固定され、背面に支持軸２７０が結合される。

ここで、好ましくは、前記支持軸２７０を、例えば一側にモータが連結される回転軸として回転できるように構成して前記第２の固定手段２５０を回転させて前記測定基板１８０を回転できるように構成することができる。そのためには、前記第２の支持手段２３０を前記第１及び第３の支持手段２１０，２４０が回転できるように別途の形状を形成したり、または前記第２の支持手段２３０が前記支持部材の本体２６０に固定される結合部２６１に円形の回転ホームを形成するのが好ましい。

図５は、本発明の好ましい実施の形態に係る多結晶シリコン検査装置の突出部間隔の測定方法を示す断面図である。

図５を参照すると、前記光源１１２から発光された、例えば白色光は第１突出部１９１の所定の位置に一定の入射角αで照射される。そして前記第１の突出部１９１に照射された光は反射され、前記反射光検出手段１２１は第２の突出部１９２のピーク位置を超えて所定の反射角βを有する反射光を検出する。

すなわち、複数の突出部が一定の間隔で配列されている場合、上記のように多結晶シリコンに光を照射すると、反射しながら回折現象が発生するので、前記反射光検出手段１２１は、回折された反射光を受光して反射光の強さと波長を測定する。

そして、前記反射光検出手段１２１は、前記光源１１２から前記突出部１９１、１９２に入射される光の入射角αと、前記反射光検出手段１２１の反射光検出角度β及び前記反射光の波長λを用いて前記第１及び第２の突出部１９１、１９２間の間隔ｄを測定し、これを以下の数式（数１）によって演算する。

ここで、ｍは整数、λは反射角の波長、ｄは突出部の間隔、αは入射角、βは検出角である。

これをさらに詳しく説明すると、第１の突出部１９１に入射される入射光軸ａで前記第２の突出部１９２のＡ位置と垂直となるＤと前記第１の突出部１９１に光が入射されるＢとの距離（ＢＤ）と、前記Ｂから前記第２の突出部１９２側に反射される反射光軸ｂで前記第２の突出部１９２のＡ位置と垂直となるＣとの距離（ＢＣ）を加わることで光経路差が演算され、ここで、光経路差は、一定整数ｍと波長を掛けたものとして前記数１のｍλとなる。

すなわち、複数の突出部に所定の光を照射すると、それぞれの突出部に反射されるそれぞれの反射光ｂは、隣接な突出部から反射される光によって増幅される補強干渉が発生し、このとき、増幅された光は整数ｍ倍となり、光経路差は波長λと補強干渉による整数ｍの演算値となる。このとき、前記反射光検出手段１２１から検出される回折光の強さが相対的に高く検出される入射角度は、少なくとも４３度以上になる。

そして、ＢＤはＡＢ間の距離、すなわち、突出部１９１、１９２間の距離ｄと入射角αの掛け算結果値（ｄｓｉｎα）となり、ＢＣは前記突出部間の距離ｄと検出角度βの掛け算結果値（ｄｓｉｎβ）となる。

図６は、本発明の好ましい実施の形態に係る良品及び不良品の測定値を示すグラフである。

図６は、回折光の強さをＹ軸、波長をＸ軸にして多結晶シリコンに光を照射して測定したスペクトラムである。複数の突出部１９１、１９２が一定な間隔で配列された良品多結晶シリコンは、複数の突出部が不規則な間隔で配列される不良多結晶シリコンと比べて回折された光の強さが大きい。

これをさらに詳しく説明すると、多結晶シリコンに形成される複数の突出部１９１、１９２のそれぞれに光を照射し、上述したように反射光を受光すると、隣接な各突出部１９１、１９２から回折された光による補強干渉が発生することとなり突出部１９１、１９２の間隔ｄが一定であるほど、多結晶シリコンに回折された反射光の強さが増加すると共に、各突出部１９１、１９２の間隔が所定の範囲に該当されると、同じ波長の回折光を反射し、また各突出部１９１、１９２の間隔に差があると、互いに異なる波長帯の回折光を反射するので、図６のようなスペクトラムでピーク値ｃが突出部間隔ｄの平均値となる。

すなわち、図６は、突出部の間隔による回折光の波長と光の強さを測定したもので、前記多結晶シリコンで所定の範囲内に該当する間隔を有する突出部の数が多いほど、同じ波長を有する回折光が発生し、同じ波長を有する回折光が多いほど、補強干渉により特定の波長での光強さは増加する。従って、前記多結晶シリコンで所定の範囲内での突出部１９１、１９２の間隔値ｄが最も多い一定の範囲が図６のピーク値ｃである。

また、前記突出部１９１、１９２の間隔ｄで所定の差が発生すると、回折された反射光の波長に差が発生されるので、前記スペクトラムで一定範囲の波長帯を有する光が一定範囲内、すなわち半幅値ｄでばらつきを形成する。

前記発明の詳しい説明は、本発明の特定の実施形態を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の概念を逸脱しない範囲内で、この発明が属する技術分野から通常の知識を有する者により多様な形態に変形、また変形実施することも本発明の概念に含まれることは当然である。

従来の薄膜トランジスタを示す断面図である。 多結晶シリコンの一形態を示す斜視図及び斜視図である。 本発明の多結晶シリコン検査装置のブロック図である。 本発明の多結晶シリコン検査装置を示す断面図である。 本発明の多結晶シリコン検査方法を示す断面図である。 本発明の特性を示したグラフである。

符号の説明

１１１：光源調節手段
１１２：光源
１２１：反射光検出手段
１２２：検出角度調節手段
１３０：入力手段
１４０：ディスプレイ手段
１５０：制御手段
１６０：角度計
２００：支持部材
２１０：第１の支持手段
２２０：第１の固定手段
２３０：第２の支持手段
２４０：第３の支持手段
２５０：第２の固定手段

Claims (15)

1. 所定の光を照射する光源と、
   反射された光を受光する反射光検出手段と、を含み、
   前記光源から突出部に照射される光の入射角と前記反射光検出手段の検出角、そして検出された反射光の波長によって前記突出部の間隔を測定することを特徴とする多結晶シリコン検査装置。
2. 前記突出部の間隔は、ｍを整数、λを反射光の波長、ｄを突出部の間隔、αを入射角、βを検出角として、
   ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって演算されることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン検査装置。
3. 前記多結晶シリコン検査装置は、
   前記光源の入射角を調節する光源調節手段と、
   前記反射光検出手段の検出角度を調節する検出角度調節手段と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン検査装置。
4. 前記多結晶シリコン検査装置は、
   前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの中心によって前記複数の突出部の間隔平均値を測定することを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン検査装置。
5. 前記多結晶シリコン検査装置は、
   前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定することを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン検査装置。
6. 前記光源から前記突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５の中からいずれか１項に記載の多結晶シリコン検査装置。
7. 複数の突出部が形成された多結晶シリコンの検査装置は、
   所定の光を照射する光源と、該光源の入射角を調節する光源調節手段と、反射された光を受光する反射光検出手段と、前記反射光検出手段の検出角度を調節する検出角度調節手段と、前記多結晶シリコンが安着される測定基板と、を含む測定部材と、
   前記測定基板を支持する第１の支持手段と、該第１の支持手段を固定させる第１の固定手段と、を含めて前記測定部材を支持する支持部材を含み、
   前記複数の突出部の間隔は、ｍを整数、λを反射光波長、ｄを突出部の間隔、αを入射角、βを検出角として、
   ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって演算されることを特徴とする多結晶シリコン検査装置。
8. 前記測定部材は、
   前記光源調節手段と反射光検出手段の指向角を調節するための角度計をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン検査装置。
9. 前記光源は、
   白色光を発光することを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン検査装置。
10. 前記多結晶シリコン検査装置は、
    前記複数の突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの中心によって前記複数の突出部の間隔平均値を測定することを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン検査装置。
11. 前記多結晶シリコン検査装置は、
    前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定することを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン検査装置。
12. 前記光源から前記突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることを特徴とする請求項７ないし請求項１１の中からいずれか１項に記載の多結晶シリコン検査装置。
13. 多結晶シリコンで複数の突出部に所定の入射角で光を照射する段階と、
    所定の検出角度で前記多結晶シリコンに指向して、前記多結晶シリコンで反射された光を受光する段階と、
    前記入射角と、前記検出角及び波長を測定し、ｍを整数、λを反射光の波長、ｄを突出部の間隔、αを入射角、βを検出角として、ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）の数式によって、前記多結晶シリコンの突出部の間隔を演算する段階と、
    を含むことを特徴とする多結晶シリコン検査方法。
14. 前記複数の突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの中心によって前記複数の突出部の間隔平均値を測定する段階と、
    前記突出部に反射されて回折された光の波長と強さのスペクトラムでピークの半幅値から前記複数の突出部間隔のばらつきを測定する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の多結晶シリコン検査方法。
15. 前記多結晶シリコンの突出部に照射される光の入射角は、少なくとも４３度以上であることを特徴とする請求項１３及び請求項１４の中からいずれか１項に記載の多結晶シリコン検査方法。