JP5641545B2 - 薄膜の表面検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポリシリコン薄膜製造工程のレーザアニール処理などにおいて薄膜表面に発生するムラを検査する技術に関するものである。

アモルファスシリコン膜にレーザを照射して結晶化を行い、ポリシリコン膜に形成する技術は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造工程において重要な位置付けであり、基板の品質向上のために、均一にムラなく、レーザを基板に照射する必要がある。
しかし、レーザのエネルギーのばらつきや光学系の傷や曇りにより、レーザ形状方向のショットムラおよびレーザ走査方向のスキャンムラが生じることがあり、これらが後工程において不良品の原因となる。そのため、基板表面の照射ムラ検査は欠かせないものとなっている。

従来のアニール処理後のポリシリコン膜の状態検査・評価として、レーザ結晶シリコンの検査方法（特許文献１）が挙げられる。アニール処理後の基板に対して、光源を斜めに当てることにより、表面の状態を判断することを目的としている。
具体的には光源の角度を最適にして検査光を照射し、緑色の反射光の強度変化によってストライプ状の模様が出現するか否かによってレーザエネルギーが適当か不適当かを結論できるとしている。

特開２００６−１９４０８公報

上記のレーザ結晶シリコンの検査方法は、アニール処理後の基板表面の状態を光源の角度を最適にして、観察できる方法について述べているが、スジムラをストライプ状の模様としてカメラに映し出された画像を抽象的に判断している。自動機械においては、このスジムラを数値化することが重要であり、数値化することにより、良否の判定を行うことができるが、前記の方法では、良否判定の具体性に欠けており、自動化が難しい。
また、上記の従来方法では、白色光を照射して、基板表面が緑色に見えることを示しているが、光源の角度や基板表面の状態によっては、青色や黄色に見える場合もあることがわかっており、上記のように緑色の反射光を前提にすると、適切な判定が難しい場合がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、表面の反射色に左右されず、基板の表面のムラ状態を容易に数値化して判定することを可能にする薄膜の表面検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の薄膜の表面検査方法は、レーザアニール処理が施された薄膜表面に、検査光を照射し、該照射によって前記薄膜表面で反射した反射光を受光してカラー画像を取得し、前記カラー画像の色成分を検出し、検出された色成分に基づいて前記カラー画像をモノクロ化し、モノクロ化された画像のデータをコンボリューションして画像濃淡を強調した画像データを取得し、画像濃淡を強調した前記画像データを射影変換し、該射影変換がされた画像データに基づいて前記薄膜の表面ムラを判定することを特徴とする。

本発明の薄膜表面検査装置は、レーザ光の照射によってアニール処理がされた薄膜に検査光を照射する検査光照射部と、該検査光が前記薄膜で反射した反射光を受光する反射光受光部と、前記受光部から出力される画像情報を受ける画像処理部と、前記画像処理部で処理された画像データに基づいて薄膜表面のムラの判定を行う判定部とを備え、
前記画像処理部は、前記画像情報に対し、前記本発明のモノクロ化処理、コンボリューション処理および射影変換を実行し、
前記判定部は、前記本発明の判定を実行することを特徴とする。

本発明の検査方法では、レーザアニール処理がされた薄膜が検査対象となる。薄膜はレーザが照射されてアニールされたものであればよく、本発明としては特定のものに限定されないが、代表的にはアモルファス（特にはアモルファスシリコン）薄膜にレーザアニールをして結晶化した薄膜を対象とすることができる。

検査光照射では、特定の波長に限定されるものではないが、好適には白色光を用いることができる。検査光を照射する検査光照射部には各種光源を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
また、検査光が薄膜に照射されて反射する反射光は反射光受光部で受光される。反射光受光部は、反射光をカラー画像として受光して画像情報を出力するものであればよく、その構成は特に限定されるものではなく、ＣＣＤなどの適宜の受光部を用いることができる。

反射光受光部ではカラー画像が取得される。取得したカラー画像は、画像処理によって色成分を検出する。色成分の検出では、例えばＲ、Ｇ、Ｂの色成分のそれぞれ検出する。検出した色成分によって画像をモノクロ化する。モノクロ化では、例えば光分布が相対的に大きい色成分を抽出し、光強度に従ってモノクロ化する。

モノクロ化された画像データはコンボリューションによって画像の濃淡を強調する処理を行う。コンボリューションでは、行列で示される画像データに所定の係数の行列を掛け合わせることによって行うことができる。所定係数の行数としては適宜選択することができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
コンボリューションでは、行方向を強調する行列と列方向を強調する行列とをそれぞれ用意し、画像データにそれぞれ掛け合わせて行方向を強調した画像データと、列方向を強調した画像データをそれぞれ取得することができる。画像データの列方向は、アニールを行うレーザが走査された方向の画像データ列であり、画像データの行方向は、アニールを行うレーザショットのビーム方向の画像データ行である。行方向と、列方向とをそれぞれ強調する行列を用意することで、行方向と列方向のムラをそれぞれ確実に判定することが可能になる。

コンボリューションによって濃淡を強調した画像データは、射影変換によって画像データを数値化する。行方向と列方向とでそれぞれ数値化することで、ショット方向と走査方向のムラを判定することができる。行方向を強調した画像データと列方向を強調した画像データとをそれぞれ有する場合、行方向を強調した画像データで行方向の射影変換を行い、列方向を強調した画像データで列方向の射影変換を行うことができる。また、コンボリューションによって行方向を強調した画像データと、コンボリューションによって列方向を強調した画像データとをそれぞれ有する場合、これらを合わせて１つの画像データとすることができる。

ムラの判定では、予めしきい値を定め、射影変換によって得た数値を比較して、該数値がしきい値に至る場合にムラがあると判定することができる。

上記した画像データの画像処理は画像処理部で行うことができ、上記した判定は判定部で行うことができる。
画像処理部および判定部は、ＣＰＵとこれを動作させるプログラムとを主構成とするもので構成することができ、画像処理部と判定部を兼用するもので構成することも可能である。

判定結果は、表示部によって視認可能にすることができる。また、表示部には、反射光受光部から取得したカラー画像と、射影変換までの画像処理を行った画像データとを同一画面上に表示することができる。

以上説明したように、本発明によれば、レーザアニール処理がされた薄膜の表面のムラを、具体的かつ的確に判定することができる。
該判定により、万一、規定値を超えた場合、不良としてレーザアニール処理を停止させて不良を最小限にとどめることができる。また、不良判定以外にも、薄膜表面の状態を管理することができる。

本発明の薄膜の表面検査装置およびレーザアニール装置を示す概略図である。 同じく、表面検査方法の手順を示すフローチャートである。 レーザアニール後の基板表面のスジムラの特徴を示す図である。 同じく、ムラの弱い画像の処理結果を示す図であり、（ａ）はショットムラ、（ｂ）はスキャンムラを示す。 同じく、ムラの強い画像の処理結果を示す図であり、（ａ）はショットムラ、（ｂ）はスキャンムラを示す。

以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の薄膜の表面検査装置１とレーザアニール装置１０の概略を示す図である。
レーザアニール装置１０は、エキシマレーザを均一なラインビームに形成し照射するレーザ光学系１１と、ガラス基板１００を載荷するステージ１２と、ステージ１２をスキャン方向に駆動するＸ軸駆動系１３およびそれに直交するＹ軸駆動系１４で構成されている。
ステージ１２、Ｘ軸駆動系１３、Ｙ軸駆動系１４は、アニール室１５内に設置されている。
レーザ光学系１１より照射されたレーザ２０は、アニール室１５内に導入され、アモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板１００（以下基板）に照射することによって、表面のアモルファスシリコンをポリシリコン膜１０１に変える。このポリシリンコン膜１０１は、本発明で検査対象となる薄膜に相当する。ステージ１２は、レーザ２０の照射時にＸ軸駆動系１３で移動することで、レーザ２０が相対的に移動し、ガラス基板１００に対しレーザ２０の走査がなされる。Ｙ軸駆動系１４は、レーザ２０のビーム方向にステージ１２を移動させることができ、ガラス基板１００に対するレーザ２０の走査位置を変更する。

薄膜の表面検査装置１は、レーザが照射されて結晶化したポリシリコン膜１０１の表面ムラを検査するものであり、検査光照射部としての照明２と反射光受光部としてのＣＣＤカメラ３とをアニール室１５内に備えている。ＣＣＤカメラ３はケーブル４を介してアニール室１５外の画像処理部５に接続されている。アニール室１５外で、画像処理部５に判定部６が接続され、判定部６には表示部７が接続されている。画像処理部５と判定部６とは、ＣＰＵとこれを動作させるプログラムとを主構成としており、その他に画像処理に用いるデータ、判定に用いるデータなどを格納した記憶部を有している。表示部７は、ＣＲＴやＬＣＤなどにより構成することができ、本発明としては特に構成が限定されるものではない。要は文字や線図などの適宜の情報を視認可能に表示できるものであればよい。

次に、薄膜の表面検査装置１の動作について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
照明２から白色の検査光２ａがレーザアニール処理されたポリシリコン膜１０１に照射される。検査光２ａの照射は、レーザアニール処理しつつ行うこともできるが、レーザアニール処理を中断または終了してステージ１２の移動を停止した状態で行うようにしてもよい。
照射された検査光２ａは、ポリシリコン膜１０１で反射され、ポリシリコン膜１０１の所定エリアで反射した反射光２ｂがＣＣＤカメラ３に受光される（ステップｓ１）。ＣＣＤカメラ３で受光したカラー画像情報はケーブル４を通して画像処理部５に送信される。

図３はレーザ照射による基板表面のスジムラを表した図である。レーザ２０はレーザ光学系１１により、細長く均一なビームに形成される。一方、ガラス基板１００はステージ１２上にあり、ステージ１２が駆動することにより、長軸のビームがガラス基板１００全面をアニールする。この際、ポリシリコン膜１０１上で長軸と平行な方向（ラインビーム方向）に表れるムラがショットムラ１０２であり、ビームの駆動（走査方向）方向と平行に表れるムラがスキャンムラ１０３である。基本的には、ムラがばらついた状態では不良にならず、ムラが線状につながった場合は、不良の原因となる。

ガラス基板１００表面で反射し、ＣＣＤカメラ３で受光された画像は、アニール処理により起きるガラス基板１００表面の凹凸により、白色光を当てると、色の付いた画像として見える。例えば青と緑を示すが、場合によっては黄色又は赤く見える場合がある。画像処理を行う場合、白黒画像にする必要がある。
本実施形態では、画像処理部５でカラー画像の内で最適な色成分を選択する。具体的には、最も光分布が大きい色を選択し、その色の強度によって画像をモノクロ化する（ステップｓ２）。
モノクロ化した画像データは、レーザのビーム方向を行、レーザの走査方向を列とする行列データで示すものとする。

次に、基板表面のスジを強調させ、かつノイズ成分の強調を抑えるため、コンボリューションを行う（ステップｓ３）。コンボリューションでは、所定係数の行列を行列で示される画像データに掛け合わせて行う。この実施形態では、画像データに掛け合わせる所定係数の行列には、行方向の画像濃淡を強調する行列と、列方向の画像濃淡を強調する行列とをそれぞれ用意し、画像データに掛け合わせる。
例えば、画像データに、行方向を強調する行列として下記（１）の行列を用意し、列方向を強調する行列として下記（２）の行列を用意して画像データに掛け合わせる。

画像の濃淡を強調した画像データに対しては、スキャン方向、ショット方向にまとまったスジが現われることを利用して、それぞれの方向の射影を求める（ステップｓ４）。
具体的には下記に示す式によってショット方向、スキャン方向にそれぞれ射影変換する。
ショット方向＝（Max(Σf(x)/Nx）-Min(Σf(x)/Nx））/平均
スキャン方向＝（Max(Σf(y)/Ny）-Min(Σf(y)/Ny））/平均
ただし、ｘはショット方向の画像の位置、ｙはスキャン方向の画像の位置、ｆ（ｘ）はｘ位置における画像データ、ｆ（ｙ）はｙ位置における画像データ、Ｎｘはショット方向の画像の数、Ｎｙはスキャン方向の画像の数を示す。

射影は、それぞれの方向における総和となるため、ノイズに強く、ランダムな値は相殺される。即ち、ショットムラは、ショット方向の射影の差を計算することにより、数値として表すことができる。ショットムラの強い画像は、ショット方向の射影の差が大きくなり、弱い画像は射影の差が小さくなる。同様に、スキャンムラは、スキャン方向の射影の差を計算することにより、数値として表すことができる。スキャンムラの多い画像は、スキャン方向の射影の差が大きくなり、弱い画像は射影の差が小さくなる。

図４、５にムラの弱い画像とムラの強い画像を示す。図４はムラの弱い画像に対して、ショット方向及びスキャン方向のコンボリューションを行った画像である。これを元に射影を行い、ムラを数値化する。図５はムラの強い画像に対して、ショット方向及びスキャン方向のコンボリューションを行った画像である。これを元に射影を行い、ムラを数値化する。
このように、射影の差を基に、ショットムラとスキャンムラを数値化することができる。
判定は、適宜の基準を定めて行うことができる。基準値は任意であり、本発明としては特定の数値に限定されるものではない。基準値はショットムラ、スキャンムラそれぞれに用意する。ショット方向に射影されたデータとショット方向の基準値とを比較し、データが基準値を超える場合、ショット方向にムラがあると判定し、スキャン方向に射影されたデータとスキャン方向の基準値とを比較し、データが基準値を超える場合、スキャン方向にムラがあると判定する。これによりレーザアニールされた薄膜表面のムラを具体的に数値化して判定することが可能になり、自動化も容易である。

１ 薄膜の表面検査装置
２ 照明
２ａ 検査光
２ｂ 反射光
３ ＣＣＤカメラ
５ 画像処理部
６ 判定部
７ 表示部
１０ レーザアニール装置
１１ レーザ光学系
１２ ステージ
１３ Ｘ軸駆動系
１４ Ｙ軸駆動系
２０ レーザ
１００ ガラス基板
１０１ ポリシリコン膜
１０２ ショットムラ
１０３ スキャンムラ

Claims (10)

1. レーザアニール処理が施された薄膜表面に、検査光を照射し、該照射によって前記薄膜表面で反射した反射光を受光してカラー画像を取得し、前記カラー画像の色成分を検出し、検出された色成分に基づいて前記カラー画像をモノクロ化し、モノクロ化された画像のデータをコンボリューションして画像濃淡を強調した画像データを取得し、画像濃淡を強調した前記画像データを射影変換し、該射影変換がされた画像データに基づいて前記薄膜の表面ムラを判定することを特徴とする薄膜の表面検査方法。
2. 前記モノクロ化は、前記検出がされた色成分のうち、主となる色成分を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の薄膜の表面検査方法。
3. 前記主となる色成分は、光分布が他の色成分よりも相対的に大きい色成分であることを特徴とする請求項２記載の薄膜の表面検査方法。
4. 前記コンボリューションは、所定係数の行列をモノクロ化された画像のデータの行列に掛け合わせることによって行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜の表面検査方法。
5. 前記画像のデータが行列からなり、該行列の行のデータが前記レーザアニール処理に用いたレーザのラインビーム方向に沿ったデータであり、該行列の列のデータが前記レーザのスキャン方向に沿ったデータであることを特徴とする請求項４に記載の薄膜の表面検査方法。
6. 前記所定係数の行列は、ビーム方向を強調するものと、スキャン方向を強調するものとをそれぞれ用いてビーム方向の画像濃淡を強調した画像データとスキャン方向の画像濃淡を強調した画像データとをそれぞれ取得することを特徴とする請求項５記載の薄膜の表面検査方法。
7. 前記射影変換は、画像濃淡を強調した前記データの行列の行と列とでそれぞれ射影変換することを特徴とする請求項５または６に記載の薄膜の表面検査方法。
8. 前記射影変換をした画像データの行方向の数値に基づいて、ショットムラを判定し、前記データの列方向の数値に基づいてスキャンムラを判定することを特徴とする請求項７記載の薄膜の表面検査方法。
9. レーザ光の照射によってアニール処理がされた薄膜に検査光を照射する検査光照射部と、該検査光が前記薄膜で反射した反射光を受光する反射光受光部と、前記受光部から出力される画像情報を受ける画像処理部と、前記画像処理部で処理された画像データに基づいて薄膜表面のムラの判定を行う判定部とを備え、
   前記画像処理部は、前記画像情報に対し、請求項１〜８のいずれかに記載されたモノクロ化処理、コンボリューション処理および射影変換を実行し、
   前記判定部は、請求項８に記載された判定を実行することを特徴とする薄膜の表面検査装置。
10. 前記判定部で判定された判定結果を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項９記載の薄膜の表面検査装置。

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