JP6779037B2 - 紫外線光源を用いたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム及び紫外線光源を用いたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法 - Google Patents

紫外線光源を用いたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム及び紫外線光源を用いたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法 Download PDF

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Description

本発明は、ムラを定量化するシステム及び方法に係り、特に、紫外線光源を用いて、レーザー結晶化装置を含む設備内で結晶化された基板に起因するムラ情報のみを定量化することにより、ムラ検出に対する信頼性を確保することができる、紫外線を用いたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム及びレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法に関する。
一般に、液晶ディスプレイ装置や太陽光装置などの電気電子素子を製造する際に、非晶質多結晶薄膜、例えば、非晶質シリコン薄膜を結晶化させる過程が必要である。
非晶質シリコン薄膜を結晶質シリコン薄膜（以下、このような結晶化対象の薄膜を便宜上「基板」という）に結晶化するためには、一定量のエネルギーでレーザーを照射しなければならない。このエネルギーをエネルギー密度（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ、以下「ＥＤ」という）というが、ＥＤ条件の中でも、結晶化結果を最も良くするＥＤをＯＰＥＤ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）という。
このようなＯＰＥＤで照射された結果は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したとき、結晶粒の方向が最も均一で結晶サイズの均一度も最も優れる。しかし、量産段階では、時間所要や人力消耗などの理由で結果物ごとにＳＥＭで結果を確認することが現実的に不可能である。
したがって、肉眼検査を介してＯＰＥＤを選定する基準ができた。その基準がムラであり、ムラの強さ、発生頻度及び発生傾向から判断する。ＥＤスプリット（Ｓｐｌｉｔ）（数十ｍｍ領域をＥＤ条件を変えて結晶化する評価）の結果物を肉眼で観察すると、低いＥＤよりはＯＰＥＤ領域であるほど、ムラの観測が難しく結果物が綺麗に見え、ＯＰＥＤ領域でＥＤが高ければ高いほど、ムラの発生がさらに多くなる。このような方法を用いてＯＰＥＤを選定する。
一方、レーザーを利用した結晶化工程は、各レーザーパルスがオーバーラップするスキャン工程であるが、オーバーラップする領域のエネルギーと周辺のエネルギーとの間に差が生じることによりその部分がムラとして現れる。このような原因で発生する縞模様をショット（ｓｈｏｔ）ムラという。
また、結晶化しようとする基板をスキャンし、対象の薄膜に結晶化を進行する場合、線形のレーザービームの不均一現象により発生するムラをスキャン（Ｓｃａｎ）ムラという。
このような結晶化装置による結晶化工程の後に生産品の良否を検査するために、従来は、検査器設備内で肉眼によって検査する方法（ｖｉｓｉｏｎ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）で行っている。
ところが、肉眼でムラを検出するには限界があり、ムラ分布の位置に応じて様々なムラ起因性があるため、これを確認することは容易でなく、検査者間の検出バラツキがあって検査の生産性、正確性及び再現性に劣り、検査者を配置しなければならないため人力及びコストの浪費を招くという問題点がある。
また、１組分量（２４枚の生産品）の生産が完了した後にのみ観測が可能であって、全体の生産時間を遅延させる要因として作用しており、このような時間遅延を最小化するために、すべての生産品に対する検査の代わりに幾つかの生産品のみを選別して検査することにより工程への信頼性が低下するという問題点があった。
また、図１に示すように、従来は、ムラ検出時の光源として可視光線を用いることにより、ムラ検出の際にムラ領域と基板の下の真空チャックライン（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｖａｃｕｕｍ ｃｈｕｃｋ ｌｉｎｅ）とが一緒に反射され、画像解析の際にムラ領域と真空チャックラインに対する区分が難しいという問題点があった。
このような真空チャックラインは、基板が大面積化されるほど、より一層稠密にならなければならないので、領域区分がさらに難しくなる。
本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的は、 紫外線光源を用いて、レーザー結晶化装置を含む設備内で結晶化された基板に起因するムラ情報のみを定量化することにより、ムラ検出に対する信頼性を確保することができる、レーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム及びレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステムは、レーザー結晶化装置が含まれたレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステムにおいて、前記レーザー結晶化装置によって基板の結晶化を行い、前記結晶化された基板を移動させながら紫外線光源を用いてムラをリアルタイムで定量化することができるように、ムラ定量化装置が前記レーザー結晶化設備の内部に形成されていることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法は、レーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法において、基板をロードする第１段階と、レーザーを用いて、前記ロードされた基板の結晶化を行う第２段階と、紫外線を用いて、前記結晶化された基板を移動させながらムラをリアルタイムで定量化する第３段階と、結晶化及びムラ定量化の完了した基板をアンロードする第４段階とを含んでなることを特徴とする。
ここで、前記レーザー結晶化装置は、工程チャンバーと、前記工程チャンバーの側面に形成され、前記基板にレーザービームを照射するレーザービーム発生器と、前記工程チャンバーの内部に形成され、前記基板をロード及びアンロードさせるステージとを含んでなることが好ましい。
また、前記ムラ定量化装置は、前記レーザービームの照射に対して干渉しないように形成され、前記ステージによりロードされる結晶化された基板に対するリアルタイムムラ映像の取得が可能となるように、前記ステージの移動方向に対して上側に設けられた映像取得部と、前記映像取得部の近傍に形成され、結晶化された基板を照らす紫外線光源と、前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）及び映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化する映像処理部と、前記映像取得部、紫外線光源及び映像処理部を制御し、前記映像取得部で取得された映像及び映像処理部で取得された映像データを表示し、結晶化された基板に対する良否を判断するように形成された中央処理部とを含んでなることが好ましい。
また、前記映像取得部はエリアカメラ（ａｒｅａ ｃａｍｅｒａ）であることが好ましく、前記映像取得部は、前記ステージの位置に対する信号の入力を受け、トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得することが好ましい。
また、前記映像取得部は、最適結晶化エネルギー密度（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ、ＯＰＥＤ）領域ごとにトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得することが好ましい。
また、前記映像取得部は、ラインスキャンカメラ（ｌｉｎｅ ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）であることが好ましい。
ここで、前記映像取得部は、前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることが好ましく、前記紫外線光源は、前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることが好ましい。
一方、前記紫外線光源の前方または映像取得部の前方には偏光板がさらに設置され、前記偏光板を回転させてムラと方向が合う光のみを通過させることが好ましく、前記紫外線光源の前方または映像取得部の前方にはグリーンフィルター（ｇｒｅｅｎ ｆｉｌｔｅｒ）がさらに設置されることが好ましい。
また、前記中央処理部は、前記結晶化された基板に対する良否を判断し、異常発生の際に、基板に照射されるレーザービームのＥＤ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を変更するように形成されることが好ましい。
本発明は、紫外線を用いて、レーザー結晶化装置を含む設備内で結晶化された基板に起因するムラを定量化し、結晶化された基板の状態に対する良否をリアルタイムで判定して安定的な工程管理を図ることができるという効果がある。
また、本発明は、紫外線を用いることにより、基板の下に位置した真空チャックラインに対する映像は現れないため基板に対するムラ情報のみを取得することができてムラ検出の信頼性を高め、取得したムラ情報を用いて歩留まりの向上に大きく寄与することができるという効果がある。
また、本発明は、従来の方式に比べて、ムラの検査にかかる時間を短縮させることができるため、量産歩留まりの確保が可能であり、既存の検査者の判別に対する誤り及び偏差に対する客観的なデータの算出によって結晶化基板の良否の信頼性及び客観性を確保することができるという効果がある。
また、本発明は、映像取得のためにエリアカメラまたはラインスキャンカメラを用いてムラ検出時間を短縮させ、トリガー信号によって映像が取得されるようにして、基板の各領域に対するムラ検出を容易にするという効果がある。
従来の可視光線に対するムラ映像を示す図である。 本発明に係るレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステムの要部を示す模式図である。 本発明に係るレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法を示すブロック図である。 本発明に係る基板に対する映像取得部及び紫外線光源の角度を示す模式図である。 一般に予想されるムラの表面形態を示す模式図である。 波長による吸収の深さを示す図である。 光源の波長による基板のパターンを示す図である。 光源の波長による基板のムラ映像を示す図である。
本発明は、紫外線光源を用いて、レーザー結晶化装置を含む設備内で結晶化された基板に起因するムラ情報のみを検出し、これを定量化することによりムラの検出に対する信頼性を確保し、これにより基板の状態に対する良否をリアルタイムで判定するためのものであって、ムラをマシンビジョンを用いて検出してデータを抽出することにより定量化するものである。
これにより、本発明は、レーザー結晶化装置を含む設備内でリアルタイムにて工程のクオリティーを確認して安定的な工程管理を図ることができるようにするためのものである。
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。図２は本発明に係るレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステムの要部を示す模式図、図３は本発明に係るレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法を示すブロック図、図４は本発明に係る基板に対する映像取得部及び紫外線光源の角度を示す模式図、図５は一般に予想されるムラの表面形態を示す模式図、図６は波長による吸収の深さを示す図、図７は光源の波長による基板のパターンを示す図、図８は光源の波長による基板のムラ映像を示す図である。
図示の如く、本発明に係るレーザー結晶化設備１０に起因するムラを定量化するシステムにおいて、前記レーザー結晶化装置１００で基板２０の結晶化を行い、前記結晶化された基板２０を移動させながら紫外線光源２２０を用いてムラをリアルタイムで検出して定量化することができるように、ムラ定量化装置２００が、前記レーザー結晶化装置１００を含む設備の内部に形成されていることを特徴とする。
本発明は、レーザー結晶化装置１００を含む設備内で結晶化された基板２０に起因するムラを定量化して基板２０の状態に対する良否をリアルタイムで判定するためのものであって、ムラをマシンビジョンを用いて自動的に検出してデータを定量化することにより、レーザー結晶化装置１００を含む設備内でリアルタイムにて工程のクオリティーを確認して安定的な工程管理を図ることができるようにするためのものである。
一般に、レーザー結晶化装置１００は、工程チャンバー１１０と、前記工程チャンバー１１０の側面に形成され、前記基板２０にレーザービームを照射するレーザービーム発生器１２０と、前記工程チャンバー１１０の内部に形成され、前記基板２０をロード及びアンロードさせるステージ１３０とを含んでなる。このようなレーザー結晶化装置１００の含まれた設備内にはムラ定量化装置２００が含まれる。
本発明では、ムラ映像を取得するための構成はレーザー結晶化装置１００内に含まれ、検出されたムラ映像を処理及びデータ化し、各構成を制御する構成はレーザー結晶化装置１００の外部に形成されるようにし、このようなレーザー結晶化装置１００及びムラ定量化のための装置をすべて含めて、レーザー結晶化設備１０という。つまり、レーザー結晶化、ムラ検出及び定量化工程が同じ設備内で行われるのである。
前記レーザー結晶化装置１００の工程チャンバー１１０は、一般な結晶化のための真空チャンバーなどを使用し、その側面には基板２０を投入することが可能なゲート（ｇａｔｅ）が形成される。
前記基板２０の結晶化のためのレーザービームを照射するためのレーザービーム発生器１２０は、前記工程チャンバー１１０の外側面に形成され、光学モジュール及びＯＰＤＭを用いて基板２０にライン形態のレーザービームが効率よく照射されるようにする。
一般に、基板２０はガラス上に蒸着されたシリコン薄膜からなり、ここで、シリコン薄膜は非晶質状態で形成される。本発明において基板２０を結晶化させるというのは、ガラスのようなベース基板上に形成された非晶質シリコン薄膜のような薄膜を結晶化させることを意味する。便宜上、本発明では、結晶化対象薄膜及びその下側のベース基板を含めて基板２０という。
このような結晶化のためのレーザービームのエネルギーをエネルギー密度（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ、以下、ＥＤ）といい、ＥＤ条件の中でも、結晶化の結果を最も良くするＥＤをＯＰＥＤ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）という。したがって、前記レーザービームは予め設定されたＯＰＥＤで提供される。
前記レーザービーム発生器１２０はエキシマレーザービームなどで基板２０を結晶化させ、前記ステージ１３０は、工程チャンバー１１０の内部に形成され、前記基板２０が搭載されて前記基板２０をロード及びアンロードさせる。
前記ステージ１３０は、結晶化のための基板２０をレーザービームに対して相対的に移動させ、基板２０の全領域にレーザービームが照射されるようにする。ここで、ステージ１３０の位置に対するエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）信号を後述のムラ定量化装置２００の映像取得部２１０に供給し、これを映像取得部２１０のトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）信号として使用することにより、一定の間隔で映像を取得することができるようにする。これは、ステージ１３０の位置に対するムラ映像を取得して定量化を導出することにより、ムラの発生がどの位置で発生したか正確な追跡が可能となる。
また、一般に、前記基板２０をステージ１３０上に固定するために、真空チャックライン上に基板２０を位置させる。この場合、通常の光源（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を用いてムラ映像を取得すると、ムラ映像に前記真空チャックラインが一緒に現れることになり、ムラ検出に対する信頼性を低下させている。
一方、ムラ定量化装置２００は、前記レーザー結晶化装置１００を含む設備内に形成されるものであって、前記結晶化された基板２０を移動させながらムラをリアルタイムで定量化することができるようになっている。
前記ムラ定量化装置２００は、前記レーザービームの照射に対して干渉しないように形成され、前記ステージ１３０によってロードされる結晶化された基板２０に対するリアルタイムのムラ映像の取得が可能となるように、前記ステージ１３０の移動方向に対して上側に設けられた映像取得部２１０と、前記映像取得部２１０の近傍に形成され、結晶化された基板２０を照らす紫外線光源２２０と、前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）及び映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化する映像処理部２３０と、前記映像取得部２１０、紫外線光源２２０及び映像処理部２３０を制御し、前記映像取得部２１０で取得された映像及び映像処理部２３０で取得された映像データを表示し、結晶化された基板２０に対する良否を判断するように形成された中央処理部２４０とを含んでなる。
ここで、上述したように、ムラ定量化装置２００の映像取得部２１０及び紫外線光源２２０は、前記レーザー結晶化装置１００の工程チャンバー１１０の内部に形成され、取得された映像の処理などのための映像処理部２３０及び中央処理部２４０は、工程チャンバー１１０の外部に形成されることが好ましい。
前記映像取得部２１０は、結晶化された基板２０に対するムラ映像を取得するためのものであって、一般にＣＣＤカメラで形成され、中央処理部２４０に接続されてオン／オフ及び作動の制御が可能であり、エリアカメラ（ａｒｅａ ｃａｍｅｒａ）２１１またはラインスキャンカメラ（ｌｉｎｅ ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）２１２を用いてムラ検出時間を短縮させることができ、この他にも映像取得が可能なすべてのカメラを使用することができる。
前記エリアカメラ２１１を用いて映像を取得しようとする場合、位置同期化トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔で映像の取得を可能にする。例えば、前記ステージ１３０の位置に対するエンコーダ信号の入力を受け、エリアカメラ２１１のトリガーを調節して一定の間隔でムラ映像が取得できるようにする。これにより、基板２０のどの位置で取得されたムラ映像であるかが分かるため、基板２０の位置に対する結晶化の良否の判断を容易にすることができる。
また、ＯＰＥＤ、すなわち、最適結晶化エネルギー密度領域ごとにトリガーを調節して一定の間隔でムラ映像を取得することもできる。すなわち、基板２０の領域ごとにＯＰＥＤを変化させて結晶化を行い、該当ＯＰＥＤをトリガー信号として映像取得部２１０に入力することにより、どのＯＰＥＤで結晶化がさらに良く行われたかを判断することができるようにする。
前記紫外線光源２２０は、前記映像取得部２１０の近傍に形成され、結晶化された基板２０を照らすことにより、映像取得がよく行われるようにするものであって、ドーム、リング、バー、同軸形状を有することができ、波長帯域は紫外線（４００ｎｍ以下）を使用する。前記紫外線光源は、角度調節を可能とし、後述する中央処理部２４０でのオン／オフ制御及び角度調節が可能である。
一般に、前記基板２０をステージ１３０上に固定するために、真空チャックライン上に基板２０を位置させる。この場合、通常の可視光線（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を用いてムラ映像を取得すると、基板２０を透過して反射される映像によりムラ映像に前記真空チャックラインが一緒に重なるようになり、ムラ検出に対する信頼性を低下させている。
かかる問題点を解決するために、本発明では、紫外線光源２２０を使用している。紫外線光源２２０は、基板２０（例えば、ガラスベース基板）上に形成されたシリコン薄膜の厚さで透過せずに吸収され、一定の角度ではムラ領域で反射された映像を取得することができる。
つまり、紫外線光源２２０を使用することにより、基板を透過して反射される映像を減少または除去してムラ映像取得の信頼性を向上させることができるのである。
ここで、前記映像取得部２１０は、図４に示すように、基板２０に対して２０°〜７０°の角度（θＡΧ）で配置されることが好ましく、前記紫外線光源２２０は、基板２０に対して２０°〜７０°の角度（θＡΛ）で配置されることが好ましい。図４の（ａ）はエリアカメラ２１１の場合であり、図４の（ｂ）はラインスキャンカメラ２１２の場合である。エリアカメラ２１１の場合は、水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向の中心線を基準に基板に対する角度を意味する。
図５は一般に予想されるムラの表面形態を示すものであって、前記映像取得部２１０及び紫外線光源２２０が前記角度を外れる場合、隣接するムラと重なり合って映像が取得されるか、或いはムラの高さ及び幅に対する情報が不正確に取得される。
前記映像処理部２３０は、前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）及び映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化する。
一般に、ムラ映像は肉眼による認識が容易ではないので、これを視認性よくコントラスト映像として導出しなければならないが、取得された映像に対して、ローカル（ｌｏｃａｌ）に分布している輝度値の平均をとり、平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）映像を生成することによりコントラスト映像を導出する。
すなわち、最初に取得された映像から、映像を前処理して得た基準映像（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍａｇｅ）のデータ値を差し引くと、コントラスト映像を得、これを用いてコントラスト条件及びライン種類などの選択事項を入力して分析イメージを導出することができ、これにより最終的なムラ検出に対する定量化された映像データを得る。
前記中央処理部２４０は、一般にＰＣを使用し、前記映像取得部２１０、紫外線光源２２０及び映像処理部２３０を制御し、前記映像取得部２１０で取得された映像及び映像処理部２３０で取得された映像データを表示し、結晶化された基板２０に対する良否を判断するように形成される。
例えば、中央処理部２４０は、前記映像取得部２１０、紫外線光源２２０及び映像処理部２３０を制御し、設定値を入力するためのキーボードと、取得された映像及び処理された映像データなどを表示するためのパネルと、前記映像データに基づいて、結晶化された基板２０の良否を判断し、すべての構成を制御する制御部とを含んでなる。
前記中央処理部２４０は、レーザー結晶化装置１００の外部に設けられ、ムラ定量化装置２００を制御するだけでなく、レーザー結晶化装置１００を含む全体設備を制御することができるものであって、レーザー結晶化装置１００のレーザービーム発生器１２０及びステージ１３０の移動や位置設定などを制御することができる。ステージ１３０の位置は、トリガー信号として映像取得部２１０に入力されるようにして映像取得部２１０を一定の間隔で作動できるようにする。
前記中央処理部２４０では、取得された画像のデータを用いて、結晶化された基板２０に対する良否を判断することができ、異常発生の際に、基板２０に照射されるレーザービームのエネルギー密度（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を変更するようにすることができる。これは、予め設定されたプログラミングによって良否判断に対するＥＤが自動的に変更されるようにするか、必要に応じてユーザーが直接ＥＤを変更することもできる。
以下、本発明に係るレーザー結晶化設備１０に起因するムラを定量化する方法について説明する。
図３は本発明に係るムラを定量化する方法を示す模式図である。図示の如く、レーザー結晶化設備１０に起因するムラを定量化する方法において、基板２０をロードする第１段階と、レーザーを用いて、前記ロードされた基板２０の結晶化を行う第２段階と、紫外線を用いて、前記結晶化された基板２０を移動させながらムラをリアルタイムで定量化する第３段階と、結晶化及びムラ定量化の完了した基板２０をアンロードする第４段階とを含んでなることを特徴とする。
前記基板２０は、レーザー結晶化装置１００の内部のステージ１３０に搭載され、レーザー結晶化のための位置にロードされる。ロードされた基板２０は、レーザービーム発生器１２０で提供されたレーザービームにより結晶化が行われ、前記結晶化された基板２０を移動させながら、映像取得部２１０によって、結晶化された基板２０のムラ映像を取得し、映像処理を行ってムラをリアルタイムで定量化した後、結晶化及びムラ定量化の完了した基板２０をアンロードすることにより、工程が完了する。
ここで、前記第３段階は、結晶化された基板２０のムラ映像を取得し、前記取得されたムラ映像に対して映像処理を行った後、前記映像処理の行われた映像をデータとして分析して定量化し、前記定量化されたムラから基板２０の結晶化レベルに対する良否を判断する過程で行われる。
ここで、前記結晶化された基板２０のムラ映像を取得する段階は、位置同期化トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得するようにする。
前記結晶化された基板２０のムラ映像を取得するためには、エリアカメラ２１１またはラインスキャンカメラ２１２のような映像取得部２１０が使用でき、映像取得部２１０に対する位置同期化トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔で映像が取得されるようにする。
例えば、前記ステージ１３０の位置に対するエンコーダ信号の入力を受け、エリアカメラ２１１のトリガーを調節して一定の間隔でムラ映像が取得できるようにする。これにより、基板２０のどの位置で取得されたムラ映像であるかが分かるため、基板２０の位置に対する結晶化の良否の判断を容易にすることができる。
このように取得された映像は、デフォーカシング領域は除き、フォーカシング領域、すなわち有効領域のみ選別的にムラを検出して定量化を行い、基板２０の良否判定は、領域別の属性値と基準レベルとを比較する絶対比較方式、または領域別の属性値の偏差を比較するなどの相対比較方式で行われ得る。
また、ＯＰＥＤ、すなわち、最適結晶化エネルギー密度領域ごとにトリガーを調節して一定の間隔でムラ映像を取得することもできる。すなわち、基板２０の領域ごとにＯＰＥＤを変化させて結晶化を行い、該当ＯＰＥＤをトリガー信号として映像取得部２１０に入力することにより、どのＯＰＥＤで結晶化がさらに良く行われたかを判断することができるようにする。
前記ラインスキャンカメラ２１２によって取得された映像は、遠近を補正し、処理領域、すなわち有効領域を抽出した後、ヒストグラム定量化または累積プロファイル基盤演算などを行い、領域属性を演算して、結晶化された基板２０の良否を判定する。
ここで、基板２０の良否判断は、領域別属性値と基準レベルとを比較し、或いは領域別属性値の偏差を比較するなどの方式で行われる。
ここで、基板２０を透過して反射される真空チャックラインの映像を除去または減少させるために、本発明では、紫外線光源２００を使用している。紫外線光源２２０は、基板２０（例えば、ガラスベース基板）上に形成されたシリコン薄膜の厚さで透過せずに吸収され、一定の角度ではムラ領域で反射された映像を取得することができる。
つまり、紫外線光源２２０を使用することにより、基板２０を透過して反射される映像を減少または除去してムラ映像取得の信頼性を向上させることができるのである。
ここで、前記映像取得部２１０は、基板２０に対して２０°〜７０°の角度（θＡΧ）で配置されることが好ましく、前記紫外線光源２２０は、基板２０に対して２０°〜７０°の角度（θＡΛ）で配置されることが好ましい。図４の（ａ）はエリアカメラ２１１の場合であり、図４の（ｂ）はラインスキャンカメラ２１２の場合である。エリアカメラ２１１の場合は、水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向の中心線を基準とする基板に対する角度を意味する。
図５は一般に予想されるムラの表面形態を示すものであって、前記映像取得部２１０及び紫外線光源２２０が前記角度を外れる場合、隣接するムラと重なり合って映像が取得されるか、或いはムラの高さ及び幅に対する情報が不正確に取得される。
また、前記取得されたムラ映像に対して画像処理を前記映像処理部２３０で行い、前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）と映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化することが好ましい。
例えば、取得された映像に対して、ローカル（ｌｏｃａｌ）に分布している輝度値の平均をとり、平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）映像を生成してコントラストの映像を導出するものであって、最初に取得された映像から、映像を前処理して得られた基準映像（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍａｇｅ）のデータ値を差し引くと、コントラスト映像を得、これを用いてコントラスト条件及びライン種類などの選択事項を入力して分析イメージを導出することができ、これにより最終的なムラ検出に対する定量化された映像データを得る。
そして、前記定量化されたムラから基板２０の結晶化レベルに対する良否を判断し、異常発生の際に、基板２０に照射されるレーザービームのＥＤ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を変更するようにするが、これは前記中央処理部２４０で行う。
以下、本発明に係る紫外線光源２２０を用いてムラ映像を取得する場合と、可視光線を用いてムラ映像を取得する場合に対する比較データを説明する。
図６は波長による吸収の深さを示すものであって、４００ｎｍ以下の紫外線光源２２０領域では、シリコン薄膜の結晶化厚さで浸透しなくなって、基板２０で反射される映像が生じなくなるのである。これに対し、可視光源領域では、シリコン薄膜の結晶化厚さを超えて浸透して基板２０の下の真空チャックラインのような映像が取得される。
図７は光源の波長による基板２０の映像を示すものであって、紫外線光領域では基板２０のパターン（例えば、真空チャックライン）が微かに見える程度に減少することが分かる（透過比率が著しく減少）。
図８は紫外線光源２２０を照射した場合（ａ）と可視光源を照射した場合（ｂ）のムラ映像を取得したものであって、可視光源を照射した場合には、基板２０の上に反射された真空チャックラインが取得され、紫外線光源２２０を照射した場合には、ムラ領域の取得と共に基板２０の真空チャックラインは現れなかった。
このように、本発明は、紫外線を用いて、レーザー結晶化装置を含む設備内で結晶化された基板に起因するムラを定量化することにより、結晶化された基板の状態に対する良否をリアルタイムで判定して安定的な工程管理を図ることができるようにしたのである。
特に、紫外線を用いることにより、基板の下に位置した真空チャックラインのような映像は現れないため基板に対するムラ情報のみを取得することができてムラ検出の信頼性を高め、取得したムラ情報を用いて歩留まりの向上に大きく寄与することができるようにしたのである。
１０ レーザー結晶化設備
２０ 基板
１００ レーザー結晶化装置
１１０ 工程チャンバー
１２０ レーザー発生器
１３０ ステージ
２００ ムラ定量化装置
２１０ 映像取得部
２１１ エリアカメラ
２１２ ラインスキャンカメラ
２２０ 紫外線光源
２３０ 映像処理部
２４０ 中央処理部

Claims (16)

  1. レーザー結晶化装置を含むレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステムにおいて、
    前記レーザー結晶化装置によって基板の結晶化を行い、
    前記結晶化された基板を移動させながら紫外線光源を用いてムラをリアルタイムで定量化することができるように、ムラ定量化装置が前記レーザー結晶化設備の内部に形成されており、
    前記ムラ定量化装置が、最適結晶化エネルギー密度（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ、ＯＰＥＤ）領域ごとにトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得する映像取得部を備えることを特徴とする、レーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  2. 前記レーザー結晶化装置は、
    工程チャンバーと、
    前記工程チャンバーの側面に形成され、前記基板にレーザービームを照射するレーザービーム発生器と、
    前記工程チャンバーの内部に形成され、前記基板をロード及びアンロードさせるステージとを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  3. 前記ムラ定量化装置は、
    前記レーザービームの照射に対して干渉しないように形成され、前記ステージによりロードされる結晶化された基板に対するリアルタイムのムラ映像の取得が可能となるように、前記ステージの移動方向に対して上側に設けられた前記映像取得部と、
    前記映像取得部の近傍に形成され、結晶化された基板を照らす紫外線光源と、
    前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）及び分析イメージを導出するための映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化する映像処理部と、
    前記映像取得部、前記紫外線光源及び前記映像処理部を制御し、前記映像取得部で取得された映像及び前記映像処理部で取得された映像データを表示し、前記結晶化された基板に対する良否を判断するように形成された中央処理部とを含んでなることを特徴とする、請求項２に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  4. 前記映像取得部はエリアカメラ（ａｒｅａ ｃａｍｅｒａ）であることを特徴とする、請求項３に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  5. 前記映像取得部は、前記ステージの位置に対する信号の入力を受け、トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得することを特徴とする、請求項４に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  6. 前記映像取得部はラインスキャンカメラ（ｌｉｎｅ ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）であることを特徴とする、請求項３に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  7. 前記映像取得部は、前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることを特徴とする、請求項３に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  8. 前記紫外線光源は、前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることを特徴とする、請求項７に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  9. 前記中央処理部は、
    前記結晶化された基板に対する良否を判断し、異常発生の際に、前記基板に照射されるレーザービームのＯＰＥＤ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を変更するように形成されることを特徴とする、請求項３に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化するシステム。
  10. レーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法において、
    基板をロードする第１段階と、
    レーザーを用いて、前記ロードされた基板の結晶化を行う第２段階と、
    紫外線光源を用いて、前記結晶化された基板を移動させながらムラをリアルタイムで定量化する第３段階と、
    結晶化及びムラ定量化の完了した基板をアンロードする第４段階とを含んでなり、
    前記第３段階は、前記紫外線光源を用いて、最適結晶化エネルギー密度（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ、ＯＰＥＤ）領域ごとにトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔で、前記結晶化された基板のムラ映像を取得する段階を含むことを特徴とする、レーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  11. 前記第３段階は、
    前記取得されたムラ映像に対して映像処理を行う段階と、
    前記映像処理の行われた映像をデータとして分析して定量化する段階と、
    前記定量化されたムラから前記基板の結晶化レベルに対する良否を判断する段階とを含んでなることを特徴とする、請求項１０に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  12. 前記結晶化された基板のムラ映像を取得する段階は、位置同期化トリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）を調節して一定の間隔でムラ映像を取得することを特徴とする、請求項１１に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  13. 前記結晶化された基板のムラ映像を取得する段階は、ムラ映像の取得のための映像取得部が前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  14. 前記紫外線光源は、前記基板に対して２０°〜７０°の角度で配置されることを特徴とする、請求項１３に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  15. 前記取得されたムラ映像に対して映像処理を行う段階は、
    前記取得されたムラ映像に対してコントラスト映像（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｅ）の導出のための映像前処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｅｐｒｏｓｅｃｃｉｎｇ）及び分析イメージを導出するための映像処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行い、処理された映像をデータとして分析して定量化することを特徴とする、請求項１１に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
  16. 前記定量化されたムラから前記基板の結晶化レベルに対する良否を判断する段階は、
    前記結晶化された基板に対する良否を判断し、異常発生の際に、前記基板に照射されるレーザービームのＯＰＥＤ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を変更するように形成されることを特徴とする、請求項１１に記載のレーザー結晶化設備に起因するムラを定量化する方法。
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