KR101295463B1 - 기판의 품질 평가 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ELA 공정에 있어서, 고속이고, 육안 검사원의 품질 평가값이나 최종 화질과 정합이 얻어진 기판의 품질 평가 방법 및 그의 장치를 제공하는 것에 있다.
평가 대상이 되는 기판을 한 방향으로 연속적으로 이동시키면서 기판에 경사 방향으로부터 광을 조사해서 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막에 의해 발생하는 1차 회절광에 의한 상을 촬상해서 1차 회절광상을 취득함과 함께, 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상해서 광축 근방의 산란광상을 취득하고, 이 취득한 1차 회절광상의 화상과 광축 근방의 산란광상의 화상을 처리해서 복수의 특징을 추출하고, 이 추출한 복수의 특징 중 적어도 하나 이상의 특징을 사용하여, 사전에 설정한 평가 기준에 따라 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값을 산출해서 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질을 평가하도록 하였다.

Description

기판의 품질 평가 방법 및 그 장치{METHOD OF EVALUATING SUBSTRATE QUALITY AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은, 광 혹은 레이저를 사용해서 얻어진 피검사 대상물의 화상(검출 화상)으로부터 기판의 품질을 평가하는 검사에 관한 것으로, 특히 TFT 기판, 유기 EL 기판 등에 형성된 결정 실리콘의 품질 평가를 행하는데 적합한 기판의 품질 평가 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
TFT 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치로 대표되는 플랫 패널의 생산 현장에 있어서, 펄스 엑시머 레이저를 유리 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 조사함으로써, 저온 상태로 유리 기판의 일부 영역에 결정 실리콘을 형성하는 공정이 있다. 이 공정을 ELA(Excimer Laser Anneal) 공정이라 칭한다. 여기서, 조사 레이저 에너지의 변동에 의해, 결정 실리콘의 입자의 크기가 변화하고, 최종적인 패널의 품질을 결정짓기 위해, 결정 실리콘의 품질(입자의 대소나 편차)을 평가하여, 엑시머 레이저 어닐 장치의 레이저 파워를 최적화하거나, 품질이 나쁜 기판을 배제할 필요가 있다. 이로 인해, 검사원에 의한 육안의 평가가 행해지고 있지만, 관능 검사이기 때문에, 검사원에 의해 평가 결과가 상이하고, 품질이 안정되지 않는 것이 문제가 되어, 품질을 정량화하는 방식 및 장치의 필요성이 발생하고 있다. 그 방법 중 하나로, 전자 현미경(SEM)에 의한 것이 있지만, 기판을 절단할 필요가 있을 뿐 아니라, 평가에 시간이 걸려, 생산 라인에 있어서 실용적인 것은 아니다. 또한, 기판에 마이크로파와 레이저를 조사하여, 결정의 유전율로 결정성을 평가하는 장치도 있지만, 전수 검사는 곤란하다. 또한, 생산 라인에 있어서, 고속으로 결정 실리콘의 품질을 평가하는 다른 기술로서, 일본 특허공개 제2006-19408호 공보(특허문헌 1)에는, 결정 실리콘의 표면에 가시광선을 조사하고, 그의 반사광의 화상을 취득하여, 화상의 휘도 균일성, 스트라이프상 무늬의 콘트라스트 등으로부터 결정 실리콘 표면의 결정의 품질의 우열을 검사하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허공개 제2001-308009호 공보(특허문헌 2)에는, 엑시머 레이저 어닐 처리를 한 기판에 광을 조사하고, 기판으로부터의 회절광을 모니터링해서 엑시머 레이저의 조사 조건을 최적화하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허공개 제2006-19408호 공보 일본 특허공개 제2001-308009호 공보
결정 실리콘의 품질 평가는, 상술한 바와 같이, 육안 검사원에 의한 관능 평가인 경우가 많다. 이로 인해, 검사원에 의해 판정 기준에 미묘한 차이가 있어, 이들을 집약한 판정 기준을 설정하고, 적절히 갱신할 필요가 있다. 또한, 프로세스의 구동시에는, 새로운 품질 열화 요인이 발생하는 것도 상정되며, 판정 기준이 바뀔 가능성도 있다. 또한, 피검사 대상물인 플랫 패널의 제조 공정에서는, ELA 공정 후에 다수의 공정을 거친 뒤, 최종적인 화질의 평가로서 점등 검사가 행해진다. 이로 인해, 결정 실리콘의 품질과 최종 화질과의 상관을 감안하면서, 최종 화질의 결과를 반영시켜서 결정 실리콘의 품질 판정 기준을 적절히 변경할 필요성이 발생할 가능성이 있다.
특허문헌 1에 기재되어 있는 방법에서는, 검사 기준을 프로세스의 변화나 검사 조건의 변화 등에 따라 유연하게 대응시키는 것에 대해서 기재되어 있지 않다.
또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 방법에 있어서도, 기판으로부터의 회절광의 정보만을 사용하는 것이 기재되어 있을 뿐, 검사 기준을 프로세스의 변화나 검사 조건의 변화 등에 따라 유연하게 대응시키는 것에 대해서 기재되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, ELA 공정에 있어서, 검사 기준을 프로세스의 변화나 검사 조건의 변화 등에 따라 유연하게 대응시킬 수 있고, 고속, 또한 육안 검사원의 품질 평가값이나 최종 화질과 정합이 얻어진 기판의 품질 평가 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질을 평가하는 장치에 있어서, 평가 대상이 되는 기판을 적재해서 적어도 한 방향으로 연속적으로 이동 가능한 테이블 수단과, 이 테이블 수단에 적재된 기판에 경사 방향으로부터 광을 조사해서 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막에 의해 발생하는 1차 회절광에 의한 상을 촬상해서 1차 회절광상을 취득함과 함께, 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상해서 광축 근방의 산란광상을 취득하는 화상 취득 수단과, 이 화상 취득 수단에서 취득한 1차 회절광상의 화상과 광축 근방의 산란광상의 화상을 처리해서 복수의 특징을 추출하는 특징 추출 수단과, 이 특징 추출 수단으로 추출한 복수의 특징 중 적어도 하나 이상의 특징을 사용해서 사전에 설정한 평가 기준에 따라 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값을 산출하는 품질 평가값 산출 수단을 구비해서 구성하였다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질을 평가하는 방법을, 평가 대상이 되는 기판을 1 방향으로 연속적으로 이동시키면서 기판에 경사 방향으로부터 광을 조사해서 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막에 의해 발생하는 1차 회절광에 의한 상을 촬상해서 1차 회절광상을 취득함과 함께, 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상해서 광축 근방의 산란광상을 취득하고, 이 취득한 1차 회절광상의 화상과 광축 근방의 산란광상의 화상을 처리해서 복수의 특징을 추출하고, 이 추출한 복수의 특징 중 적어도 하나 이상의 특징을 사용하여, 사전에 설정한 평가 기준에 따라 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값을 산출하도록 하였다.
본 발명에 따르면, 육안 관찰·평가에 의한 판정과 정합이 얻어진 품질 평가값을 출력할 수 있도록 되었다. 또한, 기판의 품질 평가값 산출의 기초가 되는 판정 기준을, 복수의 기판의 화상과 그 기판의 제품 완성 후의 품질을 세트로 해서 사전에 입력해서 설정함으로써 최종 품질의 사전 예측이 가능하게 되었다.
도 1은 품질 평가 장치의 일 실시 형태로서의 개략의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 품질 평가 장치의 구성의 개념을 도시하는 블록도이다.
도 3a는 기판 상의 다결정 실리콘막에 레이저를 조사해서 1차 회절광이 발생한 상태를 나타내는 기판의 단면도이다.
도 3b는 어닐용 레이저 파워와 다결정 실리콘 박막의 결정 입경과의 관계를 개념적으로 표현한 그래프이다.
도 4는 기판의 품질 평가값을 산출하는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 기판의 품질 평가값을 산출하는 처리의 개념을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 평가 대상이 되는 결정 실리콘이 형성된 기판의 화상의 개념도이다.
도 7은 유저의 관점으로 판정 기준을 설정하는 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 최종 점등 검사시의 품질 평가값으로부터 판정 기준을 설정하는 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 품질 평가 장치의 조명 광학계의 다른 형태로서의 개략의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 복수의 광학계로부터 얻어진 화상으로부터 기판 품질의 판정 기준을 설정하는 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 복수의 광학계로부터 얻어진 화상으로부터 기판의 품질 평가값을 산출하는 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 기판의 품질 평가 방법 및 그 장치의 실시 형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 우선, 피검사 대상물로서 결정 실리콘이 형성된 기판을 대상으로 한 품질 평가 장치의 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판의 품질 평가 장치(100)의 실시 형태를 나타내는 개념도다. 광학계(1)는, 조명부(4) 및 복수의 검출부(7a, 7b)를 가지고 구성된다. 조명부(4)는, 조명 조건(예를 들어 조사 각도, 조명 방위, 조명 파장, 편광 상태 등)이 조정된 상태에서 피평가 대상물(5)(결정 실리콘이 형성된 기판)에 조사한다. 조명부(4)로부터 출사되는 조명광에 의해 피검사 대상물(5)로부터 산란광이 발생한다. 여기에서는, 검출부(7a)의 방향으로 산란한 광을 산란광(6a), 검출부(7b)의 방향으로 산란한 광을 산란광(6b)이라 칭한다. 산란광(6a) 및 산란광(6b)의 각각을 검출부(7a) 및 검출부(7b)의 각각에서 산란광 강도 신호로서 검출한다. 상기 검출된 산란광 강도 신호의 각각은 A/D 변환부(2)에서 증폭되어 A/D 변환되고, 화상 처리부(3)에 입력된다.
화상 처리부(3)는, 전처리부(8-1), 평가값 산출부(8-2)를 적절히 가지고 구성된다. 화상 처리부(3)에 입력된 산란광 강도 신호에 대하여, 전처리부(8-1)에 있어서, 후술하는 판정 기준의 산출을 행한다. 평가값 산출부(8-2)는 전처리부(8-1)에서 생성된 판정 기준에 따라 후술하는 처리를 행하고, 기판의 품질 평가값을 산출하여 전체 제어부(9)에 출력한다.
산란광(6a) 및 산란광(6b)의 각각은, 각각 검출부(7a) 및 검출부(7b)의 방향에 발생하는 산란광 분포를 가리킨다. 조명부(4)에 의한 조명광의 광학 조건이 상이하면, 그에 따라 발생하는 산란광(6a)과 산란광(6b)은 서로 상이하다. 본 실시예에 있어서, 어떤 조명광에 의해 발생한 산란광의 광학적 성질 및 그의 특징을, 그 산란광의 산란광 분포라 칭한다. 산란광 분포란, 보다 구체적으로는 산란광의 출사 위치·출사 방위·출사 각도에 대한, 강도·진폭·위상·편광·파장·간섭성(Coherency) 등의 광학 파라미터값의 분포를 가리킨다.
이어서, 도 2에 도시하는 구성을 실현하는 구체적인 품질 평가 장치의 한 실시 형태로서의 블록도를 도 1에 나타낸다. 즉, 본 실시예에 따른 품질 평가 장치(100)는, 피검사 대상물(예를 들어, 결정 실리콘이 형성된 기판(5))에 대하여 조명광을 경사 방향으로부터 조사하는 조명부(4)와, 기판(5)으로부터의 1차 회절광의 방향의 산란광을 결상시키는 검출 광학계(1차 회절광 검출계)(7a)와, 시료(5)로부터의 정반사광의 근방의 산란광을 결상시키는 검출 광학계(정반사광 근방 산란광 검출계)(7b)와, 각각의 검출 광학계에 의해 결상된 광학상을 수광하고, 화상 신호로 변환하는 센서부(11a, 1lb)를 갖는 광학계(1)와, 센서부(11a, 1lb)에서 얻어진 화상 신호를 증폭해서 A/D 변환하는 A/D 변환부(2)와, 화상 처리부(3)와, 전체 제어부(9)을 구비해서 구성된다. 여기에서는, 산란광을 예로 들어 그 처리의 상세를 설명한다. 또한, 회절광도 마찬가지의 처리가 행해진다.
기판(5)은 XY 평면 내의 이동 및 회전과 XY 평면에 수직인 Z 방향으로의 이동이 가능한 스테이지(X-Y-Z-θ 스테이지)(13)에 탑재되며, X-Y-Z-θ 스테이지(13)는 메커니컬 컨트롤러(14)에 의해 구동된다. 이때, 기판(5)을 X-Y-Z-θ 스테이지(13)에 탑재하고, 이 X-Y-Z-θ 스테이지(13)를 수평 방향으로 이동시키면서 피검사 대상물 위의 이물질로부터의 산란광을 검출함으로써, 검출 결과를 2차원 화상으로 해서 얻는다.
조명부(4)의 조명 광원(41)은, 레이저를 사용해도, 램프를 사용해도 좋다. 또한, 각 조명 광원의 광의 파장은 단파장이여도 좋고, 또한 광대역의 파장의 광(백색광)이여도 좋다. 단파장의 광을 사용하는 경우, 검출하는 화상의 분해능을 올리기(미세한 결함을 검출하기) 위해, 자외 영역의 파장(160 내지 400nm)의 광(Ultra Violet Light: UV 광)을 사용할 수도 있다. 레이저를 광원으로서 사용하는 경우, 그것이 단일 파장의 레이저일 경우에는, 가간섭성을 저감하는 수단(43)을 조명부(4)에 구비하는 것도 가능하다. 조명부(4)는, 추가로 조명 광원(41)으로부터 발사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 렌즈(42)와, 콜리메이트된 광을 한 방향으로 긴(도 1의 경우에는, 지면에 직각인 방향으로 긴) 빔 형상으로 변환하는 원통형 렌즈(44)를 구비하고 있다. 조명 조건(예를 들어 조사 각도, 조명 방위, 조명 파장, 편광 상태 등)은 유저에 의해 선택, 혹은 자동 선택되며, 조명 드라이버(12)에 있어서, 선택 조건에 따른 설정, 제어를 행한다.
기판(5)으로부터 발한 산란광 중, ELA에 의해 기판(5)에 형성된 다결정 실리콘막의 규칙적인 돌기 형상의 패턴으로부터의 반사광에 의한 1차 회절광 및 그 근방의 산란광은 검출 광학계(7a)를 통해 센서부(11a)에서 화상 신호로 변환된다. 또한, 기판(5)으로부터 정반사광의 방향으로 산란한 광은, 공간 필터(71b)에서 정반사광이 차광되어 정반사광 근방의 산란광이 검출 광학계(7b)를 통해 센서부(11b)에서 화상 신호로 변환된다. 검출 광학계(7a)는, 대물 렌즈(72a), 광학 필터(73a), 결상 렌즈(74a)를 구비해서 구성되며, 센서부(11a)에 집광, 결상(結像)된다. 또한, 검출 광학계(7b)도 7a와 마찬가지로 대물 렌즈(72b), 광학 필터(73b), 결상 렌즈(74b)를 구비한 구성으로 되어 있다.
센서부(11a, 11b)는, 1차원 이미지 센서(CCD 리니어 센서), 혹은 복수의 1차원 이미지 센서를 2차원으로 배열해서 구성한 시간 지연 적분형의 이미지 센서(Time Delay Integration Image Sensor: TDI 이미지 센서)를 채용하고, X-Y-Z-θ 스테이지(12)의 이동과 동기하여 이미지 센서로 산란광 분포를 검출하고, 2차원 화상을 얻는다. 또한, 73a, 73b는 광학 필터이며, ND 필터나 감쇠기(attenuator) 등의 광강도를 조정할 수 있는 광학 소자, 혹은 편광판이나 편광빔 스플리터나 파장판 등의 편광 광학 소자, 혹은 대역 필터(bandpass filter)나 색 선별 거울(dichroic mirror) 등의 파장 필터 중 어느 하나 또는 그것들을 조합한 것으로 구성되고, 검출광의 광강도, 편광 특성, 파장 특성 중 어느 하나 또는 그들을 조합해서 제어한다.
화상 처리부(3)는 피검사 대상물인 기판(5) 상의 품질 평가값을 산출하는 것이며, 센서부(11a, 1lb)로부터 입력된 화상 신호에 대하여, 품질 평가값을 산출하기 위한 기준을 설정하는 전처리부(8-1), 설정된 품질 판정 기준에 기초하여, 검출된 화상으로부터 품질 평가값을 산출하는 평가값 산출부(8-2), 외부로부터 입력되는 파라미터나 데이터 등을 접수하고, 전처리부(8-1) 및 평가값 산출부(8-2)에 세트하는 데이터 교시부(8-3)를 포함하여 구성된다. 그리고, 화상 처리부(3)에 있어서 예를 들어 데이터 교시부(8-3)는 데이터 베이스(15)를 접속해서 구성된다.
전체 제어부(9)는, 각종 제어를 행하는 CPU(전체 제어부(9)에 내장)를 구비하고, 유저로부터의 파라미터 등을 접수하여, 검출된 기판의 화상, 품질 평가값 등을 표시하는 표시 수단과 입력 수단을 갖는 사용자 인터페이스부(GUI부)(16) 및 화상 처리부(3)에서 처리된 기판의 특징량이나 화상, 품질 판정 기준 등을 기억하는 기억 장치(17)를 적절히 접속하고 있다. 메커니컬 컨트롤러(14)는, 전체 제어부(9)로부터의 제어 명령에 기초하여 X-Y-Z-θ 스테이지(13)를 구동한다. 또한, 화상 처리부(3), 검출 광학계(7a, 7b) 등도 전체 제어부(9)로부터의 명령에 의해 구동된다.
피평가 대상인 기판(5)은, 예를 들어 유리 기판이며, 표면에 결정 실리콘이 다수 규칙적으로 형성되어 있다. 전체 제어부(9)는 기판(5)을 X-Y-Z-θ 스테이지(13)에 의해 연속적으로 이동시키고, 이것에 동기하여, 기판의 상을 센서부(11a, 1lb)로부터 도입하고, 얻어진 2종의 산란광(6a, 6b)의 화상 각각에 대하여 각종 특징을 산출하고, 산출한 특징의 값을 사전에 설정한 판정 기준과 비교해서 품질 평가값을 산출한다.
도 3a에는, 유리 기판(300) 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막(310)의 일부가 엑시머 레이저로 어닐되어 결정 입경이 일치된 다결정 실리콘 박막(320)이 형성된 상태의 기판(300)에, 광원(350)으로부터 조명광(351)을 입사 각도(θ1)(기판(300)의 법선 방향에 대한 각도)로 기판(300)에 조사하고, 기판(300)의 표면측의 θ2 방향으로 1차 회절광(352)이 발생하는 상태를 나타내고 있다.
이 엑시머 레이저 어닐에 의해 형성된 다결정 실리콘 박막(320)의 입경은, 엑시머 레이저의 조사 에너지(레이저의 파워 밀도와 조사 시간과의 곱)에 의존한다. 즉, 아몰퍼스 실리콘 박막(310)에 조사하는 레이저의 파워를 상승시켜 가면, 도 3b에 도시한 바와 같이, 특정 에너지 수준을 초과한 뒤부터 아몰퍼스 실리콘 박막(310)의 결정화가 진행되기 시작하여, 다결정 실리콘 박막(320)이 성장한다. 그리고, 조사하는 레이저의 파워를 더욱 올리면, 다결정 실리콘 박막(320)의 입경이 더욱 크게 성장해 간다.
여기서, 다결정 실리콘 박막(320)의 입경이 일치된 상태가 되면 다결정 실리콘 박막(320)의 표면에는, 결정의 입경에 따라 거의 일정한 피치(P)로 돌기가 형성된다(도 3a의 도면에 직각인 방향에도 일정한 피치로 돌기가 형성되어 있음). 이 막 표면의 돌기의 피치(P)는, 다결정 실리콘 박막(320)의 결정 입경에 의해 바뀐다.
한편, 도 3a에 나타낸 구성에 있어서, 광원(350)으로부터 발사된 파장이 λ의 조명광의 기판(300)에의 입사 각도(θ1)와, 다결정 실리콘 박막(320)이 형성된 기판(300)으로부터 발생하는 1차 회절광의 출사 각도(θ2), 다결정 실리콘 박막(320)의 표면의 돌기의 피치(P) 사이에는, 수학식 1로 표현되는 관계가 성립된다.
Figure 112011095253640-pat00001
즉, 아몰퍼스 실리콘 박막(310)을 어닐할 때의 엑시머 레이저의 파워에 불균일(공간적인 분포)이나 변동(경시적인 변화)이 있으면, 다결정 실리콘 박막(320)의 입경이 변화한다. 그 결과, θ1의 방향으로부터 조사된 기판(300)으로부터 발생하는 1차 회절광의 출사 각도(θ2)가 변화하게 된다. 따라서, 1차 회절광(352)을 검출해서 그의 각도(θ2)를 구함으로써, 다결정 실리콘 박막(320)의 입경을 추정할 수 있다.
이어서, 화상 처리부(3)의 기판의 품질 평가값 산출부(8-2)의 처리 흐름의 일례를 설명한다. 도 4는, 도 1에 나타낸 기판(5)에 대하여, 스테이지(13)의 주사에 의해 센서부(11a)로부터 얻어지는 1차 회절광 분포의 화상으로부터 품질 평가값을 산출하는 처리 흐름의 개요를 나타낸다. 평가값 산출부(8-2)에는, 사전에 설정된 판정 기준(410)과 센서부(11a)에서 검출된 기판(5)의 화상(420)이 입력된다. 평가값 산출부(8-2)에서는, 우선 품질을 좌우하는 특징을 현재화하기 위해서, 평가의 방해가 되는 노이즈를 제거한다(S401). 노이즈의 예로는, 센서의 전기 노이즈, 검출 앙각에 의존해서 발생하는 휘도 쉐이딩, 조명 불균일 등이 있다. 노이즈의 제거 방법으로는, 평활화, 특정 주파수 대역의 제거 등이 있다. 이어서, 노이즈를 제거한 기판의 화상에 대해서, 하나 또는 복수의 특징량을 연산한다(S402).
여기서, 대상이 결정 실리콘일 경우, 펄스 엑시머 레이저의 조사 에너지의 변동에 기인한 스트라이프상의 불균일, 기판 내의 휘도 분포 등이 품질을 좌우하는 특징의 예가 된다. 거기에서 이들을 정량화하는 특징량의 예로서,
특징 (1): 스트라이프상의 불균일이 있는 방향의 휘도 투영으로부터 산출하는 콘트라스트
특징 (2): 화상 내의 각 화소에 대해서, 휘도 구배 강도의 화상내 분포
등이 있다. 도 6은 그 예를 나타낸다. 61은 결정 실리콘이 형성된 기판의 화상이다. 엑시머 레이저 어닐 장치에서 표면에 아몰퍼스 실리콘의 박막이 형성된 기판에 조사하는 한 방향으로 길게 성형한 레이저의 길이 방향이 X 방향, 스캔 방향(이송 방향)이 Y 방향으로 한다. 조사 레이저 에너지의 변동이나 한 방향으로 길게 성형한 레이저의 길이 방향의 에너지의 분포 등에 의해, 레이저 어닐에 의해 형성되는 다결정 실리콘의 품질이 열화되면, 61과 같이, X 방향을 따른 스트라이프상의 불균일이 현저해진다. 이로 인해, 검출 화상의 각 점의 휘도값을 f(x, y)로 하면, 특징 (1)은 X 방향에 각 화소의 투영 휘도 평균을 수학식 2와 같이 산출하고, 투영 휘도 평균의 Y 방향의 변화량(수학식 3)을 콘트라스트로 한다.
Figure 112011095253640-pat00002
Figure 112011095253640-pat00003
특징 (2)는, 각 화소에 대하여, 수학식 4와 같이 휘도 구배 강도를 연산하고, 그 히스토그램을 대상 영역 내에서 구하여, 특징으로 하는 것이다.
Figure 112011095253640-pat00004
특징 (1)과 (2)는 특징량의 일례이며, 그 이외에도 기판의 특징을 표현하는 것이면 된다. 그리고, 복수의 특징량 중 모두, 혹은 몇 가지를 사전에 설정되어 있는 판정 기준과 비교하여(S403), 판정 기준에 기초하여 기판의 품질 평가값을 결정한다(S404). 이어서, 이 품질 평가값에 기초하여 레이저 어닐 장치의 레이저 조사 조건의 불량을 판정(S405)하고, 그 결과를 출력한다(S406).
도 5는, S404에 있어서 기판의 품질 평가값을 결정하는 그 구체적인 개념도이다. 510, 520은 각각 상이한 기판에 대해서, 동일한 검출 조건으로 취득한 화상이다. 이러한 기판(5)의 화상이 화상 처리부(3)에 입력되면, 우선 기판(5)의 화상 각각에 대해서, 특징량 A, B, …을 연산한다. 여기에서는, 2개의 특징량 A, B를 사용해서 품질 평가값을 산출하는 예를 나타낸다. 본 발명에서는, 전처리부(8-1)에서 사전에 특징량 A, B를 사용한 판정 기준을 결정해 둔다.
도 5의 530은 판정 기준을 나타내는 특징 공간의 예이다. 즉, 특징 A, 특징 B를 축으로 하는 2차원의 특징 공간에 있어서, 각 품질 평가값의 수득 가능한 범위를 설정한다. 530은,
「ThA1<특징 A≤ThA2」 및 「ThB1<특징 B≤ThB2」 이면 Level 1
과 같이, 임계값으로 평가값의 범위가 결정 가능해지도록, 각 평가값의 범위를 축에 평행해지도록 직사각형으로 구획한 판정 기준의 예다. 그리고, 이 각 평가값의 범위(도면 중 530의 Level 1 내지 Level 4)가 설정된 특징 공간 상에서, 평가 대상 기판의 화상으로부터 산출한 특징량이 어디에 플롯되는지에 따라, 품질 평가값을 결정한다.
도 5의 특징 공간(530)에 있어서는, 기판(510)의 화상으로부터 산출한 특징량은 Level 1의 영역 내에 플롯되어, 기판(520)의 화상으로부터 산출한 특징량은 Level 3에 플롯된 것을 나타내고 있으며, 각각의 평가값은 Level 1, Level 3에 결정된다(S404). 도 5에서는, 특징 공간(530)에 있어서의 판정 기준을 특징축에 평행한 직선으로 구획한 직사각형 영역으로 나타냈지만, 특징축에 대하여, 기울기를 가진 직선으로 구획하는 것도 가능하다. 또한, 직선이 아닌, 특징 공간 상에서 각 평가값의 영역을 곡선으로 구획하는 것도 가능하다.
영역의 설정은,
「ThA1<특징 A≤ThA2」 및 「ThB1<특징 B≤ThB2」 이면 Level 1
과 같은 임계값(ThA1, ThA2, ThB1, ThB2)을 유저가 설정할 수 있다. 또한, 530과 같은 특징 공간을 사용자 인터페이스부(16)에 표시하고, GUI 상에서 각 평가값의 범위를 직접 유저가 설정할 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 품질 평가값을 결정하는 판정 기준은, 도 5에 도시한 2차원의 특징 공간(530)에서의 설정에 머무르는 것이 아닌, 보다 고차원의 특징 공간에 있어서도 설정 가능이다. 예를 들어, 3종의 특징량을 사용한 3차원의 특징 공간에 있어서는, 품질 판정 기준은 평면, 곡면으로 설정 가능하다. 또한, 보다 고차원의 특징 공간에 있어서는, 품질 판정 기준은 초평면, 초곡면이 된다. 이 경우, 유저가 복수의 특징축에 대하여 임계값을 설정하는 것은 곤란하다. 그로 인해, 본 발명에서는 교사 있는 학습에 의한 판정 기준 설정 기능을 갖는다.
도 7은, 판정 기준(410)을 유저의 관점에서 설정하는 경우의 처리 플로우의 예이다. 우선, 유저는 기판(5)을 육안으로 관찰하고(S701), 기판(5)에 품질 평가값을 설정한다(S702). 이를 반복하여, 품질 평가값을 망라하는 기판(5)과 평가값을 세트로 준비한다. 이어서, 평가한 기판(5)의 화상을 광학계(1)에서 취득한다(S703). 유저는, 얻어진 기판(5)의 화상과 유저에 의해 설정된 그 기판(5)의 평가값을 세트로 하고, 이들을 각 평가값을 망라하도록 복수 세트 정렬시켜, 화상 처리부(3)에 입력한다. 화상 처리부(3)에 기판(5)의 화상과 평가값의 복수 세트가 입력되면, 전처리부(8-1)에 있어서, S702에서 평가값이 설정된 평가값이 기지, 즉 교사 첨부된 기판의 화상에 대해서, 노이즈의 제거를 행하여(S704), 특징량을 산출한다(S705). 특징량은 8-2의 평가값 산출부에서 산출하는 것과 동일하다. 그리고, 화상으로부터 산출된 특징량과 그 화상의 평가값의 전체 세트를 학습시켜서(S706) 판정 기준(710)을 출력한다.
S706에서 실행하는 학습은, 파라메트릭 방법, 논파라메트릭 방법 등 각종 일반적인 식별기를 사용한다. 그 일례로는, 특징 공간에 플롯되는 각 평가값의 분포는 정규 분포를 따르는 것으로 가정하고, 각 화상의 특징량으로부터 산출되어, 특징 공간에 플롯된 점이 교사로서 입력된 평가값의 분포에 들어가는 확률을 구해서 판정 기준을 산출하는 방법이 있다. 이는, 특정 평가값이 되는 n개의 화상으로부터 산출한 특징량을 x1, x2,‥, xn으로 하면, 그것이 올바른 평가값이 되기 위한 식별함수φ는 수학식 5, 수학식 6에서 부여된다.
Figure 112011095253640-pat00005
Figure 112011095253640-pat00006
또한, 유저가 세트한 각 기판의 평가값은 기판 자체의 관찰 결과로부터 결정한 예를 설명했지만, 703에서 검출한 화상을 유저가 관찰하여, 교사로서의 평가값을 부여해도 좋다. 결국, 기판의 화상에 유저의 기준이 들어간 평가값을 교사로서 부여하고, 식별기를 사용해서 학습하여 판정 기준을 생성함으로써, 실제 검사원에 의한 육안 평가 결과와 정합이 얻어진 품질 평가값을 출력하는 것이 본 발명의 범위다. 이 전처리부(8-1)에서 작성된 판정 기준(710)이, 도 4의 처리 플로우에서 설명한 품질 평가값 산출부(8-2)에 입력되는 판정 기준(410)으로서 사용된다.
전처리부(8-1)에서 행하는 판정 기준(710)의 설정은, S702에서 설정되는 유저의 평가 기준을 교사로서 부여하는 것만으로 한정되는 것은 아니다. 도 8은 그의 예다. 우선, 결정 실리콘이 형성된 기판을 육안으로 관찰한다(S801). 한편, 기판(5)을 광학계(1)에서 촬상해서 기판(5)의 화상을 취득해서(S803) 기억한다. 또한 이 육안 관찰한 기판이 각 제조 공정을 거친 후의 최종 점등 검사시의 품질 평가값을, 취득한 화상과 세트로 하고(S802), 이들을 각 평가값을 망라하도록 복수 세트 정렬시켜 화상 처리(3)에 입력한다. 이후의 처리를 도 7과 마찬가지로, 전처리부(8-1)에 있어서 기판의 화상에 대해서 노이즈의 제거를 행하여(S704), 특징량을 산출하고(S705), 화상으로부터 산출된 특징량과 그 화상의 최종 점등 평가값의 전체 세트를 학습시켜서(S706) 판정 기준(810)을 출력한다.
본 예에서는, 기판의 화상에, 최종 점등 검사시의 기준이 들어간 평가값을 교사로서 부여하고, 식별기를 사용해서 학습하여 판정 기준을 생성함으로써, 최종 품질과 정합이 얻어진 품질 평가값을 출력한다. 또한, 학습을 위해서 교사로서 부여하는 평가값은, 그 밖에 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰해서 얻은 것 등, 정합을 취하고 싶은 평가값일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 도 2에 도시한 구성을 실현하는 구체적인 품질 평가 장치의 형태의 예를 도 1에 따라 설명했지만, 광학계(1)의 다른 형태의 품질 평가 장치(900)의 예를 도 9에 나타낸다. 즉, 본 실시예에 따른 품질 평가 장치의 다른 형태로서, 도 9에 도시한 바와 같은 광학계(91)를 구비한 구성에 대해서 설명한다. 광학계(91)에서는, 다결정 실리콘이 형성된 유리 기판(95)에 대하여, 조명부(94)를 이면에 배치하고, 조사하는 구성으로 하였다. 이 경우, 검출 광학계(1차 회절광 검출계)(97a)에서는, 유리 기판(95) 상에 형성된 다결정 실리콘막의 규칙적인 돌기 형상의 패턴으로부터의 반사광에 의한 1차 회절광을 결상시켜서 센서부(911a)에서 그 상을 검출하고, 1차 회절광의 화상을 얻는다. 한편, 검출 광학계(유리 기판 투과광 근방의 산란광 검출계)(97b)에서는, 유리 기판 투과광을 차광해서 그 근방의 산란광을 결상시켜서 센서부(911b)에서 그 상을 검출하고, 유리 기판 투과광의 근방의 산란광의 화상을 얻는다.
조명부(94)의 구성은 도 1에서 설명한 조명부(4)의 구성과 동일하고, 조명 광원(941), 콜리메이트 렌즈(942), 광학 필터(943), 원통형 렌즈(944)를 구비하고 있다. 1차 회절광을 검출하는 검출 광학계(97a)의 구성은 도 1에서 설명한 1차 회절광 검출계(7a)의 구성과 동일하고, 대물 렌즈(972a), 광학 필터(973a), 결상 렌즈(974a)를 구비하고 있으며, 센서부(911a)에 집광, 결상된다. 유리 기판(95)을 투과한 투과광의 근방의 산란광을 검출하는 검출 광학계(97b)의 구성은 도 1에서 설명한 정반사광 근방 산란광 검출계(7b)의 구성과 동일하고, 유리 기판(95)을 투과한 투과광을 차광하기 위한 차광 필터(971b), 대물 렌즈(972b), 광학 필터(973b), 결상 렌즈(974b)를 구비하고 있으며, 센서부(911b)에 집광, 결상된다. 유리 기판(95)을 이면으로부터 조사하는 장점으로는, 예를 들어 도 1의 조명부(4)와 1차 회절광 검출계(7a)의 배치 관계에 대해서, 구조물이 서로 간섭하지 않도록, 제약을 가할 필요가 있는 것에 반해, 제약을 받지 않고 1차 회절광 검출계(97a)와 조명부(91)를 배치할 수 있다. 도 9에 나타낸 구성에 있어서, 1차 회절광 검출계(97a)와 투과광의 근방의 산란광을 검출하는 검출 광학계(97b)가 간섭할 경우에는, 투과광의 근방의 산란광을 검출하는 검출 광학계(97b)의 광축을 유리 기판(95)을 투과한 투과광의 광축에 대하여 기울여서 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 검출 광학계(97b)의 광축에 대하여 어긋나 있는 유리 기판(95)을 투과한 투과광은 센서부(911b)에 취항되지 않기 때문에, 차광 필터(971b)는 불필요해진다.
여기서, 복수의 검출계를 가짐으로써, 다양한 검출 앙각에 의한 회절광, 산란광의 화상을 얻을 수 있지만, 이에 따라 보다 정확한 기판의 품질 평가값을 얻을 수 있다. 그 예를 설명한다. 우선, 한쪽의 검출계(예를 들어, 1차 회절광 검출계(7a))는 높은 해상도로 기판(5)으로부터의 산란광에 의한 화상을 얻을 수 있다. 이에 따라, ELA 공정에서의, 엑시머 레이저의 조사 파워의 과부족을 기인한 다결정 실리콘막의 결정 입경의 대소가 평가 가능해진다(품질 평가값 A). 다른 쪽의 검출계(예를 들어, 정반사광 또는 기판 투과광의 광축 근방의 산란광 검출계(7b))는 낮은 해상도로 기판(5)으로부터의 결정 입경에 따른 강도의 산란광 신호를 얻을 수 있다. 이에 따라, 펄스 엑시머 레이저의 펄스 누락이나 레이저 샷의 안정성 등을 기인한 결정 실리콘의 불균일성 등이 평가 가능해진다(품질 평가값 B). 품질 평가값 A에 의해, ELA 공정에 있어서 엑시머 레이저 어닐 장치에서 설정된 레이저 파워의 양부의 평가나, 최적 파워값의 설정 등이 가능해진다. 또한, 품질 평가값 B에 의해, 전수를 대상으로 한, 결정 실리콘의 성과가 평가 가능해진다. 학습시의 교시 데이터를 최종 점등 검사시의 품질로 하여, 판정 기준을 만듦으로써, ELA 공정 후의 각 기판의 최종적인 화질을 사전에 예측할 수 있어, 품질 불량이 미연에 방지된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상이한 검출계로부터 얻어진 복수의 화상으로부터, 각각의 평가값을 산출하는 것이 아닌, 복수의 다른 검출계로부터 얻어진 복수의 화상의 정보를 통합하여, 하나의 품질 평가값을 산출하는 것도 가능하다.
도 10에 그 수순의 일례를 나타낸다. 우선, 하나의 기판(100)에 대한 화상 취득 조건이 상이한 조건으로 검출해서 복수의 기판(100)의 화상(예를 들어, 1차 회절광에 의한 화상(100a), 정반사광 또는 기판 투과광의 광축 근방의 산란광에 의한 화상(100b))을 취득하고(S1001), 이 화상을 취득한 기판 상에 형성된 다결정 실리콘막의 평가값(102)(사용자 관점의 것, SEM 관찰 결과를 바탕으로 한 것 등 어느 것이어도 좋음)을 설정한다(S1002). 이들의 기판(100)의 복수의 화상(100a 및 100b)과 설정된 평가값의 데이터는 관련시켜서 세트로 해서 화상 처리부(3)에 입력된다. 화상 처리부(3)에 기판의 화상과 평가값의 복수 세트가 입력되면, 전처리부(8-1)에 있어서, 각각의 화상(100a, 100b)에 노이즈의 제거 처리(S1003a 및 S1003b)를 행하여 특징량을 산출한다(S1004a, S1004b). 노이즈의 제거 처리(S1003a와 S1003b)는 상이한 처리여도 좋다. 또한, 특징량 산출(S1004a와 S1004b)로 산출되는 특징량은 동일한 종류의 것이어도 상이한 종류의 것이어도 좋다. 그리고, 하나의 기판에 대하여 복수의 화상으로부터 산출된 특징량과 그 기판의 평가값의 전체 세트를 학습시켜서(S1005) 판정 기준을 출력한다(S1006).
도 11은, 도 10에서 산출한 판정 기준을 사용해서 기판의 품질 평가값을 산출하는 처리 흐름의 개요를 나타낸다. 평가값 산출부(8-2)에는, 도 10의 처리 플로우를 따라 사전에 설정된 판정 기준(1101)과 센서부(11a)와 센서부(11b)(또는 센서부(911a)와 센서부(911b))의 양자에서 검출된 기판의 화상(1100a, 1100b)이 입력된다(S1101, S1100a, S1100b). 평가값 산출부(8-2)에서는, 화상(1100a, 1100b)의 각각에 노이즈 제거 처리를 행한다(S1102a, S1102b). 노이즈의 제거 방법은 각각 다른 것이어도 상관없다. 이어서 노이즈를 제거한 기판의 각각의 화상에 대해서, 복수의 특징량을 연산해서 구한다(1103a, 1103b). 특징량 연산 스텝(S1103a 및 S1103b)으로 산출하는 특징량은 동일한 종류의 것이어도, 상이해도 좋다. 그리고, 특징량 연산 스텝(S1103a 및 S1103b)에서 개별적으로 산출된 복수의 특징량 중 모두, 혹은 몇 가지를, 도 10과 같이 사전에 설정되어 있는 판정 기준(1101)과 비교하여(S1104), 판정 기준에 기초하여 기판의 품질 평가값을 결정한다(S1105). 이에 따라, 다른 광학 조건으로 검출된 복수의 화상으로부터 기판의 품질 평가값을 결정할 수 있다. 이어서, 이 품질 평가값에 기초하여 레이저 어닐 장치의 레이저 조사 조건의 불량을 판정하고(S1106), 그 결과(평가값)를 출력한다(S1107).
본 발명에 의해, 검사원이 기판을 육안에 의해 직접 관찰하는 것과 마찬가지의 화상을 얻고, 또한 그의 화상에 대하여 인간의 평가 결과를 기지의 품질 평가 값으로서 학습시켜서 판정 기준을 생성함으로써, 인간에 의한 판정과 정합이 얻어진 품질 평가값을 출력하는 것이 가능해진다.
또한, 최종 점등 검사 결과를 기지의 품질 평가 값으로서 학습시켜서 판정 기준을 생성함으로써, ELA 공정 후의 기판에 대하여, 최종 품질의 사전 예측이 가능해진다.
이에 의해, ELA 장치의 최적 조건을 정량적인 평가값으로부터 결정할 수 있으며, 기판의 품질의 안정화를 실현한다. 또한, 기판 전수의 정량적인 평가값으로부터, 품질의 관리, ELA 장치의 문제 검출, 품질 불량의 미연 방지를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명의 한 실시예를, 기판 상에 형성된 결정 실리콘을 대상으로 한 품질 평가를 예로 들어서 설명했지만, TFT 액정 패널이나 유기 EL 패널 등, 플랫 패널의 화질 검사에도 적용 가능하다. 또한, 평가 대상은 플랫 패널의 유리 기판이나 점등시의 화질에 한정되는 것은 아니며, 품질을 정량화하는 것이면, 예를 들어 반도체 웨이퍼의 성과 검사 등에서도 적용 가능하다.
1… 광학계
2… A/D 변환부
3… 화상 처리부
4a, 4b… 조명부
5… 기판
7a, 7b… 검출부
8-1… 전처리부
8-2… 평가값 산출부
11a, 11b… 센서부
9… 전체 제어부
13… 스테이지

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질을 평가하는 장치로서,
    평가 대상이 되는 기판을 적재해서 적어도 한 방향으로 연속적으로 이동 가능한 테이블 수단과,
    상기 테이블 수단에 적재된 상기 기판에 경사 방향으로부터 광을 조사해서 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막에 의해 발생하는 1차 회절광에 의한 상을 촬상해서 1차 회절광상을 취득함과 함께, 상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상해서 광축 근방의 산란광상을 취득하는 화상 취득 수단과,
    상기 화상 취득 수단으로 취득한 상기 1차 회절광상의 화상과 상기 광축 근방의 산란광상의 화상을 처리해서 복수의 특징을 추출하는 특징 추출 수단과,
    상기 특징 추출 수단으로 추출한 상기 복수의 특징 중 적어도 하나 이상의 특징을 사용해서 사전에 설정한 평가 기준에 따라 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값을 산출하는 품질 평가값 산출 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    판정 기준 설정 수단을 더 구비하고, 상기 판정 기준 설정 수단은, 상기 사전에 설정하는 평가 기준을, 상기 화상 취득 수단으로 취득한 상기 다결정 실리콘 박막이 형성된 기판의 화상을 사용해서 학습함으로써 작성하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판정 기준 설정 수단은, 상기 기판의 화상에 대하여 설정된 평가값을 상기 기판의 화상의 특징량에 관련시켜서 학습함으로써 상기 평가 기준을 작성하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 품질 평가값 산출 수단으로 산출한 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값에 기초하여 상기 다결정 실리콘 박막을 형성한 레이저 어닐 장치의 레이저 조사 조건의 양부를 판정하는 레이저 조사 조건 불량 판정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 취득 수단은, 상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상하는 것을, 상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광을 차광판으로 차광하고, 상기 차광판으로 차광되지 않은 산란광에 의한 상을 촬상하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 장치.
  6. 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질을 평가하는 방법으로서,
    평가 대상이 되는 기판을 한 방향으로 연속적으로 이동시키면서 상기 기판에 경사 방향으로부터 광을 조사해서 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막에 의해 발생하는 1차 회절광에 의한 상을 촬상해서 1차 회절광상을 취득함과 함께, 상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상해서 광축 근방의 산란광상을 취득하고,
    상기 취득한 1차 회절광상의 화상과 상기 광축 근방의 산란광상의 화상을 처리해서 복수의 특징을 추출하고,
    상기 추출한 복수의 특징 중 적어도 하나 이상의 특징을 사용하여, 사전에 설정한 평가 기준에 따라 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값을 산출하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 사전에 평가 기준을 설정하는 것이, 상기 취득한 다결정 실리콘 박막이 형성된 기판의 화상을 사용해서 학습에 의해 작성해서 설정하는 것인 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 사전에 평가 기준을 설정하는 것이, 상기 취득한 다결정 실리콘 박막이 형성된 기판의 화상에 대하여 설정된 평가값을 상기 기판의 화상의 특징량에 관련시켜서 학습함으로써 상기 평가 기준을 작성하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 산출한 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 품질 평가값에 기초하여 상기 다결정 실리콘 박막을 형성한 레이저 어닐 장치의 레이저 조사 조건의 양부(良否)를 판정하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광의 광축 근방의 산란광의 상을 촬상하는 것을, 상기 기판으로부터의 정반사광 또는 투과광을 차광판으로 차광하고, 이 차광판으로 차광되지 않은 산란광에 의한 상을 촬상하는 것을 특징으로 하는 기판의 품질 평가 방법.
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