KR101490830B1 - 박막의 표면 검사 방법 및 검사 장치 - Google Patents

박막의 표면 검사 방법 및 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 어닐링에 의해 박막에 발생하는 불균일을 구체적이고 정확하게 판정하는 것을 가능하게 한다.
레이저 어닐링 처리가 실시된 박막 표면에 검사광을 조사하고, 상기 박막 표면에서 반사된 반사광을 수광하여 컬러 화상을 취득하고, 상기 컬러 화상의 색 성분을 검출하고, 검출된 색 성분에 근거하여 상기 컬러 화상을 모노크롬화하고, 모노크롬화된 화상의 데이터를 콘볼루션하여 화상농담을 강조한 화상 데이터를 취득하고, 화상농담을 강조한 상기 화상 데이터를 투영 변환하고, 투영 변환이 된 화상 데이터에 근거하여 상기 박막의 표면 불균일을 판정함으로써, 레이저 어닐링 처리된 박막의 표면 불균일을 구체적이고 정확하게 판정할 수 있고, 판정에 의해 만일 규정값을 초과하는 경우, 불량으로서 레이저 어닐링 처리를 정지시켜 불량을 최소한으로 할 수 있고, 불량 판정 이외에도 박막 표면의 상태를 관리할 수 있다.

Description

박막의 표면 검사 방법 및 검사 장치{THIN FILM OBVERSE FACE INSPECTION METHOD AND INSPECTION DEVICE}
본 발명은 폴리실리콘 박막 제조 공정의 레이저 어닐링 처리 등에 있어서 박막 표면에 발생하는 불균일을 검사하는 기술에 관한 것이다.
어모퍼스 실리콘막에 레이저를 조사하여 결정화를 행하고, 폴리실리콘막에 형성하는 기술은 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조 공정에 있어서 중요한 위치이고, 기판의 품질 향상을 위해서 균일하게 불균일이 없이 레이저를 기판에 조사할 필요가 있다.
그러나, 레이저의 에너지의 흩어짐이나 광학계의 흠이나 불투명에 의해, 레이저 형상 방향의 샷 불균일 및 레이저 주사 방향의 스캔 불균일이 생기는 경우가 있고, 이들이 후공정에 있어서 불량품의 원인이 된다. 그 때문에, 기판 표면의 조사 불균일 검사는 없어서는 안된다.
종래의 어닐링 처리 후의 폴리실리콘막의 상태 검사·평가로서, 레이저 결정 실리콘의 검사 방법(특허문헌 1)을 들 수 있다. 어닐링 처리 후의 기판에 대하여, 광원을 비스듬하게 함으로써 표면의 상태를 판단하는 것을 목적으로 하고 있다.
구체적으로는 광원의 각도를 최적으로 하여 검사광을 조사하고, 녹색의 반사광의 강도 변화에 의해 스트라이프상의 모양이 출현하는지 아닌지에 의해 레이저 에너지가 적당한지 부적당한지를 결론할 수 있다고 한다.
일본 특허 공개 2006-19408 공보
상기 레이저 결정 실리콘의 검사 방법은 어닐링 처리 후의 기판 표면의 상태를 광원의 각도를 최적으로 하여 관찰할 수 있는 방법에 대해서 말하고 있지만, 줄무늬 얼룩을 스트라이프상의 모양으로서 카메라에 비추어진 화상을 추상적으로 판단하고 있다. 자동 기계에 있어서는 이 줄무늬 얼룩을 수치화하는 것이 중요하고, 수치화함으로써 좋고 나쁨의 판정을 행할 수 있지만, 전기의 방법에서는 좋고 나쁨 판정의 구체성이 부족하여 자동화가 어렵다.
또한, 상기 종래 방법에서는 백색광을 조사하여 기판 표면이 녹색으로 보이는 것을 나타내고 있지만, 광원의 각도나 기판 표면의 상태에 따라서는 청색이나 황색으로 보이는 경우도 있는 것을 알고 있고, 상기한 바와 같이 녹색의 반사광을 전제로 하면 적절한 판정이 어려운 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정을 배경으로 하여 이루어진 것이고, 표면의 반사색에 좌우되지 않고 기판의 표면의 불균일 상태를 용이하게 수치화하여 판정하는 것을 가능하게 하는 박막의 표면 검사 방법 및 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 박막의 표면 검사 방법은 레이저 어닐링 처리가 실시된 박막 표면에 검사광을 조사하고, 상기 조사에 의해 상기 박막 표면에서 반사된 반사광을 수광하여 컬러 화상을 취득하고, 상기 컬러 화상의 색 성분을 검출하고, 검출된 색 성분에 근거하여 상기 컬러 화상을 모노크롬화하고, 모노크롬화된 화상의 데이터를 콘볼루션하여 화상농담을 강조한 화상 데이터를 취득하고, 화상농담을 강조한 상기 화상 데이터를 투영 변환하고, 상기 투영 변환이 된 화상 데이터에 근거하여 상기 박막의 표면 불균일을 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 표면 검사 장치는 레이저광의 조사에 의해 어닐링 처리가 된 박막에 검사광을 조사하는 검사광 조사부와, 상기 검사광이 상기 박막에서 반사된 반사광을 수광하는 반사광 수광부와, 상기 수광부로부터 출력되는 화상 정보를 받는 화상처리부와, 상기 화상처리부에서 처리된 화상 데이터에 근거하여 박막 표면의 불균일의 판정을 행하는 판정부를 구비하고,
상기 화상처리부는 상기 화상 정보에 대하여 상기 본 발명의 모노크롬화 처리, 콘볼루션 처리 및 투영 변환을 실행하고,
상기 판정부는 상기 본 발명의 판정을 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 검사 방법에서는 레이저 어닐링 처리가 된 박막이 검사 대상이 된다. 박막은 레이저가 조사되어 어닐링된 것이면 좋고, 본 발명으로서는 특정한 것으로 한정되지 않지만, 대표적으로는 어모퍼스(특별히는 어모퍼스 실리콘) 박막에 레이저 어닐링을 하여 결정화한 박막을 대상으로 할 수 있다.
검사광 조사에서는 특정 파장으로 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 백색광을 사용할 수 있다. 검사광을 조사하는 검사광 조사부에는 각종 광원을 사용할 수 있고, 본 발명으로서는 특정한 것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 검사광이 박막에 조사되어 반사하는 반사광은 반사광 수광부에서 수광된다. 반사광 수광부는 반사광을 컬러 화상으로서 수광하여 화상 정보를 출력하는 것이면 좋고, 그 구성은 특별히 한정되는 것은 아니고, CCD 등의 적당한 수광부를 사용할 수 있다.
반사광 수광부에서는 컬러 화상이 취득된다. 취득한 컬러 화상은 화상 처리에 의해 색 성분을 검출한다. 색 성분의 검출에서는, 예를 들면 R, G, B의 색 성분이 각각 검출된다. 검출한 색 성분에 의해 화상을 모노크롬화한다. 모노크롬화에서는, 예를 들면 광 분포가 상대적으로 큰 색 성분을 추출하고, 광 강도에 따라서 모노크롬화한다.
모노크롬화된 화상 데이터는 콘볼루션에 의해 화상의 농담을 강조하는 처리를 행한다. 콘볼루션에서는 행렬로 나타내어지는 화상 데이터에 소정 계수의 행렬을 곱함으로써 행할 수 있다. 소정 계수의 행수로서는 적당히 선택할 수 있고, 본 발명으로서는 특정한 것으로 한정되는 것은 아니다.
콘볼루션에서는 행 방향을 강조하는 행렬과 열 방향을 강조하는 행렬을 각각 준비하고, 화상 데이터에 각각 곱하여 행 방향을 강조한 화상 데이터와 열 방향을 강조한 화상 데이터를 각각 취득할 수 있다. 화상 데이터의 열 방향은 어닐링을 행하는 레이저가 주사된 방향의 화상 데이터 열이고, 화상 데이터의 행 방향은 어닐링을 행하는 레이저 샷의 빔 방향의 화상 데이터 행이다. 행 방향과 열 방향을 각각 강조하는 행렬을 준비함으로써 행 방향과 열 방향의 불균일을 각각 확실하게 판정하는 것이 가능하게 된다.
콘볼루션에 의해 농담을 강조한 화상 데이터는 투영 변환에 의해 화상 데이터를 수치화한다. 행 방향과 열 방향으로 각각 수치화함으로써 샷 방향과 주사 방향의 불균일을 판정할 수 있다. 행 방향을 강조한 화상 데이터와 열 방향을 강조한 화상 데이터를 각각 갖는 경우, 행 방향을 강조한 화상 데이터로 행 방향의 투영 변환을 행하고, 열 방향을 강조한 화상 데이터로 열 방향의 투영 변환을 행할 수 있다. 또한, 콘볼루션에 의해 행 방향을 강조한 화상 데이터와 콘볼루션에 의해 열방향을 강조한 화상 데이터를 각각 갖는 경우, 이들을 합쳐서 1개의 화상 데이터로 할 수 있다.
불균일의 판정에서는 미리 한계값을 정하고, 투영 변환에 의해 얻은 수치를 비교하여 상기 수치가 한계값에 이를 경우에 불균일이 있다고 판정할 수 있다.
상기한 화상 데이터의 화상 처리는 화상처리부에서 행할 수 있고, 상기한 판정은 판정부에서 행할 수 있다.
화상처리부 및 판정부는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램을 주구성으로 하는 것으로 구성할 수 있고, 화상처리부와 판정부를 겸용하는 것으로 구성하는 것도 가능하다.
판정 결과는 표시부에 의해 시인 가능하게 할 수 있다. 또한, 표시부에는 반사광 수광부로부터 취득한 컬러 화상과 투영 변환까지 화상 처리를 행한 화상 데이터를 동일 화면 상에 표시할 수 있다.
(발명의 효과)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이저 어닐링 처리가 된 박막의 표면의 불균일을 구체적이고 정확하게 판정할 수 있다.
상기 판정에 의해, 만일 규정값을 초과하는 경우, 불량으로서 레이저 어닐링 처리를 정지시켜 불량을 최소한으로 할 수 있다. 또한, 불량 판정 이외에도, 박막 표면의 상태를 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 박막의 표면 검사 장치 및 레이저 어닐링 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 마찬가지로, 표면 검사 방법의 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 레이저 어닐링 후의 기판 표면의 줄무늬 얼룩의 특징을 나타내는 도이다.
도 4는 마찬가지로, 불균일이 약한 화상의 처리 결과를 나타내는 도이고, (a)은 샷 불균일, (b)은 스캔 불균일을 나타낸다.
도 5는 마찬가지로, 불균일이 강한 화상의 처리 결과를 나타내는 도이고, (a)은 샷 불균일, (b)은 스캔 불균일을 나타낸다.
이하에, 본 발명의 일 실시형태를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 박막의 표면 검사 장치(1)와 레이저 어닐링 장치(10)의 개략을 나타내는 도이다.
레이저 어닐링 장치(10)는 엑시머 레이저를 균일한 라인 빔으로 형성하여 조사하는 레이저 광학계(11)와, 유리 기판(100)을 재하하는 스테이지(12)와, 스테이지(12)를 스캔 방향으로 구동하는 X축 구동계(13) 및 그것에 직교하는 Y축 구동계(14)로 구성되어 있다.
스테이지(12), X축 구동계(13), Y축 구동계(14)는 어닐링실(15)내에 설치되어 있다.
레이저 광학계(11)로부터 조사된 레이저(20)는 어닐링실(15)내에 도입되고, 어모퍼스 실리콘막이 형성된 유리 기판(100)(이하, 기판)에 조사함으로써, 표면의 어모퍼스 실리콘을 폴리실리콘막(101)으로 변경한다. 이 폴리실리콘막(101)은 본 발명에서 검사 대상이 되는 박막에 상당한다. 스테이지(12)는 레이저(20)의 조사시에 X축 구동계(13)로 이동함으로써 레이저(20)가 상대적으로 이동하고, 유리 기판(100)에 대하여 레이저(20)의 주사가 이루어진다. Y축 구동계(14)는 레이저(20)의 빔 방향으로 스테이지(12)를 이동시킬 수 있고, 유리 기판(100)에 대한 레이저(20)의 주사 위치를 변경한다.
박막의 표면 검사 장치(1)는 레이저가 조사되어 결정화한 폴리실리콘막(101)의 표면 불균일을 검사하는 것이고, 검사광 조사부로서의 조명(2)과 반사광 수광부로서의 CCD 카메라(3)를 어닐링실(15)내에 구비하고 있다. CCD 카메라(3)는 케이블(4)을 통하여 어닐링실(15)외의 화상처리부(5)에 접속되어 있다. 어닐링실(15)외에서 화상처리부(5)에 판정부(6)가 접속되고, 판정부(6)에는 표시부(7)가 접속되어 있다. 화상처리부(5)와 판정부(6)는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램을 주구성으로서 하고, 기타 화상 처리에 사용하는 데이터, 판정에 사용하는 데이터 등을 격납한 기억부를 갖고 있다. 표시부(7)는 CRT나 LCD 등에 의해 구성할 수 있고, 본 발명으로서는 특별히 구성이 한정되는 것은 아니다. 요컨대, 문자나 선도 등의 적당한 정보를 시인가능하게 표시할 수 있는 것이면 좋다.
이어서, 박막의 표면 검사 장치(1)의 동작에 대해서, 도 2의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다.
조명(2)으로부터 백색의 검사광(2a)이 레이저 어닐링 처리된 폴리실리콘막(101)에 조사된다. 검사광(2a)의 조사는 레이저 어닐링 처리하면서 행할 수도 있지만, 레이저 어닐링 처리를 중단 또는 종료하여 스테이지(12)의 이동을 정지한 상태로 행해지도록 해도 좋다.
조사된 검사광(2a)은 폴리실리콘막(101)에서 반사되어 폴리실리콘막(101)의 소정 지역으로 반사한 반사광(2b)이 CCD 카메라(3)에 수광된다(스텝 s1). CCD 카메라(3)로 수광한 컬러 화상 정보는 케이블(4)을 통하여 화상처리부(5)에 송신된다.
도 3은 레이저 조사에 의한 기판 표면의 줄무늬 얼룩을 나타내는 도이다. 레이저(20)는 레이저 광학계(11)에 의해 길쭉하고 균일한 빔으로 형성된다. 한편, 유리 기판(100)은 스테이지(12) 상에 있고, 스테이지(12)가 구동함으로써 장축의 빔이 유리 기판(100) 전면을 어닐링한다. 이 때에, 폴리실리콘막(101) 상에 장축과 평행한 방향(라인빔 방향)에 나타나는 불균일이 샷 불균일(102)이고, 빔의 구동(주사 방향) 방향과 평행하게 나타나는 불균일이 스캔 불균일(103)이다. 기본적으로는 불균일이 흩어진 상태에서는 불량해지지 않고, 불균일이 선상으로 연결되었을 경우는 불량의 원인이 된다.
유리 기판(100) 표면에서 반사하고, CCD 카메라(3)로 수광된 화상은 어닐링 처리에 의해 일어나는 유리 기판(100) 표면의 요철에 의해 백색광을 비추면 색을 띤 화상으로 보인다. 예를 들면, 청과 녹을 나타내지만, 경우에 따라서는 황색 또는 붉게 보이는 경우가 있다. 화상 처리를 행할 경우, 흑백 화상에 할 필요가 있다.
본 실시형태에서는 화상처리부(5)에서 컬러 화상의 내에서 최적인 색 성분을 선택한다. 구체적으로는 가장 광 분포가 큰 색을 선택하고, 그 색의 강도에 의해 화상을 모노크롬화한다(스텝 s2).
모노크롬화한 화상 데이터는 레이저의 빔 방향을 행, 레이저의 주사 방향을 열이라 하는 행렬 데이터로 나타내는 것으로 한다.
이어서, 기판 표면의 줄무늬를 강조시키고 또는 노이즈 성분의 강조를 억제하기 위해서 콘볼루션을 행한다(스텝 s3). 콘볼루션에서는 소정 계수의 행렬을 행렬로 나타내지는 화상 데이터에 곱하여 행한다. 이 실시형태에서는 화상 데이터에 곱하는 소정 계수의 행렬에는 행 방향의 화상농담을 강조하는 행렬과, 열 방향의 화상농담을 강조하는 행렬을 각각 준비하여 화상 데이터에 곱한다.
예를 들면, 화상 데이터에 행 방향을 강조하는 행렬로서 하기 (1)의 행렬을 준비하고, 열 방향을 강조하는 행렬로서 하기 (2)의 행렬을 준비하여 화상 데이터에 곱한다.
Figure 112013081827970-pct00001
화상의 농담을 강조한 화상 데이터에 대해서는 스캔 방향, 샷 방향으로 정리된 줄무늬가 나타나는 것을 이용하고, 각각의 방향의 투영을 구한다(스텝 s4).
구체적으로는 하기에 나타낸 식에 의해 샷 방향, 스캔 방향으로 각각 투영 변환한다.
샷 방향 = (Max(Σf(x)/Nx) - Min(Σf(x)/Nx)) / 평균
스캔 방향 = (Max(Σf(y)/Ny) - Min(Σf(y)/Ny)) / 평균
단, x는 샷 방향의 화상의 위치, y는 스캔 방향의 화상의 위치, f(x)는 x 위치에 있어서의 화상 데이터, f(y)는 y 위치에 있어서의 화상 데이터, Nx는 샷 방향 화상의 수, Ny는 스캔 방향의 화상의 수를 나타낸다.
투영은 각각의 방향에 있어서의 총화가 되기 때문에 노이즈에 강하고 랜덤한 값은 상쇄된다. 즉, 샷 불균일은 샷 방향의 투영의 차를 계산함으로써 수치로서 나타낼 수 있다. 샷 불균일이 강한 화상은 샷 방향의 투영의 차가 커지고, 약한 화상은 투영의 차가 작아진다. 동일하게, 스캔 불균일은 스캔 방향의 투영의 차를 계산함으로써 수치로서 나타낼 수 있다. 스캔 불균일이 강한 화상은 스캔 방향의 투영의 차가 커지고, 약한 화상은 투영의 차가 작아진다.
도 4, 5에 불균일이 약한 화상과 불균일이 강한 화상을 나타낸다. 도 4는 불균일이 약한 화상에 대하여, 샷 방향 및 스캔 방향의 콘볼루션을 행한 화상이다. 이것을 바탕으로 투영을 행하고 불균일을 수치화한다. 도 5은 불균일이 강한 화상에 대하여, 샷 방향 및 스캔 방향의 콘볼루션을 행한 화상이다. 이것을 바탕으로 투영을 행하고 불균일을 수치화한다.
이와 같이 하여, 투영의 차를 기초하여 샷 불균일과 스캔 불균일을 수치화할 수 있다.
판정은 적당한 기준을 정하여 행할 수 있다. 기준값은 임의로 하고, 본 발명으로서는 특정 수치로 한정되는 것은 아니다. 기준값은 샷 불균일, 스캔 불균일 각각 준비한다. 샷 방향으로 투영된 데이터와 샷 방향의 기준값을 비교하여, 데이터가 기준값을 초월할 경우 샷 방향으로 불균일이 있다고 판정하고, 스캔 방향으로 투영된 데이터와 스캔 방향의 기준값을 비교하여, 데이터가 기준값을 초월하는 경우 스캔 방향으로 불균일이 있다고 판정한다. 이것에 의해 레이저 어닐링된 박막 표면의 불균일을 구체적으로 수치화하여 판정하는 것이 가능하게 되고, 자동화도 용이하다.
1 박막의 표면 검사 장치 2 조명
2a 검사광 2b 반사광
3 CCD 카메라 5 화상처리부
6 판정부 7 표시부
10 레이저 어닐링 장치 11 레이저 광학계
12 스테이지 13 X축 구동계
14 Y축 구동계 20 레이저
100 유리 기판 101 폴리실리콘막
102 샷 불균일 103 스캔 불균일

Claims (10)

  1. 레이저 어닐링 처리가 실시된 박막 표면에 검사광을 조사하고, 상기 조사에 의해 상기 박막 표면에서 반사된 반사광을 수광하여 컬러 화상을 취득하고, 상기 컬러 화상의 색 성분을 검출하고, 검출된 색 성분에 근거하여 상기 컬러 화상을 모노크롬화(monochrome-converted)하고, 모노크롬화된 화상의 데이터를 콘볼루션(convolution)하여 화상농담을 강조한 화상 데이터를 취득하고, 화상농담을 강조한 상기 화상 데이터를 투영 변환하고, 상기 투영 변환이 된 화상 데이터에 근거하여 상기 박막의 표면 불균일을 판정하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노크롬화는 상기 검출이 된 색 성분 중, 주가 되는 색 성분을 사용하여 행하는 것을 특징으로 박막의 표면 검사 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주가 되는 색 성분은 광 분포가 다른 색 성분보다 상대적으로 큰 색 성분인 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘볼루션은 미리 정해진 계수의 행렬을 모노크롬화된 화상 데이터의 행렬에 곱함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화상의 데이터는 행렬로 이루어지고, 상기 행렬의 행의 데이터는 상기 레이저 어닐링 처리에 사용한 레이저의 라인 빔 방향을 따른 데이터이고, 상기 행렬의 열의 데이터는 상기 레이저의 스캔 방향을 따른 데이터인 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 계수의 행렬은 빔 방향을 강조하는 것과 스캔 방향을 강조하는 것을 각각 사용하여 빔 방향의 화상농담을 강조한 화상 데이터와 스캔 방향의 화상농담을 강조한 화상 데이터를 각각 취득하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투영 변환은 화상농담을 강조한 상기 데이터의 행렬의 행과 열로 각각 투영 변환하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 투영 변환을 한 화상 데이터의 행 방향의 수치에 근거하여 샷 불균일을 판정하고, 상기 데이터의 열 방향의 수치에 근거하여 스캔 불균일을 판정하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 방법.
  9. 레이저광의 조사에 의해 어닐링 처리가 된 박막에 검사광을 조사하는 검사광 조사부와, 상기 검사광이 상기 박막에서 반사된 반사광을 수광하는 반사광 수광부와, 상기 수광부로부터 출력되는 화상 정보를 받는 화상처리부와, 상기 화상처리부에서 처리된 화상 데이터에 근거하여 박막 표면의 불균일의 판정을 행하는 판정부를 구비하고,
    상기 화상처리부는 상기 화상 정보에 대하여 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 모노크롬화 처리, 콘볼루션 처리 및 투영 변환을 실행하고,
    상기 판정부는 제 8 항에 기재된 판정을 실행하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 판정부에서 판정된 판정 결과를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막의 표면 검사 장치.
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