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JP2010004012A - 半導体薄膜の形成方法および半導体薄膜の検査装置 - Google Patents

半導体薄膜の形成方法および半導体薄膜の検査装置 Download PDF

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JP2010004012A JP2009020686A JP2009020686A JP2010004012A JP 2010004012 A JP2010004012 A JP 2010004012A JP 2009020686 A JP2009020686 A JP 2009020686A JP 2009020686 A JP2009020686 A JP 2009020686A JP 2010004012 A JP2010004012 A JP 2010004012A
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暢彦 梅津
Katsuya Shirai
克弥 白井
Hirohisa Amako
博久 尼子
Koichi Tsukihara
浩一 月原
Takeshi Matsunobu
剛 松延
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Abstract

【課題】レーザアニールによる結晶化を利用した半導体薄膜の形成において、その結晶化度を従来よりも高精度に評価することが可能な半導体薄膜の形成方法を提供する。
【解決手段】ｐ−Ｓｉ膜２３の結晶化度の検査処理の際に、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０へ向けて、ＬＥＤ１２によって照射光Ｌoutをそれぞれ照射する。これにより、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の透過画像（透過画像データＤ１）を取得する。また、画像処理用コンピュータ１５において、ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）の透過輝度とａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の透過輝度との透過コントラストを求める。そして求めた透過コントラストに基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行う。これにより、従来よりも確実な選別が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置または有機ＥＬ（ElectroLuminescence）表示装置に用いられるＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板の製造に好適な半導体薄膜の形成方法およびそのような半導体薄膜の検査装置に関する。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置においては、ＴＦＴ基板が用いられる。このＴＦＴ基板は、基板上に非晶質または比較的粒径の小さな多結晶の半導体薄膜を形成すると共にこの半導体薄膜に対してレーザビームを照射してアニールすることにより結晶成長させた半導体薄膜を用いて、駆動素子としてのＴＦＴを形成したものである。
このようなレーザビームによるアニール装置の光源としては、従来より、半導体薄膜の吸収率が高く、かつ大きなパルス光出力が得られるエキシマレーザが用いられている。しかしながら、このエキシマレーザはガスレーザであるが故に、パルスごとの出力強度にばらつきがある。よって、エキシマレーザを用いて形成したＴＦＴにおいても特性のばらつきが発生してしまい、これを用いた表示装置においても表示むらが発生し易いという欠点がある。
そこで、ガスレーザにおけるパルス強度ばらつきによる画質の低下を解消することを目的として、出力の安定性が高い半導体レーザを光源に用いたアニール装置が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、半導体レーザから得られる光出力はエキシマレーザ等と比べると非常に小さいため、アニール処理の際のビームのサイズも小さくなってしまう。このため、ＴＦＴ基板の単位面積あたりのアニール処理時間が増加し、生産性の低下や製造コストの増大といった問題が生じている。
そこで、アニール処理の高スループット化を目的として、複数のレーザ光源を互いに近接して配置すると共に、それらによる複数のレーザビームを非晶質半導体薄膜上の複数の領域に対して同時に照射するようにし、走査時間を短縮して生産性を上げるようにしたアニール方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
一方、このような半導体レーザを用いた半導体薄膜の結晶化に対する制御方法は、従来より、アニール装置に備え付けられたレーザビーム強度のモニタ手段によりなされてきた。例えば、特許文献３に示されているレーザビーム強度のモニタ方法は、複数のレーザ光学系の光路に対して単一の強度測定部を用いるのであり、一つの強度測定部を各レーザ光学系の光路上に移動させて各光路において受光可能となるようにすることにより、複数のレーザ光学系に対し、１つの強度測定部によってそれぞれの照射エネルギーを測定できるようにしたものである。
また、例えば特許文献４には、アニール領域（結晶化された領域）内において、照射光に基づく輝度の階調の高低を求めることにより、アニール領域内の結晶化の度合いを評価するようにしたものが提案されている。具体的には、結晶化された領域内での結晶性の高低の模様に基づいて、結晶化の度合いを評価するようになっている。
特開２００３−３３２２３５号公報 特開２００４−１５３１５０号公報 特開２００５−１０１２０２号公報 特開２００２−３１９６０６号公報
ところが、上記特許文献２のように複数のレーザビームを用いてアニール処理を行う場合、個々のレーザ光源には、射出光の発散角の個体差がある。また、このような個体差を補正するために均一照射光学系を設けた場合でも、その調整誤差等が生じてしまう。よって、複数のレーザビームを用いてアニール処理を行う場合、被照射体に照射される個々のレーザ光のサイズや強度には、必然的に差異が生じてしまうことになる。
また、上記特許文献３の場合、個々のレーザ光源によるレーザビームの強度（パワー）のみをモニタしているため、フォーカス位置や光学系の収差等による被照射体面上での微妙なパワー密度の差をモニタすることは不可能である。よって、このようなパワー密度の差異は被照射体（半導体薄膜）に対するアニール効果の差異となり、半導体薄膜上の位置による結晶化度の差異となるため、結果として形成されたＴＦＴの特性が、各レーザビームにより異なってしまう。そしてこのようなＴＦＴの特性差は、表示装置における表示むらの原因ともなってしまう。なお、このような半導体薄膜に対するレーザアニール効果の差異（薄膜上の位置による効果の差異）は、上記のように複数のレーザ光源を用いてアニール処理を行う場合だけではなく、単一のレーザ光源を用いてアニール処理を行う場合にも生じうるものである。
さらに、上記特許文献４では、場合によっては（例えば、粒径が数十ｎｍ以下の微結晶の場合など）、結晶化された領域内において上記した特徴的な模様が現れないことがあった。したがって、そのような場合には結晶化の度合いを評価できないこととなり、より精度の高い評価方法が望まれていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザアニールによる結晶化を利用した半導体薄膜の形成において、その結晶化度を従来よりも高精度に評価することが可能な半導体薄膜の形成方法および半導体薄膜の検査装置を提供することにある。
本発明の半導体薄膜の形成方法は、基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、レーザ光を照射して非晶質半導体薄膜に対して選択的に加熱処理を施すことにより、照射領域に対応する非晶質半導体薄膜を結晶化させて要素領域ごとに部分的に結晶質半導体薄膜を形成する工程と、この結晶質半導体薄膜の結晶化度を検査する検査工程とを含むようにしたものである。また、この検査工程は、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて光をそれぞれ照射することにより、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求める工程と、求めたコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別を行う選別工程とを含むようになっている。
本発明の半導体薄膜の形成方法では、基板上に非晶質半導体薄膜が形成されたのち、レーザ光を照射してこの非晶質半導体薄膜に対して選択的に加熱処理が施されることにより、照射領域に対応する非晶質半導体薄膜が結晶化され、要素領域ごとに部分的に結晶質半導体薄膜が形成される。そしてそののち、この結晶質半導体薄膜の結晶化度が検査される。ここで、この検査工程では、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて光がそれぞれ照射されることにより、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストが求められ、求めたコントラストに基づいて、結晶質半導体薄膜に対する選別が行われる。このようにして、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別がなされることにより、従来よりも確実な選別が実現される。
本発明の半導体薄膜の検査装置は、レーザ光を照射して基板上の非晶質半導体薄膜に対して選択的に加熱処理を施すことにより照射領域が結晶化され、要素領域ごとに部分的に形成された結晶質半導体薄膜に適用される結晶化度の検査装置であって、結晶質半導体薄膜が形成された基板を搭載するステージと、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて光をそれぞれ照射する光源と、この光源から発せられた光に基づいて、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求める導出部と、この導出部により求められたコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別を行う選別部とを備えたものである。
本発明の半導体薄膜の検査装置では、結晶質半導体薄膜が要素領域ごとに部分的に形成された基板において、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて、光源より光がそれぞれ照射される。そしてこの光源から発せられた光に基づいて、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストが求められ、求められたコントラストに基づいて、結晶質半導体薄膜に対する選別が行われる。このようにして、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別がなされることにより、従来よりも確実な選別が実現される。
本発明の半導体薄膜の形成方法によれば、結晶質半導体薄膜の結晶化度を検査する検査工程において、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて光をそれぞれ照射することにより、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求めると共に、求めたコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別を行うようにしたので、従来よりも確実な選別が実現される。よって、レーザアニールによる結晶化を利用した半導体薄膜の形成において、その結晶化度を従来よりも高精度に評価することが可能となる。
本発明の半導体薄膜の検査装置によれば、結晶質半導体薄膜および非晶質半導体薄膜へ向けて光源より光をそれぞれ照射し、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求めると共に、求められたコントラストに基づいて結晶質半導体薄膜に対する選別を行うようにしたので、従来よりも確実な選別が実現される。よって、レーザアニールによる結晶化を利用した半導体薄膜の形成において、その結晶化度を従来よりも高精度に評価することが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る半導体薄膜の検査装置の全体構成を表す図である。 本発明の一実施の形態に係る半導体薄膜の形成方法の主要な工程の一部を表す断面図である。 図２に続く工程を表す断面図である。 図３に続く工程を表す断面図である。 図４に続く工程（検査工程）の一例を表す流れ図である。 レーザ光の未照射領域および未照射領域の透過特性について説明するための模式図である。 コントラストの算出式について説明するための模式図である。 図５に示した検査工程の際に用いる照射強度、コントラストおよび電気特性の相関関係の一例を表す特性図である。 γ特性の補正方法について説明するための特性図である。 γ特性の補正による照射強度とコントラストとの対応関係の変化について説明するための特性図である。 本発明による評価手法と従来の評価手法とを比較して説明するための図である。 本発明の変形例１に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例２に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例３に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例４〜６に係る半導体薄膜の検査装置の全体構成を表す図である。 本発明の変形例４に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例５に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例６に係る検査工程について説明するための断面図である。 本発明の変形例７に係る検査工程について説明するための模式図である。 本発明の変形例８に係る検査工程について説明するための模式図である。 本発明の変形例９に係る検査工程について説明するための模式図である。 本発明の変形例９に係る補正処理の一例について説明するための模式図である。 図２２に続く補正処理について説明するための模式図である。 変形例９に係る補正処理前の測定画像の一例を表す図である。 変形例９に係る補正処理後の補正画像の一例を表す図である。 変形例９に係る補正処理の前後におけるコントラストのばらつきの一例を表す図である。 図２ないし図５の工程により形成された半導体薄膜を含むＴＦＴ基板の構成の一例を表す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体薄膜の検査装置（検査装置１）の全体構成を表すものである。この検査装置１は、例えば、ボトムゲート構造を有する薄膜トランジスタ（ボトムゲート型ＴＦＴ）の製造工程中に形成されるシリコン半導体膜に適用されるものである。具体的には、Ｓｉ（シリコン）薄膜基板２（後述するように、透明基板上にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜（非晶質半導体薄膜）を形成したのちに、このａ−Ｓｉ膜に対してレーザ光を選択的に照射してアニール処理を施すことにより照射領域（後述する照射領域４１）が結晶化され、要素領域（画素）ごとに部分的に形成されたｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）膜（結晶質半導体薄膜）を有する基板）に適用される結晶化度の検査装置である。この検査装置１は、可動ステージ１１と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）１２と、対物レンズ１３と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）カメラ１４と、画像処理用コンピュータ１５と、制御用コンピュータ１６とから構成されている。なお、以下の説明では、結晶化されたＳｉ薄膜の一例としてｐ−Ｓｉ膜を挙げて説明するが、微結晶Ｓｉ膜であってもよい。
可動ステージ１１は、検査対象であるＳｉ薄膜基板２を搭載する（支持する）ものであり、後述する制御用コンピュータ１６から供給される制御信号Ｓによって、図中のＸ軸方向やＹ軸方向に任意に移動することができるようになっている。また、この可動ステージ１１は、後述するＬＥＤ１２から発せられる光（照射光Ｌout）が透過可能な材質（例えば、ガラス板）により構成されている。
ＬＥＤ１２は、可動ステージ１１の裏側（Ｓｉ薄膜基板２の搭載面とは反対側）からＳｉ薄膜基板２へ向けて光（照射光Ｌout）を照射する光源である。このＬＥＤ１２は、約５００〜６００ｎｍを中心波長とする波長領域の光である緑色光あるいは約５００〜６００ｎｍの波長領域の単色光を、照射光Ｌoutとして照射するものであることが好ましい。白色光のようなスペクトル分布に依存しないため、より普遍的な測定が可能となるからである。具体的には、白色光源では、測定装置が複数ある場合や光源を取り替えた場合などには、スペクトル分布が異なることによって後述するコントラスト値が変化する虞があるが、緑色光源あるいは単色光源の場合にはそのような心配がないからである。なお、光源として高輝度のＬＥＤの代わりに、顕微鏡のランプ照明などを用いるようにしてもよい。
対物レンズ１３は、ＬＥＤ１２から発せられて可動ステージ１１およびＳｉ薄膜基板２を透過した照射光Ｌout（透過光）を拡大して検出するための光学素子である。また、ＣＣＤカメラ１４は、約５００〜６００ｎｍの波長領域の光に対して高感度化されたカメラであり、内部に撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを有することにより、Ｓｉ薄膜基板２におけるａ−Ｓｉ膜（未結晶化領域）およびｐ−Ｓｉ膜（結晶化領域）の透過顕微鏡画像（透過画像）を撮像するようになっている。
画像処理用コンピュータ１５は、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１３により得られたａ−Ｓｉ膜およびｐ−Ｓｉ膜の透過画像に基づいて、ｐ−Ｓｉ膜に対する選別を行う（検査処理を行う）ものである。具体的には、まず、ＣＣＤカメラ１３から供給される透過画像データＤ１を取り込むと共に、その画像輝度を解析して、Ｓｉ薄膜基板２上に形成されているｐ−Ｓｉ膜（結晶化領域）の透過輝度とａ−Ｓｉ膜（未結晶化領域）の透過輝度とのコントラストを求め、この求めたコントラストに基づいて、Ｓｉ薄膜基板２上に形成されたｐ−Ｓｉ膜が良品であるか不良品であるかの判別を行うようになっている。なお、この画像処理用コンピュータ１５による検査処理の詳細については、後述する。
制御用コンピュータ１６は、制御信号Ｓに基づいて、ＬＥＤ１２による照射光Ｌoutの点灯制御や、ＬＥＤ１２、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４の移動位置の制御、ならびに対物レンズ１３の切換制御等を行うものである。このうち、移動位置の制御については、具体的には、可動ステージ１１上に搭載されたＳｉ薄膜基板２に対してＬＥＤ１２、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４を相対的に変位させるための制御を行うようになっている。
ここで、ＬＥＤ１２が、本発明における「光源」の一具体例に対応する。また、対物レンズ１３、ＣＣＤカメラ１４および画像処理用コンピュータが、本発明における「導出部」の一具体例に対応する。また、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４が、本発明における「導出部の光学系」の一具体例に対応する。また、画像処理用コンピュータ１５が、本発明における「選別部」の一具体例に対応する。また、制御用コンピュータ１６が、本発明における「制御部」の一具体例に対応する。
次に、図２〜図１０を参照して、図１に示した検査装置１を用いた検査工程を含む、本発明の一実施の形態に係る半導体薄膜の形成方法について説明する。ここで、図２〜図４は、本実施の形態の半導体薄膜の形成方法の主要な工程の一部を断面図（Ｚ−Ｘ断面図）で表したものである。また、図５は、図４に続く工程である検査工程の一例を流れ図で表したものである。
まず、図２に示したように、例えばガラス基板などの透明基板２０（基板サイズが、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度のもの）上に、例えばフォトリソグラフィ法を用いて、ゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２１，２２２およびａ−Ｓｉ膜２３０を、この順に形成する。なお、ゲート電極２１は例えばモリブデン（Ｍｏ）により構成し、ゲート絶縁膜２２１は例えばシリコン窒化物（ＳｉＮX）により構成し、ゲート絶縁膜２２２は例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）により構成する。
次に、図３に示したように、透明基板２０上のａ−Ｓｉ膜２３０に対し、図示しない半導体レーザ光源を用いてレーザ光Ｌ１を部分的に照射して選択的にアニール処理（加熱処理）を施すことにより、要素領域（Ｓｉ薄膜基板２を表示装置に適用した場合、画素に対応する）ごとに部分的にａ−Ｓｉ膜２３０を結晶化させる。具体的には、例えば図４に示したように、レーザ光Ｌ１の照射領域４１に対してはアニール処理が施されることにより結晶化され、ｐ−Ｓｉ膜２３が形成された結晶化領域５１となる。一方、レーザ光Ｌ１の非照射領域４０に対してはアニール処理が施されないために結晶化されず、ａ−Ｓｉ膜２３０が形成されたままの未結晶化領域５０となる。
次に、例えば図５中のステップＳ１０１〜Ｓ１０４に示したようにして、図１に示した検査装置１を用いることにより、透明基板２０上に形成されたｐ−Ｓｉ膜２３の結晶化状態（結晶化度）の検査を行う（検査処理を実行する）。
具体的には、まず、ｐ−Ｓｉ膜２３が形成されているＳｉ薄膜基板２を可動ステージ１１上に搭載させると共に、可動ステージ１１の裏側（Ｓｉ薄膜基板２の搭載面とは反対側）からｐ−Ｓｉ膜（結晶化領域５１）およびａ−Ｓｉ膜（未結晶化領域５０）に対してＬＥＤ１２によって照射光Ｌoutをそれぞれ照射し、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４によって可動ステージ１１およびＳｉ薄膜基板２の透過光を受光して撮像することにより、画像処理用コンピュータ１５において、ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）およびａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の透過画像（透過画像データＤ１）を取得する（図５のステップＳ１０１）。なお、この際、制御用コンピュータ１６から供給される制御信号Ｓによって、可動ステージ１１上に搭載されたＳｉ薄膜基板２に対し、ＬＥＤ１２、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４を相対的に変位させることにより、ｐ−Ｓｉ膜２３上の複数のポイントでの透過画像を取得することが可能である。
次に、画像処理用コンピュータ１５によって、取得した透過画像（透過画像データＤ１）に基づいて、以下の（１−１）式または（１−２）式で定義される、ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）の透過輝度とａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の透過輝度との（透過）コントラストを求める（ステップＳ１０２）。これは、Ｓｉ膜の結晶化度はアニール処理の際のエネルギー密度（照射強度）に大きく依存していることから、Ｓｉ膜の透過率も結晶化領域の拡大や結晶サイズの増大に伴って増加し、例えば図６に示したように、結晶化領域５１（照射領域４１）と未結晶化領域５０（非照射領域４０）とでは、透過強度（透過輝度）が互いに異なる（照射領域４１の透過強度：ＩH（λ）、非照射領域４０の透過強度：ＩL（λ））ことを利用している。なお、結晶化領域５１として、上記したｐ−Ｓｉ膜の代わりに、微結晶Ｓｉ膜を適用するようにしてもよい。
Figure 2010004012
ここで、上記（１−１）式は、マイケルソンコントラスト（Michelson Contrast）と呼ばれるコントラストの算出式である。これは、白黒の明暗対比を表したものであり、具体的には、例えば図７（Ａ）に示したように、基本的には規則的な正弦波状の縞の明暗対比を表したものである。コントラストの値としては、式における定義により、０〜１の値（無次元量、単位はなし）を取り、これを％コントラスト（０〜１００％）で表す場合も多い。
一方、上記（１−２）式は、ウェーバーコントラスト（Weber Contrast）と呼ばれるコントラストの算出式である。これは、例えば図７（Ｂ）に示したように、均一な広いバックグラウンドの中にエッジのはっきりしたパターンがある場合や、バックグラウンドの光強度がほぼ均一な場合に用いられるものである。
次に、画像処理用コンピュータ１５によって、求められた透過コントラストに基づいて、例えば図８に示したような、透過コントラストと、透過画像取得の際の光の照射強度と、ｐ−Ｓｉ膜２３において得られると予想される電気特性（デバイス電気特性；例えば、ＴＦＴにおけるソース・ドレイン間に流れる電流値）との相関関係を利用して、この電気特性を予測する（ステップＳ１０３）。なお、図８に示したような相関関係の特性のグラフは、予め作成しておくようにする。
ここで、例えば、隣接するＴＦＴ間の電気特性のばらつきが３％程度以下と小さい場合、例えば図８に示したように、以下の（１）〜（３）の事項が成り立つことが、実験結果により求められた。
（１）照射強度と透過コントラストとは、互いにほぼ線形に増加していく関係（比例関係）にある。
（２）透過コントラストが増加するにつれて、デバイス電気特性も増加する。
（３）透過コントラストが常に特定の値になるように照射強度を制御すると、デバイス電気特性も一定となる。
また、ＴＦＴを用いた表示装置の場合、一般に、隣接する画素間の輝度差が３％以下のとき、その差は視認できないといわれている。つまり、ＴＦＴにおける電流値差が３％以下であれば、視認できないことになる。そのため、例えば上記（２）の対応曲線を予め作成しておいてその微分係数を求めておき、コントラストの差を０．０３／微分係数の範囲内に収めれば、ＴＦＴにおける電流値差３％以下が実現されることが分かる。
また、この際、画像処理用コンピュータ１５によって、例えば図９におよび図１０に示したように、照射強度と透過コントラストとのγ特性（ＣＣＤカメラ１４等の特性＋光反応による材料の透過率特性）において、γ値＝１となるようにγ特性を補正しておくのが好ましい。あるいは、照射強度と透過コントラストとのγ特性において、γ値＝１のものを予め用いるようにするのが好ましい。これらのようにしてγ値＝１のものを用いることにより、より高精度での結晶度の評価が可能となるからである。ただし、照射強度のダイナミックレンジをより広く取りたい場合などは、γ値が１以下のものを用いるようにするのが好ましい。
ここで、照射領域４１の透過輝度の階調をＡ、非照射領域４０の透過輝度の階調をＢ、透過コントラストをＣ、透過強度をＩ、透過率をＴ、および所定の係数をＫとすると、具体的には、以下の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のことが言える。
（Ｉ）γ＝１の場合（γ特性が線形性の特性の場合）
この場合、以下の（２）式で示される照射領域４１の関係式および以下の（３）式で示される非照射領域４０の関係式により、以下の（４）式で示される透過コントラストＣが求められる。そしてこの（４）式の透過コントラストでは、透過強度Ｉには依存していないため、光量依存性がなく、補正が不要であると言える。
Figure 2010004012
（ＩＩ）γ≠１の場合（γ特性が、γ乗の特性の場合）
この場合、以下の（５）式で示される照射領域４１の関係式および以下の（６）式で示される非照射領域４０の関係式により、以下の（７）式で示される透過コントラストＣが求められる。そしてこの（７）式の透過コントラストでは、透過強度Ｉには依存していないため、光量依存性がない。ただし、予め求めておいたγ値によって、例えばγ＝１となるような補正が必要であると言える。
Figure 2010004012
（ＩＩＩ）γ≠１の場合（γ特性がγ乗の特性であると共に、未照射領域４０と照射領域４１とで、γ特性が互いに異なる（γ値が互いに異なる）場合）
この場合、以下の（８）式で示される照射領域４１の関係式および以下の（９）式で示される非照射領域４０の関係式により、以下の（１０）式で示される透過コントラストＣが求められる。この（１０）式の透過コントラストでは、透過強度Ｉに依存しているため、光量依存性がある。したがって、予め求めておいたγ値および測定時の光量によって、例えばγ＝１となるような補正が必要であると言える。
Figure 2010004012
次に、画像処理用コンピュータ１５によって、例えば図８に示したような、透過コントラストと、照射強度と、デバイス電気特性との相関関係を利用して、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別（ｐ−Ｓｉ膜２３が良品であるか不良品であるかの選別）を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０３において予測したデバイス電気特性の値に応じて、ｐ−Ｓｉ膜２３が良品であるか不良品であるかの選別を行う。これにより、透明基板２０上に形成されたｐ−Ｓｉ膜２３の結晶化度の検査処理が終了となる。
このようにして本実施の形態では、透明基板２０上にａ−Ｓｉ膜２３０が形成されたのち、このａ−Ｓｉ膜２３０に対してレーザ光Ｌ１が部分的に照射されて選択的にアニール処理（加熱処理）が施されることにより、照射領域４１に対応するａ−Ｓｉ膜２３０が結晶化され、要素領域（画素）ごとに部分的にｐ−Ｓｉ膜２３が形成される。そしてそののち、検査装置１によって、ｐ−Ｓｉ膜２３の結晶化度が検査される（検査処理がなされる）。ここで、この検査処理では、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０が形成された透明基板２０（Ｓｉ薄膜基板２）を搭載する可動ステージ１１の裏側から、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０へ向けてＬＥＤ１２により照射光Ｌoutがそれぞれ照射され、可動ステージ１１ならびにｐ−Ｓｉ膜２３またはａ−Ｓｉ膜２３０を透過した透過光が対物レンズ１３を介してＣＣＤカメラ１４により受光されることにより、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の透過画像（透過画像データＤ１）が取得される。そしてこの透過画像データＤ１を取得した画像処理用コンピュータ１５では、ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）の透過輝度とａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の透過輝度との透過コントラストが求められ、求められた透過コントラストに基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別が行われる。このようにして、結晶化領域５１の透過輝度と未結晶化領域５０の透過輝度との透過コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別がなされることにより、従来よりも確実な選別が実現される（例えば、粒径が数十ｎｍ以下の微結晶Ｓｉ膜の場合などであっても、確実な選別がなされる）。
また、このような透過コントラストに基づいて選別を行うことにより、例えば図１１に示したように、従来の評価手法である分光エリプソメトリ法、Ｒａｍａｎ分光法、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）法およびＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）法と比べ、格段に高速な評価が実現されると共に、非接触および非破壊かつ微小領域の検査が実現され、数値定量化が可能となる。
以上のように本実施の形態では、ｐ−Ｓｉ膜２３の結晶化度の検査処理の際に、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０へ向けてＬＥＤ１２により照射光Ｌoutをそれぞれ照射し、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の透過画像（透過画像データＤ１）を取得すると共に、画像処理用コンピュータ１５において、ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）の透過輝度とａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の透過輝度との透過コントラストを求め、求めた透過コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行うようにしたので、従来よりも確実な選別が実現される。よって、レーザアニールによる結晶化を利用したＳｉ薄膜の形成において、その結晶化度を従来よりも高精度に評価することが可能となる（例えば、ＣＣＤカメラ１４の階調が１２ビットの場合、１／４０９６の精度での評価が可能となる）。よって、焦点位置の微妙な差や発散角の違いによるレーザビーム径の微妙な差、あるいは光学系の微妙な収差などから生じる被照射体（ａ−Ｓｉ膜２３０）上でのパワー密度の差等が生じているような場合であっても、アニール処理の際の半導体レーザによる結晶化の制御が可能となる。また、ｐ−Ｓｉ膜２３上の照射領域間の結晶粒の大きさその他の特性の差を軽減することができる。また、Ｓｉ薄膜基板２に対して非接触かつ非破壊により結晶化度の検査を行うことができるため、短時間に再現性の高い結晶化モニタを行うことが可能となる。
具体的には、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別の際に、求めた透過コントラストと、透過画像取得の際の光の照射強度と、ｐ−Ｓｉ膜２３において得られると予想される電気特性との相関関係を利用して、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行うようにしたので、上記のような効果を得ることが可能となる。
また、従来の評価手法と比べて格段に高速な評価が実現されるため、リアルタイム測定が可能となる。よって、アニール処理を行いながらのリアルタイムフィードバックが可能になる。
また、照射光Ｌoutの透過光に基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の透過画像（透過画像データＤ１）を取得することにより、コントラスト（透過コントラスト）を求めるようにしたので、後述する反射画像を用いた場合と比べてより高精度の評価が可能となる。
また、照射強度と透過コントラストとのγ特性において、γ値＝１のものを予め用いるか、またはγ値＝１となるように補正するようにした場合には、より高精度での結晶度の評価が可能となる。一方、照射強度と透過コントラストとのγ特性において、γ値が１以下のものを用いるようにした場合には、照射強度のダイナミックレンジをより広く取ることが可能となる。
また、単色の波長光源（緑色光の光源）を用いるようにしたので、多波長の光源を用いた場合と比べ、より高精度の評価が可能となる。具体的には、単色の波長光源を用いた場合、例えば、以下の（１１）式で示される照射領域４１の透過強度ＩH（λ）と、以下の（１２）式で示される非照射領域４０の透過強度ＩL（λ）とにより、以下の（１３）式で示される透過コントラストＣＮＴが求められる。そしてこの（１３）式の透過コントラストＣＮＴでは、透過強度ＩH（λ）および透過強度ＩL（λ）に依存していないため、光源のスペクトル分布の影響を受けず、より精度の高い測定評価が可能となる。一方、多波長の光源を用いた場合、例えば、以下の（１４）式で示される照射領域４１でのパワーＰHと、以下の（１５）式で示される非照射領域４０でのパワーＰLとにより、以下の（１６）式で示される透過コントラストＣＮＴが求められる。そしてこの（１６）式の透過コントラストＣＮＴでは、パワーＰH，ＰLに依存しているため、光源のスペクトル分布の影響を受けてしまうことになる。
Figure 2010004012
Figure 2010004012
また、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の透明画像（透過画像データＤ１）を取得する際に、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０へ向けてそれぞれ照射する光（照射光Ｌout）として、緑色光を用いるようにしたので、より普遍的な測定が可能となる。
また、アニール処理の際に、複数のレーザ光源を用いてレーザ光Ｌ１を照射するようにした場合には、アニール処理のスループットを向上させて短時間でアニール処理を行うことが可能となる。また、このように複数のレーザ光源を用いた場合であっても、上記した検査処理を行うことにより、レーザ光の強度ばらつきの影響を抑えることができ、ｐ−Ｓｉ膜２３の特性の面内ばらつきを低減することが可能となる。
さらに、制御用コンピュータ１６から供給される制御信号Ｓによって、可動ステージ１１上に搭載されたＳｉ薄膜基板２に対し、ＬＥＤ１２、対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４を相対的に変位させるようにしたので、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０上の複数のポイントでの透過画像を取得することができ、そのような複数ポイントでの検査を行うことが可能となる。
以下、本発明の変形例をいくつか挙げて説明する。なお、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
［変形例１］
図１２（Ｂ）は、変形例１に係る検査工程について説明するための断面図（Ｚ−Ｘ断面図）である。本変形例は、ｐ−Ｓｉ膜２３を形成する工程において、ａ−Ｓｉ膜２３０上の光吸収層２３１に対してレーザ光Ｌ１を照射することにより、ａ−Ｓｉ膜２３０に対して間接的に加熱処理を施すようにしたものである。すなわち、上記実施の形態では、例えば図１２（Ａ）に示したように、ｐ−Ｓｉ膜２３を形成する工程において、ａ−Ｓｉ膜２３０に対してレーザ光Ｌ１を照射することにより、ａ−Ｓｉ膜２３０に対して直接的に加熱処理を施しているのに対し、本変形例では、ａ−Ｓｉ膜２３０に対して間接的に加熱処理を施すようになっている。
なお、本変形例では、光吸収層２３１が積層したままの状態での測定も可能である。すなわち、透過率は光吸収層２３１の剥離前後で強い相関があるため、予め対応表を作っておけば、光吸収層２３１を剥離せずとも、コントラストの値を予測することが可能である。
また、図１２（Ａ），（Ｂ）において、光吸収層２３１とゲート電極２１のパターンとの２層を同時に透過させた場合、透過強度が０となって評価することができなくなってしまうため、注意が必要である。
［変形例２，３］
図１３は、変形例２に係る検査工程について説明するための断面図（Ｚ−Ｘ断面図）である。また、図１４は、変形例３に係る検査工程について説明するための断面図（Ｚ−Ｘ断面図）である。これら変形例２，３は、トップゲート構造を有する薄膜トランジスタ（トップゲート型ＴＦＴ）の製造工程中の評価方法に対応するものである。なお、変形例３は、上記変形例１と同様に、光吸収層２３１を用いてａ−Ｓｉ膜２３０に対して間接的に加熱処理を施すようにしたものである。
なお、これら変形例２，３においても、光吸収層２３１とゲート電極のパターンとの２層を同時に透過させた場合、透過強度が０となって評価することができなくなってしまうため、注意が必要である。
［変形例４〜６］
図１５は、変形例４〜６に係る半導体薄膜の検査装置（検査装置１Ａ）の全体構成を表すものである。この検査装置１Ａでは、照射光Ｌoutの反射光に基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の反射画像（反射画像データＤ２）を取得することにより、コントラスト（反射コントラスト；ｐ−Ｓｉ膜２３（結晶化領域５１）の反射輝度とａ−Ｓｉ膜２３０（未結晶化領域５０）の反射輝度とのコントラスト）を求めるようにしたものである。そしてこの求めた反射コントラストに基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行うようになっている。このような反射コントラストを求める際には、透過コントラストの場合と同様に、前述の（１−１）式または（１−２）式を用いるようにすればよい。なお、ＬＥＤ１２を可動ステージ１１の上方に配置すると共に、このＬＥＤ１２からの照射光Ｌoutを、図示しないビームスプリッタを介してＳｉ薄膜基板２へ向けて照射するようにしてもよい。
この検査装置１Ａでは、例えば図１６に示した変形例４のようにして、直接加熱方式のボトムゲート型ＴＦＴの製造工程中の評価に用いられ、例えば図１７に示した変形例５のようにして、間接加熱方式のボトムゲート型ＴＦＴの製造工程中の評価に用いられ、例えば図１８に示した変形例６のようにして、間接加熱方式のトップゲート型ＴＦＴの製造工程中の評価に用いられる。
このようにして、反射コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行うようにした場合、上記実施の形態等で説明した透過コントラストを用いた場合と比べて感度は劣るが、青色光以下の波長領域の光源で評価することにより、下地パターン（ボトムゲートの場合、ゲートパターン）上の結晶性を評価することが可能となる。また、このように反射コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行う場合、短波長光源ほど感度を高くすることができる。特に、Ｅ１（２８０ｎｍ）やＥ２（３７０ｎｍ）を用いた場合、照射領域４１と未照射領域４０との間の反射率の差をより大きくすることができる。
なお、これら変形例４〜６においても、光吸収層２３１とゲート電極のパターンとの２層を同時に透過させた場合、透過強度が０となって評価することができなくなってしまうため、注意が必要である。
［変形例７，８］
図１９は、変形例７に係る検査工程について説明するための模式図である。また、図２０は、変形例８に係る検査工程について説明するための模式図である。これら変形例７，８では、コントラストを求める工程において、照射光Ｌoutを複数のビーム（例えば、２つの照射光Ｌout１，Ｌout２）に分割し、結晶化領域５１の輝度と未結晶化領域５０の輝度とを差動増幅器１７によって差動増幅したのちに、コントラストを求めるようになっている。なお、変形例７は、透過コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行う場合であり、変形例８は、反射コントラストに基づいてｐ−Ｓｉ膜２３に対する選別を行う場合である。
このような変形例７，８によれば、透過光強度または反射強度を差動増幅することにより、さらに高精度かつ高速スキャン（例えば、図１９，２０中の矢印Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２の方向のスキャン）により測定評価をすることができる。
［変形例９］
図２１は、変形例９に係る検査工程について説明するためのものであり、（Ａ）は本変形例の検査工程において用いるＳｉ薄膜基板２の平面構成例を、（Ｂ）は本変形例の検査工程において用いる可動ステージ１１およびＳｉ薄膜基板２の側面構成例を、それぞれ表している。
図２１（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示したように、本変形例では、Ｓｉ薄膜基板２（透明基板２０）上（図２１（Ａ））、またはこのＳｉ薄膜基板２を搭載する可動ステージ１１上（図２１（Ｂ）における所定の位置に、参照レベル測定領域５２と、ゼロレベル測定領域５３とが、予め設けられている。
参照レベル測定領域５２は、照射光Ｌoutに基づいて、撮像画像（透過画像または反射画像）に対する参照画像を取得するための測定領域である。一方、ゼロレベル測定領域５３は、照射光Ｌoutに基づいて、これら撮像画像および参照画像を取得する際のオフセット成分に対応するゼロレベル画像を取得するための測定領域である。
これにより、本変形例の検査工程では、前述の（１−１）式または（１−２）を用いて透過コントラストまたは反射コントラストを算出する際に（図５のステップＳ１０２に対応）、例えば以下の（１７）式を用いて、取得した撮像画像における輝度分布に対して補正を行った後に、これらのコントラストを求めるようになっている。
（補正後の撮像画像の輝度分布）＝｛（補正前の撮像画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）／（参照画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）｝×｛（参照画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）の平均値｝ ……（１７）
具体的には、本変形例の検査工程では、画像処理用コンピュータ１５において、例えば図２２および図２３に示したようにして、取得した撮像画像における輝度分布に対して補正を行う。
すなわち、まず、図２２（Ａ）に示したように、評価対象領域内において、照射領域４１（結晶化領域５１）および非照射領域４０（未結晶化領域５０）の撮像画像（測定画像；測定画像データＤ３１）を取得する。この測定画像では、図に示したように、ノイズＳｎ（光学系のノイズ（傷やごみなど）や、光源の光強度ムラなど）を含んだ状態となっている。
次に、図２２（Ｂ）に示したように、参照レベル測定領域５２内において、上記した参照画像（参照画像データＤ３２）を取得する。この参照画像では、図に示したように、上記において取得した測定画像と共通するノイズＳｎを含んだ状態となっている。
次に、図２２（Ｃ）に示したように、ゼロレベル測定領域５３内において、ゼロレベル画像（ゼロレベル画像データＤ３３）を取得する。すなわち、暗電流などのオフセット成分の影響を取り除くため、光強度がゼロの状態の画像を取得する。
次に、図２３（Ａ）に示したように、上記により取得した測定画像および参照画像から、以下の（１８）式および（１９）式を用いて、取得したゼロレベル画像を差し引くことにより、ゼロレベル補正を行う。これにより、暗電流などのオフセット成分の影響が、測定画像および参照画像から取り除かれることになる。
ゼロレベル補正後の測定画像データＤ３１’＝Ｄ３１−Ｄ３３ ……（１８）
ゼロレベル補正後の参照画像データＤ３２’＝Ｄ３２−Ｄ３３ ……（１９）
そして、図２３（Ｂ）および前述の（１７）式，以下の（２０）式に示したように、上記のゼロレベル補正後の測定画像を、ゼロレベル補正後の参照画像の画素ごとの輝度によって除算した後、補正前の輝度に戻すため、参照画像の輝度の平均値を乗算する。これにより、このような補正後の測定画像（測定画像データＤ３２”）では、測定画像および参照画像において共通して含まれるノイズＳｎが全て取り除かれることになる。
ノイズＳｎの除去補正後の測定画像データＤ３２”
＝（Ｄ３１’／Ｄ３２’）×（Ｄ３２’の平均値） ……（２０）
このようにして、本変形例では、透過コントラストまたは反射コントラストを算出する際に、取得した撮像画像における輝度分布に対して、ノイズＳｎを除去するための補正を行った後に、コントラストを求めるようにしたので、光学系のノイズ（傷やごみなど）や、光源の光強度ムラなどを除去することができ、結晶性の評価精度をさらに向上させることが可能となる。
ここで、図２４は、このようなノイズＳｎを除去するための補正を行う前の透過画像の一例を、図２５は、そのような補正後の透過画像の一例を、それぞれ表したものである。この実施例では、透明基板２０上に、ゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２１，２２２、ａ−Ｓｉ膜２３０、バッファ層および光吸収層２３１をこの順に形成した後、半導体レーザによるレーザ光Ｌ１を用いてアニール処理を行い、微結晶シリコンを透明基板２０上に形成した。そして、上記したようにして、ＬＥＤ１２からの照射光Ｌoutを用いて測定画像、参照画像およびゼロレベル画像をそれぞれ取得した後、ノイズＳｎを除去するための補正を行う前後において、透過コントラストの評価を行った。また、同一測定箇所に対して同じ測定を複数回繰り返し、測定データのバラつきを評価した（図２６参照）。図２４〜図２６に示したように、図２４中の丸印内等に存在するノイズＳｎが補正により取り除かれ、これにより、コントラストの測定データのバラつきが、補正後では補正前の約４８程度に低減されていることが分かる。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、ｐ−Ｓｉ膜２３の透明画像（透過画像データＤ１）を取得する際に、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０へ向けてそれぞれ照射する光（照射光Ｌout）として、緑色光を用いる場合について説明したが、照射光Ｌoutの波長領域はこれには限られない。具体的には、例えば白色光を用いた場合には、光吸収層２３１を剥離するプロセスなしに、感度良く測定することが可能となる。また、青色光よりも短波長の光を用いた場合には、光吸収層２３１を剥離した後の感度を高くすることができる。また、パターン上の反射光測定のときに有効となる。なお、取得する際の撮像手段としても、上記実施の形態等で説明した対物レンズ１３およびＣＣＤカメラ１４には限られず、他の光学系によって構成してもよい。
また、上記実施の形態等では、ｐ−Ｓｉ膜２３を形成する際（アニール処理の際）に、半導体レーザ光源を用いてレーザ光Ｌ１を照射する場合について説明したが、例えばエキシマレーザ等のガスレーザなど、他の種類のレーザ光源を用いるようにしてもよい。
また、上記実施の形態等では、基板の裏面側からの透過画像を用いた場合について説明したが、例えば、基板の表面側からの透過画像を用いてもよい。その場合、基板は透明基板でなくてもよく、可動ステージ１１も照射光Ｌoutを透過しないものでもよい。
また、上記実施の形態等では、照射光Ｌoutの透過光または反射光に基づいて、ｐ−Ｓｉ膜２３およびａ−Ｓｉ膜２３０の撮像画像（透過画像または反射画像）を取得することにより、コントラスト（透過コントラストまたは反射コントラスト）を求める場合について説明したが、例えば、そのような撮像画像の代わりに、微小領域に照射された光Ｌoutに基づいて分光光度計測を行うことにより、コントラスト（透過コントラストまたは反射コントラスト）を求めるようにしてもよい。このような分光光度計測を用いて評価を行った場合、撮像画像を用いた場合と比べ、精度は劣るが、より高速の評価が可能となる。
また、上記実施の形態等において説明したｐ−Ｓｉ膜２３は、例えば図２７に示したように、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置の製造に用いられるボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板３に適用することができる。具体的には、上記実施の形態等において説明した検査処理を行ったのちのＳｉ薄膜基板２において、ｐ−Ｓｉ膜２３上に、例えばフォトリソグラフィ法によって、層間絶縁膜２５１，２５２、配線２６、平坦化膜２７および透明導電膜２８を、この順に積層形成するようにすればよい。その際、層間絶縁膜２５１は例えばシリコン窒化物（ＳｉＮX）により構成し、層間絶縁膜２５２は例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）により構成し、配線２６は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成し、平坦化膜２７は例えばアクリル樹脂等により構成し、透明導電膜２８は例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウム錫）により構成する。なお、図２０には、ボトムゲート型のＴＦＴを有するＴＦＴ基板について示したが、例えばトップゲート型のＴＦＴを有するＴＦＴ基板についても、本発明により形成した半導体薄膜を適用することが可能である。また、本発明により形成した半導体薄膜は、このようなＴＦＴの形成に用いられるものには限られず、他の半導体素子に適用してもよい。
さらに、上記実施の形態等では、非晶質半導体薄膜および結晶質半導体薄膜の一例として、Ｓｉ薄膜（ａ−Ｓｉ膜２３０、ｐ−Ｓｉ膜２３および微結晶Ｓｉ膜）を挙げて説明したが、本発明は、Ｓｉ薄膜以外の半導体薄膜（例えばＳｉＧｅ薄膜など、照射領域と未照射領域との階調差が測定可能な全ての半導体薄膜）にも適用することが可能である。
１，１Ａ…検査装置、１１…可動ステージ、１２…ＬＥＤ、１３…対物レンズ、１４…ＣＣＤカメラ、１５…画像処理用コンピュータ、１６…制御用コンピュータ、１７…差動増幅器、２…Ｓｉ薄膜基板、２０…透明基板、２１…ゲート電極、２２１，２２２…ゲート絶縁膜、２３０…ａ−Ｓｉ膜、２３…ｐ−Ｓｉ膜、２３１…光吸収層、２４…ストッパ膜、２５１，２５２…層間絶縁膜、２６…配線、２７…配線、２８…透明導電膜、３…ＴＦＴ基板、３０…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、４０…非照射領域、４１…照射領域、５０…未結晶化領域、５１…結晶化領域、５２…参照レベル測定領域、５３…ゼロレベル測定領域、Ｌout，Ｌout１，Ｌout２…照射光、Ｌ１…レーザ光、Ｄ１…透明画像データ、Ｄ２…反射画像データ、Ｄ３１…測定画像データ、Ｄ３２’…補正画像データ、Ｄ３２…参照レベル画像データ、Ｄ３３…ゼロレベル画像データ、Ｓ…制御信号、Ｓｎ…ノイズ。

Claims (20)

  1. 基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、
    レーザ光を照射して前記非晶質半導体薄膜に対して選択的に加熱処理を施すことにより、照射領域に対応する非晶質半導体薄膜を結晶化させて要素領域ごとに部分的に結晶質半導体薄膜を形成する工程と、
    前記結晶質半導体薄膜の結晶化度を検査する検査工程と
    を含み、
    前記検査工程は、
    前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜へ向けて光をそれぞれ照射することにより、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求める工程と、
    求めたコントラストに基づいて、前記結晶質半導体薄膜に対する選別を行う選別工程と
    を含む
    半導体薄膜の形成方法。
  2. 前記選別工程において、求めたコントラストと、前記コントラストを求める工程における光の照射強度と、前記結晶質半導体薄膜において得られる電気特性との相関関係を用いて、前記結晶質半導体薄膜に対する選別を行う
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  3. 前記照射強度と前記コントラストとのγ特性におけるγ値＝１のものを用いて、前記結晶質半導体薄膜に対する選別を行う
    請求項２に記載の半導体薄膜の形成方法。
  4. 前記照射強度と前記コントラストとのγ特性において、γ値＝１となるようにγ特性を補正して、前記結晶質半導体薄膜に対する選別を行う
    請求項２に記載の半導体薄膜の形成方法。
  5. 前記コントラストを求める工程において、照射された光に基づいて前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜の撮像画像を取得することにより、前記コントラストを求める
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  6. 照射された光の透過光に基づいて前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜の透過画像を取得することにより、前記コントラストを求める
    請求項５に記載の半導体薄膜の形成方法。
  7. 照射された光の反射光に基づいて前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜の反射画像を取得することにより、前記コントラストを求める
    請求項５に記載の半導体薄膜の形成方法。
  8. 前記基板上または前記基板を搭載するステージ上における所定の位置に、前記撮像画像に対する参照画像を取得するための参照レベル測定領域と、前記撮像画像および前記参照画像を取得する際のオフセット成分に対応するゼロレベル画像を取得するためのゼロレベル測定領域とをそれぞれ設けておき、
    前記コントラストを求める工程において、以下の式を用いることにより、取得した前記撮像画像における輝度分布に対して補正を行った後に、前記コントラストを求める
    請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体薄膜の形成方法。
    （補正後の撮像画像の輝度分布）＝｛（補正前の撮像画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）／（参照画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）｝×｛（参照画像の輝度分布−ゼロレベル画像の輝度分布）の平均値｝
  9. 前記コントラストを求める工程において、微小領域に照射された光に基づいて分光光度計測を行うことにより、前記コントラストを求める
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  10. 前記コントラストを求める工程において、照射された光を複数のビームに分割し、前記結晶化領域の輝度と前記未結晶化領域の輝度とを差動増幅したのちに、前記コントラストを求める
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  11. 前記コントラストを求める工程において、照射する光として白色光を用いる
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  12. 前記コントラストを求める工程において、照射する光として緑色光を用いる
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  13. 前記コントラストを求める工程において、照射する光として、青色光よりも短波長の光を用いる
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  14. 前記結晶質半導体薄膜を形成する工程において、光吸収層に対して前記レーザ光を照射することにより、前記非晶質半導体薄膜に対して間接的に加熱処理を施す
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  15. 前記結晶質半導体薄膜を形成する工程において、半導体レーザ光源を用いて前記レーザ光を照射する
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  16. 前記結晶質半導体薄膜が、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の形成に用いられるものである
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  17. 前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜が、Ｓｉ（シリコン）薄膜である
    請求項１に記載の半導体薄膜の形成方法。
  18. 前記結晶質半導体薄膜が、多結晶Ｓｉ薄膜または微結晶Ｓｉ薄膜である
    請求項１７に記載の半導体薄膜の形成方法。
  19. レーザ光を照射して基板上の非晶質半導体薄膜に対して選択的に加熱処理を施すことにより照射領域が結晶化され、要素領域ごとに部分的に形成された結晶質半導体薄膜に適用される結晶化度の検査装置であって、
    前記結晶質半導体薄膜が形成された基板を搭載するステージと、
    前記結晶質半導体薄膜および前記非晶質半導体薄膜へ向けて光をそれぞれ照射する光源と、
    前記光源から発せられた光に基づいて、結晶化領域の輝度と未結晶化領域の輝度とのコントラストを求める導出部と、
    前記導出部により求められたコントラストに基づいて、前記結晶質半導体薄膜に対する選別を行う選別部と
    を備えた半導体薄膜の検査装置。
  20. 前記ステージ上に搭載された基板に対して前記光源および前記導出部の光学系を相対的に変位させるための制御を行う制御部を備えた
    請求項１９に記載の半導体薄膜の検査装置。
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