(57)【要約】  【課題】本発明は、多結晶シリコン膜表面の突起により発生する回折光を効率よく検出できる光学系を備える多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置を提供する。  【解決手段】本発明はガラス基板表面に形成された多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度を持って該多結晶シリコン膜に光を照射し、該光が照射された前記多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光を所定の受光角度で検出し、該検出して得られた該１次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する。【選択図】図６
2014063943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板の表面に多結晶シリコン膜が形成された形成基板を保持する検査ステージと、
該多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度で該多結晶シリコン膜に光を照射する照射手段と、該光が照射された前記多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光を前記法線方向に対して所定の受光角度で検出する第１の撮像手段と、を備える検査光学系と、
該検査光学系で得られた該１次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する検査手段と、
ことを特徴とする多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項２】
前記光照射角度範囲は、±３０度内であることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項３】
前記光照射角度とは、前記法線方向に対して互いに対象であることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項４】
前記光照射角度と前記受光角度は、前記法線方向に対して共に零度あることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項５】
前記アニール方向を検出するアニール方向検出手段と、
前記ガラス基板を旋回させる旋回駆動手段と、
前記アニール方向検出手段の結果に基づいて前記旋回駆動手段を制御する処理旋回制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項６】
前記アニール方向検出手段は、前記ガラス基板に設けられたオリフラ位置を検出する第２の撮像手段を備え、
前記処理旋回制御部は、前記予め記憶された前記オリフラの位置と前記アニール方向の関係に基づいて前記アニール方向を検出すること、
を特徴とする請求項５記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項７】
前記アニール方向検出手段は、前記ガラス基板に形成されたダミー多結晶シリコン膜又は実際に使用する前記多結晶シリコン膜を、アニール後に撮像する前記検査光学系と同じ構成を有するアニール方向検出検査光学系を備え、
前記処理旋回制御部は、該アニール方向検出検査光学系で検出した１次回折光の強度に基づいて前記アニール方向を検出する、
ことを特徴とする請求項５記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項８】
前記検査光学系は、前記アニール方向検出検査光学系を兼ね、
前記旋回駆動手段は、前記検査ステージを旋回させる、
ことを特徴とする請求項７記載の多結晶シリコン膜検査装置。
【請求項９】
前記検査光学系に適したアニール方向を有する前記形成基板を前記多結晶シリコン膜検査装置に搬出するアニール装置を前段に有することを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜検査装置
【請求項１０】
ガラス基板表面に形成された多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度を持って該多結晶シリコン膜に光を照射し、
該光が照射された前記多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光を所定の受光角度で検出し、
該検出して得られた該１次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する、
ことを特徴とする多結晶シリコン膜検査方法。
【請求項１１】
前記光照射角度範囲及び所定の受光角度範囲は、±３０度内であることを特徴とする請求項１０記載の多結晶シリコン膜検査方法。
【請求項１２】
前記光照射角度と前記受光角度は、前記法線方向に対して互いに対象であることを特徴とする請求項１０記載の多結晶シリコン膜検査方法。
【請求項１３】
前記光照射角度と前記受光角度は、前記法線方向に対して共に零度あることを特徴とする請求項１０記載の多結晶シリコン膜検査方法。
【請求項１４】
前記光の照射は、一方向には平行光で、該一方向と直行する方向には集光して長い形状に成形した光を前記基板に照射することを特徴とする請求項１０記載の多結晶シリコン膜検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成したアモルファスシリコン膜をレーザアニールにより多結晶化させた多結晶シリコン膜結晶の状態を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子や有機ＥＬ素子などに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、高速な
動作を確保するために、基板上に形成したアモルファスシリコンの一部をエキシマレーザ
で低温アニールすることにより、多結晶化した領域に形成されている。
【０００３】
このように、アモルファスシリコンの一部をエキシマレーザで低温アニールして多結晶
化させる場合、均一に多結晶化させることが求められるが、実際には、レーザ光源の変動
の影響により結晶にばらつきが生じてしまう場合がある。
【０００４】
そこで、このシリコン結晶のばらつきの発生状態を監視する方法として、特許文献１に
は、パルスレーザを半導体膜に照射してレーザアニールを行うとともにレーザ照射領域に
検査光を照射し、照射した検査光による基板からの反射光を検出し、この反射光の強度変
化から半導体膜の結晶化の状態を確認することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、基板上に形成された非晶質シリコンをエキシマレーザアニール
により多結晶シリコンに変化させた領域に、可視光を基板表面に対して１０−８５度の方向から照射し、照射と同じ角度の範囲に接地したカメラで反射光を検出し、この反射光の変化から結晶表面の突起の配置の状態を検査することが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、アモルファスシリコン膜にエキシマレーザを照射して形成した
多結晶シリコン膜に検査光を照射して、多結晶シリコン膜からの回折光を回折光検出器
でモニタリングし、多結晶シリコン膜の結晶性が高い規則的な微細凹凸構造の領域から
発生した回折光の強度が結晶性の低い領域からの回折・散乱光の強度に比べて高いことを
利用して、多結晶シリコン膜の状態を検査することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０５１４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４０８号公報
【特許文献３】特開２００１−３０８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液晶表示素子や有機ＥＬ素子などに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、高速な動作を確保するために、基板上に形成したアモルファスシリコンの薄膜の一部にエキシマレーザを照射してアニールすることにより多結晶化した領域に形成される。
このエキシマレーザを照射しアニールして形成した多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)の表面には、微細な凹凸がある周期で発生することが知られている。そして、この微細な突起は、多結晶シリコン膜の結晶性の度合いを反映しており、結晶状態が均一な（多結晶粒径がそろっている）多結晶シリコン膜の表面には微細な凹凸がある規則性をもって周期的に形成され、結晶状態の均一性が低い（多結晶粒径が不ぞろいな）多結晶シリコン膜の表面には微細な凹凸が不規則に形成されることが知られている。
【０００９】
従って、多結晶シリコン膜の表面の突起の不規則性、即ち多結晶シリコン膜の多結晶粒径のムラを確実に検出して、検査することの要求がある。
【００１０】
この要求に対して、特許文献１には、レーザアニールした領域に照射光を照射し、結晶の状態が反映される反射光の強度変化から半導体膜の結晶化の状態を確認することが記載されている。しかし、結晶の状態が反映されている回折光を検出することについての記載はなく、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。
【００１１】
また特許文献２には、多結晶シリコンに変化させた領域に可視光を基板表面に対して１０−８５度の方向から照射し、照射と同じ角度の範囲に接地したカメラで反射光を検出し検査することが記載されている。しかし、特許文献１と同様に、多結晶シリコン膜表面の突起により発生する回折光を検出することについての記載はなく、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。
【００１２】
更に、特許文献３には、レーザアニールによって形成される多結晶シリコン膜表面の突起により発生する回折光を検出することについては記載されている。しかし、回折光検出器で検出した回折光の強度レベルをモニタして、多結晶シリコン膜の状態を検査するものであって、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。
【００１３】
従って、本発明の目的は、多結晶シリコン膜表面の突起により発生する一次回折光を効率よく検出できる光学系を備える多結晶シリコン膜検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した目的を達成するために、本発明は、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、ガラス基板の表面に多結晶シリコン膜が形成された形成基板を保持する検査ステージと、該多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度で該多結晶シリコン膜に光を照射する照射手段と、該光が照射された前記多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光を前記法線方向に対して所定の受光角度で検出する撮像手段と、を備える検査光学系と、該検査光学系で得られた該１次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、ガラス基板表面に形成された多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度を持って該多結晶シリコン膜に光を照射し、該光が照射された前記多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光を所定の受光角度で検出し、該検出して得られた該１次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査することを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記光照射角度範囲は、±３０度内であってもよく、特に、前記光照射角度と前記受光角度は、前記法線方向に対して共に零度であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多結晶シリコン膜をアニールするアニール方向に対し、直方向を中心にして所定の角度で照射及び受光する光学系により、多結晶シリコン膜表面の突起により発生す一次回折光を効率よく検出できる多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エキシマレーザの照射エネルギと多結晶シリコン膜の結晶粒径との関係を示すグラフである。
【図２Ａ】エキシマレーザの照射エネルギが小さいときに形成される多結晶シリコン膜の状態を模式的に示した多結晶シリコン膜の平面図である。
【図２Ｂ】エキシマレーザの照射エネルギが適正なときに形成される多結晶シリコン膜の状態を模式的に示した多結晶シリコン膜の平面図である。
【図２Ｃ】エキシマレーザの照射エネルギが大きすぎたときに形成される多結晶シリコン膜の状態を模式的に示した多結晶シリコン膜の平面図である。
【図３】多結晶シリコン膜が形成された基板に照明光を照射して１次回折光を検出する光学系の概略の構成を示すブロック図である。
【図４】図２Ｂで示した結晶の粒径が比較的揃った多結晶シリコン膜の輝度像による結晶粒界を示した図である。
【図５】図２Ｂに示すように粒径の揃った同一試料において、図６に示すアニール方向に対する検査光学系の光照射角度αに対する最大１次回析光強度を示したグラフを示す図である。
【図６】エキシマレーザによるアニール方向に対する１次回析光強度検出する検査ユニットの検査光学系を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例である液晶表示パネル用ガラス基板の多結晶シリコン膜検査装置の全体の構成を示す図である。
【図８】実施例１の検査部おける検査ユニット及び検査データ処理・制御ユニットの構成を示す図である。
【図９】多結晶シリコン膜の結晶の状態を検査するために基板を撮像する撮像シーケンスを示すフロー図である。
【図１０】撮像シーケンスで得られたデジタル画像を処理する画像処理シーケンスを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施例である多結晶シリコン膜検査装置の全体の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例のアニール方向検出手段と処理旋回制御部の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例である多結晶シリコン膜検査装置を有する本発明の第４の実施例である結晶シリコン膜形成装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態として、液晶表示パネル用ガラス基板に形成した多結晶シリコン薄
膜を検査する装置に適用した例を説明する。
【００２０】
検査対象の液晶表示パネル用ガラス基板(以下基板と記す)には、基板上にアモルファスシリコンの薄膜が形成されている。そのアモルファスシリコンの薄膜の一部の領域にエキシマレーザを照射して走査することにより、エキシマレーザが照射された部分のアモルファスシリコンを加熱して溶融し(アニール)、エキシマレーザが走査された後、溶融したアモルファスシリコンが徐々に冷却されて多結晶化し、多結晶シリコンの状態に結晶が成長する。なお、アモルファスシリコンの薄膜が形成された基板を形成基板という。
【００２１】
図１のグラフには、エキシマレーザでアモルファスシリコンをアニールするときのエキシマレーザの照射エネルギと、多結晶シリコンの結晶粒径の概略の関係を示す。アニール時のエキシマレーザの照射エネルギを大きくすると、多結晶シリコンの結晶粒径も大きくなる。
【００２２】
アニール時のエキシマレーザの照射エネルギが弱い（図１の範囲Ａ）場合には、図２Ａに示すように多結晶シリコン膜の結晶２０１の粒径が小さく、かつ、ばらつきが大きい状態となってしまう。このような結晶状態では、多結晶シリコン膜として安定した特性を得ることができない。
【００２３】
これに対して、アニール時のエキシマレーザのエネルギを適切な範囲（図１の範囲Ｂ）に設定すると、図２Ｂに示すように結晶２０２の粒径が比較的揃った多結晶シリコン膜が形成される。このように、結晶粒径が揃った状態に膜が得られると、多結晶シリコン膜として安定した特性を得ることができる。
【００２４】
アニール時のエキシマレーザの照射エネルギを更に上げていくと（図１の範囲Ｃ）、多結晶シリコンの結晶粒径が大きくなっていく。しかし、照射エネルギを大きくすると結晶粒の成長速度のばらつきが大きくなり、図２Ｃに示すように結晶２０３の粒径のばらつきが大きな多結晶シリコン膜となってしまい、多結晶シリコン膜として安定した特性を得ることができない。
【００２５】
従って、アモルファスシリコンに照射するエキシマレーザのエネルギを図１のＢの範囲に安定に維持することが重要になる。
【００２６】
一方、特許文献３に記載されているように、アモルファスシリコンをエキシマレーザでアニールして形成した多結晶シリコン膜には、結晶粒界に微小な突起が形成されることが知られている。
【００２７】
このような多結晶シリコン膜３０１が形成されたガラス基板３０３に、図３に示すように裏側に配置した光源３１０から光を照射すると、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界の微小な突起３０２で散乱された光により、ガラス基板３０３の表面の側に回折光が発生する。この回折光が発生する位置は、光源３１０から照射する光の波長や多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界に形成される微小な突起３０２のピッチによって異なる。
【００２８】
図３に示した構成において、形成基板３００を照射する光の波長をλ、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界に形成される微小な突起３０２のピッチをＰ，形成基板３００を照射する光の形成基板３００の法線方向からの角度をθi、形成基板３００から発生する１次回折光の基板３００の法線方向からの角度をθoとすると、それらの間には、    
sinθi＋sinθo＝λ／Ｐ      ・・・(数式１)  
という関係が成り立つ。
【００２９】
従って、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界に微小な突起３０２が所定のピッチＰで形成されている状態で、光源３１０から出射して角度θiの方向から照射された波長λの光により発生する１次回折光を、角度θoの位置に配置した撮像カメラ３２０で観察することにより、多結晶シリコン膜３０１からの１次回折光を観察することができる。
【００３０】
一方、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径は、図１に示したようにアニール時のエキシマレーザの照射エネルギに依存し、図１のエキシマレーザの照射エネルギがＡ，Ｂ及びＣの領域では、結晶粒径がエキシマレーザの照射エネルギの増加に伴って大きくなる。従って、アニール時にエキシマレーザの照射エネルギが変動すると、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径が変化すると共に、図２Ａ乃至図２Ｃで説明したように粒径のばらつきが大きくなる。この結晶粒径が変化して微小な突起３０２のピッチのばらつきが大きくなった状態の多結晶シリコン膜３０１に光源３１０から光を照射した場合、多結晶シリコン膜３０１から発生する１次回折光の進行方向が変化すると、主にその強度が低下してしまうために、撮像カメラ３２０で検出される１次回折光の輝度が減少する。
【００３１】
図４は、図２Ｂで示した結晶２０２の粒径が比較的揃った多結晶シリコン膜の輝度像による結晶粒界を示した図である。白い丸印や破線状の黒点は輝度の高い所を示しており、輝度の高い所を結ぶ線が結晶粒界を形成している。図２Ｂと比較して解るように、結晶粒界は、突状部３０２に沿って形成される。なお、Ｐは粒径のピッチを示す。
【００３２】
図５は、図２Ｂに示すように粒径の揃った同一試料において、図６に示すアニール方向に対する検査光学系の光照射角度αに対する最大１次回析光強度を示したグラフである。図６は、エキシマレーザＥＬＡ（exicimer laser annealing）によるアニール方向に対する１次回析光強度検出する検査ユニットの検査光学系を示す図である。
【００３３】
検査光学系３３０は、図３に示した構成を備えており、照射手段である光源３１０及び撮像手段である撮像カメラ３２０は、アニール方向の法線方向に対してそれぞれ光照射角度α(度)、受光角度β(度)を持って配置されている。
【００３４】
１次回析光強度は、図４に示す結果では、アニール方向に対して一見関係性がないように見えるが、図５の結果が示すように、アニール方向に対する検出光学系３３０の光照射角度α(６図参照)に依存することが分かった。
【００３５】
１次回析光強度を検出するための最適光照射角度αは、アニール方向に対して法線方向、即ち９０度である。光照射角度αの許容範囲(αmin,αmax)は、当然粒径を検出可能な１次回析光強度に依存する。粒径を検出可能な１次回析光強度は、最大(又は平均)１次回析光強度に規定され、最大または平均１次回析光強度はエキシマレーザの照射エネルギ等に依存する。従って、当該許容範囲は一概に言えないが、例えば(-３０度、３０度)で可能であった。また、光照射角度αと検出角度βは、法線方向に対して必ずしも対称である必要がないが、検出角度βは、少なくとも所定の粒径の１次回析光強度を得られるように、光照射角度αに応じて設定する。
【００３６】
本発明では、１次回析光強度を検出するにあたり、検査光学系をアニール方向に対して、光照射角度を前記許容範囲である光照射角度範囲内に入るように設定して、検査する多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置を提供するものである。特に、アニール方向に対して、光照射角度及び検出角度を法線方向(９０度)に設定することが好ましい。
【００３７】
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
【００３８】
（実施例１）
図７は、本発明の第１の実施例である液晶表示パネル用ガラス基板の多結晶シリコン膜検査装置６００の全体の構成を示す。
【００３９】
多結晶シリコン膜検査装置６００は、基板ロード部６１０、検査部６２０、基板アンロード部６３０、検査部データ処理・制御部６４０及び全体制御部６５０で構成されている。
【００４０】
検査対象の液晶表示パネル用ガラス基板の形成基板３００は、ガラス基板３０３上に形成されたアモルファスシリコンの薄膜に、本検査工程の直前の工程で一部の領域にエキシマレーザ光を照射して走査し加熱することにより、加熱してアニールしたものである。加熱された領域がアニールされてアモルファスの状態から結晶化し、図３に示したように、多結晶シリコン膜３０１の状態になる。多結晶シリコン膜検査装置６００は、形成基板３００の表面を撮像して、この多結晶シリコン膜３０１が正常に形成されているかどうかを調べるものである。
【００４１】
検査対象の形成基板３００は、図示していない搬送手段で、図６に示すように検出光学系に対してアニール方向が所定の角度になるように、基板ロード部６１０にセットされる。基板ロード部６１０にセットされた形成基板３００は、全体制御部６５０で制御される図示していない搬送手段により検査部６２０へ搬送される。検査部６２０には検査ユニット６２１が備えられており、検査データ処理・制御部６４０で制御されて形成基板３００の表面に形成された多結晶シリコン膜の状態を検査する。検査ユニット６２１で検出されたデータは検査データ処理・制御部６４０で処理されて、形成基板３００の表面に形成された多結晶シリコン膜３０１の状態が評価される。
【００４２】
検査が終わった形成基板３００は、全体制御部６５０で制御される図示していない搬送手段により検査部６２０からアンロード部６３０に搬送され、図示していないハンドリングユニットにより検査装置６００から取り出される。なお、図７には、検査部６２０に検査ユニット６２１が１台備えられている構成を示しているが、検査対象の形成基板３００のサイズや形成される多結晶シリコン膜３０１の面積や配置に応じて２台であっても、又は３台以上であっても良い。
【００４３】
図８は、検査部６２０における検査ユニット６２１及び検査データ処理・制御部６４０の構成を示す図である。
【００４４】
本実施例においては、照明光学系を形成基板３００の表面側に配置し、検出系を形成基板の裏面側に配置して、それぞれの装置配置上の自由度を大きくするような構成にした。
【００４５】
検査ユニット６２１は、照明手段である照明光学系７１０と撮像手段である撮像用カメラ７２０とを備える検査光学系７３０と、検査ステージ部７４０とで構成されている。検査光学系７３０は、図６において、α＝９０度になるように設定されている。
【００４６】
照明光学系７１０は、波長λの光を発射する光源７１１、光源７１１から発射された波長λの光を集光して線状の光に成形して、検査ステージ部７４１に保持されている形成基板３００に照射するシリンドリカルレンズ７１２を備えている。
【００４７】
検査光の波長λの光は、３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長の青光又は緑光であり、光源７１１には、レーザダイオード又はＬＥＤ(Light Emitting Diode)を用いる。本実施例では、エキシマレーザＥＬＡを用いる。
【００４８】
シリンドリカルレンズ７１２は、光源７１１から発射された波長λの光を、形成基板３００上の検査領域の大きさに合わせて効率よく照明できるように、照明光束を一方向に集光させて断面形状が一方向に長い線状の形状に成形する。シリンドリカルレンズ７１２で一方向に集光した光を形成基板３００に、法線方向に対してθ１の角度方向から照射することにより、形成基板３００上の検査領域の照明光量が増加し、撮像光学系７２０でコントラストの高い画像を検出することができる。
【００４９】
撮像用カメラ７２０は、照明光が照射された形成基板３００から発生する１次回折光による像を撮像する。撮像用カメラ７２０は、形成基板３００の法線方向に対してθ２傾いた角度方向に設置されている。撮像用カメラ７２０は、シリンドリカルレンズ７１２により成形された波長λの光が、照明された形成基板３００の表面の一方向に長い領域に存在する多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界にピッチＰ(図４参照)で形成された微小突起３０２からの１次回折光による光学像を撮像する。
【００５０】
撮像用カメラ７２０は、形成基板３００の照明された一方向に長い領域の像に合わせて配置された１次元のＣＣＤ（電化結合素子）イメージセンサ(図示せず)、又は２次元のＣＣＤイメージセンサ(図示せず)を備えている。
【００５１】
すなわち、撮像用カメラ７２０の傾き角度θ２は、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒界の微小突起３０２のピッチＰ(図４参照)と、照明光の波長λ、及び照明光の形成基板３００への入射角度θ１により、数式１の関係に基づいて決まる。
【００５２】
検査ステージ部７４０は、駆動手段７４２によりＸＹ平面内で移動可能な検査ステージ７４１の上面に検査対照の形成基板３００を載置して保持する。駆動手段７４２は、例えばステッピングモータ又はロータリエンコーダが備えられたサーボモータを用いればよい。
【００５３】
一方、検査データ処理・制御部６４０は、検査部データ処理部７５０、入出力部７６０、及び制御部７７０で構成されている。制御部７７０は、図７に示した全体制御部６５０と接続している。
【００５４】
検査データ処理部７５０は、撮像用カメラ７２０から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ/Ｄ変換部７５２と、Ａ/Ｄ変換されたデジタル画像信号を前処理して１次回折光像の画像を作成する画像処理部７５３と、当該画像により多結晶シリコン膜の結晶の大きさの分布を求めて画像化する処理判定部７５５とを備える。
【００５５】
また、入出力部７６０は、処理判定部７５５で処理された結果を表示する表示部７６１を備える。更に、制御部７７０は、光源７１１の電源部７７２、検査ステージ部７４０の駆動手段７４２を制御する駆動手段制御部７７３と、検査データ処理部７５０、出力部７６０及び電源部７７２を制御する制御部７７１とを備えている。また、制御部７７１は全体制御部６５０と接続されている。
【００５６】
このような構成で、検査ステージ７４１を図６に示す観察時のスキャン方向に走査し、アニール方向にシフトする矩形走査を、形成基板３００の所定の領域又は全面で行い、検査光学系７３０で図４に示す１次回折光像を得る。そして、検査データ処理７５０で処理して形成基板３００上に形成された多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径の分布を求める。検査ステージ７４１の走査は、アニール方向に走査し、図６に示すスキャン方向にシフトする矩形走査でもよい。
【００５７】
次に、図８に示した構成の検査ユニット６２１を用いて、形成基板３００上のエキシマレーザでアニールされて多結晶化した多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径の分布の状態を検査する方法について説明する。
【００５８】
先ず、エキシマレーザのアニールにより形成基板３００上に形成された多結晶シリコン膜３０１の検査領域を検査する処理の流れを説明する。検査処理には、形成基板３００の所定の領域又は全面を撮像する撮像シーケンスと、撮像して得た画像を処理する画像処理のシーケンスとがある。
【００５９】
先ず、撮像シーケンスについて図９を用いて説明する。
【００６０】
最初に、多結晶シリコン膜３０１の検査領域の検査開始位置が検査光学系７３０のカメラ７２０の視野に入るように、駆動手段制御部７７３で駆動手段７４２を駆動して検査ステージ７４１の位置を制御し、形成基板３００を初期位置（検査開始位置）に設定する（Ｓ８０１）。
【００６１】
次に、電源制御部７７２で光源７１１を制御して、シリンドリカルレンズ７１２により線状に成形された波長λの光を、θ１の入射角度で形成基板３００上の多結晶シリコン膜３０１に照射する（Ｓ８０２）。照明光学系７１０により波長λの光が、照明された多結晶シリコン膜３０１の検査領域に沿って撮像用カメラ７２０の撮像領域が移動するように、駆動手段制御部７７３で駆動手段７４２を制御して、検査ステージ７４１を一定の速度での移動を開始する（Ｓ８０３）。
【００６２】
検査ステージ７４１を一定の速度で移動させながら、照明光学系７１０のシリンドリカルレンズ７１２により、線状に成形されてθ１の角度で入射した波長λの光により照明された多結晶シリコン膜３０１のスキャン方向に長い検査領域の結晶粒界の微小突起３０２から、θ２の方向に発生した１次回折光による光学像を撮像用カメラ７２０で撮像する（Ｓ８０４）。
【００６３】
波長λの光の１次回折光による光学像を撮像した撮像用カメラ７２０からの画像信号と、多結晶シリコン膜３０１の透過光を撮像した透過光検出用カメラ７３０からの画像信号とは、それぞれ検査データ処理部７５０で処理されてデジタル画像が作成される（Ｓ８０５）。以上の操作をＸ方向又はＹ方向に沿った１ライン分の検査が終了するまで繰り返して実行する（Ｓ８０６）。
【００６４】
次に、検査した１ライン分の領域に隣接する検査領域が有るか否かをチェックし（Ｓ８０７）、隣接する未検査領域が有る場合には、検査ステージ７４１を隣接する検査領域に移動させて（Ｓ８０８）、Ｓ８０３からのステップを繰り返す。検査すべき領域が全て検査を終了するとＸＹテーブルの移動を停止し（Ｓ８０９），電源制御部７７２で光源７１１を制御することにより照明を消して（Ｓ８１０）、撮像シーケンスを終了する。
【００６５】
次に、Ｓ８０４の撮像シーケンスで得られたデジタル画像を処理する画像処理シーケンスについて図１０を用いて説明する。
【００６６】
撮像シーケンスのデジタル画像作成ステップ（Ｓ８０５）において、撮像用カメラ７２０からの画像信号は、Ａ/Ｄ変換器７５２に入力してデジタル画像信号に変換される。Ａ/Ｄ変換された撮像用カメラ７２０からの画像信号は、画像処理部７５３でシェーディング補正などの前処理が施されて、図４に示すようなデジタル画像が生成され、処理判定部７５５に入力される（Ｓ１０１）。
【００６７】
処理判定部７５５では、Ｓ１０１で入力した画像の所定の領域を処理し、図２に示すような粒径の境界線を抽出する（Ｓ１０２）。その後、例えば、境界線を四角形に近似し、粒径を対辺間の距離の平均値として算出し（Ｓ１０３）、得られた粒径の粒径分布を得る（Ｓ９０４）。
【００６８】
次に、この粒径分布の特徴量、例えば平均値、標準偏差を求め（Ｓ１０５）、この特徴量を予め設定した基準値と比較して、製品の良否を判定する（Ｓ１０６）。最後に、判定結果と粒径分布を入出力部７６０の表示部７６１に表示して（Ｓ１０７）、画像処理のシーケンスを終了する。
【００６９】
このように、１次回析光強度を検出するにあたり、検出光学系をアニール方向に対して、光照射角度αが所定の光照射角度範囲に入るように設定して行うことにより、１次回折光の強度をより強く捉えることができる。特にα=０度、即ちアニール方向対する法線方向(９０度)に設定して行うのが好ましい。なお、検出角度は、光照射角度に対応して設定する。
【００７０】
その結果、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源７１１の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
（実施例２）
図１１は、本発明の第２の実施例である液晶表示パネル用ガラス基板の多結晶シリコン膜検査装置６００Ａの全体の構成を示す。実施例２は、検査部６２０に形成基板３００を搬入する前にアニール方向を検出し、アニール方向が検査光学系７３０の光照射角度の所定の光照射角度範囲に入るように、検査部６２０に搬送する。
【００７１】
これを実現するために、図１２に示すように、基板ロード部６１０Ａは、アニール方向を示すアニール方向マークを検出するアニール方向検出手段６０１と、ロードステージ６０２を旋回させる旋回駆動手段６０３とを備える。本実施例２では、アニール方向マークとし形成基板のオリフラ３００ａを用い、アニール方向検出手段６０１としてオリフラ３００ａを撮像する２台の撮像カメラ６０１ａを用いる。２台設けるのは、オリフラ３００ａが成形基板３００の１箇所の角部に設けられており、大型基板では１台の撮像カメラでは、四隅を一度に見ることができない。２台のうち１台がオリフラ３００ａを検出すればＡ状態であり、２台とも検出できなればＡ状態に対して９０度回転したＢ状態であると判断する。
【００７２】
また、多結晶シリコン膜検査装置６００Ａは、アニール方向検出手段６０１の検出結果を処理し、当該処理結果に基づいて、旋回駆動手段６０３を制御してロードステージ６０２を旋回制御する処理旋回制御部６６０を備える。
【００７３】
処理旋回制御部６６０は、撮像カメラ６の画像信号をアナログからデジタルに変換するＡ/Ｄ変換部６６１と、Ａ/Ｄ変換されたデジタル画像信号を基に、成形基板３００がＡ状態か、Ｂ状態かを判断する基板状態判断部６６２とを備える。一方、全体制御部６５０には、成形基板３００のロッド単位毎或いは成形基板単位毎にオリフラ３００ａに対するアニール方向が、Ａ状態かＢ状態か記憶されている。
【００７４】
そこで、処理旋回制御部６６０の旋回判断制御部６６３は、基板状態判断部６６２の判断結果と全体制御部６５０の記憶データとに基づいて、旋回駆動手段６０３を制御する。
この結果、成形基板３００を、検出部６２０にアニール方向を所定の方向にして搬入できる。
【００７５】
本実施例においても、１次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
【００７６】
実施例２では、アニール方向マークとしてのオリフラ３００ａと予め記憶させたオリフラ位置とアニール方向との関係とを用いて、アニリール方向を検出した。アニール方向マークとしてオリフラに限らず、基板や成形基板の他の特徴や、人為的に設けたマークを用いてもよい。
【００７７】
（実施例３）
本実施例では、ガラス基板３０３に形成されたダミー又は実際に使用するアニールされた多結晶シリコン膜を利用する。ダミーの場合でも実際の場合でも同じであるので、ダミーの場合を例に説明する。但し、実際の場合はダミーの多結晶シリコン膜を形成する必要がないので、それだけ工程的には有利である。一方ダミーの場合は、検出位置が固定されているので、安定的に検出できる利点がある。
【００７８】
例えば、結晶シリコン膜検査装置６００又は６００Ａの上流の塗布装置やアニール装置で、ダミー多結晶シリコン膜をガラス基板３０３の４隅等の特定の位置に形成し、アニールする。実施例１で示した同じ又は同様なアニール方向検出検査光学系を用いて、アニール方向マークとしての多結晶シリコン膜の一次回析光強度を検出する。強度が所定以上であれば、アニール方向検出検査光学系の照射方向がアニール方向と法線方向であり、強度が所定以下であれば、当該照射方向がアニール方向と平行方向であると判断する。
【００７９】
アニール方向検出検査光学系を実施例２と同様に、基板ロード部６１０Ａに設ければ、アニール方向検出検査光学系と検査光学系７３０と関係を用いて、ロードステージ６０２の旋回を制御する。アニール方向検出検査光学系を検査光学系７３０で供用させる場合は、検査部６２０に、検査ステージ７４１を旋回させる旋回駆動手段及び処理旋回制御部を設けて、実施例２と同様に検査ステージ７４１の旋回を制御する。
【００８０】
実施例３においても、実施例２と同様に、１次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜を検査することができる。また、光源の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
【００８１】
（実施例４）
図１３は、多結晶シリコン膜検査装置を有する多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜形成装置の一実施形態１０００を示す。多結晶シリコン膜形成装置１０００は、アモルファスシリコンをガラス基板３０３に塗布する塗布装置９００と、塗布されたアモルファスシリコン膜をアニールするアニール装置８００、アニールされたアモルファスシリコン膜を検査する図7に示す検査装置６００を備える。
【００８２】
実施例４では、検査装置６００に設けられ検査光学系の光照射角度αがアニール方向に対して前述した所定の光照射角度範囲、特に法線方向(９０度)になるような方向に、常にアニールするアニール装置８００を検査装置６００に前段に設ける。
【００８３】
実施例４において、アニール方向を考慮して塗布装置９００にガラス基板３０３を搬入する場合は、ガラス基板３０３又は成形基板３００を旋回する旋回駆動手段等を塗布装置９００又アニール装置８００に設ける必要ないので、多結晶シリコン膜検査装置１０００をシンプルに構成できる。
【００８４】
逆に、アニール方向を考慮せず塗布装置９００にガラス基板３０３を搬入する場合は、例えば塗布装置９００又アニール装置８００に、実施例２で示したオリフラ３００ａの位置を検出し、検出結果によっては、ガラス基板３０３又は形成基板３００を旋回する旋回駆動手段等を設ける。
【００８５】
実施例４の多結晶シリコン膜検査装置１０００によれば、実施例１乃至３と同様に、１次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源の出力  変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
【符号の説明】
【００８６】
３００：形成基板                      ３０２：微小な突起
３０３：ガラス基板                    ３１０：光源
３２０：撮像カメラ                    ６００、６００Ａ：結晶シリコン膜検査装置
６０１：アニール方向検出手段          ６０１ａ：オリフラ撮像用２台の撮像カメラ
６０２：ロードステージ                ６０３：旋回駆動手段
６１０、６１０Ａ：基板ロード部        ６２０：検査部
６２１：検査ユニット                  ６４０：検査データ処理・制御部
６５０：全体制御部                    ６６０：処理旋回制御部
６６２：基板状態判断部                ６６３：旋回判断制御部
７１０：照明光学系                    ７２０：撮像用カメラ
７３０：検査光学系                    ７４０：検査ステージ部
７４１：検査ステージ                  ７５０：検査データ処理部
７５５：判定処理部                    ７６０：入出力部
８００：アニール装置                  ９００：塗布装置
１０００：結晶シリコン膜形成装置      Ｐ：粒径ピッチ。
【図１】
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【図２Ａ】
2014063943.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014063943.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014063943.tif 000014
【図１１】
2014063943.tif 000015
【図１２】
2014063943.tif 000016
【図１３】
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