(57)【要約】【課題】ライン状のエキシマレーザでアニールした多結晶シリコン膜を撮像して得た画像から、アニール時のエキシマレーザのエネルギの過不足を判定することを可能にする。【解決手段】線状に成形されたエキシマレーザを用いたレーザアニール処理により表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に光を照射し、この光が照射された多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光の像を撮像し、この撮像して得た１次回折光の像を処理して多結晶シリコン膜の画像を形成し、線状に成形されたエキシマレーザを用いて適正なレーザエネルギでこのエネルギの変動がない状態で多結晶シリコン膜をアニールしたときにこのアニールした多結晶シリコン膜の１次回折像を撮像して得られるであろう基準となる画像を作成し、形成した多結晶シリコン膜の画像と作成した基準となる画像との差画像を作成し、この作成した差画像を画面上に表示するようにした。【選択図】図８
2014063941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状に成形されたエキシマレーザを用いたレーザアニール処理により表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に光を照射する光照射手段と、
該光照射手段により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次回折光の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像して得た前記１次回折光の像を処理して前記多結晶シリコン膜の画像を形成する画像形成手段と、
前記線状に成形されたエキシマレーザを用いて適正なレーザエネルギで該エネルギの変動がない状態で多結晶シリコン膜をアニールしたときに該アニールした多結晶シリコン膜の１次回折像を撮像して得られるであろう基準となる画像を作成する基準画像作成手段と、
前記画像形成手段で形成した前記多結晶シリコン膜の画像と前記基準画像作成手段で作成した基準となる画像との差画像を作成する差画像作成手段と、
該差画像作成手段で作成した前記差画像を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする多結晶シリコン膜の検査装置。
【請求項２】
前記光照射手段により光が照射された前記多結晶シリコン膜が形成された基板を透過した光を検出する透過光検出手段と、
該透過光検出手段で検出した前記透過光の情報に基づいて前記画像形成手段で形成された画像の補正量を求める画像補正量算出手段と、
該画像補正量算出手段で求めた画像補正量に基づいて前記画像形成手段で形成された画像を補正する画像補正手段と、
を更に備え、
前記差画像作成手段は、前記画像補正手段で補正された前記多結晶シリコン膜の画像と前記基準画像作成手段で作成した基準となる画像との差画像を作成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の検査装置。
【請求項３】
予め記憶しておいた前記線上に成形されたエキシマレーザの強度分布のデータに基づいて前記差画像作成手段で作成した前記差画像において差が大きい領域が前記アニール処理における前記エキシマレーザのエネルギの不足により発生したものであるのか、又は前記エキシマレーザエネルギの過多により発生したものであるかを判定する判定手段と、該判定手段で判定した結果に基づいて欠陥マップを作製する欠陥マップ作成手段とを更に備え、前記表示手段は、前記欠陥マップ作成手段で作成した欠陥マップを表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の多結晶シリコン膜の検査装置。
【請求項４】
前記光照射手段は、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１記載の多結晶シリコン膜の検査装置。
【請求項５】
前記照明手段は、前記表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に対して該基板の裏側から光を照射し、前記撮像手段は、前記光照射手段により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次回折光の像を前記基板の表面の側で撮像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の検査装置。
【請求項６】
線状に成形されたエキシマレーザを用いたレーザアニール処理により表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に光を照射し、
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次回折光の像を撮像し、
該撮像して得た前記１次回折光の像を処理して前記多結晶シリコン膜の画像を形成し、
前記線状に成形されたエキシマレーザを用いて適正なレーザエネルギで該エネルギの変動がない状態で多結晶シリコン膜をアニールしたときに該アニールした多結晶シリコン膜の１次回折像を撮像して得られるであろう基準となる画像を作成し、
前記形成した前記多結晶シリコン膜の画像と前記作成した基準となる画像との差画像を作成し、
該作成した前記差画像を画面上に表示する
ことを特徴とする多結晶シリコン膜の検査方法。
【請求項７】
前記光が照射された前記多結晶シリコン膜が形成された基板を透過した光を検出し、
該検出した前記透過光の情報に基づいて前記形成された画像の補正量を求め、
該求めた画像補正量に基づいて前記形成された画像を補正する
ことを更に備え、
前記欠陥領域として抽出することを、前記補正された前記多結晶シリコン膜の画像から予め設定した輝度レベル以下の領域を欠陥領域として抽出することにより行うことを特徴とする請求項６記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
【請求項８】
予め記憶しておいた前記線上に成形されたエキシマレーザの強度分布のデータに基づいて前記作成した差画像において差が大きい領域が前記アニール処理における前記エキシマレーザのエネルギの不足により発生したものであるのか、又は前記エキシマレーザエネルギの過多により発生したものであるかを判定し、該判定した結果に基づいて欠陥マップを作製することを更に含み、前記画面上に前記作成した欠陥マップを表示することを特徴とする請求項６又は７に記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
【請求項９】
前記基板に光を照射することを、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６記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
【請求項１０】
前記基板に光を照射することを、前記表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に対して該基板の裏側から光を照射することにより行い、前記撮像することを、前記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次回折光の像を前記基板の表面の側で撮像することにより行うことを特徴とする請求項６記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
【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の結晶の状態を検査する多結晶シリコン膜の検査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、レーザを照射前の非晶質シリコンに検査光を照射してその反射
光又は透過光を検出しておき、レーザを非晶質シリコンに照射中にも検査光を照射してそ
の反射光又は透過光を検出し、レーザ照射前とレーザ照射中の反射光又は透過光の強度の
差が最大になったときからレーザ照射前の反射光又は透過光の強度に戻るまでの経過時間
を検出して、レーザアニールの状態を監視することが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３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。
【０００７】
更に、特許文献４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。
【０００８】
更に、特許文献５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基板の裏面からレーザを照射して、基板の表面側で発生した１次回折光を検出して、多結晶シリコン膜の結晶の状態を検査する装置とその方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３０５１４６号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４６２１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９４０８号公報
【特許文献４】特開２００１−３０８００９号公報
【特許文献５】特開２０１１−１９２７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、表示画面サイズの大型化に伴い基板サイズも大型化しているが、この比較的大きなサイズの基板にエキシマレーザを照射してアモルファスシリコン薄膜を効率よくアニールするために、光源から発射されたエキシマレーザをライン状に成形して基板上を走査する方法が採用されている。このとき、ライン状に成形したエキシマレーザにライン状の長手方向に沿って輝度の分布があると、又、アニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動すると、このエキシマレーザでアニールされて形成される多結晶シリコン膜の結晶の成長の仕方に影響を与え、基板上に形成される多結晶シリコン膜の結晶の粒径に分布が発生してしまう。
【００１３】
このような結晶の状態が反射光に反映される多結晶シリコン膜の表面状態を検査する方法として、特許文献１にはレーザアニールした領域に照射した光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。しかし特許文献１には、ライン状に成形したエキシマレーザでアニールしたときに、エキシマレーザの長手方向の輝度の分布、又はアニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動することに起因して多結晶シリコン膜の結晶粒径に分布が発生することについては考慮されていない。
【００１４】
また、特許文献２には、レーザアニール中のレーザ照射領域からの反射光をアニール前の反射光と比較してアニールの進行状態をモニタするものであって、特許文献１と同様に、ライン状に成形したエキシマレーザでアニールしたときに、エキシマレーザの長手方向の輝度の分布、又はアニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動することに起因して多結晶シリコン膜の結晶粒径に分布が発生することについては考慮されていない。
【００１５】
また、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の配置により反射する光の変化によって多結晶シリコンの結晶の品質を検査することが記載されているが、特許文献１及び２と同様に、ライン状に成形したエキシマレーザでアニールしたときに、エキシマレーザの長手方向の輝度の分布、又はアニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動することに起因して多結晶シリコン膜の結晶粒径に分布が発生することについては考慮されていない。
【００１６】
更に、特許文献４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、特許文献１乃至３と同様に、ライン状に成形したエキシマレーザでアニールしたときに、エキシマレーザの長手方向の輝度の分布、又はアニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動することに起因して多結晶シリコン膜の結晶粒径に分布が発生することについては考慮されていない。
【００１７】
更に、特許文献５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が、ライン状に成形したエキシマレーザでアニールしたときに、エキシマレーザの長手方向の輝度の分布、又はアニール中にエキシマレーザの出力が時間的に変動することに起因して多結晶シリコン膜の結晶粒径に分布が発生することについては考慮されていない。
【００１８】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、ライン状のエキシマレーザでアニールした多結晶シリコン膜を撮像して得た画像から、アニール時のエキシマレーザのエネルギの過不足を判定することを可能にする多結晶シリコン薄膜の検査方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記した課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン膜の検査装置を、線状に成形されたエキシマレーザを用いたレーザアニール処理により表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に光を照射する光照射手段と、この光照射手段により光が照射された多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光の像を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像して得た１次回折光の像を処理して多結晶シリコン膜の画像を形成する画像形成手段と、  線状に成形されたエキシマレーザを用いて適正なレーザエネルギで該エネルギの変動がない状態で多結晶シリコン膜をアニールしたときにこのアニールした多結晶シリコン膜の１次回折像を撮像して得られるであろう基準となる画像を作成する基準画像作成手段と、画像形成手段で形成した多結晶シリコン膜の画像と基準画像作成手段で作成した基準となる画像との差画像を作成する差画像作成手段と、この差画像作成手段で作成した差画像を表示する表示手段とを備えて構成した。
【００２０】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン膜の検査方法において、線状に成形されたエキシマレーザを用いたレーザアニール処理により表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に光を照射し、この光が照射された多結晶シリコン膜の表面から発生する１次回折光の像を撮像し、この撮像して得た１次回折光の像を処理して多結晶シリコン膜の画像を形成し、線状に成形されたエキシマレーザを用いて適正なレーザエネルギでこのエネルギの変動がない状態で多結晶シリコン膜をアニールしたときにこのアニールした多結晶シリコン膜の１次回折像を撮像して得られるであろう基準となる画像を作成し、形成した多結晶シリコン膜の画像と作成した基準となる画像との差画像を作成し、この作成した差画像を画面上に表示するようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ライン状のエキシマレーザでアニールした多結晶シリコン膜に光を照射し撮像して得られる１次回折光の画像から、アニール時のエキシマレーザのエネルギの過不足の分布を判定することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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４Ａ】エキシマレーザの照射エネルギと、照明光を照射したときに多結晶シリコン膜から発生する１次回折光の輝度との関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】エキシマレーザの照射エネルギと、照明光を照射したときに多結晶シリコン膜から発生する１次回折光の輝度と、多結晶シリコン膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図５Ａ】アニールに用いる線状に成形したエキシマレーザの線状に沿った長手方向のエネルギ分布の例を示すグラフである。
【図５Ｂ】アニール時のエキシマレーザの走査方向の位置と照射エネルギレベルとの関係を示すグラフである。
【図６Ａ】アニール時の線状に成形したエキシマレーザの線状に沿った長手方向のエネルギ分布のレベルと検査工程において検出される１次回折光輝度との関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ａのグラフにおける照射エネルギ分布曲線５０１の分布特性を有するエキシマレーザでアニールされた試料を撮像して得た画像６１、及び図６Ａのグラフにおける照射エネルギ分布曲線５０２の分布特性を有するエキシマレーザでアニールされた試料を撮像して得た画像６２の例を示す図である。
【図７】検査装置全体の概略の構成を説明するブロック図である。
【図８】実施例１における検査ユニットの概略の構成を説明するブロック図である。
【図９】実施例１における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１０Ａ】実施例１における多結晶シリコン膜の結晶の状態を検査するために撮像して得た画像を処理して欠陥部分を検出する画像処理のシーケンスを示すフロー図である。
【図１０Ｂ】実施例１の変形例１における多結晶シリコン膜の結晶の状態を検査するために撮像して得た画像を処理して欠陥部分を検出する画像処理のシーケンスを示すフロー図である。
【図１１】多結晶シリコン膜の膜厚と透過光量との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例１における多結晶シリコン膜の膜厚と１次回折光の画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１において作成した差画像の例である。
【図１４】実施例１に変形例１における検査ユニットの検査データ処理部の構成を示すブロック図である。
【図１５】実施例１に変形例１において作成した欠陥マップの図である。
【図１６】実施例２における検査ユニットの概略の構成を説明するブロック図である。
【図１７】実施例２における多結晶シリコン膜の膜厚と１次回折光の画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の膜が得られると、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
図３に示した構成において、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，基板３００を照射する光の基板３００の法線方向からの角度をθi、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１)  
という関係が成り立つ。
【００３３】
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(図２Ｂのように、結晶粒径がそろっている状態)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次回折光の像を観察することができ、図４Ａの領域Ｂに示すような１次回折光輝度の比較的明るい画像を観察することができる。
【００３４】
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の結晶粒径が変化して図２Ａ又は図２Ｃで説明したように粒径のばらつきが大きくなる。
【００３５】
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、(数１)において照明光の入射角度θiと波長λとは一定であるので、微小突起のピッチＰが大きくなると１次回折光が発生する角度θoの角度が小さくなる。一方、微小突起のピッチＰが小さくなると、１次回折光が発生する角度θoの角度が大きくなる。その結果、何れの場合も、図２Ｂのように結晶粒径がそろっている状態で発生する１次回折光を検出するように角度が設定された撮像カメラ３２０の検出視野から外れてしまう。また、微小な突起３０２のピッチにばらつきがあると、１次回折光が発生する角度θoにもばらつきが出て、１次回折光の強度も低下する。
【００３６】
その結果、多結晶シリコン膜３０１から発生する１次回折光の像を撮像した画像の信号レベルが低下して暗い画像となってしまう。すなわち、図４Ａに例示した１次回折光の輝度曲線４０１において、領域Ａ又はＣの範囲のエネルギレベルのエキシマレーザでアニールされた多結晶シリコン膜からの１次回折光の像を、領域Ｂの範囲のエネルギレベルのエキシマレーザでアニールされた多結晶シリコン膜からの１次回折光の像を撮像するように調整された撮像カメラ３２０で撮像して得た画像は、領域Ｂの範囲のエネルギレベルのエキシマレーザでアニールされた多結晶シリコン膜からの１次回折光の像を撮像カメラ３２０で撮像した場合の画像の輝度と比べて、輝度レベルが低下する。
【００３７】
一方、多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径がそろっていて突起のピッチのばらつきが小さい場合であっても、多結晶シリコン膜３０１の膜厚が変化すると、ガラス基板３０３の裏面側から照射した光の透過量が変化して、撮像カメラ３２０で検出される１次回折光の輝度が変化する。すなわち、図４Ｂに示すように、１次回折光の輝度曲線４０２，４０３，４０４のように、膜厚が厚くなるに従い多結晶シリコン膜３０１から発生する１次回折光の強度のピーク位置Ｅｐにおける強度が弱くなっていく。
【００３８】
また、レーザアニール装置においてアモルファスシリコン膜が形成された基板に照射するライン状に成形されたエキシマレーザのラインに沿った方向のエキシマレーザのエネルギには、例えば図５Ａに示す曲線５０のような分布がある。更に、エキシマレーザは、図５Ｂに例示する曲線５５のように時間的にも出力が変動して、出力が一時的にエネルギレベル５６にまで低下、またはエネルギレベル５７にまで増加する場合がある。
【００３９】
図５Ａに示したような分布特性を持つライン状のエキシマレーザにおいて、エネルギが高いピーク５２，５４及びエネルギが低いボトム５１，５３が共に図４Ａに示したエキシマレーザ照射エネルギの分布のＢの範囲に入っている場合には、適切な１次回折光輝度の画像を検出することができる。
【００４０】
しかし、図５Ｂに示すようにアニール時のエキシマレーザのエネルギが時間的に変動してエネルギレベル５６にまで低下することにより、図６Ａの照射エネルギ分布曲線５０１に示すように、エキシマレーザのエネルギが低いボトム５１と５３の領域が適正な照射エネルギの範囲Ｂから少ない方に外れて範囲Ａに入ってしまった状態のライン状のエキシマレーザを基板上のアモルファスシリコン膜に照射する場合が考えられる。この場合、基板上に形成される多結晶シリコン膜の結晶は、図６Ｂの画像６１のように、照射エネルギ分布曲線５０１のエキシマレーザのエネルギが低いボトム５１と５３に対応するエキシマレーザが照射された個所ではエキシマレーザの照射エネルギが低いために十分な結晶の成長が進まず、図２Ａに示したような結晶粒径の大きさにばらつきが大きくなる。
【００４１】
その結果、図６Ｂに示すように、撮像カメラ３２０で撮像される基板の画像６１には、図６Ａのエキシマレーザのエネルギが低いボトム５１及び５３に対応する領域に、予め設定したレベルよりも暗い領域５１０及び５３０が現れる。なお、図６Ｂの画像６１においては、予め設定したレベルよりも明るい領域にも濃淡の差があるが、分りやすくするために、予め設定したレベルよりも明るい領域は全て白で表わしている。
【００４２】
これに対して、アニール中にエキシマレーザのエネルギが時間的に変動して図５Ｂのエネルギレベル５７まで増加したとき、図６Ａの照射エネルギ分布曲線５０２に示すように、エキシマレーザのエネルギが高いピーク５２と５４の領域が、適正な照射エネルギの範囲Ｂから大きい方に外れて範囲Ｃに入ってしまった状態のライン状のエキシマレーザを基板上のアモルファスシリコン膜に照射する場合も考えられる。この場合、基板上に形成される多結晶シリコン膜の結晶は、図６Ｂの画像６２のように、照射エネルギ分布曲線５０２のエキシマレーザのエネルギが高いピーク５２と５４に対応するエキシマレーザが照射された個所５２０および５４０では、エキシマレーザの照射エネルギが大きすぎるために結晶の成長が進み過ぎて、図２Ｃに示したような結晶粒径の大きさにばらつきが大きくなる。
【００４３】
その結果、図６Ｂに示すように、撮像カメラ３２０で撮像される基板の画像６２には、図６Ａのエキシマレーザのエネルギが高いピーク５２及び５４に対応する領域に、予め設定したレベルよりも暗い領域５２０及び５４０が現れる。なお、図６Ｂの画像６２においては、予め設定したレベルよりも明るい領域にも濃淡の差があるが、分りやすくするために、予め設定したレベルよりも明るい領域は全て白で表わしている。
【００４４】
図６Ｂの画像６１と画像６２とを比較すると、エキシマレーザのライン状の方向の輝度の分布に応じて、基板に照射するエキシマレーザのエネルギレベルによって暗くなる領域（５１０，５２０，５３０及び５４０）の現れ方が異なることが分かる。また、白で表わした予め設定したレベルよりも明るい領域の濃淡の分布も変化する。
【００４５】
一方、予め測定しておいた基板に照射するエキシマレーザのライン状の方向の輝度の分布の情報と、基板の透過光を検出して得た多結晶シリコン膜の膜厚の分布の情報、及び図４Ｂに示したような多結晶シリコン膜の膜厚をパラメータとしたアニール時のエキシマレーザ照射エネルギと多結晶シリコン膜からの１次回折光の像を撮像して得た画像の輝度との関係から、検査対象基板上のアモルファスシリコン膜が理想的な状態でエキシマレーザによりアニールされた時（図５Ａに示すような分布を持つ線状のレーザを出力するエキシマレーザを用いたときに、レーザ照射エネルギが図１のＢの範囲で、レーザ照射エネルギの変動がない状態でアニールされた時）に基板からの１次回折光の像を撮像して得られる画像の明るさのむらを算出し、明るさむらの画像を作成することができる。
【００４６】
この作成した明るさむらの画像と、エキシマレーザでアニールして多結晶シリコン膜が形成された基板を実際に撮像して得た画像における明るさのむらとを比較して差分を求め、明るさむらの差画像を作成できる。
【００４７】
この明るさむらの差画像を画面上に表示することにより、多結晶シリコン膜の結晶の大きさの分布の状態を表わす情報とすることができる。
【００４８】
本発明では、多結晶シリコン膜を照明して膜表面の微小な突起により発生する回折光の像を撮像し、撮像して得た回折光の画像を処理することにより、基板上に多結晶シリコン膜が結晶の粒径がそろった状態の正常な膜として形成されているかどうかを検査して多結晶シリコン膜の結晶の状態を評価する方法及びその装置において、上記した観点に基づいて、多結晶シリコン膜の結晶の大きさの分布の状態を表わす情報として、明るさむらの差画像を画面上に表示できるようにした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。
【００４９】
更に、多結晶シリコン膜の結晶の状態が基準から外れている領域が見つかった場合に、それがアニール時に照射したエキシマレーザのエネルギが高すぎたために発生したものであるのか、又は低すぎたために発生したものであるのか、又、その程度と分布、即ちアニール時のエキシマレーザのエネルギの過不足の度合いとその分布とを判別することを可能にした、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。  
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００５０】
本発明に係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７００の全体の構成を図７に示す。
【００５１】
多結晶シリコン膜検査装置７００は、基板ロード部７１０、検査部７２０、基板アンロード部７３０、検査部データ処理・制御部７４０及び全体制御部７５０を備えて構成されている。
【００５２】
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)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を照射して走査し加熱することにより、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７００は、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。
【００５３】
検査対象の基板３００は、図示していない搬送手段で基板ロード部７１０にセットされる。基板ロード部７１０にセットされた基板３００は、全体制御部７５０で制御される図示していない搬送手段により検査部７２０へ搬送される。検査部７２０には検査ユニット７２１が備えられており、検査データ処理・制御部７４０で制御されて基板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７２１で検出されたデータは検査データ処理・制御部７４０で処理されて、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。
【００５４】
検査が終わった基板３００は、全体制御部７５０で制御される図示していない搬送手段により検査部７２０からアンロード部７３０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７００から取り出される。なお、図７には、検査部７２０に検査ユニット７２１が１台備えられている構成を示しているが、検査対象の基板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。
【００５５】
検査部７２０における検査ユニット７２１の構成を図８に示す。  
本実施例においては、照明系を基板の表面側に配置し検出系を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。
【００５６】
検査ユニット７２１は、照明光学系８１０、撮像用カメラ８２０、透過光検出用カメラ８３０、基板ステージ部８４０、検査部データ処理部８５０、入出力部８６０、及び電源・制御系８７０で構成されており、電源・制御系８７０は図７に示した全体制御部７５０と接続している。
【００５７】
照明光学系８１０は、波長λの光を発射する光源８１１、光源８１１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基板ステージ部８４０に保持されているガラス基板３００に照射するシリンドリカルレンズ８１２を備えている。
【００５８】
波長λの光は、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の光であり、光源８１１には、例えば、レーザダイオードを１次元又は２次元状に多数配置させたもの用いる。
【００５９】
シリンドリカルレンズ８１２は、光源８１１から発射された波長λの光を、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、一方向と直角な方向(図面に垂直な方向)に長い線状の形状に成形する。シリンドリカルレンズ８１２で一方向に集光した光を基板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、基板３００上の線上の検査領域の照明光量が増加し、撮像光学系８２０でコントラストの高い画像を検出することができる。
【００６０】
撮像用カメラ８２０は、照明光が照射された基板３００から発生する１次回折光による像を撮像する。
【００６１】
撮像用カメラ８２０は、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８２０は、シリンドリカルレンズ８１２により成形された波長λの光が照明された基板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Ｐ１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。撮像用カメラ８２０は、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。
【００６２】
すなわち、撮像用カメラ８２０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Ｐ１と、照明光の波長λ、及び照明光の基板３００への入射角度θ１により、（数１）の関係に基づいて決まる。本実施例では、図２Ｂに示すような粒径がそろった結晶２０２からの１次回折光の像を撮像するのに適した角度に、θ２を設定してある。
透過光検出用カメラ８３０は、光源８１１から発射されて基板３００を透過した光を検出する。
【００６３】
基板ステージ部８４０は、駆動手段８４２によりＸＹ平面内で移動可能な基板ステージ８４１の上面に検査対照の基板３００を載置して保持する。駆動手段８４２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。
【００６４】
検査データ処理部８５０は、Ａ/Ｄ変換部８５１、Ａ/Ｄ変換部８５２、画像処理部８５３、画像補正値算出部８５４、処理判定部８５５とを備え、入出力部８６０と接続している。電源・制御系８７０は、電源部８７２、制御部８７１、駆動手段制御部８７３とを備えている。
【００６５】
Ａ/Ｄ変換部８５１は、透過光検出用カメラ８３０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８５２は、撮像用カメラ８２０から出力される透過光のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００６６】
画像処理部８５３は、Ａ/Ｄ変換部８５２とでＡ/Ｄ変換されたデジタル画像信号を前処理して１次回折光像を作成する。画像補正値算出部８５４は、透過光検出用カメラ８３０から出力された信号を処理して透過光の光量を求め、この透過光の光量と予め記憶しておいた透過光量と画像補正値との関係から、撮像用カメラ８２０で撮像して得た画像の補正量を求める。
【００６７】
処理判定部８５５は、画像補正値算出部８５４で算出した画像の補正量に基づいて、撮像用カメラ８２０で撮像して画像処理部８５２で処理された１次回折光像の画像を補正して基板３００上に形成された多結晶シリコン膜からの１次回折光像の画像の明るさの分布を求める。一方、予め求めておいた理想的なアニール工程（図５Ａに示すような分布を持つ線状のレーザを出力するエキシマレーザを用いたときに、レーザ照射エネルギが図１のＢの範囲で、アニール中にレーザ照射エネルギの変動がない状態）を経ることにより得られるであろう多結晶シリコン膜からの１次回折光像の画像の明るさの分布を予め計算により求めておく。そして、この予め計算により求めておいた１次回折光像の画像の明るさの分布のデータに対する、補正して得られた１次回折光像の画像の明るさの分布のデータの差画像を作成する。
【００６８】
入出力部８６０は、表示部８６１を備え、処理判定部８５５で処理された結果を表示する。また、電源部８７２は光源８１１の電源であり、駆動手段制御部８７３は基板ステージ部８４０の駆動手段８４２を制御する。  
また、制御部８７１は全体制御部７５０と接続されている。
【００６９】
このような構成で、照明光学系８１０は基板ステージ８４１に載置された基板３００を裏面側から照明し、基板３００を透過した光により発生した１次回折光の像を撮像用カメラ８２０で撮像すると共に、透過光検出用カメラ８３０で基板３００を透過した光を検出して検査データ処理部８５０で処理し、計算で求めた１次回折光の像の理想的な明るさの分布と撮像して得られた１次回折光の像の明るさの分布との差画像を作成して出力する。  
次に、図８に示した構成の検査ユニット７２１を用いて、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。
【００７０】
先ず、エキシマレーザのアニールにより基板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、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。
【００７１】
先ず、撮像シーケンスについて図９を用いて説明する。  
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撮像光学系のカメラ８２０の視野に入るように、駆動手段制御部８７３で駆動手段８４２を駆動して基板ステージ８４１の位置を制御し、基板３００を初期位置（検査開始位置）に設定する（Ｓ９０１）。
【００７２】
次に、電源制御部８７２で光源８１１を制御して、シリンドリカルレンズ８１２により線状に成形された波長λの光をθ１の入射角度で基板３００上の多結晶シリコン膜３０１に照射する（Ｓ９０２）。照明光学系８１０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８２０の撮像領域が移動するように、駆動手段制御部８７３で駆動手段８４２を制御して基板ステージ８４１を一定の速度での移動を開始する（Ｓ９０３）。
【００７３】
基板ステージ８４１を一定の速度で移動させながら、照明光学系８１０のシリンドリカルレンズ８１２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の一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８２０で撮像する（Ｓ９０４）。又、このとき同時に、波長λの光により照明されて多結晶シリコン膜３０１を透過した光を透過光検出用カメラ８３０で撮像する（Ｓ９０５）。
【００７４】
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８２０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８３０からの画像信号とは、それぞれ検査データ処理部８５０で処理されてデジタル画像が作成される（Ｓ９０６）。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（Ｓ９０７）。
【００７５】
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（Ｓ９０８）、隣接する未検査領域が有る場合には、基板ステージ８４１を隣接する検査領域に移動させて（Ｓ９０９）、Ｓ９０３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（Ｓ９１０），電源制御部８７２で光源８１１を制御することにより照明を消して（Ｓ９１１）撮像シーケンスを終了する。
【００７６】
次に、Ｓ９０２からＳ９０８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１０Ａを用いて説明する。
【００７７】
撮像シーケンスのデジタル画像作成ステップ（Ｓ９０６）において、撮像用カメラ８２０からの画像信号と透過光検出用カメラ８３０からの画像信号とは、それぞれＡ/Ｄ変換器８５１，８５２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８２０からの画像信号は、画像処理部８５３でシェーディング補正などの前処理が施されてデジタル画像が生成され、処理判定部８５５に入力される（Ｓ１００１）。
【００７８】
一方、Ａ/Ｄ変換された透過光検出用カメラ８３０からの信号は、画像補正値算出部８５４に入力して（Ｓ１００２）、予め求めておいた図１１に示すような透過光検出光量と多結晶シリコン膜の膜厚との関係から、膜厚が求められる（Ｓ１００３）。次に、予め求めておいた図１２に示すような多結晶シリコン膜の膜厚と１次回折光のコントラスト強度との関係から、Ｓ１００２で求めた膜厚のデータから、Ｓ１００１で判定処理部８５５に入力された画像のコントラスト補正値を求める（Ｓ１００４）。
【００７９】
判定処理部８５５では、Ｓ１００４で求めたコントラスト補正値に基づいてＳ１００１で入力した画像のコントラストを補正する画像補正処理を実行し（Ｓ１００５）、これを基板の所定の領域に対して行うことにより、検査領域の補正した画像を作成する。
【００８０】
一方、予め測定しておいた基板に照射するエキシマレーザのライン状の方向の輝度の分布の情報と、基板の透過光を検出して得た多結晶シリコン膜の膜厚の分布の情報、及び図４Ｂに示したような多結晶シリコン膜の膜厚をパラメータとしたアニール時のエキシマレーザ照射エネルギと多結晶シリコン膜からの１次回折光の像を撮像して得た画像の輝度との関係から、検査対象基板上のアモルファスシリコン膜が理想的な状態でエキシマレーザによりアニールされた時に基板からの１次回折光の像を撮像して得られる画像の明るさのむらを算出し、明るさむらの画像を作成しておく。この算出して作成した明るさむらの画像を基準として、この基準の画像とＳ１００５で作成した検査領域の補正した画像との差画像を作成する（Ｓ１００６）。そして、この作成した差画像を、入出力部８６０の表示部８６１に表示する（Ｓ１００７）。
【００８１】
表示部８６１に表示した差画像の例を図１３に示す。表示された差画像１３００において、両者に差がない部分（しきい値以下の差の部分）については白１３０１で表示し、しきい値以上の明るさの差がある部分ついては濃い色１３０２で表示してある。
【００８２】
このような差画像を表示することにより、オペレータは多結晶シリコン膜の結晶粒径の分布の度合いを知ることができる。また、このような差画像に基づいて、アニール工程におけるエキシマレーザのエネルギレベルの良否を判断することもできる。
【００８３】
上記した構成及びシーケンスで検査することにより、本実施例によればエキシマレーザでアニールされて形成された多結晶シリコン膜の結晶粒径の分布の状態を判断することができ、これをアニール工程にフィードバックすることにより、品質の高い液晶表示パネル用ガラス基板を製造することが可能になる。
【００８４】
なお、照明光学系２００にシリンドリカルレンズ２０５を用いて基板１上の一方向に長い領域を照明する構成で説明したが、これを通常の円形のレンズに置き換えても同様の効果が得られる。
【００８５】
〔変形例１〕  
実施例１においては、明るさむらの画像と、Ｓ１００５で作成した検査領域の補正した画像との差画像を作成し、この差画像を表示する方法であったが、実施例１の変形例１においては、作成した差画像から欠陥領域を抽出し、欠陥マップを作製する方法について説明する。
【００８６】
実施例１で作成した明るさむらの差画像において、予め設定したレベル以上の差がある部分を欠陥領域として抽出することができる。本変形例においては、この差画像上で抽出した欠陥領域と、予め求めておいたアニール用のエキシマレーザのライン状の方向に沿って輝度分布のデータとを比較することにより、差画像上で欠陥領域と判定された領域が、図４Ａに示す領域Ａのアニール時にエキシマレーザの照射エネルギが低すぎたために発生した領域に相当するものであるのか、又は、領域Ｃのアニール時にエキシマレーザの照射エネルギが高すぎたために発生した領域に相当するものであるのかを判別するものである。
【００８７】
本変形例における多結晶シリコン膜の検査装置の構成は、実施例１で説明した図７に示した７００の全体の構成、及び図８に示した検査部７２０の構成と同じであるので説明を省略する。一方、図８の検査ユニット７２１の検査データ処理部８５０における処理判定部８５５の構成が、図１４に示すように、検査データ処理部８５０´で、作成した差画像から欠陥領域を抽出して欠陥マップを作製するための処理判定部８５６に置き換わっている。
【００８８】
本変形例における撮像シーケンスは、実施例１で説明した図９に示したシーケンスと同じであるので、説明を省略する。
【００８９】
また、撮像シーケンスにより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１０Ｂに示すが、Ｓ１０１１からＳ１０１６までのステップは、実施例１の図１０ＡにおけるＳ１００１からＳ１００６までの処理と同じであるので、説明を省略する。
【００９０】
以下に、図１０ＢのＳ１０１７以降の各ステップの処理について説明する。  
Ｓ１０１７において、Ｓ１０１６で作成した差画像の各領域の輝度値を予め設定した基準値と比較して、この予め設定した基準値以上の差がある部分を欠陥領域として抽出する。
【００９１】
次に、Ｓ１０１８において、この差画像上で抽出した欠陥領域と、予め求めておいたアニール用のエキシマレーザのライン状の方向に沿った輝度分布のデータとを比較することにより、差画像上で欠陥領域と判定された領域が、図４Ａに示す領域Ａのアニール時にエキシマレーザの照射エネルギが低すぎた（過小）ために発生した領域に相当するものであるのか、又は、領域Ｃのアニール時にエキシマレーザの照射エネルギが高すぎた（過多）ために発生した領域に相当するものであるのかを判別する。
【００９２】
次に、Ｓ１０１９において、各欠陥領域のおけるアニール時のエキシマレーザのエネルギの過小・過多の情報を付加した欠陥マップを作製し、Ｓ１０２０において、作成した欠陥マップを入出力部８６０の表示部８６１に表示して、画像処理のシーケンスを終了する。
【００９３】
図１５に、表示部８６１に表示される欠陥マップの一例を示す。図１５の欠陥マップにおいて、アニール時にエキシマレーザの照射エネルギが低すぎた（過小）ために発生した欠陥領域１５０１を疎なハッチングで、アニール時にエキシマレーザの照射エネルギが高すぎた（過多）ために発生した欠陥領域１５０２を密なハッチングで示してある。
【００９４】
このように、多結晶シリコン膜の１次回折光の強度分布の差画像に、アニール時のエキシマレーザ照射エネルギの大小の情報を付加して表示できるようになり、アニール時のエキシマレーザの照射エネルギ及びその分布の状態をより正確にとらえることができるようになった。
【００９５】
又、この結果をアニール工程にフィードバックすることにより、品質の高い液晶表示パネル用ガラス基板を製造することが可能になる。
【実施例２】
【００９６】
次に、実施例２に係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について、説明する。
【００９７】
本実施例においては、実施例１における検査ユニット７２１の構成が、照明光学系と、透過光検出用カメラの配置を逆にした点が、実施例１と異なる。
【００９８】
実施例２におけ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は、実施例１において図７を用いて説明した構成と同じである。
【００９９】
本実施例においては、実施例１における検査ユニット７２１と検査データ処理・制御部７４０とを、検査ユニット１６２１と検査データ処理・制御部１６４５とに置き換えたものである。
【０１００】
本実施例における検査ユニット１６２１と検査データ処理・制御部１６４５の構成を、図１６に示す。本実施例における検査ユニット１６２１は、照明光学系１６１０と１次回折光の像を撮像する撮像用カメラ１６２０とを基板ステージ部１６４０の基板ステージ１６４１に保持されている基板３００の表側に配置し、透過光検出用カメラ１６３０を基板３００の裏面側に配置した構成となっている。
【０１０１】
また、本実施例における検査データ処理・制御ユニット１６４５は、検査部データ処理部１６５０、入出力部１６６０、及び制御部１６７０を備えており、制御部１６７０は図６に示した全体制御部７５０と接続している。
【０１０２】
本実施例においても、基板３０３の表面に形成された多結晶シリコン膜３０１の膜厚が変化すると、それに応じて照明光学系１６１０から多結晶シリコン膜３０１に照射された光の透過率（多結晶シリコン膜３０１の反射率）が変化してしまう。その結果、撮像用カメラ１６２０で撮像する多結晶シリコン膜３０１で発生した１次回折光の像のコントラストが変化してしまうために、１次回折光の像のコントラスト変化が多結晶シリコン膜３０１の突起３０２のピッチの変動によるものなのか、多結晶シリコン膜３０１の膜厚の変化によるものなのかを切り分けて検出することが必要になる。
【０１０３】
照明光学系１６１０は、波長λの光を発射する光源１６１１、光源１６１１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基板ステージ１６４１に保持されているガラス基板３００に照射するシリンドリカルレンズ１６１２を備えている。
【０１０４】
波長λの光は、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の光であり、光源１６１１には、例えば、レーザダイオードを用いる。
【０１０５】
シリンドリカルレンズ１６１２は、光源１６１１から発射された波長λの光を、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１６１２で一方向に集光し、これに直角な方向（図１２の紙面に垂直な方向）に長い線状の光を基板３００に、基板３００の表面の法線方向（図１２で基板３００と交わる一点鎖線の方向）に対してθ１の角度方向から照射することにより、基板３００上の検査領域の照明光量が増加し、撮像光用カメラ１６２０でコントラストの高い画像を検出することができる。
【０１０６】
撮像用カメラ１６２０は、照明光が照射された基板３００から発生する１次回折光による像を撮像する。
【０１０７】
撮像用カメラ１６２０は、基板３００の表面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１６２０は、シリンドリカルレンズ１６１２により成形された波長λの光が照明された基板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Ｐ１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。撮像用カメラ１６２０は、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。
【０１０８】
すなわち、撮像用カメラ１６２０の基板３００の表面の法線方向に対する傾き角度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Ｐ１と、照明光の波長λ、及び照明光の基板３００への入射角度θ１により、数１の関係に基づいて決まる。
【０１０９】
基板ステージ部１６４０の構成及び制御は、実施例１で説明したものと同じであるので、説明を省略する。
【０１１０】
検査データ処理・制御部１６４５の検査部データ処理部１６５０は、Ａ/Ｄ変換部１８５１、Ａ/Ｄ変換部１６５２、画像処理部１６５３、画像補正値算出部１６５４、処理判定部１６５５を備えている。また、入出力部１６６０は、表示部１６６１を備え、処理判定部１６５５で処理された結果を表示する。制御部１６７０は、電源部１６７２、制御部１６７１とを備えている。これらの手段の機能は、実施例１で説明したものと同じであるので、説明を省略する。
【０１１１】
実施例２における撮像のシーケンス及び画像処理のシーケンスは、実施例１及び変形例１で図９及び図１０Ａ又は図１０Ｂを用いて説明したものと同じであるので、説明を省略する。ただし、本実施例においては、多結晶シリコン膜３０１の膜厚と１次回折光のコントラストとは、図１７に示したような関係になる。
【０１１２】
このように、多結晶シリコン膜の１次回折光の強度分布の画像を、欠陥粒径の大・小の情報を付加して表示できるようになり、１次回折光の強度分布及び、アニール時のエキシマレーザの照射エネルギ分布の状態をより正確にとらえることができるようになった。
【０１１３】
上記した構成及びシーケンスで検査することにより、本実施例によればエキシマレーザでアニールされて形成された多結晶シリコン膜の結晶の状態を比較的高い精度で検査することができると共に、アニール時のエキシマレーザの照射エネルギ分布の状態をより正確にとらえることができこれをアニール工程にフィードバックすることにより、品質の高い液晶表示パネル用ガラス基板を製造することが可能になる。
【０１１４】
なお、照明光学系１６１００にシリンドリカルレンズ１６１２を用いて基板３００上の一方向に長い領域を照明する構成で説明したが、これを通常の円形のレンズに置き換えても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１１５】
３００・・・基板    ７００・・・検査装置    ７２０・・・検査部    ７２１，１６２１・・・検査ユニット      ７４０，１６４５・・・検査データ処理・制御部    ７５０、１６５０・・・全体制御部    ８１０，１６１０・・・照明光学系    ８１２，１６１２・・・シリンドリカルレンズ    ８２０，１６２０・・・撮像用カメラ    ８３０、１６３０・・・透過光検出用カメラ    ８４０，１６４０・・・基板ステージ部    ８５０，１６５０・・・検査データ処理部    ８５５，１６５５・・・判定処理部    ８６０，１６６０・・・入出力部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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