(57)【要約】      （修正有）【課題】多結晶シリコン薄膜の表面の画像を検出して多結晶シリコン薄膜の表面の状態を観察し、多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査することを可能にする。【解決手段】多結晶シリコン薄膜の検査装置を、表面に多結晶シリコン薄膜が形成された基板１００に光を照射する光照射手段８００と、光照射手段８００により基板１００に照射された光のうち多結晶シリコン薄膜を透過した光または多結晶シリコン薄膜で正反射した光の近傍の多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像する撮像手段８２０と、この撮像手段８２０で撮像して得た散乱光の画像を処理して多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段７４０とを備える。【選択図】図８Ａ
2012080001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に多結晶シリコン薄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前記基板に照射された光のうち前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像する第１の撮像手段と、
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薄膜から発生した１次回折光の像を撮像する第２の撮像手段と、
該第１の撮像手段で撮像して得た前記散乱光の画像と前記第２の撮像手段で撮像して得た前記１次回折光の画像とを処理して前記多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の検査装置。
【請求項２】
前記第１の撮像手段は、前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光を遮光する遮光板を有し、該遮光板で遮光されなかった前記前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を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薄膜の検査装置。
【請求項３】
前記第１の撮像手段は、前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光が検出されないように前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光の進行方向に対して傾いて設置されていることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン薄膜の検査装置。  
【請求項４】
前記光照射手段は前記光を前記基板の裏面側から照射し、前記撮像手段は前記光照射手段により前記基板の裏面側に照射されて前記多結晶シリコン薄膜の表面側から散乱した散乱光の像を撮像することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査装置。
【請求項５】
前記光照射手段は前記光を前記基板の表面側から照射し、前記撮像手段は前記光照射手段により前記基板の表面側に照射された光により前記多結晶シリコン薄膜の表面側から散乱した散乱光の像を撮像することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査装置。
【請求項６】
前記光照射手段は波長選択部を備えて該波長選択部で波長を選択した光を前記基板に照射し、前記第１の撮像手段は偏光フィルタを備えて前記基板からの透過光又は反射光の近傍の散乱光うち該偏光フィルタを透過した光による１次回折光像を撮像することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査装置。
【請求項７】
表面に多結晶シリコン薄膜が形成された基板に光を照射し、
該基板に照射された光のうち前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で正反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像し、
該基板に照射された光により前記多結晶シリコン薄膜から発生した１次回折光の像を撮像し、
該散乱光の像を撮像して得た画像と前記１次回折光の像を撮像して得た画像とを処理して前記多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する、
ことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の検査方法。
【請求項８】
前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で正反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像することを、前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で正反射した光を遮光し、該遮光により遮光されなかった前記前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像することを特徴とする請求項７記載の多結晶シリコン薄膜の検査方法。
【請求項９】
前記基板に照射された光のうち前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で正反射した光の近傍の前記多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像することを、前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光が検出されないように前記多結晶シリコン薄膜を透過した光または前記多結晶シリコン薄膜で反射した光の進行方向に対して傾いて撮像することを特徴とする請求項７記載の多結晶シリコン薄膜の検査方法。  
【請求項１０】
前記基板に光を照射することを前記基板の裏面側から光を照射し、前記散乱光の像を撮像することを前記基板の裏面側に照射されて前記多結晶シリコン薄膜の表面側から散乱した散乱光の像を撮像することにより行うことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査方法。
【請求項１１】
前記基板に光を照射することを前記基板の表面側から光を照射し、前記散乱光の像を撮像することを前記基板の表面側に照射されて前記多結晶シリコン薄膜の表面側から散乱した散乱光のうち前記基板からの正反射光の近傍の散乱光の像を撮像することにより行うことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査方法。
【請求項１２】
前記基板に照射する光は波長を選択した光であり、前記撮像する前記基板からの透過光又は反射光の近傍の散乱光の象は偏光フィルタを透過した光による散乱光の像であることを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜の検査方法。
【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薄膜の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（Electro Luminescence）素子などに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）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性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薄膜に検査光を照射して多結晶シリコン薄膜からの回折光を回折光検出器でモニタリングし、多結晶シリコン薄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、多結晶シリコン薄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】
【０００８】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アモルファスシリコンの薄膜にエキシマレーザを照射してアニールすることにより形成した多結晶シリコン薄膜(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、多結晶シリコン薄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）多結晶シリコン薄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）多結晶シリコン薄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。
【００１０】
このように、結晶の状態が反射光に反映される多結晶シリコン薄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が、インプロセスで結晶化の状態をモニタするものであって、検出光がアニール用のレーザであるために必ずしも結晶の状態が反映された散乱光で検出できるものではなく、結晶の状態が反映されている散乱光を検出することについては記載されていない。
【００１１】
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と同様にインプロセスで結晶化の状態をモニタするためのものであって、検出光がアニール用のレーザであって、結晶の状態が反映されている散乱光を検出することについては記載されていない。
【００１２】
一方、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薄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、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径の成長に応じて反射光（回折光）の光量及びその分布が変化することについては配慮されていない。
【００１３】
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薄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、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、多結晶シリコン薄膜の表面の画像を検出して多結晶シリコン薄膜の表面のある領域の突起の状態を観察することについては記載されていない。
【００１４】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、多結晶シリコン薄膜の表面の光学像を撮像して得た画像から多結晶シリコン薄膜の表面の状態を観察し、多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査することを可能にする多結晶シリコン薄薄膜の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】
【００１５】
上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン薄膜の検査装置を、表面に多結晶シリコン薄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基板に照射された光のうち多結晶シリコン薄膜を透過した光または多結晶シリコン薄膜で反射した光の近傍の多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像する第１の撮像手段と、光照射手段により光が照射された多結晶シリコン薄膜から発生した１次回折光の像を撮像する第２の撮像手段と、第１の撮像手段で撮像して得た散乱光の画像と第２の撮像手段で撮像して得た１次回折光の画像とを処理して多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段とを備えて構成した。
【００１６】
また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン薄膜の検査方法として、表面に多結晶シリコン薄膜が形成された基板に光を照射し、この基板に照射された光のうち多結晶シリコン薄膜を透過した光または多結晶シリコン薄膜で正反射した光の近傍の多結晶シリコン薄膜からの散乱光の像を撮像し、基板に照射された光により多結晶シリコン薄膜から発生した１次回折光の像を撮像し、散乱光の像を撮像して得た画像と１次回折光の像を撮像して得た画像とを処理して多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、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薄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、有機ＥＬ用ガラス基板や液晶表示用ガラス基板の品質を高く維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の原理を説明するための図であって、多結晶シリコン膜が形成された基板に裏面から光を照射したときに発生する１次回折光と基板透過光の関係を示す基板の断面図である。
【図２Ａ】アモルファスシリコン膜をレーザでアニールした時のレーザパワーと多結晶シリコンの結晶粒径と定性的な関係を示すグラフである。
【図２Ｂ】波長が０．４μｍの光を多結晶シリコン膜が形成された基板に照射したときに基板から発生する１次回折光の回折角度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３】（１）から（５）の各基板に対し、レーザパワーを変えてアニールしたときの基板からの１次回折光を１次元のセンサアレイを用いて基板に対してθ２角度で検出したときの、１次元のセンサアレイの各画素の出力をプロットしたグラフである。
【図４】図３の（１）から（５）のグラフのＰ点とその近傍の１次元センサアレイの出力値の平均値とアニール時のレーザパワーをプロットしたグラフである。
【図５】レーザパワーを変えてアニールした図３の（１）から（５）の各基板に対し、光を基板の裏面から照射し、基板を透過した光の近傍の散乱光の像を１次元のセンサアレイを用いて検出したときの、１次元のセンサアレイの各画素の出力値をプロットしたグラフである。
【図６】図４のグラフでＰ点とその近傍の画素の出力の平均値と図５の散乱光の像を検出した各画素の出力とを加算し、アニール時のレーザパワーを横軸にしてプロットしたグラフである。
【図７】本発明の実施例における多結晶シリコン薄膜の検査装置全体の構成を示すブロック図である。
【図８Ａ】本発明の第１の実施例における検査ユニットと検査データ処理・制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【図８Ｂ】本発明の第１の実施例における検査ユニットと検査データ処理・制御部の変形例の概略の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施例における撮像のシーケンスを示すフロー図である。
【図１０】本発明の第１の実施例における画像処理のシーケンスを示すフロー図である。
【図１１Ａ】本発明の第２の実施例における検査ユニットと検査データ処理・制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【図１１Ｂ】本発明の第２の実施例における検査ユニットと検査データ処理・制御部の変形例の概略の構成を示すブロック図である。
【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、有機ＥＬ用ガラス基板や液晶表示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】
先ず、図１乃至６を用いて、本発明の原理を説明する。
【００２１】
図1に示す検査対象の有機ＥＬ用又は液晶表示用ガラス基板１００(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１１０が形成されている。そのアモルファスシリコンの薄膜１１０の一部の領域にエキシマレーザ（図示せず）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薄膜１１０は順次加熱されて溶融する。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薄膜１１０は徐々に冷却されてシリコンが多結晶化し、多結晶シリコンの状態に結晶が成長する。本発明では、この多結晶シリコンが結晶の粒径が所望の大きさで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するものである。
【００２２】
図１には、ガラス基板１００上に形成されたアモルファスシリコン薄膜１１０の一部がエキシマレーザアニールされて結晶粒径がそろった状態の多結晶シリコン薄膜１２０になった状態の基板１００に、光源１５０から照明光１５１を入射角度θ１で基板１００の裏面側から照射して、基板１００の表面の側のθ２方向に1次回折光１５２が発生する状態を示している。
【００２３】
このエキシマレーザアニールにより形成される多結晶シリコン薄膜１２０の粒径は、エキシマレーザの照射エネルギー（レーザのパワー密度と照射時間との積）に依存する。この関係を定性的に表すと、図2Ａのようになる。すなわち、アモルファスシリコン薄膜１１０に照射するレーザのパワーを上昇させていくと、あるエネルギレベルを超えたところからアモルファスシリコン薄膜１１０の結晶化が進行し始め、多結晶シリコン薄膜１２０が成長する。そして、照射するレーザのパワーを更に上げていくと、多結晶シリコン薄膜１２０の粒径が更に大きく成長していく。
【００２４】
ここで、多結晶シリコン薄膜１２０の粒径がそろった状態になると多結晶シリコン薄膜１２０の表面には、結晶の粒径に応じてほぼ一定のピッチＰで突起が形成される（図１の図面に直角な方向にも一定のピッチで突起が形成されている）。この膜表面の突起のピッチＰは、多結晶シリコン薄膜１２０の結晶粒径によって変わる。
【００２５】
一方、図1に示した構成において、光源１５０から発射された波長がλの照明光の基板１００への入射角度θ１と、多結晶シリコン薄膜１２０が形成された基板１００から発生する1次回折光の出射角度θ２、多結晶シリコン薄膜１２０の表面の突起のピッチＰとの間には，
ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２＝λ／Ｐ      ・・・（数１）
で表される関係が成り立つ。
【００２６】
いま、照明光の基板１００への入射角度θ１を７５度、照明光の波長λを４００ｎｍとすると、1次回折光の出射角度θ２と多結晶シリコン薄膜１２０の表面の突起のピッチＰとは、図２Ｂに示すような関係になる。
【００２７】
すなわち、アモルファスシリコン薄膜１１０をアニールする時のエキシマレーザのパワーにばらつき（分布）や変動（経時的な変化）があると、図２Ａに示した関係から多結晶シリコン薄膜１２０の粒径が変化する。その結果、図２Ｂに示したような関係から、θ１の方向から照射された基板１００から発生する1次回折光の出射角度θ２が変化することになる。従って、１次回折光１５２を検出する光学系（図１では省略）の１次回折光を検出する角度を固定した場合、多結晶シリコン薄膜１２０の粒径が変化したときに１次回折光が検出光学系の視野から外れてしまい、多結晶シリコン薄膜１２０の検査の信頼性を損ねてしまう恐れがある。
【００２８】
図３は、エキシマレーザのパワーを変えてアニールした基板１００に対して、図１に示すように光源１５０から出射した紙面に垂直な方向に長い照明光１５１を照射して、θ２の方向に固定した図示していない紙面に対して垂直な方向に長い１次元のセンサアレイで検出したときの、１次元センサアレイの各素子からの出力をプロットした例を示す。
【００２９】
図３の（１）は、エキシマレーザのパワーを一番小さい状態にしてアニールした基板１００に、紙面に垂直な方向に長い照明光１５１を照射して１次元のセンサアレイで検出したときの、１次元センサアレイの各素子からの出力をプロットした例を示す。エキシマレーザの強度分布に応じたアニールの状態が反映された１次元センサアレイからの出力が得られる。図３の（１）の例では、アニール時のエキシマレーザのパワーが不足していたために、１次元センサアレイからの出力でしきい値３０１のレベルを超える輝度を検出できなかった。
【００３０】
図３の（２）から（５）は、（１）の場合に対して順次エキシマレーザのパワーを上昇させてアニールした基板１００に照明光１５１を照射したときの１次元センサアレイの各素子からの出力をプロットしたものである。（５）は基板１００にダメージを与えない限界のレーザパワーでアニールした場合を示す。アニール時のエキシマレーザパワーの変化に応じて、照明光１５１が照射された基板１００からθ２の方向に出射する光の分布パターンが変化している。
【００３１】
図４は、図３の（１）乃至（５）におけるＰ点とその近傍（図３の（１）〜（５）においてＰ点の両側の実線で挟んだ領域）に対応する１次元センサアレイ素子からの出力の平均値とアニール時のエキシマレーザパワーとの関係を表したものである。
【００３２】
図４のハッチングを施した部分は、アニール時のレーザパワーが基板１００にダメージを与えてしまう限界値以下の状態であっても輝度値のレベルで設定したしきい値以下となって、レーザアニールが不良と判定されてしまう。これは誤検出になる。
【００３３】
一方、図１の構成で、基板１００に照射された照明光１５１のうち基板１００を透過して点線で示した１５２の方向に進んだ光のうち直進する透過光（光源１５０からの直接光）を遮光して透過光の周囲の散乱光を検出した場合、透過光の周囲の散乱光は多結晶シリコン薄膜１２０の粒径がある程度以上大きくなると粒径の大きさの影響をあまり受けなくなる。
【００３４】
図５は、基板１００に照明光１５１を照射したときの、基板１００を透過した透過光の近傍の散乱光を検出した１次元センサアレイ素子の出力のうち図３で説明した画素Ｐ近傍に対応する領域からの散乱光を検出した素子からの出力値の平均値とアニール時のエキシマレーザパワーとの関係を表したものである。
【００３５】
この図から、基板１００を透過した透過光の近傍の散乱光は、アニールパワーが低いほど大きく、アニールパワーを上げていくと小さくなることがわかる。
【００３６】
図６に、図４に示した１次回折光を検出した結果と図５に示した透過光の近傍の散乱光を検出した結果とを足し合わせた結果を示す。
【００３７】
図４の場合は、ハッチングを施した部分が、アニール時のレーザパワーが基板１００にダメージを与えない限界値以下の状態であっても輝度値のレベルで設定したしきい値以下となってレーザアニールが不良と誤判定されてしまったが、図６では、アニール時のレーザパワーが高い側でのＯＫ範囲を広げることができることがわかる。即ち、図４に示した１次回折光の検出データからアニール時のレーザパワーの下限値を決め、図６に示した１次回折光の検出データと透過光の近傍の散乱光の検出データとを足し合わせた結果からアニール時のレーザパワーの上限値を決めることにより、アニール時のレーザパワーの設定範囲をより広げることができる。
【００３８】
図６に示した例では、図４に示した１次回折光を検出したデータと図５に示した透過光近傍の散乱光を検出したデータとを単純に加算して例を示したが、図５に示した透過光近傍の散乱光を検出したデータに重みを付けて図４に示した１次回折光を検出したデータと加算するようにしても良い。この場合、図６に相当する両方の検出データを加算した結果から、アニール時のレーザパワーが高い側でのＯＫ範囲をより広げて検出することができる。
【００３９】
本発明は、上記した原理に基づいて成されたものであって、以下に本発明の原理を実施するための検査装置の具体的な構成について説明する。
【実施例１】
【００４０】
本発明に係る有機ＥＬ用ガラス基板上又は液晶表示用ガラス基板上のアモルファスシリコン膜の一部にレーザアニールにより形成された多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する検査装置７００の全体の構成を図７に示す。
【００４１】
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を備えている。
【００４２】
検査対象の有機ＥＬ用ガラス基板又は液晶表示用ガラス基板(以下、基板と記す)１００は、ガラス基板上にアモルファスシリコンの薄膜が形成されており、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過熱された領域がアニールされてシリコンが多結晶化し、多結晶シリコン薄膜の状態になる。検査装置１００は、基板１００の表面を撮像して、この多結晶シリコン薄膜が正常に形成されているかどうかを調べるものである。
【００４３】
検査対象の基板１００は、図示していない搬送手段でロード部７１０にセットされる。ロード部７１０にセットされた基板１００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・制御ユニット７４０で制御されて基板１００の表面に形成された多結晶シリコン薄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・制御ユニット７４０で処理されて基板１００の表面に形成された多結晶シリコン薄膜の状態が評価される。
【００４４】
検査が終わった基板１００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１００のサイズや形成される多結晶シリコン薄膜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。
【００４５】
検査部７２０における検査ユニット７２１及び検査部データ処理・制御部７４０の構成を図８Ａに示す。
【００４６】
検査ユニット７２１は、照明光学系８００、散乱光像撮像光学系８２０、１次回折光像撮像光学系８３０、基板ステージ８５０で構成されており、検査部データ処理・制御部７４０に接続されており、検査部データ処理・制御部７４０は図７に示した全体制御部７５０と接続している。
【００４７】
照明光学系８００は、多波長の光を発射する光源８０１、拡大レンズ８０２、コリメートレンズ８０３、波長フィルタ８０４、偏光フィルタ８０５、シリンドリカルレンズ８０６を備え、それらが鏡筒部８１０に収納されている。
【００４８】
光源８０１は、紫外領域から可視領域にかけての広い周波数（例えば、３００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を発射するものであって、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプなどを用いる。
【００４９】
拡大レンズ８０２は、光源８０１から発射された光のビーム径を拡大する。コリメートレンズ８０３は拡大レンズ８０２でビーム径が拡大された光を平行光として出射させる。
【００５０】
波長フィルタ８０４は、検査対象の基板１００上に形成された多結晶シリコン１２０の状態に応じて照明する波長を選択するためのものであり、光源８０１から発射された多波長の光の中から、検査に適した波長を選択できる。
【００５１】
偏光フィルタ８０５は、基板１００を照明する光の偏光の状態を制御するためのものであり、検査対象の基板１００上に形成された多結晶シリコン１２０の状態に応じてコントラストの高い画像が検出できるように照明光の偏光の状態を変えられるようになっている。
【００５２】
シリンドリカルレンズ８０６は、光源８０１から発射されて拡大レンズ８０２で集光されてコリメートレンズ８０３で平行光となった光を、基板１００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それと直角な方向には平行光の状態で断面形状が一方向（図面に垂直な方向）に長い形状に成形する。シリンドリカルレンズ８０６で一方向に集光した光を基板１００に照射することにより、基板１００上の検査領域の照明光量が増加し、散乱光像撮像光学系８２０及び１次回折光像撮像光学系８３０で、よりコントラストの高い画像を検出することができる。
【００５３】
散乱光像撮像光学系８２０は、光源８０１から発射されて基板１００を透過してきた透過光（光源８０１からの直接光）を遮光する遮光板８２１、対物レンズ８２２、波長フィルタ８２３、偏光フィルタ８２４、結像レンズ８２５、イメージセンサ８２６を備え、それらが鏡筒部８２７に収納されている。
【００５４】
対物レンズ８２２は照明光学系８００で照明された基板１００から発生する回折光（１次回折光）を集光するためのものであり、回折光を効率よく集光するために比較的大きなＮＡ(レンズの開口数：)を持っている。
【００５５】
波長フィルタ８２３は、対物レンズ８２２で集光された基板１００からの光のうち特定の波長の光を選択的に透過させるものであり、基板１００の表面に形成された多結晶シリコン薄膜の光学特性に応じて選択する波長を設定できるようになっている。波長フィルタ８２３により、基板１００及び周辺からの照明波長以外の波長の光をカットすることができる。
【００５６】
偏光フィルタ８２４は、波長選択フィルタ８２３を透過した特定波長の光についてその偏光の状態を調整するものである。
【００５７】
結像レンズ８２５は、基板１００の表面からの１次回折光による光学像を結像するためのものであって、波長選択フィルタ８２３を透過した特定波長の光で偏光フィルタ８２４により偏光の状態が調整された光の像を結像する。
【００５８】
イメージセンサ８２６は、結像レンズ８２５により結像されたシリンドリカルレンズ８０５で照明された基板１００の表面の一方向に長い領域に形成されたパターンからの１次回折光による光学像を撮像するもので、基板１００の照明された一方向に長い領域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、又は２次元のCCDイメージセンサで構成されている。
【００５９】
１次回折光像撮像光学系８３０は、対物レンズ８３１、波長フィルタ８３２、偏光フィルタ８３３、結像レンズ８３４、イメージセンサ８３５を備え、それらが鏡筒部８３６に収納されている。
【００６０】
対物レンズ８３１は照明光学系８００で照明された基板１００から発生する回折光（１次回折光）を集光するためのものであり、回折光を効率よく集光するために比較的大きなＮＡ(レンズの開口数：)を持っている。
【００６１】
波長フィルタ８３２は、対物レンズ８３１で集光された基板１００からの光のうち特定の波長の光を選択的に透過させるものであり、基板１００の表面に形成された多結晶シリコン薄膜の光学特性に応じて選択する波長を設定できるようになっている。
【００６２】
偏光フィルタ８３３は、波長選択フィルタ８３２を透過した特定波長の光についてその偏光の状態を調整するものである。
【００６３】
結像レンズ８３４は、基板１００の表面からの１次回折光による光学像を結像するためのものであって、波長選択フィルタ８３２を透過した特定波長の光で偏光フィルタ８３３により偏光の状態が調整された光の像を結像する。
【００６４】
イメージセンサ８３５は、結像レンズ８３４により結像された基板１００の表面からの１次回折光による光学像を検出するもので、ＣＣＤ（電化結合素子）の１次元センサ、又は２次元センサで構成されている。
【００６５】
基板ステージ８５０は上面に検査対照の基板１００を載置して、駆動手段８５１によりＸＹ平面内で移動可能な構成になっている。
【００６６】
散乱光像撮像光学系８２０のイメージセンサ８２６及び１次回折光検出光学系８３０のイメージセンサ８３５からの出力はそれぞれ検査データ処理・制御部７４０に入力される。
検査データ処理・制御部７４０は、散乱光像撮像光学系８２０のイメージセンサ８２６及び１次回折光検出光学系８３０のイメージセンサ１１６５から出力された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８４１と８４３、それぞれのデジタル画像信号を処理する画像処理部８４２及び８４４、画像処理されたそれぞれのデジタル画像信号を処理して画像特徴量から欠陥を判定する欠陥判定部８４５、判定された欠陥の情報を出力する表示画面８４７を備えた入出力部８４６、及び画像処理部８４２と８４４、欠陥判定部８４５、入出力部８４６、及び光源８００とイメージセンサ８２６及び８３５と基板ステージ８５０の駆動部８５１を制御する制御部８４８を備えている。また、制御部８４８は図７に示した全体制御部７５０と接続されている。  
又、図８Ｂには、変形礼として、照明光学系８００を基板１００の表面の側に配置した構成を示す。照明光学系８００と１次回折光検出光学系８３０及び散乱光検出光学系８２０とが機構的に互いに干渉しない場合には、図８Ｂに示したように照明光学系８００を基板１００に対して１次回折光検出光学系８３０及び散乱光検出光学系８２０と同じ側に配置しても良い。
【００６７】
図８Ｂに示した構成は、照明光学系８００の配置が異なるだけであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
図８Ａ又は図８Ｂに示したような構成で、照明光学系８００は基板ステージ８５０に載置された基板１００を基板１００の裏面側から照明光の入射角度がθ１となるように射方照明し、照明された基板１００を透過した光源８０１からの直接光の周辺の散乱光の像を撮像光学系８２０で撮像すると共に、照明された基板１００から発生した１次回折光による像を１次回折光像検出光学系８３０で撮像し、それぞれの撮像データを検査データ処理・制御部７４０で処理して基板１００上に形成されて多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を検査する。
【００６９】
次に、図８Ａに示した構成の検査ユニット７２１と検査データ処理・制御部７４０とで、基板１００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薄膜の状態を検査する方法について説明する。
【００７０】
先ず、検査を行う前に、予め多結晶シリコン薄膜が形成された基板１００を用いて、光学条件の設定を行う。設定すべき光学条件は、照明光学系８００の波長フィルタ８０４による照明波長、偏光フィルタ８０５による偏光条件、散乱光像撮像光学系８２０の波長フィルタ８２３による検出波長、偏光フィルタ８２４による検出光の偏光条件、結像レンズ８２５による散乱光像の結像位置などである。これらの条件は、照明光学系８００で照明された基板１００を散乱光像撮像光学系８２０で観察して得た散乱光像と１次回折光検出光学系８３０で撮像して得た１次回折光像とを入出力部８４６の表示画面８４７に表示させながら、コントラストの高い散乱構造及び１次回折光像が得られるように調整することにより行われる。  
次に、設定された光学条件の下で、基板１００上のエキシマレーザのアニールにより形成された多結晶シリコン薄膜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して欠陥部分を検出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、多結晶シリコン薄膜の検査領域の検査開始位置が撮像光学系８２０の視野に入るように制御部８４６で基板ステージ８５０の駆動部８５１を制御して、基板１００を初期位置（検査開始位置）に設定する（Ｓ９０１）。
【００７２】
次に、照明光学系８００で多結晶シリコン薄膜を照明し（Ｓ９０２）,照明された多結晶シリコン薄膜の検査領域に沿って撮像光学系８２０の撮像領域が移動するように、制御部８４７で駆動部８５１を制御して基板ステージ８５０を一定の速度での移動を開始する（Ｓ９０３）。
【００７３】
基板ステージ８５０を一定の速度で移動させながら、照明光学系８００で照明された多結晶シリコン薄膜の一方向に長い検査領域を透過した照明光により発生する１次回折光の像を１次回折光像撮像光学系８３０で撮像し透過光（図８Ｂの構成では反射光）の光軸近傍の反射光散乱光の像を撮像光学系８２０で撮像する（Ｓ９０４）。散乱光像撮像光学系８２０のイメージセンサ８２６からアナログ信号を出力し、検査データ処理・制御部７４０のA/D変換部８４１に入力する。１次回折光像撮像光学系８３０のイメージセンサ８３５からアナログ信号を出力し、検査データ処理・制御部７４０のA／D変換部８４３に入力する。A／D変換部８４１で変換されたデジタル信号は画像処理部８４２に入力されて制御部８４８を介して得られた基板ステージ８５０の位置情報を用いてデジタル画像信号が作成され、A／D変換部８４３で変換されたデジタル信号は画像処理部８４４に入力されて制御部８４８を介して得られた基板ステージ８５０の位置情報を用いてデジタル画像信号が作成されて処理される（Ｓ９０５）。以上の操作を１ライン分の検査領域が終了するまで繰り返して実行する（Ｓ９０６）。
【００７４】
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（Ｓ９０７）、隣接する検査領域が有る場合には、基板ステージ８５０を隣接する検査領域に移動させて（Ｓ９０８）、Ｓ９０４からＳ９０７まで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基板ステージ８５０の移動を停止し（Ｓ９０９），照明を消して（Ｓ９１０）撮像シーケンスを終了する。
【００７５】
次に、図９の撮像シーケンスにおいて、得られたデジタル画像を作成して処理するステップ（Ｓ９０５）の詳細なシーケンスについて図１０を用いて説明する。
【００７６】
図９の撮像ステップ（Ｓ９０４）で散乱光像撮像光学系８２０で散乱光像を撮像してイメージセンサ８２６から出力されたアナログ信号を検査データ処理・制御部７４０のA／D変換部８４１に入力し（Ｓ１００１）、A／D変換部８４１でデジタル信号に変換し（Ｓ１００２）、変換された散乱光像のデジタル信号は画像処理部８４２に送られてデジタル画像信号が生成され（Ｓ１００３）、生成された散乱光像のデジタル画像信号はシェーディング補正、平均化処理などの前処理が施され（Ｓ１００４）、画像特徴量が抽出される（Ｓ１００５）。
【００７７】
一方、照明光学系８００により照明された基板１００から発生した１次回折光の像を検出した１次回折光像検出光学系８３０のイメージセンサ８３５から出力されたアナログ信号を検査データ処理・制御部７４０のA／D変換部８４３に入力し（Ｓ１０１１）、A／D変換部８４３でデジタル信号に変換し（Ｓ１０１２）、変換された１次回折光像のデジタル信号は画像処理部８４４に送られてデジタル画像信号が生成され（Ｓ１０１３）、生成された１次回折光像のデジタル画像信号はシェーディング補正、平均化処理などの前処理が施され（Ｓ１０１４）、１次回折光像のパターンピッチや輝度などの画像特徴量が抽出される（Ｓ１０１５）。画像特徴量が抽出された散乱光のデジタル画像信号と１次回折光像のデジタル画像信号とはそれぞれ抽出された画像特徴量の情報と共に欠陥判定部８４５に入力されて統合される（Ｓ１０２１）。
【００７８】
欠陥判定部８４５では、それぞれの画像の画像特徴量(例えば輝度値を各画素ごとに１ライン走査分を足し合わせた信号)を予め設定した基準データ（しきい値）と比較することにより欠陥判定処理が行われる（Ｓ１０２２）。この欠陥判定処理において、しきい値よりも小さくて欠陥と判定された領域が、レーザアニールのパワー不足によるものなのか又はパワー過剰によるものなのかを、図４乃至図６を用いて説明した原理に基づいて判定することができる。
【００７９】
判定された欠陥を含むデジタル画像データは入出力部８４６に送れられて散乱光による画像が、基板１００上の位置情報と共に表示部８４７に表示して（Ｓ１０２３）画像処理のシーケンスを終了する。この表示部８４７に表示される散乱光による画像上には、欠陥判定部８４５で欠陥と判定された領域が正常な領域と区別できるように表示される。また、入出力部８４６から入力して欠陥判定基準を変えた場合、その変えた欠陥判定基準に対応して欠陥領域も変化して表示される。
【００８０】
上記した構成で検査することにより、本実施例１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薄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、有機ＥＬ用ガラス基板又は液晶表示用ガラス基板の品質を高く維持することが可能になる。
【００８１】
なお、本実施例１においては、波長フィルタと偏光フィルタとを照明光学系８００と散乱光像撮像光学系８２０、１次回折光像検出光学系８３０とのそれぞれに設けた構成を説明したが、これらは必ずしも全ての光学系に必要ではなく、例えば照明光学系８００だけに波長フィルタと偏光フィルタとを設ける構成にしても良く、又は散乱光像撮像光学系８２０と１次回折光像検出光学系８３０とに波長フィルタと偏光フィルタとを設ける構成にしても良い。また、波長フィルタと偏光フィルタとの何れか一方だけを用いるようにしても良い。
【００８２】
さらに、照明光学系８００にシリンドリカルレンズ８０５を用いて基板１００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。
【実施例２】
【００８３】
本発明の第２の実施例を図１１Ａ及びＢを用いて説明する。
【００８４】
図１１Ａに示した第２の実施例における構成は、図８Ａで説明した第１の実施例における構成と、検査ユニット１１１０の散乱光像撮像光学系１１２０が照明光学系８００から発射された照明光が基板１００を透過した透過光の光軸に対して傾いて設置されている点で異なる。
【００８５】
実施例２における散乱光像撮像光学系１１２０は、対物レンズ１１２１、波長選択フィルタ１１２２、偏光フィルタ１１２３、結像レンズ１１２４及びイメージセンサ１１２５を備え、それらが鏡筒１１２６の中に収納されている。
【００８６】
散乱光像撮像光学系１１２０を透過光軸に対して傾けて設置することにより、基板１００を透過した透過光の進行方向が散乱光像撮像光学系１１２０の光軸からずれるためにイメージセンサ１１２５上に結像されず、イメージセンサ１１２５は透過光の近傍の散乱光の像を検出するようになる。
【００８７】
すなわち、第２の実施例における散乱光像撮像光学系１１２０では、第１の実施例で説明した散乱光像撮像光学系８２０の遮光板８２１に相当するものを設ける必要がなくなり、その分だけ対物レンズ８２２の受光面を大きくとることができる。その結果、イメージセンサ１１２５で検出する散乱光の光量を増加させることができるので、検出の感度を向上させることができる。
【００８８】
図１１Ａに示した構成において、散乱光像撮像光学系１１２０と１次回折光像撮像光学系８３０から出力された信号はそれぞれ検査データ処理・制御部１１４０のＡ／Ｄ変換器１１４１及び１１４３に入力してデジタル信号に変換され、画像処理部１１４２及び１１４４でそれぞれ画像処理されて欠陥判定部１１４５に送られて画像特徴量から欠陥判定され、入出力部１１４６から判定された欠陥の情報が出力される。
【００８９】
図１１Ａに示した構成のうち散乱光像撮像光学系１１２０以外の構成は、検査データ処理・制御部１１４０を含めて第１の実施例で説明した図８Ａに示した構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００９０】
尚、図１１Ａにおいては、散乱光像撮像光学系１１２０を透過光の進行方向に対して図の下側に傾ける例を示したが、透過光の進行方向に対して図の上側又は横(紙面に直角な方向)に傾けても同様な効果を得ることができる。
【００９１】
図１１Ｂは、第１の実施例の図８Ｂで説明した構成に対応するもので、図１１Ａの場合と同様に、散乱光像撮像光学系１１２０を反射光の進行方向に対して傾けて設置した点が異なっている。
【００９２】
図１１Ｂに示した構成における各部の作用は第１の実施例の図８Ｂで説明したものと同様であるので、説明を省略する。図１１Ｂの場合も図１１Ａの場合と同様に、散乱光像撮像光学系１１２０を反射光の進行方向に対して図の上側又は横(紙面に直角な方向)に傾けても同様な効果を得ることができる。
【００９３】
実施例１および２によれば、多結晶シリコン薄膜を照明して膜表面の凹凸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、多結晶シリコン薄膜の結晶の状態を評価する方法及びその装置を提供することができる。
【００９４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９５】
１００・・・基板    ７００・・・検査装置    ７２０・・・検査部    ７２１・・・検査ユニット    ７４０・・・検査データ処理・制御部    ７５０・・・全体制御部          ８００、１１００・・・照明光学系    ８２０，１１２０・・・撮像光学系    ８５０，１１５０・・・ステージ部    １１６０・・・１次回折光検出光学系。
【図１】
2012080001.tif 000003
【図２Ａ】
2012080001.tif 000004
【図２Ｂ】
2012080001.tif 000005
【図３】
2012080001.tif 000006
【図４】
2012080001.tif 000007
【図５】
2012080001.tif 000008
【図６】
2012080001.tif 000009
【図７】
2012080001.tif 000010
【図８Ａ】
2012080001.tif 000011
【図８Ｂ】
2012080001.tif 000012
【図９】
2012080001.tif 000013
【図１０】
2012080001.tif 000014
【図１１Ａ】
2012080001.tif 000015
【図１１Ｂ】
2012080001.tif 000016