CN102446784A - 多晶硅薄膜检查方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多晶硅薄膜检查方法及其装置。为了检测出多晶硅薄膜表面的图像并观察多晶硅薄膜表面的状态，从而能够检查多晶硅薄膜的结晶状态，在多晶硅薄膜检查装置的结构中具备：光照射单元，其向在表面上形成有多晶硅薄膜的基板照射光；拍摄单元，其拍摄由光照射单元照射到基板的光中透射过多晶硅薄膜的光或者由多晶硅薄膜规则反射的光附近的来自多晶硅薄膜的散射光的图像；以及图像处理单元，其对由该拍摄单元拍摄得到的散射光的图像进行处理，从而检查多晶硅薄膜的结晶状态。

Description

多晶硅薄膜检查方法及其装置

技术领域

本发明涉及检查在基板上形成的非晶硅经激光退火多晶化而得的多晶硅薄膜的结晶状态的方法及其装置。

背景技术

在液晶显示元件、有机EL(Electro Luminescence)元件等中使用的薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)，为了确保高速动作，形成在使基板上形成的非晶硅的局部通过准分子激光进行低温退火而多晶化的区域中。

这样，在使非晶硅的局部通过准分子激光进行低温退火而多晶化的情况下，要求均匀地进行多晶化，但是实际上，由于激光光源变动的影响，存在结晶性产生不均的情况。

于是，作为监视该硅结晶不均的产生状态的方法，在日本特开2002-305146号公报(专利文献1)中记载了以下方法：向半导体膜照射脉冲激光来进行激光退火，并且向激光照射区域照射检查光，检测由于照射的检查光而从基板产生的反射光，根据该反射光的强度变化确认半导体膜的结晶化状态。

另外，在日本特开平10-144621号公报(专利文献2)中记载了以下方法：向照射激光前的非晶硅照射检查光并检测出其反射光或者透射光，在向非晶硅照射激光的过程中也照射检查光并检测其反射光或者透射光，检测从激光照射前与激光照射过程中的反射光或者透射光的强度差达到最大时起至恢复为激光照射前的反射光或者透射光的强度为止的经过时间，来监视激光退火的状态。

并且，在日本特开2006-19408号公报(专利文献3)中记载了以下方法：从相对于基板表面10～85度的方向向使基板上形成的非晶硅经准分子激光退火而变化为多晶硅的区域照射可视光，通过设置在与照射相同角度的范围内的照相机检测反射光，根据该反射光的变化检查结晶表面的突起的配置状态。

并且，在日本特开2001-308009号公报(专利文献4)中记载了以下方法：向对非晶硅膜照射准分子激光而形成的多晶硅薄膜照射检查光，并通过衍射光检测器监视来自多晶硅薄膜的衍射光，利用从多晶硅薄膜的结晶性高的规则的微细凹凸构造的区域产生的衍射光的强度高于来自结晶性低的区域的衍射、散射光的强度的事实，检查多晶硅薄膜的状态。

已知在对非晶硅薄膜照射准分子激光进行退火所形成的多晶硅薄膜(聚硅膜)表面上以某一周期产生微细凹凸。而且已知该微细的突起反映了多晶硅薄膜的结晶性程度，在结晶状态均一(多晶粒径一致)的多晶硅薄膜的表面，具有某种规则性地周期性形成微细凹凸，在结晶状态的均一性低(多晶粒径不一致)的多晶硅薄膜的表面，不规则地形成微细凹凸。

这样，作为检查结晶状态被反射光所反映的多晶硅薄膜的表面状态的方法，专利文献1中虽然记载了根据照射到进行了激光退火的区域的光的反射光的强度变化来确认半导体膜的结晶化状态，但是属于在工序过程中监视结晶化的状态，由于检测光为用于退火的激光，不一定通过反映了结晶状态的散射光就能够检测，而对于检测反映了结晶状态的散射光则没有记载。

另外，专利文献2中，将激光退火过程中来自激光照射区域的反射光与退火前的反射光进行比较，来监视退火的进行状态，同专利文献1一样用于在工序过程中监视结晶化的状态，对于检测光为用于退火的激光、检测反映了结晶状态的散射光没有记载。

另一方面，在专利文献3中虽然记载了根据经激光退火形成的多晶硅薄膜表面的突起配置所反射的光的变化来检查多晶硅的结晶质量，但是没有考虑到反射光(衍射光)的光量及其分布随着多晶硅薄膜的结晶粒径的生长发生变化。

并且，在专利文献4中虽然记载了检测由经激光退火形成的多晶硅薄膜表面的突起所产生的衍射光，但是，其用于监视通过衍射光检测器检测出的衍射光的强度水平来检查多晶硅膜的状态，而对于检测多晶硅薄膜表面的图像并观察多晶硅薄膜表面的某一区域的突起的状态，则没有记载。

发明内容

本发明用于解决上述现有技术的课题，提供根据拍摄多晶硅薄膜表面的光学图像所得到的图像观察多晶硅薄膜表面的状态，从而能够检查多晶硅薄膜的结晶状态的多晶硅薄膜检查方法及其装置。

为了解决上述现有技术的课题，本发明中，多晶硅薄膜检查装置具备：光照射单元，其向在表面上形成有多晶硅薄膜的基板照射光；第一拍摄单元，其拍摄由该光照射单元照射到基板的光中透射过多晶硅薄膜的光或者由多晶硅薄膜反射的光附近的来自多晶硅薄膜的散射光的图像；第二拍摄单元，其拍摄产生于由光照射单元照射光的多晶硅薄膜的一次衍射光的图像；以及图像处理单元，其对由第一拍摄单元拍摄得到的散射光的图像和由第二拍摄单元拍摄得到的一次衍射光的图像进行处理，从而检查多晶硅薄膜的结晶状态。

另外，为了解决上述现有技术的课题，本发明中，作为多晶硅薄膜检查方法，向在表面上形成有多晶硅薄膜的基板照射光，拍摄照射到该基板的光中透射过多晶硅薄膜的光或者由多晶硅薄膜规则反射的光附近的来自多晶硅薄膜的散射光的图像，拍摄由于照射到基板的光从多晶硅薄膜产生的一次衍射光的图像，对拍摄散射光的图像得到的图像和拍摄一次衍射光的图像得到的图像进行处理，从而检查多晶硅薄膜的结晶状态。

根据本发明，能够以较高精度检查由准分子激光进行退火所形成的多晶硅薄膜的结晶状态，能够较高地维持有机EL用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板的质量。

附图说明

图1为用于说明本发明原理的附图，为表示从背面对形成有多晶硅膜的基板照射光时产生的一次衍射光与基板透射光的关系的基板的剖视图。

图2A为表示用激光对非晶硅膜进行退火时的激光功率与多晶硅的结晶粒径的定性关系的曲线图。

图2B为表示向形成有多晶硅膜的基板照射波长为0.4μm的光时从基板产生的一次衍射光的衍射角度与多晶硅膜的结晶粒径的关系的曲线图。

图3为将使用一维传感器阵列以相对于基板为θ2的角度检测对(1)～(5)的各基板变更激光功率来进行退火时的来自基板的一次衍射光时，一维传感器阵列的各像素的输出标绘而成的曲线图。

图4为将图3的(1)～(5)的曲线图中的P点及其附近的一维传感器阵列的输出值的平均值与退火时的激光功率标绘而成的曲线图。

图5为将对变更激光功率地进行退火的图3的(1)～(5)的各基板从基板背面照射光并使用一维传感器阵列检测透射过基板的光附近的散射光的图像时的、一维传感器阵列的各像素的输出值标绘而成的曲线图。

图6为将图4的曲线图中P点及其附近的像素的输出的平均值与图5的检测出散射光的图像的各像素的输出相加，并将退火时的激光功率作为横轴标绘而成的曲线图。

图7为表示本发明实施例中多晶硅薄膜检查装置整体结构的框图。

图8A为表示本发明第一实施例中检查单元和检查数据处理/控制部的概要结构的框图。

图8B为表示本发明第一实施例中检查单元和检查数据处理/控制部的变形例的概要结构的框图。

图9为表示本发明第一实施例中拍摄顺序的流程图。

图10为表示本发明第一实施例中图像处理顺序的流程图。

图11A为表示本发明第二实施例中检查单元和检查数据处理/控制部的概要结构的框图。

图11B为表示本发明第二实施例中检查单元和检查数据处理/控制部的变形例的概要结构的框图。

具体实施方式

作为本发明的实施方式，对适用于检查在有机EL用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板上形成的多晶硅薄膜的装置的例子进行说明。

用于说明本实施方式的所有附图中，对具有相同功能的结构赋予相同的符号，原则上省略相同结构的重复说明。以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。

首先，使用图1至6说明本发明的原理。

图1所示的作为检查对象的有机EL用或者液晶显示用玻璃基板100(以下表述为“基板”)，在基板上形成有非晶硅薄膜110。通过对该非晶硅薄膜110的局部区域照射准分子激光(未图示)并扫描，使得照射了准分子激光的部分的非晶硅薄膜110依次受热并熔化。进行准分子激光扫描后，熔化的非晶硅薄膜110逐渐冷却，硅形成为多晶硅，并且，在多晶硅的状态下结晶生长。在本发明中，检查该多晶硅是否形成为结晶粒径以希望的大小达成一致的状态的正常的膜。

图1表示：向在玻璃基板100上形成的非晶硅薄膜110的一部分经准分子激光退火后成为结晶粒径达成一致的状态的多晶硅薄膜120状态的基板100，从基板100的背面侧以入射角度θ1从光源150照射照明光151，从而在基板100的表面侧的θ2方向产生一次衍射光152。

该通过准分子激光退火形成的多晶硅薄膜120的粒径，取决于准分子激光的照射能量(激光的功率密度和照射时间的积)。对该关系进行定性表示，则成为图2A所示那样。即，如果使照射到非晶硅薄膜110的激光的功率上升，则从超过某一能量水平起，非晶硅薄膜110开始进行结晶，多晶硅薄膜120生长。而且，如果进一步提高所照射的激光的功率，则多晶硅薄膜120的粒径生长得更大。

此处，多晶硅薄膜120的粒径达成一致的状态下，在多晶硅薄膜120的表面上对应于结晶的粒径以大致一定的间距P形成突起(图1的附图中，在垂直方向上也以一定的间距形成有突起)。该膜表面的突起的间距P根据多晶硅薄膜120的结晶粒径而变化。

另一方面，在图1所示的结构中，在从光源150发射的波长为λ的照明光向基板100的入射角度θ1、从形成有多晶硅薄膜120的基板100产生的一次衍射光的出射角度θ2、多晶硅薄膜120表面的突起的间距P之间，下述公式1表示的关系成立。

sinθ1+sinθ2＝λ/P    (公式1)

现在，使照明光向基板100的入射角度θ1为75度，并使照明光的波长λ为400nm，则一次衍射光的出射角度θ2与多晶硅薄膜120表面的突起的间距P之间成为图2B所示的关系。

即，如果对非晶硅薄膜110进行退火时的准分子激光的功率存在不均(分布)或变动(随时间的变化)，那么，基于图2A所示的关系，多晶硅薄膜120的粒径发生变化。其结果，基于图2B所示的关系，从θ1方向被照射的基板100所产生的一次衍射光的出射角度θ2发生变化。因此，在将检测一次衍射光152的光学系统(图1中省略)的检测一次衍射光的角度固定的情况下，在多晶硅薄膜120的粒径发生变化时，一次衍射光偏出检测光学系统的视野，从而存在有损于多晶硅薄膜120检查可信度的可能。

图3表示如下例子：向变更准分子激光功率地进行退火后的基板100，如图1所示照射从光源150出射的垂直于纸面方向上长的照明光151，使用固定在θ2方向上的未图示的垂直于纸面方向上长的一维传感器阵列进行检测，将此时来自一维传感器阵列的各元件的输出进行了标绘。

图3(1)表示如下例子：向使准分子激光的功率为最小状态进行退火后的基板100照射垂直于纸面方向上长的照明光151，并使用一维传感器阵列进行检测，将此时来自一维传感器阵列的各元件的输出进行了标绘。所得到的来自一维传感器阵列的输出反映了对应于准分子激光的强度分布的退火状态。在图3(1)的例子中，由于退火时的准分子激光的功率不足，因此未能根据来自一维传感器阵列的输出检测到超过阈值301水平的亮度。

图3(2)至(5)，向相对于(1)的情况依次提高准分子激光的功率进行退火后的基板100照射照明光151时，将来自一维传感器阵列的各元件的输出进行了标绘。(5)表示以不对基板100造成损伤的限度的激光功率进行退火的情况。随着退火时准分子激光功率的变化，从被照射了照明光151的基板100向θ2方向出射的光的分布图案发生变化。

图4表示与图3(1)至(5)中P点及其附近(图3(1)～(5)中P点两侧的由直线包夹的区域)对应的一维传感器阵列元件的输出的平均值与退火时的准分子激光功率的关系。

关于图4中阴影部分，即便在退火时的激光功率为对基板100造成损伤的边界值以下的状态，也成为根据亮度值的水平设定的阈值以下，从而被判定为激光退火不良。这属于误检测。

另一方面，在图1的结构中，遮挡照射到基板100的照明光151中透射过基板100并在虚线所示的152方向上行进的光中直线行进的透射光(来自光源150的直射光)并检测透射光周围的散射光的情况下，如果多晶硅薄膜120的粒径增大到某一程度以上，则透射光周围的散射光几乎不再受粒径大小的影响。

图5表示向基板100照射照明光151时的、从检测透射过基板100的透射光附近的散射光的一维传感器阵列元件的输出中、检测到来自图3所说明的像素P附近所对应的区域的散射光的元件的输出值的平均值与退火时的准分子激光功率的关系。

由该图可知，退火功率越低，则透射过基板100的透射光附近的散射光越大，越是提高退火功率，则透射过基板100的透射光附近的散射光越小。

图6表示将图4所示的检测一次衍射光的结果和图5所示检测透射光附近散射光的结果相加所得的结果。

在图4的情况下，关于阴影部分，即便在退火时的激光功率为对基板100不造成损伤的边界值以下的状态，也成为根据亮度值的水平设定的阈值以下，从而被误判为激光退火不良，而根据图6可知，能够扩大退火时的激光功率在高值侧的OK范围。即，根据图4所示一次衍射光的检测数据决定退火时的激光功率的下限值，根据图6所示的相加一次衍射光的检测数据与透射光附近散射光的检测数据所得到的结果，决定退火时的激光功率的上限值，从而能够进一步扩大退火时的激光功率的设定范围。

在图6所示的例子中，表示了将图4所示的检测一次衍射光所得的数据和图5所示的检测透射光附近的散射光所得的数据单纯相加的例子，但是也可以对图5所示的检测透射光附近的散射光所得的数据进行加权后再与图4所示的检测一次衍射光所得的数据相加。该情况下，根据相当于图6的将双方检测数据相加得到的结果，能够进一步扩大退火时的激光功率在高值侧的OK范围并进行检测。

本发明基于上述原理来实现，以下，对用于实施本发明原理的检查装置的具体结构进行说明。

(实施例1)

图7表示本发明涉及的检查多晶硅薄膜的结晶状态的检查装置700的整体结构，其中，该多晶硅薄膜通过对有机EL用玻璃基板上或者液晶显示用玻璃基板上的非晶硅膜的一部分进行激光退火而形成。

检查装置700具备基板承载部710、检查部720、基板卸载部730、检查数据处理/控制部740以及整体控制部750。

作为检查对象的有机EL用玻璃基板或者液晶显示用玻璃基板(以下表述为“基板”)100，在玻璃基板上形成有非晶硅的薄膜，在正式检查工序的前一工序中，对一部分区域照射准分子激光并扫描，经加热后过热的区域经退火后，硅形成为多晶硅，而成为多晶硅薄膜的状态。检查装置700拍摄基板100的表面，检查该多晶硅薄膜是否正常形成。

作为检查对象的基板100，由未图示的搬运单元设置在承载部710。被设置在承载部710的基板100由受整体控制部750控制的未图示的搬运单元搬运至检查部720。检查部中具备检查单元721，在检查数据处理/控制单元740的控制下检查在基板100的表面形成的多晶硅薄膜的状态。检查单元721所检测出的数据，经检查数据处理/控制单元740处理后，用于评价在基板100的表面形成的多晶硅薄膜的状态。

检查结束后的基板100由受整体控制部750控制的未图示的搬运单元从检查部720搬运到卸载部730，由未图示的装卸单元(handling unit)从检查装置700取出。图7中表示的是在检查部720中具备一台检查单元721的结构，但是还可以根据作为检查对象的基板100的尺寸、所形成的多晶硅薄膜的面积或配置，具备两台或者三台以上。

图8A表示检查部720中的检查单元720以及检查数据处理/控制部740的结构。

检查单元721由照明光学系统800、散射光图像拍摄光学系统820、一次衍射光图像拍摄光学系统830、基板载置台850构成，与检查数据处理/控制部740连接，检查数据处理/控制部740与图7所示的整体控制部750连接。

照明光学系统800具备发射多波长的光的光源801、放大透镜802、准直透镜803、波长过滤器804、偏振光过滤器805、圆柱形透镜806，它们收纳在镜筒部810中。

光源801发射从紫外区域到可视区域的大范围频率(例如300nm～700nm)的光，使用例如卤素灯、氙气灯等。

放大透镜802放大从光源801发射的光的光束直径。准直透镜803使经放大透镜802放大光束直径后的光作为平行光出射。

波长过滤器804用于根据作为检查对象的基板100上形成的多晶硅薄膜120的状态选择进行照明的波长，能够从光源801所发射的多波长的光中选择适于检查的波长。

偏振光过滤器805用于控制对基板100进行照明的光的偏振光状态，能够根据作为检查对象的基板100上形成的多晶硅薄膜120的状态改变照明光的偏振光状态，以便能够检测出对比度高的图像。

为了使从光源801发射后由放大透镜802会聚并经准直透镜803成为平行光的光能够与基板100上的检查区域的大小相匹配地有效进行照明，圆柱形透镜806使照明光束在一个方向上会聚，并在与其垂直的方向上使照明光束以平行光的状态形成为截面形状为在一个方向(垂直于附图的方向)上长的形状。把经圆柱形透镜806在一个方向上会聚后的光照射到基板100，使得基板100上的检查区域的照明光量增加，通过散射光图像拍摄光学系统820以及一次衍射光图像拍摄光学系统830能够检测出对比度更高的图像。

散射光图像拍摄光学系统820具备对从光源801发射并透射过基板100的透射光(来自光源801的直射光)进行遮光的遮光板821、物镜822、波长过滤器823、偏振光过滤器824、成像透镜825、图像传感器826，它们收纳在镜筒部827中。

物镜822用于会聚从通过照明光学系统800照明的基板100产生的衍射光(一次衍射光)，为了更有效地会聚衍射光而具有较大的NA(透镜的数值孔径)。

波长过滤器823使由物镜822会聚的来自基板100的光中特定波长的光选择性地透射，能够根据基板100表面上形成的多晶硅薄膜的光学特性，设定所选择的波长。通过波长过滤器823能够滤除来自基板100以及周边的照明波长以外波长的光。

偏振光过滤器824针对透射过波长选择过滤器823的特定波长的光调整其偏振光状态。

成像透镜825用于形成基于来自基板100表面的一次衍射光的光学图像，对透射过波长选择过滤器823的特定波长的光并由偏振光过滤器824调整了偏振光状态的光的图像进行成像。

图像传感器826拍摄由成像透镜825形成的、基于来自由圆柱形透镜805在所照明的基板100表面的一个方向上长的区域中形成的图案的一次衍射光的光学图像，由与基板100被照明的一个方向上长的区域相匹配地配置的一维CCD(电荷耦合元件)图像传感器、或者二维CCD图像传感器构成。

一次衍射光图像拍摄光学系统830具备物镜831、波长过滤器832、偏振光过滤器833、成像透镜834、图像传感器835，它们收纳在镜筒部836中。

物镜831用于会聚由照明光学系统800照明的基板100所产生的衍射光(一次衍射光)，为了更有效地会聚衍射光而具有较大的NA(透镜的数值孔径)。

波长过滤器832使由物镜831会聚的来自基板100的光中特定波长的光选择性地透射，能够根据基板100表面上形成的多晶硅薄膜的光学特性设定所选择的波长。

偏振光过滤器833针对透射过波长选择过滤器832的特定波长的光，调整其偏振光状态。

成像透镜834用于形成基于来自基板100表面的一次衍射光的光学图像，对透射过波长选择过滤器832的特定波长的光并由偏振光过滤器833调整了偏振光状态的光的图像进行成像。

图像传感器835检测由成像透镜834形成的、基于来自基板100表面的一次衍射光的光学图像，由CCD(电荷耦合元件)的一维传感器、或者二维传感器构成。

基板载置台850在上表面上载置作为检查对象的基板100，形成为通过驱动单元851在XY平面内能够移动的结构。

散射光图像拍摄光学系统820的图像传感器826以及一次衍射光检测光学系统830的图像传感器835的输出分别输入检查数据处理/控制部740。检查数据处理/控制部740具备将从散射光图像拍摄光学系统820的图像传感器826以及一次衍射光检测光学系统830的图像传感器835输出的模拟图像信号变换为数字图像信号的A/D变换部841和843、对各数字图像信号进行处理的图像处理部842和844、对经图像处理后的各数字图像信号进行处理并根据图像特征量判定缺陷的缺陷判定部845、具备输出所判定的缺陷的信息的显示画面847的输入输出部846、以及控制部848，其中的控制部848控制图像处理部842和844、缺陷判定部845、输入输出部846、以及光源800、图像传感器826和835、基板载置台850的驱动部851。而且，控制部848与图7所示的整体控制部750连接。

另外，图8B表示作为变形例的将照明光学系统800配置在基板100表面侧的结构。在照明光学系统800和一次衍射光检测光学系统830以及散射光检测光学系统820在机构上不相互干扰的情况下，可以如图8B所示，将照明光学系统800配置在相对于基板100与一次衍射光检测光学系统830以及散射光检测光学系统820相同侧。

图8B所示的结构仅仅是照明光学系统800的配置不同，因此省略其详细说明。

基于图8A或者图8B所示的结构，照明光学系统800对基板载置台850上载置的基板100以照明光的入射角度θ1从基板100的背面侧进行斜射照明，通过拍摄光学系统820拍摄透射过被照明的基板100的、来自光源801的直射光周边的散射光的图像，并且通过一次衍射光图像检测光学系统830拍摄基于被照明的基板100所产生的一次衍射光的图像，通过检查数据处理/控制部740处理各拍摄数据，检查在基板100上形成的多晶硅薄膜的结晶状态。

接着，针对通过图8A所示结构的检查单元721和检查数据处理/控制部740检查在基板100上经准分子激光退火后多晶化的多晶硅薄膜的状态的方法进行说明。

首先，在进行检查之前，使用预先形成有多晶硅薄膜的基板100进行光学条件的设定。应设定的光学条件为照明光学系统800的波长过滤器804的照明波长、偏振光过滤器805的偏振光条件、散射光图像拍摄光学系统820的波长过滤器823的检测波长、偏振光过滤器824的检测光的偏振光条件、成像透镜825形成散射光图像的成像位置等。这些条件通过如下方式进行设定：将通过散射光图像拍摄光学系统820观察由照明光学系统800照明的基板100所得到的散射光图像和通过一次衍射光检测光学系统830拍摄所得到的一次衍射光图像显示在输入输出部846的显示画面847上，同时调整为能够得到对比度高的散射光图像以及一次衍射光图像。

接着，说明在所设定的光学条件下检查基板100上由准分子激光的退火形成的多晶硅薄膜的检查区域的处理的流程。检查处理具有：对基板的预定区域或者整个表面进行拍摄的拍摄顺序、和对拍摄得到的图像进行处理并检测缺陷部分的图像处理顺序。

首先，使用图9说明拍摄顺序。

最初，通过控制部846控制基板载置台850的驱动部851，使多晶硅薄膜的检查区域的检查开始位置进入拍摄光学系统820的视野，并将基板100设定在初始位置(检查开始位置)(S901)。

接着，通过照明光学系统800对多晶硅薄膜进行照明(S902)，控制部847控制驱动部851使基板载置台850开始以一定的速度移动，使得拍摄光学系统820的拍摄区域沿着被照明的多晶硅薄膜的检查区域移动(S903)。

在使基板载置台850以一定速度移动的同时，通过一次衍射光图像拍摄光学系统830拍摄由透射过被照明光学系统800照明的多晶硅薄膜的一个方向上长的检查区域的照明光所产生的一次衍射光的图像，并通过拍摄光学系统820拍摄透射光(图8B的结构中为反射光)的光轴附近的反射光散射光的图像(S904)。从散射光图像拍摄光学系统820的图像传感器826输出模拟信号，输入到检查数据处理/控制部740的A/D变换部841。从一次衍射光图像拍摄光学系统830的图像传感器835输出模拟信号，输入到检查数据处理/控制部740的A/D变换部843。经A/D变换部841变换得到的数字信号被输入图像处理部842，使用经由控制部848得到的基板载置台850的位置信息，生成数字图像信号，经A/D变换部843变换得到的数字信号被输入到图像处理部844，使用经由控制部848得到的基板载置台850的位置信息，生成数字图像信号并进行处理(S905)。反复执行以上操作，直至1行量的检查区域结束(S906)。

接着，检查是否存在与检查过的1行量的区域相邻的检查区域(S907)，在存在相邻的检查区域的情况下，使基板载置台850向相邻的检查区域移动(S908)，重复从S904到S907的步骤。应检查的区域全部检查完成后，停止基板载置台850的移动(S909)，关闭照明(S910)，拍摄顺序结束。

接着，使用图10对图9的拍摄顺序中生成所得到的数字图像并进行处理的步骤(S905)的详细顺序进行说明。

在图9的拍摄步骤(S904)中由散射光图像拍摄光学系统820拍摄散射光图像，将从图像传感器826输出的模拟信号输入至检查数据处理/控制部740的A/D变换部841(S 1001)，由A/D变换部841变换为数字信号(S1002)，变换后的散射光图像的数字信号被送至图像处理部842，生成数字图像信号(S1003)，对生成的散射光图像的数字图像信号实施黑斑(shading)补偿、平均化处理等预处理(S1004)，提取图像特征量(S1005)。

另一方面，将从检测出从由照明光学系统800照明的基板100所产生的一次衍射光的图像的一次衍射光图像检测光学系统830的图像传感器835输出的模拟信号输入检查数据处理/控制部740的A/D变换部843(S1011)，由A/D变换部843变换为数字信号(S1012)，变换后的一次衍射光图像的数字信号被送至图像处理部844，生成数字图像信号(S1013)，对生成的一次衍射光图像的数字图像信号实施黑斑(shading)补偿、平均化处理等预处理(S1014)，提取一次衍射光图像的图案间距、亮度等图像特征量(S1015)。提取了图像特征量的散射光的数字图像信号和一次衍射光图像的数字图像信号，与分别提取的图像特征量的信息一同输入到缺陷判定部845进行整合(S1021)。

在缺陷判定部845中，通过将各图像的图像特征量(例如对亮度值在每个像素上相加1行扫描量后的信号)与预设的基准数据(阈值)进行比较来进行缺陷判定处理(S1022)。在该缺陷判定处理中，能够基于使用图4至图6说明的原理判定小于阈值并被判定为缺陷的区域是由于激光退火的功率不足造成的还是由于功率过剩造成的。

包含所判定的缺陷的数字图像数据被送至输入输出部846，基于散射光的图像与基板100上的位置信息一同显示在显示部847中(S1023)，结束图像处理顺序。显示在该显示部847中的基于散射光的图像上，被缺陷判定部845判定为缺陷的区域与正常区域能够加以区别地进行显示。另外，在从输入输出部846进行输入来改变缺陷判定基准的情况下，对应于该改变后的缺陷判定基准，缺陷区域也有所变化地进行显示。

通过以上述的结构进行检查，本实施例1能够对经准分子激光退火后形成的多晶硅薄膜的结晶状态以较高的精度进行检查，能够较高地维持有机EL用玻璃基板或者液晶显示用玻璃基板的质量。

在本实施例1中，说明了将波长过滤器和偏振光过滤器分别设置在照明光学系统800和散射光图像拍摄光学系统820以及一次衍射光图像检测光学系统830中的结构，但是它们并不一定在所有的光学系统中都是必要的，例如可以为仅在照明光学系统800中设置波长过滤器和偏振光过滤器的结构，还可以为在散射光图像拍摄光学系统820以及一次衍射光图像检测光学系统830中设置波长过滤器和偏振光过滤器的结构。另外，还可以仅使用波长过滤器和偏振光过滤器的其中之一。

并且，以在照明光学系统800中使用圆柱形透镜805对基板100上的一个方向上长的区域进行照明的结构进行了说明，但是即便将其置换为通常的圆形透镜，也能够得到同样的效果。

(实施例2)

使用图11A以及B对本发明第二实施例进行说明。

图11A所示的第二实施例中的结构不同于图8A所说明的第一实施例中的结构的地方在于，检查单元1110的散射光图像拍摄光学系统1120相对于从照明光学系统800发射的照明光透射过基板100后的透射光的光轴倾斜设置。

实施例2中的散射光图像拍摄光学系统1120具备物镜1121、波长选择过滤器1122、偏振光过滤器1123、成像透镜1124以及图像传感器1125，它们收纳在镜筒1126中。

通过使散射光图像拍摄光学系统1120相对于透射光轴倾斜设置，由于透射过基板100的透射光的行进方向偏离散射光图像拍摄光学系统1120的光轴，因此不会在图像传感器1125上成像，图像传感器1125检测出透射光附近的散射光的图像。

即，在第二实施例的散射光图像拍摄光学系统1120中，不再需要设置相当于第一实施例说明的散射光图像拍摄光学系统820的遮光板821的结构，相应地能够增大物镜822的受光面。其结果，能够使图像传感器1125所检测的散射光的光量增加，因此能够提高检测灵敏度。

在图11A所示的结构中，从散射光图像拍摄光学系统1120和一次衍射光图像拍摄光学系统830输出的信号分别输入到检查数据处理/控制部1140的A/D变换器1141以及1143并被变换为数字信号，经图像处理部1142以及1144分别进行图像处理后送到缺陷判定部1145，根据图像特征量进行缺陷判定，从输入输出部1146输出所判定的缺陷的信息。

图11A所示的结构中散射光图像拍摄光学系统1120以外的结构，包括检查数据处理/控制部1140与第一实施例中说明的图8A所示的结构相同，因此省略详细说明。

在图11A中表示的是散射光图像拍摄光学系统1120相对于透射光行进方向向图的下侧倾斜的例子，但是即便是相对于透射光的行进方向向图的上侧或者横向(垂直于纸面的方向)倾斜，也能够得到同样的效果。

图11B的结构对应于第一实施例的图8B中说明的结构，与图11A的情况相同，区别点在于相对于反射光的行进方向倾斜设置了散射光图像拍摄光学系统1120。

图11B所示的结构中各部分的作用与第一实施例的图8B中说明的作用相同，因此省略说明。图11B的情况也与图11A的情况相同，即便相对于反射光的行进方向向图的上侧或者横向(垂直于纸面的方向)倾斜设置散射光图像拍摄光学系统1120，也能够得到同样的效果。

根据实施例1以及2，可以提供对多晶硅薄膜进行照明并拍摄由于膜表面的凹凸所产生的衍射光的图像，对拍摄到的衍射光的图像进行处理，从而评价多晶硅薄膜的结晶状态的方法及其装置。

以上，基于实施例，具体说明了本发明人做出的发明，但是本发明并不局限于上述实施例，在不脱离其主旨的范围内，当然能够进行各种变更。

以上为对于发明的说明，但是本发明并不局限于上述的实施例，包含多种变形例。例如，上述实施例是为了对本发明易于理解地进行说明而详细地进行的说明，并非一定限定为具有所说明的所有结构。另外，能够将某一实施例的部分结构置换为其他实施例的结构，还能够在某一实施例的结构中增加其他实施例的结构。另外，关于各实施例的部分结构，能够进行其他结构的追加、删除、置换。

Claims (12)

1.一种多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，具备：

光照射单元，其向在表面上形成有多晶硅薄膜的基板照射光；

第一拍摄单元，其拍摄由该光照射单元照射到所述基板的光中透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像；

第二拍摄单元，其拍摄产生于由该光照射单元照射光的所述多晶硅薄膜的一次衍射光的图像；以及

图像处理单元，其对由该第一拍摄单元拍摄得到的所述散射光的图像和由所述第二拍摄单元拍摄得到的所述一次衍射光的图像进行处理，从而检查所述多晶硅薄膜的结晶状态。

2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，

所述第一拍摄单元具有对透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光进行遮光的遮光板，所述第一拍摄单元拍摄未被该遮光板遮挡的透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像。

3.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，

所述第一拍摄单元相对于透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光的行进方向倾斜设置，从而检测不到透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光。

4.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，

所述光照射单元从所述基板的背面侧照射所述光，所述拍摄单元拍摄由所述光照射单元照射到所述基板的背面侧并从所述多晶硅薄膜的表面侧散射的散射光的图像。

5.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，

所述光照射单元从所述基板的表面侧照射所述光，所述拍摄单元拍摄由于通过所述光照射单元照射到所述基板的表面侧的光而从所述多晶硅薄膜的表面侧散射的散射光的图像。

6.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于，

所述光照射单元具备波长选择部，向所述基板照射通过该波长选择部进行了波长选择的光，所述第一拍摄单元具备偏振光过滤器，拍摄来自所述基板的透射光或者反射光附近的散射光中透射过该偏振光过滤器的光所形成的一次衍射光图像。

7.一种多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

向在表面上形成有多晶硅薄膜的基板照射光，

拍摄照射到该基板的光中透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜规则反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像，

拍摄由于照射到该基板的光而从所述多晶硅薄膜产生的一次衍射光的图像，

对拍摄该散射光的图像所得到的图像和拍摄所述一次衍射光的图像所得到的图像进行处理，从而检查所述多晶硅薄膜的结晶状态。

8.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

拍摄透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜规则反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像，其通过如下方式来进行：

对透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜规则反射的光进行遮光，拍摄未被该遮光所遮挡的所述透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像。

9.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

拍摄照射到所述基板的光中透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜规则反射的光附近的来自所述多晶硅薄膜的散射光的图像，其通过如下方式来进行：

相对于透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光的行进方向倾斜着进行拍摄，从而检测不到透射过所述多晶硅薄膜的光或者由所述多晶硅薄膜反射的光。

10.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

通过从所述基板的背面侧照射光来向所述基板照射光，通过拍摄照射到所述基板的背面侧并从所述多晶硅薄膜的表面侧散射的散射光的图像来拍摄所述散射光的图像。

11.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

通过从所述基板的表面侧照射光来向所述基板照射光，通过拍摄照射到所述基板的表面侧并从所述多晶硅薄膜的表面侧散射的散射光中来自所述基板的规则反射光附近的散射光的图像来拍摄所述散射光的图像。

12.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于，

向所述基板照射的光是波长经过了选择的光，所述拍摄的来自所述基板的透射光或者反射光附近的散射光的图像是基于透射过偏振光过滤器的光的散射光的图像。

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