JP2005129679A - 光学的測定方法およびその装置およびそれを用いた結晶膜付き液晶基板の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】
エキシマレーザを用いて基板上のシリコンからなる結晶膜を溶融させ、冷却時に結晶を成長させる技術を用いるＬＴＰＳ基板製作においては、結晶サイズが最大かつ均一になるポイントで品質管理したい。現状では電子顕微鏡写真を用いて判定しているが、時間の関係などで、連続的にチェックが出来ず、抜き取り検査程度しかできなかった。
【解決手段】
測定対象物の表面に所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査に適用して来たが、本発明では、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のｐ−Ｓｉ結晶の状態の測定へ適用し成功した。

【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ光を用いて測定対象物、特に、表面にシリコン膜からなる結晶膜付き液晶基板からなる測定対象物の結晶の状態を測定する方法およびその装置に関する。また、該測定対象物の製造における工程管理及び品質確保に関する。

発明者達は、測定対象物は、透光性能を有する基板などである場合において、測定対象物の表面の材質特性に起因して引き起こされる受光散乱光の強度差を低減して、測定対象物の性状を、高感度で精度良く測定することを可能にした光学測定装置を提供している。

当該測定装置の基本的な点は、測定対象物に入射角が４５度以上９０度未満の照射レーザ光を照射する。このときの照射光偏光状態を測定対象物に対し、Ｓ偏光の成分を中心とするものにしておき、照射された測定対象物の性状を測定し検査する。

当該技術を持って、特に透光性能を有する基板、あるいは、異なった材質からなるパターンを有する基板などの測定対象物の表面の欠陥、異物の状態などの性状の測定や検出、検査に好適であるとしていた。（例えば、特許文献１）
最近、液晶ディスプレイ技術の発達が目覚しい。特に高精細なサブノートＰＣ向け用途の需要が目覚しい。特に低温ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ−ＬＣＤ基板（以下、「ＬＴＰＳ基板」と記載する）では、ビデオカメラモニター用として高精細なディスプレイが要求されつつある。携帯電話においても２００１年度からの通信のワイドバンド化を機に、一気に参集しつつあり、携帯電話とＰＤＡの境界線が不明確になり融合することが云われている。

上記ＬＴＰＳ基板のポリシリコン（以下、「p−Ｓｉ」と記載する）膜の製造プロセスにおいては、エキシマレーザを用いて基板上のシリコンを溶融させ、冷却時に結晶を成長させるアニール工程が最も難易度が高いと云われ、その品質管理の難しさが問われている。これは、成膜後のアモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」と記載する）膜をレーザーによって溶解し、再結晶化するものである。低温でのｐ−Ｓｉ化には低温でいかに良質なｐ−Ｓｉ膜を作るかが最大のポイントと云われている。

レーザーアニールの光源としては、紫外線波長のエキシマレーザが用いられている。当該レーザは大出力で、波長が紫外線領域にあるため、ガラス基板上のシリコン膜に照射しても、数百Å以下の薄膜が完全に吸収してしまい、レーザー光がガラス基板を加熱する心配がない。また、ｎｓオーダのパルスレーザであるため、極めて短時間でシリコン膜のみ加熱することができる。このため、基板温度は上昇しにくく、低融点の液晶基板用ガラス基板の使用を可能としている。エキシマレーザを用いて製造したＬＴＰＳ基板は、電子移動度などデバイス特性が優れるという。（例えば、非特許文献１）
特開平１０−２９３１０３号 要約 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ２００２年２月号 ページ１００〜１０２

上記のＬＴＰＳ基板の最大の特徴は電子移動度が優れることである。この電子移動度をいかに高く安定させるかが、ＬＴＰＳ基板の品質を決めることになる。

そこで電子移動度の評価や管理の必要性が生じるわけだが、この電子移動度と結晶粒径の大きさおよび均一性には密接な関係があることがわかっている。結晶粒径が大きいほど電子移動度は早く、また均一であるほど安定する。従って、電子移動度の管理を結晶の状態の管理に置きかえることができる。

さて、p−Ｓｉの粒径およびその均一性はエキシマレーザアニール（以下ＥＬＡと記載する）の照射エネルギーに依存するので、レーザ光の当て方に充分注意を要する。また、ＥＬＡ照射エネルギーに対するｐ−Ｓｉの結晶性は、最適エネルギーをピークにその前後での落ち込みが急激であることが判っている。従い、エキシマレーザを用いて基板上のシリコンからなる結晶膜を溶融させ、冷却時に結晶を成長させる技術を用いるＬＴＰＳ基板製作においては、当然結晶サイズが最大かつ均一になるポイントで品質管理したい。それに対し、現状では電子顕微鏡写真を用いて判定していたが、時間の関係などで、連続的に品質チェックが出来ず、抜き取り検査のため製品であるＬＴＰＳ基板の品質管理には問題を残していた。

これに対し、結晶の状態、特に結晶粒径と均一性を高速にかつ安定して計測、検査する必要性がある。もちろん製品検査に用いるために非破壊検査である必要性がある。

これを実現することにより、第１の要件として結晶膜の製造装置の条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御に大きく貢献する。また、第２の要件として製品基板の連続的な検査が可能になり、品質管理に大きく貢献する。

本発明は上記の要件を満たす為に、請求項１に記載の発明によれば、支持部材により支持された測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の結晶の状態を測定する光学的測定方法が提供される。

請求項１の発明の作用・効果を説明すると、発明者達は、測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査を多くの分野に適用して来たが、本発明では、例えば、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のｐ−Ｓｉ結晶の状態の測定へ適用し成功した。特に今までは当該測定には都度電子顕微鏡が用いられ、そのハンドリングの悪さから、抜き取り検査程度しか出来ず、その製造過程において、連続的に確認し、レーザアニールの光源の強さの条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、連続的な品質安定性チェックが出来なかったが、この発明により、ＬＴＰＳ基板の製造工程の中に、検査工程を組み入れることにより当該工程での連続的品質管理をおこなうことを可能とした。

請求項２に記載の発明によれば、上記演算を散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基におこなうことを特徴とする光学的測定方法が提供される。

請求項２の発明の作用・効果を説明すると、詳細は実施例に記載しているが、まず、結晶の状態を人為的に変化させる目的でＥＬＡ照射強度を変化させて結晶膜を準備した。このサンプルではＥＬＡ照射強度に応じて強度の弱い領域では結晶粒径は小さく、適性領域では結晶粒径は大きく均一となり、ＥＬＡ照射強度が過剰に大きくなると粒径は不均一となる、あるいは小さくなる。

このようなサンプルを上記方法で測定したところ、ＥＬＡ照射強度に応じて散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値の関係に特徴的な関係が見られる。すなわち、結晶の状態を比較する場合に、演算を散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに望ましくは、詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、上記演算を散乱光強度の単位面積あたりの平均値と分散値を基におこなうことを特徴とする光学的測定方法が提供される。

請求項３の発明の作用・効果を説明すると、結晶の状態を比較する場合に、演算を散乱光強度の単位面積あたりの平均値と分散値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに、望ましくはさらに詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、上記結像光学系と受光部の１画素視野が測定結晶サイズの１０倍以上であることを特徴とする光学的測定方法が提供される。

請求項４の発明の作用・効果を説明すると、一般に測定対象物の大きさを計測したい時には、測定対象物と撮像一画素視野すなわち画素分解能は同程度かあるいは撮像一画素視野を小さくするのが好ましいとされる。そんな中、本発明では測定対象物の１０倍以上の１画素視野の光学系を用いて測定対象物の状態を検知・評価することを可能にした。これによって検査速度は飛躍的に向上し、基板全面かつ全数を検査することが可能となる。たとえば４００×５００ｍｍの基板全面の検査時間は１分程度と試算している。

請求項５に記載の発明によれば、上記レーザ光の波長が４００ｎｍから９００ｎｍの範囲であることを特徴とする光学的測定方法が提供される。

請求項５の発明の作用・効果を説明すると、測定対象物への測定用レーザ光は出来るだけエネルギが小さい方が設備の簡易化、低コスト化の面からも好ましい。また、測定対象物に対し損傷を与えるなどトラブルが無く、また、測定時のノイズも少なく好ましい。ここで言うノイズとは、例えば結晶基板上に付着した異物やキズなどである。この発明の場合も実施例として、測定用レーザの波長を７９５ｎｍおよび４８８ｎｍにておこなっているが、４８８ｎｍでの測定の場合は７９５ｎｍでの測定の場合の約１／１５のエネルギで測定できている。

請求項６に記載の発明によれば、測定対象物が液晶基板用の結晶膜であることを特徴とする光学的測定方法が提供される。

請求項６の発明の作用・効果を説明すると、この発明では特に測定対象物として、液晶基板用の結晶膜、すなわちｐ−Ｓｉ膜の結晶の状態の測定に着目し、当該膜の製造過程での結晶膜測定装置のＥＬＡ照射強度の最適な条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、製造ラインでの連続的検査を可能にすることにより、飛躍的な品質安定性向上に寄与する。

請求項７に記載の発明によれば、測定対象物を支持する支持部材と、支持部材により支持された測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射するレーザ照射手段と、測定対象物の表面からの散乱光を結像させる結像光学手段と、結像光学手段を介して直線状の受光部を有し、信号処理部で該散乱光の信号を用いて所定の演算をする手段により測定対象物の結晶の状態を測定することを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項７の発明の作用・効果を説明すると、発明者達は、測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査ができる光学的測定装置を提供し、多くの分野に適用して来たが、この発明では、例えば、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のｐ−Ｓｉ結晶の状態の測定に適用し成功させ、光学的測定装置の応用範囲を広げた。特に今までは当該測定には都度電子顕微鏡が用いられ、そのハンドリングの悪さから、抜き取り検査程度しか出来ず、その製造過程において、連続的に確認し、ＥＬＡの光源の強さの条件設定、連続的な品質安定性チェックが出来なかったが、この発明により、ＬＴＰＳ基板の製造工程の中に、検査工程を組み入れ連続的品質管理をおこなうことを可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基に演算をする手段を含むことを特徴とする測定対象物の結晶の状態を測定することを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項８の発明の作用・効果を説明すると、詳細は実施例に記載しているが、まず、結晶の状態を人為的に変化させる目的でＥＬＡ照射強度を変化させて結晶膜を準備した。このサンプルではＥＬＡ照射強度に応じて強度の弱い領域では結晶粒径は小さく、適性領域では結晶粒径は大きく均一となり、ＥＬＡ照射強度が過剰に大きくなると粒径は不均一となる、あるいは小さくなる。

このようなサンプルを上記方法で測定したところ、ＥＬＡ照射強度に応じて散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値の関係に特徴的な関係が見られる。すなわち、結晶の状態を比較する場合に、演算を散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに、望ましくはさらに詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定することが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、平均値と分散値を基に演算する手段を含むことを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項９の発明の作用・効果を説明すると、結晶状態を比較する場合に、演算を散乱光強度の単位面積あたりの平均値と分散値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに、望ましくはさらに詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定することが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、上記結像光学系と受光部の１画素視野を測定結晶サイズの１０倍以上になるように設けたことを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項１０の発明の作用・効果を説明すると、一般に測定対象物の大きさを計測したい時には、測定対象物と撮像一画素視野すなわち画素分解能は同程度かあるいは撮像一画素視野を小さくするのが好ましいとされる。そんな中、本発明では測定対象物の１０倍以上の１画素視野の光学系を用いて測定対象物の状態を検知・評価することを可能にした。これによって検査速度は飛躍的に向上し、基板全面かつ全数を検査することが可能となる。たとえば４００×５００ｍｍの基板全面の検査時間は１分程度と試算している。

請求項１１に記載の発明によれば、上記レーザの波長を４００ｎｍから９００ｎｍの範囲に設定することを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項１１の発明の作用・効果を説明すると、測定対象物への測定用レーザ光は出来るだけエネルギが小さい方が測定対象物に対し損傷を与えるなどトラブルが無く、また、測定時のノイズも少なく好ましい。この発明の場合も実施例として、測定用レーザの波長を７９５ｎｍおよび４８８ｎｍにておこなっているが、４８８ｎｍでの測定の場合は７９５ｎｍでの測定の場合の約１／１５のエネルギで測定できた。このように、測定用レーザの波長を当該範囲の波長に設定することにより、測定対象物にダメージを与えないかつノイズが低いいわゆるＳ／Ｎ比の高い光学的測定装置を提供することができる。

請求項１２に記載の発明によれば、測定対象物が液晶基板用の結晶膜であることを特徴とする光学的測定装置が提供される。

請求項１２の発明の作用・効果を説明すると、この発明では特に測定対象物として、液晶基板用の結晶膜、すなわちｐ−Ｓｉ膜の結晶の状態の測定に着目し、当該膜の製造過程での結晶膜測定装置のＥＬＡ照射強度の最適な条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、製造ラインでの連続的検査を可能にすることにより、飛躍的な品質安定性向上に寄与する光学的測定装置を提供できる。

請求項１３に記載の発明によれば、光学的測定装置を用いて、測定対象物の結晶化工程の工程管理をおこなうことを特徴とする結晶膜付き液晶基板の製造方法が提供される。

請求項１４に記載の発明によれば、光学的測定装置を用いて、測定対象物の結晶化工程後の製造物の品質管理をおこなうことを特徴とする結晶膜付き液晶基板の製造方法が提供される。

請求項１３および請求項１４の発明の作用・効果を説明すると、発明者達は、測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査ができる光学的測定装置を提供し、多くの分野に適用して来たが、この発明では、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のｐ−Ｓｉ結晶の状態の測定に適用し成功させ、光学的測定装置の応用範囲を広げた。特に今までは当該測定には都度電子顕微鏡が用いられ、そのハンドリングの悪さから、抜き取り検査程度しか出来ず、その製造過程において、連続的に確認し、ＥＬＡ光源の強さの条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、連続的な品質安定性チェックが出来なかったが、この発明により、ＬＴＰＳ基板の製造工程の中に上記工程を組み入れ、連続的に工程管理あるいは品質管理をおこなうことを可能とした。

上記記載の様に、本発明によると、発明者達は、測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査ができる光学的測定装置を提供し、多くの分野に適用して来たが、この発明では、例えば、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のｐ−Ｓｉ結晶の状態の測定に適用し成功させ、光学的測定装置の応用範囲を広げた。特に今までは当該測定には都度電子顕微鏡が用いられ、そのハンドリングの悪さから、抜き取り検査程度しか出来ず、その製造過程において、連続的に確認し、レーザアニールの光源の強さの条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、連続的な品質安定性チェックが出来なかったが、この発明により、ＬＴＰＳ基板の製造工程の中に、検査工程を組み入れることにより当該工程での連続的品質管理をおこなうことを可能とした。

結晶の状態を比較する場合に、演算を散乱光の値を基に演算された演算結果の値の単位面積あたりの最大値と最小値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに、望ましくはさらに詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定する装置を提供することができる。

また、結晶の状態を比較する場合に、演算を散乱光の値を基に演算された演算結果の値が単位面積あたりの平均値と分散値を基におこなうことにより、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはＥＬＡ照射強度が弱く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、あるいは、ＥＬＡ照射強度が強く結晶化が適正におこなわれない領域であるか、さらに、望ましくは詳細な状態の特定、すなわちどの程度のＥＬＡ照射強度で製造された状態であるのかを特定する装置を提供することができる。

一般に測定対象物の大きさを計測したい時には、測定対象物と撮像一画素視野すなわち画素分解能は同程度かあるいは撮像一画素視野を小さくするのが好ましいとされる。そんな中、本発明では測定対象物の１０倍以上の１画素視野の光学系を用いて測定対象物の状態を検知・評価することを可能にした。これによって検査速度は飛躍的に向上し、基板全面かつ全数を検査することが可能となる。たとえば４００×５００ｍｍの基板全面の検査時間は１分程度と試算している。

測定対象物への測定用レーザ光は出来るだけエネルギが小さい方が設備の簡易化、低コスト化の面からも好ましい。また、測定対象物に対し損傷を与えるなどトラブルが無く、また、測定時のノイズも少なく好ましい。ここで言うノイズとは、例えば結晶基板上に付着した異物やキズなどである。この発明の場合も実施例として、測定用レーザの波長を７９５ｎｍおよび４８８ｎｍにておこなっているが、４８８ｎｍでの測定の場合は７９５ｎｍでの測定の場合の約１／１５のエネルギで測定できた。このように、測定用レーザの波長を当該範囲の波長に設定することにより、測定対象物にダメージを与えないかつノイズが低いいわゆるＳ／Ｎ比の高い光学的測定装置を提供できる。

この発明では特に測定対象物として、液晶基板用のｐ−Ｓｉ膜の結晶の状態の測定に着目し、当該膜の製造過程での結晶膜測定装置のＥＬＡ照射強度の最適な条件設定や装置状態の経時変化などのフィードバック制御、製造ラインでの連続的検査を可能にすることにより、飛躍的な品質安定性向上に寄与する光学的測定装置の提供を可能とした。

発明者達は、測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査ができる光学的測定装置を提供し、多くの分野に適用して来たが、この発明では、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のＰ−Ｓｉなどの結晶の状態の測定に適用し成功させ、光学的測定装置の応用範囲を広げた。特に今までは当該測定には都度電子顕微鏡が用いられ、そのハンドリングの悪さから、抜き取り検査程度しか出来ず、その製造過程において、連続的に確認し、ＥＬＡの光源の強さの条件設定、連続的な品質安定性チェックが出来なかったが、この発明により、ＬＴＰＳ基板の製造工程の中に、検査工程を組み入れ連続的品質管理をおこなうことを可能とした。

（実施例）以下、添付図面を参照してこの発明の光学的測定方法および装置の実施の形態および当該装置を用いた測定対象物の製造方法について詳細に説明する。

図１はこの光学的測定装置の一実施形態である結晶膜付き基板の結晶の大きさおよび均一性を測定する装置の概略を示す図である。この光学的測定装置は、図示しない支持機構により支持された結晶膜付き基板からなる測定対象物１の表面に対して、所定の入射角でラインビームを照射するレーザ光源２と、照射されたレーザラインビームに起因して測定対象物１の表面から生じる散乱光Ｌを受ける結像光学系３により散乱光Ｌを結像させ、結像光学系３よりも上部に受光面を持つ検出用センサ４で得られた出力信号をを入力として測定対象物１の結晶サイズに基く測定データを受け取り計測・評価処理部５のボードにて演算し、結晶の状態の評価ロジック部９を用いて評価する。

尚、７は測定対象物１の位置を示す信号を出力するエンコーダ、８はステージコントローラであり、制御信号およびエンコーダ７からの信号を入力として支持機構に対する動作指令を出力する。

前記レーザ光源２は、測定対象物１の表面に対して４５°以上、９０°未満の入射角度、好ましくは８０°の入射角度でラインビームを照射するものである。レーザ光源２から出射されるレーザ光は、好ましくはＳ偏光で波長４００から９００ｎｍ，好ましくは４８８ｎｍである。

上記の構成の光学的測定装置の作用は次ぎのとおりである。

本実施例で用いられる測定対象物１は背景技術の項に記載した結晶膜付きの基板であり、代表例として、ａ−Ｓｉ膜をＥＬＡ照射により、ｐ−Ｓｉ膜化したものである。

（実施例１）まずは測定対象物１である上記基板から得られたサンプルデータについて説明する。

得られた散乱光信号に基く演算結果は例えば図２のような形で得られる。

図２（ａ）は測定用のレーザラインビームと結晶膜製造用のレーザラインビームは平行にして測定し、また、照射レーザ光の波長を７９５ｎｍで測定したものである。

縦軸に散乱光信号に基く演算結果、横軸は結晶度の異なる１５個の結晶化された基板のグレードＮＯ．である。グラフの◆記号は単位領域内（例えば□１０ｍｍ内）の最大値、■記号は同最小値である。またこの時、横軸のグレードＮＯ．は結晶膜製造装置のエキシマレーザ照射強度を変化させたもので、グレードＮＯ．１が照射強度が最も弱く、グレードＮＯ．が大きくなるほど照射強度が強い場合であり、グレードＮＯ．１５が最も強い。例えばグレードＮＯ．中央値であるグレードＮＯ．８の場合は、エキシマレーザの照射強度は３００ｍＪ／ｃｍ^２程度であり、当該照射強度を中心としてグレードＮＯ．６からＮＯ．１０程度の範囲が結晶化工程で用いるエキシマレーザの照射強度として適正な値である。すなわちｐ−Ｓｉ膜の結晶の粒径が大きく均一な状態である。これより小さなグレードでは粒径が小さくなり、これより大きな領域では均一性が劣化したりあるいは粒径が小さくなる。

図２（ｂ）は図２（ａ）と同様であるが、レーザラインビームと結晶膜製造用のレーザラインビームを直交して測定した場合を表している。

この特許の目的は、基板表面の結晶膜の結晶化が適正な状態か否か、望ましくはグレードＮＯ．の小さい結晶化が適正におこなわれない領域のエキシマレーザの照射強度の領域であるか、あるいは、グレードＮＯ．の大きい結晶化が適正におこなわれない領域のエキシマレーザの照射強度の領域であるか、さらに、望ましくはさらに詳細な状態の特定、すなわちどのグレードＮＯ．の状態であるのかを特定することにある。

こうして得られた結晶の状態を検査領域全域について単位領域毎（例えば□１０ｍｍ毎）に表示する。ガラス全面の分布の状態を知ることが可能で不良領域の位置、程度を評価することができる、あるいは、特定の領域の状態のみ知ることも可能である。もちろん、その情報を基に指定領域の平均状態の表示やレベル設定を設けて良／不良の判定をすることもできる。

次ぎに、結晶化度評価ロジックについて説明する。

まず、結晶膜付きの基板にレーザ照射系１からレーザを照射することにより、基板の表面状態に応じた散乱項信号が得られ、検出光学系を通じて検出用センサが信号を得る。この信号１画素の撮像面積は測定対象の１０倍以上の大きさが望ましい。例えばｐ−Ｓｉ膜では結晶サイズは１μｍ程度であり、１画素の撮像面積は１５から５０μｍの範囲が好ましい、さらに好ましくは１画素の撮像面積は２０から３０μｍの範囲が良い。この撮像面積は結像光学系の光学倍率とセンサの画素サイズで決まる。

図２（ａ）、（ｂ）を見ると、グレードＮＯ．１から５の散乱光の信号に基づく演算結果の値は記号◆で示す最大値と記号■で示す最小値の差はかなり小さく、グレードＮＯ．が大きくなるに従って散乱光の信号に基づく演算結果の値の最大値・最小値の双方が増加していく。グレードＮＯ．６から８ではグレードＮＯ．が大きくなるに従って最大値と最小値ともに増加してくが、最大値と最小値の差をもが大きくなっていく。グレードＮＯ．８から１１ではＮＯ．が大きくなるに従って最大値と最小値の双方ともに減少して行くと共に、最大値と最小値の差が小さくなっていく。グレードＮＯ．１１から１５では最大値と最小値の差はある程度の幅を保って、グレードＮＯ．が大きくなるに従って双方が減少していく。この特徴量を利用して結晶膜付き基板の結晶の状態の判定ロジックを組む事が出来る。

尚、散乱光の信号に基づく演算結果の値は最大値と最小値を用いる代わりに平均値と分散を評価関数とすることもできる。

（実施例２）図３は照射レーザ光の波長を４８８ｎｍで測定したものである。照射レーザ光の波長として４８８ｎｍを用いた場合、７９５ｎｍの場合に比べ、約１／１５の低出力のレーザパワーで測定できる為、設備の簡易化、低コスト化の面からも好ましい。また、測定対象である結晶膜付きの基板に損傷を与えることもなく、例えば結晶基板上に付着した異物やキズなどによるノイズの影響も少ないので、実際には照射レーザ光の波長としては、当該４８８ｎｍを採用した。

図３（ｂ）ではグレードＮＯ．１から５の散乱光の信号に基づく演算結果の値は記号◆で示す最大値と記号■で示す最小値の差はかなり小さく、グレードＮＯ．が大きくなるに従って散乱光の信号に基づく演算結果の値の最大値、最小値の双方が増加していく。グレードＮＯ．６と７ではグレードＮＯ．７の方が最大値は増加しているが、最小値はほぼ一定値であるので、最大値と最小値の差はグレードＮＯ．６に比べて大きくなっている。グレードＮＯ．８から１１ではグレードＮＯ．が大きくなるに従って最大値と最小値ともに減少していき、最大値と最小値の差が大きくなる。グレードＮｏ．１１から１５ではグレードＮＯ．が大きくなるに従って最大値はほぼ一定値になるが最小値は減少していく。この特徴量を利用して結晶膜付き基板の結晶の状態の判定ロジックを組む事が出来る。

尚、散乱光の信号に基づく演算結果の値の最大値と最小値を用いる代わりに平均値と分散を評価関数とすることもできる。

この発明により、発明者達が光学的測定装置として測定対象物の表面の欠陥や異物の状態などの性状の測定や検出、検査を多くの分野に適用して来たが、最近発達が目覚しいＬＴＰＳ基板のシリコンなどの結晶の状態の測定に適用した。

この発明により、ＬＰＴＳ基板の製造工程の中に、上記工程を組み入れることにより当該工程での連続的工程管理および／または品質管理をおこなうことを可能とした。

この発明の光学的測定装置の一実施形態を示す概略図である。 本発明の実施例１の散乱光の信号に基く演算結果（照射レーザ光波長７９５ｎｍの場合）である。 本発明の実施例２の散乱光の信号に基く演算結果（照射レーザ光波長４８８ｎｍの場合）である。

符号の説明

１ 測定対象物
２ レーザ光源
３ 結像光学系
４ 検出用センサ
５ 計測・評価処理部
７ エンコーダ
８ ステージコントローラ
９ 結晶の状態評価ロジック部

Claims (14)

1. 支持部材により支持された測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光を結像光学系を介して直線状の受光部を有する信号処理部で受光した該散乱光の信号に基いて所定の演算をおこない、測定対象物の結晶の状態を測定する光学的測定方法。
2. 上記演算を散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基におこなうことを特徴とする請求項１に記載の光学的測定方法。
3. 上記演算を散乱光強度の単位面積あたりの平均値と分散値を基におこなうことを特徴とする請求項１に記載の光学的測定方法。
4. 上記結像光学系と受光部の１画素視野が測定結晶サイズの１０倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学的測定方法。
5. 上記レーザ光の波長が４００ｎｍから９００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学的測定方法。
6. 測定対象物が結晶膜付き液晶基板の結晶膜であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学的測定方法。
7. 測定対象物を支持する支持部材と、支持部材により支持された測定対象物の表面に斜め上方から所定の角度で直線状のレーザ光を照射するレーザ照射手段と、測定対象物の表面からの散乱光を結像させる結像光学手段と、結像光学手段を介して直線状の受光部を有し、信号処理部で該散乱光の信号を用いて所定の演算をする手段により測定対象物の結晶の状態を測定することを特徴とする光学的測定装置。
8. 散乱光強度の単位面積あたりの最大値と最小値を基に演算をする手段を含むことを特徴とする測定対象物の結晶の状態を測定することを特徴とする請求項７に記載の光学的測定装置。
9. 平均値と分散値を基に演算する手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の光学的測定装置。
10. 上記結像光学系と受光部の１画素視野を測定結晶サイズの１０倍以上になるように設けたことを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の光学的測定装置。
11. 上記レーザの波長を４００ｎｍから９００ｎｍの範囲に設定することを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の光学的測定装置
12. 測定対象物が結晶膜付き液晶基板の結晶膜であることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の光学的測定装置。
13. 請求項７から１２のいずれかに記載の光学的測定装置を用いて、測定対象物の結晶化工程の工程管理をおこなうことを特徴とする結晶膜付き液晶基板の製造方法。
14. 請求項７から１２のいずれかに記載の光学的測定装置を用いて、測定対象物の結晶化工程の後の製造物の品質管理をおこなうことを特徴とする結晶膜付き液晶基板の製造方法。

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