JP2011192785A - 多結晶シリコン薄膜検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多結晶シリコン薄膜の表面の状態を光学的に観察して、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】本発明では、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、光が照射された多結晶シリコン薄膜の表面から発生する１次回折光の像を撮像し、撮像して得た１次回折光の像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し、画像を処理して検査した１次回折光の像を検査した結果の情報と共に画面上に表示するようにした。
【選択図】図５

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００２−３０５１４６号公報 特開平１０−１４４６２１号公報 特開２００６−１９４０８号公報 特開２００１−３０８００９号公報

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ある不規則に形成されることが知られている。

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だけで、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は記載されていない。

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は記載されていない。

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ない。

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。

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。

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、光照射手段により光が照射された多結晶シリコン薄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薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段と、画像処理手段で処理した１次回折光の像を検査した結果の情報と共に画面上に表示する出力手段とを供えて構成し、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、光が照射された多結晶シリコン薄膜の表面から発生する１次回折光の像を撮像し、撮像して得た１次回折光の像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し、画像を処理して検査した１次回折光の像を検査した結果の情報と共に画面上に表示するようにした。

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検査装置を、表面に多結晶シリコン薄膜が形成された光学的に透明な基板に該基板の一方の面の側から光を照射する光照射手段と、光照射手段により基板の一方の面の側から照射された光により基板と多結晶シリコン薄膜とを透過して基板の他方の面の側に出射した光により他方の面の側に発生した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薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段と、画像処理手段で処理した１次回折光の像を検査した結果の情報と共に画面上に表示する出力手段とを供えて構成し、表面に多結晶シリコン薄膜が形成された光学的に透明な基板に基板の一方の面の側から光を照射し、基板の一方の面の側から照射された光のうち基板と多結晶シリコン薄膜とを透過して基板の他方の面の側に出射した光により他方の面の側に発生した１次回折光の像を撮像し、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薄膜の結晶の状態を検査し、処理した１次回折光の像を検査した結果の情報と共に画面上に表示するようにした。

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、液晶表示パネル用ガラス基板の品質を高く維持することが可能になる。

多結晶シリコン薄膜のＳＥＭ画像である。 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。 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。 多結晶シリコン薄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。 多結晶シリコン薄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。 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。 検査結果を表示する画面の正面図である。 実施例３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。

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。

検査対象の液晶表示パネル用ガラス基板１(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。

図１には、ガラス基板１１上に形成されたアモルファスシリコン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１２になった状態の基板１の断面の模式図を示す。多結晶シリコン薄膜の表面に、ほぼ一定のピッチで突起が薄膜の表面に形成されている（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は、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径によって変わる。
このような周期的なパターン（図１の場合の突起部）を有する試料に光を照射すると、周期的なパターンからは回折光が発生し、乱れのない回折光像を観察することができる。この回折光の発生の仕方は、パターンの周期や照明する光の波長に依存する。一方、図には示していないが、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径がばらついて表面の突起のピッチが乱れた場合、照明により多結晶シリコン薄膜の表面から発生する回折光には乱れが生じ、回折光像が乱れてしまう。

本発明では、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ものである。

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薄膜検査装置１００の全体の構成を図２に示す。

検査装置１００は、基板ロード部１１０、検査部１２０、基板アンロード部１３０、検査部データ処理・制御部１４０及び全体制御部１５０で構成されている。

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)１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１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。

検査対象の基板１は、図示していない搬送手段でロード部１１０にセットされる。ロード部１１０にセットされた基板１は、全体制御部１５０で制御される図示していない搬送手段により検査部１２０へ搬送される。検査部には検査ユニット１２１が備えられており、検査データ処理・制御ユニット１４０で制御されて基板１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１２１で検出されたデータは検査データ処理・制御ユニット１４０で処理されて基板１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。

検査が終わった基板１は、全体制御部１５０で制御される図示していない搬送手段により検査部１２０からアンロード部１３０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１００から取り出される。なお、図２には、検査部１２０に検査ユニット１２１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１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。

検査部１２０における検査ユニット１２１の構成を図３に示す。

検査ユニット１２１は、照明光学系２００、撮像光学系２２０、基板ステージ２４０及び検査部データ処理・制御部１４０で構成されており、検査部データ処理・制御部１４０は図２に示した全体制御部１５０と接続している。

照明光学系２００は、多波長の光を発射する光源２０１、集光レンズ２０２、波長フィルタ２０３、偏光フィルタ２０４、シリンドリカルレンズ２０５を備え、それらが鏡筒部２１０に収納され、鏡筒部２１０は一対のガイドバー２１１で支持されている。

光源２０１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。

波長フィルタ２０３は、検査対象の基板１上に形成された多結晶シリコン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２０１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。

偏光フィルタ２０４は、基板１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１上に形成された多結晶シリコン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。

シリンドリカルレンズ２０５は、光源２０１から発射されて集光レンズ２０２で集光されて平行光となった光を、基板１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に長い形状に成形する。シリンドリカルレンズ２０５で一方向に集光した光を基板１に照射することにより、基板１上の検査領域の照明光量が増加し、撮像光学系２２０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。

撮像光学系２２０は、対物レンズ２２１、波長フィルタ２２２、偏光フィルタ２２３、結像レンズ２２４、イメージセンサ２２５を備え、それらが鏡筒部２３０に収納されている。

対物レンズ２２１は照明光学系２００で照明された基板１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。

波長フィルタ２２２は、対物レンズ２２１で集光された基板１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１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２２２により、基板１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。

偏光フィルタ２２３は、波長選択フィルタ２２２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。

結像レンズ２２４は、基板１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２２２を透過した特定波長の光で偏光フィルタ２２３により偏光の状態が調整された光の像を結像する。

イメージセンサ２２５は、結像レンズ２２４により結像されたシリンドリカルレンズ２０５で照明された基板１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１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。

基板ステージ２４０は上面に検査対照の基板１を載置して、図示していない駆動手段によりＸＹ平面内で移動可能な構成になっている。

検査データ処理・制御部１４０は、イメージセンサ２２５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１４１、A/D変換されたデジタル画像信号を処理する画像処理部１４２、画像処理された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１４３、判定された欠陥の情報を出力する表示画面１４６を備えた入出力部１４５、及び画像処理部１４２、欠陥判定部１４３、入出力部１４５、光源２０１、イメージセンサ２２５、XYステージ２４０を制御する制御部１４７を備えている。また、制御部１４７は全体制御部１５０と接続されている。

このような構成で、照明光学系２００は基板ステージ２４０に載置された基板１を上方から照明し、照明された基板１から発生した１次回折光の像を撮像光学系２２０で撮像し、検査データ処理・制御部１４０で処理して基板１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。

次に、図３に示した構成の検査ユニット１２１で、基板１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。

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１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２００の波長フィルタ２０３による照明波長、偏光フィルタ２０４による偏光条件、及びガイド軸２３１に沿った撮像光学系２２０の取付け角度、撮像光学系２２０の波長フィルタ２２２による検出波長、偏光フィルタ２２３による検出光の偏光条件、結像レンズ２２４による１次回折光像の結像位置などである。これらの条件は、照明光学系２００で照明された基板１を撮像光学系２２０で観察して得た１次回折光像を入出力部１４５の表示画面１４６に表示させながら、コントラストの高い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１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。

先ず、撮像シーケンスについて図４Ａ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２２０の視野に入るように制御部１４７でXYステージ２４０を制御して、基板１を初期位置（検査開始位置）に設定する（Ｓ４０１）。

次に、照明光学系２００で多結晶シリコン薄膜を照明し（Ｓ４０２）,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２２０の撮像領域が移動するように、制御部１４７で制御してXYステージ２４０を一定の速度での移動を開始する（Ｓ４０３）。

XYステージ２４０を一定の速度で移動させながら、照明光学系２００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の膜表面の凹凸により発生する１次回折光の像を撮像光学系２２０で撮像し（Ｓ４０４）、イメージセンサ２２５からアナログ信号を出力し、検査データ処理・制御部１４０のA/D変換部１４１に入力する。A/D変換部１４１で変換されたデジタル信号は画像処理部１４２に入力されて制御部１４７を介して得られたXYステージ２４０の位置情報を用いてデジタル画像信号が作成される（Ｓ４０５）。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（Ｓ４０６）。

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（Ｓ４０７）、隣接する検査領域が有る場合には、ＸＹテーブルを隣接する検査領域に移動させて（Ｓ４０８）、Ｓ４０３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（Ｓ４０９），照明を消して（Ｓ４１０）撮像シーケンスを終了する。

次に、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４Ｂを用いて説明する。

撮像シーケンスのデジタル画像作成ステップ（Ｓ４０５）において画像処理部１４２作成されたデジタル画像は欠陥判定部１４３に入力されて（Ｓ４２１）シェーディング補正、平均化処理などの前処理（Ｓ４２２）が行われ、この前処理が行われた画像から画像特徴量が抽出され（Ｓ４２３）、この抽出された画像特徴量が予め設定しておいた基準データと比較されて欠陥が判定される（Ｓ４２４）。判定された欠陥を含むデジタル画像データは入出力部１４５に送れられて１次回折光による画像が、基板１上の位置情報と共に表示部１４６に表示して（Ｓ４２５）画像処理のシーケンスを終了する。この表示部１４６に表示される１次回折光による画像上には、欠陥判定部１４３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１４５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。

表示部１４６に表示する検査結果表示画面６００の一例を図６に示す。
検査結果表示画面６００は、図６に示すように、表示対象基板を指定する、基板指定部６０１、指定した基板の表示の実行を支持する実行ボタン６０２、指定した基板の全体の１次回折光像を表示する基板全体像表示領域６０３、基板全体像表示領域６０３表示された基板の全体の１次回折光像のうち拡大して表示する領域を指定する拡大表示指定手段６０４、拡大表示指定手段６０４で指定された領域の１次回折光像を拡大して表示する１次回折光像拡大表示領域６０５、１次回折光像拡大表示領域６０５に表示された１次回折光像の縦方向の信号を合算した信号を表示する縦方向和信号表示部６０６、１次回折光像拡大表示領域６０５に表示された１次回折光像の横方向の信号を合算した信号を表示する横方向和信号表示部６０７および、基板の検査結果を表示する検査結果表示部６０８が一つの画面上に表示される。基板全体像表示領域６０３表示される基板の全体の１次回折光像には、欠陥判定部３４３で判定した結果が強調されて表示される。すなわち、欠陥判定部３４３で欠陥と判定された領域は、正常と判断された部分と色を変えて表示される。

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、液晶表示パネル用ガラス基板の品質を高く維持することが可能になる。

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２００と撮像光学系２２０との両方に設けた構成を説明したが、これらは必ずしも両方の光学系に必要ではなく、例えば照明光学系２００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、又は撮像光学系２２０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。

さらに、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。

更に、本実施例１においては、図３に基づいて照明光学系２００を基板１に対して垂直な方向に配置して、基板１に対して垂直な方向から照明する構成で説明したが、照明光学系２００を基板１に対して傾けて、基板１を傾いた方向から照明して撮像光学系２２０で基板１からの１次回折光像を撮像するような構成にしてもよい。

基板１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を照明光で照明すると、前述したように、多結晶シリコン薄膜の結晶の状態に応じた散乱光が発生する。

例えば、エキシマレーザアニールにより多結晶シリコン薄膜上に微細な突起が５００nmのピッチで形成された状態で波長５００nmの光を照射した場合、１次回折光は正反射光の光軸方向に対して９０度傾いた方向に発生する。また、エキシマレーザによるアニールの条件が変化して多結晶シリコン薄膜上に微細な突起が８００nmのピッチで形成された場合には、照明による１次回折光は正反射光の光軸方向に対して約４０度傾いた方向に発生する。突起の間隔が更に大きくなると正反射光の方向に対する１次回折光の傾き角は更に小さくなり、多様な突起ピッチに対応するためには、１次回折光を検出する範囲は、正反射光の方向に対して５度から９０度の範囲をカバーできるような構成にしておく必要がある。

このように、結晶粒径に応じて、又は照明光の波長に応じて１次回折光が発生する角度が変化するために、照明光学系と撮像光学系との相対的な角度配置が変更できるような構成にしておいた方が微細な突起のピッチの多様な寸法に対応することができる。しかし、この場合、照明光学系と撮像光学系とを実施例１の場合のように基板１の同じ側に配置しようとすると互いに干渉してしまう恐れがある。そのために、照明光学系と撮像光学系とを共に複雑な光学系で構成しなければならなくなってしまう。

そこで、第２の実施例においては、図２に示した検査装置１００の検出部１２０に配置された検査ユニット１２１を図５に示すような構成の検査ユニット１２２に置き換えた例を説明する。検査ユニット１２２の構成は、図５に示したように、照明光学系５００を基板１の裏側に配置して基板１に裏側から照明光を照射し、基板を透過した光により周期的なパターンから発生する回折光を基板１の表面側に配置した撮像光学系５２０で検出するように構成して、多結晶シリコン薄膜に形成された微細な突起のピッチの多様な寸法に対応することができるようにした。

基板１に対して照明光学系５００と撮像光学系５２０とをこのように配置することにより、照明光学系５００と撮像光学系５２０との間に装置構成上の干渉の問題が発生しないので、照明光学系５００と撮像光学系５２０との相対的な角度配置の変更を比較的容易に実現することができる。
図５に示した実施例２における検査ユニット１２２は、図３を用いて説明した実施例１における検査ユニット１２１と基本的には同じ構成を備えている。すなわち、検査ユニット１２２は、照明光学系５００、検出光学系５２０、基板ステージ５４０及び検査部データ処理・制御部５４０を備えており、検査部データ処理・制御部５４０は図２に示した全体制御部１５０と接続している。

照明光学系５００は、実施例１で説明した照明光学系２００と基本的には同じ構成を有しており、多波長の光を発射する光源５０１、集光レンズ５０２、波長フィルタ５０３、偏光フィルタ５０４、シリンドリカルレンズ５０５を備え、それらが鏡筒部５１０に収納され、鏡筒部５１０は一対のガイド軸５１１で支持されている。

光源５０１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。

波長フィルタ５０３は、検査対象の基板１上に形成された多結晶シリコン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５０１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。

偏光フィルタ５０４は、基板１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１上に形成された多結晶シリコン薄膜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。

シリンドリカルレンズ５０５は、光源５０１から発射されて集光レンズ５０２で集光された光を、基板１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調整する。

撮像光学系５２０は、実施例１で説明した撮像光学系２２０と基本的には同じ構成を有しており、対物レンズ５２１、波長フィルタ５２２、偏光フィルタ５２３、結像レンズ５２４、イメージセンサ５２５を備え、それらが鏡筒部５３０に収納され、鏡筒部５３０は一対のガイド軸５３１で支持されている。

対物レンズ５２１は照明光学系５００で照明された基板１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。

波長フィルタ５２２は、対物レンズ５２１で集光された基板１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１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。

偏光フィルタ５２３は、波長選択フィルタ５２２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。

結像レンズ５２４は、基板１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５２２を透過した特定波長の光で偏光フィルタ５２３により偏光の状態が調整された光の像を結像する。

イメージセンサ５２５は、結像レンズ５２４により結像された基板１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。

基板ステージ５４０は上面に検査対照の基板１を載置して、図示していない駆動手段によりＸＹ平面内で移動可能な構成になっている。基板ステージ５４０は中央部に空洞部５４１が設けられており、基板１を周辺部で支える構成になっている。

照明光学系５００は基板ステージ５４０の下部に配置されていて、空洞部５４１を通して基板ステージ５４０に載置された基板１を裏面から照明する。

このような構成で、照明光学系５００の光源５０１から光を発射して、基板１の裏側から照明すると、照明光は基板１のガラス材を透過し、更に基板１上に形成されたシリコン薄膜も透過する。このとき、シリコン膜の一部のエキシマレーザでアニールされて多結晶化した領域を照明すると、多結晶シリコン薄膜の状態に応じた散乱光、即ち実施例１で説明したように、多結晶シリコン薄膜上に一定のピッチで形成された微小な突起により１次回折光を含む高次の回折光が発生する。撮像光学系５２０ではこの１次回折光の像を撮像する。

この１次回折光の像を撮像光学系５２０で撮像して得た信号を、検査部データ処理・制御部のＡ/Ｄ変換器５４１でＡ/Ｄ変換し、画像処理部５４２でデジタル画像を形成し、欠陥判定部５４３で欠陥を判定し、入出力部５４５の表示画面５４６に結果を表示する処理、及び制御部５４７の動作は実施例１で説明したものと同じであるので省略する。

また、実施例２における撮像シーケンス及び画像処理のシーケンスは、実施例１で図４Ａ及びＢ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。

図５に示した本実施例における構成においては、照明光学系５００の鏡筒５１０が１対のガイド軸５１１に沿って基板１の表面を回転の中心として移動できる構成になっており、また、撮像光学系５２０の鏡筒５３０も１対のガイド軸５３１に沿って照明光学系５００の鏡筒５１０と同様に基板１の表面を回転の中心として移動できる構成になっている。そして、鏡筒５１０の回転の中心と鏡筒５３０の回転の中心とは共通になるように１対のガイド軸５１１と１対のガイド軸５３１とは接地されている。

照明光学系５００と撮像光学系５２０とをこのような可動構成とすることにより、基板１に形成された多結晶シリコン薄膜の特性に応じて、又は、波長選択フィルタ５０３で選択した波長に応じて、照明光学系５００と撮像光学系５２０との相対的な角度配置の変更が行えるようにした。

本実施例においては、照明光学系５００と撮像光学系５２０との両方を可動な構成とすることで説明した波、本発明はこれに限るものではなく、照明光学系５００又は撮像光学系５２０の何れか一方を可動な構成とすることでも、目的は達成できる。

本実施例２における検査結果を表示画面５４６に表示する方法は、実施例１で図６を用いて説明したものと同様であるので、説明を省略する。

上記した構成で検査することにより、本実施例２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、液晶表示パネル用ガラス基板の品質を高く維持することが可能になる。

なお、本実施例２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５００と撮像光学系５２０との両方に設けた構成を説明したが、これらは必ずしも両方の光学系に必要ではなく、例えば照明光学系５００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、又は撮像光学系５２０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両方の光学系にも設けるようにしても良い。

さらに、照明光学系５００にシリンドリカルレンズ５０５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。

更に、本実施例２においては、図５に基づいて照明光学系５００を基板１に対して裏側の斜め方向に配置して、基板１に対して斜めの方向から照明する構成で説明したが、照明光学系５００を基板１に対して裏側の垂直な方向に取付けて、基板１の裏側を垂直な方向から照明して基板１を透過した光による１次回折光像を撮像するような構成にしてもよい。

実施例１の撮像光学系２２０及び実施例２の撮像光学系５２０においては、何れも基板１からの１次回折光パターンを検出する構成で説明したが、本実施例では、これらの撮像光学系２２０又は５２０を図７に示すような、撮像光学系７２０に空間フィルタ７２６を設置して、照明光学系７００から発射された照明光で照明された基板１から発生する１次回折光パターンを遮光して基板からの散乱光を検出する構成と置き換えた場合について説明する。照明光学系７００や検査データ処理・制御部７４０の構成は実施例１及び実施例２で説明したものと同じ構成なので図示及び説明を省略する。図７に示した構成においては、照明光学系７００を図３に示した実施例１の場合と同様に、基板１に対して撮像光学系７２０と同じ側に配置した構成を示したが、図５に示した実施例２の場合と同様に、基板１に対して撮像光学系７２０と反対側に配置しても良い。

図７に示した撮像光学系７００の構成は、実施例１の撮像光学系２２０及び実施例２の撮像光学系５２０と、空間フィルタ７２６を設置した以外は同じである。即ち、検出光学系７２０は、対物レンズ７２１、波長フィルタ７２２、偏光フィルタ７２３、空間フィルタ７２６、結像レンズ７２４、イメージセンサ７２５を備え、それらが鏡筒部７３０に収納されている。

ここで、空間フィルタ７２６は、対物レンズ７２１の瞳位置と等価な位置に設置されており、照明光により照明された基板１からの１次回折光によるパターンが形成される位置に設置される。

結像レンズ７２４は空間フィルタ７２６が設置された対物レンズ７２１の瞳位置と等価な位置の像をイメージセンサ７２５上に結像するように設置されている。

このような撮像光学系７２０を図３に示した撮像光学系２２０、又は是５に示した撮像光学系５２０と置き換えると、照明光学系７００により照明光が照射された基板１の表面からの反射光により発生して対物レンズ７２１に入射した１次回折光による回折光パターンが対物レンズの瞳面上に形成される。

ここで、空間フィルタ７２６には、基板１上に形成された規則的な(等ピッチに形成された)凹凸パターンからの反射光により対物レンズの瞳面上に形成される回折光パターンを遮光するように遮光パターン７２７が形成されており、基板１の表面の規則的な凹凸パターンからの反射光による１次回折光パターンが遮光される。

一方、基板１の表面の凹凸パターンが規則的に形成されていない場合（基板表面の多結晶シリコン膜の結晶粒径が均一でない場合）、対物レンズ７２１の瞳面上には基板１の表面の凹凸パターンからの１次回折光による光パターンが形成されず、凹凸パターンからの１次回折光は空間フィルタ７２６を透過する。この場合、空間フィルタ７２６を透過した１次回折光の像が結像レンズ７２４によりイメージセンサ７２５上に結像する。

本実施例においては、このイメージセンサ７２５で検出された空間フィルタ７２６を透過した１次回折光の像により、基板１上に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。検査欠陥の画面上への出力表示は実施例１及び２の場合と同様なので説明を省略する。

1・・・基板 １００・・・検査装置 １２０・・・検査部 １２１，１２２・・・検査ユニット １４０，５４０・・・検査データ処理・制御部 １５０・・・全体制御部 ２００，５００，７００・・・照明光学系 ２０１，５０１・・・光源 ２０５，５０５・・・シリンドリカルレンズ ２２０，５２０，７２０・・・撮像光学系 ２２１，５２１・・・対物レンズ ２２４，５２４・・・結像レンズ ２２５，５２５イメージセンサ １４１，５４１・・・Ａ/Ｄ変換部 １４２，５４２・・・画像処理部 １４３，５４３・・・欠陥判定部 １４５，５４５・・・入出力部 １４６，５４６・・・表示画面 ７２６・・・空間フィルタ。

Claims (19)

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光が照射された前記多結晶シリコン薄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、
   該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薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段と、
   該画像処理手段で処理した前記１次回折光の像を前記検査した結果の情報と共に画面上に表示する出力手段と
   を供えたことを特徴とする多結晶シリコン薄膜検査装置。
2. 前記光照射手段は、前記基板に垂直方向から光を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薄膜検査装置。
3. 表面に多結晶シリコン薄膜が形成された光学的に透明な基板に該基板の一方の面の側から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の一方の面の側から照射された光により前記基板と前記多結晶シリコン薄膜とを透過して前記基板の他方の面の側に出射した光により前記他方の面の側に発生した１次回折光の像を撮像する撮像手段と、
   該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薄膜の結晶の状態を検査する画像処理手段と、
   該画像処理手段で処理した前記１次回折光の像を前記検査した結果の情報と共に画面上に表示する出力手段と
   を供えたことを特徴とする多結晶シリコン薄膜検査装置。
4. 前記照明手段は、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又は３に記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
5. 前記照明手段は、波長を選択した光を前記基板に照射することを特徴とする請求項４記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
6. 前記撮像手段は偏光フィルタを備え、前記基板からの反射光の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５記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
7. 前記撮像手段は空間フィルタを備え、前記基板表面の多結晶シリコン膜から発生した１次回折光の像のうち一定のピッチで形成された１次回折光の像を前記空間フィルタで遮光し、該空間フィルタで遮光されなかった１次回折光の像を撮像することを特徴とする請求項１又は３に記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
8. 前記撮像手段は波長選択フィルタを備え、該波長選択フィルタで前記光照射手段により照射された光以外の波長の光を遮光して前記１次回折光の像を撮像することを特徴とする請求項１又は３又は５に何れかに記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
9. 前記照明手段と前記撮像手段とは、前記基板の表面を回転の中心として相互の位置を相対的に変更可能な構成を有していることを特徴とする請求項１又は３に記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
10. 前記基板を載置して、ＸＹ平面内で移動可能なテーブル手段を更に供えたことを特徴とする請求項１又は３に記載の多結晶シリコン薄膜検査装置。
11. 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、
    該光が照射された前記多結晶シリコン薄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次回折光の像の画像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し、
    該画像を処理して検査した前記１次回折光の像を前記検査した結果の情報と共に画面上に表示する
    ことを特徴とする多結晶シリコン薄膜検査方法。
12. 前記光を、前記基板に対して垂直方向から照射することを特徴とする請求項９記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
13. 表面に多結晶シリコン薄膜が形成された光学的に透明な基板に該基板の一方の面の側から光を照射し、
    該基板の一方の面の側から照射された光のうち前記基板と前記多結晶シリコン薄膜とを透過して前記基板の他方の面の側に出射した光により前記他方の面の側に発生した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薄膜の結晶の状態を検査し、
    前記処理した１次回折光の像を前記検査した結果の情報と共に画面上に表示する
    ことを特徴とする多結晶シリコン薄膜検査方法。
14. 前記基板に照射する光は、一方向に長い形状に成形した光であることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
15. 前記基板に照射する光は、偏光の状態が調整された光であることを特徴とする請求項１３に記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
16. 前記基板に照射する光は、波長が選択された光であることを特徴とする請求項１４に記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
17. 前記基板表面の多結晶シリコン膜から発生した１次回折光の像のうち一定のピッチで形成された１次回折光の像を空間フィルタで遮光し、該空間フィルタで遮光されなかった１次回折光の像を撮像することを特徴とする請求項１０又は１２に記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
18. 前記基板に照射された光と同じ波長以外の光を遮光して前記１次回折光の像を撮像することを特徴とする請求項１０又は１２又は１５の何れかに記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。
19. 前記光を基板に照射する方向と前記１次回折光の像を撮像する方向とは、前記基板の表面を回転の中心として相互の位置を相対的に変更可能であることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の多結晶シリコン薄膜検査方法。

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