JP2013258181A - 多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多結晶シリコン膜の膜厚の変動の影響を受けることなく、多結晶シリコン膜の結晶の状態を検査することを可能にする。
【解決手段】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、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、光が照射された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、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、検出した透過光の情報に基づいて形成された画像の補正量を求め、この求めた画像補正量に基づいて形成した画像を補正し、この補正された多結晶シリコン膜の画像を画面上に表示する多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置とした。
【選択図】図７

Description

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。

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次回折句を検出して、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。

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 特開２０１１−１９２７８５号公報

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。
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。

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、多結晶シリコン膜の表面の画像を検出して多結晶シリコン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。

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、多結晶シリコン膜の膜厚の変動により回折光強度に変化が生じることの影響については考慮されていない。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、多結晶シリコン膜の膜厚の変動の影響を受けることなく、多結晶シリコン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膜の検査方法及びその装置を提供するものである。

上記した課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン膜検査装置を、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、光照射手段により光が照射された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、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、透過光検出手段で検出した透過光の情報に基づいて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、この画像補正量算出手段で求めた画像補正量に基づいて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、この画像補正手段で補正された多結晶シリコン膜の画像を画面上に表示する表示手段とを備えて構成した。

また、上記した課題を解決するために、本発明では、多結晶シリコン膜検査方法において、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、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、光が照射された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、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、検出した透過光の情報に基づいて形成された画像の補正量を求め、この求めた画像補正量に基づいて形成した画像を補正し、この補正された多結晶シリコン膜の画像を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膜の結晶の状態を、多結晶シリコン膜の結晶の状態を膜厚のばらつきの影響を受けることなく検査することが可能になった。また、多結晶シリコン膜の結晶の状態と膜厚のばらつきの状態とを同時に検査することができるようになった。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 多結晶シリコン膜の厚さと多結晶シリコン膜表面に形成された微小突起により発生する１次回折光のパターンを撮像して得られる像の信号強度との関係を示すグラフである。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 実施例２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。 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。

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(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。

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。

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。

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に膜が得られると、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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次回折光を観察することができる。

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の結晶粒径が変化すると共に図２Ａ乃至図２Ｃで説明したように粒径のばらつきが大きくなる。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、多結晶シリコン膜３０１から発生する１次回折光の進行方向が変化すると主にその強度が低下してしまうために、図４に示すように撮像カメラ３２０で検出される１次回折光の輝度が減少する。

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。これを図で表すと、図５のようになる。すなわち、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次回折光の強度が弱くなっていく。

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、多結晶シリコン膜の膜厚の変化の影響を受けることなく結晶粒径を評価できるようにした、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。
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。

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膜検査装置６００の全体の構成を図６に示す。

多結晶シリコン膜検査装置６００は、基板ロード部６１０、検査部６２０、基板アンロード部６３０、検査部データ処理・制御部６４０及び全体制御部６５０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)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６００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。

検査対象の基板３００は、図示していない搬送手段でロード部６１０にセットされる。ロード部６１０にセットされた基板３００は、全体制御部６５０で制御される図示していない搬送手段により検査部６２０へ搬送される。検査部には検査ユニット６２１が備えられており、検査データ処理・制御ユニット６４０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６２１で検出されたデータは検査データ処理・制御ユニット６４０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。

検査が終わった基板３００は、全体制御部６５０で制御される図示していない搬送手段により検査部６２０からアンロード部６３０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６００から取り出される。なお、図６には、検査部６２０に検査ユニット６２１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。

検査部６２０における検査ユニット６２１の構成を図７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。

検査ユニット６２１は、照明光学系７１０、撮像用カメラ７２０、透過光検出用カメラ７３０、基板ステージ部７４０、検査部データ処理部７５０、入出力部７６０、及び制御部７７０で構成されており、制御部７５０は図６に示した全体制御部６５０と接続している。

照明光学系７１０は、波長λの光を発射する光源７１１、光源７１１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７４１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７１２を備えている。

波長λの光は、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の光であり、光源７１１には、例えば、レーザダイオードを用いる。

シリンドリカルレンズ７１２は、光源７１１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７１２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上の検査領域の照明光量が増加し、撮像光学系７２０でコントラストの高い画像を検出することができる。

撮像用カメラ７２０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。

撮像用カメラ７２０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７２０は、シリンドリカルレンズ７１２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７２０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。

すなわち、撮像用カメラ７２０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。
透過光検出用カメラ７３０は、光源７１１から発射されて基板３００を透過した光を検出する。

基板ステージ部７４０は、駆動手段７４２によりＸＹ平面内で移動可能なステージ７４１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７４２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。

検査データ処理部７５０は、撮像用カメラ７２０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７５１、透過光検出用カメラ７３０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Ａ/Ｄ変換部７５２、Ａ/Ｄ変換部７５１と７５２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処理部７５３、透過光検出用カメラ７３０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７２０で撮像して得た画像の補正量を求める画像補正値算出部７５４、この画像補正値算出部７５４で算出した画像の補正量に基づいて撮像用カメラ７２０で撮像して画像処理部７５２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の結晶の大きさの分布を求めて画像化する処理判定部７５５、処理判定部７５５で処理された結果を表示する表示部７６１を備えた入出力部７６０、光源７１１の電源部７７２、基板ステージ部７４０の駆動手段７４２を制御する駆動手段制御部７７３、及び、検査データ処理部７５０と出力部７６０と電源部７７２と駆動手段制御部７７３とを制御する制御部７７１とを備えている。
また、制御部７７１は全体制御部６５０と接続されている。

このような構成で、照明光学系７１０は基板ステージ７４１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７２０で撮像すると共に、透過光検出用カメラ７３０で基板３００を透過した光を検出し、検査データ処理７５０で処理して基板３００上に形成された多結晶シリコン膜３０１の結晶粒径の分布を求める。

次に、図７に示した構成の検査ユニット６２１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。

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。

先ず、撮像シーケンスについて図８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７２０の視野に入るように駆動手段制御部７７３で駆動手段７４２を駆動して基板ステージ７４１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（Ｓ８０１）。

次に、電源制御部７７２で光源７１１を制御して、シリンドリカルレンズ７１２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（Ｓ８０２）。照明光学系７１０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７２０の撮像領域が移動するように、駆動手段制御部７７３で駆動手段７４２を制御して基板ステージ７４１を一定の速度での移動を開始する（Ｓ８０３）。
基板ステージ７４１を一定の速度で移動させながら、照明光学系７１０のシリンドリカルレンズ７１２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７２０で撮像する（Ｓ８０４）。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７３０で撮像する（Ｓ８０５）。

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７２０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７３０からの画像信号とは、それぞれ検査データ処理部７５０で処理されてデジタル画像が作成される（Ｓ８０６）。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（Ｓ８０７）。

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（Ｓ８０８）、隣接する未検査領域が有る場合には、基板ステージ７４１を隣接する検査領域に移動させて（Ｓ８０９）、Ｓ８０３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（Ｓ８１０），電源制御部７７２で光源７１１を制御することにより照明を消して（Ｓ８１１）撮像シーケンスを終了する。

次に、Ｓ８０６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９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（Ｓ８０６）において、撮像用カメラ７２０からの画像信号と透過光検出用カメラ７３０からの画像信号とは、それぞれＡ/Ｄ変換器７５１，７５２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７２０からの画像信号は、画像処理部７５３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７５５に入力される（Ｓ９０１）。

一方、Ａ/Ｄ変換された透過光検出用カメラ７３０からの信号は、画像補正値算出部に入力して（Ｓ９０２）、予め求めておいた図１０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（Ｓ９０３）。次に、予め求めておいた図１１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、Ｓ９０２で求めた膜厚のデータから、Ｓ９０１で判定処理部７５５に入力された画像のコントラスト補正値を求める（Ｓ９０４）。

判定処理部７５５では、Ｓ９０４で求めたコントラスト補正値に基づいてＳ９０１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（Ｓ９０５）、これを基板の所定の領域に対して行うことにより、輝度分布図を作成し、この作成した輝度分布図を小領域に分けて各領域ごとに画像特徴量（輝度、コントラストなど）を求め、この特徴量を予め設定した基準値と比較して欠陥領域を抽出する（Ｓ９０６）。

一方、Ｓ９０３において膜厚を求めることを基板の所定の領域に亘って行うことにより、膜厚の分布図を作成する（Ｓ９０７）。最後に、Ｓ９０６で抽出した欠陥領域が表示された輝度分布図とＳ９０７で作成した膜厚の分布図とを同時に、又はどちらか一方ずつを入出力部７６０の表示部７６１に表示して（Ｓ９０８）、画像処理のシーケンスを終了する。

このように、多結晶シリコン膜の膜厚に応じて１次回折光画像のコントラストを補正して表示することにより、膜厚の分布の影響を受けない１次回折光の強度分布の画像を表示できるようになり、１次回折光の強度分布をより正確にとらえることができるようになった。

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。
本実施例においては、照明光学系と、透過光検出用カメラの配置を実施例１の場合と逆にした点が、実施例１と異なる。

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６を用いて説明した構成と同じである。

本実施例においては、検査ユニット６２１の構成が、実施例１で説明した検査ユニット６２１と異なる。

本実施例における検査ユニット６２１と検査データ処理・制御ユニット６４０の構成を、図１２に示す。本実施例における検査ユニット６２１は、照明光学系１２１０と１次回折光の像を撮像する撮像用カメラ１２２０とを基板ステージ部１２４０の基板ステージ１２４１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１２３０を基板３００の裏面側に配置した構成となっている。
また、本実施例における検査データ処理・制御ユニット６４０は、検査部データ処理部１２５０、入出力部１２６０、及び制御部１２７０を備えており、制御部１２７０は図６に示した全体制御部６５０と接続している。

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１２１０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１２２０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。

照明光学系１２１０は、波長λの光を発射する光源１２１１、光源１２１１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１２４１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１２１２を備えている。

波長λの光は、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の光であり、光源１２１１には、例えば、レーザダイオードを用いる。

シリンドリカルレンズ１２１２は、光源１２１１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１２１２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１２２０でコントラストの高い画像を検出することができる。

撮像用カメラ１２２０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。
撮像用カメラ１２２０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１２２０は、シリンドリカルレンズ１２１２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１２２０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。

すなわち、撮像用カメラ１２２０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。

基板ステージの構成及び制御は、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。

実施例２における撮像のシーケンスは、実施例１で図８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。

一方、実施例２における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のシーケンスについて、図１３を用いて説明する。

図８の撮像シーケンスのデジタル画像作成ステップ（Ｓ８０６）において、撮像用カメラ１２２０からの画像信号と透過光検出用カメラ１２３０からの画像信号とは、それぞれ図１２に示したＡ/Ｄ変換器１２５１，１２５２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１２２０からの画像信号は、画像処理部１２５３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１２５５に入力される（Ｓ１３０１）。

一方、Ａ/Ｄ変換された透過光検出用カメラ１２３０からの信号は、膜厚算出部１２５３に入力して（Ｓ１３０２）、予め求めておいた図１０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（Ｓ１３０３）。

次に、予め求めておいた図１４に示すような多結晶シリコン膜３０１の膜厚と１次回折光のコントラストの割合との関係から、Ｓ１３０２で求めた膜厚のデータから、Ｓ１３０１で判定処理部１２５５に入力された画像のコントラスト値を求める（Ｓ１３０４）。

判定処理部１２５５では、Ｓ１３０４で求めたコントラスト補正値に基づいてＳ１３０１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する（Ｓ１３０５）。これを基板の所定の領域に対して行うことにより、輝度分布図を作成し、この作成した輝度分布図を小領域に分けて各領域ごとに画像特徴量（輝度、コントラストなど）を求め、この特徴量を予め設定した基準値と比較して欠陥領域を抽出する（Ｓ１３０６）。
一方、Ｓ１３０３において膜厚を求めることを基板の所定の領域に亘って行うことにより、膜厚の分布図を作成する（Ｓ１３０７）。最後に、Ｓ１３０６で抽出した欠陥領域が表示された輝度分布図とＳ１３０７で作成した膜厚の分布図とを同時に、又はどちらか一方ずつを入出力部１３６０の表示部１３６１に表示して（Ｓ１３０８）、画像処理のシーケンスを終了する。

このように、多結晶シリコン膜の膜厚に応じて１次回折光画像のコントラストを補正して表示することにより、膜厚の分布の影響を受けない１次回折光の強度分布の画像を表示できるようになり、１次回折光の強度分布をより正確にとらえることができるようになった。

上記した構成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、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、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。

３００…基板 ６００…検査装置 ６２０…検査部 ６２１…検査ユニット ６４０…検査データ処理部 ６５０…全体制御部 ７１０，１２１０…照明光学系 ７１２，１２１２…シリンドリカルレンズ ７２０，１２２０…撮像用カメラ ７４０…基板ステージ部 ７３０、１２３０…透過光検出用カメラ ７５０，１２５０…検査データ処理部 ７５５，１２５５…判定処理部 ７６０，１２６０…入出力部。

Claims (10)

1. 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、
   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、
   該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を画面上に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。
2. 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記載の多結晶シリコン膜の検査装置。
3. 前記画像補正量算出手段は、予め求めておいた前記多結晶シリコン膜の膜厚と前記光照射手段により照射された光の透過光量との関係、及び前記多結晶シリコン膜の膜厚と前記１次回折光の像のコントラストの関係に基づいて、前記透過光検出手段で検出した透過光量の情報から前記画像形成手段で形成された画像の補正量を求め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。
4. 前記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基板上に形成された多結晶シリコン膜の膜厚分布を求める膜厚分布算出手段を更に備え、前記表示手段は、前記補正された多結晶シリコン膜の画像と前記膜厚分布算出手段で算出した多結晶シリコン膜の膜厚分布を示す画像を表示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。
5. 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、
   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、
   前記撮像して得た前記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した画像を補正し、
   該補正された前記多結晶シリコン膜の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。
6. 前記光を照射する工程は前記表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に該基板の裏側から光を照射し、前記撮像する工程は前記裏側から照射されて前記基板を透過した光により発生した１次回折光の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膜の検査方法。
7. 前記光を照射する工程は、前記表面に多結晶シリコン膜が形成された基板に該基板の表側から光を照射し、前記撮像する工程は前記表側から照射された光により発生した１次回折光の像を撮像し、前記透過した光を検出する工程は前記表側から照射されて前記基板の裏側に透過した光を検出することを特徴とする請求項５記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
8. 前記光を照射する工程は、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５記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
9. 前記画像の補正量を求める工程において、予め求めておいた前記多結晶シリコン膜の膜厚と前記光照射手段により照射された光の透過光量との関係、及び前記多結晶シリコン膜の膜厚と前記１次回折光の像のコントラストの関係に基づいて、前記透過光を検出する工程で検出した透過光量の情報から前記形成された画像の補正量を求めることを特徴とする請求項５記載の多結晶シリコン膜の検査方法。
10. 前記透過した光を検出する工程で検出した前記透過光の情報に基づいて前記基板上に形成された多結晶シリコン膜の膜厚分布を求める工程を更に備え、前記画面上に表示する工程において、前記画像を補正する工程で補正された多結晶シリコン膜の画像と前記膜厚分布を求める工程で求めた多結晶シリコン膜の膜厚分布を示す画像とを画面上に表示することを特徴とする請求項５記載の多結晶シリコン膜の検査方法。

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