JP2014063943A - Method for inspecting polycrystalline silicon film and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
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結晶の状態を検査する方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a state of a polycrystalline silicon film crystal obtained by polycrystallizing an amorphous silicon film formed on a substrate by laser annealing.
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。
Thin film transistors (TFTs) used for liquid crystal display elements and organic EL elements are polycrystallized by annealing a part of amorphous silicon formed on a substrate at low temperature with an excimer laser in order to ensure high-speed operation. Formed in the region.
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。
As described above, when a part of amorphous silicon is annealed at a low temperature with an excimer laser to be polycrystallized, it is required to uniformly polycrystallize. In practice, however, the crystal varies due to the influence of the fluctuation of the laser light source. May occur.
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。
Therefore, as a method of monitoring the occurrence state of the variation of the silicon crystal,
また、特許文献2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。
Further,
更に、特許文献3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。
Further, in Patent Document 3, a polycrystalline silicon film formed by irradiating an excimer laser on an amorphous silicon film is irradiated with inspection light, and diffracted light from the polycrystalline silicon film is monitored by a diffracted light detector. By utilizing the fact that the intensity of diffracted light generated from a region with a regular fine concavo-convex structure with high crystallinity in a crystalline silicon film is higher than the intensity of diffracted / scattered light from a region with low crystallinity, polycrystalline silicon It is described to inspect the condition of the membrane.
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。
Thin film transistors (TFTs) used for liquid crystal display elements, organic EL elements, and the like are often manufactured by irradiating a part of an amorphous silicon thin film formed on a substrate with an excimer laser and annealing in order to ensure high-speed operation. It is formed in the crystallized region.
It is known that the surface of a polycrystalline silicon film (polysilicon film) formed by irradiating with this excimer laser is annealed with a period having fine irregularities. These fine protrusions reflect the degree of crystallinity of the polycrystalline silicon film, and there are fine irregularities on the surface of the polycrystalline silicon film having a uniform crystal state (with a uniform polycrystalline grain size). It is known that fine irregularities are irregularly formed on the surface of a polycrystalline silicon film which is periodically formed with a certain regularity and whose crystal state uniformity is low (polycrystalline grain size is not uniform). .
従って、多結晶シリコン膜の表面の突起の不規則性、即ち多結晶シリコン膜の多結晶粒径のムラを確実に検出して、検査することの要求がある。 Therefore, there is a need to reliably detect and inspect irregularities of protrusions on the surface of the polycrystalline silicon film, that is, unevenness in the polycrystalline grain size of the polycrystalline silicon film.
この要求に対して、特許文献1には、レーザアニールした領域に照射光を照射し、結晶の状態が反映される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。しかし、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の記載はなく、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。
In response to this requirement,
また特許文献2には、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検査することが記載されている。しかし、特許文献1と同様に、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の記載はなく、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。
In
更に、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。しかし、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、回析光を如何に感度良く検出するかについての光学系の記載もない。 Further, Patent Document 3 describes detecting diffracted light generated by protrusions on the surface of a polycrystalline silicon film formed by laser annealing. However, the intensity level of the diffracted light detected by the diffracted light detector is monitored to inspect the state of the polycrystalline silicon film, and the optical system describes how to detect the diffracted light with high sensitivity. Nor.
従って、本発明の目的は、多結晶シリコン膜表面の突起により発生する一次回折光を効率よく検出できる光学系を備える多結晶シリコン膜検査方法及びその装置を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a polycrystalline silicon film inspection method and an apparatus having an optical system that can efficiently detect first-order diffracted light generated by protrusions on the surface of the polycrystalline silicon film.
上記した目的を達成するために、本発明は、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、ガラス基板の表面に多結晶シリコン膜が形成された形成基板を保持する検査ステージと、該多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度で該多結晶シリコン膜に光を照射する照射手段と、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次回折光を前記法線方向に対して所定の受光角度で検出する撮像手段と、を備える検査光学系と、該検査光学系で得られた該1次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has at least the following features.
The present invention relates to an inspection stage for holding a formation substrate having a polycrystalline silicon film formed on the surface of a glass substrate, and light within a predetermined light irradiation angle range with respect to the normal direction of the annealing direction of the polycrystalline silicon film. Irradiation means for irradiating light to the polycrystalline silicon film at an irradiation angle, and detecting first-order diffracted light generated from the surface of the polycrystalline silicon film irradiated with the light at a predetermined light receiving angle with respect to the normal direction An inspection optical system, and an inspection unit that inspects the state of the polycrystalline silicon film based on the intensity of the first-order diffracted light obtained by the inspection optical system. .
また本発明は、ガラス基板表面に形成された多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度を持って該多結晶シリコン膜に光を照射し、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次回折光を所定の受光角度で検出し、該検出して得られた該1次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査することを特徴とする。 The present invention also irradiates the polycrystalline silicon film with light having a light irradiation angle within a predetermined light irradiation angle range with respect to the normal direction of the annealing direction of the polycrystalline silicon film formed on the glass substrate surface. Detecting the first-order diffracted light generated from the surface of the polycrystalline silicon film irradiated with the light at a predetermined light receiving angle, and based on the intensity of the first-order diffracted light obtained by the detection, the polycrystalline silicon It is characterized by inspecting the state of the film.
さらに、前記光照射角度範囲は、±30度内であってもよく、特に、前記光照射角度と前記受光角度は、前記法線方向に対して共に零度であってもよい。 Further, the light irradiation angle range may be within ± 30 degrees, and in particular, the light irradiation angle and the light receiving angle may both be zero degrees with respect to the normal direction.
本発明によれば、多結晶シリコン膜をアニールするアニール方向に対し、直方向を中心にして所定の角度で照射及び受光する光学系により、多結晶シリコン膜表面の突起により発生す一次回折光を効率よく検出できる多結晶シリコン膜の検査方法及びその装置を提供できる。 According to the present invention, the first-order diffracted light generated by the projections on the surface of the polycrystalline silicon film is generated by the optical system that irradiates and receives the light at a predetermined angle with respect to the annealing direction for annealing the polycrystalline silicon film. An inspection method and apparatus for a polycrystalline silicon film that can be detected efficiently can be provided.
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。
As an embodiment of the present invention, an example applied to an apparatus for inspecting a polycrystalline silicon thin film formed on a glass substrate for a liquid crystal display panel will be described.
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。なお、アモルファスシリコンの薄膜が形成された基板を形成基板という。 A glass substrate for a liquid crystal display panel to be inspected (hereinafter referred to as a substrate) has an amorphous silicon thin film formed on the substrate. By irradiating the excimer laser to a part of the thin film of the amorphous silicon and scanning, the portion of the amorphous silicon irradiated with the excimer laser is heated and melted (annealed), and after the excimer laser is scanned, The molten amorphous silicon is gradually cooled to be polycrystallized, and crystals grow in the state of polycrystalline silicon. A substrate on which an amorphous silicon thin film is formed is referred to as a formation substrate.
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。 The graph of FIG. 1 shows an approximate relationship between the irradiation energy of the excimer laser when the amorphous silicon is annealed by the excimer laser and the crystal grain size of the polycrystalline silicon. When the excimer laser irradiation energy during annealing is increased, the crystal grain size of polycrystalline silicon also increases.
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。
When the irradiation energy of the excimer laser at the time of annealing is weak (range A in FIG. 1), as shown in FIG. 2A, the grain size of the
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。
On the other hand, when the energy of the excimer laser at the time of annealing is set to an appropriate range (range B in FIG. 1), a polycrystalline silicon film having a relatively uniform grain size of
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。
When the irradiation energy of the excimer laser at the time of annealing is further increased (range C in FIG. 1), the crystal grain size of polycrystalline silicon becomes larger. However, when the irradiation energy is increased, the variation in the growth rate of crystal grains increases, and as shown in FIG. 2C, the
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。 Accordingly, it is important to stably maintain the energy of the excimer laser irradiated to the amorphous silicon within the range of B in FIG.
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。 On the other hand, as described in Patent Document 3, it is known that a minute projection is formed at a crystal grain boundary in a polycrystalline silicon film formed by annealing amorphous silicon with an excimer laser.
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。
When the glass substrate 303 on which such a
図3に示した構成において、形成基板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,形成基板300を照射する光の形成基板300の法線方向からの角度をθi、形成基板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 ・・・(数式1)
という関係が成り立つ。
In the configuration shown in FIG. 3, the wavelength of the light irradiating the
sinθi + sinθo = λ / P (Equation 1)
This relationship holds.
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。
Therefore, it is generated by light having a wavelength λ emitted from the
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、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。
On the other hand, the crystal grain size of the
図4は、図2Bで示した結晶202の粒径が比較的揃った多結晶シリコン膜の輝度像による結晶粒界を示した図である。白い丸印や破線状の黒点は輝度の高い所を示しており、輝度の高い所を結ぶ線が結晶粒界を形成している。図2Bと比較して解るように、結晶粒界は、突状部302に沿って形成される。なお、Pは粒径のピッチを示す。
FIG. 4 is a diagram showing a crystal grain boundary based on a luminance image of a polycrystalline silicon film in which the
図5は、図2Bに示すように粒径の揃った同一試料において、図6に示すアニール方向に対する検査光学系の光照射角度αに対する最大1次回析光強度を示したグラフである。図6は、エキシマレーザELA(exicimer laser annealing)によるアニール方向に対する1次回析光強度検出する検査ユニットの検査光学系を示す図である。 FIG. 5 is a graph showing the maximum first-order diffracted light intensity with respect to the light irradiation angle α of the inspection optical system with respect to the annealing direction shown in FIG. 6 in the same sample having a uniform particle size as shown in FIG. 2B. FIG. 6 is a diagram showing an inspection optical system of an inspection unit that detects the intensity of the first-order diffraction light in the annealing direction by excimer laser ELA (exicimer laser annealing).
検査光学系330は、図3に示した構成を備えており、照射手段である光源310及び撮像手段である撮像カメラ320は、アニール方向の法線方向に対してそれぞれ光照射角度α(度)、受光角度β(度)を持って配置されている。
The inspection
1次回析光強度は、図4に示す結果では、アニール方向に対して一見関係性がないように見えるが、図5の結果が示すように、アニール方向に対する検出光学系330の光照射角度α(6図参照)に依存することが分かった。
In the result shown in FIG. 4, the first-order diffracted light intensity seems to have no apparent relationship with the annealing direction, but as shown in the result of FIG. 5, the light irradiation angle α of the detection
1次回析光強度を検出するための最適光照射角度αは、アニール方向に対して法線方向、即ち90度である。光照射角度αの許容範囲(αmin,αmax)は、当然粒径を検出可能な1次回析光強度に依存する。粒径を検出可能な1次回析光強度は、最大(又は平均)1次回析光強度に規定され、最大または平均1次回析光強度はエキシマレーザの照射エネルギ等に依存する。従って、当該許容範囲は一概に言えないが、例えば(-30度、30度)で可能であった。また、光照射角度αと検出角度βは、法線方向に対して必ずしも対称である必要がないが、検出角度βは、少なくとも所定の粒径の1次回析光強度を得られるように、光照射角度αに応じて設定する。 The optimum light irradiation angle α for detecting the first-order analysis light intensity is the normal direction to the annealing direction, that is, 90 degrees. The allowable range (αmin, αmax) of the light irradiation angle α naturally depends on the intensity of the first-order analysis light that can detect the particle size. The primary analysis intensity at which the particle size can be detected is defined as the maximum (or average) primary analysis intensity, and the maximum or average primary analysis intensity depends on the irradiation energy of the excimer laser. Therefore, although the permissible range cannot be generally described, it was possible at (−30 degrees, 30 degrees), for example. In addition, the light irradiation angle α and the detection angle β are not necessarily symmetrical with respect to the normal direction, but the detection angle β is a light beam so that at least a primary diffraction intensity with a predetermined particle diameter can be obtained. It is set according to the irradiation angle α.
本発明では、1次回析光強度を検出するにあたり、検査光学系をアニール方向に対して、光照射角度を前記許容範囲である光照射角度範囲内に入るように設定して、検査する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。特に、アニール方向に対して、光照射角度及び検出角度を法線方向(90度)に設定することが好ましい。 In the present invention, when detecting the primary analysis light intensity, a polycrystal to be inspected by setting the inspection optical system so that the light irradiation angle is within the light irradiation angle range which is the allowable range with respect to the annealing direction. A silicon film inspection method and apparatus are provided. In particular, it is preferable to set the light irradiation angle and the detection angle in the normal direction (90 degrees) with respect to the annealing direction.
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
図7は、本発明の第1の実施例であ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の全体の構成を示す。
Example 1
FIG. 7 shows the entire configuration of a polycrystalline silicon
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。
The polycrystalline silicon
検査対象の液晶表示パネル用ガラス基板の形成基板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光を照射して走査し加熱することにより、加熱してアニールしたものである。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、形成基板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。
The
検査対象の形成基板300は、図示していない搬送手段で、図6に示すように検出光学系に対してアニール方向が所定の角度になるように、基板ロード部610にセットされる。基板ロード部610にセットされた形成基板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620には検査ユニット621が備えられており、検査データ処理・制御部640で制御されて形成基板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・制御部640で処理されて、形成基板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。
The
検査が終わった形成基板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7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、検査対象の形成基板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。
The formed
図8は、検査部620における検査ユニット621及び検査データ処理・制御部640の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the
本実施例においては、照明光学系を形成基板300の表面側に配置し、検出系を形成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。
In this embodiment, the illumination optical system is arranged on the front side of the
検査ユニット621は、照明手段である照明光学系710と撮像手段である撮像用カメラ720とを備える検査光学系730と、検査ステージ部740とで構成されている。検査光学系730は、図6において、α=90度になるように設定されている。
The
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、検査ステージ部741に保持されている形成基板300に照射するシリンドリカルレンズ712を備えている。
The illumination
検査光の波長λの光は、300nm〜600nmの範囲の波長の青光又は緑光であり、光源711には、レーザダイオード又はLED(Light Emitting Diode)を用いる。本実施例では、エキシマレーザELAを用いる。
The light having the wavelength λ of the inspection light is blue light or green light having a wavelength in the range of 300 nm to 600 nm, and a laser diode or LED (Light Emitting Diode) is used as the
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、形成基板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形成基板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、形成基板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。
The
撮像用カメラ720は、照明光が照射された形成基板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、形成基板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、照明された形成基板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P(図4参照)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。
The
撮像用カメラ720は、形成基板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。
The
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P(図4参照)と、照明光の波長λ、及び照明光の形成基板300への入射角度θ1により、数式1の関係に基づいて決まる。
That is, the inclination angle θ2 of the
検査ステージ部740は、駆動手段742によりXY平面内で移動可能な検査ステージ741の上面に検査対照の形成基板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。
The
一方、検査データ処理・制御部640は、検査部データ処理部750、入出力部760、及び制御部770で構成されている。制御部770は、図7に示した全体制御部650と接続している。
On the other hand, the inspection data processing /
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752と、A/D変換されたデジタル画像信号を前処理して1次回折光像の画像を作成する画像処理部753と、当該画像により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とを備える。
The inspection
また、入出力部760は、処理判定部755で処理された結果を表示する表示部761を備える。更に、制御部770は、光源711の電源部772、検査ステージ部740の駆動手段742を制御する駆動手段制御部773と、検査データ処理部750、出力部760及び電源部772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。
The input /
このような構成で、検査ステージ741を図6に示す観察時のスキャン方向に走査し、アニール方向にシフトする矩形走査を、形成基板300の所定の領域又は全面で行い、検査光学系730で図4に示す1次回折光像を得る。そして、検査データ処理750で処理して形成基板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。検査ステージ741の走査は、アニール方向に走査し、図6に示すスキャン方向にシフトする矩形走査でもよい。
With such a configuration, the
次に、図8に示した構成の検査ユニット621を用いて、形成基板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。
Next, a method for inspecting the state of crystal grain size distribution of the
先ず、エキシマレーザのアニールにより形成基板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、形成基板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。
First, the flow of processing for inspecting the inspection region of the
先ず、撮像シーケンスについて図9を用いて説明する。 First, the imaging sequence will be described with reference to FIG.
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検査光学系730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を駆動して検査ステージ741の位置を制御し、形成基板300を初期位置(検査開始位置)に設定する(S801)。
First, the
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の入射角度で形成基板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、検査ステージ741を一定の速度での移動を開始する(S803)。
Next, the
検査ステージ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のスキャン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)。
While moving the
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(S805)。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(S806)。
The image signal from the
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(S807)、隣接する未検査領域が有る場合には、検査ステージ741を隣接する検査領域に移動させて(S808)、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(S809),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(S810)、撮像シーケンスを終了する。
Next, it is checked whether or not there is an inspection area adjacent to the inspected area for one line (S807). If there is an adjacent uninspected area, the
次に、S804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10を用いて説明する。 Next, an image processing sequence for processing a digital image obtained by the imaging sequence in S804 will be described with reference to FIG.
撮像シーケンスのデジタル画像作成ステップ(S805)において、撮像用カメラ720からの画像信号は、A/D変換器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、図4に示すようなデジタル画像が生成され、処理判定部755に入力される(S101)。
In the digital image creation step (S805) of the imaging sequence, the image signal from the
処理判定部755では、S101で入力した画像の所定の領域を処理し、図2に示すような粒径の境界線を抽出する(S102)。その後、例えば、境界線を四角形に近似し、粒径を対辺間の距離の平均値として算出し(S103)、得られた粒径の粒径分布を得る(S904)。
The
次に、この粒径分布の特徴量、例えば平均値、標準偏差を求め(S105)、この特徴量を予め設定した基準値と比較して、製品の良否を判定する(S106)。最後に、判定結果と粒径分布を入出力部760の表示部761に表示して(S107)、画像処理のシーケンスを終了する。
Next, a feature amount of the particle size distribution, for example, an average value and a standard deviation is obtained (S105), and the feature amount is compared with a preset reference value to determine the quality of the product (S106). Finally, the determination result and the particle size distribution are displayed on the
このように、1次回析光強度を検出するにあたり、検出光学系をアニール方向に対して、光照射角度αが所定の光照射角度範囲に入るように設定して行うことにより、1次回折光の強度をより強く捉えることができる。特にα=0度、即ちアニール方向対する法線方向(90度)に設定して行うのが好ましい。なお、検出角度は、光照射角度に対応して設定する。 As described above, when detecting the intensity of the first-order diffracted light, the detection optical system is set so that the light irradiation angle α falls within the predetermined light irradiation angle range with respect to the annealing direction. Strength can be grasped more strongly. In particular, it is preferable to set α = 0 degrees, that is, a normal direction (90 degrees) with respect to the annealing direction. The detection angle is set corresponding to the light irradiation angle.
その結果、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源711の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
(実施例2)
図11は、本発明の第2の実施例であ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600Aの全体の構成を示す。実施例2は、検査部620に形成基板300を搬入する前にアニール方向を検出し、アニール方向が検査光学系730の光照射角度の所定の光照射角度範囲に入るように、検査部620に搬送する。
As a result, the grain size or grain size distribution can be grasped more accurately, and the polycrystalline silicon film can be inspected more accurately. Further, it is resistant to output fluctuations of the
(Example 2)
FIG. 11 shows the overall configuration of a polycrystalline silicon
これを実現するために、図12に示すように、基板ロード部610Aは、アニール方向を示すアニール方向マークを検出するアニール方向検出手段601と、ロードステージ602を旋回させる旋回駆動手段603とを備える。本実施例2では、アニール方向マークとし形成基板のオリフラ300aを用い、アニール方向検出手段601としてオリフラ300aを撮像する2台の撮像カメラ601aを用いる。2台設けるのは、オリフラ300aが成形基板300の1箇所の角部に設けられており、大型基板では1台の撮像カメラでは、四隅を一度に見ることができない。2台のうち1台がオリフラ300aを検出すればA状態であり、2台とも検出できなればA状態に対して90度回転したB状態であると判断する。
In order to realize this, as shown in FIG. 12, the
また、多結晶シリコン膜検査装置600Aは、アニール方向検出手段601の検出結果を処理し、当該処理結果に基づいて、旋回駆動手段603を制御してロードステージ602を旋回制御する処理旋回制御部660を備える。
In addition, the polycrystalline silicon
処理旋回制御部660は、撮像カメラ6の画像信号をアナログからデジタルに変換するA/D変換部661と、A/D変換されたデジタル画像信号を基に、成形基板300がA状態か、B状態かを判断する基板状態判断部662とを備える。一方、全体制御部650には、成形基板300のロッド単位毎或いは成形基板単位毎にオリフラ300aに対するアニール方向が、A状態かB状態か記憶されている。
Based on the A /
そこで、処理旋回制御部660の旋回判断制御部663は、基板状態判断部662の判断結果と全体制御部650の記憶データとに基づいて、旋回駆動手段603を制御する。
この結果、成形基板300を、検出部620にアニール方向を所定の方向にして搬入できる。
Therefore, the turning
As a result, the molded
本実施例においても、1次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。 Also in this embodiment, the intensity of the first-order diffracted light can be grasped more strongly, the particle size or particle size distribution can be more accurately grasped, and the polycrystalline silicon film can be inspected more accurately. be able to. In addition, it is resistant to output fluctuations of the light source and can inspect the polycrystalline silicon film.
実施例2では、アニール方向マークとしてのオリフラ300aと予め記憶させたオリフラ位置とアニール方向との関係とを用いて、アニリール方向を検出した。アニール方向マークとしてオリフラに限らず、基板や成形基板の他の特徴や、人為的に設けたマークを用いてもよい。 In Example 2, the direction of the anilille was detected using the orientation flat 300a as the annealing direction mark and the relationship between the orientation flat position stored in advance and the annealing direction. The annealing direction mark is not limited to the orientation flat, and other features of the substrate and the molded substrate, and artificially provided marks may be used.
(実施例3)
本実施例では、ガラス基板303に形成されたダミー又は実際に使用するアニールされた多結晶シリコン膜を利用する。ダミーの場合でも実際の場合でも同じであるので、ダミーの場合を例に説明する。但し、実際の場合はダミーの多結晶シリコン膜を形成する必要がないので、それだけ工程的には有利である。一方ダミーの場合は、検出位置が固定されているので、安定的に検出できる利点がある。
(Example 3)
In this embodiment, a dummy formed on the glass substrate 303 or an annealed polycrystalline silicon film actually used is used. Since it is the same in both the dummy case and the actual case, the dummy case will be described as an example. However, in practice, it is not necessary to form a dummy polycrystalline silicon film, which is advantageous in terms of process. On the other hand, in the case of the dummy, since the detection position is fixed, there is an advantage that stable detection is possible.
例えば、結晶シリコン膜検査装置600又は600Aの上流の塗布装置やアニール装置で、ダミー多結晶シリコン膜をガラス基板303の4隅等の特定の位置に形成し、アニールする。実施例1で示した同じ又は同様なアニール方向検出検査光学系を用いて、アニール方向マークとしての多結晶シリコン膜の一次回析光強度を検出する。強度が所定以上であれば、アニール方向検出検査光学系の照射方向がアニール方向と法線方向であり、強度が所定以下であれば、当該照射方向がアニール方向と平行方向であると判断する。
For example, the dummy polycrystalline silicon film is formed at specific positions such as the four corners of the glass substrate 303 and annealed by a coating apparatus or an annealing apparatus upstream of the crystalline silicon
アニール方向検出検査光学系を実施例2と同様に、基板ロード部610Aに設ければ、アニール方向検出検査光学系と検査光学系730と関係を用いて、ロードステージ602の旋回を制御する。アニール方向検出検査光学系を検査光学系730で供用させる場合は、検査部620に、検査ステージ741を旋回させる旋回駆動手段及び処理旋回制御部を設けて、実施例2と同様に検査ステージ741の旋回を制御する。
If the annealing direction detection inspection optical system is provided in the
実施例3においても、実施例2と同様に、1次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜を検査することができる。また、光源の出力変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。 In Example 3, as in Example 2, the intensity of the first-order diffracted light can be captured more strongly, and the particle size or particle size distribution can be more accurately grasped. A polycrystalline silicon film can be inspected. In addition, it is resistant to output fluctuations of the light source and can inspect the polycrystalline silicon film.
(実施例4)
図13は、多結晶シリコン膜検査装置を有する多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜形成装置の一実施形態1000を示す。多結晶シリコン膜形成装置1000は、アモルファスシリコンをガラス基板303に塗布する塗布装置900と、塗布されたアモルファスシリコン膜をアニールするアニール装置800、アニールされたアモルファスシリコン膜を検査する図7に示す検査装置600を備える。
Example 4
FIG. 13 shows an
実施例4では、検査装置600に設けられ検査光学系の光照射角度αがアニール方向に対して前述した所定の光照射角度範囲、特に法線方向(90度)になるような方向に、常にアニールするアニール装置800を検査装置600に前段に設ける。
In the fourth embodiment, the light irradiation angle α of the inspection optical system provided in the
実施例4において、アニール方向を考慮して塗布装置900にガラス基板303を搬入する場合は、ガラス基板303又は成形基板300を旋回する旋回駆動手段等を塗布装置900又アニール装置800に設ける必要ないので、多結晶シリコン膜検査装置1000をシンプルに構成できる。
In Example 4, when the glass substrate 303 is carried into the
逆に、アニール方向を考慮せず塗布装置900にガラス基板303を搬入する場合は、例えば塗布装置900又アニール装置800に、実施例2で示したオリフラ300aの位置を検出し、検出結果によっては、ガラス基板303又は形成基板300を旋回する旋回駆動手段等を設ける。
Conversely, when the glass substrate 303 is carried into the
実施例4の多結晶シリコン膜検査装置1000によれば、実施例1乃至3と同様に、1次回折光の強度をより強く捉えることができ、より正確に粒径又は粒径分布をより正確にとらえることができるようになり、より正確に多結晶シリコン膜の検査することができる。また、光源の出力 変動にも強く、多結晶シリコン膜の検査することができる。
According to the polycrystalline silicon
300:形成基板 302:微小な突起
303:ガラス基板 310:光源
320:撮像カメラ 600、600A:結晶シリコン膜検査装置
601:アニール方向検出手段 601a:オリフラ撮像用2台の撮像カメラ
602:ロードステージ 603:旋回駆動手段
610、610A:基板ロード部 620:検査部
621:検査ユニット 640:検査データ処理・制御部
650:全体制御部 660:処理旋回制御部
662:基板状態判断部 663:旋回判断制御部
710:照明光学系 720:撮像用カメラ
730:検査光学系 740:検査ステージ部
741:検査ステージ 750:検査データ処理部
755:判定処理部 760:入出力部
800:アニール装置 900:塗布装置
1000:結晶シリコン膜形成装置 P:粒径ピッチ。
300: forming substrate 302: minute projection 303: glass substrate 310: light source 320:
Claims (14)
該多結晶シリコン膜のアニール方向の法線方向に対して所定の光照射角度範囲内の光照射角度で該多結晶シリコン膜に光を照射する照射手段と、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次回折光を前記法線方向に対して所定の受光角度で検出する第1の撮像手段と、を備える検査光学系と、
該検査光学系で得られた該1次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する検査手段と、
ことを特徴とする多結晶シリコン膜検査装置。 An inspection stage for holding a formation substrate in which a polycrystalline silicon film is formed on the surface of a glass substrate;
Irradiation means for irradiating light to the polycrystalline silicon film at a light irradiation angle within a predetermined light irradiation angle range with respect to the normal direction of the annealing direction of the polycrystalline silicon film, and the polycrystal irradiated with the light An inspection optical system comprising: first imaging means for detecting first-order diffracted light generated from the surface of the silicon film at a predetermined light receiving angle with respect to the normal direction;
Inspection means for inspecting the state of the polycrystalline silicon film based on the intensity of the first-order diffracted light obtained by the inspection optical system;
A polycrystalline silicon film inspection apparatus.
前記ガラス基板を旋回させる旋回駆動手段と、
前記アニール方向検出手段の結果に基づいて前記旋回駆動手段を制御する処理旋回制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の多結晶シリコン膜検査装置。 Annealing direction detecting means for detecting the annealing direction;
Swivel drive means for swiveling the glass substrate;
A process turning control unit for controlling the turning driving means based on the result of the annealing direction detecting means;
The polycrystalline silicon film inspection apparatus according to claim 1, further comprising:
前記処理旋回制御部は、前記予め記憶された前記オリフラの位置と前記アニール方向の関係に基づいて前記アニール方向を検出すること、
を特徴とする請求項5記載の多結晶シリコン膜検査装置。 The annealing direction detecting means includes second imaging means for detecting an orientation flat position provided on the glass substrate,
The processing turning control unit detects the annealing direction based on the relationship between the orientation flat position stored in advance and the annealing direction,
The polycrystalline silicon film inspection apparatus according to claim 5.
前記処理旋回制御部は、該アニール方向検出検査光学系で検出した1次回折光の強度に基づいて前記アニール方向を検出する、
ことを特徴とする請求項5記載の多結晶シリコン膜検査装置。 The annealing direction detection means includes an annealing direction detection inspection optical system having the same configuration as the inspection optical system that images the dummy polycrystalline silicon film formed on the glass substrate or the actually used polycrystalline silicon film after annealing. With
The processing turning control unit detects the annealing direction based on the intensity of the first-order diffracted light detected by the annealing direction detection inspection optical system.
The polycrystalline silicon film inspection apparatus according to claim 5.
前記旋回駆動手段は、前記検査ステージを旋回させる、
ことを特徴とする請求項7記載の多結晶シリコン膜検査装置。 The inspection optical system also serves as the annealing direction detection inspection optical system,
The turning drive means turns the inspection stage;
The polycrystalline silicon film inspection apparatus according to claim 7.
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次回折光を所定の受光角度で検出し、
該検出して得られた該1次回折光の強度に基づいて、前記多結晶シリコン膜の状態を検査する、
ことを特徴とする多結晶シリコン膜検査方法。 Irradiating the polycrystalline silicon film with light having a light irradiation angle within a predetermined light irradiation angle range with respect to the normal direction of the annealing direction of the polycrystalline silicon film formed on the glass substrate surface;
Detecting first-order diffracted light generated from the surface of the polycrystalline silicon film irradiated with the light at a predetermined light receiving angle;
Inspecting the state of the polycrystalline silicon film based on the intensity of the first-order diffracted light obtained by the detection,
A method for inspecting a polycrystalline silicon film.
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