专利名称：多晶硅薄膜检查方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对通过激光退火使基板上形成的非晶硅多晶化后的多晶硅薄膜的结晶状态进行检查的方法及其装置。
背景技术：
为了确保高速的动作，通过准分子激光对在基板上形成的非晶硅的一部分进行低温退火，由此在多晶化的区域中形成在液晶显示元件或有机EL元件等中使用的薄膜晶体管(TFT)。这样，在通过准分子激光对非晶硅的一部分进行低温退火，使其多晶化的情况下，要求均一地多晶化，但实际上，有时由于激光光源的变动的影响在结晶中产生波动。 因此，作为监视该硅结晶的波动的产生状态的方法，在专利文献I中记载了如下方法对半导体膜照射脉冲激光，进行激光退火，并且对激光照射区域照射检查光，通过照射的检查光来检测来自基板的反射光，根据该放射光的强度变化来确认半导体膜的结晶的状态。此外，在专利文献2中记载了如下技术对照射激光前的非晶硅照射检查光，检测其反射光或透过光，在对非晶硅照射激光的过程中照射检查光，检测其反射光或透过光，检测从照射激光前和照射激光过程中的反射光或透过光的强度的差为最大时直到返回到照射激光前的反射光或透过光的强度的经过时间，来监视激光退火的状态。并且，在专利文献3中记载了如下技术在通过准分子激光退火使在基板上形成的非晶娃变化为多晶娃的区域中对于基板表面从10 85度的方向照射可视光,在与照射相同的角度的范围内通过接地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的状态。并且，在专利文献4中记载了如下技术对于通过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，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度高的规则的细微凸凹构造的区域产生的衍射光的强度比来自结晶度低的区域的衍射/散射光的强度高的现象，来检查多晶硅薄膜的状态。公知在对非晶硅的薄膜照射准分子激光进行退火，由此形成的多晶硅薄膜(多晶硅膜)的表面上，周期地产生细微的凸凹。并且，公知该细微的突起反映了多晶硅薄膜的结晶的程度，结晶状态均一的(多晶粒直径整齐)多晶硅薄膜的表面上规则地周期地形成细微的凸凹，在结晶状态均一性低的(多晶粒直径参差不齐)多晶硅薄膜的表面上不规则地形成细微的凹凸。这样，作为检查在反射光中反映了结晶状态的多晶硅薄膜的表面状态的方法，在专利文献I中仅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的状态，没有记载检测反映结晶状态的衍射光。此外，在专利文献2中记载了把来自激光退火中的激光照射区域的反射光与退火前的反射光进行比较，监视退火的进行状态的技术，但是与专利文献I 一样没有记载检测反映了结晶状态的衍射光的技术。另一方面，在专利文献3中记载了根据通过激光退火而形成的多晶硅薄膜表面的突起的配置而反射的光的变化，来检查多晶硅的结晶的质量的技术，但是，没有记载检测由于多晶娃薄膜表面的突起而产生的衍射光的技术。并且，在专利文献4中记载了检测由于激光退火而形成的多晶硅薄膜表面的突起引起的衍射光的技术，但是为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薄膜的状态，没有记载检测多晶硅薄膜的表面的图像，来观察多晶硅薄膜的表面的某个区域的突起的状态的技术。专利文献I日本特开2002-305146号公报专利文献2日本特开平10-144621号公报
专利文献3日本特开2006-19408号公报专利文献4日本特开2001-308009号公报
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的课题，提供能够检测多晶硅薄膜表面的图像来观察多晶硅薄膜表面的状态，检查多晶硅薄膜的结晶状态的多晶硅薄膜的检查方法及其装置。为了解决上述课题，在本发明中，在具备基板装载部、基板检查部、基板卸载部以及全体控制部的多晶硅薄膜检查装置中，基板检查部具备第一照明单元，其从第一方向对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射第一波长的光；第二照明单元，其从第二方向对基板的通过第一照明单元被照射了第一波长的光的区域照射第二波长的光；第一摄像单元，其拍摄从基板在第三方向上产生的基于第一波长的光的第一一次衍射光的光学图像，基板通过所述第一照明单元和第二照明单元被照射了第一波长的光和所述第二波长的光；第二摄像单元，其拍摄从基板在第四方向上产生的基于第二波长的光的第二一次衍射光的光学图像，基板通过第一照明单元和第二照明单元被照射了第一波长的光和第二波长的光；以及信号处理/判定单元，其对通过第一摄像单元拍摄第一一次衍射光的光学图像而得的信号和通过第二摄像单元拍摄第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在基板上形成的多晶硅膜的结晶的状态。此外，为了解决上述课题，在本发明中，在具备基板装载部、基板检查部、基板卸载部以及全体控制部的多晶硅薄膜检查装置中，基板检查部具备照明单元，其对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射光；第一摄像单元，其拍摄从通过照明单元被照射了光的基板在第一方向产生的第一一次衍射光的光学图像；第二摄像单元，其拍摄从通过照明单元被照射了光的基板在第二方向产生的第二一次衍射光的光学图像；以及信号处理/判定单元，其对通过第一摄像单元拍摄第一一次衍射光的光学图像而得的信号和通过第二摄像单元拍摄第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。并且，为了解决上述课题，在本发明中，检查多晶硅薄膜的方法进行如下处理从第一方向对在表面上形成了多晶娃薄膜的基板照射第一波长的光，从第二方向对基板的被照射了第一波长的光的区域照射第二波长的光，拍摄从被照射了第一波长的光和第二波长的光的基板在第三方向上产生的基于第一波长的光的第一一次衍射光的光学图像，拍摄从被照射了第一波长的光和第二波长的光的基板在第四方向上产生的基于第二波长的光的第二一次衍射光的光学图像，对拍摄第一一次衍射光的光学图像而得的信号和拍摄第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。并且，为了解决上述课题，在本发明中，检查多晶硅薄膜的方法进行如下处理对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射光，拍摄从被照射了该光的基板在第一方向上产生的第一一次衍射光的光学图像，拍摄从被照射了光的基板在第二方向上产生的第二一次衍射光的光学图像，对拍摄第一一次衍射光的光学图像而得的信号和拍摄第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。此外，为了解决上述现有技术的课题，在本发明中，多晶硅薄膜检查装置具备从基板的一表面一侧对在表面上形成了多晶娃薄膜的光学上透明的基板照射光的光照射单元；拍摄一次衍射光的图像的摄像单元，该一次衍射光的图像是光照射单元从基板的一表面一侧照射的光透过基板和多晶娃薄膜，射出到基板的另一表面一侧的光在另一表面一侧产生的一次衍射光的图像；对通过摄像单元拍摄而得的一次衍射光的图像进行处理，检查多晶硅薄膜的结晶状态的图像处理单元；以及将通过图像处理单元处理后的一次衍射光的 图像与检查的结果的信息一起显不在画面上的输出单兀，从基板的一表面一侧对在表面上形成了多晶娃薄膜的光学上透明的基板照射光，对从基板的一表面一侧照射的光中的透过基板和多晶硅薄膜而射出到基板的另一表面一侧的光在另一表面一侧产生的一次衍射光的图像进行拍摄，对拍摄而得的一次衍射光的图像进行处理，检查多晶硅薄膜的结晶状态，将处理后的一次衍射光的图像与检查的结果的信息一起显示在画面上。根据本发明，根据通过准分子激光退火而形成的多晶硅薄膜的结晶状态能够容易地判定退火时照射的准分子激光的能量是否合适。此外，根据判定的结果控制照射能，由此能够维持液晶显不面板用玻璃基板的闻品质。
图I是表示准分子激光的照射能和多晶硅薄膜的晶粒直径的关系的曲线图。图2A是示意地表示准分子激光的照射能小时形成的多晶硅薄膜的状态的多晶硅薄膜的平面图。图2B是示意地表示准分子激光的照射能适当时形成的多晶硅薄膜的状态的多晶硅薄膜的平面图。图2C是示意地表示准分子激光的照射能过大时形成的多晶硅薄膜的状态的多晶硅薄膜的平面图。图3是表示对形成了多晶硅薄膜的基板照射照明光，检查一次衍射光的光学系统的概要的结构的框图。图4是表示准分子激光的照射能与照射了照明光时从多晶硅薄膜产生的一次衍射光的亮度的关系的曲线图。图5是表示准分子激光的照射能与照射了照明光时以不同的检测角检测出的一次衍射光的亮度的关系的曲线图。图6是表示根据图5所示的两个特性曲线求出的EV (x)与准分子激光照射能的关系的曲线图。图7是用于说明检查装置全体的概要的结构的框图。图8是用于说明实施例I的检查单元的概要的结构的框图。图9是表示为了检查实施例I中的多晶硅薄膜的结晶状态而拍摄基板的摄像顺序的流程图。图10是表示为了检查实施例I中的多晶硅薄膜的结晶状态，对拍摄而得的图像进行处理来检测缺陷部分的图像处理的顺序的流程图。图11是输出实施例I中的检查单元的检查结果的画面的正面图。 图12A矩阵状显示在输出实施例I的检查单元的检查结果的画面的基板分布全体显示区域1103中显示的基板全体的准分子激光的照射能强度分布。图12B表示在输出实施例I的检查单元的检查结果的画面的基板全体分布显示区域1103中显示的基板全体的准分子激光的照射能强度中的、超过了阈值的区域的例子。图13是表示实施例2中的照明光学系统的概要的结构的框图。图14是用于说明实施例3中的检查单元的概要的结构的框图。符号说明300基板；700检查装置；720检查部；721检查单元；740、840检查数据处理/控制部；750全体控制部；810、1310、1410照明光学系统；811第一光源；814第二光源；813第一柱面透镜；816第二柱面透镜；820、1420摄像光学系统；821第一波长选择滤波器；824第二波长选择滤波器；822第一成像透镜；825第二成像透镜；823第一照相机；826第二照相机；830基板工作台部；831基板工作台；840图像处理部；841、842 A/D变换部；843图像生成部；844处理/判定部；845输入输出部；8451显示画面；848控制部；1311、1411光源；1312第一分色镜；1313第二分色镜
具体实施例方式作为本发明的实施方式，说明在检查液晶显示面板用玻璃基板上形成的多晶硅薄膜的装置中应用的例子。在检查对象的液晶显示面板用玻璃基板(以下记为基板)中，在基板上形成非晶硅的薄膜。在该非晶硅的薄膜的局部区域照射准分子激光进行扫描，由此，对被照射了准分子激光的部分的非晶硅进行加热使其熔融(退火)，在被准分子激光扫描后，熔融的非晶硅逐渐冷却多晶化，结晶成长为多晶硅的状态。在图I的图形中，表示通过准分子激光对非晶硅进行退火时的准分子激光的照射能与多晶硅的晶粒直径的概要的关系。当增大退火时的准分子激光的照射能时，多晶硅的晶粒直径也变大。在退火时的准分子激光的照射能较弱(图I的范围A)的情况下，如图2A所示，多晶硅膜的结晶201的粒径变小，并且成为波动大的状态。在这样的结晶状态下，作为多晶硅薄膜无法获得稳定的特性。与此相对，当将退火时的准分子激光的能量设定为适当的范围(图I的范围B)时，如图2B所示，形成了结晶202的粒径比较整齐的多晶硅膜。这样，当获得了晶粒直径整齐的状态的膜时，作为多晶硅膜能够获得稳定的特性。
当进一步增大退火时的准分子激光的照射能时(图I的范围C)，多晶硅的晶粒直径变大。但是，当增大照射能时，晶粒的成长速度的波动变大，如图2C所示，成为结晶203的粒径的波动较大的多晶硅膜，作为多晶硅膜无法获得稳定的特性。因此，把对非晶硅进行照射的准分子激光的能量稳定地维持在图I的B的范围内
变得重要。另一方面，如专利文献3所记载的那样，周知在通过准分子激光对非晶硅进行退火而形成的多晶硅膜中，在晶粒边界形成有微小的突起。当像图3所示那样从配置在里侧的光源310对形成了这样的多晶硅 膜301的玻璃基板10照射光时，由于多晶硅膜301的晶粒边界的微小的突起302而散射的光在玻璃基板10的表面一侧产生衍射光。该衍射光产生的位置根据从光源310照射的光的波长和在多晶硅膜301的晶粒边界形成的微小的突起302的间距而不同。在图3所示的结构中，当将照射基板300的光的波长设为λ，将在多晶硅膜301的晶粒边界形成的微小的突起302的间距设为P，将照射基板300的光与基板300的法线方向的角度设为Θ i，将从基板300产生的一次衍射光与基板300的法线方向的角度设为θ0时，在它们之间如下的关系成立sin Θ i+sin θ ο= λ/P (式 I)因此，在多晶硅膜301的晶粒边界以预定的间距P形成微小的突起302的状态下，使用配置在角度θ ο的位置的摄像机320观察从光源310射出从角度Θ i照射的波长λ的光所产生的一次衍射光，能够观察来自多晶硅膜301的一次衍射光。另一方面，多晶硅膜301的晶粒直径，如图I所示那样依存于退火时的准分子激光的照射能，图I的准分子激光的照射能在Α、Β以及C区域中，晶粒直径伴随准分子激光的照射能的增加而变大。因此，当退火时准分子激光的照射能变动时多晶硅膜301的晶粒直径变化，并且如图2k 2C所说明那样，粒径的波动变大。在从光源310对该晶粒直径变化，微小的突起302的间距的波动变大的状态的多晶硅膜301照射了光的情况下，当从多晶硅膜301产生的一次衍射光的行进方向变化时，主要是其强度降低，因此，通过摄像机320检测出的一次衍射光的亮度减少。这样，在如图4所示那样，退火时的准分子激光的照射能向大的方向变动，多晶硅膜301的晶粒直径全体变大时以及退火时的准分子激光的照射能向小的方向变动多晶硅膜301的晶粒直径全体变小时，同样地产生一次衍射光的亮度减少摄像机320的一次衍射光的检测强度降低的现象。因此，仅根据摄像机320的一次衍射光的检测强度信号难以判别多晶硅膜301的晶粒直径为大的状态还是小的状态。为了解决该问题，如图5所示那样，对于来自多晶硅膜301的微小的突起302的衍射光设置具有不同的检测特性的两个检测系统，使用各个检测系统的输出，检测多晶硅膜301的晶粒直径的变化的状态即可。S卩，如图5所示，将退火时的准分子激光的照射能设为X，将求出多个实测值，假设它们为2次函数分布而求出的第一检测系统的检测特性设为f(x)，将第2检测系统的检测特性设为g (X)，表示为f (X) =a (x — a ) 2+b,
其中，a、b是常数，α是f (X)成为最大时的x值，g (x)=c (x— β ) 2+d,其中，C、d是常数，β是g (X)成为最大时的X值此时，作为f (X)和g (X)的合成函数，如下那样定义EV (X)。EV (x) = — cf (X)+ag (x)= — 2ac ( β — α ) x+ac ( β 2 — a2)+c (d — b)(式 2)S卩，能够将EV (X)表示为X的一次函数，例如因为成为图6那样，通过检测f (X)和g (X)求出EV (X)，由此能够明确地求出准分子激光的照射能X。 在本发明中，提供照明多晶硅薄膜，拍摄因薄膜表面的微小的突起而产生的衍射光的图像，对拍摄而得的衍射光的图像进行处理，由此检查多晶硅薄膜是否作为结晶的粒径整齐的状态的正常的膜而形成在基板上，来评价多晶硅薄膜的结晶状态的方法及其装置。以下使用
本发明的实施例。(实施例I)图7表示本发明的液晶显示面板用玻璃基板的多晶硅薄膜检查装置700全体的结构。多晶硅薄膜检查装置700由基板装载部710、检查部720、基板卸载部730、检测部数据处理/控制部740以及全体控制部750构成。检查对象的液晶显示面板用玻璃基板(以下记为基板)300，对于在玻璃基板300上形成的非晶硅的薄膜，通过在本检查工序之前的工序对部分区域照射准分子激光进行扫描加热，由此对加热的区域进行退火，从非结晶状态结晶，如图3所示，成为多晶硅薄膜301的状态。多晶硅薄膜检查装置700拍摄基板300的表面，调查该多晶硅薄膜301是否正常地形成。检查对象的基板300通过未图示的运送单元被设置在装载部710。通过全体控制部750控制的未图示的运送单元将设置在装载部710的基板300运送到检查部720。在检查部中具备检查单元720，通过检查数据处理/控制单元740进行控制，检查在基板300的表面上形成的多晶硅薄膜的状态。检查数据处理/控制单元740对检查单元721检测到的数据进行处理，评价在基板300的表面上形成的多晶硅薄膜301的状态。检查结束的基板300通过全体控制部750控制的未图示的运送单元从检查部720运送到卸载部730，由未图示的操作单元从检查装置700取出。另外，在图7中表示了在检查部720中具备一台检查单元721的结构，但是，根据检查对象的基板300的尺寸或形成的多晶硅薄膜301的面积或配置，也可以是2台或者3台以上。图8表示检查部720中的检查单元721的结构。检查单元721由照明光学系统810、摄像光学系统820、基板台部830以及检查部数据处理/控制部840构成，检查部数据处理/控制部840与图7所示的全体控制部750连接。照明光学系统810具备发射第一波长λ I的光的第一光源811 ;变换从第一光源811发射的第一波长λ I的光的光路的第一反射镜812 ;会聚通过第一反射镜812对光路进行变换后的第一波长λ I的光形成线形光，将其照射到在基板台部830上保持的玻璃基板300的第一柱面透镜813 ;发射比第一波长λ I的光的波长长的第二波长λ 2的光的第二光源814 ;变换从第二光源814发射的第二波长λ 2的光的光路的第二反射镜815 ;以及会聚通过第二反射镜815对光路进行变换后的第二波长λ 2的光形成线形光，将其照射到在基板台部830上保持的玻璃基板300的被照射了第一波长λ I的光的区域的第二柱面透镜816。第一波长λ I的光和第二波长λ 2的光是300nnT700nm范围的波长的光，在第一光源811和第二光源814中例如使用激光二极管。第一柱面透镜813为了使从第一光源811发射由第一反射镜812改变光路后的第一波长λ I的光能够与基板300上的检查区域的大小匹配地高效地进行照明，将照明光束会聚在一个方向，将截面形状形成为在一个方向上长的线形的形状。从相对于法线方向Θ I的角度方向对基板300照射通过第一柱面透镜813在一个方向上会聚的光，由此基板300上的检查区域的照明光量增加，能够通过摄像光学系统820检测对比度更高的图像。第二柱面透镜816也为了使从第二光源814发射由第二反射镜815改变光路后的 第二波长λ 2的光能够与基板300上的通过第一柱面透镜813照射了第一波长λ I的光的检查区域相匹配地高效地进行照明，将照明光束会聚在一个方向，将截面形状形成为在一个方向上长的线形的形状。从相对于法线方向Θ 2的角度方向对基板300照射通过第二柱面透镜816在一个方向上会聚的光，由此基板300上的检查区域的照明光量增加，能够通过摄像光学系统820检测对比度更高的图像。摄像光学系统820具备第一照相机823，其具备选择性地透过第一波长的光的第一波长选择滤波器821和对透过了第一波长选择滤波器821的第一波长λ I的光从基板300产生的一次衍射光的图像进行拍摄的第一成像透镜系统822 ;第二照相机826，其具备选择性地透过第二波长的光的第二波长选择滤波器824和对透过了第二波长选择滤波器824的第二波长的光从基板300产生的一次衍射光的图像进行拍摄的第二成像透镜系统825。波长选择滤波器821选择性地透过来自基板300的衍射光中的第一波长的光，能够遮断来自基板300以及周边的第一波长的光以外的波长的光。波长选择滤波器823选择性地透过来自基板300的衍射光中的第二波长的光，能够遮断来自基板300以及周边的第二波长的光以外的波长的光。第一照相机823被设置在相对于基板300的法线方向倾斜Θ 3角度的方向。第一照相机823对来自在多晶硅薄膜301的晶粒边界以间距Pl形成的微小突起302的一次衍射光的光学图像进行拍摄，多晶娃薄膜301存在于被第一柱面透镜813形成的第一波长λ I的光照明的基板300的表面的一个方向长的区域中。第一摄像机823具备与基板300的被照明的一个方向长的区域的图像相匹配地配置的一维的C⑶(电容耦合元件)图像传感器(未图示)或者二维的CXD图像传感器(未图示)。即，根据多晶硅薄膜301的晶粒边界的微小突起302的间距Pl和第一波长的光的波长λ I以及第一波长的光相对于基板300的入射角度Θ I,通过式I的关系，来决定第一照相机823的倾角Θ3。第二照相机826被设置在相对于基板300的法线方向倾斜Θ 4角度的方向。第二照相机826对来自在多晶硅薄膜301的晶粒边界以间距Ρ2形成的微小突起302的一次衍射光的光学图像进行拍摄，多晶硅薄膜301存在于被第二柱面透镜816形成的第二波长λ 2的光照明的基板300的表面的一个方向长的区域中。第二摄像机826具备与基板300的被照明的一个方向长的区域相匹配地配置的一维的CCD (电容耦合元件)图像传感器(未图示)或者二维的CCD图像传感器(未图示)。即，根据多晶硅薄膜301的晶粒边界的微小突起302的间距Ρ2、第二波长的光的波长λ 2以及第二波长的光对于基板300的入射角度Θ 2，通过式I的关系，来决定第二摄像机826的倾角Θ4。此时，当把第一波长的光的波长λ I设定为短于第二波长的光的波长λ 2，将微小突起302的间距Pl设定为小于微小突起302的间距Ρ2，并且将第一波长的光对于基板300的入射角度Θ I设定为大于第二波长的光对于基板300的入射角度Θ 2时，能够将第一照相机823的倾角Θ 3设定得比第二照相机826的倾角Θ 4足够小，能够在基板台831的上方互相不干涉地设置第一照相机823和第二照相机826。
此外，将第一照相机823设置在检测来自间距Pl的微小突起302的一次衍射光的位置，将第二照相机826设置在检测来自间距Ρ2的微小突起302的一次衍射光的位置，由此，能够根据各个照相机的检测信号获得图5所示的峰值位置不同的两个特性曲线，能够求出图6所示的一次函数EV (X)的关系。基板台部830将检查对照的基板300放置并保持在通过驱动单元832可在XY平面内移动的台831的上表面。驱动单元832例如使用步进电动机或具备旋转编码器的伺服电动机即可。检测数据处理/控制部840具备将从第一照相机823输出的模拟图像信号变换为数字图像信号的Α/D变换部841 ;将从第二照相机826输出的模拟图像信号变换为数字图像信号的Α/D变换部842 ;使用(式I)运算通过Α/D变换部841和Α/D变换部842分别进行Α/D变换后的数字图像信号，计算照射基板300上的多晶硅膜301的准分子激光的能量的运算部843 ;通过运算部843求出基板300上的每个区域的准分子激光的照射能的分布来进行图像化的处理判定部844 ;具备显示处理判定部844处理的结果的显示部8451的输入输出部845 ;第一光源811和第二光源814的电源部846 ;控制基板台部830的驱动单元832的驱动单元控制部847 ；以及控制运算部843、处理判定部844、输出部845、电源部846和驱动单元控制部847的控制部848。此外，控制部847与全体控制部750连接。通过这样的结构，照明光学系统810从背面照明放置在基板台831上的基板300，通过摄像光学系统820拍摄由透过基板300的光产生的一次衍射光的像，通过检查数据处理/控制部进行处理，检查在基板300上形成的多晶硅薄膜301的结晶状态。接着，说明使用图8所示的结构的检查单元721检查基板300上的通过准分子激光进行退火多晶化的多晶硅薄膜301的状态的方法。首先，说明检查基板300上的通过准分子激光的退火而形成的多晶硅薄膜301的检查区域的处理的流程。检查处理有对基板300的预定的区域或全面进行拍摄的摄像流程和对拍摄而得的图像进行处理检测缺陷部分的图像处理的流程。首先，使用图9说明摄像流程。最初，为使多晶硅薄膜301的检查区域的检查开始位置进入到摄像光学系统820的第一照相机823以及第二照相机826的视野，通过驱动单元控制部847驱动驱动单元832，控制基板台831的位置，将基板300设定为起始位置(检测开始位置)(S901)。然后，通过电源控制部846控制第一光源811和第二光源814，以Θ I的入射角、Θ 2的入射角分别对基板300上的多晶硅薄膜301的相同区域照射通过第一柱面透镜813形成为线形的第一波长的光、通过第二柱面透镜816形成为线形的第二波长的光(S902)。为使摄像光学系统820的拍摄区域沿着通过照明光学系统810被第一波长的光和第二波长的光照明的多晶硅薄膜301的检查区域移动，通过驱动单元控制部847控制驱动单元832，使基板台831开始以一定的速度移动(S903)。在使基板台831以一定的速度移动的同时，经由波长选择滤波器821通过第一照相机823拍摄从多晶硅薄膜301的一个方向长的检测区域的晶粒边界的微小突起302在Θ 3的方向上产生的一次衍射光的光学图像，该多晶硅薄膜301是通过照明光学系统810的第一柱面透镜813形成为线形并以Θ I的角度入射的第一波长的光照明。此外，同时经由 波长选择滤波器824通过第二照相机826拍摄从多晶硅薄膜301的一个方向长的检查区域的晶粒边界的微小突起302在Θ 4的方向上产生的一次衍射光的光学图像，该多晶硅薄膜301通过照明光学系统810的第二柱面透镜816形成为线形并以Θ 2的角度入射的第二波长的光照明(S904)。把来自对第一波长的光的一次衍射光的光学图像进行拍摄的第一照相机823的检测信号输入到检查数据处理/控制部840的Α/D变换部841，在进行Α/D变换后被输入到运算处理部843。把来自对第二波长的光的一次衍射光的光学图像进行拍摄的第二照相机826的检测信号输入到检查数据处理/控制部840的Α/D变换部842，在进行Α/D变换后输入到运算处理部843。使用经由驱动单元控制部847获得的基板台831的位置信息处理输入到运算处理部843的检测信号，生成基于第一照相机823拍摄得到的信号的第一数字图像和基于第二照相机826拍摄得到的信号的第二数字图像(S905)。重复执行以上的操作，直到沿着X方向或Y方向的一行的检查结束为止(S906)。然后，检查是否具有与已检查的一行的区域相邻的检查区域(S907)，在具有相邻的未检查区域的情况下,使基板台831移动到相邻的检查区域(S908)，重复从S903开始的步骤。如果应该检查的区域全部检查结束，则停止XY台的移动(S909)，通过电源控制部846控制第一光源811和第二光源814，由此关闭照明(S910)，结束拍摄流程。然后，使用图10说明处理通过S905的拍摄流程获得的第一数字图像和第二数字图像的图像处理流程。把在拍摄流程的数字图像生成步骤(S905)中通过运算处理部843生成的第一数字图像和第二数字图像输入到处理判定部844(S1001)，将第一数字图像和第二数字图像合成(S1002)，使用(式2)所示的运算式对第一数字图像和第二数字图像的对应的图像信号进行处理，由此，横跨基板300的预定的区域计算多晶硅膜301的对应的部位被照射的准分子激光的照射能(S1003)。横跨基板300的预定的区域判定该计算出的准分子激光的照射能是否进入到预先设定的基准的照射能范围内或者是大于还是小于(S1004)。然后，根据横跨基板300的预定的区域判定的结果，生成基板300的预定的区域中的准分子激光的照射能强度的地图，并在输入输出部845的显示画面8451上进行显示(S1005),结束处理/判定的流程。在该显示画面8451上显示的准分子激光的照射能强度的地图上，在S1004中能够与正常的区域区别地显示比预先设定的基准的照射能范围大或者小被判定为不良的区域。此外，在从输入输出部845进行输入改变了判定基准的情况下，根据该改变的缺陷判定基准，变化地显示不良区域。图11表示显示部8451中显示的检查结果显示画面1100的一例。检查结果显示画面1100如图11所示,在一个画面上显示用于指定显示对象基板的基板指定部1101、支持执行指定的基板的显不的执行按钮1102、用于显不指定的基板的全体的准分子激光的照射能强度分布的基板全体分布显示区域1103、用于指定基板全体像显示区域1103显示的基板的全体的准分子激光的照射能强度分布中的放大显示的区域的放大显示指定单元1104、对放大显示指定单元1104指定的区域的准分子激光的照射能强度分布进行放大显示的放大显示区域1105以及用于显示基板的检查结果的检查结果显示部 1106。在基板全体像显示区域1103中显示的基板的全体的准分子激光的照射能强度分布的图像中，强调显示图像处理/判定部844判定的结果。即，分别改变颜色来显示通过图 像处理/判定部844判定为比基准的照射能范围大或者小不良的区域和判定为正常的区域。图12A以及图12B表示在基板全体分布显示区域1103中显示的准分子激光的照射能强度分布的例子。图12A表示将基板全体分割为矩阵状，根据能量以256级灰度显示在各区域中通过S1003计算出的准分子激光的照射能的例子。此外，在图12B中表示根据在S1004判定的结果，能够识别比基准的照射能范围大而被判定为不良的区域和比基准的照射能范围小而被判定为不良的区域来进行显示的例子。通过上述的结构进行检查，根据本实施例I能够以较高的精度检查通过准分子激光进行退火而形成的多晶硅薄膜的结晶状态，能够较高地维持液晶显示面板用玻璃基板的品质。此外，通过在照明光学系统200中使用柱面透镜205对基板I上的一个方向长的区域进行照明的结构进行了说明，但是，将其置换成通常的圆形的透镜也能够获得同样的效果。(实施例2)在实施例I中，在照明光学系统810中使用了发射不同波长的光的两个光源，但是，在本实施例中说明作为光源使用了发射多个波长的光的单一的光源的例子。实施例2中的液晶显示面板用玻璃基板的多晶硅薄膜检查装置的全体结构与实施例I中使用图7说明的结构相同，因此省略其详细的说明。此外，实施例2中的摄像光学系统和基板台部、检查数据处理/控制部的结构及其动作、作用与实施例I中说明的摄像光学系统820以及基板台部830、检查数据处理/控制部840相同，因此省略说明。图13表本实施例中的照明光学系统1310的结构。本实施例中的照明光学系统1310具备发射包含波长λ I和λ 2的多个波长的光的光源1311 ;反射波长λ I的光，透过其以外的波长的光的第一分色镜1312 ;反射透过第一分色镜1312的光中的波长λ 2的光，透过其以外的波长的光的第二分色镜1313 ;对第一分色镜1312反射的波长λ I的光的光路进行变换的反射镜812 ;把通过反射镜812变换光路后的波长λ I的光会聚在一个方向形成为线形的光，从相对于法线方向Θ I的方向照射保持在基板台831上的基板300的第一柱面透镜813 ;对第二分色镜1313反射的波长λ 2的光的光路进行变换的反射镜815 ；以及把通过反射镜815变换光路后的波长λ 2的光会聚在一个方向形成为线形的光，从相对于法线方向Θ 2的方向照射保持在基板台831上的基板300的第二柱面透镜816。在上述结构中，从光源1311发射的光入射到第一分色镜1312，波长λ I的光被反射，其它波长的光透过第一分色镜1312。第一分色镜1312反射的波长λ I的光输入到反射镜812，进行全反射，变换光路，输入到第一柱面透镜813。入射到第一柱面透镜813的波长λ I的光被缩小聚集到一个方向上，形成为不向其它方向(图13的与纸面垂直的方向)聚集的线形的形状，与实施例I的情况相同，从相对于法线方向Θ I的角度方向入射到在基板台831上保持的基板300。另一方面，从光源1311发射透过第一分色镜1312的光入射到第二分色镜1313，波长λ 2的光被反射，其它波长的光透过第二分色镜1313。第二分色镜1313反射的波长λ 2 的光入射到反射镜815，进行全反射来变换光路，入射到第二柱面透镜816。入射到第二柱面透镜816的波长λ 2的光被缩小聚集在一个方向，形成为不向其它方向(图13的与纸面垂直的关系)聚集的线形的形状，与实施例I的情况相同，从相对于法线方向Θ 2的角度方向入射到在基板台831上保持的基板300的被照射了通过第一柱面透镜813形成为线形的波长λ I的光的区域。在本实施例中，通过摄像光学系统对从照射了波长λ I的光和波长λ 2的光的基板300产生的衍射光的像进行拍摄，通过检查数据处理/控制部对信号进行处理的摄像流程以及图像处理流程与实施例I中使用图9以及图10进行说明的流程相同，因此省略说明。根据本实施例，根据将照明光学系统的光源做成一个，因此，能够紧凑地设计照明光学系统。(实施例3)在实施例2中，说明了在照明光学系统1310中使用发射包含波长λ I和λ 2的多个波长的光的单一的光源，使用两个分色镜分离波长λ I的光和波长λ 2的光，分别从Θ I的角度方向和Θ 2的角度方向入射到基板300的结构，但是，在本实施例中，使用图14说明把发射包含波长λ I和λ 2的多个波长的光的单一光源发射的光直接照射到基板300上的例子。实施例3中的液晶显示面板用玻璃基板的多晶硅薄膜检查装置的全体结构与实施例I中使用图7说明的结构相同，因此省略其详细说明。此外，在图14所示的结构中，对于与实施例I中说明的在图8中记载的结构相同的结构赋予相同的编号，并省略其详细说明。与实施例I的结构不同的是照明光学系统1410和摄像光学系统1420。其中，照明光学系统1410具备具有发射某波长宽度的光的光源1411、变换从光源1411发射的光的光路的反射镜812、会聚通过反射镜812将光路进行变换后的光形成为线形的光，从相对于法线方向Θ 10的方向照射在基板台831上保持的玻璃基板300的柱面透镜813。
此外，摄像光学系统1420具备第一照相机823，其具备第一波长选择滤波器1421和第一成像透镜系统822，其中，第一波长选择滤波器1421透过照射了通过柱面透镜813形成为线形具有某波长宽的光的玻璃基板300上的多晶硅薄膜301的晶粒边界处产生的一次衍射光中的，在相对于法线方向角度Θ 3的方向行进的波长λ I的一次衍射光，第一成像透镜系统822拍摄透过该第一波长选择滤波器1421的波长λ I的一次衍射光的像；第二摄像机826，其具备第二波长选择滤波器1424和第二成像透镜系统825，其中，波长选择滤波器1424透过通过微小突起产生的一次衍射光中的、在相对于法线方向角度Θ 4的方向行进的波长λ 2的一次衍射光，第二成像透镜系统825拍摄透过该第二波长选择滤波器1421的波长λ 2的一次衍射光的像。在本实施例中，通过检查数据处理/控制部对来自第一照相机823和第二照相机826的检测信号进行信号处理的摄像流程以及图像处理流程与实施例I中使用图9以及 图10说明的流程相同，因此省略说明。根据本实施例，与实施例2相比能够更加紧凑地设计照明光学系统。
权利要求
1.一种多晶硅薄膜检查装置，其具备基板装载部、基板检查部、基板卸载部以及全体控制部，该多晶硅薄膜检查装置的特征在于， 所述基板检查部具备 第一照明单兀，其从第一方向对在表面上形成了多晶娃薄膜的基板照射第一波长的光; 第二照明单元，其从第二方向对所述基板的通过所述第一照明单元被照射了所述第一波长的光的区域照射第二波长的光； 第一摄像单元，其拍摄从所述基板在第三方向上产生的基于所述第一波长的光的第一一次衍射光的光学图像，所述基板通过所述第一照明单元和所述第二照明单元被照射了第一波长的光和所述第二波长的光； 第二摄像单元，其拍摄从所述基板在第四方向上产生的基于所述第二波长的光的第二一次衍射光的光学图像，所述基板通过所述第一照明单元和所述第二照明单元被照射了第一波长的光和所述第二波长的光；以及 信号处理/判定单元，其对通过所述第一摄像单元拍摄所述第一一次衍射光的光学图像而得的信号和通过所述第二摄像单元拍摄所述第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在所述基板上形成的多晶硅膜的结晶的状态。
2.根据权利要求I所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 所述第一照明单元具备发射第一波长的光的第一光源部；以及将从该第一光源部发射的第一波长的光会聚在一个方向上，形成线形光，来照射所述基板的第一柱面透镜，所述第二照明单元具备发射第二波长的光的第二光源部；以及将从该第二光源部发射的第二波长的光会聚在一个方向上，形成线形光，来照射所述基板的第二柱面透镜。
3.根据权利要求I所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 所述第一照明单元和所述第二照明单元共有发射包含所述第一波长的光和所述第二波长的光的多波长的光的光源部，所述第一照明单元具备对从所述光源部发射的多波长的光中的所述第一波长的光进行反射，使其它波长的光透过的第一分色镜；以及将通过该第一分色镜反射的所述第一波长的光会聚在一个方向上，形成线形光来照射所述基板的第一柱面透镜，所述第二照明单元具备对从所述光源部发射的多波长的光中的透过了所述第一分色镜的光中的第二波长的光进行反射，使其它波长的光透过的第二分色镜；以及将通过该第二分色镜反射的所述第二波长的光会聚在一个方向上，形成线形光来照射所述基板的第二柱面透镜。
4.根据权利要求I所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 以所述第一方向相对于所述基板的表面的法线方向的角度大于所述第二方向相对于所述基板的表面的法线方向的角度的方式配置所述第一照明单元和所述第二照明单元，以所述第三方向相对于所述基板的表面的法线方向的角度小于所述第四方向相对于所述基板的表面的法线方向的角度的方式配置所述第一摄像单元和所述第二摄像单元。
5.根据权利要求广4中任一项所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 所述第一波长的光的波长比所述第二波长的光的波长短。
6.一种多晶硅薄膜检查装置，其具备基板装载部、基板检查部、基板卸载部以及全体控制部，该多晶硅薄膜检查装置的特征在于，所述基板检查部具备 照明单元，其对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射光； 第一摄像单元，其拍摄从通过所述照明单元被照射了光的所述基板在第一方向产生的第一一次衍射光的光学图像； 第二摄像单元，其拍摄从通过所述照明单元被照射了光的所述基板在第二方向产生的第二一次衍射光的光学图像；以及 信号处理/判定单元，其对通过所述第一摄像单元拍摄所述第一一次衍射光的光学图像而得的信号和通过所述第二摄像单元拍摄所述第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在所述基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。
7.根据权利要求6所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 所述第一摄像单元具备使第一波长的光透过而遮断其它波长的光的第一波长选择滤波器，拍摄基于透过了该第一波长选择滤波器的第一波长的光的所述第一一次衍射光的光学图像，所述第二摄像单元具备使第二波长的光透过而遮断其它波长的光的第二波长选择滤波器，拍摄基于透过了该第二波长选择滤波器的第二波长的光的所述第二一次衍射光的光学图像。
8.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜检查装置，其特征在于， 所述第一波长的光的波长比所述第二波长的光的波长短，所述第一方向相对于所述基板的法线方向的倾斜角小于所述第二方向相对于所述基板的法线方向的倾斜角。
9.一种多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 从第一方向对在表面上形成了多晶娃薄膜的基板照射第一波长的光， 从第二方向对所述基板的被照射了所述第一波长的光的区域照射第二波长的光， 拍摄从被照射了所述第一波长的光和所述第二波长的光的所述基板在第三方向上产生的基于所述第一波长的光的第一一次衍射光的光学图像， 拍摄从被照射了所述第一波长的光和所述第二波长的光的所述基板在第四方向上产生的基于所述第二波长的光的第二一次衍射光的光学图像， 对拍摄所述第一一次衍射光的光学图像而得的信号和拍摄所述第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在所述基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。
10.根据权利要求9所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 通过第一柱面透镜将从第一光源部发射的第一波长的光会聚在一个方向上，形成线形光，来从第一方向照射所述基板，由此来进行从所述第一方向照射所述第一波长的光，通过第二柱面透镜将从第二光源部发射的第二波长的光会聚在一个方向上，形成线形光，来从第二方向照射所述基板，由此来进行从所述第二方向照射所述第二波长的光。
11.根据权利要求9所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 通过使用第一柱面透镜将用于反射从光源部发射的光中的所述第一波长的光的第一分色镜所反射的所述第一波长的光会聚在一个方向上，形成线形光来从所述第一方向照射所述基板，由此来进行从所述第一方向照射所述第一波长的光，通过使用第二柱面透镜将用于反射从光源部发射的光中的第二波长的光的第二分色镜所反射的所述第二波长的光会聚在一个方向，形成线形光来从所述第二方向照射所述基板，由此来进行从所述第二方向照射所述第二波长的光，所述光源发射包含所述第一波长的光和所述第二波长的光的多波长的光。
12.根据权利要求9所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 照射所述第一波长的光的所述第一方向是相对所述基板的表面的法线方向比所述第二方向大的角度方向，拍摄基于所述第一波长的光的第一一次衍射光的光学图像的所述第三方向是相对所述基板的表面的法线方向比所述第四方向小的角度方向。
13.根据权利要求扩12中任一项所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 所述第一波长的光的波长比所述第二波长的光的波长短。
14.一种多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射光， 拍摄从被照射了该光的所述基板在第一方向上产生的第一一次衍射光的光学图像， 拍摄从被照射了所述光的所述基板在第二方向上产生的第二一次衍射光的光学图像， 对拍摄所述第一一次衍射光的光学图像而得的信号和拍摄所述第二一次衍射光的光学图像而得的信号进行处理，判定在所述基板上形成的多晶硅膜的结晶状态。
15.根据权利要求14所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 经由使第一波长的光透过而遮断其它波长的光的第一波长选择滤波器，拍摄从被照射的所述基板在第一方向上产生的第一一次衍射光的光学图像，经由使第二波长的光透过而遮断其它波长的光的第二波长选择滤波器，拍摄从被照射的所述基板在第二方向上产生的第二一次衍射光的光学图像。
16.根据权利要求15所述的多晶硅薄膜检查方法，其特征在于， 所述第一波长的光的波长比所述第二波长的光的波长短，所述第一方向相对于所述基板的法线方向的倾斜角小于所述第二方向相对于所述基板的法线方向的倾斜角。
全文摘要
本发明提供多晶硅薄膜检查方法及其装置。能够光学观察多晶硅薄膜的表面的状态，来检查多晶硅薄膜的结晶状态。多晶硅薄膜检查装置的基板检查部具有对在表面上形成了多晶硅薄膜的基板照射光的照明单元；拍摄从通过照明单元被照射了光的基板在第一方向上产生的第一一次衍射光的光学图像的第一摄像单元；拍摄从通过照明单元被照射了光的基板在第二方向上产生的第二一次衍射光的光学图像的第二摄像单元；对第一摄像单元拍摄第一一次衍射光的光学图像得到的信号和第二摄像单元拍摄第二一次衍射光的光学图像得到的信号进行处理，来判定在基板上形成的多晶硅膜的结晶状态的信号处理/判定单元。
文档编号G01N21/896GK102788805SQ20121015666
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月18日 优先权日2011年5月19日
发明者吉武康裕, 山口清美, 岩井进 申请人:株式会社日立高新技术