有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法及び有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置
【課題】シリコン膜を精度良く検査するシリコン膜検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、を含む有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法を提供する。
【解決手段】本発明は、シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、を含む有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置に用いられるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）基板のシリコン膜の検査方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置において、ポリシリコンＴＦＴ基板が用いられている。ポリシリコンは、基板上に形成されたアモルファスシリコンからなるシリコン膜に、エキシマレーザを照射してアニールすることにより、形成されていることが多い。
【０００３】
エキシマレーザはガスレーザであるが故に、パルスごとの出力強度にばらつきがある。このため、出力強度のばらつきに起因して、アモルファスシリコンからポリシリコンに適切に状態変化しない場合がある。
【０００４】
そこで、液晶表示装置用の検査技術として、エキシマレーザ照射後のシリコン膜に対して、アモルファスシリコンがポリシリコンに、適切に状態変化しているか否かを検査する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
図７を用いて、従来の技術に係る液晶表示装置用のシリコン膜検査装置１００について説明する。従来のシリコン膜検査装置１００は、筐体１０１の内部に、アニール後のシリコン膜が形成された基板である被検物１０２が載置されるステージ１０３と、筐体１０１の天窓１０４を介して被検物１０２に測定光を投光する投光部１０５と、特定の波長の光を透過させる光学フィルタ１０６と、被検物１０２からの反射光を受光する受光部１０７と、受光した反射光から反射率を求め、その反射率を評価することで、被検物１０２のシリコン膜が適切にポリシリコンに状態変化しているか否かを判定する判定装置１０８と、を備えている。
【０００６】
シリコン膜の結晶状態（シリコン膜中におけるポリシリコンとアモルファスシリコンとの存在割合）と反射率との関係は、分光エリプソメータを用いることにより予め求めておくことが可能である。このため、従来のシリコン膜検査装置１００では、特定の波長の光を照射した際の被検物１０２からの反射率と、予め準備したシリコン膜の結晶状態と反射率との関係から、被検物１０２の結晶状態を求める。このように、結晶状態を検査することで、ポリシリコンが適切に得られているか否かを検査している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５９１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アモルファスシリコンの電子移動度は１（ｃｍ2／Ｖｓ）程度であるのに対し、ポリシリコンの電子移動度は１００（ｃｍ2／Ｖｓ）以上と、両者の間に１００倍以上の電子移動度の差が存在する。
【０００９】
つまり、結晶状態がばらついている（ポリシリコンとアモルファスシリコンの存在割合が領域によって異なる）シリコン膜では、領域によって１００倍以上の電子移動度の差が発生してしまう。
【００１０】
それでもなお、液晶表示装置であれば、液晶分子の移動速度に比べて、電子移動度は十分に速いため、シリコン膜の結晶状態がばらつくことで、電子移動度がばらついても、大きな課題にならなかった。
【００１１】
しかしながら、有機ＥＬ表示装置の場合、電子移動度のばらつきが直接、表示装置の点灯速度のばらつき、すなわち表示ムラの発生に繋がる。このため、有機ＥＬ表示装置には結晶状態のばらつきが小さいシリコン膜を用いる必要がある。
【００１２】
液晶表示装置用の従来のシリコン膜検査装置１００では、同一の被検物１０２に対して同一の波長の光を用いてシリコン膜の結晶状態を検査している。このように、同一のシリコン膜に対して同一の波長の光を照射した場合、シリコン膜の反射率が一定であっても、シリコン膜の結晶状態が一定でない場合が生じていた。結晶状態が一定でないシリコン膜では、上述のように、有機ＥＬ表示装置に用いては、表示ムラの原因となる。従って、従来のように、同一のシリコン膜に同一の波長の光を用いて行う結晶状態の検査では、有機ＥＬ表示装置用の、シリコン膜を精度良く検査することができなかった。
【００１３】
本発明は、係る課題を解決するもので、シリコン膜を精度良く検査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法は、シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、前記第１結晶化率と前記第２結晶化率とに基づいて前記シリコン膜の検査を行う検査工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置は、シリコン膜が形成された基板を載置する載置部と、前記シリコン膜に照射光を照射する光源と、前記照射光が照射された前記シリコン膜からの反射光を受光する受光部と、前記反射光から前記シリコン膜の反射率を測定する測定部と、前記反射率から前記シリコン膜の結晶化率を導出する導出部と、前記結晶化率から前記シリコン膜の検査を行う検査部と、前記光源から照射された前記照射光が前記反射光となって前記受光部に受光されるまでの光路上に配置された波長切替部と、前記シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割部と、を備え、前記波長切替部は、前記第１領域と前記第２領域とで、異なる波長の前記照射光又は前記反射光を選択して透過させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、結晶状態のばらつきが小さいシリコン膜も検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るシリコン膜検査装置の模式図
【図２】膜厚が３８ｎｍの場合のシリコン膜の結晶化率と反射率との関係のグラフを示した図
【図３】膜厚が３８ｎｍのシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率と結晶化率との関係のグラフを示した図
【図４】被検物の膜厚分布とこの膜厚分布に対応した領域を走査する様子を示した模式図
【図５】膜厚の異なるシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の結晶化率と反射率との関係のグラフを示した図
【図６】実施の形態１に係るシリコン膜検査装置の動作を示すフローチャート
【図７】従来のシリコン膜検査装置の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００１９】
また、本発明では、シリコン膜の結晶状態を評価する指標として、結晶化率を用いる。結晶化率とは、シリコン膜中におけるポリシリコンの存在割合（体積割合）を指すものである。
【００２０】
（実施の形態１）
実施の形態１に係るシリコン膜検査装置１の構成の模式図を図１に示す。シリコン膜検査装置１は、シリコン膜２ａの形成された面が鉛直方向（図１中のＺ軸方向）上向きになるように被検物２が載置されるステージ３と、被検物２に特定の波長の光（照射光）を照射すると共に、被検物２からの反射光を検出する光学ユニット４と、検出した反射光から反射率を測定し、測定した反射率に基づいて被検物２の結晶化率を導出する制御装置５とを備えている。
【００２１】
以下に、シリコン膜検査装置１の構成について説明する。
【００２２】
ステージ３は、被検物２を載置するための載置部であり、被検物２を、図１中に示した互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動する三軸駆動型のサーボモータなどの駆動機構を備えたものである。このステージ３により、被検物２に照射される光学ユニット４からの光の位置を変化させる。なお、エンコーダ検出器（図示しない）によりステージ３の移動量は制御装置５に出力される。
【００２３】
光学ユニット４は、光源６と、波長切替機構７と、ハーフミラー８と、受光部９と、を備えたものである。ここで、光学ユニット４の構成について説明する。
【００２４】
光源６は、照射波長帯域にシリコン膜の検査に適した４００〜７００ｎｍの波長を含むハロゲンランプである。なお、光源６には、キセノンランプ、白色ＬＥＤ、極短パルスレーザなどを用いても良い。
【００２５】
波長切替機構７は、互いに異なる複数の狭い波長帯の光を選択的にそれぞれ透過させる複数の光学フィルタを備えたものである。波長切替機構７は、光源６とハーフミラー８との間であって、光源６から出射する光の光軸上に位置するように配置されている。この波長切替機構７を図示しない回転機構で回転させることで、光源６から照射される光の光軸上に位置する光学フィルタの種類を変化させ、被検物２に照射する光の波長を変化させる。
【００２６】
ハーフミラー８は、波長切替機構７の光学フィルタを透過した光の一部を反射させることで、被検物２に光を照射させる機能を備える光学部材である。また、ハーフミラー８は、光を照射された被検物２からの反射光の一部を透過させ、受光部９に入射させる機能も備えている。
【００２７】
受光部９は、ハーフミラー８を介して被検物２から反射した光（反射光）を受光する撮像装置である。受光部９は複数の受光素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が図１に示したＹ軸方向と平行にライン状に配列されたラインセンサを備える。これにより、各ＣＣＤで受光した光のＹ軸方向における強度分布を取得する。また、受光部９は、受光した光の強度情報を制御装置５に入力する。
【００２８】
制御装置５は、シリコン膜の膜厚、波長、結晶化率、反射率、これらの関係を示した基準データを予め記憶している記憶部と、膜厚の分布毎に１種類の波長で測定可能な領域を仮想的に分割する分割部と、受光部９で取得した強度分布に基づいて反射率を測定する測定部と、測定した反射率と予め記憶している基準データとから被検物２の結晶化率を導出する導出部と、導出した結晶化率に基づいて被検物２の検査を行う検査部と、を備えたものである。さらに、制御装置５は、波長切替機構７の回転を制御することで、被検物２の膜厚に応じて検査に用いる光の波長を選択する。制御装置５により、波長切替機構７を制御することで被検物２の膜厚に対応した波長の光を照射し、光を照射した被検物２の反射率を測定し、測定した反射率と予め記憶部に記憶してある基準データとから被検物２の結晶化率を導出する。この場合、反射率が既知のミラー１０に光を照射した場合の受光強度を予め測定しておき、その値が記憶部に記憶されている。これにより被検物２からの受光強度と、ミラー１０からの受光強度とを比較することで、被検物２の反射率を測定することができる。さらに、制御装置５は、ステージ３の駆動機構の駆動量を制御するものであり、被検物２の膜厚に応じて、予め設定した波長の光がそれぞれ照射されるように、光学ユニット４と被検物２との相対的な位置関係を変化させる。なお、記憶部には被検物２の膜厚分布が予め記憶されている。
【００２９】
次に、被検物２の検査に用いる光の波長について説明する。
【００３０】
図２に、シリコン膜の膜厚が３８ｎｍの場合における、波長と反射率と結晶化率との関係のグラフを示す。ここでは、代表的な結晶化率の値として０（アモルファスシリコン、図２中ではａ−Ｓｉと記載している）、２５、４０、７８、８８、９８％のシリコン膜における反射率と波長との関係を示す。なお、これらの関係は分光エリプソメータを用いて求めた。
【００３１】
結晶化率を高精度に測定するためには、結晶化率毎の反射率の差が大きい波長を用いることが好ましい。図２では５１０ｎｍの波長が最も結晶化率毎の反射率の差が大きくなっている。一方で、シリコン膜の表面は、結晶化率が大きくなると、表面粗さが増すためザラツキによる光の散乱効果が大きくなる。これにより、結晶化率が大きくなると、散乱効果の影響により図２に示した反射率の値よりも小さく検出される。つまり、結晶化率が大きくなるほど反射率が高くなる波長（５１０ｎｍ）では、結晶化率に起因する反射率の増加と表面ザラツキによる散乱効果による反射率の減少とが相殺し合い、結晶化率の判断が困難になる。従って、測定に用いる波長は、結晶化率が大きくなるほど反射率が小さくなる波長を選択することが望ましい。これらのことから、本実施の形態１で結晶化率の測定に用いる波長は４４２ｎｍを選択することが好ましい。
【００３２】
波長４４２ｎｍの光を、膜厚が３８ｎｍのシリコン膜に対して照射した場合の反射率と結晶化率との関係を図３に示す。図３は、結晶化率が既知のシリコン膜からの反射率を測定し、グラフにプロットしたものである。図３のプロットから、反射率と結晶化率との関係を示す近似曲線を求めることができる。この近似曲線に基づいて、実際に測定した反射率からシリコン膜の結晶化率を導出する。
【００３３】
ここで、図１に示した実施の形態１に係るシリコン膜検査装置１の動作を説明する前に、被検物２に対して１種類の波長の光を用いて結晶化率を測定する場合について説明する。
【００３４】
被検物２の膜厚の分布を示した模式図を図４に示す。まず、図４のように、膜厚の分布にばらつきが発生する原因について説明する。ポリシリコンは、ガラス基板上にアモルファスシリコンの膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相蒸着）法等により成膜した後に、アニールして形成される。このとき、ＣＶＤチャンバ内において、プラズマ密度が不均一な状態でシリコン膜が成膜される場合がある。図４のように、被検物２の中心部で薄く、周辺部で厚くなったのは、シリコン膜の成膜時に、ＣＶＤチャンバの中心部でプラズマ密度が疎となり、周辺部で密となっていたからである。つまり、成膜方法に起因して、膜厚のばらつきが発生するのである。
【００３５】
なお、実際にはシリコン膜内で連続的に膜厚が変化しているが、図４では、被検物２を均等な面積の領域に仮想的に分割（６インチサイズを２５分割）した際の、各領域における中心部の膜厚を示す。また、以下の説明では、これら仮想的に分割した領域をブロックと記載し、各ブロック内における膜厚分布は、等しいものとして説明を行う。
【００３６】
図４に示した被検物２には、膜厚が３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍのブロックが含まれている。従来の方法では、膜厚にばらつきを有するシリコン膜に対しても、同一の波長の光を照射している。そこで、膜厚が３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍの４条件のシリコン膜に対して、同一の光を照射した場合について説明する。ここでは、膜厚が３８ｎｍの場合に検査に最適な波長４４２ｎｍの光を照射した場合の、結晶化率と反射率との関係を図５に示す。また、図５にはそれぞれのプロットから、各膜厚における反射率と結晶化率との関係を示す近似曲線を示している。
【００３７】
ここで、図５に示した反射率が２４％のプロットＡ、Ｂ、Ｃに着目して説明する。実際の検査に際して、シリコン膜の結晶化率は測定した反射率から導出される。このため、膜厚を考慮に入れなければ、Ａ、Ｂ、Ｃのプロットの反射率は全て等しい値として測定され、これらは全て結晶化率が等しいと判定されてしまう。
【００３８】
しかし、Ａのプロットが示す結晶化率は２２％、Ｂのプロットが示す結晶化率は６４％、Ｃのプロットが示す結晶化率は８２％と、これらは全て異なる結晶化率である。ちなみに、結晶化率が２４％のシリコンの電子移動度は１〜３（ｃｍ2／Ｖｓ）、結晶化率が６４％の結晶化率は５〜７（ｃｍ2／Ｖｓ）、結晶化率８２％の結晶化率は１００（ｃｍ2／Ｖｓ）である。このため、これらが１つのシリコン膜中に混在するＴＦＴを有機ＥＬ表示装置に用いては、表示ムラの発生を引き起こしてしまう。
【００３９】
このように、シリコン膜の結晶状態と反射率との関係は膜厚に依存して変化することが理解できる。これは、シリコン膜の上面で反射する光と下面で反射する光とが干渉するためであると考えられる。
【００４０】
そこで、シリコン膜の膜厚を考慮に入れて、これらの結晶化率を測定する。Ａ、Ｂ、Ｃのプロットの膜厚は、それぞれ３８ｎｍ、４２ｎ、４２ｎｍである。このため、Ａのプロットは予め膜厚を測定ことより判定可能である。すなわち、膜厚３８ｎｍのシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率が２４％であると判るため、Ａのプロットの結晶化率は２４％であると判定可能である。一方、ＢとＣのプロットは、膜厚が同じであるため、区別がつかない。つまり、膜厚が４２ｎｍのシリコン膜に対して、波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率が２４％であれば、結晶化率が６４％又は８２％となる。前述の通り、結晶化率が６４％と８２％とでは電子移動度に大きな違いがあり、これらの結晶化率が混在するシリコン膜を有するＴＦＴは、有機ＥＬ表示装置には適さない。従って、膜厚４２ｎｍのシリコン膜の結晶化率の測定に波長４４２ｎｍの光を用いるのは適当でない。
【００４１】
発明者らは、様々な実験を行った結果、膜厚が４２ｎｍのシリコン膜には４６０ｎｍの光を用いて結晶化率を測定することが好ましいことを導き出した。同時に、波長４６０ｎｍの光は膜厚が３８ｎｍのシリコン膜の検査には適さないことも導き出した。
【００４２】
なお、図４に示したように、６インチサイズのシリコン膜を２５分割した際に、各ブロックの中心を測定した膜厚に対応する波長の光が、各ブロックに対応する波長の光となることも、実験の結果導き出した。つまり、各ブロックの中心膜厚に対応した波長の光を用いることで、各ブロックにおけるシリコン膜の結晶化率を高精度に求めることが可能である。
【００４３】
更に、発明者らは、シリコン膜の膜厚の分布が−２〜２ｎｍの範囲内においては１種類の波長を用いることが可能であるが、それ以上に膜厚が変化した場合は測定に用いる波長を変える必要があることを、実験を重ねた結果、見出した。
【００４４】
ちなみに、図４に示した被検物２の膜厚の設計値は４０．８ｎｍであり、被検物２全体の平均膜厚は４０．８ｎｍであった。このように、設計値と平均膜厚とが等しい場合であっても、シリコン膜の膜厚がばらつくことがある。膜厚にばらつきのある被検物２の平均膜厚や設計値のみに対応させて、検査に用いる光の波長を選択していては、膜厚のばらつきが原因となって、精度良くシリコン膜の検査を行うことができない。これらのことから、従来のように、同一のシリコン膜に対して１種類の波長を用いて測定すれば、同一面内でシリコン膜の膜厚が変化するシリコン膜の結晶化率を精度良く検査することが出来ないことが理解できる。
【００４５】
次に、本実施の形態１に係る図１に示したシリコン膜検査装置１を用いて、被検物２の膜厚分布に沿って異なる波長の光を照射して結晶化率を測定する手順を、図４を用いて説明する。被検物２の最薄部の膜厚は３６ｎｍ、最厚部の膜厚は４４ｎｍである。上述の通り、膜厚の変化量が−２〜２ｎｍの範囲内、すなわち４ｎｍの変化量の範囲内であれば１種類の波長を用いてシリコン膜の結晶化率を測定可能である。被検物２の膜厚の変化量の最大値は８ｎｍであるため、２種類の波長を用いることで、被検物２の結晶化率を測定可能である。このように、シリコン膜の最薄部と最厚部との差に基づいて、波長を選択すれば、検査に用いる波長の種類を最小限に抑えることが可能である。
【００４６】
ここでは膜厚３８ｎｍにおいて最適な波長４４２ｎｍの光と、膜厚４２ｎｍにおいて最適な波長４６０ｎｍの光と、を用いることで、被検物２の膜厚分布に対応可能である。従って、制御装置５にて、被検物２の領域を波長４４２ｎｍ（第１波長）の光（第１照射光、第１反射光）を用いて反射率（第１反射率）、結晶化率（第１結晶化率）を検査する領域（第１領域）と、波長４６０ｎｍ（第２波長）の光（第２照射項、第２反射光）を用いて反射率（第２反射率）、結晶化率（第２結晶化率）を検査する領域（第２領域）とに仮想的に分割する。より具体的に述べると、波長４４２ｎｍの光を被検物２の３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚（第１膜厚）分布領域に対して用い、波長４６０ｎｍの光を被検物２の４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚（第２膜厚）分布領域に対して用いる。図４では、波長４４２ｎｍの光を用いて検査する領域（第２領域）について斜線を付して表した。
【００４７】
ここで、図１に示したシリコン膜検査装置１は、ラスタスキャン方式で測定するように、ステージ３によって光学ユニット４と被検物２との相対位置関係を変化させる。この場合、図４に示したＸ軸方向を主走査方向とすると、一度の主走査で、撮像可能な領域（以下、エリアとする）は副走査方向（図４に示したＹ軸方向）に２ブロック、主走査方向に５ブロックとなる。
【００４８】
図４の被検物２中の最初に主走査（以下、主走査１とし、２〜４回目の主走査をそれぞれ主走査２〜４とする）されるエリアａ1内に含まれるブロックには、３８ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のばらつきがある。このとき、エリアａ1の左列には４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のブロックのみが位置するため、主走査１で検査に用いる光に４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚に対応する波長４６０ｎｍとする。同時に、エリアａ1の右列に含まれるブロックのうち、膜厚が３８ｎｍのブロック以外については主走査１にて検査を行う。次に、主走査２を行うエリアａ2内に含まれるブロックには、３６ｎｍ〜４２ｎｍの膜厚ばらつきがあるが、エリアａ2の左列では膜厚が３８ｎｍ以外のブロックについての検査を終えている。このため、エリアａ2で検査すべきブロックの膜厚のばらつきは、３６〜４０ｎｍである。従って、主走査２で検査に用いる光を、３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に対応する波長４４２ｎｍとする。次に、主走査３を行うエリアａ3内に含まれるブロックには３８ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のばらつきが存在する。そこで、まず主走査３で３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に対応する波長４４２ｎｍの光を検査に用いる。次に、再度エリアａ3について主走査４を行う。主走査３にて３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚のブロックを検査したため、主走査４では４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のブロックについて検査を行う。以上のようにして、被検物２の膜厚に対応させて検査に用いる光の波長を変化させることで、被検物２を高精度に検査することが可能である。なお、膜厚が４０ｎｍの領域に関しては、波長４４２ｎｍ及び４６０ｎｍの光の何れを用いても良い。そのため、走査方向に応じて、被検物２に光を照射する回数が少なくなるように、用いる波長を選択すればよい。また、膜厚が４０ｎｍのブロックについて４４２、４６０ｎｍの波長の光の両方で検査してもよい。
【００４９】
なお、説明を省略したが、図１に示した波長切替機構７によって照射する光の波長を変更している。また、ここではブロックを２５分割した例を示したが、領域間の膜厚の差が４ｎｍ以下であれば、２分割であってもよい。
【００５０】
次に、図１に示したシリコン膜検査装置１の動作について、図６に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
ステップＳ１では、ステージ３上に載置された被検物２に対して、制御装置５が、膜厚の分布に基づいて、１種類の波長の光で測定可能な領域を仮想的に分割する。このとき、被検物２の膜厚分布は、予め記憶部に記憶されているものを用いる。
【００５２】
ステップＳ２では、ステップＳ１で仮想的に分割した領域毎に異なる波長の光を被検物２に照射する。
【００５３】
ステップＳ３では、ステップＳ２で光が照射された被検物２のステップＳ１で仮想的に分割した領域からそれぞれ反射した光を受光部９にて受光する。
【００５４】
ステップＳ４では、制御装置５によって、ステップＳ３で受光した光からステップＳ１で仮想的に分割した領域毎に反射率を測定する。
【００５５】
ステップＳ５では、測定した反射率に基づいてステップＳ１で仮想的に分割した領域毎のシリコン膜の結晶化率を導出する。このとき、領域毎に測定に用いた波長にそれぞれ対応する結晶化率と反射率との関係を示すデータは、予め制御装置５の記憶部に記憶されている。この予め記憶されているデータに基づいて制御装置５は、各領域の結晶化率を導出する。
【００５６】
ステップＳ６では、ステップＳ１で仮想的に分割した各領域について導出した結晶化率と、予め設定したしきい値とを比較する。この場合、しきい値未満の結晶化率を示す領域が一つでも存在した場合は、その被検物２を不良と判定する。全ての領域でしきい値以上の結晶化率を示した場合は、その被検物２を良品と判定する。
【００５７】
ステップＳ７では、ステップＳ６にて不良品と判定された被検物２が、選別機構（図示しない）により、ステージ３から除去され、不良品回収箱（図示しない）に搬送される。
【００５８】
ステップＳ８では、ステップＳ６にて良品と判定された被検物２が、選別機構により、良品回収箱（図示しない）に搬送される。
【００５９】
以上のように、図１のシリコン膜検査装置１によって被検物２の検査を行うことができる。
【００６０】
なお、図１では波長切替機構７を光源６の直前に配置したが、波長切替機構７の配置位置は、光源６から出射した光が受光部９に入射するまでの間の光軸上であれば良い。また、波長切替機構７として、光源６から出射される光の波長がコントロール可能な照明装置や受光する光の波長を絞ることの出来る受光部９を用いても良い。
【００６１】
なお、検査に３種類（第３波長）以上の波長の光（第３照射光、第３反射光）を、３領域（第３領域）以上の領域に用いて結晶化率（第３結晶化率）の検査を行っても良い。例えば、図４に示した被検物２に対して、３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍ、４４ｎｍの膜厚が異なるブロックそれぞれに対応した波長の光を用いても良い。この場合、結晶化率の測定に用いる波長をより高感度に膜厚に対応させるため、より高精度に結晶化率の測定が可能である。但し、測定に用いる光の種類が増えるため、検査時間の延長を招く。よって、検査時間を短縮したい場合は、１つのシリコン膜の検査に用いる波長の数は最小限に抑えることが好ましい。また、領域間の膜厚の差は、４ｎｍである場合が、最も検査に用いる波長の数を抑えることが可能であるため、好適である。
【００６２】
なお、ここでは、被検物２の膜厚が既知の場合において説明したが、以下に説明するような場合、被検物２の膜厚が未知の場合でも、被検物２の結晶化率を高精度に測定することが可能である。
【００６３】
図１のシリコン膜検査装置１に被検物２の膜厚を測定する膜厚測定部（図示しない）を更に設け、膜厚測定部によって測定した膜厚をステージ３による移動位置と対応させ、被検物２のシリコン膜の膜厚の面内分布を導くための計算部を有するように制御装置５を構成しても良い。この場合、被検物２上の限られたポイントで膜厚を測定し、他の部分では補間して膜厚を決めてもよい。被検物２の膜厚を実測する必要があっても、すべての測定点で膜厚を測定するのではないので、高速にシリコン膜厚を測定することが可能である。この場合、図６に示したフローチャートのステップＳ１の前に、ステップＳ０として、被検物２の膜厚を測定し、測定した膜厚のデータを制御装置５の記憶部に記憶する工程を含むこととなる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、有機ＥＬ表示装置のように、液晶表示装置以上にシリコンの結晶化率の精度が求められる製品に用いられるシリコン膜の検査に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ シリコン膜検査装置
２ 被検物
３ ステージ
４ 光学ユニット
５ 制御装置
６ 光源
７ 波長切替機構
９ 受光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置に用いられるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）基板のシリコン膜の検査方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置において、ポリシリコンＴＦＴ基板が用いられている。ポリシリコンは、基板上に形成されたアモルファスシリコンからなるシリコン膜に、エキシマレーザを照射してアニールすることにより、形成されていることが多い。
【０００３】
エキシマレーザはガスレーザであるが故に、パルスごとの出力強度にばらつきがある。このため、出力強度のばらつきに起因して、アモルファスシリコンからポリシリコンに適切に状態変化しない場合がある。
【０００４】
そこで、液晶表示装置用の検査技術として、エキシマレーザ照射後のシリコン膜に対して、アモルファスシリコンがポリシリコンに、適切に状態変化しているか否かを検査する技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
図７を用いて、従来の技術に係る液晶表示装置用のシリコン膜検査装置１００について説明する。従来のシリコン膜検査装置１００は、筐体１０１の内部に、アニール後のシリコン膜が形成された基板である被検物１０２が載置されるステージ１０３と、筐体１０１の天窓１０４を介して被検物１０２に測定光を投光する投光部１０５と、特定の波長の光を透過させる光学フィルタ１０６と、被検物１０２からの反射光を受光する受光部１０７と、受光した反射光から反射率を求め、その反射率を評価することで、被検物１０２のシリコン膜が適切にポリシリコンに状態変化しているか否かを判定する判定装置１０８と、を備えている。
【０００６】
シリコン膜の結晶状態（シリコン膜中におけるポリシリコンとアモルファスシリコンとの存在割合）と反射率との関係は、分光エリプソメータを用いることにより予め求めておくことが可能である。このため、従来のシリコン膜検査装置１００では、特定の波長の光を照射した際の被検物１０２からの反射率と、予め準備したシリコン膜の結晶状態と反射率との関係から、被検物１０２の結晶状態を求める。このように、結晶状態を検査することで、ポリシリコンが適切に得られているか否かを検査している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５９１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アモルファスシリコンの電子移動度は１（ｃｍ2／Ｖｓ）程度であるのに対し、ポリシリコンの電子移動度は１００（ｃｍ2／Ｖｓ）以上と、両者の間に１００倍以上の電子移動度の差が存在する。
【０００９】
つまり、結晶状態がばらついている（ポリシリコンとアモルファスシリコンの存在割合が領域によって異なる）シリコン膜では、領域によって１００倍以上の電子移動度の差が発生してしまう。
【００１０】
それでもなお、液晶表示装置であれば、液晶分子の移動速度に比べて、電子移動度は十分に速いため、シリコン膜の結晶状態がばらつくことで、電子移動度がばらついても、大きな課題にならなかった。
【００１１】
しかしながら、有機ＥＬ表示装置の場合、電子移動度のばらつきが直接、表示装置の点灯速度のばらつき、すなわち表示ムラの発生に繋がる。このため、有機ＥＬ表示装置には結晶状態のばらつきが小さいシリコン膜を用いる必要がある。
【００１２】
液晶表示装置用の従来のシリコン膜検査装置１００では、同一の被検物１０２に対して同一の波長の光を用いてシリコン膜の結晶状態を検査している。このように、同一のシリコン膜に対して同一の波長の光を照射した場合、シリコン膜の反射率が一定であっても、シリコン膜の結晶状態が一定でない場合が生じていた。結晶状態が一定でないシリコン膜では、上述のように、有機ＥＬ表示装置に用いては、表示ムラの原因となる。従って、従来のように、同一のシリコン膜に同一の波長の光を用いて行う結晶状態の検査では、有機ＥＬ表示装置用の、シリコン膜を精度良く検査することができなかった。
【００１３】
本発明は、係る課題を解決するもので、シリコン膜を精度良く検査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法は、シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、前記第１結晶化率と前記第２結晶化率とに基づいて前記シリコン膜の検査を行う検査工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置は、シリコン膜が形成された基板を載置する載置部と、前記シリコン膜に照射光を照射する光源と、前記照射光が照射された前記シリコン膜からの反射光を受光する受光部と、前記反射光から前記シリコン膜の反射率を測定する測定部と、前記反射率から前記シリコン膜の結晶化率を導出する導出部と、前記結晶化率から前記シリコン膜の検査を行う検査部と、前記光源から照射された前記照射光が前記反射光となって前記受光部に受光されるまでの光路上に配置された波長切替部と、前記シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割部と、を備え、前記波長切替部は、前記第１領域と前記第２領域とで、異なる波長の前記照射光又は前記反射光を選択して透過させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、結晶状態のばらつきが小さいシリコン膜も検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るシリコン膜検査装置の模式図
【図２】膜厚が３８ｎｍの場合のシリコン膜の結晶化率と反射率との関係のグラフを示した図
【図３】膜厚が３８ｎｍのシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率と結晶化率との関係のグラフを示した図
【図４】被検物の膜厚分布とこの膜厚分布に対応した領域を走査する様子を示した模式図
【図５】膜厚の異なるシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の結晶化率と反射率との関係のグラフを示した図
【図６】実施の形態１に係るシリコン膜検査装置の動作を示すフローチャート
【図７】従来のシリコン膜検査装置の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００１９】
また、本発明では、シリコン膜の結晶状態を評価する指標として、結晶化率を用いる。結晶化率とは、シリコン膜中におけるポリシリコンの存在割合（体積割合）を指すものである。
【００２０】
（実施の形態１）
実施の形態１に係るシリコン膜検査装置１の構成の模式図を図１に示す。シリコン膜検査装置１は、シリコン膜２ａの形成された面が鉛直方向（図１中のＺ軸方向）上向きになるように被検物２が載置されるステージ３と、被検物２に特定の波長の光（照射光）を照射すると共に、被検物２からの反射光を検出する光学ユニット４と、検出した反射光から反射率を測定し、測定した反射率に基づいて被検物２の結晶化率を導出する制御装置５とを備えている。
【００２１】
以下に、シリコン膜検査装置１の構成について説明する。
【００２２】
ステージ３は、被検物２を載置するための載置部であり、被検物２を、図１中に示した互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動する三軸駆動型のサーボモータなどの駆動機構を備えたものである。このステージ３により、被検物２に照射される光学ユニット４からの光の位置を変化させる。なお、エンコーダ検出器（図示しない）によりステージ３の移動量は制御装置５に出力される。
【００２３】
光学ユニット４は、光源６と、波長切替機構７と、ハーフミラー８と、受光部９と、を備えたものである。ここで、光学ユニット４の構成について説明する。
【００２４】
光源６は、照射波長帯域にシリコン膜の検査に適した４００〜７００ｎｍの波長を含むハロゲンランプである。なお、光源６には、キセノンランプ、白色ＬＥＤ、極短パルスレーザなどを用いても良い。
【００２５】
波長切替機構７は、互いに異なる複数の狭い波長帯の光を選択的にそれぞれ透過させる複数の光学フィルタを備えたものである。波長切替機構７は、光源６とハーフミラー８との間であって、光源６から出射する光の光軸上に位置するように配置されている。この波長切替機構７を図示しない回転機構で回転させることで、光源６から照射される光の光軸上に位置する光学フィルタの種類を変化させ、被検物２に照射する光の波長を変化させる。
【００２６】
ハーフミラー８は、波長切替機構７の光学フィルタを透過した光の一部を反射させることで、被検物２に光を照射させる機能を備える光学部材である。また、ハーフミラー８は、光を照射された被検物２からの反射光の一部を透過させ、受光部９に入射させる機能も備えている。
【００２７】
受光部９は、ハーフミラー８を介して被検物２から反射した光（反射光）を受光する撮像装置である。受光部９は複数の受光素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が図１に示したＹ軸方向と平行にライン状に配列されたラインセンサを備える。これにより、各ＣＣＤで受光した光のＹ軸方向における強度分布を取得する。また、受光部９は、受光した光の強度情報を制御装置５に入力する。
【００２８】
制御装置５は、シリコン膜の膜厚、波長、結晶化率、反射率、これらの関係を示した基準データを予め記憶している記憶部と、膜厚の分布毎に１種類の波長で測定可能な領域を仮想的に分割する分割部と、受光部９で取得した強度分布に基づいて反射率を測定する測定部と、測定した反射率と予め記憶している基準データとから被検物２の結晶化率を導出する導出部と、導出した結晶化率に基づいて被検物２の検査を行う検査部と、を備えたものである。さらに、制御装置５は、波長切替機構７の回転を制御することで、被検物２の膜厚に応じて検査に用いる光の波長を選択する。制御装置５により、波長切替機構７を制御することで被検物２の膜厚に対応した波長の光を照射し、光を照射した被検物２の反射率を測定し、測定した反射率と予め記憶部に記憶してある基準データとから被検物２の結晶化率を導出する。この場合、反射率が既知のミラー１０に光を照射した場合の受光強度を予め測定しておき、その値が記憶部に記憶されている。これにより被検物２からの受光強度と、ミラー１０からの受光強度とを比較することで、被検物２の反射率を測定することができる。さらに、制御装置５は、ステージ３の駆動機構の駆動量を制御するものであり、被検物２の膜厚に応じて、予め設定した波長の光がそれぞれ照射されるように、光学ユニット４と被検物２との相対的な位置関係を変化させる。なお、記憶部には被検物２の膜厚分布が予め記憶されている。
【００２９】
次に、被検物２の検査に用いる光の波長について説明する。
【００３０】
図２に、シリコン膜の膜厚が３８ｎｍの場合における、波長と反射率と結晶化率との関係のグラフを示す。ここでは、代表的な結晶化率の値として０（アモルファスシリコン、図２中ではａ−Ｓｉと記載している）、２５、４０、７８、８８、９８％のシリコン膜における反射率と波長との関係を示す。なお、これらの関係は分光エリプソメータを用いて求めた。
【００３１】
結晶化率を高精度に測定するためには、結晶化率毎の反射率の差が大きい波長を用いることが好ましい。図２では５１０ｎｍの波長が最も結晶化率毎の反射率の差が大きくなっている。一方で、シリコン膜の表面は、結晶化率が大きくなると、表面粗さが増すためザラツキによる光の散乱効果が大きくなる。これにより、結晶化率が大きくなると、散乱効果の影響により図２に示した反射率の値よりも小さく検出される。つまり、結晶化率が大きくなるほど反射率が高くなる波長（５１０ｎｍ）では、結晶化率に起因する反射率の増加と表面ザラツキによる散乱効果による反射率の減少とが相殺し合い、結晶化率の判断が困難になる。従って、測定に用いる波長は、結晶化率が大きくなるほど反射率が小さくなる波長を選択することが望ましい。これらのことから、本実施の形態１で結晶化率の測定に用いる波長は４４２ｎｍを選択することが好ましい。
【００３２】
波長４４２ｎｍの光を、膜厚が３８ｎｍのシリコン膜に対して照射した場合の反射率と結晶化率との関係を図３に示す。図３は、結晶化率が既知のシリコン膜からの反射率を測定し、グラフにプロットしたものである。図３のプロットから、反射率と結晶化率との関係を示す近似曲線を求めることができる。この近似曲線に基づいて、実際に測定した反射率からシリコン膜の結晶化率を導出する。
【００３３】
ここで、図１に示した実施の形態１に係るシリコン膜検査装置１の動作を説明する前に、被検物２に対して１種類の波長の光を用いて結晶化率を測定する場合について説明する。
【００３４】
被検物２の膜厚の分布を示した模式図を図４に示す。まず、図４のように、膜厚の分布にばらつきが発生する原因について説明する。ポリシリコンは、ガラス基板上にアモルファスシリコンの膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相蒸着）法等により成膜した後に、アニールして形成される。このとき、ＣＶＤチャンバ内において、プラズマ密度が不均一な状態でシリコン膜が成膜される場合がある。図４のように、被検物２の中心部で薄く、周辺部で厚くなったのは、シリコン膜の成膜時に、ＣＶＤチャンバの中心部でプラズマ密度が疎となり、周辺部で密となっていたからである。つまり、成膜方法に起因して、膜厚のばらつきが発生するのである。
【００３５】
なお、実際にはシリコン膜内で連続的に膜厚が変化しているが、図４では、被検物２を均等な面積の領域に仮想的に分割（６インチサイズを２５分割）した際の、各領域における中心部の膜厚を示す。また、以下の説明では、これら仮想的に分割した領域をブロックと記載し、各ブロック内における膜厚分布は、等しいものとして説明を行う。
【００３６】
図４に示した被検物２には、膜厚が３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍのブロックが含まれている。従来の方法では、膜厚にばらつきを有するシリコン膜に対しても、同一の波長の光を照射している。そこで、膜厚が３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍの４条件のシリコン膜に対して、同一の光を照射した場合について説明する。ここでは、膜厚が３８ｎｍの場合に検査に最適な波長４４２ｎｍの光を照射した場合の、結晶化率と反射率との関係を図５に示す。また、図５にはそれぞれのプロットから、各膜厚における反射率と結晶化率との関係を示す近似曲線を示している。
【００３７】
ここで、図５に示した反射率が２４％のプロットＡ、Ｂ、Ｃに着目して説明する。実際の検査に際して、シリコン膜の結晶化率は測定した反射率から導出される。このため、膜厚を考慮に入れなければ、Ａ、Ｂ、Ｃのプロットの反射率は全て等しい値として測定され、これらは全て結晶化率が等しいと判定されてしまう。
【００３８】
しかし、Ａのプロットが示す結晶化率は２２％、Ｂのプロットが示す結晶化率は６４％、Ｃのプロットが示す結晶化率は８２％と、これらは全て異なる結晶化率である。ちなみに、結晶化率が２４％のシリコンの電子移動度は１〜３（ｃｍ2／Ｖｓ）、結晶化率が６４％の結晶化率は５〜７（ｃｍ2／Ｖｓ）、結晶化率８２％の結晶化率は１００（ｃｍ2／Ｖｓ）である。このため、これらが１つのシリコン膜中に混在するＴＦＴを有機ＥＬ表示装置に用いては、表示ムラの発生を引き起こしてしまう。
【００３９】
このように、シリコン膜の結晶状態と反射率との関係は膜厚に依存して変化することが理解できる。これは、シリコン膜の上面で反射する光と下面で反射する光とが干渉するためであると考えられる。
【００４０】
そこで、シリコン膜の膜厚を考慮に入れて、これらの結晶化率を測定する。Ａ、Ｂ、Ｃのプロットの膜厚は、それぞれ３８ｎｍ、４２ｎ、４２ｎｍである。このため、Ａのプロットは予め膜厚を測定ことより判定可能である。すなわち、膜厚３８ｎｍのシリコン膜に波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率が２４％であると判るため、Ａのプロットの結晶化率は２４％であると判定可能である。一方、ＢとＣのプロットは、膜厚が同じであるため、区別がつかない。つまり、膜厚が４２ｎｍのシリコン膜に対して、波長４４２ｎｍの光を照射した場合の反射率が２４％であれば、結晶化率が６４％又は８２％となる。前述の通り、結晶化率が６４％と８２％とでは電子移動度に大きな違いがあり、これらの結晶化率が混在するシリコン膜を有するＴＦＴは、有機ＥＬ表示装置には適さない。従って、膜厚４２ｎｍのシリコン膜の結晶化率の測定に波長４４２ｎｍの光を用いるのは適当でない。
【００４１】
発明者らは、様々な実験を行った結果、膜厚が４２ｎｍのシリコン膜には４６０ｎｍの光を用いて結晶化率を測定することが好ましいことを導き出した。同時に、波長４６０ｎｍの光は膜厚が３８ｎｍのシリコン膜の検査には適さないことも導き出した。
【００４２】
なお、図４に示したように、６インチサイズのシリコン膜を２５分割した際に、各ブロックの中心を測定した膜厚に対応する波長の光が、各ブロックに対応する波長の光となることも、実験の結果導き出した。つまり、各ブロックの中心膜厚に対応した波長の光を用いることで、各ブロックにおけるシリコン膜の結晶化率を高精度に求めることが可能である。
【００４３】
更に、発明者らは、シリコン膜の膜厚の分布が−２〜２ｎｍの範囲内においては１種類の波長を用いることが可能であるが、それ以上に膜厚が変化した場合は測定に用いる波長を変える必要があることを、実験を重ねた結果、見出した。
【００４４】
ちなみに、図４に示した被検物２の膜厚の設計値は４０．８ｎｍであり、被検物２全体の平均膜厚は４０．８ｎｍであった。このように、設計値と平均膜厚とが等しい場合であっても、シリコン膜の膜厚がばらつくことがある。膜厚にばらつきのある被検物２の平均膜厚や設計値のみに対応させて、検査に用いる光の波長を選択していては、膜厚のばらつきが原因となって、精度良くシリコン膜の検査を行うことができない。これらのことから、従来のように、同一のシリコン膜に対して１種類の波長を用いて測定すれば、同一面内でシリコン膜の膜厚が変化するシリコン膜の結晶化率を精度良く検査することが出来ないことが理解できる。
【００４５】
次に、本実施の形態１に係る図１に示したシリコン膜検査装置１を用いて、被検物２の膜厚分布に沿って異なる波長の光を照射して結晶化率を測定する手順を、図４を用いて説明する。被検物２の最薄部の膜厚は３６ｎｍ、最厚部の膜厚は４４ｎｍである。上述の通り、膜厚の変化量が−２〜２ｎｍの範囲内、すなわち４ｎｍの変化量の範囲内であれば１種類の波長を用いてシリコン膜の結晶化率を測定可能である。被検物２の膜厚の変化量の最大値は８ｎｍであるため、２種類の波長を用いることで、被検物２の結晶化率を測定可能である。このように、シリコン膜の最薄部と最厚部との差に基づいて、波長を選択すれば、検査に用いる波長の種類を最小限に抑えることが可能である。
【００４６】
ここでは膜厚３８ｎｍにおいて最適な波長４４２ｎｍの光と、膜厚４２ｎｍにおいて最適な波長４６０ｎｍの光と、を用いることで、被検物２の膜厚分布に対応可能である。従って、制御装置５にて、被検物２の領域を波長４４２ｎｍ（第１波長）の光（第１照射光、第１反射光）を用いて反射率（第１反射率）、結晶化率（第１結晶化率）を検査する領域（第１領域）と、波長４６０ｎｍ（第２波長）の光（第２照射項、第２反射光）を用いて反射率（第２反射率）、結晶化率（第２結晶化率）を検査する領域（第２領域）とに仮想的に分割する。より具体的に述べると、波長４４２ｎｍの光を被検物２の３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚（第１膜厚）分布領域に対して用い、波長４６０ｎｍの光を被検物２の４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚（第２膜厚）分布領域に対して用いる。図４では、波長４４２ｎｍの光を用いて検査する領域（第２領域）について斜線を付して表した。
【００４７】
ここで、図１に示したシリコン膜検査装置１は、ラスタスキャン方式で測定するように、ステージ３によって光学ユニット４と被検物２との相対位置関係を変化させる。この場合、図４に示したＸ軸方向を主走査方向とすると、一度の主走査で、撮像可能な領域（以下、エリアとする）は副走査方向（図４に示したＹ軸方向）に２ブロック、主走査方向に５ブロックとなる。
【００４８】
図４の被検物２中の最初に主走査（以下、主走査１とし、２〜４回目の主走査をそれぞれ主走査２〜４とする）されるエリアａ1内に含まれるブロックには、３８ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のばらつきがある。このとき、エリアａ1の左列には４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のブロックのみが位置するため、主走査１で検査に用いる光に４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚に対応する波長４６０ｎｍとする。同時に、エリアａ1の右列に含まれるブロックのうち、膜厚が３８ｎｍのブロック以外については主走査１にて検査を行う。次に、主走査２を行うエリアａ2内に含まれるブロックには、３６ｎｍ〜４２ｎｍの膜厚ばらつきがあるが、エリアａ2の左列では膜厚が３８ｎｍ以外のブロックについての検査を終えている。このため、エリアａ2で検査すべきブロックの膜厚のばらつきは、３６〜４０ｎｍである。従って、主走査２で検査に用いる光を、３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に対応する波長４４２ｎｍとする。次に、主走査３を行うエリアａ3内に含まれるブロックには３８ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のばらつきが存在する。そこで、まず主走査３で３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚に対応する波長４４２ｎｍの光を検査に用いる。次に、再度エリアａ3について主走査４を行う。主走査３にて３６ｎｍ〜４０ｎｍの膜厚のブロックを検査したため、主走査４では４０ｎｍ〜４４ｎｍの膜厚のブロックについて検査を行う。以上のようにして、被検物２の膜厚に対応させて検査に用いる光の波長を変化させることで、被検物２を高精度に検査することが可能である。なお、膜厚が４０ｎｍの領域に関しては、波長４４２ｎｍ及び４６０ｎｍの光の何れを用いても良い。そのため、走査方向に応じて、被検物２に光を照射する回数が少なくなるように、用いる波長を選択すればよい。また、膜厚が４０ｎｍのブロックについて４４２、４６０ｎｍの波長の光の両方で検査してもよい。
【００４９】
なお、説明を省略したが、図１に示した波長切替機構７によって照射する光の波長を変更している。また、ここではブロックを２５分割した例を示したが、領域間の膜厚の差が４ｎｍ以下であれば、２分割であってもよい。
【００５０】
次に、図１に示したシリコン膜検査装置１の動作について、図６に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
ステップＳ１では、ステージ３上に載置された被検物２に対して、制御装置５が、膜厚の分布に基づいて、１種類の波長の光で測定可能な領域を仮想的に分割する。このとき、被検物２の膜厚分布は、予め記憶部に記憶されているものを用いる。
【００５２】
ステップＳ２では、ステップＳ１で仮想的に分割した領域毎に異なる波長の光を被検物２に照射する。
【００５３】
ステップＳ３では、ステップＳ２で光が照射された被検物２のステップＳ１で仮想的に分割した領域からそれぞれ反射した光を受光部９にて受光する。
【００５４】
ステップＳ４では、制御装置５によって、ステップＳ３で受光した光からステップＳ１で仮想的に分割した領域毎に反射率を測定する。
【００５５】
ステップＳ５では、測定した反射率に基づいてステップＳ１で仮想的に分割した領域毎のシリコン膜の結晶化率を導出する。このとき、領域毎に測定に用いた波長にそれぞれ対応する結晶化率と反射率との関係を示すデータは、予め制御装置５の記憶部に記憶されている。この予め記憶されているデータに基づいて制御装置５は、各領域の結晶化率を導出する。
【００５６】
ステップＳ６では、ステップＳ１で仮想的に分割した各領域について導出した結晶化率と、予め設定したしきい値とを比較する。この場合、しきい値未満の結晶化率を示す領域が一つでも存在した場合は、その被検物２を不良と判定する。全ての領域でしきい値以上の結晶化率を示した場合は、その被検物２を良品と判定する。
【００５７】
ステップＳ７では、ステップＳ６にて不良品と判定された被検物２が、選別機構（図示しない）により、ステージ３から除去され、不良品回収箱（図示しない）に搬送される。
【００５８】
ステップＳ８では、ステップＳ６にて良品と判定された被検物２が、選別機構により、良品回収箱（図示しない）に搬送される。
【００５９】
以上のように、図１のシリコン膜検査装置１によって被検物２の検査を行うことができる。
【００６０】
なお、図１では波長切替機構７を光源６の直前に配置したが、波長切替機構７の配置位置は、光源６から出射した光が受光部９に入射するまでの間の光軸上であれば良い。また、波長切替機構７として、光源６から出射される光の波長がコントロール可能な照明装置や受光する光の波長を絞ることの出来る受光部９を用いても良い。
【００６１】
なお、検査に３種類（第３波長）以上の波長の光（第３照射光、第３反射光）を、３領域（第３領域）以上の領域に用いて結晶化率（第３結晶化率）の検査を行っても良い。例えば、図４に示した被検物２に対して、３６ｎｍ、３８ｎｍ、４０ｎｍ、４２ｎｍ、４４ｎｍの膜厚が異なるブロックそれぞれに対応した波長の光を用いても良い。この場合、結晶化率の測定に用いる波長をより高感度に膜厚に対応させるため、より高精度に結晶化率の測定が可能である。但し、測定に用いる光の種類が増えるため、検査時間の延長を招く。よって、検査時間を短縮したい場合は、１つのシリコン膜の検査に用いる波長の数は最小限に抑えることが好ましい。また、領域間の膜厚の差は、４ｎｍである場合が、最も検査に用いる波長の数を抑えることが可能であるため、好適である。
【００６２】
なお、ここでは、被検物２の膜厚が既知の場合において説明したが、以下に説明するような場合、被検物２の膜厚が未知の場合でも、被検物２の結晶化率を高精度に測定することが可能である。
【００６３】
図１のシリコン膜検査装置１に被検物２の膜厚を測定する膜厚測定部（図示しない）を更に設け、膜厚測定部によって測定した膜厚をステージ３による移動位置と対応させ、被検物２のシリコン膜の膜厚の面内分布を導くための計算部を有するように制御装置５を構成しても良い。この場合、被検物２上の限られたポイントで膜厚を測定し、他の部分では補間して膜厚を決めてもよい。被検物２の膜厚を実測する必要があっても、すべての測定点で膜厚を測定するのではないので、高速にシリコン膜厚を測定することが可能である。この場合、図６に示したフローチャートのステップＳ１の前に、ステップＳ０として、被検物２の膜厚を測定し、測定した膜厚のデータを制御装置５の記憶部に記憶する工程を含むこととなる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、有機ＥＬ表示装置のように、液晶表示装置以上にシリコンの結晶化率の精度が求められる製品に用いられるシリコン膜の検査に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ シリコン膜検査装置
２ 被検物
３ ステージ
４ 光学ユニット
５ 制御装置
６ 光源
７ 波長切替機構
９ 受光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、
互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、
前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、
前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、
前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、
前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、
前記第１結晶化率と前記第２結晶化率とに基づいて前記シリコン膜の検査を行う検査工程と、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項２】
前記第１測定工程は、前記第１反射光のみを受光して前記第１反射率の測定を行い、
前記第２測定工程は、前記第２反射光のみを受光して前記第２反射率の測定を行う
ことを特徴とする請求項１の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項３】
前記照射工程は、前記第１領域に前記第１波長の第１照射光のみを照射すると共に前記第２領域に前記第２波長の第２照射光のみを照射する
ことを特徴とする請求項１又は２の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項４】
前記第１膜厚と前記第２膜厚との差は、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項５】
シリコン膜が形成された基板を載置する載置部と、
前記シリコン膜に照射光を照射する光源と、
前記照射光が照射された前記シリコン膜からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光から前記シリコン膜の反射率を測定する測定部と、
前記反射率から前記シリコン膜の結晶化率を導出する導出部と、
前記結晶化率から前記シリコン膜の検査を行う検査部と、
前記光源から照射された前記照射光が前記反射光となって前記受光部に受光されるまでの光路上に配置された波長切替部と、
前記シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割部と、を備え、
前記波長切替部は、前記第１領域と前記第２領域とで、異なる波長の前記照射光又は前記反射光を選択して透過させることを特徴とする有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置。
【請求項６】
前記第１膜厚と前記第２膜厚との差は、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置。
【請求項１】
シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割工程と、
互いに異なる波長の第１波長と第２波長とを含む照射光を前記シリコン膜に照射する照射工程と、
前記照射光が照射された前記第１領域からの前記第１波長の第１反射光を用いて第１反射率の測定を行う第１測定工程と、
前記第１反射率から前記シリコン膜の第１結晶化率を導出する第１導出工程と、
前記照射光が照射された前記第２領域からの前記第２波長の第２反射光を用いて第２反射率の測定を行う第２測定工程と、
前記第２反射率から前記シリコン膜の第２結晶化率を導出する第２導出工程と、
前記第１結晶化率と前記第２結晶化率とに基づいて前記シリコン膜の検査を行う検査工程と、
を含むことを特徴とする有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項２】
前記第１測定工程は、前記第１反射光のみを受光して前記第１反射率の測定を行い、
前記第２測定工程は、前記第２反射光のみを受光して前記第２反射率の測定を行う
ことを特徴とする請求項１の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項３】
前記照射工程は、前記第１領域に前記第１波長の第１照射光のみを照射すると共に前記第２領域に前記第２波長の第２照射光のみを照射する
ことを特徴とする請求項１又は２の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項４】
前記第１膜厚と前記第２膜厚との差は、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査方法。
【請求項５】
シリコン膜が形成された基板を載置する載置部と、
前記シリコン膜に照射光を照射する光源と、
前記照射光が照射された前記シリコン膜からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光から前記シリコン膜の反射率を測定する測定部と、
前記反射率から前記シリコン膜の結晶化率を導出する導出部と、
前記結晶化率から前記シリコン膜の検査を行う検査部と、
前記光源から照射された前記照射光が前記反射光となって前記受光部に受光されるまでの光路上に配置された波長切替部と、
前記シリコン膜の形成された領域を第１膜厚の第１領域と前記第１膜厚と異なる第２膜厚の第２領域とに仮想的に分割する分割部と、を備え、
前記波長切替部は、前記第１領域と前記第２領域とで、異なる波長の前記照射光又は前記反射光を選択して透過させることを特徴とする有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置。
【請求項６】
前記第１膜厚と前記第２膜厚との差は、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５の有機ＥＬ表示装置用シリコン膜検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６０５９０（Ｐ２０１２−１６０５９０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４７１（Ｐ２０１１−１９４７１）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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