CN103311147B - 半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法是利用μ-PCD法来评价半导体膜的结晶性的装置及方法。在进行该半导体膜的结晶性评价时，具有指定厚度的介电体板被设置在所述半导体膜中激发光及电磁波所照射的面侧。因此，这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法在利用μ-PCD法来评价半导体膜的结晶性时，即使在半导体膜下形成有导电性膜的情况下，也因为设置了所述介电体板而能够评价半导体膜的结晶性。

Description

半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法
技术领域
本发明涉及一种对膜状(层状)的薄半导体(半导体膜)的结晶性进行评价的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法，尤其涉及使用微波光电导衰减法的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法。
背景技术
随着近年电子学的发展，半导体产品在各种领域中得到广泛运用。尤其是近年来，在半导体产品的制造中，例如硅等的膜状(层状)的薄半导体(半导体膜)得到广泛运用，为了实现半导体产品的高性能化，此类半导体膜的品质管理成为关键。作为评价该半导体品质的指标之一，可列举半导体的结晶性，作为评价该半导体的结晶性的方法之一，已知有微波光电导衰减法(μ-PCD法)(例如，日本专利公开公报特开2007-48959号(文献1)中公开的硅晶片的寿命测定方法)。
该μ-PCD法中，首先通过对作为测定对象的半导体(半导体样品、被测定样品)照射光而生成过剩载流子(光激发载流子)。然后根据微波的反射率的时间变化或透射率的时间变化，来检测该过剩载流子按照由所述半导体样品的物性所决定的载流子寿命再结合并消灭的过程。该过剩载流子的生成会使半导体的导电率增加。因此，对因光激发而生成过剩载流子的半导体的部位(部分、区域)照射的微波的反射率或透射率会对应于过剩载流子的密度而变化。该μ-PCD法是通过利用此种现象来测定载流子寿命的方法。另一方面，所述过剩载流子的再结合过程依赖于晶格缺陷等晶格中的排列错乱。因此，μ-PCD法的测定结果能作为评价结晶性的结晶性指标予以利用。并且，该μ-PCD法具有下述优点：以非破坏且非接触的方式而且以相对较短的时间检测(测定)所述反射波或透射波的强度。
另一方面，该μ-PCD法中所用的微波的波长较长而达数毫米以上，因此难以评价微小区域的结晶性。当半导体样品为数nm至数十nm左右的多晶硅或数μm以下的单晶硅等的情况时，在半导体样品的厚度薄(为薄膜样品)的情况下，相对于微波的照射波的反射波的强度变化亦即因半导体样品的结晶性引起的反射波的强度变化会变得微小。因此，使用以往的μ-PCD法，难以确保充分的测定灵敏度亦即测定精度。另一方面，为了提高测定灵敏度，可考虑加强激发光的强度，但如果不在成为充分测定灵敏度的强度方面下任何工夫而只是提高激发光的强度，则有可能对半导体样品造成损伤，而且还会在激发光的光源方面增加成本。
因此，本案发明人提出了公开于日本专利公开公报特开2008-51719号(文献2)中的技术。在该以往的技术中，所述激发光是以指定周期被强度调制的光，通过从所述反射光的强度中提取与激发光的强度调制同步的成分，从而实现SN比(signal-to-noiseratio，信噪比)的提高。
而且，所述文献2中公开的方法是能够评价TFT等微小区域的结晶性的优异方法。但是，使用该以往的μ-PCD法时，如果在作为评价对象的半导体膜的紧下方存在导电性膜，则无法在半导体膜中获得充分的电场强度，该电场的与光激发载流子的相互作用也会变弱，使得测定变得非常困难。更具体而言，在太阳能电池中，尤其在使用低成本的非晶硅或微晶硅时，由于半导体膜是在玻璃基板上形成所述太阳能电池的背面(底)电极的基础上而形成的，因此，所述底电极便成为所述导电性膜。与此同样的问题也会发生在采用底栅结构的平板显示器(FPD)领域中。
发明内容
本发明是有鉴于上述情况而作的发明，其目的在于提供一种半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法，在利用μ-PCD法评价半导体膜的结晶性时，即使在半导体膜下形成有导电性膜的情况下也能评价结晶性。
本发明所涉及的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法是利用μ-PCD法来评价半导体膜的结晶性的装置及方法。在进行该半导体膜的结晶性评价时，具有指定厚度的介电体板被设置在所述半导体膜中激发光及电磁波所照射的面侧。
本发明一方面所涉及的半导体结晶性评价装置包括：激发光照射部，向形成在具有电气导电性的导电性膜上的作为评价对象的半导体膜照射指定的激发光；电磁波照射部，向所述半导体膜照射波长λ的电磁波；介电体板，设置在所述半导体膜中所述激发光及所述电磁波所照射的面侧，由对于所述激发光具有透光性的介电体形成；检测部，检测被所述半导体膜反射的所述电磁波的反射波的强度；评价部，根据所述检测部的检测输出来评价所述半导体膜的结晶性。
本发明另一方面所涉及的半导体结晶性评价方法包括以下步骤：激发光照射步骤，向形成在具有电气导电性的导电性膜上的作为评价对象的半导体膜照射指定的激发光；电磁波照射步骤，配合所述激发光的照射，向所述半导体膜照射波长λ的电磁波；检测步骤，检测被所述半导体膜反射的所述电磁波的反射波的强度；评价步骤，根据所述检测部的检测输出来评价所述半导体膜的结晶性；其中，在所述半导体膜中所述激发光及所述电磁波所照射的面侧，设置有由对于所述激发光具有透光性的介电体形成的介电体板。
因此，如上所述的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法在利用μ-PCD法评价半导体膜的结晶性时，即使在半导体膜下形成有导电性膜的情况下，也因为设置了所述介电体板而能够评价半导体膜的结晶性。
此外，作为本发明的另一技术方案，在上述半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法中，所述介电体板的厚度D是所述检测部的检测输出为Lmax×1/e以上时的范围中的任一值，其中，Lmax是设置介电常数为ε且厚度为λ/(4×(ε)1/2)的基准介电体板时的所述检测部的检测输出，e是纳皮尔数。
这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法中，使用所谓的μ-PCD法来评价半导体膜的结晶性。此处，检测部的检测输出在使用介电常数为ε且厚度为λ/(4×(ε)1/2)的基准介电体板时，理论上达到最大(最大值Lmax)，由于具有达到从一般的工学角度看为有意义的测定值的Lmax×1/e以上时的范围中的任一厚度的介电体板，被使用在所述半导体膜中所述激发光及所述电磁波所照射的面侧，因此即使在所述半导体的另一面侧形成有导电性膜的情况下，也能够评价半导体膜的结晶性。
此外，作为本发明的另一技术方案，在上述半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法中还包括：多个板状部件，厚度互不相同，且是介电体；其中，所述多个板状部件中的一个用作所述介电体板。
这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法中，预先准备厚度互不相同的多个为介电体的板状部件，因此能够容易地替换相对于所述半导体膜设置的作为所述介电体板的板状部件。因此，这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法能够将用作所述介电体板的板状部件使其厚度不同并依序地替换来进行评价，因此能够利用所述多个板状部件中所述检测部的检测输出达到最大的介电体板来评价所述半导体膜，因此能够获得精度更高的评价结果。
而且，在所述介电体板的介电常数为ε、其厚度为d、照射电磁波的波长为λ的情况下，当在它们之间，d＝λ/(4×(ε)1/2)的关系成立时，所述检测部的检测输出达到最大(最大值Lmax)。然而，在实际评价中，因评价对象的偏差等，即便使用d＝λ/(4×(ε)1/2)的关系成立的介电体板，有时也无法达到最大值Lmax。即使在此种情况下，具有上述构成的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法也能够利用在所述多个板状部件中所述检测部的检测输出达到最大的介电体板来评价所述半导体膜，因此能够获得精度更高的评价结果。
此外，作为本发明的另一技术方案，在上述半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法中，所述电磁波照射部包括变更所述电磁波的波长的波长变更部，所述半导体结晶性评价装置还包括：波长控制部，通过控制所述电磁波照射部的所述波长变更部来控制所述电磁波的波长。
这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法能够变更经由所述介电体板照射至所述半导体膜的电磁波的波长λ，因此能够一边扫描所述电磁波的波长λ一边进行评价。因此，这样的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法能够利用在扫描范围中所述检测部的检测输出达到最大的波长λ来评价所述半导体膜，因此能够获得精度更高的评价结果。
如上所述，在因评价对象的偏差等，即便使用d＝λ/(4×(ε)1/2)的关系成立的介电体板也无法达到最大值Lmax的情况下，具有上述构成的半导体结晶性评价装置及半导体结晶性评价方法也能够利用在扫描范围中所述检测部的检测输出达到最大的波长λ来评价所述半导体膜，因此能够获得精度更高的评价结果。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的半导体结晶性评价装置的构成的框图。
图2是表示对金属制的平台照射微波时的驻波的状况的图。
图3是表示介电体板的不同介电常数下的介电体板的厚度与反射微波的强度之间的关系的图。
图4是表示半导体的表面和介电体板的表面反射微波的状况的图。
图5是表示对半导体照射激发光而引起的、伴随时间经过的光激发载流子的密度变化的图。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的半导体结晶性评价装置的构成的框图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明所涉及的一实施方式。在各图中附有相同符号的结构表示同一结构，并适当省略其说明。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式所涉及的半导体结晶性评价装置的构成的框图。图2是表示对金属制的平台照射微波时的驻波的状况的图。图2的(A)表示仅有金属制平台的情况，图2的(B)表示在金属制的平台上载置有相对较薄的介电体板的情况，并且，图2的(C)表示在金属制的平台上载置有相对较厚的介电体板的情况。图3是表示介电体板的不同介电常数下的介电体板的厚度与反射微波的强度之间的关系的图。图3的横轴是以μm单位表示的介电体的厚度，图3的纵轴是以a.u.单位表示的信号强度。该图中，符号■是介电常数ε为9.0时的计算值，符号△是介电常数ε为7.5时的计算值。图4是表示半导体的表面与介电体板的表面对微波的反射情况的图。图5是表示对半导体照射激发光而引起的、伴随时间经过的光激发载流子的密度变化的图。图5的横轴是以激发光的照射开始为原点的经过时间(时间)，图5的纵轴是反射波的强度(MicrowaveReflectivity(微波反射率))。
第一实施方式的半导体结晶性评价装置APA是基本上通过使用前述的μ-PCD法来评价半导体的结晶性的装置，如后所述，通过在样品SM上重叠介电体板DIA，即使在样品SM为具有电气导电性的导电性膜SMb上形成的作为评价对象的半导体膜SMa的情况下，也能评价其结晶性。
更具体而言，样品SM具备玻璃基板(厚度数mm)SMc、形成在玻璃基板上的导电性膜SMb及形成在导电性膜SMb上的例如厚度为数μm左右的较薄的半导体膜SMa。此种样品SM例如可列举形成有底电极的太阳能电池、或采用底栅结构的平板显示器(FPD)等。
半导体结晶性评价装置APA例如图1所示，具备电磁波振荡器1、波导管2、3、4、定向耦合器5、波导管天线6A、激发光光源7、检测器8、运算控制部9、存储部10、输入部11、输出部12、平台13及所述介电体DIA。
激发光光源7是按照运算控制部9的控制而放射出向样品SM照射的指定激发光的装置。激发光光源7例如也可为具备灯与波长滤波器的光源装置等，但在本实施方式中，其包括能够得到相对较大输出的、发出激光的激光源装置。指定的激发光是包含使样品SM的半导体膜SMa产生光激发载流子的波长的光。指定的激发光例如较为理想的是具有半导体膜SMa的带隙以上的能量的波长的光，更具体而言，例如为单色光且为紫外线区域内的指定波长的激光(紫外激发光)。激发光的波长例如根据作为评价对象的半导体膜SMa的种类适当选择。激发光通过对样品SM照射激发光，使样品SM的半导体膜SMa产生由光激发引起的载流子(光激发载流子、电子与空穴(hole))，半导体结晶性评价装置APA是根据电磁波的强度变化导出在该产生的光激发载流子的再结合过程(生成消灭过程)中产生的半导体膜SMa的导电率变化，从而评价其结晶性的装置，因此激发光较为理想的是从点亮状态呈阶状向熄灭状态过渡的光，本实施方式中，例如为脉冲光，更具体而言为脉冲激光。
电磁波振荡器1是按照运算控制部9的控制而生成作为测定波的指定的电磁波的装置。本实施方式的半导体结晶性评价装置APA中，使用微波作为所述指定的电磁波，电磁波振荡器1例如具备耿氏二极管(Gunndiode)等，且具备生成微波的微波振荡器。电磁波振荡器1经由波导管2连接于定向耦合器5的一个端子，从电磁波振荡器1放射的电磁波射入定向耦合器5。
定向耦合器5具备三个以上的端子(接口)，是不可逆地将一个端子的输入循环地输出至另一端子的元件。本实施方式中，定向耦合器5是具备第一至第三端子这三个端子，将射入第一端子的电磁波向第二端子射出，将射入第二端子的电磁波(反射波)向第三端子射出的循环器(circulator)。定向耦合器5的第一端子经由波导管2连接于电磁波振荡器1，其第二端子连接于波导管3，并且，其第三端子经由波导管4连接于检测器8。
波导管2、3、4是形成引导电磁波的传播路径的部件。本实施方式中，电磁波为微波，因此波导管2、3、4为微波波导管。波导管2的一端连接于电磁波振荡器1，其另一端连接于定向耦合器5的第一端子。波导管3的一端连接于定向耦合器5的第二端子，其另一端连接于波导管天线6A。波导管4的一端连接于定向耦合器5的第三端子，其另一端连接于检测器8。
波导管天线6A是将经波导管3传播来的电磁波向样品SM放射并且接收与样品SM受到相互作用的电磁波并向波导管3引导的天线。本实施方式中，电磁波为微波，因此波导管天线6A为微波天线。波导管天线6A沿着样品SM的法线方向而设置，一端部连接于波导管3，在另一端部具备开口部6Aa。该开口部6Aa是用于将微波的电磁波向样品SM放射并且接收与样品SM受到相互作用的电磁波的开口。并且，在波导管天线6A的一端部，具备用于将从激发光光源7放射的激发光引导至波导管天线6A内的开口部6Ab。
这些电磁波振荡器1、波导管2、3、4、定向耦合器5及波导管天线6A构成电磁波输入输出部，该电磁波输入输出部用于向样品SM中的包含激发光照射区域的电磁波照射区域照射波长λ的电磁波，并且将在样品SM中受到指定的相互作用的电磁波的反射波射向检测器8。
检测器8是检测在样品SM中受到相互作用的电磁波(反射波的电磁波、反射电磁波)的装置，例如是检测在样品SM中受到相互作用的反射电磁波的强度的装置。本实施方式中，电磁波为微波，因此检测器8具备微波检测器。
运算控制部9是负责半导体结晶性评价装置APA的整体控制的装置，例如包括具备微处理器、存储器等的微计算机。并且，运算控制部9例如通过执行基于由检测器8检测到的反射电磁波的强度来评价半导体膜SMa的结晶性的半导体结晶性评价程序，从而在功能上具备控制部91及评价部92。
控制部91为了评价半导体膜SMa的结晶性，对半导体结晶性评价装置APA的各部按照其功能进行控制。
评价部92基于由检测器8检测到的反射电磁波的强度来评价半导体膜SMa的结晶性。评价部92例如也可将检测器8的检测输出其自身的值作为结晶性的评价值而输出，此时，评价值(检测器8的检测输出值)越大，则判定为结晶性越好。而且，例如评价部92也可预先将检测器8的检测输出划分成多个区划(例如10个区划)，从检测输出大的一方依序分别分配评价值(例如从10到1的各整数值)，并输出与实际评价时获得的检测输出相符的区划的评价值。评价部92对输出部12输出评价结果，并且视需要将评价结果存储到存储部10中。
存储部10具备存储评价半导体膜SMa的结晶性所需的数据或程序的例如ROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)及EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory，电可擦除只读存储器)等非易失性存储元件或硬盘等。存储部10按照用户(操作员)的指示存储评价部92的评价结果。
输入部11是将半导体结晶性评价装置APA的评价开始指示等各种命令、评价半导体膜SMa的结晶性所需的各种数据输入至半导体结晶性评价装置APA的设备，例如为键盘或鼠标等。
输出部12是输出从输入部11输入的命令、数据及评价结果等的设备，例如为CRT显示器、LCD、有机EL显示器或等离子体显示器等显示装置或者打印机等打印装置等。
平台13是载置样品SM的载置台。为了改变样品SM的评价部位，较为理想的是，平台13例如能在XY平台等的与激发光的射入方向交叉的面内移动。
介电体板DIA是由对于激发光具有透光性的介电体形成的板状部件，在评价样品SM的半导体膜SMa的结晶性时，设置在样品SM的半导体膜SMa中被照射所述激发光及所述电磁波的面侧。介电体板DIA例如由玻璃形成。如后所述，取代介电体板DIA而设置介电常数为ε且厚度为λ/(4×(ε)1/2)的基准介电体板时的检测器8的检测输出为Lmax、纳皮尔数(Napier′sconstant，在通用数学中被用作自然对数的底)为e时，介电体板DIA的厚度D为检测器8的检测输出达到Lmax×1/e以上时的范围中的任一值。
在此种结构的半导体结晶性评价装置APA中，当评价半导体的结晶性时，首先由用户在平台13上放置样品SM，然后在其上放置介电体板DIA。这样，将介电体板DIA设置在半导体膜SMa中被照射所述激发光及所述电磁波的面侧。并且，当收到从用户经由输入部11的评价开始的指示时，半导体结晶性评价装置APA如下述那样运作来评价样品SM的半导体膜SMa的结晶性。
从电磁波振荡器1放射的电磁波(本实施方式中为微波)从波导管2经由定向耦合器5及波导管3传播，并从波导管天线6A的开口部6Aa照射至平台13上的样品SM的测定部位。从波导管天线6A的开口部6Aa照射至样品SM的电磁波被该样品SM反射，再射入波导管天线6A的开口部6Aa。另一方面，从激发光光源7放射的例如具有样品SM的半导体膜SMa的带隙以上的能量的紫外激发光射入波导管天线6A的开口部6Ab，在波导管天线6A内传播，并从波导管天线6A的开口部6Aa射出，照射至比所述电磁波的照射区域狭窄的区域。在照射该紫外激发光的期间，半导体膜SMa中产生光激发载流子，电磁波的反射率暂时增加。该电磁波的反射波(反射电磁波，本实施方式中为反射微波)再从波导管3经由定向耦合器5被导向波导管4，并被检测器8检测。检测器8的检测输出(检波信号)输出至运算控制部9。
此处，通过紫外激发光的照射而在半导体膜SMa中产生的光激发载流子在其再结合过程中，例如依赖于半导体中的杂质或晶格缺陷等晶格中的排列错乱。因此，具有上述构成的半导体结晶性评价装置APA利用检测器8检测来自样品SM的反射电磁波的强度，并利用运算控制部9进行分析，从而能够评价半导体膜SMa的结晶性。并且，该反射电磁波的强度检测(测定)能够以非破坏且非接触的方式在较短的时间内进行。而且，此时，通过以由运算控制部9控制能够沿XY方向移动的平台13的位置的方式构成半导体结晶性评价装置APA，从而也能实现判定样品SM的指定范围内的各区域的结晶性的映射(mapping)测定。
另一方面，如图2的(A)所示，当对金属制的平台21的表面21a照射微波时，如符号22所示，形成以该表面21a为节的驻波。因此，如图2的(B)所示，当在该金属制的平台21上放置有相对较薄的样品23时，其表面上的驻波的电场振幅W1小，因此与光激发载流子的相互作用弱，检测器8的信号强度(检测输出的大小)小，难以检测或者实质上无法检测。与此相对，在相对较厚的样品24(当将电磁波的波长设为λ时，其厚度的最佳值为λ/4)的情况下，如图2的(C)所示，电场振幅W2相对变大，信号也相对变大。即，相对较厚的样品24的情况下的电场振幅W2比相对较薄的样品23的情况下的电场振幅W1大，信号也大。
因此，本实施方式中，使用如前所述的μ-PCD法进行结晶性的评价时，如果是在导电性膜SMb上形成有相对较薄的半导体膜SMa的样品SM，则将介电体板DIA重叠于SM2的半导体膜SMa上，进行样品SM的测定。
通过以此方式构成，当使用μ-PCD法评价半导体的结晶性时，由激发光引起的光激发载流子的产生不会被对于激发光具有透光性的介电体板DIA阻碍，从而能够对因无介电体板DIA便难以评价的样品SM进行评价。并且，通过使具有中间阻抗的介质(介电体板DIA)介隔在照射区域与样品SM之间即空气与半导体之间，能避免阻抗的急遽变化(阻抗匹配)，提高功率传递效率。
更具体而言，本案发明人的模拟结果如图3所示。该模拟是在电磁波为频率26GHz的微波且介电体板DIA的介电常数ε为7.5及9.0的各情况下进行的。由该图3可知的是，介电体板DIA的厚度与检测器8的信号强度之间的关系为如下特征：随着介电体板DIA的厚度d变厚，检测器8的信号强度也变大，在指定的厚度D达到最大值Lmax后，随着介电体板DIA的厚度d变厚，检测器8的信号强度变小。并且，在介电体板DIA的表面成为反射电磁波的振幅的腹部位置时，检测器8的信号强度达到最大值Lmax，所述反射电磁波的灵敏度达到最大。因此，检测器8的信号强度达到最大值Lmax时的介电体板DIA的厚度d可由下述数式(1)得出，其中，ε为其介电常数、λ为电磁波的波长。而且，该检测器8的信号强度达到最大值Lmax时的介电体板DIA为基准介电体板。
d＝λ/(4×(ε)1/2)(1)
此处，一般的工学角度下，当纳皮尔数为e时，最大值的1/e作为有意义的数据予以利用，因此本实施方式中，介电体板DIA的厚度D被设定在检测器8的检测输出达到Lmax×1/e以上时的范围中的任一值。
例如，在介电常数ε为9.0的介电体板DIA(ε＝9.0)的情况下，如图3所示，若将其最大值设为Lmax1、将达到Lmax1×1/e时的介电体板DIA的厚度设为d11、d12(d11＜d12)，则介电体板DIA(ε＝9.0)的厚度D1为厚度d11至厚度d12的范围中的任一值(d11≤D1≤d12)。
另外，例如在介电常数ε为7.5的介电体板DIA(ε＝7.5)的情况下，如图3所示，若将其最大值设为Lmax2、将达到Lmax2×1/e时的介电体板DIA的厚度设为d21、d22(d21＜d22，d22未图示)，则介电体板DIA(ε＝7.5)的厚度D2为厚度d21至厚度d22的范围中的任一值(d21≤D2≤d22)。
此外，从获得更大的检测输出的观点考虑，较为理想的是，介电体板DIA的厚度D为半值全宽范围中的任一值。
而且，在设为所述条件数式(1)的情况下，如图4所示，由介电体板DIA的表面DIs反射的电磁波DIr与由样品SM的表面SMs反射的电磁波SMr成为节与腹的关系而彼此抵消。介电体板DIA的表面DIs上的反射在其厚度为d＝λ/(4n)(该式中，n指折射率)时，介电体板DIA的表面DIs上的反射波与来自样品SM的表面SMs的反射波因干涉而互相削弱，从而达到最小。此时，从空气进入介电体板DIA的电磁波的能量透射率(能量传递效率)达到最大，其结果，能够对作为评价对象的半导体膜SMa投入更大的电场，因此能够加大信号强度。
而且，在不吸收激发光的介电体的范围内，为了提高灵敏度，较为理想的是所述介电体板DIA由其介电常数ε接近半导体膜SMa的介电常数(例如硅为11.7～8)的材料形成。而且，为了使半导体膜SMa中效率良好地吸收激发光，较为理想的是激发光具有满足半导体膜SMa的厚度＜渗透长度的波长。而且，为了能够实现更高灵敏度的检测，也可在检测器8中使用差动天线方式。
此外，运算控制部9的评价部92根据检测器8的检测输出来进行半导体膜SMa的结晶性的评价。这是因为，光激发载流子的寿命τ如下所述般和反射电磁波的强度的峰值Peak近似。
由激发光的照射引起的光激发载流子的密度如图5所示般变化，当与nsec(纳秒)级的激光脉冲照射期间t0相比，光激发载流子的寿命τ为ns以下(皮秒级)的短的期间时，光激发载流子的消灭时间近似于所产生的光激发载流子数。
即，当从时刻t＝0开始照射时，光激发载流子的密度增加，当经过了超过寿命τ的充分时间时，因激发光的照射而新产生的光激发载流子数与经过寿命τ而再结合并消失的光激发载流子数达到均衡(平衡)，光激发载流子的密度达到一定。随后，若在时刻t＝t0处停止激发光的照射，则光激发载流子的密度按寿命τ而减少。
更详细而言，当将载流子注入速度(光激发引起的电子-空穴对的产生比例：每单位体积及单位时间)设为g，将寿命设为所述τ时，半导体的光激发载流子的密度p可通过对下述数式(2)求解而求出，其可以以初始条件p＝0、t＝0，表达为下述数式(3)(若将其明示为时间t的函数，则也可记为p(t))。
dp/dt＝g-p/τ(2)
p＝g×τ×(1-exp(-t/τ))(3)
并且，光激发载流子的密度p的峰值Peak(生成消灭达到平衡的状态下的光激发载流子的密度值)是脉冲激光的照射结束定时期t＝t0的值，因此其可以下述数式(4)表达。
Peak＝g×τ×(1-exp(-t0/τ))(4)
此处，如前所述，由于τ《t0，因而Peak≈g×τ。因此，由于g为一定，因而寿命τ为下述数式(5)(可近似)。
τ∝Peak(5)
因此，当寿命τ为ns以下(皮秒级)的短的期间时，通过这样利用peak值作为结晶性的评价值来替代寿命τ，无须使用高成本的设备便能利用相对较廉价的检测器8来评价寿命τ，从而评价结晶性。
而且，半导体结晶性评价装置APA也可构成为：激发光光源7对样品SM照射以指定周期被强度调制的激发光，运算控制部9从由检测器8检测到的反射电磁波的强度中提取(检测)与所述激发光的强度调制同步的周期成分，并基于其检测信号强度来评价样品SM的结晶性。通过这样构成，能够实现高灵敏度的计测及评价。尤其当激发光的照射区域为微小区域时，反射电磁波的强度变化小，易受噪声的影响。因此，在此种结构中，通过同步检波从测定值中去除不必要的频率成分(噪声)，因而为合适的。
接下来，对别的实施方式进行说明。
(第二实施方式)
图6是表示第二实施方式所涉及的半导体结晶性评价装置的构成的框图。第二实施方式的半导体结晶性评价装置APB类似于前述的第一实施方式中的评价装置APA，因此对于相对应的部分标注相同的符号来表示，并省略其说明。此处，第二实施方式中的半导体结晶性评价装置APB中，取代第一实施方式中的介电体板DIA而将介电体板DIB安装在波导管天线6B中的用于射入射出电磁波的远端的开口部6Ba，在介电体板DIB与样品SM之间，隔开微小间隔L来进行测定。
即，与波导管3连接的波导管天线6B是取代第一实施方式的波导管天线6A并将经由波导管3传播来的电磁波向样品SM放射且接收与样品SM相互作用的电磁波并向波导管3引导的天线，本实施方式中，电磁波为微波，因此波导管天线6B为微波天线。波导管天线6B沿着样品SM的法线方向而设置，一端部连接于波导管3，在另一端部具备开口部6Ba。该开口部6Ba是用于将微波的电磁波向样品SM放射，并且接收与样品SM相互作用的电磁波的开口，本实施方式中，在该开口部6Ba安装有介电体板DIB。并且，在波导管天线6B的一端部，具备用于将从激发光光源7放射的激发光引导至波导管天线6B内的开口部6Bb。
并且，例如当介电体板DIB的介电常数ε为5.5时，所述微小间隔L为50μm左右。即，所述微小间隔L是在电磁波(本实施方式中为微波)不会感觉到该微小间隔L(不影响传播)的程度内选择为更长的距离。因此，通过设置所述微小间隔L，能够完全不接触样品SM地进行评价。而且，介电体板DIB并非如第一实施方式般为样品SM整体的大小，而是更小，只要形成为安装介电体板DIB的波导管天线6B的开口部6Ba的大小即可，能够减小挠曲，减小所述微小间隔L。
采用此种结构，第二实施方式中的半导体结晶性评价装置APB也能与第一实施方式中的半导体结晶性评价装置APA同样地，在利用μ-PCD法评价半导体膜SMa的结晶性时，即使在半导体膜SMa下形成有导电性膜SMb的情况下，也能够评价结晶性。
另外，在上述第一及第二实施方式中，半导体结晶性评价装置APA、APB也可还具备满足上述范围D1、D2的彼此的厚度互不相同的多个的介电体的板状部件来作为所述介电体板DIA、DIB，并使用这些多个板状部件中的一个作为所述介电体板DIA、DIB。例如，第二实施方式的半导体结晶性评价装置APB中，波导管天线6B具备波导管天线主体及附属装置而被构成，所述附属装置为可装卸于所述波导管天线主体的一端的开口部上的结构且具备介电体板，准备多个所述附属装置，各附属装置上所设的各介电体板分别由彼此厚度互不相同的介电体形成
此种结构中，由于预先准备满足上述范围D1、D2的彼此厚度互不相同的多个介电体的板状部件，因此能够容易地替换用作对半导体膜SMa设置的介电体板DIA、DIB的板状部件。因此，此种结构中，能够将作为介电体板DIA、DIB使用的板状部件使其厚度不同地依序替换来进行评价，因此能够利用所述多个板状部件中检测器8的检测输出达到最大的介电体板DIA、DIB来评价半导体膜SMa，因此能够获得精度更高的评价结果。
而且，如上所述，将介电体板DIA、DIB的介电常数设为ε、将其厚度设为d、将照射电磁波的波长设为λ时，当在它们之间，d＝λ/(4×(ε)1/2)的关系成立时，检测器8的检测输出达到最大(最大值Lmax)。但是，在实际评价中，因评价对象的偏差等，即便使用d＝λ/(4×(ε)1/2)的关系成立的介电体板DIA、DIB，有时也无法达到最大值Lmax。即使在此种情况下，上述结构中，也能够利用所述多个板状部件中检测器8的检测输出达到最大的介电体板DIA、DIB来评价半导体膜SMa，因此能够获得精度更高的评价结果。
而且，在上述第一及第二实施方式中，半导体结晶性评价装置APA、APB也可构成为：电磁波振荡器1为能够对电磁波的波长λ进行变更的结构，如图1及图6中的虚线所示，运算控制部9中可以还包括在功能上控制电磁波振荡器1的所述电磁波的波长λ的波长控制部93。更具体而言，例如，电磁波振荡器1具备对电磁波的波长λ进行变更的波长变更部，波长控制部93通过控制该波长变更部来控制电磁波的波长λ。此外，更具体而言，例如，波长控制部93通过控制对从电源电路供应的耿氏二极管的施加电压进行控制的电压施加电路，从而控制耿氏二极管的施加电压。通过控制该耿氏二极管的施加电压，在电磁波振荡器1以频率26GHz为中心而在25.8GHz至26.2GHz之间振荡的情况下，介电体板DIA、DIB的玻璃(ε＝5.5)内部的波长在1240μm至1220μm之间变化，因此换算成玻璃厚度，能够实现数十μm级的扫描。
此种结构中，能够变更经由介电体板DIA、DIB照射至半导体膜SMa的电磁波的波长λ，因此能够一边扫描所述电磁波的波长λ一边进行评价。因此，此种构成中，能够利用对扫描范围的检测器8的检测输出达到最大时的波长λ来评价半导体膜SMa，因此能够获得精度更高的评价结果。
而且，此种结构中，第一，首先也可以以粗的波长间隔进行第一扫描，在该第一扫描中呈现最大检测输出的波长附近，第二，以更窄的波长间隔进行第二扫描(精密扫描)。或者，也可通过上述的彼此厚度互不相同的多个介电体的板状部件进行所述第一扫描，通过所述电磁波的波长λ的扫描进行所述第二扫描。通过进行此种二阶段扫描，既能缩短评价时间，又能获得精度更高的评价结果。

Claims (3)

1.一种半导体结晶性评价装置，其特征在于包括：
激发光照射部，向形成在具有电气导电性的导电性膜上的作为评价对象的半导体膜照射指定的激发光；
电磁波照射部，向所述半导体膜照射波长λ的电磁波；
介电体板，设置在所述半导体膜中所述激发光及所述电磁波所照射的面侧，由对于所述激发光具有透光性的介电体形成；
检测部，检测被所述半导体膜反射的所述电磁波的反射波的强度；
评价部，根据所述检测部的检测输出来评价所述半导体膜的结晶性，
所述介电体板的厚度D是所述检测部的检测输出为Lmax×1/e以上时的范围中的任一值，其中，Lmax是设置介电常数为ε且厚度为λ/(4×(ε)1/2)的基准介电体板时的所述检测部的检测输出，e是纳皮尔数，
所述电磁波照射部包括变更所述电磁波的波长的波长变更部，
所述半导体结晶性评价装置还包括：
波长控制部，通过控制所述电磁波照射部的所述波长变更部来控制所述电磁波的波长。
2.根据权利要求1所述的半导体结晶性评价装置，其特征在于还包括：
多个板状部件，厚度互不相同，且是介电体；其中，
所述多个板状部件中的一个用作所述介电体板。
3.一种半导体结晶性评价方法，其特征在于包括以下步骤：
激发光照射步骤，向形成在具有电气导电性的导电性膜上的作为评价对象的半导体膜照射指定的激发光；
电磁波照射步骤，配合所述激发光的照射，向所述半导体膜照射波长λ的电磁波；
检测步骤，检测被所述半导体膜反射的所述电磁波的反射波的强度；
评价步骤，根据所述检测步骤的检测输出来评价所述半导体膜的结晶性；其中，
在所述半导体膜中所述激发光及所述电磁波所照射的面侧，设置有由对于所述激发光具有透光性的介电体形成的介电体板，
所述介电体板的厚度D是所述检测步骤的检测输出为Lmax×1/e以上时的范围中的任一值，其中，Lmax是设置介电常数为ε且厚度为λ/(4×(ε)1/2)的基准介电体板时的所述检测步骤的检测输出，e是纳皮尔数，
在所述电磁波照射步骤中，变更所述电磁波的波长。
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