CN105518843A - 氧化物半导体薄膜的评价装置 - Google Patents

Abstract

提供一种以非接触型、正确且使用同一装置简便地测定氧化物半导体薄膜的迁移率和应力耐性来能够进行预测·估计的评价装置。本发明的评价装置具备：对样品的测定部位照射第一激发光而生成电子-空穴对的第一激发光照射单元；对电磁波进行照射的电磁波照射单元；对反射电磁波强度进行检测的反射电磁波强度检测单元；对所述样品照射第二激发光而生成光致发光光的第二激发光照射单元；对所述光致发光光的发光强度进行测定的发光强度测定单元；以及评价迁移率和应力耐性的评价单元，并且，所述第一激发光照射单元和所述第二激发光照射单元为同一或不同的激发光照射单元。

Description

氧化物半导体薄膜的评价装置

技术领域

本发明涉及在液晶显示器、有机EL显示器等显示装置中使用的薄膜晶体管（TFT：ThinFilmTransistor）的半导体层用氧化物（以下，称为“氧化物半导体薄膜”）的评价装置。详细地，涉及以非接触型评价氧化物半导体薄膜的迁移率以及应力耐性的装置。

背景技术

非晶（amorphous）氧化物半导体薄膜与通用的非晶硅（以下，称为“a-Si”）相比具有高的载流子迁移率，光学带隙大，能够在低温下成膜。因此，期待向要求大型·高分辨率·高速驱动的下一代显示器或耐热性低的树脂基板等的应用。

在氧化物半导体薄膜之中特别是包含铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）、锡（Sn）等的至少一种的例如In-Ga-Zn-O、In-Ga-Zn-Sn-O等非晶氧化物半导体薄膜具有非常高的载流子迁移率，因此，优选用于TFT。

然而，在氧化物半导体薄膜中，存在起因于在成膜工序中产生的晶格缺陷或膜中的氢等杂质而在氧化物半导体的迁移率产生偏差而对TFT特性造成坏影响的情况。

此外，氧化物半导体薄膜与使用了a-Si的情况相比，存在电特性容易变动而可靠性低这样的问题。例如，在有机EL显示器中，在使有机EL元件发光的期间，对驱动TFT的栅极电极持续施加正电压，但是，由于电压的施加而在栅极绝缘膜和半导体层的界面捕获（trap）电荷，阈值电压（以下，称为“Vth”）发生变化，开关（switching）特性发生变化成为问题。

因此，在显示装置等的制造工序中，从生产性提高的观点出发，正确地测定·估计成膜后的氧化物半导体薄膜的迁移率、阈值电压的偏移量（以下，称为“ΔVth”），评价氧化物半导体薄膜的特性，反馈其结果来调整制造条件以进行膜质的品质管理是重要的。

作为氧化物半导体薄膜的特性评价方法，通常，在氧化物半导体薄膜形成栅极绝缘膜或钝化绝缘膜而进行电极添加之后，测定迁移率、阈值等特性。然而，在需要电极添加的接触型的特性评价方法中，花费电极添加用的时间、成本。此外，通过进行电极添加，存在在氧化物半导体薄膜中产生新的缺陷的可能性。从制造成品率提高等的观点出发，也寻求不需要电极添加的非接触型的特性评价手法。

作为在不进行电极添加的情况下非接触地评价氧化物半导体薄膜的迁移率的方法，如专利文献1所示那样，本申请人公开了利用微波光电导衰减法的评价方法以及用于该评价方法的评价装置。该技术对形成有氧化物半导体薄膜的样品照射激光，测定根据被该激光照射激发的过剩载流子发生变化的微波的反射率的变化来计算寿命值，由此，评价氧化物半导体薄膜的迁移率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-33857号公报。

发明内容

发明要解决的课题

上述特许文献1的技术不需要对半导体薄膜进行电极添加，此外，能够短时间且高精度地测定半导体薄膜的迁移率。然而，在特许文献1中，不能评价应力耐性。因此，关于应力耐性，依然通过需要电极添加的NBTI（NegativeBiasTemperatureInstability，负偏压温度不稳定性）试验等来评价。

因此，为了评价氧化物半导体薄膜的迁移率和应力耐性，分别需要不同的装置。这样的现状不仅对生产性造成大的影响，而且需要准备多个装置，因此，存在制造成本变高这样的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供以非接触型、正确且使用同一装置简便地测定作为氧化物半导体薄膜的电特性的迁移率和应力耐性且能够进行包含电特性的预测、估计的评价的评价装置。

用于解决课题的方案

能够达成上述课题的本发明的氧化物半导体薄膜的评价装置在如下具有主旨：具备：第一激发光照射单元，对形成有氧化物半导体薄膜的样品的测定部位照射第一激发光而在所述氧化物半导体薄膜中生成电子-空穴对；电磁波照射单元，对所述样品的测定部位照射电磁波；反射电磁波强度检测单元，对由于所述第一激发光的照射而发生变化的所述电磁波的来自所述样品的反射电磁波强度进行检测；第二激发光照射单元，对所述样品照射第二激发光而从所述氧化物半导体薄膜生成光致发光光；发光强度测定单元，对所述光致发光光的发光强度进行测定；以及评价单元，基于所述反射电磁波强度检测单元的检测数据和所述发光强度测定单元的测定数据来评价所述样品的迁移率和应力耐性，并且，所述第一激发光照射单元和所述第二激发光照射单元为同一或不同的激发光照射单元。

在本发明中，为如下的实施方式：所述第一激发光照射单元具有输出所述氧化物半导体薄膜的带隙以上的能量的光源也是优选的，此外，所述第二激发光照射单元具有输出相当于在所述氧化物半导体薄膜的带隙中存在的缺陷能级的能量的光源也是优选的。

此外，所述第二激发光照射单元具有输出从所述氧化物半导体薄膜仅激发特定的波长的光致发光光的能量的光源也是优选的。

进而，在本发明中，在所述第一激发光和所述第二激发光的光路上具备对所述第一激发光和/或所述第二激发光的光路进行变更的光路切换单元也是优选的，此外，所述光路切换单元被设置为所述第一激发光和所述第二激发光照射到所述样品的同一或不同的测定处也是优选的。

在实施本发明的情况下，为具备将所述第一激发光和所述电磁波引导到所述样品的所述测定部位的波导管并且在所述波导管的所述样品侧开口部附近的侧面设置有所述第二激发光的导入口也是优选的实施方式。

发明效果

根据本发明，能够提供以非接触型、正确且简便地预测、估计氧化物半导体薄膜的迁移率和应力耐性来进行评价的装置。特别地，根据本发明，能够使用同一装置来评价迁移率和应力耐性。

因此，与在氧化物半导体的迁移率和应力耐性的评价中需要分别的评价装置的以往例相比，评价装置导入成本低，此外，也能够削减评价装置设置空间。

只要使用本发明的装置，则能够在液晶显示装置等的制造线中在流线（inline）中短时间且以非接触型进行氧化物半导体薄膜的电特性，因此，能够进行成品率的提高等提高生产性，能够适当地进行氧化物半导体的品质管理。

附图说明

图1是示出本发明的评价装置的一个例子的概略说明图。

图2是示出本发明的评价装置的另一个例子的概略说明图。

图3是示出本发明的评价装置的又一个例子的概略说明图。

图4是与使用了椭圆面反射镜的光致发光光的聚光有关的概略说明图。

图5是在波导管顶端开口部附近设置有第二激发光导入口的波导管的概略说明图。

具体实施方式

如已经叙述的那样，本申请人先提出了利用微波光电导衰减法的评价方法来作为评价氧化物半导体薄膜的迁移率的技术。利用微波光电导衰减法的评价手法是不需要电极添加的非接触型的测定而且能够在短时间内进行测定，因此，在本发明中，关于迁移率，也通过已知的微波光电导衰减方法来评价。

另一方面，关于应力耐性，不能通过先提出的技术来进行评价，因此，本发明人们对应力耐性的评价手法反复进行了专心讨论。其结果是，发现了：作为以非接触型简便地评价（预测·估计）氧化物半导体薄膜的应力耐性的指标，测定对形成有氧化物半导体薄膜的样品照射激发光而激发的光致发光光的发光强度是有效的。在本发明人们进行讨论时，查明了光致发光光的发光强度优选的是峰值强度与ΔVth大体上具有良好的相关关系。即，知晓了处于如下的趋势：当光致发光光的发光强度（以下，也包含作为优选的实施方式的峰值强度）变大时ΔVth也变大而应力耐性降低。因此，能够基于光致发光光的发光强度的测定结果来大致把握氧化物半导体薄膜的应力耐性的优劣例如合格与否的判定等。

基于上述见解，对能够进行迁移率和应力耐性的评价的装置的结构进行讨论后的结果是，知晓了在迁移率的评价所需要的结构和应力耐性的评价所需要的结构中存在重复的结构。进而，在反复进行讨论时，对以往的迁移率的评价装置进行一部分改良而在上述迁移率的评价装置中具备应力耐性的评价所需要的结构，由此，能够使用同一个装置不仅对迁移率也对应力耐性进行评价。

以下，使用附图来对本发明的实施方式详细地进行说明。但是，本发明的评价装置并不限定于以下的结构，也能够施加适当变更。

图1是示出用于氧化物半导体薄膜的迁移率和应力耐性的评价的评价装置的一个例子的概略说明图。图1所示的评价装置具备：对由氧化物半导体薄膜和基板构成的样品20的测定部位照射第一激发光的脉冲激光器等第一激发光照射单元1、照射微波（以下，有时称为“电磁波”）的微波振荡器等电磁波照射单元3、对由于第一激发光的照射而发生变化的微波的来自样品20的反射电磁波的强度进行检测的混频器（mixer）等反射电磁波强度检测单元7，能够通过该结构来测定迁移率。此外，具备：对样品20的与电磁波强度测定部位同一或者不同的测定部位照射第二激发光的脉冲激光器或CW激光器等第二激发光照射单元2、对由于该第二激发光的照射而生成的光致发光光的发光强度进行测定的发光强度测定单元19，能够通过该结构来测定应力耐性。而且，具备基于反射电磁波强度的检测数据和发光强度的测定数据来对样品的迁移率和应力耐性进行评价的评价单元9。

以下，基于图1来对评价迁移率的情况下的装置结构进行说明。再有，由于在日本特开2012-33857号公报中公开了迁移率的测定方法的细节，所以，只要参照其即可。

用于评价迁移率的装置结构具备：图1所示的结构之中的第一激发光照射单元1、电磁波照射单元3、反射电磁波强度检测单元7、以及评价单元9，此外，作为优选的结构而具备：定向耦合器4、相位调整器4a、T形波导支路（magicT）（5）、作为信号用波导管的第一波导管-6a、作为参照用波导管的第二波导管-6b、信号处理装置8、工作台控制器10、X-Y工作台11、样品台（未图示）、基板保持部（未图示）、反射镜等光路变更单元12、以及聚光透镜等聚光单元16。

样品20通过由玻璃等构成的基板以及在其表面的激发光照射侧形成的氧化物半导体薄膜来构成。氧化物半导体的种类并不被特别限定，例如，使用由从包括In、Ga、Zn和Sn的组中选择的至少一种以上的组合构成的非晶质的氧化物半导体。作为氧化物半导体，例如可举出In氧化物、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、In-Sn-Zn氧化物、In-Ga氧化物、Zn-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Zn氧化物等。关于氧化物半导体的薄膜，例如，只要为几十nm~100nm左右的厚度即可。

此外，关于基板，能够使用各种基板，但是，例如能够使用厚度0.7mm左右、大小超过被称为第一世代~第十世代的几十cm²至几m²的液晶显示装置用的玻璃基板等。

此外，样品20也可以具有在基板之上直接形成上述氧化物半导体薄膜的部分A以及在基板上形成钼等的金属膜并且在其上形成上述氧化物半导体薄膜的部分B，将具有这样的部分A、B的样品设为样品20a。样品20a的部分A在基板直接形成有氧化物半导体薄膜，因此，能够防止微波的反射，能够高灵敏度地测定迁移率。此外，样品20a的部分B能够在对上述样品照射激发光时避免来自基板的发光（luminescence）光的生成，因此，进一步提高应力耐性的评价精度。在使用这样的样品的情况下，例如通过使用在后述图2中说明的那样的光路切换单元15，从而能够对在图中在部分A示出的迁移率和在图中在部分B示出的应力耐性的评价所对应的样品的测定部位照射激发光。

再有，在来自基板的发光光的发光少至不对氧化物半导体薄膜的应力耐性的评价带来影响的程度的情况下，也可以使用仅在基板之上直接形成上述氧化物半导体薄膜的样品。在使用这样的样品20的情况下，例如如在图1或图3中说明的那样，能够对与用于评价迁移率的第一激发光的测定部位同一处照射用于评价应力耐性的第二激发光。通过对同一处照射第一和第二激发光，从而能够进行在同一处的迁移率和应力耐性的评价，因此，是优选的。

第一激发光照射单元1具有输出向样品20照射的第一激发光的光源，通过第一激发光的照射在氧化物半导体薄膜中生成电子-空穴对。优选的是，具有输出作为氧化物半导体薄膜的带隙（bandgap）以上的能量的激发光的光源。通过输出氧化物半导体薄膜的带隙以上的能量，从而高效地产生载流子（carrier），能够高灵敏度地进行测定，因此，是优选的。作为输出带隙以上的能量的第一激发光照射单元，例如，只要将紫外线激光器用于光源即可。具体地，为将波长349nm、功率1μJ/脉冲、脉冲宽度15ns左右、光束直径1.5mm左右的脉冲状的紫外线即YLF激光三次谐波等出射为激发光的脉冲激光器等半导体激光器等。

此外，第一激发光照射单元1将从评价单元9如在图中以虚线示出的那样传输来的定时信号的输入作为触发器（trigger）来输出作为第一激发光的脉冲光。再有，同时也对信号处理装置8传输定时信号。

从第一激发光照射单元1输出的第一激发光被例如反射镜等光路变更单元（以下，以反射镜代表）12反射，并且，被例如聚光透镜等聚光单元（以下，以聚光透镜代表）16聚光，通过设置在第一波导管6a的微小开口6c，通过处于该第一波导管6a的与样品20接近的端部的开口部6d，对样品20的测定部位例如直径5~10μm左右的点（spot）进行照射。像这样，反射镜12和聚光透镜16对从第一激发光照射单元1输出的第一激发光进行聚光并向样品20的测定部位引导。由此，在样品20中的作为微小的激发光照射区域的测定部位产生激发载流子。

电磁波照射单元3为输出向样品20的包含由第一激发光造成的激发部的部分的测定部位照射的电磁波即微波的电磁波照射单元。关于该电磁波照射单元3，例如，可举出频率26GHz的耿氏二极管（Gunndiode）等微波振荡器。

定向耦合器4对从电磁波照射单元3输出的微波进行2分路。向T形波导支路（5）侧传输分路后的一个输出波（以下，称为第一微波Op1），向相位调整器4a、反射电磁波强度检测单元7的LO输入端传输另一个输出波（以下，称为第二微波Op2）。关于该定向耦合器4，例如，采用10dB耦合器等。

T形波导支路（5）对第一微波Op1进行2分路，并且，输出2分路后的第一微波各自的针对样品20的反射波各自的差信号Rt1（以下，称为反射波差信号）以及和信号。

由T形波导支路（5）2分路后的第一微波Op1的一个（以下，称为第一主微波Op11）被连接于该T形波导支路（5）的第一波导管6a引导到样品20的测定部位即包含激发部的部分，从其顶端的开口部6d辐射。由此，第一主微波Op11被照射到样品20的测定部位。进而，第一波导管6a除了作为辐射前述第一主微波Op11的波导管天线的功能之外还实现通过其顶端开口部6d捕捉照射到测定部位的第一主微波Op11的反射波并返回追溯引导到T形波导支路（5）的功能。

另一方面，由T形波导支路（5）2分路后的第一微波Op1的另一个（以下，称为第一副微波Op12）被连接于T形波导支路（5）的第二波导管6b引导到样品20a的测定部位的附近即不包含由激发光造成的激发部的部分，从其顶端的开口部6e辐射。由此，第一副微波Op12被照射到样品20a的测定部位的附近。进而，第二波导管6b除了作为辐射第一副微波Op12的波导管天线的功能之外还实现通过其顶端开口部6e捕捉照射到测定部位的附近的第一副微波Op12的反射波并返回引导到T形波导支路（5）的功能。在此，第一波导管6a引导微波的路径长度和第二波导管6b引导微波的路径长度为同一路径长度，是相等的。

此外，被第一波导管6a和第二波导管6b引导到T形波导支路（5）的2个反射波即2分路后的第一微波Op11、Op12各自在样品20反射后的反射波的差信号即反射波差信号Rt1由该T形波导支路（5）输出，并且，被传输到反射电磁波强度检测单元7的RF输入端。

反射电磁波强度检测单元7通过混合第二微波Op2和反射波差信号Rt1来输出检波信号Sg1。该检波信号Sg1是表示反射波差信号Rt1的强度例如照射到样品20的第一微波Op1的反射波的强度的一个例子的信号，并且，被导入到信号处理装置8。关于反射波差信号Rt1，其强度由于针对利用基板保持部（未图示）保持为规定位置的样品20的激发光的照射而发生变化。像这样，反射电磁波强度检测单元7对反射波差信号Rt1的强度进行检测，作为该反射电磁波强度检测单元7，也可以设置混频器、输入微波而输出与其强度对应的电流或电压等电气信号的微波检测器或者（检波器）。

由反射电磁波强度检测单元7检测的反射波差信号Rt1的强度由于针对样品20的测定部位的第一激发光的照射而发生变化。具体地，反射波差信号Rt1的强度在由于相当于第一激发光（脉冲光）的照射而暂时变强之后进行衰减。此外，在测定部位中杂质或缺陷等越多，反射波差信号Rt1的强度的峰值越小，其衰减时间（载流子寿命）也越短。

在此，关于由于第一激发光（脉冲光）的照射而发生变化的反射波差信号Rt1的强度，其峰值或在产生峰值之后到衰减为规定电平的时间（衰减时间：寿命（lifetime）值）成为对样品20的迁移率进行评价的指标值。

信号处理装置8是对由反射电磁波强度检测单元7检测的反射波差信号Rt1的强度的变化的峰值Sp进行检测并将其检测结果向评价单元9传输的装置。更具体地，信号处理装置8将来自评价单元9的定时信号的输入作为触发器来对反射波差信号Rt1的变化进行规定时间监视，检测在其期间得到的反射波差信号Rt1的电平的最高值来作为反射波差信号Rt1的强度的变化的峰值Sp。在此，信号处理装置8具备对反射波差信号Rt1实施延迟处理的延迟电路，对延迟处理后的信号以规定的采样频率依次检测信号强度，根据其检测值的变化来检测反射波差信号Rt1的强度的变化的峰值Sp。

作为评价单元9，能够使用具备CPU、存储部、输入输出信号的接口等的计算机，通过CPU执行规定的程序来执行各种处理。

例如，评价单元9对第一激发光照射单元1和信号处理装置8输出表示激发光的输出定时的定时信号，并且，导入由信号处理装置8检测的反射波差信号Rt1的峰值Sp并记录到该评价单元9所具备的存储部中。与检测数据符合的所记录的反射波差信号Rt1被用于样品20的载流子迁移率的评价。

此外，工作台控制器10按照来自评价单元9的指令来控制X-Y工作台11，由此，进行样品20中的测定部位的定位控制。

在X-Y工作台11的上侧设置有样品台（未图示）。样品台是由铝、不锈钢或铁等金属或者其他的导体构成的板状构件（以下，有时称为“导体构件”）。在其上侧设置有基板保持部（未图示），进而，在该基板保持部之上载置样品20。由此，样品台被配置在与对样品20照射前述第一微波Op11、Op12的侧相反的一侧即样品20的下侧。

基板保持部是相对于样品台而被固定在其上侧的固体的电介质。基板保持部是插入到作为样品的基板与作为导体构件的样品台之间的固体的电介质，其材质例如为玻璃或陶瓷等折射率比较大的电介质。由此，将基板保持部作为介质的微波的波长变短，作为基板保持部，能够采用厚度更薄的轻量的基板保持部。

以上，根据本发明的用于评价迁移率的结构，通过从第一激发光照射单元1照射的第一激发光而在氧化物半导体薄膜中生成光激发载流子，并且，光激发载流子由于从电磁波照射单元3照射的微波的电场而进行运动，其运动状态由于半导体中的杂质、缺陷等的存在而受到影响。因此，使用反射电磁波强度检测单元7对来自样品的反射微波的强度进行检测，并且，使用评价单元9进行解析，由此，能够评价迁移率。特别地，能够根据反射微波的强度变为峰值的值来评价迁移率。此时，评价单元9对由X-Y台11等构成的工作台的位置进行控制，由此，也能够进行对规定的范围的结晶性（crystalline）进行判定的映射（mapping）测定。

接着，基于图1来对评价应力耐性的情况下的装置结构进行说明。用于评价应力耐性的装置结构由图1所示的结构之中的第二激发光照射单元2、发光强度测定单元19、应力耐性的评价单元9构成。此外，作为优选的结构而具备：光引导路径18、工作台控制器10、X-Y工作台11、样品台（未图示）、基板保持部（未图示）、例如反射镜等光路变更单元12、13、14、以及聚光透镜16。只要光路变更单元能够可动，则能够将光路变更为期望的角度，因此，是优选的。再有，关于标注了与上述迁移率的装置结构相同的号码的部分，存在省略说明的情况。

第二激发光照射单元2具有输出向样品20照射的第二激发光的光源，利用第二激发光的照射从氧化物半导体薄膜生成光致发光光。优选的是，具有输出相当于在氧化物半导体薄膜的带隙中存在的缺陷能级的能量的光源。通过输出相当于在氧化物半导体薄膜的带隙中存在的缺陷能级的能量，从而能够观测参与带隙中的发光的缺陷能级。此外，具有输出仅从氧化物半导体薄膜激发例如1.6~1.9eV的特定的波长的光致发光光的能量的光源也是优选的。这是因为，在1.6~1.9eV的范围中观察的发光强度和ΔVth大体上具有良好的相关关系，适合于应力耐性的评价。

作为第二激发光照射单元，例如，只要将紫外线激光器用于光源即可。具体地，使用将波349nm、脉冲激光器的功率1μJ/脉冲、脉冲宽度15ns左右、光束直径1.5mm左右的脉冲状的紫外线即YLF激光三次谐波等出射为激发光的半导体激光器等是优选的。除此之外，也能够利用He-Cd激光器、氩离子激光器等来作为能够照射连续光的激光光源。

此外，在第二激发光照射单元2为脉冲激光器的情况下，将从评价单元9传输来的在图中以虚线示出的定时信号的输入作为触发器来输出作为第二激发光的脉冲光。另一方面，在产生连续光的激光器中，从评价单元9传输例如TTL的高电平等的ON（接通）信号，从需要的时间例如100mS到几秒期间输出激光。

从第二激发光照射单元2照射的第二激发光通过与第一激发光同一光路照射到样品20。在光路中，优选具备聚光透镜16，由此，能够高效率地收集发光的发光光。在图示例子中，从第二激发光照射单元2输出的第二激发光依次被反射镜13、14、12反射，并且，被聚光透镜16聚光，通过设置在第一波导管6a的微小开口6c，通过该第一波导管6a的与样品20接近的端部的开口部6d，对与第一激发光同一样品20的测定部位进行照射。由此，在样品20中的作为微小的激发光照射区域的测定部位激发光致发光光。像这样，通过对与第一激发光同一测定部位照射第二激发光，从而能够评价在同一测定部位的迁移率和可靠性。

在光引导路径18的顶端开口部捕捉利用第二激发光的照射而从样品20的测定部位发光的光致发光光并且将其引导到发光强度测定单元19中。此时，当在样品20的测定部位附近设置具有椭圆面的反射镜17时，通过椭圆面反射镜17对散射的光致发光光进行反射，能够聚光到反射后的焦点，因此，是优选的。此外，如图4所示那样，只要在椭圆面反射镜17的反射焦点处设置光引导路径18的入射口，则能够高效地聚光，因此，是优选的。作为光引导路径18，只要为能够低损失地将聚光后的光致发光光引导到发光强度测定单元19中的光引导路径即可，例如，可举出光纤。

波长分解被引导到发光强度测定单元19中的光致发光光，记录各光谱的发光强度。作为发光强度测定单元19，例如，优选具备使用光谱仪遍及可见光区域测定全部光谱并从其中提取在1.6~1.9eV的范围中观察的峰值强度的功能。此外，关于上述发光强度测定单元19，也能够组合光谱仪；电荷耦合元件（CCD：ChargeCoupledDevice）、光电倍增管、光光接收元件等光感测单元；以及仅选择性地透射1.6~1.9eV的光的滤光片（filter）来使用。此外，优选的是，上述发光强度测定单元19具备配合前述激发光的照射时间来进行测定的触发器。利用从评价单元9传输到激光器的触发信号将发光强度测定单元19限定在照射激光的时间内进行强度测定，由此，能够高灵敏度地进行测定。

由发光强度测定单元19处理的各种测定数据被传输到评价单元9中。在评价单元9中，作为测定数据而导入分光后的光谱来进行波形解析，计算所设定的能量的发光强度比。在评价单元9中，对第二激发光照射单元2输出表示激发光的输出定时的定时信号，并且，将由发光强度测定单元19输出的光谱的强度值记录到该评价单元所具备的存储部中，此外，根据存在于1.6~1.9eV的范围的宽（broad）的峰值计算峰值强度。能够使用所得到的数据来进行应力耐性的评价。

如图1所示，在向样品20的同一测定部位照射第一激发光和第二激发光的情况下，只要以从与第一激发光相同地将第二激发光引导到样品20的测定处的波导管6a的微小开口部6c通过样品20侧的开口部6d进行照射的方式适当设置光路变更单元即可。此外，如图5所示，也可以在第一波导管6a的样品20侧的开口部6d附近的侧面设置例如由玻璃等透明构件构成的第二激发光导入口21。只要变更第二激发光的光路使第二激发光从第二激发光导入口21入射并且使第二激发光从波导管6a的开口部6d出射，则即使在光路不同的情况下，也能够对第一激发光的测定部位照射第二激发光。此时，优选的是，在第二激发光导入口21设置使激发光透射并且不使微波透射的滤光片即微波泄漏防止用的滤光片24来防止微波的泄漏，此外，优选的是，使用玻璃等具有使激发光透射的性质的透光构件23包覆在该滤光片的外侧。

以上，根据本发明的用于评价应力耐性的装置结构，利用从第二激发光照射单元2照射的第二激发光而在氧化物半导体薄膜中生成光致发光光，使用发光强度测定单元19分析该光致发光光22的发光强度，使用评价单元9进行解析，由此，能够评价应力耐性。特别地，根据本发明的装置，能够将第一激发光和第二激发光照射到样品的同一测定部位，能够评价在氧化物半导体薄膜的同一处的迁移率和应力耐性。

接着，基于图2、图3来对本发明的装置的另一实施方式进行说明。关于与上述图1的装置相同的部分，标注相同的号码并省略说明。图2、图3为使用了兼备第一激发光照射单元和第二激发光照射单元的功能的脉冲激光器等激发光照射单元1a的例子，能够从激发光照射单元1a照射用于测定迁移率的第一激发光以及用于评价应力耐性的第二激发光。通过使作为在各激发光照射中使用的光源的紫外线激光器共同化，从而能够谋求成本削减以及装置结构的简略化。再有，优选的是，激发光照射单元1a具备输出调整单元，以使成为与各激发光对应的能量照射。

在将第一激发光和第二激发光从同一激发光照射单元1a出射的情况下，使第一激发光和第二激发光的光路为同一也可，或者，设置光路切换单元15来变更第一激发光和/或第二激发光的光路而向样品20a的不同的测定部位照射也可。例如，在图2中，从激发光照射单元1a出射的第一激发光通过反射镜12变更光路而通过第一波导管6a的微小开口6c从开口部6d向作为样品20a的测定部位的上述部分A照射。此外，从激发光照射单元1a输出的第二激发光通过光路切换单元15变更光路而向作为与第一激发光不同的样品20a的测定部位的上述部分B照射。在图3中，从激发光照射单元1a出射的第一激发光通过反射镜14变更光路而向样品20的测定部位照射，同样地，第二激发光也通过与第一激发光同一光路而向样品20的同一测定部位照射。再有，虽然未图示，但是，也能够适当设置光路切换单元和反射镜等光路变更单元来使第一激发光和第二激发光照射到任意之处。

图2所示的光路切换单元15具有可动部和反射镜等光路变更单元，根据来自评价单元9的电信号而可动，进行光路的变更或者光路的切断。在图2中，在第一激发光照射时，光路切换单元15以不切断光路的位置固定，在第二激发光照射时，能够使光路切换单元15可动，以使将第二激发光的光路变更为期望的角度。光路切换单元15的可动动力并不被特别限定，能够采用电动机、压力空气等公知的驱动单元。

以上，只要使用本发明的装置，则在氧化物半导体薄膜的材料开发阶段中，能够简易地在短时间内且以低成本评价各种组成、浓度的氧化物半导体薄膜的迁移率和应力耐性。此外，只要使用本发明的装置，则能够以非接触型进行评价，因此，能够进行成品率的提高等提高生产性，能够适当地进行氧化物半导体的品质管理。

本申请要求基于在2013年9月13日申请的日本国专利申请第2013-190402号的优先权的利益。将日本国专利申请第2013-190402号的说明书的全部内容引用到本申请中以便参考。

附图标记的说明

1第一激发光照射单元（脉冲激光器）

1a激发光照射单元（脉冲激光器）

2第二激发光照射单元（脉冲激光器或者CW激光器）

3电磁波照射单元（微波振荡器）

4定向耦合器

4a相位调整器

5T形波导支路

6a第一波导管（信号用波导管）

6b第二波导管（参照用波导管）

6c微小开口（第一波导管）

6d开口部（第一波导管）

6e开口部（第二波导管）

7反射电磁波强度检测单元（混频器）

8信号处理装置

9评价单元

10工作台控制器

11X-Y工作台

12光路变更单元（反射镜）

13光路变更单元（反射镜）

14光路变更单元（反射镜）

15光路切换单元

16聚光单元（聚光透镜）

17椭圆面反射镜

18光引导路径

19发光强度测定单元

20样品

20a样品

21第二激发光导入口（玻璃）

22光致发光光

23透光构件

24微波泄漏防止用滤光片

25第二激发光

26第一激发光

27微波

28测定部位。

Claims (9)

1.一种氧化物半导体薄膜的评价装置，其特征在于，具备：

第一激发光照射单元，对形成有氧化物半导体薄膜的样品的测定部位照射第一激发光而在所述氧化物半导体薄膜中生成电子-空穴对；

电磁波照射单元，对所述样品的测定部位照射电磁波；

反射电磁波强度检测单元，对由于所述第一激发光的照射而发生变化的所述电磁波的来自所述样品的反射电磁波强度进行检测；

第二激发光照射单元，对所述样品照射第二激发光而从所述氧化物半导体薄膜生成光致发光光；

发光强度测定单元，对所述光致发光光的发光强度进行测定；以及

评价单元，基于所述反射电磁波强度检测单元的检测数据和所述发光强度测定单元的测定数据来评价所述样品的迁移率和应力耐性，并且，

所述第一激发光照射单元和所述第二激发光照射单元为同一或不同的激发光照射单元。

2.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述第一激发光照射单元具有输出所述氧化物半导体薄膜的带隙以上的能量的光源。

3.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述第二激发光照射单元具有输出相当于在所述氧化物半导体薄膜的带隙中存在的缺陷能级的能量的光源。

4.根据权利要求2所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述第二激发光照射单元具有输出相当于在所述氧化物半导体薄膜的带隙中存在的缺陷能级的能量的光源。

5.根据权利要求3所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述第二激发光照射单元具有输出从所述氧化物半导体薄膜仅激发特定的波长的光致发光光的能量的光源。

6.根据权利要求4所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述第二激发光照射单元具有输出从所述氧化物半导体薄膜仅激发特定的波长的光致发光光的能量的光源。

7.根据权利要求1~6的任一项所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，在所述第一激发光和所述第二激发光的光路上具备对所述第一激发光、所述第二激发光之中的至少一个的光路进行变更的光路切换单元。

8.根据权利要求7所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，所述光路切换单元被设置为所述第一激发光和所述第二激发光照射到所述样品的同一或不同的测定处。

9.根据权利要求1~6的任一项所述的氧化物半导体薄膜的评价装置，其中，具备将所述第一激发光和所述电磁波引导到所述样品的所述测定部位的波导管，并且，在所述波导管的所述样品侧开口部附近的侧面设置有所述第二激发光的导入口。