JP3782954B2 - 結晶化膜の評価方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化膜の評価方法及びその装置に関し、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの結晶化シリコンの製造や、ポリイミドなどの合成樹脂を加工する際に、レーザ光を利用して製造される結晶化膜の評価方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
例えば、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの結晶化シリコンの製造に際し、ラインビームからなるレーザ光を試料に照射する方法が知られている。これは、図１２に示すようにパルス・レーザからなるエキシマレーザを発生させるレーザ発振器１０で生じさせたレーザ光Ａ１を光学系容器９内に導き、反射ミラー７で方向転換させ、長軸ホモジナイザー２ａ及び短軸ホモジナイザー２ｂを通して整形して強度を均一化させた後、再度、反射ミラー８で方向転換させ、集光レンズ３を通すことにより、長軸×短軸が、約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、試料５に照射している。試料５は、レーザアニール装置の真空室内に設置されている。
【０００３】
この場合の試料５は、ガラス基板６上に薄いａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜５ａを形成したもので、このａ−Ｓｉ膜５ａにラインビーム４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄いｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）膜５ｂとしている。ガラス基板６は、大きいもので７３０×９２０ｍｍあり、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、ラインビーム４の１ショットあたり、ラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチでガラス基板６をラインビーム４の短軸の方向に間欠的に移動させる。短軸幅０．４ｍｍのとき、具体的な送りピッチは２０〜４０μｍであり、試料５の１箇所当たりのレーザ光の照射回数は１０〜２０回である。
【０００４】
ここで、レーザ光Ａ１のパルス幅（発光時間）は一般に数〜数十ｎｓ、発振周波数は数百Ｈｚ以下のため、レーザ光Ａ１つまりラインビーム４の試料５への照射が数〜数十ｎｓ行われた後、数ｍｓの比較的長時間の間隔が開いて、再び数〜数十ｎｓの照射が行われている。試料５への複数回の照射を行うことで、結晶が成長する。この結晶の成長は、１回目の照射で発生した結晶粒が、２回目以降の照射により結合して大きくなるものと考えられている。この結晶の成長のためには、試料５が冷却（常温）の状態から溶融温度近傍まで上昇するように、レーザ光Ａ１の照射を実施する必要がある。
【０００５】
このような結晶化シリコンの製造におけるｐ−Ｓｉ膜５ｂの結晶性は、レーザ光Ａ１のエネルギー密度に大きく依存し、エネルギー密度が低すぎても、高すぎても良好に得られない。このため、レーザ光Ａ１のエネルギー密度を変えて複数のｐ−Ｓｉ膜５ｂを作製し、それらのｐ−Ｓｉ膜５ｂをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で直接観察し、結晶性性の良好なものから最適なエネルギー密度を決定し、そのエネルギー密度により、ガラス基板６上のＳｉ膜５ａの全面を結晶化させる方法が一般に採られている。
【０００６】
しかしながら、ＳＥＭによる評価方法にあつては、ｐ−Ｓｉ膜を小さく分割し、エッチング後、ＳＥＭ観察を行なう必要があり、その結果を得るには数時間を要して煩雑であるという技術的課題がある。
【０００７】
これに対し、結晶化膜の評価方法として、結晶化したＳｉ膜に光を照射してその反射率から結晶性を評価する方法が提案されている（特開平１０−３００６６２号）。この方法は、ＥＬＡ（エキシマレーザアニール）工程の後に設置され、試料に垂直入射させた光の反射率の内、特定の波長での反射スペクトルの傾きから結晶性を評価する。従つて、結晶性と反射率との関係を予め計測しておく必要がある。
【０００８】
また、半導体膜の表面にレーザ光を照射させ、当該半導体膜の表面からの散乱光の強度を計測し、該散乱光の強度に基づいて前記半導体膜の表面の凹凸状態を判定する方法も提案されている（特開２００１−１１０８６１）。この判定方法は、短時間のうちに非破壊で半導体膜の膜質を評価できるので、ＴＦＴの製造工程においてインラインで評価を行い、正常な膜質の多結晶性の半導体膜を形成した基板のみを後工程に回すことができる、としている。
【０００９】
しかしながら、前記垂直入射させた光の反射率から結晶性を評価する方法にあつては、Ｓｉ膜の結晶粒径を直接求めるものではなく、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ正確に行なうことが困難であるのみならず、予め反射率と結晶性との関係を子細に評価しておく必要があるため、ｐ−Ｓｉ膜の結晶性をＳＥＭで詳細に評価しておかなければならない。加えて、特定領域の波長での反射率の傾きを求める場合、その傾きが現れないこともあり、傾きから結晶性を必ずしも評価することができない。
【００１０】
また、レーザ光の散乱光の強度に基づいて半導体膜の表面の凹凸状態を判定する方法にあつては、Ｓｉ膜の結晶粒径を直接求めるものではなく、より確実な結晶性の評価のために、短波長及び長波長の散乱光の強度を比較して凹凸状態を判定するものであるため、測定結果の良否判定が困難であり、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ正確に行ない得ない。
【００１１】
以上から、本発明は、結晶粒径の計測を簡易に行ない、結晶粒径の大きさからＳｉ膜の評価を行なうことにより、良好なレーザ光をＳｉ膜膜に照射して、均一かつ大きな結晶を試料の全面に形成することを可能にすることを第１の目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、試料５にレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂに対し、光Ｂ１を照射し、その反射光Ｂ２を計測する結晶化膜の評価方法であつて、
光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面に入射させ、該Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜５ｂの評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項２の発明は、前記反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状から結晶粒の規則性を推定することを特徴とする請求項１の結晶化膜の評価方法である。
請求項３の発明は、前記Ｓｉ膜５ｂが、試料５を所定の送り速度で移動させながらパルス・レーザからなるレーザ光Ａ１を照射して形成されると共に、該試料５の送り速度がＳｍｍ／ｓｈｏｔであるとき、
前記光Ｂ１の試料５の表面上の幅をＳｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２の結晶化膜の評価方法である。
請求項４の発明は、前記レーザ光Ａ１が、強度の大きな平坦部Ａ２と強度が漸減する傾斜部Ａ３とで構成され、該傾斜部Ａ３を照射した部分のＳｉ膜５ｂに前記光Ｂ１を照射することを特徴とする請求項１，２又は３の結晶化膜の評価方法である。
請求項５の発明は、前記レーザ光Ａ１が、短軸方向及び長軸方向を有する矩形状をなすと共に、Ｓｉ膜５ｂの表面に入射させる光Ｂ１の入射方向が、平面視で長軸方向と一致していることを特徴とする請求項１，２，３又は４の結晶化膜の評価方法である。
請求項６の発明は、試料５に照射するレーザ光Ａ１の平坦部Ａ２の一部を、透過率１００−Ｔ％の部材２０を透過させて最大強度の１００−Ｔ％の強度とし、この最大強度の１００−Ｔ％のレーザ光Ａ１を照射した部分のＳｉ膜５ｂに前記光Ｂ１を照射することを特徴とする請求項４又は５の結晶化膜の評価方法である。
請求項７の発明は、レーザ光Ａ１を照射して結晶化させた直後のＳｉ膜５ｂに対して光Ｂ１を照射すると共に、前記反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状を計測し、ピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内になるようにレーザ光Ａ１の強度を制御することを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６の結晶化膜の評価方法である。
請求項８の発明は、試料５にレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂに対し、光Ｂ１を照射し、その反射光Ｂ２を計測する結晶化膜の評価装置であつて、
多波長の光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面に入射させる光源Ｂ３と、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を受光し、その反射スペクトルＣ１を求めると共に反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘを示すことができる検出器Ｂ４とを有し、該検出器Ｂ４により、該Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜５ｂの評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図１１は、本発明に係る結晶化膜の評価装置の１実施の形態を示し、この装置により、図１２に示すレーザ光の照射装置を用いて製作した結晶化膜の品質の評価を行なう。この結晶化膜は、ラインビーム４を照射して結晶化した試料５のガラス基板６上の膜、つまりａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化させたｐ−Ｓｉ膜５ｂである。パルス・レーザからなるレーザ光Ａ１であるラインビーム４は、図４，図５に示すように強度の大きな平坦部Ａ２と、平坦部Ａ２の周囲に形成され、平坦部Ａ２から強度が漸減する傾斜部Ａ３とで構成され、短軸方向及び長軸方向を有する矩形状をなしている。試料５のｐ−Ｓｉ膜５ｂは、ａ−Ｓｉ膜５ａに平坦部Ａ２が照射されて結晶化した大面積の平坦部照射部と、この平坦部照射部の周囲に形成され、傾斜部Ａ３が照射されて結晶化した小面積の傾斜部照射部とを有している。
【００１４】
ｐ−Ｓｉ膜５ｂの評価装置は、図１，図２に示すように、Ｓｉ膜５ｂを有する試料５を載置する基台１５と、基台１５上のＳｉ膜５ｂに多波長の平行な光Ｂ１を任意の角度αで入射させることのできる光源Ｂ３と、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を受光し、その反射スペクトルＣ１を求めると共に反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘを示すことができる検出器Ｂ４とを有する。具体的には、光源Ｂ３からの光Ｂ１を図外の光ファイバーで導き、基台１５上のＳｉ膜５ｂに平行光線として入射させ、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を検出器Ｂ４によつて受光するようになつている。検出器Ｂ４は、反射光Ｂ２を図外の光ファイバーに入射させて、分光器に導く装置である。光源Ｂ３は、ハロゲンランプを発光体として備える。
【００１５】
本発明者等は、このような結晶化膜の評価装置によつて反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握し、そのときの受光角θ及び最大強度の波長λｍａｘを用い、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出することができることを見出した。
【００１６】
Ｓｉ膜５ｂが適正に結晶化していると、その表面には、図３に示すようにＳｉ膜５ｂの結晶粒径をＤとして、境界部ｄで囲まれた結晶粒径Ｄの結晶が微細な凹凸を伴つて整然と形成されて規則性を有している。この状態で、図１〜図３に示すように実質的に平行な光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面からの角度αで入射させれば、回折格子のように、規則性を有して反射光Ｂ２が生ずる。
【００１７】
但し、この場合の光Ｂ１の入射方向及び反射方向は、Ｓｉ膜５ｂのｘ方向（長軸方向）を含む垂直面上であり、平面視で長軸方向と一致させることが望ましい。この方向を０度とすれば、図１１から分かるように所定の波長（約５００ｎｍ）において強度が大きな反射光が得られるためである。Ｓｉ膜５ｂのｘ方向を含む垂直面上と直交する面上、つまりＳｉ膜５ｂのｙ方向（短軸方向）を含む垂直面上で光Ｂ１を照射すれば、図１１に示す９０度の特性になり、この場合にも所定の波長（約５６０ｎｍ）において強度が比較的大きな反射光が得られ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握することが可能である。しかし、これ以外の角度（６０度、４５度、３０度）では、大きな強度の反射光が得られず、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握し難い。このため、光源Ｂ３は、長軸方向（ｘ方向）を含む垂直面上又は短軸方向（ｙ方向）を含む垂直面上のいずれかに配置させる。
【００１８】
次に、反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角θが９０度のときは、多くの結晶粒界からの反射光が強め合うことがないため、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを計測し難い。すなわち、図３に示すように実質的に平行な反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角がθ度であるとき、境界部ｄで囲まれた結晶粒径Ｄの結晶が多数形成された状態で、反射光Ｂ２の方向から見た１個の結晶の斜めの幅Ｓ１は、Ｓ１＝Ｄ・ｃｏｓθで与えられる。これから、受光角θが９０度のときは、ｃｏｓθ＝０であるから、Ｄ＝Ｓ１／ｃｏｓθは無限大となつて結晶粒径Ｄを求めることができない。
【００１９】
そこで、光源Ｂ３からの光Ｂ１は、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度θを９０度未満とする任意の反射方向を受光角θとする。また、光源Ｂ３からの光Ｂ１は、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度を９０度未満とする任意の入射角αとする。
【００２０】
このようなことから、光Ｂ１を入射角αで入射させ、Ｓｉ膜５ｂの平面からの受光角θ（９０度以外）で反射した反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を計測すると共に、この反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘを測定した。
【００２１】
反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定できるのは、３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合に見られるような、結晶に規則性が生じた場合である。この結晶の規則性は、レーザ光Ａ１が、エキシマレーザで発生した光をホモジナイザー（２ａ，２ｂ）によりラインビーム形状に整形し、ホモジナイザーによりラインビーム形状に整形して照射されたとき、レーザ結晶化によつて見られるもので、一般には照射するレーザ光Ａ１の波長の大きさの結晶が整列するが、その理由は明確には分かつていない。例えばレーザ光Ａ１のパルス幅が２０ｎｓのときには、規則性が良好に生じることが確認されている。
【００２２】
このとき、レーザ光Ａ１を照射したＳｉ膜５ｂの部分に計測用の光Ｂ１を照射して、その反射光Ｂ２を受光角θと共に計測し、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘからＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定することができる。
【００２３】
一般に、Ｓｉ膜５ｂの結晶に規則性を生じているきは、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全体がほぼ均一な粒径のｐ−Ｓｉ膜５ｂとなつているため、このＳｉ膜５ｂを使つた液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の性能が均一になることが知られており、規則性を生ずる条件を与えながら結晶化が行なわれる。
【００２４】
実際にＳｉ膜５ｂを形成し、多波長の光Ｂ１をＳｉ膜に入射角α＝４５度で入射させ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を受光面（検出器Ｂ４）によつて計測した。レーザ光Ａ１の照射エネルギーを変化させて得られた反射スペクトルＣ１を図９に示す。図９のＹ−ｓｃａｌｅは、反射強度（ａ．ｕ．）である。図９から分かるように、レーザ光Ａ１の照射エネルギー３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２で、反射スペクトルＣ１中の波長λｍａｘ＝約４４０ｎｍに明確なピーク部Ｃ２が現れた。反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角θは、４５度であつた。その反射スペクトルＣ１の最大強度値が得られる波長λｍａｘを用い、結晶化したＳｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出すると、Ｄ＝４４０ｎｍ・ｓｉｎ４５°＝３１１ｎｍである。
【００２５】
これらの反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘの測定は、レーザ光Ａ１を照射させて結晶化させながら行い、同時に結晶化膜を評価した。すなわち、図１のような３０８ｎｍの波長を発生するエキシマであるＸｅＣｌからのエキシマレーザ１をホモジナイザー（２ａ及び２ｂ）により約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、このレーザ光Ａ１からなるラインビーム４を試料５つまりガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａに照射し、Ｓｉ膜を結晶化させてｐ−Ｓｉ膜５ｂとした。レーザ光Ａ１のパルス幅は、２６ｎｓとした。なお、図１，図２のレーザ光の照射装置は、図１２のレーザ光の照射装置と同一の構造を有している。
【００２６】
ガラス基板６は、７３０×９２０ｍｍの大きさのものを使用し、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、レーザ光Ａ１の１ショットあたり、ラインビーム４の短軸幅０．４ｍｍの５％である２０μｍの送りピッチで、ラインビーム４の短軸方向（ｙ方向）にガラス基板６を移動させた。
【００２７】
そして、試料５にレーザ光Ａ１（ラインビーム４）を照射させながら、図１，図２に示すようにランプからなる光源Ｂ３により発生させた光Ｂ１をｐ−Ｓｉ膜５ｂの表面上方ｘ方向から角度α＝４５度で入射させ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を分光器としても機能する検出器Ｂ４で計測した。光Ｂ１は、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２が照射されて結晶化した直後の大面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの部分（平坦部照射部）にのみ間欠的に入射させた。レーザ光Ａ１の照射エネルギーは、３００ｍＪ／ｃｍ２、３２０ｍＪ／ｃｍ２、３４０ｍＪ／ｃｍ２、３６０ｍＪ／ｃｍ２及び３８０ｍＪ／ｃｍ２に調節変更させた。
【００２８】
その結果、上述したように、Ｓｉ膜５ｂには、レーザ光Ａ１の照射エネルギーを３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２としたとき、３１１ｎｍ（大略３００ｎｍ）の粒径の結晶が規則性を有して整列していた。
【００２９】
この結果は、ＳＥＭによる評価と良好に合致していた。図７及び図８は、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２〜３００ｍＪ／ｃｍ２に変えてＳｉ膜５ｂを形成したときのＳＥＭ写真を模式的に示す。
【００３０】
反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定できるのは、図７（ハ）の３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び図８（イ）の３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合に見られるような、結晶に規則性が生じた場合であつた。図７（イ）の３８０ｍＪ／ｃｍ２及び（ロ）の３６０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び図８（ロ）の３００ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合には、結晶に規則性が生じておらず、図９からも反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘを測定することができなかつた。
【００３１】
反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状を測定・観察すると、レーザ光Ａ１の照射エネルギーを３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２としたとき、ピーク部Ｃ２の強度値が高いのみならず、半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭く、このときにＳｉ膜５ｂの結晶に規則性があることが確認できた。従つて、本発明に係る結晶化膜の評価方法によれば、形成されたＳｉ膜５ｂに多波長の光Ｂ１を斜めから照射すれば、反射光Ｂ２が球面波として生じる。そして、Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を観察することにより、反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘが得られ、結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出し、この結晶粒径Ｄから結晶化膜の規則性の良否を直接的に評価することができる。勿論、Ｓｉ膜５ｂを形成する度にＳＥＭ観察する必要はない。
【００３２】
更に、Ｓｉ膜５ｂを形成した１つの試料５に対し、多波長の光Ｂ１をＳｉ膜に角度α＝４５度で入射させると共に反射させ、Ｓｉ膜の平面からの角度０〜９０度未満の範囲で反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を受光面（検出器Ｂ４）によつて計測し、反射角度θにおける反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ及びそのときの受光角θを測定した。
【００３３】
その結果は図１０に示すようであり、受光角４０度で波長λｍａｘ＝４９０ｎｍが得られ、受光角４５度で波長λｍａｘ＝４４０ｎｍが得られ、受光角６０度で波長λｍａｘ＝３８０ｎｍが得られた。なお、レーザ光の照射装置、ガラス基板６及びレーザ光Ａ１の１ショットあたりのラインビーム４の送りピッチは、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２〜３００ｍＪ／ｃｍ２に変えて計測した上記の場合と同じである。但し、レーザ光Ａ１の強度は３２０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００３４】
これらの受光角θ及び波長λｍａｘから、結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出した。その結果、を次に示す。
Ｄ４０°＝４９０ｎｍ×ｓｉｎ４０°＝３１５ｎｍ
Ｄ４５°＝４４０ｎｍ×ｓｉｎ４５°＝３１１ｎｍ
Ｄ６０°＝３８０ｎｍ×ｓｉｎ６０°＝３２９ｎｍ
【００３５】
これらの結晶粒径Ｄ＝大略３００ｎｍという結果から、受光角θの如何によらず、反射光Ｂ２の受光角θと反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘとを用い、結晶粒径Ｄを算出でき、結晶粒径Ｄの値が２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲、好ましくは３００ｎｍ付近にあれば、Ｓｉ膜５ｂの結晶に規則性があることが分かる。これらの結果は、ＳＥＭによる評価と良好に合致していた。
【００３６】
ところで、結晶粒径Ｄの計測に多波長の光Ｂ１を用いれば、波長λの幅が広くなり、計測できる結晶粒径Ｄの範囲が広くなる。すなわち、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθから、試料５に照射する光Ｂ１の波長λの幅が広いほど、最大強度が明確に得られる波長λｍａｘの幅も広くなり、計測できる結晶粒径Ｄの範囲が広くなる。一般に、Ｓｉ膜５ｂの結晶に概ね規則性があるとき、結晶粒径Ｄは２００〜１０００ｎｍのため、光Ｂ１の波長は２８０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００３７】
これに対し、波長λがほぼ単一の光Ｂ１を用い、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度０〜９０度未満の範囲で受光面（検出器Ｂ４）を移動させながら、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を計測し、反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる受光角θを測定し、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθからＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを求めることも可能である。
【００３８】
理論的には、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒に完全な規則性があれば、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθの結晶粒径Ｄが試料５の全体にわたつて同じであるから、反射光Ｂ２の受光角θを所定角度にしたとき、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘは１つの値になる。しかしながら、実際には結晶粒の回折格子のような規則性が乱れることも多く、その際には、結晶粒径Ｄの数値幅が大きくなつている。従つて、光Ｂ１の反射光の受光角θ及び最大強度が明確に得られる波長λｍａｘのみに着目するのではなく、この波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れて結晶粒に実用上問題のない規則性が生じていると考えられる状態で、ピーク部Ｃ２の形状をも観察し、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒の規則性を総合的に判定することが望まれる。すなわち、波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れていると共に、更に、ピーク部Ｃ２の最大強度値が高く半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭いほど規則性がある、と判断することができる。
【００３９】
上述のように、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、ラインビーム４の短軸方向（ｙ方向）に、レーザ光Ａ１の１ショットあたり、ラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチでガラス基板６（試料５）を動かす。短軸幅０．４ｍｍのとき、１ショットあたりのｙ方向の間欠的な送り速度Ｓｍｍ／ｓｈｏｔは、２０〜４０μｍである。
【００４０】
そして、レーザ光Ａ１はショット毎のエネルギー変動があることが知られており、大きな変動のあるレーザ光Ａ１が１ショット照射された場合は、Ｓｍｍの幅内の結晶性が変化することになる。この結晶性が変化している部分を計測するためには、光Ｂ１の試料５の表面上のｙ方向の幅をＳｍｍ以下とし、レーザ光Ａ１の１ショット分の照射部分の結晶の規則性を判断する方法が有効である。このとき、図２に示すように光源Ｂ３により発生させた光Ｂ１をｐ−Ｓｉ膜５ｂの表面上方ｘ方向から斜めに入射させる。多波長の光Ｂ１の幅をＳｍｍ以下とすることは、波長によつて焦点位置が異なることを補正した焦点距離の短いレンズを用いて集光させて行なわれる。
【００４１】
但し、光Ｂ１の試料５の表面上のｙ方向の幅をＳｍｍとして、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２が照射されて結晶化した大面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの平坦部照射部及び傾斜部Ａ３が照射されて結晶化した小面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの傾斜部照射部の両者に入射させた場合には、平坦部Ａ２が照射されて結晶化した平坦部照射部のみに光Ｂ１を照射する場合と比較して、ピーク部Ｃ２の半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が大きくなるが、最大強度値は同じである。
【００４２】
また、上述したように、照射するレーザ光Ａ１の強度を３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２としてＳｉ膜５ｂに結晶化すると、結晶の規則性が良く、粒径が揃つているので、この条件で結晶化するのが一般的である。しかし、レーザ光Ａ１の強度を３６０ｍＪ／ｃｍ２や３８０ｍＪ／ｃｍ２にすると規則性は悪いが粒径が大きくなるため、この条件で結晶化することがある。
【００４３】
このような３６０ｍＪ／ｃｍ２や３８０ｍＪ／ｃｍ２の強度では規則性が悪く、図９の３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２のような明確なピークが現れないので、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２を照射した平坦部照射部に計測用の光Ｂ１を照射して、その反射光Ｂ２を計測し、反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定することが困難である。従つて、結晶化膜の評価が事実上できない。
【００４４】
このように結晶の規則性が良好に得られる条件よりも高いエネルギー密度のレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂ、つまり図７の（ロ）３６０ｍＪ／ｃｍ２や（イ）３８０ｍＪ／ｃｍ２が結晶化条件として使われたＳｉ膜５ｂの場合には、試料５のレーザ光Ａ１の傾斜部Ａ３を照射した傾斜部照射部に計測用の光Ｂ１を照射してその反射光Ｂ２を計測すればよい。
【００４５】
すなわち、傾斜部Ａ３は、強度が大きな平坦部Ａ２よりも２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度強度が低いので、傾斜部Ａ３が照射された傾斜部照射部が１０ｎｍ程度の幅があれば、強度が低い傾斜部Ａ３が照射されたＳｉ膜５ｂの傾斜部照射部を狙つて光Ｂ１を照射して、同様に計測し、レーザ光Ａ１の強度を３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２として平坦部Ａ２によつて結晶化した平坦部照射部と同様に、評価できる。
【００４６】
更には、試料５の平坦部Ａ２が照射された平坦部照射部の一部に、２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度低く照射されたＳｉ膜５ｂの部分を人為的に作成し、そのＳｉ膜５ｂの平坦部照射部に光Ｂ１を照射して、同様に計測しても、３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２で結晶化した平坦部Ａ２と同様に、評価できることになる。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、試料５に照射するレーザ光Ａ１の一部をさえぎるように透過率１００−Ｔ％の材料からなる部材２０を配置し、レーザ光Ａ１の一部を透過率１００−Ｔ％の部材２０を透過させて最大強度の１００−Ｔ％の強度（２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度減）として照射し、その後、この領域の平坦部照射部に光Ｂ１を照射する。このレーザ光Ａ１の一部をさえぎる部材２０の配置箇所は、ラインビーム４の長軸方向の端部位置となる平坦部照射部がよい。
【００４８】
これにより、レーザ光Ａ１からなるラインビーム４のほとんどを３６０〜３８０ｍＪ／ｃｍ２の強度とし、ラインビーム４の一部（端部）を３２０〜３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度として、試料５に照射して、３２０〜３４０ｍＪ／ｃｍ２で照射した領域（平坦部照射部）に光Ｂ１を照射し、反射光を測定することになるので、試料５に所要の結晶化が行なわれているか否かを観測することができる。部材２０が有する透過率１００−Ｔ％の内のＴ％は、ラインビーム４の強度が３８０ｍＪ／ｃｍ２のとき、理論上は、（３８０ｍＪ／ｃｍ２−３４０ｍＪ／ｃｍ２）／３８０ｍＪ／ｃｍ２＝１０．５％程度であるが、９〜１２％程度が使用可能である。
【００４９】
実際に、ラインビーム４の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２とし、ｘ方向の幅が２００ｎｍのラインビーム４の内、端部１０ｎｍをＴ＝１０％の半透過ガラスからなる部材２０を透過させて試料５に照射し、その照射領域である平坦部照射部に計測用の光Ｂ１を照射して、反射光Ｂ２を計測したところ、図９に示す３４０ｍＪ／ｃｍ２と同様の著しいピーク部を生じた。
【００５０】
この反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び反射光Ｂ２の受光角θとを用い、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを算出し、その適否から試料５全体の結晶粒の規則性を推定した。Ｔ＝１０％の半透過ガラス（部材２０）を透過させたラインビーム４の照射領域に適正な規則性が生じていることを推定・確認した後、半透過ガラス（部材２０）を透過させていない箇所の試料５についてＳＥＭによる計測を行なつたところ、図７の（イ）３８０ｍＪ／ｃｍ２と同様の粒径４００ｎｍ程度の結晶がＳｉ膜５ｂに実用上問題がない程度に得られていた。
【００５１】
このような結晶化膜の評価装置は、図１，図２に示すように結晶化工程中に組み込み、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）を照射して結晶化させた直後のＳｉ膜５ｂに対して光Ｂ１を照射し、Ｓｉ膜５ｂの結晶の評価を行なうことが可能であるが、ラインビーム４を試料５に照射し、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化してｐ−Ｓｉ膜５ｂとする結晶化工程の後工程として組み込むことができることも勿論である。
【００５２】
結晶化膜の評価装置を結晶化工程中に組み込めば、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ及び受光角θ並びにピーク部Ｃ２のピーク強度値及び半値幅等の幅を計測しながら、レーザ光Ａ１を照射してａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化してｐ−Ｓｉ膜５ｂとすることになる。従つて、結晶粒径Ｄやピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内になるようにレーザ発振器１０を速やかに調節し、レーザ光Ａ１の透過率をアッテネータによつて変更するなどしてレーザ光Ａ１の強度を適正に制御したり、照射回数を適正に制御したりすることができる。これにより、結晶化膜の評価を速やかにフィードバックさせ、ガラス基板６上のほぼ全体に均一なＳｉ膜５ｂの結晶を得ることができる。
【００５３】
このピーク部Ｃ２の形状、つまりピーク強度値や半値幅などのピーク部Ｃ２の幅を測定すると共に、ピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内にあるかどうかを判定し、結晶粒が高度に同じ大きさ及び間隔で整列しているか否を定性的に評価できる。例えば、ピーク部Ｃ２のピーク強度値を計測し、低い場合には、ピーク強度値を規則性の良好な結晶が形成され得る高い値になるように制御する。また、ピーク部Ｃ２の半値幅等の幅を計測して、幅が広い場合には、半値幅等の幅が所定値以下になるように制御し、規則性の良好な結晶が形成されるようにする。
【００５４】
すなわち、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れている状態で、更に、ピーク部Ｃ２の最大強度が高く半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭いほど規則性がある、と判断することができる。例えば、図９に示す３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のときの半値幅は約３０ｎｍであり、波長λｍａｘは４１５ｎｍから４４５ｎｍの幅があるので、受光角θ＝４５°から、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθ＝２９３ｎｍ〜３１４ｎｍの間で粒径がばらついていることが分かる。勿論、ピーク部Ｃ２の半値幅（５０％強度のときの幅）よりも強度が少し低い値での幅（例えば強度２０％のときの幅）から、粒径のばらつきを把握して、結晶粒の規則性の有無を判断することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る結晶化膜の評価方法及びその装置によれば、結晶化させたＳｉ膜の表面に光を入射させ、Ｓｉ膜の表面から９０度未満の反射光の反射スペクトルの最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜の結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、結晶粒径Ｄの大きさからＳｉ膜の評価を行なうので、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ比較的正確に行なうことが可能になり、高品質の結晶化膜を歩留り良く製作することが可能になるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施の形態に係る結晶化膜の評価装置を組み込んだレーザ光の照射装置の要部を示す正面図。
【図２】 同じく結晶化膜の評価装置を組み込んだレーザ光の照射装置の要部を示す右側面図。
【図３】 同じく結晶化膜の評価装置を示す説明図。
【図４】 同じくレーザビームを示す説明図。
【図５】 同じくレーザビームの強度−位置特性を示す線図。
【図６】 同じくレーザビームの試料への照射状態を示す図。
【図７】 同じくＳｉ膜のＳＥＭ写真を模式的に示す図。
【図８】 同じくＳｉ膜のＳＥＭ写真を模式的に示す図。
【図９】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの反射光の波長−強度特性を示す線図。
【図１０】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの受光角の相違による波長−強度特性を示す線図。
【図１１】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの受光方向を相違させたときの反射光の波長−強度特性を示す線図。
【図１２】 従来のレーザ光の照射装置を示し、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図。
【符号の説明】
２ａ：長軸ホモジナイザー（ホモジナイザー）、２ｂ：短軸ホモジナイザー（ホモジナイザー）、５：試料、５ａ：ａ−Ｓｉ膜、５ｂ：ｐ−Ｓｉ膜（Ｓｉ膜）、６：ガラス基板、１０：レーザ発振器、２０：部材、Ａ１：レーザ光、Ａ２：平坦部、Ａ３：傾斜部、Ｂ１：光、Ｂ２：反射光、Ｂ３：光源、Ｂ４：検出器、Ｃ１：反射スペクトル、Ｃ２：ピーク部、Ｄ：結晶粒径、λｍａｘ：反射スペクトルの最大強度が得られる波長、α：入射角、θ：受光角。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化膜の評価方法及びその装置に関し、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの結晶化シリコンの製造や、ポリイミドなどの合成樹脂を加工する際に、レーザ光を利用して製造される結晶化膜の評価方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
例えば、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタの結晶化シリコンの製造に際し、ラインビームからなるレーザ光を試料に照射する方法が知られている。これは、図１２に示すようにパルス・レーザからなるエキシマレーザを発生させるレーザ発振器１０で生じさせたレーザ光Ａ１を光学系容器９内に導き、反射ミラー７で方向転換させ、長軸ホモジナイザー２ａ及び短軸ホモジナイザー２ｂを通して整形して強度を均一化させた後、再度、反射ミラー８で方向転換させ、集光レンズ３を通すことにより、長軸×短軸が、約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、試料５に照射している。試料５は、レーザアニール装置の真空室内に設置されている。
【０００３】
この場合の試料５は、ガラス基板６上に薄いａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜５ａを形成したもので、このａ−Ｓｉ膜５ａにラインビーム４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄いｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）膜５ｂとしている。ガラス基板６は、大きいもので７３０×９２０ｍｍあり、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、ラインビーム４の１ショットあたり、ラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチでガラス基板６をラインビーム４の短軸の方向に間欠的に移動させる。短軸幅０．４ｍｍのとき、具体的な送りピッチは２０〜４０μｍであり、試料５の１箇所当たりのレーザ光の照射回数は１０〜２０回である。
【０００４】
ここで、レーザ光Ａ１のパルス幅（発光時間）は一般に数〜数十ｎｓ、発振周波数は数百Ｈｚ以下のため、レーザ光Ａ１つまりラインビーム４の試料５への照射が数〜数十ｎｓ行われた後、数ｍｓの比較的長時間の間隔が開いて、再び数〜数十ｎｓの照射が行われている。試料５への複数回の照射を行うことで、結晶が成長する。この結晶の成長は、１回目の照射で発生した結晶粒が、２回目以降の照射により結合して大きくなるものと考えられている。この結晶の成長のためには、試料５が冷却（常温）の状態から溶融温度近傍まで上昇するように、レーザ光Ａ１の照射を実施する必要がある。
【０００５】
このような結晶化シリコンの製造におけるｐ−Ｓｉ膜５ｂの結晶性は、レーザ光Ａ１のエネルギー密度に大きく依存し、エネルギー密度が低すぎても、高すぎても良好に得られない。このため、レーザ光Ａ１のエネルギー密度を変えて複数のｐ−Ｓｉ膜５ｂを作製し、それらのｐ−Ｓｉ膜５ｂをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で直接観察し、結晶性性の良好なものから最適なエネルギー密度を決定し、そのエネルギー密度により、ガラス基板６上のＳｉ膜５ａの全面を結晶化させる方法が一般に採られている。
【０００６】
しかしながら、ＳＥＭによる評価方法にあつては、ｐ−Ｓｉ膜を小さく分割し、エッチング後、ＳＥＭ観察を行なう必要があり、その結果を得るには数時間を要して煩雑であるという技術的課題がある。
【０００７】
これに対し、結晶化膜の評価方法として、結晶化したＳｉ膜に光を照射してその反射率から結晶性を評価する方法が提案されている（特開平１０−３００６６２号）。この方法は、ＥＬＡ（エキシマレーザアニール）工程の後に設置され、試料に垂直入射させた光の反射率の内、特定の波長での反射スペクトルの傾きから結晶性を評価する。従つて、結晶性と反射率との関係を予め計測しておく必要がある。
【０００８】
また、半導体膜の表面にレーザ光を照射させ、当該半導体膜の表面からの散乱光の強度を計測し、該散乱光の強度に基づいて前記半導体膜の表面の凹凸状態を判定する方法も提案されている（特開２００１−１１０８６１）。この判定方法は、短時間のうちに非破壊で半導体膜の膜質を評価できるので、ＴＦＴの製造工程においてインラインで評価を行い、正常な膜質の多結晶性の半導体膜を形成した基板のみを後工程に回すことができる、としている。
【０００９】
しかしながら、前記垂直入射させた光の反射率から結晶性を評価する方法にあつては、Ｓｉ膜の結晶粒径を直接求めるものではなく、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ正確に行なうことが困難であるのみならず、予め反射率と結晶性との関係を子細に評価しておく必要があるため、ｐ−Ｓｉ膜の結晶性をＳＥＭで詳細に評価しておかなければならない。加えて、特定領域の波長での反射率の傾きを求める場合、その傾きが現れないこともあり、傾きから結晶性を必ずしも評価することができない。
【００１０】
また、レーザ光の散乱光の強度に基づいて半導体膜の表面の凹凸状態を判定する方法にあつては、Ｓｉ膜の結晶粒径を直接求めるものではなく、より確実な結晶性の評価のために、短波長及び長波長の散乱光の強度を比較して凹凸状態を判定するものであるため、測定結果の良否判定が困難であり、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ正確に行ない得ない。
【００１１】
以上から、本発明は、結晶粒径の計測を簡易に行ない、結晶粒径の大きさからＳｉ膜の評価を行なうことにより、良好なレーザ光をＳｉ膜膜に照射して、均一かつ大きな結晶を試料の全面に形成することを可能にすることを第１の目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、試料５にレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂに対し、光Ｂ１を照射し、その反射光Ｂ２を計測する結晶化膜の評価方法であつて、
光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面に入射させ、該Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜５ｂの評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項２の発明は、前記反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状から結晶粒の規則性を推定することを特徴とする請求項１の結晶化膜の評価方法である。
請求項３の発明は、前記Ｓｉ膜５ｂが、試料５を所定の送り速度で移動させながらパルス・レーザからなるレーザ光Ａ１を照射して形成されると共に、該試料５の送り速度がＳｍｍ／ｓｈｏｔであるとき、
前記光Ｂ１の試料５の表面上の幅をＳｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２の結晶化膜の評価方法である。
請求項４の発明は、前記レーザ光Ａ１が、強度の大きな平坦部Ａ２と強度が漸減する傾斜部Ａ３とで構成され、該傾斜部Ａ３を照射した部分のＳｉ膜５ｂに前記光Ｂ１を照射することを特徴とする請求項１，２又は３の結晶化膜の評価方法である。
請求項５の発明は、前記レーザ光Ａ１が、短軸方向及び長軸方向を有する矩形状をなすと共に、Ｓｉ膜５ｂの表面に入射させる光Ｂ１の入射方向が、平面視で長軸方向と一致していることを特徴とする請求項１，２，３又は４の結晶化膜の評価方法である。
請求項６の発明は、試料５に照射するレーザ光Ａ１の平坦部Ａ２の一部を、透過率１００−Ｔ％の部材２０を透過させて最大強度の１００−Ｔ％の強度とし、この最大強度の１００−Ｔ％のレーザ光Ａ１を照射した部分のＳｉ膜５ｂに前記光Ｂ１を照射することを特徴とする請求項４又は５の結晶化膜の評価方法である。
請求項７の発明は、レーザ光Ａ１を照射して結晶化させた直後のＳｉ膜５ｂに対して光Ｂ１を照射すると共に、前記反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状を計測し、ピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内になるようにレーザ光Ａ１の強度を制御することを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６の結晶化膜の評価方法である。
請求項８の発明は、試料５にレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂに対し、光Ｂ１を照射し、その反射光Ｂ２を計測する結晶化膜の評価装置であつて、
多波長の光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面に入射させる光源Ｂ３と、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を受光し、その反射スペクトルＣ１を求めると共に反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘを示すことができる検出器Ｂ４とを有し、該検出器Ｂ４により、該Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜５ｂの評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図１１は、本発明に係る結晶化膜の評価装置の１実施の形態を示し、この装置により、図１２に示すレーザ光の照射装置を用いて製作した結晶化膜の品質の評価を行なう。この結晶化膜は、ラインビーム４を照射して結晶化した試料５のガラス基板６上の膜、つまりａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化させたｐ−Ｓｉ膜５ｂである。パルス・レーザからなるレーザ光Ａ１であるラインビーム４は、図４，図５に示すように強度の大きな平坦部Ａ２と、平坦部Ａ２の周囲に形成され、平坦部Ａ２から強度が漸減する傾斜部Ａ３とで構成され、短軸方向及び長軸方向を有する矩形状をなしている。試料５のｐ−Ｓｉ膜５ｂは、ａ−Ｓｉ膜５ａに平坦部Ａ２が照射されて結晶化した大面積の平坦部照射部と、この平坦部照射部の周囲に形成され、傾斜部Ａ３が照射されて結晶化した小面積の傾斜部照射部とを有している。
【００１４】
ｐ−Ｓｉ膜５ｂの評価装置は、図１，図２に示すように、Ｓｉ膜５ｂを有する試料５を載置する基台１５と、基台１５上のＳｉ膜５ｂに多波長の平行な光Ｂ１を任意の角度αで入射させることのできる光源Ｂ３と、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を受光し、その反射スペクトルＣ１を求めると共に反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘを示すことができる検出器Ｂ４とを有する。具体的には、光源Ｂ３からの光Ｂ１を図外の光ファイバーで導き、基台１５上のＳｉ膜５ｂに平行光線として入射させ、Ｓｉ膜５ｂからの反射光Ｂ２を検出器Ｂ４によつて受光するようになつている。検出器Ｂ４は、反射光Ｂ２を図外の光ファイバーに入射させて、分光器に導く装置である。光源Ｂ３は、ハロゲンランプを発光体として備える。
【００１５】
本発明者等は、このような結晶化膜の評価装置によつて反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握し、そのときの受光角θ及び最大強度の波長λｍａｘを用い、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出することができることを見出した。
【００１６】
Ｓｉ膜５ｂが適正に結晶化していると、その表面には、図３に示すようにＳｉ膜５ｂの結晶粒径をＤとして、境界部ｄで囲まれた結晶粒径Ｄの結晶が微細な凹凸を伴つて整然と形成されて規則性を有している。この状態で、図１〜図３に示すように実質的に平行な光Ｂ１をＳｉ膜５ｂの表面からの角度αで入射させれば、回折格子のように、規則性を有して反射光Ｂ２が生ずる。
【００１７】
但し、この場合の光Ｂ１の入射方向及び反射方向は、Ｓｉ膜５ｂのｘ方向（長軸方向）を含む垂直面上であり、平面視で長軸方向と一致させることが望ましい。この方向を０度とすれば、図１１から分かるように所定の波長（約５００ｎｍ）において強度が大きな反射光が得られるためである。Ｓｉ膜５ｂのｘ方向を含む垂直面上と直交する面上、つまりＳｉ膜５ｂのｙ方向（短軸方向）を含む垂直面上で光Ｂ１を照射すれば、図１１に示す９０度の特性になり、この場合にも所定の波長（約５６０ｎｍ）において強度が比較的大きな反射光が得られ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握することが可能である。しかし、これ以外の角度（６０度、４５度、３０度）では、大きな強度の反射光が得られず、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを把握し難い。このため、光源Ｂ３は、長軸方向（ｘ方向）を含む垂直面上又は短軸方向（ｙ方向）を含む垂直面上のいずれかに配置させる。
【００１８】
次に、反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角θが９０度のときは、多くの結晶粒界からの反射光が強め合うことがないため、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１に明確に得られる最大強度の波長λｍａｘを計測し難い。すなわち、図３に示すように実質的に平行な反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角がθ度であるとき、境界部ｄで囲まれた結晶粒径Ｄの結晶が多数形成された状態で、反射光Ｂ２の方向から見た１個の結晶の斜めの幅Ｓ１は、Ｓ１＝Ｄ・ｃｏｓθで与えられる。これから、受光角θが９０度のときは、ｃｏｓθ＝０であるから、Ｄ＝Ｓ１／ｃｏｓθは無限大となつて結晶粒径Ｄを求めることができない。
【００１９】
そこで、光源Ｂ３からの光Ｂ１は、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度θを９０度未満とする任意の反射方向を受光角θとする。また、光源Ｂ３からの光Ｂ１は、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度を９０度未満とする任意の入射角αとする。
【００２０】
このようなことから、光Ｂ１を入射角αで入射させ、Ｓｉ膜５ｂの平面からの受光角θ（９０度以外）で反射した反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を計測すると共に、この反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘを測定した。
【００２１】
反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定できるのは、３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合に見られるような、結晶に規則性が生じた場合である。この結晶の規則性は、レーザ光Ａ１が、エキシマレーザで発生した光をホモジナイザー（２ａ，２ｂ）によりラインビーム形状に整形し、ホモジナイザーによりラインビーム形状に整形して照射されたとき、レーザ結晶化によつて見られるもので、一般には照射するレーザ光Ａ１の波長の大きさの結晶が整列するが、その理由は明確には分かつていない。例えばレーザ光Ａ１のパルス幅が２０ｎｓのときには、規則性が良好に生じることが確認されている。
【００２２】
このとき、レーザ光Ａ１を照射したＳｉ膜５ｂの部分に計測用の光Ｂ１を照射して、その反射光Ｂ２を受光角θと共に計測し、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘからＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定することができる。
【００２３】
一般に、Ｓｉ膜５ｂの結晶に規則性を生じているきは、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全体がほぼ均一な粒径のｐ−Ｓｉ膜５ｂとなつているため、このＳｉ膜５ｂを使つた液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の性能が均一になることが知られており、規則性を生ずる条件を与えながら結晶化が行なわれる。
【００２４】
実際にＳｉ膜５ｂを形成し、多波長の光Ｂ１をＳｉ膜に入射角α＝４５度で入射させ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を受光面（検出器Ｂ４）によつて計測した。レーザ光Ａ１の照射エネルギーを変化させて得られた反射スペクトルＣ１を図９に示す。図９のＹ−ｓｃａｌｅは、反射強度（ａ．ｕ．）である。図９から分かるように、レーザ光Ａ１の照射エネルギー３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２で、反射スペクトルＣ１中の波長λｍａｘ＝約４４０ｎｍに明確なピーク部Ｃ２が現れた。反射光Ｂ２のＳｉ膜５ｂの表面からの受光角θは、４５度であつた。その反射スペクトルＣ１の最大強度値が得られる波長λｍａｘを用い、結晶化したＳｉ膜５ｂの結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出すると、Ｄ＝４４０ｎｍ・ｓｉｎ４５°＝３１１ｎｍである。
【００２５】
これらの反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘの測定は、レーザ光Ａ１を照射させて結晶化させながら行い、同時に結晶化膜を評価した。すなわち、図１のような３０８ｎｍの波長を発生するエキシマであるＸｅＣｌからのエキシマレーザ１をホモジナイザー（２ａ及び２ｂ）により約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、このレーザ光Ａ１からなるラインビーム４を試料５つまりガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａに照射し、Ｓｉ膜を結晶化させてｐ−Ｓｉ膜５ｂとした。レーザ光Ａ１のパルス幅は、２６ｎｓとした。なお、図１，図２のレーザ光の照射装置は、図１２のレーザ光の照射装置と同一の構造を有している。
【００２６】
ガラス基板６は、７３０×９２０ｍｍの大きさのものを使用し、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、レーザ光Ａ１の１ショットあたり、ラインビーム４の短軸幅０．４ｍｍの５％である２０μｍの送りピッチで、ラインビーム４の短軸方向（ｙ方向）にガラス基板６を移動させた。
【００２７】
そして、試料５にレーザ光Ａ１（ラインビーム４）を照射させながら、図１，図２に示すようにランプからなる光源Ｂ３により発生させた光Ｂ１をｐ−Ｓｉ膜５ｂの表面上方ｘ方向から角度α＝４５度で入射させ、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を分光器としても機能する検出器Ｂ４で計測した。光Ｂ１は、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２が照射されて結晶化した直後の大面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの部分（平坦部照射部）にのみ間欠的に入射させた。レーザ光Ａ１の照射エネルギーは、３００ｍＪ／ｃｍ２、３２０ｍＪ／ｃｍ２、３４０ｍＪ／ｃｍ２、３６０ｍＪ／ｃｍ２及び３８０ｍＪ／ｃｍ２に調節変更させた。
【００２８】
その結果、上述したように、Ｓｉ膜５ｂには、レーザ光Ａ１の照射エネルギーを３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２としたとき、３１１ｎｍ（大略３００ｎｍ）の粒径の結晶が規則性を有して整列していた。
【００２９】
この結果は、ＳＥＭによる評価と良好に合致していた。図７及び図８は、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２〜３００ｍＪ／ｃｍ２に変えてＳｉ膜５ｂを形成したときのＳＥＭ写真を模式的に示す。
【００３０】
反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定できるのは、図７（ハ）の３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び図８（イ）の３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合に見られるような、結晶に規則性が生じた場合であつた。図７（イ）の３８０ｍＪ／ｃｍ２及び（ロ）の３６０ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合、及び図８（ロ）の３００ｍＪ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ａ１を照射した場合には、結晶に規則性が生じておらず、図９からも反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘを測定することができなかつた。
【００３１】
反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ付近のピーク部Ｃ２の形状を測定・観察すると、レーザ光Ａ１の照射エネルギーを３２０ｍＪ／ｃｍ２及び３４０ｍＪ／ｃｍ２としたとき、ピーク部Ｃ２の強度値が高いのみならず、半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭く、このときにＳｉ膜５ｂの結晶に規則性があることが確認できた。従つて、本発明に係る結晶化膜の評価方法によれば、形成されたＳｉ膜５ｂに多波長の光Ｂ１を斜めから照射すれば、反射光Ｂ２が球面波として生じる。そして、Ｓｉ膜５ｂの表面から９０度未満の反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を観察することにより、反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘが得られ、結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出し、この結晶粒径Ｄから結晶化膜の規則性の良否を直接的に評価することができる。勿論、Ｓｉ膜５ｂを形成する度にＳＥＭ観察する必要はない。
【００３２】
更に、Ｓｉ膜５ｂを形成した１つの試料５に対し、多波長の光Ｂ１をＳｉ膜に角度α＝４５度で入射させると共に反射させ、Ｓｉ膜の平面からの角度０〜９０度未満の範囲で反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を受光面（検出器Ｂ４）によつて計測し、反射角度θにおける反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ及びそのときの受光角θを測定した。
【００３３】
その結果は図１０に示すようであり、受光角４０度で波長λｍａｘ＝４９０ｎｍが得られ、受光角４５度で波長λｍａｘ＝４４０ｎｍが得られ、受光角６０度で波長λｍａｘ＝３８０ｎｍが得られた。なお、レーザ光の照射装置、ガラス基板６及びレーザ光Ａ１の１ショットあたりのラインビーム４の送りピッチは、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２〜３００ｍＪ／ｃｍ２に変えて計測した上記の場合と同じである。但し、レーザ光Ａ１の強度は３２０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００３４】
これらの受光角θ及び波長λｍａｘから、結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθで算出した。その結果、を次に示す。
Ｄ４０°＝４９０ｎｍ×ｓｉｎ４０°＝３１５ｎｍ
Ｄ４５°＝４４０ｎｍ×ｓｉｎ４５°＝３１１ｎｍ
Ｄ６０°＝３８０ｎｍ×ｓｉｎ６０°＝３２９ｎｍ
【００３５】
これらの結晶粒径Ｄ＝大略３００ｎｍという結果から、受光角θの如何によらず、反射光Ｂ２の受光角θと反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘとを用い、結晶粒径Ｄを算出でき、結晶粒径Ｄの値が２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲、好ましくは３００ｎｍ付近にあれば、Ｓｉ膜５ｂの結晶に規則性があることが分かる。これらの結果は、ＳＥＭによる評価と良好に合致していた。
【００３６】
ところで、結晶粒径Ｄの計測に多波長の光Ｂ１を用いれば、波長λの幅が広くなり、計測できる結晶粒径Ｄの範囲が広くなる。すなわち、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθから、試料５に照射する光Ｂ１の波長λの幅が広いほど、最大強度が明確に得られる波長λｍａｘの幅も広くなり、計測できる結晶粒径Ｄの範囲が広くなる。一般に、Ｓｉ膜５ｂの結晶に概ね規則性があるとき、結晶粒径Ｄは２００〜１０００ｎｍのため、光Ｂ１の波長は２８０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００３７】
これに対し、波長λがほぼ単一の光Ｂ１を用い、Ｓｉ膜５ｂの表面からの角度０〜９０度未満の範囲で受光面（検出器Ｂ４）を移動させながら、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１を計測し、反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる受光角θを測定し、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθからＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを求めることも可能である。
【００３８】
理論的には、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒に完全な規則性があれば、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθの結晶粒径Ｄが試料５の全体にわたつて同じであるから、反射光Ｂ２の受光角θを所定角度にしたとき、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘは１つの値になる。しかしながら、実際には結晶粒の回折格子のような規則性が乱れることも多く、その際には、結晶粒径Ｄの数値幅が大きくなつている。従つて、光Ｂ１の反射光の受光角θ及び最大強度が明確に得られる波長λｍａｘのみに着目するのではなく、この波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れて結晶粒に実用上問題のない規則性が生じていると考えられる状態で、ピーク部Ｃ２の形状をも観察し、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒の規則性を総合的に判定することが望まれる。すなわち、波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れていると共に、更に、ピーク部Ｃ２の最大強度値が高く半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭いほど規則性がある、と判断することができる。
【００３９】
上述のように、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させるために、ラインビーム４の短軸方向（ｙ方向）に、レーザ光Ａ１の１ショットあたり、ラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチでガラス基板６（試料５）を動かす。短軸幅０．４ｍｍのとき、１ショットあたりのｙ方向の間欠的な送り速度Ｓｍｍ／ｓｈｏｔは、２０〜４０μｍである。
【００４０】
そして、レーザ光Ａ１はショット毎のエネルギー変動があることが知られており、大きな変動のあるレーザ光Ａ１が１ショット照射された場合は、Ｓｍｍの幅内の結晶性が変化することになる。この結晶性が変化している部分を計測するためには、光Ｂ１の試料５の表面上のｙ方向の幅をＳｍｍ以下とし、レーザ光Ａ１の１ショット分の照射部分の結晶の規則性を判断する方法が有効である。このとき、図２に示すように光源Ｂ３により発生させた光Ｂ１をｐ−Ｓｉ膜５ｂの表面上方ｘ方向から斜めに入射させる。多波長の光Ｂ１の幅をＳｍｍ以下とすることは、波長によつて焦点位置が異なることを補正した焦点距離の短いレンズを用いて集光させて行なわれる。
【００４１】
但し、光Ｂ１の試料５の表面上のｙ方向の幅をＳｍｍとして、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２が照射されて結晶化した大面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの平坦部照射部及び傾斜部Ａ３が照射されて結晶化した小面積のｐ−Ｓｉ膜５ｂの傾斜部照射部の両者に入射させた場合には、平坦部Ａ２が照射されて結晶化した平坦部照射部のみに光Ｂ１を照射する場合と比較して、ピーク部Ｃ２の半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が大きくなるが、最大強度値は同じである。
【００４２】
また、上述したように、照射するレーザ光Ａ１の強度を３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２としてＳｉ膜５ｂに結晶化すると、結晶の規則性が良く、粒径が揃つているので、この条件で結晶化するのが一般的である。しかし、レーザ光Ａ１の強度を３６０ｍＪ／ｃｍ２や３８０ｍＪ／ｃｍ２にすると規則性は悪いが粒径が大きくなるため、この条件で結晶化することがある。
【００４３】
このような３６０ｍＪ／ｃｍ２や３８０ｍＪ／ｃｍ２の強度では規則性が悪く、図９の３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２のような明確なピークが現れないので、レーザ光Ａ１の平坦部Ａ２を照射した平坦部照射部に計測用の光Ｂ１を照射して、その反射光Ｂ２を計測し、反射スペクトルＣ１の最大強度からＳｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを測定することが困難である。従つて、結晶化膜の評価が事実上できない。
【００４４】
このように結晶の規則性が良好に得られる条件よりも高いエネルギー密度のレーザ光Ａ１を照射して結晶化させたＳｉ膜５ｂ、つまり図７の（ロ）３６０ｍＪ／ｃｍ２や（イ）３８０ｍＪ／ｃｍ２が結晶化条件として使われたＳｉ膜５ｂの場合には、試料５のレーザ光Ａ１の傾斜部Ａ３を照射した傾斜部照射部に計測用の光Ｂ１を照射してその反射光Ｂ２を計測すればよい。
【００４５】
すなわち、傾斜部Ａ３は、強度が大きな平坦部Ａ２よりも２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度強度が低いので、傾斜部Ａ３が照射された傾斜部照射部が１０ｎｍ程度の幅があれば、強度が低い傾斜部Ａ３が照射されたＳｉ膜５ｂの傾斜部照射部を狙つて光Ｂ１を照射して、同様に計測し、レーザ光Ａ１の強度を３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２として平坦部Ａ２によつて結晶化した平坦部照射部と同様に、評価できる。
【００４６】
更には、試料５の平坦部Ａ２が照射された平坦部照射部の一部に、２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度低く照射されたＳｉ膜５ｂの部分を人為的に作成し、そのＳｉ膜５ｂの平坦部照射部に光Ｂ１を照射して、同様に計測しても、３２０ｍＪ／ｃｍ２や３４０ｍＪ／ｃｍ２で結晶化した平坦部Ａ２と同様に、評価できることになる。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、試料５に照射するレーザ光Ａ１の一部をさえぎるように透過率１００−Ｔ％の材料からなる部材２０を配置し、レーザ光Ａ１の一部を透過率１００−Ｔ％の部材２０を透過させて最大強度の１００−Ｔ％の強度（２０〜４０ｍＪ／ｃｍ２程度減）として照射し、その後、この領域の平坦部照射部に光Ｂ１を照射する。このレーザ光Ａ１の一部をさえぎる部材２０の配置箇所は、ラインビーム４の長軸方向の端部位置となる平坦部照射部がよい。
【００４８】
これにより、レーザ光Ａ１からなるラインビーム４のほとんどを３６０〜３８０ｍＪ／ｃｍ２の強度とし、ラインビーム４の一部（端部）を３２０〜３４０ｍＪ／ｃｍ２の強度として、試料５に照射して、３２０〜３４０ｍＪ／ｃｍ２で照射した領域（平坦部照射部）に光Ｂ１を照射し、反射光を測定することになるので、試料５に所要の結晶化が行なわれているか否かを観測することができる。部材２０が有する透過率１００−Ｔ％の内のＴ％は、ラインビーム４の強度が３８０ｍＪ／ｃｍ２のとき、理論上は、（３８０ｍＪ／ｃｍ２−３４０ｍＪ／ｃｍ２）／３８０ｍＪ／ｃｍ２＝１０．５％程度であるが、９〜１２％程度が使用可能である。
【００４９】
実際に、ラインビーム４の強度を３８０ｍＪ／ｃｍ２とし、ｘ方向の幅が２００ｎｍのラインビーム４の内、端部１０ｎｍをＴ＝１０％の半透過ガラスからなる部材２０を透過させて試料５に照射し、その照射領域である平坦部照射部に計測用の光Ｂ１を照射して、反射光Ｂ２を計測したところ、図９に示す３４０ｍＪ／ｃｍ２と同様の著しいピーク部を生じた。
【００５０】
この反射スペクトルＣ１の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び反射光Ｂ２の受光角θとを用い、Ｓｉ膜５ｂの結晶粒径Ｄを算出し、その適否から試料５全体の結晶粒の規則性を推定した。Ｔ＝１０％の半透過ガラス（部材２０）を透過させたラインビーム４の照射領域に適正な規則性が生じていることを推定・確認した後、半透過ガラス（部材２０）を透過させていない箇所の試料５についてＳＥＭによる計測を行なつたところ、図７の（イ）３８０ｍＪ／ｃｍ２と同様の粒径４００ｎｍ程度の結晶がＳｉ膜５ｂに実用上問題がない程度に得られていた。
【００５１】
このような結晶化膜の評価装置は、図１，図２に示すように結晶化工程中に組み込み、レーザ光Ａ１（ラインビーム４）を照射して結晶化させた直後のＳｉ膜５ｂに対して光Ｂ１を照射し、Ｓｉ膜５ｂの結晶の評価を行なうことが可能であるが、ラインビーム４を試料５に照射し、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化してｐ−Ｓｉ膜５ｂとする結晶化工程の後工程として組み込むことができることも勿論である。
【００５２】
結晶化膜の評価装置を結晶化工程中に組み込めば、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ及び受光角θ並びにピーク部Ｃ２のピーク強度値及び半値幅等の幅を計測しながら、レーザ光Ａ１を照射してａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化してｐ−Ｓｉ膜５ｂとすることになる。従つて、結晶粒径Ｄやピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内になるようにレーザ発振器１０を速やかに調節し、レーザ光Ａ１の透過率をアッテネータによつて変更するなどしてレーザ光Ａ１の強度を適正に制御したり、照射回数を適正に制御したりすることができる。これにより、結晶化膜の評価を速やかにフィードバックさせ、ガラス基板６上のほぼ全体に均一なＳｉ膜５ｂの結晶を得ることができる。
【００５３】
このピーク部Ｃ２の形状、つまりピーク強度値や半値幅などのピーク部Ｃ２の幅を測定すると共に、ピーク部Ｃ２の形状が所定の範囲内にあるかどうかを判定し、結晶粒が高度に同じ大きさ及び間隔で整列しているか否を定性的に評価できる。例えば、ピーク部Ｃ２のピーク強度値を計測し、低い場合には、ピーク強度値を規則性の良好な結晶が形成され得る高い値になるように制御する。また、ピーク部Ｃ２の半値幅等の幅を計測して、幅が広い場合には、半値幅等の幅が所定値以下になるように制御し、規則性の良好な結晶が形成されるようにする。
【００５４】
すなわち、反射光Ｂ２の反射スペクトルＣ１の最大強度が明確に得られる波長λｍａｘ付近で反射スペクトルＣ１のピーク部Ｃ２が明確に現れている状態で、更に、ピーク部Ｃ２の最大強度が高く半値幅などのピーク部Ｃ２の幅が狭いほど規則性がある、と判断することができる。例えば、図９に示す３２０ｍＪ／ｃｍ２の強度のときの半値幅は約３０ｎｍであり、波長λｍａｘは４１５ｎｍから４４５ｎｍの幅があるので、受光角θ＝４５°から、Ｄ＝λｍａｘ・ｓｉｎθ＝２９３ｎｍ〜３１４ｎｍの間で粒径がばらついていることが分かる。勿論、ピーク部Ｃ２の半値幅（５０％強度のときの幅）よりも強度が少し低い値での幅（例えば強度２０％のときの幅）から、粒径のばらつきを把握して、結晶粒の規則性の有無を判断することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る結晶化膜の評価方法及びその装置によれば、結晶化させたＳｉ膜の表面に光を入射させ、Ｓｉ膜の表面から９０度未満の反射光の反射スペクトルの最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜の結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、結晶粒径Ｄの大きさからＳｉ膜の評価を行なうので、Ｓｉ膜の評価を簡易かつ比較的正確に行なうことが可能になり、高品質の結晶化膜を歩留り良く製作することが可能になるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施の形態に係る結晶化膜の評価装置を組み込んだレーザ光の照射装置の要部を示す正面図。
【図２】 同じく結晶化膜の評価装置を組み込んだレーザ光の照射装置の要部を示す右側面図。
【図３】 同じく結晶化膜の評価装置を示す説明図。
【図４】 同じくレーザビームを示す説明図。
【図５】 同じくレーザビームの強度−位置特性を示す線図。
【図６】 同じくレーザビームの試料への照射状態を示す図。
【図７】 同じくＳｉ膜のＳＥＭ写真を模式的に示す図。
【図８】 同じくＳｉ膜のＳＥＭ写真を模式的に示す図。
【図９】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの反射光の波長−強度特性を示す線図。
【図１０】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの受光角の相違による波長−強度特性を示す線図。
【図１１】 同じく光源でＳｉ膜を照らしたときの受光方向を相違させたときの反射光の波長−強度特性を示す線図。
【図１２】 従来のレーザ光の照射装置を示し、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図。
【符号の説明】
２ａ：長軸ホモジナイザー（ホモジナイザー）、２ｂ：短軸ホモジナイザー（ホモジナイザー）、５：試料、５ａ：ａ−Ｓｉ膜、５ｂ：ｐ−Ｓｉ膜（Ｓｉ膜）、６：ガラス基板、１０：レーザ発振器、２０：部材、Ａ１：レーザ光、Ａ２：平坦部、Ａ３：傾斜部、Ｂ１：光、Ｂ２：反射光、Ｂ３：光源、Ｂ４：検出器、Ｃ１：反射スペクトル、Ｃ２：ピーク部、Ｄ：結晶粒径、λｍａｘ：反射スペクトルの最大強度が得られる波長、α：入射角、θ：受光角。
Claims (8)
- 試料（５）にレーザ光（Ａ１）を照射して結晶化させたＳｉ膜（５ｂ）に対し、光（Ｂ１）を照射し、その反射光（Ｂ２）を計測する結晶化膜の評価方法であつて、
光（Ｂ１）をＳｉ膜（５ｂ）の表面に入射させ、該Ｓｉ膜（５ｂ）の表面から９０度未満の反射光（Ｂ２）の反射スペクトル（Ｃ１）の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜（５ｂ）の結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜（５ｂ）の評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価方法。 - 前記反射光（Ｂ２）の反射スペクトル（Ｃ１）の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部（Ｃ２）の形状から結晶粒の規則性を推定することを特徴とする請求項１の結晶化膜の評価方法。
- 前記Ｓｉ膜（５ｂ）が、試料（５）を所定の送り速度で移動させながらパルス・レーザからなるレーザ光（Ａ１）を照射して形成されると共に、該試料（５）の送り速度がＳｍｍ／ｓｈｏｔであるとき、
前記光（Ｂ１）の試料（５）の表面上の幅をＳｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２の結晶化膜の評価方法。 - 前記レーザ光（Ａ１）が、強度の大きな平坦部（Ａ２）と強度が漸減する傾斜部（Ａ３）とで構成され、該傾斜部（Ａ３）を照射した部分のＳｉ膜（５ｂ）に前記光（Ｂ１）を照射することを特徴とする請求項１，２又は３の結晶化膜の評価方法。
- 前記レーザ光（Ａ１）が、短軸方向及び長軸方向を有する矩形状をなすと共に、Ｓｉ膜（５ｂ）の表面に入射させる光（Ｂ１）の入射方向が、平面視で長軸方向と一致していることを特徴とする請求項１，２，３又は４の結晶化膜の評価方法。
- 試料（５）に照射するレーザ光（Ａ１）の平坦部（Ａ２）の一部を、透過率１００−Ｔ％の部材（２０）を透過させて最大強度の１００−Ｔ％の強度とし、この最大強度の１００−Ｔ％のレーザ光（Ａ１）を照射した部分のＳｉ膜（５ｂ）に前記光（Ｂ１）を照射することを特徴とする請求項４又は５の結晶化膜の評価方法。
- レーザ光（Ａ１）を照射して結晶化させた直後のＳｉ膜（５ｂ）に対して光（Ｂ１）を照射すると共に、前記反射スペクトル（Ｃ１）の最大強度が得られる波長λｍａｘ付近のピーク部（Ｃ２）の形状を計測し、ピーク部（Ｃ２）の形状が所定の範囲内になるようにレーザ光（Ａ１）の強度を制御することを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６の結晶化膜の評価方法。
- 試料（５）にレーザ光（Ａ１）を照射して結晶化させたＳｉ膜（５ｂ）に対し、光（Ｂ１）を照射し、その反射光（Ｂ２）を計測する結晶化膜の評価装置であつて、
多波長の光（Ｂ１）をＳｉ膜（５ｂ）の表面に入射させる光源（Ｂ３）と、Ｓｉ膜（５ｂ）からの反射光（Ｂ２）を受光し、その反射スペクトル（Ｃ１）を求めると共に反射スペクトル（Ｃ１）の最大強度が得られる波長λｍａｘを示すことができる検出器（Ｂ４）とを有し、
該検出器（Ｂ４）により、該Ｓｉ膜（５ｂ）の表面から９０度未満の反射光（Ｂ２）の反射スペクトル（Ｃ１）の最大強度が得られる波長λｍａｘ及び受光角θを測定すると共に、Ｓｉ膜（５ｂ）の結晶粒径ＤをＤ＝λｍａｘ・ｓｉｎθによつて算出し、該結晶粒径Ｄの大きさから該Ｓｉ膜（５ｂ）の評価を行なうことを特徴とする結晶化膜の評価装置。
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