JP3794482B2

JP3794482B2 - 結晶化Ｓｉ膜の評価方法及びその装置

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Publication number: JP3794482B2
Application number: JP2002118117A
Authority: JP
Inventors: 直之小林; 秀晃草間; 純一次田; 俊夫井波; 良平内田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003318240A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化Ｓｉ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ー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Ｓｉ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、液晶表示画面に用いられる薄膜トランジスターの結晶化Ｓｉ膜の作製に際し、ラインビームからなるレーザ光をアモルファス・シリコン膜（以下ａ−Ｓｉ膜という。）に照射する方法が知られている。これは、図８に示すように、パルス発振動作のエキシマレーザ光を発生させるレーザ発振器１０で生じさせたレーザ光１を、アッテネータ１１によつてエネルギーを自動設定した後、光学系容器９内に導き、反射ミラー７で方向転換させ、図９に示すように複数本のシリンドリカル・レンズを稜線２ｃが平行になるように並べた長軸ホモジナイザー２ａと、長軸ホモジナイザー２ａと稜線方向が直交する短軸ホモジナイザー２ｂを通して、強度分布を矩形状に均一化させた後、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×短軸を約２００×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、このラインビーム４をａ−Ｓｉ膜５ａを有する基板５に照射している。基板５は、レーザ発振器１０と光学系容器９及び照射室を備えるレーザアニール装置の真空の照射室内に設置されている。
【０００３】
この基板５は、ガラス基板６上に薄いａ−Ｓｉ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を結晶化して薄いポリ・シリコン膜３３（以下ｐ−Ｓｉ膜という。）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の全面を結晶化するために、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のとき送りピッチは２０〜４０μｍであり、ａ−Ｓｉ膜５ａに対する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１のパルス幅（レーザ光１発の発振時間）は一般に数〜数十ｎｓ、発振周波数は数百Ｈｚ以下であるため、レーザ光１つまりラインビーム４のａ−Ｓｉ膜５ａ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。ａ−Ｓｉ膜５ａへのレーザ光１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、ａ−Ｓｉ膜基板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１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膜の作製におけるｐ−Ｓｉ膜３３の結晶性は、レーザ光１（ラインビーム４）の照射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１のエネルギー密度を変えて複数のｐ−Ｓｉ膜３３を作製し、それらのｐ−Ｓｉ膜３３をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で直接観察し、その結果、結晶性の良好なものから最適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ａ−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】
図１０に、ａ−Ｓｉ膜５ａに照射するレーザ光１（ラインビーム４）のエネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ²）を変えたときの結晶化Ｓｉ膜３３のＳＥＭ写真を示す。図１０から分かるように、エネルギー密度３７０ｍＪ／ｃｍ²では微細な結晶粒が作製されており、エネルギー密度３８０及び４１０ｍＪ／ｃｍ²では大きさ約３００ｎｍの矩形の結晶粒が配列ないし分布の規則性を持つて作製されている。一方、エネルギー密度４３５及び４５０ｍＪ／ｃｍ²では、結晶粒は３００ｎｍ以上の大きさであるが、周期性つまり配列・分布の規則性が見られなかつた。一般に、ガラス基板６上の結晶化Ｓｉ膜３３を薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという。）に使用する場合、ＴＦＴ特性をガラス基板６上の全体で均一にするために、エネルギー密度３８０及び４１０ｍＪ／ｃｍ²で照射した際に得られるような規則性のある結晶粒が適正とされる。ここでは、特に４１０ｍＪ／ｃｍ²で作製した結晶粒の規則性が良好であつた。
【０００７】
このような、ＳＥＭによる評価方法では、ｐ−Ｓｉ膜３３を小さく分割し、エッチング後、ＳＥＭ観察を行う必要があり、その結果を得るには数時間を要して煩雑であるのみならず、試料を破壊しなけらばならないという課題がある。
【０００８】
これに対し、結晶化Ｓｉ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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
以上から、本発明は、結晶化Ｓｉ膜における結晶粒の分布の規則性の評価を簡易に行ない、ひいては、良好なエネルギー密度のレーザ光をＳｉ膜に照射して、均一かつ適正な規則性を有する結晶を基板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。
【００１３】
【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、レーザ光４により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす平行光３１を入射させ、この平行光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で検出する結晶化Ｓｉ膜の評価方法であつて、
入射角α及び回折角βの範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得ると共に、
結晶化Ｓｉ膜３３に入射させる平行光３１の入射位置及び入射角αを固定した状態で、該平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への入射位置回りの回転角度θを相対変化させ、複数の回転角度θの位置における回折光３２のスペクトル強度及び波長から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列方向及び結晶粒の分布の規則性の内の少なくとも１つを評価することを特徴とする結晶化Ｓｉ膜の評価方法である。
請求項２の発明は、レーザ光４により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす平行光３１を入射させる光源４１，４２と、この平行光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４６とを備える結晶化Ｓｉ膜の評価装置であつて、
入射角α及び回折角βの範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得ると共に、
結晶化Ｓｉ膜３３に入射させる平行光３１の入射位置及び入射角αを固定した状態で、該平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への入射位置回りの回転角度θを相対変化させ、複数の回転角度θの位置における回折光３２のスペクトル強度及び波長から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列方向及び結晶粒の分布の規則性の内の少なくとも１つを評価することを特徴とする結晶化Ｓｉ膜の評価装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は、本発明に係る結晶化Ｓｉ膜の評価装置の１実施の形態を示す。先ず、ガラス基板６上のｐ−Ｓｉ膜３３つまり結晶化Ｓｉ膜は、レーザ光１を利用して図８，図９に示す従来例と同様に製造される。すなわち、ガラス基板６上の薄いａ−Ｓｉ膜５ａに、ラインビーム４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄い結晶化Ｓｉ膜３３とする。
【００１５】
このｐ−Ｓｉ膜３３は、規則性のある結晶粒を有していることの評価を行いながら作製する。このために、図１に示すように、ｐ−Ｓｉ膜３３に対して平行光３１を入射角αで入射させる。この平行光３１は、ｐ−Ｓｉ膜３３の表面に存在するいくつかの突起３８において回折現象を生じ、回折光３２を発生する。この回折光３２は、球面波で形成されるので、所定の回折角βの位置で検出して、結晶粒の大きさＤ及び配列・分布の規則性の優劣を判定する。結晶粒の大きさＤは、突起３８で囲まれた１つの平坦部３９の大きさである。
【００１６】
ここで、入射角α及び回折角βは、いずれも結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎとなす角であり、その範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得る。図１に示すように結晶化Ｓｉ膜３３の平坦部３９に光３１をあてると、反射の法則に従う角度方向（−α）に正反射光３５が進む。一方、数十ｎｍの突起３８が無数にある結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒界では、入射光（３１）は回折して球面波を形成し、この球面波の波面が互いに強めう角度方向つまり回折角βに平面波からなる回折光３２を形成する。回折角βは、回折光３２の次数をｎとし、突起間隔（すなわち結晶粒の大きさに相当する）をＤとした場合、回折条件式Ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎλを満たす角度である。
【００１７】
このような回折光３２の検出を正反射光３５の方向−αもしくはその近傍で行うと、回折光３２のスペクトル強度に比べて正反射光３５のスペクトル強度の方が非常に高いため、重畳した二つのスペクトル成分から回折光３２のスペクトル成分のみを分離することは困難である。そこで、回折光３２のスペクトルのみを精度良く検出するために、α及びβを共に0 °以上９０°以下に限定し、正反射光３５を含まない回折光３２を得るようにする。
【００１８】
従つて、図１に示す正面視で、入射角αで平行光３１を入射させるとき、結晶化Ｓｉ膜３３の平面からの法線ｚｎに対し、入射光３１と同一側で回折光３２を計測する。
【００１９】
このようにして、スペクトルが連続である平行光３１を入射し、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒界にあるいくつかの突起３８（数十ｎｍ）で発生した回折光３２を計測することで、入射角α、回折角β及び回折光３２のスペクトル波長λは既知の値となり、回折条件式Ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎ・λ（ｎは回折光の次数）より導かれるＤ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式によつて、結晶粒の大きさＤを瞬時に算出することができる。これにより、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列・分布の規則性の優劣及び結晶粒の大きさＤの適否を短時間で評価し、規則性のある結晶粒を形成し、ＴＦＴに最適な大きさＤのｐ−Ｓｉ膜３３を得ることができる。
【００２０】
実際には、図２に示すように、大きさＤの結晶粒を有するｐ−Ｓｉ膜３３に対して評価装置を配置する。この評価装置により、図１０のＳＥＭ写真に示される照射エネルギー密度４１０ｍＪ／ｃｍ²で結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３に対し、エッチング前に結晶化Ｓｉ膜３３の評価を行つた。
【００２１】
評価装置は、光源（４１，４２）、レンズ４４及び分光器４６を有する。光源は、ハロゲンランプによつて得られる連続光４１と照射用光ファイバー４２とを有し、所定波長（λ＝３８０〜８００ｎｍ）の連続光４１が照射用光ファイバー４２に導かれ、光ファイバー４２の先端から出る光がレンズ４４によつて平行光３１とされ、Ｓｉ膜３３に入射角αにて入射し、Ｓｉ膜３３上で回折角βにて回折した平行光からなる回折光３２を生ずる。この回折光３２がレンズ４４によつて集束され、受光用光ファイバー４５に導かれて分光器４６に入り、表示装置４７にスペクトルが表示されるので、最大のピーク強度が得られる波長（λｍａｘ）を知ることができる。
【００２２】
平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への照射方向は、ＳＥＭ写真において、縦方向をｙ方向、横方向をｘ方向とした場合、ｘ方向に相当する方向からとした。なお、照射した矩形をなすラインビーム４の長軸がｘ方向であり、短軸がｙ方向である。
【００２３】
しかして、結晶化Ｓｉ膜３３に、波長λが約３８０〜８００ｎｍの連続スペクトル光４１を照射用光ファイバー４２で伝送し、光ファイバー４２の出射口から２１ｍｍの位置に配置した焦点距離ｆ＝２１ｍｍの凸レンズ４４によつて平行光３１となし、レンズ４４からｖ＝９５ｍｍの距離に保つた結晶化Ｓｉ膜３３に、入射角α＝45°で平行光３１を照射した。
【００２４】
一方、結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を先の凸レンズ４４を透過させ、照射用光ファイバー４２からｕ＝０．２ｍｍだけ平行に離れた位置にある受光用光ファイバー４５に角度２δで入射させた。ここで、ｕはｖに比べて充分に小さい（０．２／９５＝０．００２＝２ｍｒａｄ）ため、回折光３２の回折角βを照射した平行光３１の入射角αと同じβ＝α＝45°とみなした。
【００２５】
このような条件で分光器４６を用いて測定したスペクトルを、３００〜８００ｎｍの波長範囲で図３に示す。図３において破線で示す回折光３２のスペクトルは、波長４２２ｎｍにおける鋭いピークがある。他の波長域の連続スペクトルは、照射した平行光３１が結晶化Ｓｉ膜３３の表面で乱反射して受光用光ファイバー４５に検出された成分である。参照のため、同様の測定をレーザ照射前のａ−Ｓｉ膜５ａに対して行つた場合の結果も同じグラフ上に実線で示した。
【００２６】
この鋭いピークを伴う結果から、結晶粒の配列・分布に適当な規則性があることが分かるので、次に結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の大きさＤを算出する。先ず、回折光３２の次数は、分光器４６での波長測定で４２２ｎｍ（λｍａｘ）以外の波長に強いスペクトルが見られなかつたことから、これが１次であり、ｎ＝１とする。従つて、結晶粒の大きさＤは、
Ｄ＝λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝λ／（２ｓｉｎα）＝４２２ｎｍ／(2×√2/2)＝４２２ｎｍ／√2 ＝２９８．４ｎｍ
となる。これは、ＳＥＭ写真より得られた結果と実質的に同じであつた。
【００２７】
理論的には、入射角αと回折角βの値は異なつても問題ないが、レンズ４４が１つで照射する平行光３１及び回折光３２の検出のための機構構成が簡素になるため、図２に示すような入射角αと回折角βとが事実上同じ角度になる測定装置が望ましい。
【００２８】
同様な計測を、図１０のＳＥＭ写真に示される他の照射エネルギー密度で結晶化された結晶化Ｓｉ膜３３および同時に行つた他のエネルギー密度で結晶化された結晶化Ｓｉ膜３３にも行つた。平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への照射方向は、ＳＥＭ写真において、縦方向をｙ方向（短軸方向）、横方向をｘ方向（長軸方向）とした場合、ｘ方向とｙ方向に相当する両方向からとした。
【００２９】
図４に各エネルギー密度における結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトル強度を示す。縦軸の単位は任意強度である。図４に丸印で示す特性は、γ＝５°であり、四角印で示す特性は、γ＝９５°である。γは、図７に示すように、平行光３１及び回折光３２をｘｙ平面上に投影したときに、ｘ軸（ｘ方向）となす角度である。図１０のＳＥＭ写真の結果と比較してわかるように、スペクトル強度が高くなるにつれ、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列・分布の規則性が増加しており、また、結晶粒の配列・分布の規則性は、ｙ方向（γ＝９５°）よりもｘ方向（γ＝５°）の方が良好であり、ｘ方向とｙ方向で差異がでている点もはつきりとわかる。
【００３０】
このように回折光３２のスペクトル強度の強弱から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列・分布の規則性に関する優劣の知見を、簡便にかつ短時間で得ることができる。勿論、Ｄ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式から、結晶粒の大きさＤを求めることもできる。なお、図４におけるピークを示すスペクトル波長は、各エネルギー密度の結晶化Ｓｉ膜３３で、ｘ方向４２２ｎｍ，ｙ方向４７３ｎｍであり、両者はほぼ同じであつた。従つて、結晶粒の大きさＤは、ｘ方向及びｙ方向のいずれか一方で評価すれば、実用上の問題は生じない。
【００３１】
上述したように、結晶化Ｓｉ膜３３に連続スペクトル光を平行光３１にして照射し、そこから得られる回折光３２のスペクトル強度及び波長より、結晶粒の配列の規則性と結晶粒の大きさＤを短時間で評価できる。このため、実際のガラス基板６上への結晶化Ｓｉ膜３３の量産中に、結晶化Ｓｉ膜３３の作製時間を延長することなく、常時、基板状態の適否を監視することかできる。
【００３２】
すなわち、予め、レーザ光（４）の使用できる照射エネルギー密度範囲内で、結晶化に最適な回折光３２のスペクトル強度及び波長を決定しておけば、結晶化Ｓｉ膜３３の形成直後、常に回折光３２のスペクトル強度及び波長を監視し、スペクトル強度及び波長を一定に保つようにレーザ光（４）のエネルギー密度を制御することにより、結晶粒配列の規則性を一定範囲に保つて結晶化Ｓｉ膜３３を作製することができる。回折光３２のスペクトル強度及び波長が変化する原因としては、レーザ発振器１０やホモジナイザー２ａ，２ｂ、反射ミラー７，８及び集光レンズ３からなる光学系の特性が変化した場合がある。勿論、上記式から結晶粒の大きさＤを求め、結晶粒の大きさＤを一定範囲に保ちながら結晶化Ｓｉ膜３３を作製することもできる。
【００３３】
なお、回折光３２のスペクトル強度及び波長を一定に保つために必要なレーザ光（４）のエネルギー密度が、アッテネータ１１によつて設定・使用できるエネルギー密度範囲を逸脱した場合には、自動的又は手動により結晶化Ｓｉ膜３３の作製装置を停止させることもできる。これにより、不良率の低減を図ることができる。
【００３４】
ところで、図４から分かるように、結晶化Ｓｉ膜３３においては、結晶粒の配列・分布の規則性が方向により異なる。このため、図５に示すように、平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への入射位置（図５のＯ位置付近）と入射角αを固定した状態で、結晶化Ｓｉ膜３３のｘ軸（ｘ方向）に対する回転角度θの方向を相対変化させ、複数の変化位置における回折光３２のスペクトル強度及び波長の変化を調べることにより、結晶粒の配列方向を知ることができる。回折光３２のスペクトル強度及び波長の変化を調べることにより、各方向での結晶粒の規則性や大きさＤを知ることもできる。
【００３５】
この結晶粒の配列方向の評価方法を、結晶化Ｓｉ膜３３に適用した結果の一例を図６に示す。このときも入射角α及び回折角βは４５°とし、当初、図５に示すようにｘ軸とｚ軸とを含む面上で法線ｚｎとなす入射角α＝４５°を固定し、その状態が回転角度θの零とし、その後、結晶化Ｓｉ膜３３をｚ軸を中心（Ｏ位置）として相対回転させ、平行光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への入射位置回りの回転角度θを次第に相対変化させながら、各角度θ位置における回折光３２のスペクトル強度及び波長の変化を調べた。
【００３６】
図６に示されるとおり、0 °≦θ≦10°の範囲において、回折光３２のスペクトルの適当な強度のピークが波長λ＝４２６ｎｍで検出され、また、９０°≦θ≦１１０°の範囲において、回折光３２のスペクトルの別の適当な強度のピークが波長λ＝４６８ｎｍで検出された。それ以外の回転角度θの位置では、回折光３２のスペクトルのピークは検出されなかつた。波長λ＝４２６ｎｍにおける回折光３２のスペクトル強度の最大はθ＝ 5°のときであり、また、波長λ＝４６８ｎｍにおける回折光３２のスペクトル強度の最大はθ＝９５°のときであり、これらが結晶粒の配列・分布の方向であることが分かる。
【００３７】
また、この結果を回折条件式から導かれるＤ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式に適用して、ｘ軸に対して５°傾いた軸に沿う方向では、結晶粒が３０１ｎｍごとに規則性を持つて配列され、また、同様に、９５°傾いた軸に沿う方向では、結晶粒が３３１ｎｍごとに規則性を持つて配列されていると評価される。更に、回折光３２のスペクトルの強度は、波長λ＝４２６ｎｍの方が波長λ＝４６８ｎｍに比べて約４倍高いことから、結晶粒の配列の規則性は、ｘ軸に対し5 °傾いた軸に沿う方向の方が高いと評価できる。図７に評価した結晶化Ｓｉ膜３３のイメージを示す。但し、結晶粒の配列・分布の規則性の良否は、ｘ方向（ｘ軸方向）つまり0 °≦θ≦10°の範囲及びｙ方向（ｙ軸方向）つまり９０°≦θ≦１１０°の範囲のいずれか一方で評価すれば、実用上の問題は生じない。すなわち、結晶粒の配列ないし分布に適当な規則性があることは、所定範囲の回転角度θ（0 °≦θ≦10°及び９０°≦θ≦１１０°）での、鋭いピークを伴うスペクトル強度の大きさから、評価することが可能である。
【００３８】
この配列方向の評価方法を用いれば、スペクトルのピークが見られる平行光の基板５に対する狭い回転角度θ内での最大強度から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の配列・分布の方向が評価できるのみならず、スペクトルの同一波長に現れる強度の大きさから結晶粒の配列・分布の規則性の有無が分かり、更には結晶粒の大きさＤが、短時間で分かり、これらの適否を結晶化Ｓｉ膜３３を損なうことなく、直ちに評価することができる。
【００３９】
【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Ｓｉ膜の評価方法及びその装置によれば、次の効果を奏することができる。
結晶化Ｓｉ膜における結晶粒の配列ないし分布の規則性の評価を簡易に行ない、ひいては、良好なエネルギー密度のレーザ光をＳｉ膜に照射して、均一かつ適正な規則性を有する結晶を基板の全面に形成することができる。
【００４２】
また、結晶化Ｓｉ膜の結晶粒の配列方向を知ることにより、結晶粒界数又は粒界長の最小になる配列方向にＴＦＴを作製し、結晶粒界において電子の移動度が低下してＴＦＴの特性が悪化することを防止して、ＴＦＴの品質を向上させることが可能になる。また、結晶化Ｓｉ膜の結晶粒の配列方向を容易に知ることができるので、結晶粒の配列方向が希望する方向になるように、レーザ光の照射方向を調整しながら結晶化させることも可能になる。
【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Ｓｉ膜の評価装置の原理を示す正面図。
【図２】同じく結晶化Ｓｉ膜の評価装置を示す正面図。
【図３】同じく強度−波長特性を示すスペクトル線図。
【図４】同じく回折光のスペクトル強度−照射エネルギー密度特性を示す線図。
【図５】同じく結晶化Ｓｉ膜のｘ軸に対する回転角度方向を変化させて回折光のスペクトルを得るための説明図。
【図６】同じく回転角度方向を変化させて得た回折光の強度−波長特性を示すスペクトル線図。
【図７】同じく評価した結晶化Ｓｉ膜のイメージを示す平面図。
【図８】結晶化Ｓｉ膜の作製装置を示し、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図。
【図９】結晶化Ｓｉ膜の作製装置のホモジナイザーを示す斜視図。
【図１０】結晶化Ｓｉ膜の作製装置の照射エネルギー密度を変えたときの結晶化Ｓｉ膜のＳＥＭ写真を示す図。
【符号の説明】
１：レーザ光、４：ラインビーム（レーザ光）、１０：レーザ発振器、３１：平行光、３２：回折光、３３：結晶化Ｓｉ膜、４１：連続光（光源）、４２：照射用光ファイバー（光源）、４４：レンズ、４５：受光用光ファイバー、４６：分光器、４７：表示装置、Ｄ：結晶粒の大きさ、ｚｎ：法線、α：入射角、β：回折角、θ：回転角度、λ：波長。

Claims

レーザ光（４）により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす平行光（３１）を入射させ、この平行光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で検出する結晶化Ｓｉ膜の評価方法であつて、
入射角α及び回折角βの範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光（３５）を含まない回折光（３２）を得ると共に、
結晶化Ｓｉ膜（３３）に入射させる平行光（３１）の入射位置及び入射角αを固定した状態で、該平行光（３１）の結晶化Ｓｉ膜（３３）への入射位置回りの回転角度（θ）を相対変化させ、複数の回転角度（θ）の位置における回折光（３２）のスペクトル強度及び波長から、結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒の配列方向及び結晶粒の分布の規則性の内の少なくとも１つを評価することを特徴とする結晶化Ｓｉ膜の評価方法。
レーザ光（４）により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす平行光（３１）を入射させる光源（４１，４２）と、この平行光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４６）とを備える結晶化Ｓｉ膜の評価装置であつて、
入射角α及び回折角βの範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光（３５）を含まない回折光（３２）を得ると共に、
結晶化Ｓｉ膜（３３）に入射させる平行光（３１）の入射位置及び入射角αを固定した状態で、該平行光（３１）の結晶化Ｓｉ膜（３３）への入射位置回りの回転角度（θ）を相対変化させ、複数の回転角度（θ）の位置における回折光（３２）のスペクトル強度及び波長から、結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒の配列方向及び結晶粒の分布の規則性の内の少なくとも１つを評価することを特徴とする結晶化Ｓｉ膜の評価装置。