JP5389586B2 - Semiconductor thin film crystallinity evaluation method and crystallinity evaluation apparatus - Google Patents

Semiconductor thin film crystallinity evaluation method and crystallinity evaluation apparatus Download PDF

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Description

本発明は、半導体薄膜の結晶性を評価するための方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film.

近年、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下TFTと称す)としては、アモルファスシリコン(a−Si)薄膜を用いた従来のアモルファスシリコン半導体トランジスタ(a−Si TFT)に代わり、多結晶シリコン(p−Si)薄膜を用いた多結晶シリコン半導体薄膜トランジスタ(p−Si TFT)が用いられている。p−Si TFTは、電子移動度の高いシリコン半導体薄膜であり、液晶表示装置の表示の高精細化、高画質化及び応答速度の高速化が実現できる。   In recent years, as a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) used in a liquid crystal display device, a polycrystal is used instead of a conventional amorphous silicon semiconductor transistor (a-Si TFT) using an amorphous silicon (a-Si) thin film. A polycrystalline silicon semiconductor thin film transistor (p-Si TFT) using a silicon (p-Si) thin film is used. The p-Si TFT is a silicon semiconductor thin film having a high electron mobility, and can realize high definition, high image quality, and high response speed of a liquid crystal display device.

p−Si TFTに用いられるp−Si薄膜は、液晶表示装置に用いられるガラス基材等の表面に形成される。基材表面にp−Si薄膜を形成する方法としては、予め基材表面に形成したa−Si薄膜を溶融結晶化してp−Si薄膜に変化させる方法が用いられる。a−Si薄膜を溶融結晶化してp−Si薄膜に変化させる方法としては、a−Si薄膜にエキシマレーザを照射してアニールし、結晶化させるエキシマレーザアニール法(excimer laser anneal法:以下ELA法と称す)が多用されている。しかしながら、ELA法により得られるp−Si薄膜の結晶粒子径や結晶方位等の結晶構造は、予め形成されたa−Si薄膜の膜厚のバラつきや照射するエキシマレーザのパルス変動等の製造条件により変動する。したがって、p−Si薄膜の製造において、安定した品質の製品を高い歩留まりで得るためには、得られたp−Si薄膜の結晶性を製造ラインにおいてオンライン上で短時間で評価し、その結果をp−Si薄膜の製造条件に迅速にフィードバックすることが求められていた。   The p-Si thin film used for the p-Si TFT is formed on the surface of a glass substrate or the like used for a liquid crystal display device. As a method for forming a p-Si thin film on the surface of the base material, a method is used in which an a-Si thin film previously formed on the surface of the base material is melt-crystallized to change to a p-Si thin film. An excimer laser annealing method (excimer laser anneal method: hereinafter referred to as ELA method) in which an a-Si thin film is melted and crystallized to change into a p-Si thin film is irradiated with an excimer laser for annealing. Is often used. However, the crystal structure such as the crystal grain size and crystal orientation of the p-Si thin film obtained by the ELA method depends on the manufacturing conditions such as the variation in the thickness of the a-Si thin film formed in advance and the pulse fluctuation of the excimer laser to be irradiated. fluctuate. Therefore, in order to obtain a stable product with high yield in the manufacture of p-Si thin films, the crystallinity of the obtained p-Si thin films is evaluated on-line in the production line in a short time, and the results are obtained. There has been a demand for prompt feedback to the manufacturing conditions of the p-Si thin film.

p−Si薄膜の結晶性を評価する方法として、従来から、X線回折法、ラザフォード後方散乱法、又は透過電子回折法等を用いた方法が知られているが、これらの方法は、何れも測定に比較的長い時間を要したり、測定対象を破壊して測定資料を調製することを要する破壊試験であるために、製造ラインにおいてオンライン上で短時間で評価することが困難であり、その結果、評価結果を迅速に製造条件にフィードバックすることが困難であった。   As a method for evaluating the crystallinity of a p-Si thin film, a method using an X-ray diffraction method, Rutherford backscattering method, transmission electron diffraction method, or the like has been conventionally known. Because it is a destructive test that requires a relatively long time for measurement or that requires the preparation of measurement data by destroying the measurement object, it is difficult to evaluate online in a production line in a short time. As a result, it was difficult to quickly feed back the evaluation results to the manufacturing conditions.

また、特許文献1のように、ラマン分光法を用いたシリコン半導体薄膜の結晶性の評価方法が知られている。   Further, as in Patent Document 1, a method for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film using Raman spectroscopy is known.

ラマン分光法を用いたシリコン半導体薄膜の結晶性の評価方法は、測定対象を破壊することを要しない点では優れている。しかしながら、ラマン分光法を用いた結晶性の評価方法で検出するラマン散乱光の強度は、非常に微弱である。したがって、正確な評価結果を得るためには、複数回の測定により測定結果を積算する必要があり、迅速に正確な評価結果を得るという観点からは不充分な測定方法であった。特に、製造ラインにおいて、形成された薄膜をオンライン上で評価し、迅速にその評価結果を製造条件にフィードバックするために採用する方法としては不向きなものであった。   The method for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film using Raman spectroscopy is excellent in that it does not require destruction of the measurement target. However, the intensity of Raman scattered light detected by the crystallinity evaluation method using Raman spectroscopy is very weak. Therefore, in order to obtain an accurate evaluation result, it is necessary to integrate the measurement results by a plurality of measurements, which is an insufficient measurement method from the viewpoint of obtaining an accurate evaluation result quickly. In particular, it is unsuitable as a method employed for evaluating a formed thin film on-line on a production line and quickly feeding back the evaluation result to production conditions.

上記各問題点を解決するための方法としては、マイクロ波光伝導減衰法(以下、μ―PCD法と称す)が知られている。μ―PCD法は、半導体薄膜にパルス状の励起光を照射することによって半導体内に光励起キャリアを生成させ、その後に光励起キャリアが再結合することにより減少する際の減少速度をもって半導体薄膜の評価を行うものである。この光励起キャリアの減少速度は、励起光を照射した範囲を含む半導体薄膜の範囲にマイクロ波を照射し、その反射光強度を測定することにより得られる。このようなμ―PCD法を採用することにより、p−Si薄膜を破壊することなく迅速に結晶性の評価が可能となる。   As a method for solving the above problems, a microwave photoconductive decay method (hereinafter referred to as a μ-PCD method) is known. In the μ-PCD method, photoexcited carriers are generated in the semiconductor by irradiating the semiconductor thin film with pulsed excitation light, and then the semiconductor thin film is evaluated at a decreasing rate when the photoexcited carriers are recombined. Is what you do. The decrease rate of the photoexcited carriers can be obtained by irradiating microwaves to the range of the semiconductor thin film including the range irradiated with the excitation light and measuring the reflected light intensity. By adopting such a μ-PCD method, crystallinity can be evaluated quickly without destroying the p-Si thin film.

しかし、近年、液晶表示装置の大型化等に伴う基材のサイズの大型化により、前記のμ―PCD法では、製造ラインにおけるオンライン上で半導体薄膜の評価を行うことが困難となった。これは、大型の基材では、基材上に成膜された半導体薄膜の品質を確保するために、複数箇所において結晶性の評価(測定)を行う必要があるからである。即ち、オンライン上での大型基材の検査では多数の測定部位を短時間で測定する必要があるが、前記のμ―PCD法では半導体薄膜からのマイクロ波の反射波の強度が微弱であるため、測定感度が低く、各測定部位における測定時間の短縮が難しいため、オンライン上での検査が困難であった。   However, in recent years, due to the increase in the size of the substrate accompanying the increase in the size of the liquid crystal display device, it has become difficult to evaluate the semiconductor thin film on-line in the production line by the μ-PCD method. This is because a large base material needs to be evaluated (measured) for crystallinity at a plurality of locations in order to ensure the quality of the semiconductor thin film formed on the base material. That is, on-line inspection of a large substrate requires a large number of measurement sites to be measured in a short time, but in the μ-PCD method, the intensity of the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film is weak. Since the measurement sensitivity is low and it is difficult to shorten the measurement time at each measurement site, it is difficult to perform online inspection.

そこで、結晶性の評価の際に基材とこの基材が配置される試料台との間にガラス板等の誘電体を配置することによって測定感度の高感度化を図ったμ―PCD法が開発された。この方法によれば、測定部位において高いS/Nで結晶性を評価できるため、各測定部位での測定時間の短縮が可能となり、その結果、大型サイズの基材の製造ラインにおけるオンライン上での検査が可能となった。   Therefore, in the evaluation of crystallinity, there is a μ-PCD method in which a dielectric such as a glass plate is arranged between a base material and a sample table on which the base material is arranged to increase the measurement sensitivity. It has been developed. According to this method, since the crystallinity can be evaluated at high S / N at the measurement site, the measurement time at each measurement site can be shortened, and as a result, on-line in the production line for large-sized substrates. Inspection became possible.

特開2004−226260号公報JP 2004-226260 A

前記の測定方法のように、基材と試料台との間に誘電体を配置して測定する場合、基材と誘電体との間や誘電体と試料台との間にほこり等が入り込むとエアギャップが発生し、これにより測定誤差が生じる。また、前記の測定方法では、基材と誘電体との間や誘電体と試料台との間にほこり等が入り込むことで誘電体が割れる場合があった。   When measuring by placing a dielectric between the substrate and the sample stage as in the above measurement method, if dust or the like enters between the substrate and the dielectric or between the dielectric and the sample stage. An air gap is generated, which causes measurement errors. In the measurement method, the dielectric may break due to dust or the like entering between the base material and the dielectric or between the dielectric and the sample table.

そのため、前記の測定方法においては、基材を試料台にセットする際には、基材と誘電体との間、及び誘電体と試料台との間のいずれにもほこり等が入り込まないよう、きわめて厳しく管理された環境下で細心の注意を払いつつ作業を行う必要があり、この基材の試料台へのセット作業は非常に煩わしく、且つ時間のかかる作業であった。   Therefore, in the above measurement method, when setting the base material on the sample stage, dust or the like does not enter between the base material and the dielectric and between the dielectric and the sample stage. It was necessary to work with great care in an extremely strictly controlled environment, and the work of setting the base material on the sample stage was very troublesome and time consuming.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、試料台への基材の配置が容易でありながら基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を高感度で評価可能な半導体薄膜の結晶性評価方法及び結晶性評価装置を提供することを課題とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention is capable of evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on the substrate with high sensitivity while the substrate is easily arranged on the sample stage. It is an object to provide an evaluation method and a crystallinity evaluation apparatus.

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を評価する方法であって、試料台の配置面に前記基材を前記半導体薄膜の成膜された面と反対側の面が接するように配置する配置工程と、前記試料台に配置された前記基材上の半導体薄膜にキャリアを励起させるための励起光を照射する励起光照射工程と、特定の波長をもつマイクロ波を、前記励起光照射工程において前記励起光が照射された範囲を含む前記半導体薄膜の範囲に照射するマイクロ波照射工程と、前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波の強度を測定する測定工程と、前記マイクロ波照射工程を行う前に予め波長を所定の範囲で変更させながらマイクロ波を前記半導体薄膜に照射することにより前記マイクロ波の波長とこのマイクロ波における反射波の信号強度との関係についての情報を取得する取得工程と、を備え、前記マイクロ波照射工程では、前記取得工程での情報に基づいて実際に照射するマイクロ波の波長が決定され、前記マイクロ波照射工程において照射されるマイクロ波は、前記半導体薄膜の表面から当該半導体薄膜の成膜された基材を配置した前記試料台の配置面までの距離の4n/(1+2N)倍(n:基材の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λ又は、当該波長λに近似する波長であってその近似する波長をもつマイクロ波を前記半導体薄膜に照射したときに実際に得られる反射波の前記励起光に起因する強度変化の大きさである信号強度が前記波長λをもつマイクロ波を前記半導体薄膜に照射したときに得られる信号強度に対して90%以上となる程度まで当該波長λに近似した波長をもつことを特徴とする。 Accordingly, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on a base material, and the base material is formed on the arrangement surface of a sample stage. An arrangement step of arranging the surface opposite to the surface opposite to the surface formed; an excitation light irradiation step of irradiating excitation light for exciting carriers to the semiconductor thin film on the substrate arranged on the sample stage; A microwave irradiation step of irradiating a microwave having a specific wavelength to a range of the semiconductor thin film including a range irradiated with the excitation light in the excitation light irradiation step, and a reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film a measuring step of the intensity of the measuring, the microwave wavelength of the microwave by microwave irradiation with the advance wave is changed in a predetermined range before performing the microwave irradiation step in the semiconductor thin film And a acquisition step of acquiring information on the relationship between the signal intensity of the definitive reflected wave, in the microwave irradiation process, the wavelength of the microwave is determined to actually irradiate on the basis of the information in the acquisition step, The microwave irradiated in the microwave irradiation step is 4n / (1 + 2N) times (n) the distance from the surface of the semiconductor thin film to the arrangement surface of the sample table on which the substrate on which the semiconductor thin film is formed is arranged. : refractive index of the substrate, N: wavelength of 0 or any positive integer) lambda, or, the microwave having a wavelength of the approximate a wavelength approximating to the wavelength lambda when irradiating the semiconductor thin film Indeed the magnitude of the signal intensity of the intensity change due to the excitation light of the resulting reflected wave is to signal strength that obtained when the microwaves with the wavelength λ is irradiated on the semiconductor thin film 9 0 %that's all It characterized by having a wavelength which approximates to the wavelength λ to the extent that a.

このように、試料台の配置面に直接基材を配置することによって、配置の際にほこり等の入り込みに注意を払わなければならないのが基材と配置面との間だけでよくなり、従来のような基材と試料台との間に誘電体を介在させる場合に比べて試料台への基材の配置が容易になる。   In this way, by placing the substrate directly on the placement surface of the sample stage, it is only necessary between the substrate and the placement surface to pay attention to the entry of dust etc. during placement. Compared with the case where a dielectric is interposed between the base material and the sample table, the arrangement of the base material on the sample table becomes easier.

しかも、基材と試料台との間に誘電体を介在させなくても、半導体薄膜の表面から当該半導体薄膜の成膜された基材を配置した前記試料台の配置面までの距離の4n/(1+2N)倍の波長λ又はこれに近似する波長のマイクロ波を半導体薄膜へ照射することにより、当該半導体薄膜からの反射波の強度が微弱であっても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことが可能となる。尚、nは基材の屈折率であり、Nは0及び正の整数である。   In addition, the distance from the surface of the semiconductor thin film to the arrangement surface of the sample table on which the substrate on which the semiconductor thin film is formed is arranged is 4 n / By irradiating a semiconductor thin film with a microwave having a wavelength λ of (1 + 2N) times or a wavelength close thereto, the crystallinity evaluation is highly sensitive (ie, high even if the intensity of the reflected wave from the semiconductor thin film is weak) S / N). Here, n is the refractive index of the substrate, and N is 0 and a positive integer.

つまり、半導体薄膜に照射されるマイクロ波と、配置面で反射されたマイクロ波との干渉により形成される定在波が、その最も振幅の大きい位置(腹)で半導体薄膜の測定部位(表面)における励起光の照射に伴う特性変化の影響を受けることで、マイクロ波の反射波における励起光照射に起因する強度変化(信号強度)が最も大きくなる。このような大きな信号強度が得られれば反射波の強度が微弱であっても、結晶性の評価を高感度で行うことができる。そこで、結晶性の評価に十分な信号強度が得られるように、前記の最も大きな信号強度が得られる波長λ、又は前記最も大きな信号強度の90%以上の信号強度が得られる程度まで前記波長λに近似する波長のマイクロ波を半導体薄膜に照射することで、基材と試料台との間に誘電体を介在させなくても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことができ、短時間で十分な結晶性の評価を行うことが可能となる。   In other words, the standing wave formed by the interference between the microwave irradiated to the semiconductor thin film and the microwave reflected on the arrangement surface is the measurement site (surface) of the semiconductor thin film at the position (antinode) having the largest amplitude. As a result, the intensity change (signal intensity) caused by the excitation light irradiation in the reflected wave of the microwave becomes the largest. If such a large signal intensity is obtained, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity even if the intensity of the reflected wave is weak. Therefore, in order to obtain a signal intensity sufficient for evaluation of crystallinity, the wavelength λ at which the maximum signal intensity is obtained, or the wavelength λ to the extent that a signal intensity of 90% or more of the maximum signal intensity is obtained. By irradiating a semiconductor thin film with a microwave having a wavelength close to that of the crystal, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity (ie, high S / N) without interposing a dielectric between the substrate and the sample stage. Thus, sufficient crystallinity can be evaluated in a short time.

また、本発明に係る半導体薄膜の結晶性評価方法においては、前記マイクロ波照射工程を行う前に予め波長を所定の範囲で変更させながらマイクロ波を前記半導体薄膜に照射することにより前記マイクロ波の波長とこのマイクロ波における反射波の信号強度との関係についての情報を取得する取得工程をさらに備え、前記マイクロ波照射工程では、前記取得工程での情報に基づいて実際に照射するマイクロ波の波長が決定されるので、マイクロ波照射工程で照射するマイクロ波の波長を容易に決定することができる In the method for evaluating crystallinity of a semiconductor thin film according to the present invention, the microwave is irradiated by irradiating the semiconductor thin film while changing the wavelength in a predetermined range in advance before performing the microwave irradiation step. An acquisition step of acquiring information about the relationship between the wavelength and the signal intensity of the reflected wave in the microwave; and in the microwave irradiation step, the wavelength of the microwave that is actually irradiated based on the information in the acquisition step Therefore, the wavelength of the microwave to be irradiated in the microwave irradiation process can be easily determined .

前記マイクロ波照射工程では、前記励起光の照射範囲と前記励起光の照射範囲外とにそれぞれ前記測定用マイクロ波を照射し、前記測定工程は、前記照射範囲からの反射波から前記照射範囲外からの反射波を差し引いた差動信号を導出する差動信号導出工程と、この差動信号導出工程で導出された差動信号の強度を測定する差動信号測定工程とを有するのが好ましい。   In the microwave irradiation step, the measurement microwave is irradiated to the irradiation range of the excitation light and outside the irradiation range of the excitation light, respectively, and the measurement step includes out of the irradiation range from a reflected wave from the irradiation range. It is preferable to have a differential signal deriving step for deriving a differential signal obtained by subtracting the reflected wave from the signal and a differential signal measuring step for measuring the intensity of the differential signal derived in the differential signal deriving step.

この場合、励起光の照射範囲を含む半導体の範囲だけにマイクロ波を照射してその反射波を測定する場合に比べ、より精度よく結晶性を評価することができる。即ち、半導体薄膜上において、励起光の照射によりキャリアが生成されマイクロ波の反射率が増加した部位での反射波と、励起光が照射されず前記反射率が変化していない部位での反射波との両反射波から導出した差動信号の強度を測定することにより、半導体薄膜からの微弱な反射波の強度の変動をより高感度に測定することが可能となる。   In this case, the crystallinity can be evaluated with higher accuracy than in the case where only the semiconductor region including the irradiation range of the excitation light is irradiated with the microwave and the reflected wave is measured. That is, on the semiconductor thin film, a reflected wave at a site where carriers are generated by irradiation of excitation light and the reflectance of the microwave is increased, and a reflected wave at a site where excitation light is not irradiated and the reflectance is not changed. By measuring the intensity of the differential signal derived from the two reflected waves, it is possible to measure the fluctuation of the intensity of the weak reflected wave from the semiconductor thin film with higher sensitivity.

また、上記課題を解決すべく、本発明は、基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を評価するための装置であって、配置面を有し、この配置面に前記基材が配置される試料台と、前記試料台に配置された基材上の半導体薄膜にキャリアを励起させるための励起光を照射する励起光照射手段と、前記励起光が照射された範囲を含む前記半導体薄膜の範囲にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波の強度を測定するマイクロ波測定手段と、前記マイクロ波測定手段での測定値に基づいて前記半導体薄膜の結晶性を評価する評価手段と、前記評価手段で評価された前記半導体薄膜の結晶性の評価を出力する出力手段とを備え、前記マイクロ波照射手段は、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の波長を変更する波長調整部と、この波長調整部を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記波長調整部により前記マイクロ波放射部に波長を変更させながらマイクロ波を放射させる第1の指示部と、この放射により得られた前記マイクロ波の波長とこのマイクロ波における半導体薄膜からの反射波の励起光に起因する強度変化の大きさである信号強度との関係を格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記マイクロ波の波長と前記反射波の信号強度との関係に基づき、前記波長調整部により前記マイクロ波放射部に所定の波長のマイクロ波を放射させる第2の指示部とを有することを特徴とする。   Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on a substrate, and has an arrangement surface, and the substrate is disposed on the arrangement surface. A sample stage to be disposed; excitation light irradiating means for irradiating a semiconductor thin film on a substrate disposed on the sample stage with excitation light for exciting carriers; and the semiconductor including a range irradiated with the excitation light. Microwave irradiation means for irradiating a range of the thin film with microwaves, microwave measurement means for measuring the intensity of the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film, and the measurement value based on the measurement value of the microwave measurement means An evaluation means for evaluating the crystallinity of the semiconductor thin film; and an output means for outputting the evaluation of the crystallinity of the semiconductor thin film evaluated by the evaluation means. The microwave irradiation means is a microwave that emits microwaves. Radiation part A wavelength adjusting unit that changes a wavelength of the microwave radiated from the microwave radiating unit, and a control unit that controls the wavelength adjusting unit, and the control unit is configured to emit the microwave by the wavelength adjusting unit. A first indicator that radiates a microwave while changing the wavelength of the portion; a wavelength of the microwave obtained by the radiation; and an intensity change caused by excitation light of a reflected wave from a semiconductor thin film in the microwave A storage unit that stores a relationship with a signal intensity that is a magnitude, and the microwave radiation by the wavelength adjustment unit based on the relationship between the wavelength of the microwave stored in the storage unit and the signal intensity of the reflected wave. And a second indicator that radiates microwaves having a predetermined wavelength.

かかる構成によれば、基材と試料台の配置面との間に誘電体を介在させなくても、結晶性の評価に十分な大きさの信号強度が得られ、これにより反射波の強度が微弱であっても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことが可能となり、短時間で十分な結晶性の評価を行うことができる。   According to such a configuration, a signal intensity large enough to evaluate crystallinity can be obtained without interposing a dielectric between the base material and the arrangement surface of the sample stage, thereby reducing the intensity of the reflected wave. Even if it is weak, crystallinity can be evaluated with high sensitivity (that is, high S / N), and sufficient crystallinity can be evaluated in a short time.

即ち、第1の指示部により波長を変えながらマイクロ波を基材上の半導体薄膜に照射させ、その反射波を測定することで記憶部に格納されたマイクロ波の波長と信号強度との関係に基づき、第2の指示部が大きな信号強度を得られるような所定の周波数でマイクロ波放射部にマイクロ波を照射させることによって、測定手段において結晶性の評価に十分な信号強度が得られる。   That is, the first indicating unit changes the wavelength while irradiating the semiconductor thin film on the substrate with the microwave, and the reflected wave is measured to determine the relationship between the wavelength of the microwave stored in the storage unit and the signal intensity. On the basis of this, by irradiating the microwave radiating part with microwaves at a predetermined frequency such that the second indicator can obtain a large signal intensity, a signal intensity sufficient for evaluating crystallinity can be obtained in the measuring means.

また、誘電体を配置しなくても結晶性の評価を高感度で行うことができるため、試料台の配置面に基材を直接配置することができ、これにより、配置の際にほこり等の入り込みに注意を払わなければならないのが基材と配置面との間だけでよくなるため、従来のような基材と試料台との間に誘電体を介在させる場合に比べて試料台への基材の配置が容易になる。   In addition, since the crystallinity can be evaluated with high sensitivity without arranging a dielectric, the substrate can be arranged directly on the arrangement surface of the sample stage, which makes it possible to remove dust and the like during the arrangement. Since it is only necessary to pay attention to the intrusion between the substrate and the mounting surface, it is necessary to pay attention to the entrance to the sample table as compared with the conventional case where a dielectric is interposed between the substrate and the sample table. Arrangement of materials becomes easy.

さらに、出力手段によって半導体薄膜の評価の結果が出力されることで、半導体薄膜の製造ラインにおいて前記評価結果を迅速に製造条件にフィードバックすることが可能となる。   Furthermore, the result of the evaluation of the semiconductor thin film is output by the output means, so that the evaluation result can be quickly fed back to the manufacturing conditions in the semiconductor thin film manufacturing line.

本発明に係る半導体薄膜の結晶性評価装置において、前記励起光照射手段は、前記励起光を放射する励起光放射部と、この励起光放射部から放射される励起光を所定の周期で強度変調する変調部とを有し、前記マイクロ波測定手段は、前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波から前記変調部での励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出する第1の抽出部と、この第1の抽出部で抽出された周期信号の強度を測定する周期信号測定部とを有するのが好ましい。   In the semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus according to the present invention, the excitation light irradiating means modulates the intensity of the excitation light radiating section that emits the excitation light and the excitation light emitted from the excitation light radiating section at a predetermined period. A first extraction unit that extracts a periodic component synchronized with the intensity modulation of the excitation light from the modulation unit from the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film. And a periodic signal measuring unit that measures the intensity of the periodic signal extracted by the first extracting unit.

かかる構成によれば、反射波から前記強度変調に同期した周期成分を抽出してこれを測定することによって、感度よく信号強度を測定することが可能となり、励起光放射部の小型化を図ることが可能となる。即ち、反射波から前記強度変調に同期した周期成分を抽出してその強度を測定することによって、半導体薄膜からの微弱な反射波の強度の変動を感度よく測定することが可能となる。そのため、励起光を強度変調せずに照射する構成と比べ、出力の小さな小型の励起光放射部を用いても同程度の精度で結晶性を評価することができる。一方、前記強度変調しない構成に比べて同程度の出力の励起光放射部を用いる場合には、より精度よく結晶性の評価をすることができる。   According to such a configuration, it is possible to measure the signal intensity with high sensitivity by extracting the periodic component synchronized with the intensity modulation from the reflected wave, and measuring this, thereby reducing the size of the excitation light emitting unit. Is possible. That is, by extracting the periodic component synchronized with the intensity modulation from the reflected wave and measuring its intensity, it is possible to measure the fluctuation of the intensity of the weak reflected wave from the semiconductor thin film with high sensitivity. Therefore, the crystallinity can be evaluated with the same degree of accuracy even when a small excitation light emitting unit having a small output is used, compared with a configuration in which excitation light is irradiated without intensity modulation. On the other hand, crystallinity can be evaluated with higher accuracy when using an excitation light emitting section having the same output as that of the configuration without intensity modulation.

前記マイクロ波照射手段は、前記半導体薄膜のうち、前記励起光の照射範囲と前記励起光の照射範囲外とにそれぞれ前記マイクロ波を照射するように構成され、前記マイクロ波測定手段は、前記照射範囲からのマイクロ波の反射波から前記照射範囲外からのマイクロ波の反射波を差し引いた差動信号を導出する差動信号導出部と、この差動信号導出部で導出された差動信号の強度を測定する差動信号測定部とを有するのが好ましい。   The microwave irradiating means is configured to irradiate the microwave to the irradiation range of the excitation light and the irradiation range of the excitation light, respectively, of the semiconductor thin film, and the microwave measurement means A differential signal deriving unit for deriving a differential signal obtained by subtracting the reflected wave of the microwave from outside the irradiation range from the reflected wave of the microwave from the range, and the differential signal derived by the differential signal deriving unit It is preferable to have a differential signal measuring unit that measures the intensity.

かかる構成によれば、半導体薄膜上において、励起光の照射によりキャリアが生成されマイクロ波の反射率が増加した部位での反射波と、励起光の照射されていない前記反射率が変化していない部位での反射波との両反射波から導出した差動信号の強度を測定することにより、半導体薄膜からの微弱な反射波の強度の変動を高感度に測定することが可能となり、その結果より精度よく結晶性を評価することができる。   According to such a configuration, on the semiconductor thin film, the reflected wave at the site where the carrier is generated by the irradiation of the excitation light and the reflectance of the microwave is increased, and the reflectance not irradiated with the excitation light is not changed. By measuring the intensity of the differential signal derived from both the reflected wave and the reflected wave at the site, it becomes possible to measure the fluctuation of the intensity of the weak reflected wave from the semiconductor thin film with high sensitivity. Crystallinity can be evaluated with high accuracy.

尚、マイクロ波を励起光の照射範囲と照射範囲外とに照射する構成の場合も、励起光を所定の周期で強度変調し、反射波から前記強度変調に同期した周期成分を抽出してこれを測定するのがより好ましい。具体的に、前記励起光照射手段は、前記励起光を放射する励起光放射部と、この励起光放射部から放射される励起光を所定の周期で強度変調する変調部とを有し、前記マイクロ波照射手段は、前記差動信号導出部で導出された差動信号から前記変調部での励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出する第2の抽出部をさらに有し、前記差動信号測定部は、前記第2の抽出部で前記差動信号から抽出された周期信号の強度を測定するのが好ましい。   Note that, in the case of a configuration in which microwaves are irradiated to the irradiation range of the excitation light and outside the irradiation range, the excitation light is intensity-modulated at a predetermined period, and a periodic component synchronized with the intensity modulation is extracted from the reflected wave. Is more preferably measured. Specifically, the excitation light irradiation means includes an excitation light emitting unit that emits the excitation light, and a modulation unit that modulates the intensity of the excitation light emitted from the excitation light emitting unit with a predetermined period, The microwave irradiation unit further includes a second extraction unit that extracts a periodic component synchronized with the intensity modulation of the excitation light in the modulation unit from the differential signal derived in the differential signal deriving unit, and the difference The dynamic signal measurement unit preferably measures the intensity of the periodic signal extracted from the differential signal by the second extraction unit.

このように反射波から前記強度変調に同期した周期成分を抽出してこれを測定することによって感度よく信号強度を測定することが可能となるため、前記強度変調しない構成に比べ、出力の小さな小型の励起光放射部を用いても同程度の精度で結晶性を評価することができ、これにより励起光放射部の小型化を図ることが可能となる。一方、前記強度変調しない構成に比べ、同程度の出力の励起光放射部を用いる場合には、より精度よく結晶性の評価をすることができる。   In this way, it is possible to measure the signal intensity with high sensitivity by extracting the periodic component synchronized with the intensity modulation from the reflected wave and measuring it, so that the output is small compared with the configuration without the intensity modulation. The crystallinity can be evaluated with the same degree of accuracy even if the pumping light radiating part is used, whereby the pumping light radiating part can be miniaturized. On the other hand, crystallinity can be evaluated with higher accuracy when using an excitation light emitting section having the same level of output as compared with the configuration without intensity modulation.

以上より、本発明によれば、試料台への基材の配置が容易でありながら基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を高感度で評価可能な半導体薄膜の結晶性評価方法及び結晶性評価装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the method for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film capable of evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on the substrate with high sensitivity while easily arranging the substrate on the sample stage, and A crystallinity evaluation apparatus can be provided.

第1実施形態に係る半導体薄膜の結晶性評価装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the crystallinity evaluation apparatus of the semiconductor thin film which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る半導体薄膜の結晶性評価装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the crystallinity evaluation apparatus of the semiconductor thin film which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る半導体薄膜の結晶性評価装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the crystallinity evaluation apparatus of the semiconductor thin film which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明の第1実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係る半導体薄膜の結晶性評価装置(以下、単に「評価装置」とも称する。)10の全体構成を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus (hereinafter also simply referred to as “evaluation apparatus”) 10 according to the present embodiment.

評価装置10は、多結晶シリコン半導体薄膜(以下、「p−Si半導体薄膜」と称する。)12の製造ラインに用いられるものであり、ガラス基板(基材)11とこのガラス基板11上に成膜されたp−Si半導体薄膜12とを有する試料13の前記p−Si半導体薄膜12の結晶性を評価するためのものである。本実施形態に係るガラス基板11としては、例えば、縦が730mm、横が920mm、厚さが0.5mmのものが使用される。また、ガラス基板11上に成膜されるp−Si半導体薄膜12は、例えば、厚さが50nm程度、屈折率が5.4、消衰係数が0.329(λ=350nm)である。   The evaluation apparatus 10 is used in a production line for a polycrystalline silicon semiconductor thin film (hereinafter referred to as “p-Si semiconductor thin film”) 12, and is formed on a glass substrate (base material) 11 and the glass substrate 11. This is for evaluating the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 of the sample 13 having the p-Si semiconductor thin film 12 formed thereon. As the glass substrate 11 according to the present embodiment, for example, a glass substrate having a length of 730 mm, a width of 920 mm, and a thickness of 0.5 mm is used. The p-Si semiconductor thin film 12 formed on the glass substrate 11 has a thickness of about 50 nm, a refractive index of 5.4, and an extinction coefficient of 0.329 (λ = 350 nm), for example.

本実施形態に係る評価装置10は、試料13を載置するためのステージ(試料台)14と、ステージ14上に載置(配置)された試料13に励起光を照射するための励起光照射手段15と、試料13にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段20と、試料13からの前記マイクロ波の反射波の強度を測定するマイクロ波測定手段30と、評価装置10の各部位を制御等するコンピュータ50と、このコンピュータ50から評価結果を外部に出力する出力手段60とを備える。尚、本実施形態において、コンピュータ50の一部(具体的には、制御部51)は、マイクロ波照射手段20の一部を構成する。   The evaluation apparatus 10 according to this embodiment includes a stage (sample stage) 14 for placing the sample 13 and excitation light irradiation for irradiating the sample 13 placed (arranged) on the stage 14 with excitation light. Means 15, microwave irradiating means 20 for irradiating the sample 13 with microwaves, microwave measuring means 30 for measuring the intensity of the reflected wave of the microwave from the sample 13, and controlling each part of the evaluation apparatus 10 etc. And a computer 50 for outputting an evaluation result from the computer 50 to the outside. In the present embodiment, a part of the computer 50 (specifically, the control unit 51) constitutes a part of the microwave irradiation means 20.

ステージ14は載置面(配置面)14aを有し、この載置面14aに試料13が載置されるものである。このステージ14は、導体により構成されている。具体的に、ステージ14は、p−Si半導体薄膜12の表面を上に向けた状態でガラス基板11が載置面14aと直接接するように試料13を載置することが可能な金属製の板である。本実施形態のステージ14は、アルミニウム製の板により構成されている。このステージ14は、p−Si半導体薄膜12の表面に沿った、x軸方向(図1において紙面の手前から奥に向う方向)とこのx軸に直交するy軸方向(図1において右側に向う方向)とに沿って移動可能に構成され、コンピュータ50によって制御されるステージコントローラ16からの指令信号に基づき駆動手段(図示省略)によって各軸方向に駆動される。   The stage 14 has a placement surface (arrangement surface) 14a, and the sample 13 is placed on the placement surface 14a. The stage 14 is made of a conductor. Specifically, the stage 14 is a metal plate on which the sample 13 can be placed so that the glass substrate 11 is in direct contact with the placement surface 14a with the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 facing upward. It is. The stage 14 of the present embodiment is composed of an aluminum plate. The stage 14 extends along the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 in the x-axis direction (the direction from the front to the back in FIG. 1) and the y-axis direction orthogonal to the x-axis (the right side in FIG. 1). And is driven in each axial direction by driving means (not shown) based on a command signal from the stage controller 16 controlled by the computer 50.

尚、本実施形態の駆動手段は、ステージ14のみを駆動するがこれに限定されない。即ち、駆動手段は、励起光とマイクロ波とでp−Si半導体薄膜12の表面を全域に亘って走査できるように励起光照射手段15及びマイクロ波照射手段20とステージ14とを相対移動させるように構成されていればよい。   The driving means of the present embodiment drives only the stage 14, but is not limited to this. That is, the drive means moves the excitation light irradiation means 15 and the microwave irradiation means 20 and the stage 14 relative to each other so that the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 can be scanned over the entire area with excitation light and microwaves. It suffices to be configured.

励起光照射手段15は、p−Si半導体薄膜12にキャリアを励起させるためにその表面に励起光を照射するものである。本実施形態の励起光照射手段15は、励起光源15aと、この励起光源15aから出射した励起光を試料13側へ反射するミラー15bとを備える。励起光源15aは、紫外光を放射するものである。この紫外光は、YLFレーザの第三高調波として得られた紫外光を利用したものである。具体的に、励起光源15aは、発振波長が349nm、パルス幅が10ns、パルスエネルギーが10uJ/pulseの紫外パルス励起光を放射する。この励起光源15aからの出射光は、φ1.5mmのスポット径でp−Si半導体薄膜12に照射される。この励起光の波長(349nm)においては、p−Si半導体薄膜12に対する励起光の浸透長は、約10nmであり、p−Si半導体薄膜12の膜厚50nmと比較して十分に小さいため、効率よくキャリアの生成が行われる。   The excitation light irradiating means 15 irradiates the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 with excitation light in order to excite carriers. The excitation light irradiation means 15 of this embodiment includes an excitation light source 15a and a mirror 15b that reflects the excitation light emitted from the excitation light source 15a to the sample 13 side. The excitation light source 15a emits ultraviolet light. This ultraviolet light uses the ultraviolet light obtained as the third harmonic of the YLF laser. Specifically, the excitation light source 15a emits ultraviolet pulse excitation light having an oscillation wavelength of 349 nm, a pulse width of 10 ns, and a pulse energy of 10 uJ / pulse. The emitted light from the excitation light source 15a is applied to the p-Si semiconductor thin film 12 with a spot diameter of φ1.5 mm. At the wavelength of the excitation light (349 nm), the penetration length of the excitation light with respect to the p-Si semiconductor thin film 12 is about 10 nm, which is sufficiently small as compared with the film thickness of 50 nm of the p-Si semiconductor thin film 12. Carriers are often generated.

マイクロ波照射手段20は、発信波長可変のマイクロ波発振器(マイクロ波放射部)21と、マイクロ波を増幅するアンプ(波長調整部)22と、マイクロ波発振器21を制御する制御部51と、アンプ22からのマイクロ波をマイクロ波O1とO2とに2分割するための方向性結合器23と、マイクロ波O1を2分割するためのマジックT24と、このマジックT24とステージ14との間に設けられた第1導波管25及び第2導波管26とを備える。   The microwave irradiation means 20 includes a transmission wavelength variable microwave oscillator (microwave radiation unit) 21, an amplifier (wavelength adjustment unit) 22 that amplifies the microwave, a control unit 51 that controls the microwave oscillator 21, and an amplifier The directional coupler 23 for dividing the microwave from 22 into the microwaves O1 and O2, the magic T24 for dividing the microwave O1 into two, and the magic T24 and the stage 14 are provided. The first waveguide 25 and the second waveguide 26 are provided.

マイクロ波発振器21は、電磁波であるマイクロ波を出力(射出)するものである。このマイクロ波発振器21は、制御部51に接続され、この制御部51からの指示信号C1に基づいて、出力(発信)するマイクロ波の波長を調整する。本実施形態のマイクロ波発振器21は、例えば、波長が4.7mm(周波数が64GHz)のマイクロ波を出力し、この波長を変更可能に構成される。   The microwave oscillator 21 outputs (emits) a microwave that is an electromagnetic wave. The microwave oscillator 21 is connected to the control unit 51 and adjusts the wavelength of the microwave to be output (transmitted) based on the instruction signal C1 from the control unit 51. The microwave oscillator 21 of the present embodiment is configured to output a microwave having a wavelength of 4.7 mm (frequency is 64 GHz), for example, and to change the wavelength.

アンプ22は、マイクロ波発振器21と方向性結合器23との間に配設され、マイクロ波発振器21から出力されるマイクロ波を増幅するものである。   The amplifier 22 is disposed between the microwave oscillator 21 and the directional coupler 23 and amplifies the microwave output from the microwave oscillator 21.

制御部51は、コンピュータ50内に配置され、第1の指示部51aと、第1の記憶部51bと、第2の指示部51cとを備える。第1の指示部51aは、p−Si半導体薄膜12の結晶性評価の前に、マイクロ波発振器21に対し、当該マイクロ波発振器21から出力されるマイクロ波の波長を所定の範囲で変更するように指示する部位である。これにより、当該評価装置10では、p−Si半導体薄膜12に対し、結晶性評価の前に前記所定の範囲内で周波数を変化させながらマイクロ波が照射され、その反射波が測定される。   The control part 51 is arrange | positioned in the computer 50, and is provided with the 1st instruction | indication part 51a, the 1st memory | storage part 51b, and the 2nd instruction | indication part 51c. Before the crystallinity evaluation of the p-Si semiconductor thin film 12, the first instruction unit 51a changes the wavelength of the microwave output from the microwave oscillator 21 within a predetermined range with respect to the microwave oscillator 21. It is a part to instruct. Thereby, in the said evaluation apparatus 10, a microwave is irradiated with changing the frequency within the said predetermined range with respect to the p-Si semiconductor thin film 12 before crystallinity evaluation, and the reflected wave is measured.

第1の記憶部51bは、第1の指示部51aとマイクロ波測定手段30とが接続され、これら第1の指示部51aとマイクロ波測定手段30とから受け取った情報を関連付けて格納する部位である。具体的に、第1の記憶部51bは、波長を変化させながらマイクロ波をp−Si半導体薄膜12に照射したときのマイクロ波の波長と、そのときにマイクロ波測定手段30で測定された反射波の信号強度との関係を格納する。この反射波の信号強度R2とは、p−Si半導体薄膜12からの反射波の励起光に起因する強度変化の大きさである。   The first storage unit 51b is a part to which the first instruction unit 51a and the microwave measurement unit 30 are connected, and stores the information received from the first instruction unit 51a and the microwave measurement unit 30 in association with each other. is there. Specifically, the first storage unit 51b has the wavelength of the microwave when the p-Si semiconductor thin film 12 is irradiated with the microwave while changing the wavelength, and the reflection measured by the microwave measuring unit 30 at that time. Stores the relationship with the signal strength of the wave. The signal intensity R2 of the reflected wave is the magnitude of intensity change caused by the excitation light of the reflected wave from the p-Si semiconductor thin film 12.

第2の指示部51cは、第1の記憶部51bに格納されたマイクロ波の波長とこのマイクロ波における反射波の信号強度R2との関係に基づいて、特定の波長のマイクロ波が出力されるようにマイクロ波発振器21へ指示信号C1を出力する。具体的に、第2の指示部51cは、第1の記憶部51bに格納された前記マイクロ波と信号強度R2との関係に基づき、p−Si半導体薄膜12の結晶性を評価するために照射されるマイクロ波の波長(特定の波長)を決定する。詳細には、第2の指示部51cは、その波長でマイクロ波がp−Si半導体薄膜12に照射され、その反射波を測定することによって、大きな信号強度が得られるように、特定の波長を決定する。本実施形態の特定の波長は、前記の所定の範囲の波長変更(所定の範囲での周波数の変更)により第1の記憶部51bに格納された信号強度R2のうち最も大きな信号強度R2が得られた波長λ又はこれに近似する波長であって、最も大きな信号強度R2に対して90%以上の信号強度が得られる程度まで近似した波長である。   The second instruction unit 51c outputs a microwave having a specific wavelength based on the relationship between the wavelength of the microwave stored in the first storage unit 51b and the signal intensity R2 of the reflected wave in the microwave. Thus, the instruction signal C1 is output to the microwave oscillator 21. Specifically, the second instruction unit 51c performs irradiation to evaluate the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 based on the relationship between the microwave stored in the first storage unit 51b and the signal intensity R2. Determine the wavelength (specific wavelength) of the microwave to be played. Specifically, the second indicator 51c irradiates the p-Si semiconductor thin film 12 with the microwave at that wavelength, and measures the reflected wave to set a specific wavelength so that a large signal intensity can be obtained. decide. As the specific wavelength of the present embodiment, the largest signal intensity R2 among the signal intensity R2 stored in the first storage unit 51b is obtained by changing the wavelength in the predetermined range (changing the frequency in the predetermined range). The wavelength λ or the wavelength approximated thereto, and the wavelength approximated to the extent that a signal intensity of 90% or more is obtained with respect to the largest signal intensity R2.

ここで、最も大きな信号強度R2が得られるλについて説明する。   Here, λ from which the largest signal strength R2 is obtained will be described.

信号強度R2が最も大きくなるためには、p−Si半導体薄膜12に照射されるマイクロ波と、載置面14aで反射されたマイクロ波との干渉により形成される定在波が、その最も振幅の大きい位置(腹)でp−Si半導体薄膜12の測定部位(表面)における励起光の照射に伴う特性変化の影響を受けることが必要となる。   In order to maximize the signal intensity R2, the standing wave formed by the interference between the microwave irradiated to the p-Si semiconductor thin film 12 and the microwave reflected by the mounting surface 14a has the highest amplitude. It is necessary to be influenced by the characteristic change accompanying the irradiation of the excitation light at the measurement site (surface) of the p-Si semiconductor thin film 12 at a position (antinode) with a large diameter.

このようなλは、p−Si半導体薄膜12の表面からステージ14の載置面14aまでの距離をdとすると、
d=λ/4n+N(λ/2n) ・・・・・(1)
の関係が成り立つ。ここで、nはガラス基板の屈折率であり、Nは0又は任意の正の整数である。この式(1)を変形することで、
λ=[4n/(1+2N)]d ・・・・・(2)
となる。
Such λ is defined as a distance from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 to the mounting surface 14a of the stage 14 being d.
d = λ / 4n + N (λ / 2n) (1)
The relationship holds. Here, n is the refractive index of the glass substrate, and N is 0 or any positive integer. By transforming this equation (1),
λ = [4n / (1 + 2N)] d (2)
It becomes.

そして、第2の指示部51cは、出力されるマイクロ波の波長を特定の波長に変更するよう、指示信号C1をマイクロ波発振器21へ出力する。   And the 2nd instruction | indication part 51c outputs the instruction | indication signal C1 to the microwave oscillator 21 so that the wavelength of the output microwave may be changed into a specific wavelength.

以上のような制御部51は、マイクロ波発振器21から出力されるマイクロ波の波長を4.6〜6.7mm(マイクロ波を65〜45GHz)の間で変更させる。尚、マイクロ波の波長の可変範囲は、式(2)のλが含まれる範囲に設定される必要があり、このλの値は、試料13において用いられるガラス基板11の厚さにより異なる。そのため、p−Si半導体薄膜12の結晶性評価において、本実施形態と異なる厚さのガラス基板11が用いられる場合には、この用いられるガラス基板11の厚さに基づき、マイクロ波の波長の可変範囲が変更される。   The control unit 51 as described above changes the wavelength of the microwave output from the microwave oscillator 21 between 4.6 and 6.7 mm (microwave between 65 and 45 GHz). It should be noted that the variable range of the wavelength of the microwave needs to be set in a range including λ in the formula (2), and the value of λ varies depending on the thickness of the glass substrate 11 used in the sample 13. Therefore, in the crystallinity evaluation of the p-Si semiconductor thin film 12, when the glass substrate 11 having a thickness different from that of the present embodiment is used, the wavelength of the microwave can be changed based on the thickness of the glass substrate 11 used. The range is changed.

方向性結合器23は、マイクロ波の進路を調整するためのものである。本実施形態の方向性結合器23は、マイクロ波発振器21からアンプ22を通じて到達したマイクロ波を2分岐するように構成される。   The directional coupler 23 is for adjusting the course of the microwave. The directional coupler 23 of the present embodiment is configured to branch the microwave that has reached from the microwave oscillator 21 through the amplifier 22 into two.

マジックT24は、方向性結合器23からのマイクロ波O1をマイクロ波O3とO4とに2分岐すると共に、これらマイクロ波O3、O4の試料13からの反射波の差動信号R1を出力するものである。   The magic T24 bifurcates the microwave O1 from the directional coupler 23 into microwaves O3 and O4 and outputs a differential signal R1 of the reflected waves from the sample 13 of the microwaves O3 and O4. is there.

第1導波管25は、マイクロ波を案内する部材である。具体的に、第1導波管25は、マジックT24からのマイクロ波O3をp−Si半導体薄膜12の表面のうちの励起光の照射範囲に案内すると共に、この照射範囲からのマイクロ波O3の反射波をマジックT24に案内するように構成される。即ち、第1導波管25は、マイクロ波O3を放射するアンテナ(導波管アンテナ)としての機能に加え、励起光の照射範囲からのマイクロ波O3の反射波をその先端開口部で捕捉し、マジックT24まで案内する機能を有する。   The first waveguide 25 is a member that guides microwaves. Specifically, the first waveguide 25 guides the microwave O3 from the magic T24 to the irradiation range of the excitation light in the surface of the p-Si semiconductor thin film 12, and the microwave O3 from the irradiation range. It is configured to guide the reflected wave to the magic T24. In other words, in addition to the function as an antenna (waveguide antenna) that radiates the microwave O3, the first waveguide 25 captures the reflected wave of the microwave O3 from the excitation light irradiation range at the tip opening. And has a function of guiding to Magic T24.

第2導波管26は、マイクロ波を案内する部材である。具体的に、第2導波管26は、マジックT24からのマイクロ波O4をp−Si半導体薄膜12の表面のうちの励起光が照射されていない範囲(照射範囲の近傍)に案内すると共に、この範囲からのマイクロ波O4の反射波をマジックT24に案内するように構成される。即ち、第2導波管26は、マイクロ波O4を放射するアンテナ(導波管アンテナ)としての機能に加え、p−Si半導体薄膜12の反射波をその先端開口部で捕捉し、マジックT24まで案内する機能を有する。この第2導波管26は、マイクロ波を案内する経路長が第1導波管25と互いに等しくなるように構成される。   The second waveguide 26 is a member that guides microwaves. Specifically, the second waveguide 26 guides the microwave O4 from the magic T24 to a range (near the irradiation range) in the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 where the excitation light is not irradiated, The reflected wave of the microwave O4 from this range is configured to be guided to the magic T24. In other words, in addition to the function as an antenna (waveguide antenna) that radiates the microwave O4, the second waveguide 26 captures the reflected wave of the p-Si semiconductor thin film 12 at the opening at the tip thereof, and reaches the magic T24. Has a function to guide. The second waveguide 26 is configured such that the path length for guiding the microwaves is equal to that of the first waveguide 25.

尚、前記のように、第1導波管25と第2導波管26とがマイクロ波O3、O4の反射波をその先端開口部で捕捉してマジックT24まで導く機能を有し、マジックT24がこれら反射波の差動信号R1を出力する機能を有することから、第1導波管25、第2導波管26及びマジックT24は、マイクロ波測定手段30の一部も構成している。   Note that, as described above, the first waveguide 25 and the second waveguide 26 have a function of capturing the reflected waves of the microwaves O3 and O4 at the tip opening and guiding them to the magic T24. Has a function of outputting the differential signal R1 of the reflected wave, the first waveguide 25, the second waveguide 26, and the magic T24 also constitute a part of the microwave measuring means 30.

マイクロ波測定手段30は、前記の第1導波管25及び第2導波管26と、差動信号導出部31と、この差動信号導出部31が接続される信号処理部(差動信号測定部)32を備える。差動信号導出部31は、前記の差動信号R1を出力するマジックT24とマイクロ波O2が導かれるミキサ33とを有する。   The microwave measuring means 30 includes the first waveguide 25 and the second waveguide 26, a differential signal deriving unit 31, and a signal processing unit (differential signal) to which the differential signal deriving unit 31 is connected. A measurement unit) 32. The differential signal deriving unit 31 includes a magic T24 that outputs the differential signal R1 and a mixer 33 that guides the microwave O2.

ミキサ33は、マイクロ波O3、O4の反射波の差動信号R1をマジックT24から受信し、この差動信号R1とマイクロ波発振器21からのマイクロ波O2とを混合することによって検波信号S1を出力する。この検波信号S1は、差動信号R1の強度を表す信号であり、信号処理部32に入力される。このようにミキサ33は、差動信号R1の強度を検出するためのものであるため、このミキサ33に代えて、差動信号R1を入力してその強度に応じた電気信号(信号強度R2)を出力するマイクロ波検出器(検波器)を設けてもよい。   The mixer 33 receives the differential signal R1 of the reflected waves of the microwaves O3 and O4 from the magic T24, and outputs the detection signal S1 by mixing the differential signal R1 and the microwave O2 from the microwave oscillator 21. To do. The detection signal S1 is a signal representing the intensity of the differential signal R1, and is input to the signal processing unit 32. Thus, since the mixer 33 is for detecting the intensity of the differential signal R1, instead of the mixer 33, the differential signal R1 is input and an electric signal (signal intensity R2) corresponding to the intensity is input. A microwave detector (detector) may be provided.

信号処理部32は、ミキサ33から入力された検波信号S1に基づき差動信号R1の強度を測定する部位である。この信号処理部32での測定結果は、信号強度R2としてコンピュータ50に出力される。   The signal processing unit 32 is a part that measures the intensity of the differential signal R1 based on the detection signal S1 input from the mixer 33. The measurement result in the signal processing unit 32 is output to the computer 50 as the signal intensity R2.

コンピュータ50は、前記の制御部51(第1及び第2の指示部51a、51cと第1の記憶部51b)の他に、第2の記憶部52と評価部53とを備え、評価装置10を構成する各部位の制御等を行う。第2の記憶部52は、信号処理部32からの信号強度R2、及び評価装置10を構成する各部位から送られてくる信号を出し入れ自在に格納する部位である。評価部53は、信号処理部32から受け取った信号強度R2に基づいて、各位置でのp−Si半導体薄膜12の結晶性を評価する部位である。具体的に、信号強度R2に基づき、p−Si半導体薄膜12への励起光の照射により励起されたキャリアが再結合するまでの時間(ライフタイム)を導出することにより結晶性の評価が行われる。この評価部53で評価された結果は、評価信号として出力手段60へ出力される。   The computer 50 includes a second storage unit 52 and an evaluation unit 53 in addition to the control unit 51 (the first and second instruction units 51a and 51c and the first storage unit 51b). Control of each part that constitutes is performed. The second storage unit 52 is a part that stores the signal intensity R2 from the signal processing unit 32 and signals sent from each part constituting the evaluation apparatus 10 so as to be freely put in and out. The evaluation unit 53 is a part that evaluates the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 at each position based on the signal intensity R2 received from the signal processing unit 32. Specifically, crystallinity is evaluated by deriving the time (lifetime) until carriers excited by irradiation of excitation light to the p-Si semiconductor thin film 12 are recombined based on the signal intensity R2. . The result evaluated by the evaluation unit 53 is output to the output means 60 as an evaluation signal.

出力手段60は、評価部53で評価されたp−Si半導体薄膜12の各部位の結晶性の評価を出力するものである。本実施形態の出力手段60は、評価結果を画面上に表示すると共に、前記評価結果を製造条件にフィードバックするために製造ラインへ出力する。   The output means 60 outputs the evaluation of crystallinity of each part of the p-Si semiconductor thin film 12 evaluated by the evaluation unit 53. The output means 60 of the present embodiment displays the evaluation result on the screen and outputs the evaluation result to the manufacturing line in order to feed back the evaluation result to the manufacturing conditions.

以上のように構成される評価装置10を用いてp−Si半導体薄膜12の結晶性を評価するための方法について説明する。   A method for evaluating the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 using the evaluation apparatus 10 configured as described above will be described.

まず、ガラス基板11上にp−Si半導体薄膜12を成膜することにより形成された試料13がステージ14上に載置される。具体的に、ステージ14の載置面14aにガラス基板11をp−Si半導体薄膜12の成膜された面と反対側の面が接するように試料13がステージ14上に載置される。即ち、ガラス基板11とステージ14の載置面14aとが直接接するように試料13がステージ14上に載置される。   First, a sample 13 formed by forming a p-Si semiconductor thin film 12 on a glass substrate 11 is placed on a stage 14. Specifically, the sample 13 is placed on the stage 14 such that the surface opposite to the surface on which the p-Si semiconductor thin film 12 is formed is in contact with the placement surface 14 a of the stage 14. That is, the sample 13 is placed on the stage 14 so that the glass substrate 11 and the placement surface 14a of the stage 14 are in direct contact.

次に、励起光照射手段15からp−Si半導体薄膜12の表面の特定の位置(測定部位)に励起光が照射されると共に、p−Si半導体薄膜12の表面のうち、励起光の照射された範囲に第1導波管25を介してマイクロ波が照射される一方、前記励起光の照射されていない範囲に第2導波管26を介してマイクロ波が照射される。そして、当該評価装置10でのp−Si半導体薄膜12の結晶性の評価の前に、制御部51(第1の指示部51a)からの指示信号C1に基づき、マイクロ波発振器21がマイクロ波の波長を前記所定の範囲で変更する。   Next, the excitation light is irradiated from the excitation light irradiation means 15 to a specific position (measurement site) on the surface of the p-Si semiconductor thin film 12, and the excitation light is irradiated on the surface of the p-Si semiconductor thin film 12. The microwave is irradiated to the range through the first waveguide 25, while the microwave is irradiated to the range not irradiated with the excitation light through the second waveguide 26. Then, before the evaluation of the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 by the evaluation apparatus 10, the microwave oscillator 21 generates a microwave signal based on the instruction signal C <b> 1 from the control unit 51 (first instruction unit 51 a). The wavelength is changed within the predetermined range.

各導波管25、26を通った反射波O3、O4の差動信号R1がマジックT24からミキサ33に出力されると共に、この差動信号R1とマイクロ波O2とに基づいて検波信号S1がミキサ33から信号処理部32に出力される。この信号処理部32に入力された検波信号S1に基づき当該信号処理部32においてその強度及び励起光に起因する強度変化が測定され、信号強度R2がコンピュータ50に送信される。詳細には、信号処理部32に入力された検波信号S1に基づき、信号処理部32は、励起光の照射により変化するp−Si半導体薄膜12からの反射波の強度の中で、励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出(検出)し、その検出信号を信号強度R2としてコンピュータ50へ出力する。   The differential signals R1 of the reflected waves O3 and O4 that have passed through the waveguides 25 and 26 are output from the magic T24 to the mixer 33, and the detection signal S1 is mixed based on the differential signal R1 and the microwave O2. 33 to the signal processing unit 32. Based on the detection signal S1 input to the signal processing unit 32, the signal processing unit 32 measures the intensity and the intensity change caused by the excitation light, and the signal intensity R2 is transmitted to the computer 50. Specifically, based on the detection signal S <b> 1 input to the signal processing unit 32, the signal processing unit 32 determines the excitation light in the intensity of the reflected wave from the p-Si semiconductor thin film 12 that changes due to the irradiation of the excitation light. A periodic component synchronized with the intensity modulation is extracted (detected), and the detected signal is output to the computer 50 as the signal intensity R2.

このとき、第1の記憶部51bには、アンプ22により変更されたマイクロ波の波長と、各波長でのマイクロ波測定手段30で測定された信号強度R2とが関係付けられた状態で格納される。   At this time, the wavelength of the microwave changed by the amplifier 22 and the signal intensity R2 measured by the microwave measuring unit 30 at each wavelength are stored in the first storage unit 51b in an associated state. The

次に、このように第1の記憶部51bにマイクロ波の波長と反射波の信号強度R2とが関係付けられた状態で格納されると、これに基づき、制御部51の第2の指示部51cがマイクロ波発振器21に指示信号C1を出力し、この指示信号C1に基づいてマイクロ波発振器21が出力するマイクロ波の波長を特定の波長に変更する。この特定の波長は、前記のように第1の記憶部51bに格納された信号強度R2のうち最も大きな信号強度R2が得られた波長λ、又はこれに近似する波長であって、最も大きな信号強度R2に対して90%以上の信号強度R2が得られる程度まで近似した波長である。   Next, when the microwave wavelength and the signal intensity R2 of the reflected wave are stored in the first storage unit 51b as described above, the second instruction unit of the control unit 51 is based on this. 51c outputs an instruction signal C1 to the microwave oscillator 21, and changes the wavelength of the microwave output by the microwave oscillator 21 to a specific wavelength based on the instruction signal C1. This specific wavelength is the wavelength λ at which the highest signal intensity R2 is obtained from the signal intensity R2 stored in the first storage unit 51b as described above, or a wavelength close to this wavelength λ. The wavelength approximates to such an extent that a signal intensity R2 of 90% or more is obtained with respect to the intensity R2.

この特定の波長のマイクロ波がp−Si半導体薄膜12に照射され、この反射波が各導波管25、26に入る。そして、前記同様、各導波管25、26を通った反射波O3、O4の差動信号R1がマジックT24からミキサ33に出力されると共に、この差動信号R1とマイクロ波O2とに基づいて検波信号S1がミキサ33から信号処理部32に出力され、信号処理部32から信号強度R2がコンピュータ50の評価部53に送信される。この信号強度R2を受け取った評価部53は、マイクロ波の照射された測定部位における結晶性を評価する。この評価結果と、p−Si半導体薄膜12におけるこの測定部位の位置情報とがコンピュータ50において関連付けられ、第2の記憶部52に格納される。   The microwave of this specific wavelength is irradiated to the p-Si semiconductor thin film 12, and this reflected wave enters each of the waveguides 25 and 26. Similarly to the above, the differential signal R1 of the reflected waves O3 and O4 passing through the waveguides 25 and 26 is output from the magic T24 to the mixer 33, and based on the differential signal R1 and the microwave O2. The detection signal S1 is output from the mixer 33 to the signal processing unit 32, and the signal strength R2 is transmitted from the signal processing unit 32 to the evaluation unit 53 of the computer 50. The evaluation unit 53 that has received the signal intensity R2 evaluates the crystallinity at the measurement site irradiated with the microwave. The evaluation result and the position information of the measurement site in the p-Si semiconductor thin film 12 are associated in the computer 50 and stored in the second storage unit 52.

そして、ステージ14が駆動手段によって駆動され、p−Si半導体薄膜12がxyの各軸方向に移動し、他の部位が前記同様にして特定の波長をもつマイクロ波の照射により測定され、その測定結果(信号強度R2)が評価部53により評価され、この信号強度R2が取得されたp−Si半導体薄膜12の位置情報と関連付けられ、第2の記憶部52に格納される。これが繰り返されることにより、1つの試料13、即ち、1つのp−Si半導体薄膜12における複数の位置での結晶性の評価結果が得られる。   Then, the stage 14 is driven by the driving means, the p-Si semiconductor thin film 12 moves in the respective xy axial directions, and other portions are measured by irradiation with microwaves having specific wavelengths in the same manner as described above. The result (signal intensity R2) is evaluated by the evaluation unit 53, and the signal intensity R2 is associated with the acquired positional information of the p-Si semiconductor thin film 12 and stored in the second storage unit 52. By repeating this, evaluation results of crystallinity at a plurality of positions in one sample 13, that is, one p-Si semiconductor thin film 12, are obtained.

そして、これらの結果が出力手段60により評価対象のp−Si半導体薄膜12の製造ラインでの製造条件にフィードバックされると共に、画面上に表示される。   These results are fed back to the production conditions in the production line of the p-Si semiconductor thin film 12 to be evaluated by the output means 60 and displayed on the screen.

以上の評価装置10によれば、ステージ14の載置面14aに直接試料13を載置(詳しくは、ガラス基板11が接するように載置)することによって、載置の際にほこり等の入り込みに注意を払わなければならないのがガラス基板11と載置面14aとの間だけでよくなり、従来のようなガラス基板11とステージ14との間に誘電体を介在させる場合に比べてステージ14への試料13(ガラス基板11)の載置が容易になる。   According to the evaluation apparatus 10 described above, the sample 13 is directly placed on the placement surface 14a of the stage 14 (specifically, placed so that the glass substrate 11 is in contact), so that dust or the like enters during the placement. It is only necessary to pay attention to between the glass substrate 11 and the mounting surface 14a, and the stage 14 is compared with a conventional case where a dielectric is interposed between the glass substrate 11 and the stage 14. The sample 13 (glass substrate 11) can be easily placed on the substrate.

しかも、p−Si半導体薄膜12の表面から当該p−Si半導体薄膜12の成膜されたガラス基板11を配置したステージ14の載置面14aまでの距離の4n/(1+2N)倍(n:ガラス基板11の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λ又はこれに近似する波長のマイクロ波のp−Si半導体薄膜12への照射によって、当該p−Si半導体薄膜12からの反射波の強度が微弱であっても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことが可能となる。   Moreover, 4n / (1 + 2N) times (n: glass) the distance from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 to the mounting surface 14a of the stage 14 on which the glass substrate 11 on which the p-Si semiconductor thin film 12 is formed is disposed. Reflection from the p-Si semiconductor thin film 12 by irradiating the p-Si semiconductor thin film 12 with a wavelength λ of the refractive index of the substrate 11, N: 0 or any positive integer), or a wavelength close thereto. Even if the intensity of the wave is weak, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity (that is, high S / N).

つまり、p−Si半導体薄膜12に照射されるマイクロ波と、載置面14aで反射されたマイクロ波との干渉により形成される定在波が、その最も振幅の大きい位置(腹)でp−Si半導体薄膜12の測定部位(表面)における励起光の照射に伴う特性変化の影響を受けることで、マイクロ波の反射波における励起光照射に起因する強度変化(信号強度R2)が最も大きくなる。このような大きな信号強度R2が得られれば反射波の強度が微弱であっても、結晶性の評価を高感度で行うことができる。そこで、結晶性の評価に十分な信号強度R2が得られるように、前記の最も大きな信号強度R2が得られる波長λ又は前記最も大きな信号強度R2の90%以上の信号強度R2が得られる程度まで前記波長λに近似する波長のマイクロ波をp−Si半導体薄膜12に照射することで、短時間で十分な結晶性の評価を行うことが可能となる。   That is, the standing wave formed by the interference between the microwave irradiated to the p-Si semiconductor thin film 12 and the microwave reflected by the mounting surface 14a is p- at the position (antinode) having the largest amplitude. By receiving the influence of the characteristic change accompanying the irradiation of the excitation light at the measurement site (surface) of the Si semiconductor thin film 12, the intensity change (signal intensity R2) due to the excitation light irradiation in the reflected wave of the microwave becomes the largest. If such a large signal intensity R2 is obtained, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity even if the intensity of the reflected wave is weak. Therefore, in order to obtain a signal intensity R2 sufficient for evaluating crystallinity, the wavelength λ at which the largest signal intensity R2 is obtained or a signal intensity R2 that is 90% or more of the largest signal intensity R2 is obtained. By irradiating the p-Si semiconductor thin film 12 with a microwave having a wavelength approximate to the wavelength λ, it is possible to perform sufficient crystallinity evaluation in a short time.

さらに、出力手段60によってp−Si半導体薄膜12の評価の結果が出力されることで、p−Si半導体薄膜12の製造ラインにおいて前記評価結果を迅速に製造条件にフィードバックすることが可能となる。   Furthermore, by outputting the evaluation result of the p-Si semiconductor thin film 12 by the output means 60, the evaluation result can be quickly fed back to the manufacturing conditions in the production line of the p-Si semiconductor thin film 12.

また、前記実施形態では、p−Si半導体薄膜12上において、励起光の照射によりキャリアが生成されマイクロ波の反射率が増加した部位での反射波と、励起光の照射されていない前記反射率が変化していない部位での反射波との両反射波から導出した検波信号S1(差動信号R1の強度)を測定することにより、p−Si半導体薄膜12からの微弱な反射波の強度の変動をより高感度に測定することが可能となり、その結果より精度よく結晶性を評価することができる。   Moreover, in the said embodiment, on the p-Si semiconductor thin film 12, the reflected wave in the site | part in which the carrier was produced | generated by irradiation of excitation light and the reflectance of the microwave increased, and the said reflectance which is not irradiated with excitation light The intensity of the weak reflected wave from the p-Si semiconductor thin film 12 is measured by measuring the detection signal S1 (intensity of the differential signal R1) derived from both the reflected wave and the reflected wave at the part where the frequency does not change. The fluctuation can be measured with higher sensitivity, and the crystallinity can be evaluated with higher accuracy as a result.

また、前記実施形態では、ステージ14が移動可能に構成されることにより、当該p−Si半導体薄膜12上の各位置における結晶性の評価を行うことが可能となる。   Moreover, in the said embodiment, it becomes possible to evaluate the crystallinity in each position on the said p-Si semiconductor thin film 12 because the stage 14 is comprised so that a movement is possible.

次に、本発明の第2実施形態について図2を参照しつつ説明するが、前記の第1実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, but the same reference numerals are used for the same components as those of the first embodiment, and a detailed description is omitted, and only the different components are described in detail. Explained.

本実施形態に係る評価装置110は、ステージ14と、励起光照射手段150と、マイクロ波照射手段20と、マイクロ波測定手段130と、測定光照射手段40と、測定光測定手段45と、コンピュータ50と、出力手段60とを備える。   The evaluation apparatus 110 according to the present embodiment includes a stage 14, an excitation light irradiation unit 150, a microwave irradiation unit 20, a microwave measurement unit 130, a measurement light irradiation unit 40, a measurement light measurement unit 45, and a computer. 50 and output means 60.

励起光照射手段150は、励起光源(励起光放射部)151と、この励起光源151から放射される励起光を所定の周期で強度変調する変調部152とを有する。本実施形態の励起光源151には、半導体レーザが用いられる。この半導体レーザは、波長が405nm、最大出力が600mW、ヘッドの冷却モジュールを含む大きさが30×30×30程度のものである。即ち、この半導体レーザは、通常、冷却モジュールを含む大きさがW100mm×L200mm×H100mm程度のYLFのパルスレーザに比べて小さい。変調部152は、励起光源151を制御するための励起光源駆動回路153と、励起光の波形が矩形波となるように励起光源駆動回路153に波形を供給する波形生成器154とからなる。この変調部152によって励起光の波形が矩形波となるように強度変調が行われる。   The excitation light irradiation unit 150 includes an excitation light source (excitation light emitting unit) 151 and a modulation unit 152 that modulates the intensity of the excitation light emitted from the excitation light source 151 at a predetermined period. A semiconductor laser is used for the excitation light source 151 of the present embodiment. This semiconductor laser has a wavelength of 405 nm, a maximum output of 600 mW, and a size including a head cooling module of about 30 × 30 × 30. That is, this semiconductor laser is usually smaller than a YLF pulse laser having a size including a cooling module of about W100 mm × L200 mm × H100 mm. The modulation unit 152 includes an excitation light source driving circuit 153 for controlling the excitation light source 151 and a waveform generator 154 that supplies a waveform to the excitation light source driving circuit 153 so that the waveform of the excitation light becomes a rectangular wave. The modulation unit 152 performs intensity modulation so that the waveform of the excitation light becomes a rectangular wave.

マイクロ波測定手段130は、第1導波管25及び第2導波管26と、差動信号導出部31と、この差動信号導出部31からの検波信号から変調部152での励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出し、周期信号S2として出力するロックインアンプ(抽出部)131と、このロックインアンプ131からの周期信号S2の強度を測定する差動信号測定部132とを備える。本実施形態の差動信号測定部132は、コンピュータ50の内部に配置されている。   The microwave measuring unit 130 includes a first waveguide 25 and a second waveguide 26, a differential signal deriving unit 31, and a pumping light of the modulation unit 152 from a detection signal from the differential signal deriving unit 31. A lock-in amplifier (extraction unit) 131 that extracts a periodic component synchronized with intensity modulation and outputs it as a periodic signal S2, and a differential signal measurement unit 132 that measures the intensity of the periodic signal S2 from the lock-in amplifier 131. Prepare. The differential signal measurement unit 132 according to the present embodiment is disposed inside the computer 50.

以上のように構成される評価装置110では、p−Si半導体薄膜12の結晶性を評価するときに、マジックT24からの差動信号R1とマイクロ波O2とに基づいてミキサ33から検波信号S1がロックインアンプ131に出力される。ロックインアンプ131では、検波信号S1から変調部152での励起光の強度変調に同期した周期成分が抽出され、この周期成分が周期信号S2として差動信号測定部132に出力される。そして、差動信号測定部132に入力された周期信号S2の強度が測定され、信号強度R2として評価部53に出力される。   In the evaluation apparatus 110 configured as described above, when the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 is evaluated, the detection signal S1 is output from the mixer 33 based on the differential signal R1 from the magic T24 and the microwave O2. It is output to the lock-in amplifier 131. In the lock-in amplifier 131, a periodic component synchronized with the intensity modulation of the excitation light in the modulation unit 152 is extracted from the detection signal S1, and this periodic component is output to the differential signal measurement unit 132 as the periodic signal S2. Then, the intensity of the periodic signal S2 input to the differential signal measuring unit 132 is measured and output to the evaluation unit 53 as the signal intensity R2.

以上のように励起光が所定の周期で強度変調される構成とすることで、感度よく信号強度R2を測定することが可能となり、励起光源151の小型化を図ることが可能となる。即ち、ロックインアンプ131により反射波から強度変調に同期した周期成分を抽出し、差動信号測定部132においてその強度を測定することによって、p−Si半導体薄膜12からの微弱な反射波の強度の変動を感度よく測定することが可能となる。そのため、励起光を強度変調せずに照射する構成と比べ、出力の小さな小型の励起光源151を用いても同程度の精度で結晶性を評価することができる。   As described above, with the configuration in which the excitation light is intensity-modulated at a predetermined period, the signal intensity R2 can be measured with high sensitivity, and the excitation light source 151 can be downsized. That is, the periodic component synchronized with the intensity modulation is extracted from the reflected wave by the lock-in amplifier 131, and the intensity is measured by the differential signal measuring unit 132, whereby the intensity of the weak reflected wave from the p-Si semiconductor thin film 12 is measured. Can be measured with high sensitivity. Therefore, crystallinity can be evaluated with the same degree of accuracy even when a small excitation light source 151 having a small output is used as compared with a configuration in which excitation light is irradiated without intensity modulation.

このように励起光源151の小型化を図ることができることにより、製造ライン上での当該評価装置110の設置の自由度が向上する。また、励起光照射手段150やマイクロ波照射手段20が搭載されたセンサヘッドの小型化を図ることが可能となり、大型のp−Si半導体薄膜12の結晶性の評価を行うことが可能となる。詳細には、本実施形態では、ステージ14を駆動することによりp−Si半導体薄膜12の全域を走査しているが、p−Si半導体薄膜12が大型化するとステージ14も大きくなるため、これを製造ライン上で駆動することが困難となる。そこで、励起光照射手段150を小型化することにより前記センサヘッドの小型化を図り、このセンサヘッドを駆動して大型のp−Si半導体薄膜12の全域を走査するように構成することで、より大きなp−Si半導体薄膜12の結晶性の評価を行うことが可能となる。   Since the excitation light source 151 can be downsized in this way, the degree of freedom of installation of the evaluation device 110 on the production line is improved. In addition, the sensor head on which the excitation light irradiation unit 150 and the microwave irradiation unit 20 are mounted can be downsized, and the crystallinity of the large p-Si semiconductor thin film 12 can be evaluated. Specifically, in the present embodiment, the entire region of the p-Si semiconductor thin film 12 is scanned by driving the stage 14. However, since the stage 14 increases as the p-Si semiconductor thin film 12 increases in size, It becomes difficult to drive on the production line. Therefore, by reducing the size of the excitation light irradiating means 150, the sensor head can be reduced in size, and the sensor head can be driven to scan the entire area of the large p-Si semiconductor thin film 12. The crystallinity of the large p-Si semiconductor thin film 12 can be evaluated.

しかも、励起光源151を小型化しても励起光を強度変調しない場合に比べ、同程度の精度で結晶性を評価することができるため、第1実施形態同様にステージ14の載置面14aに直接試料13を載置しても、十分な信号強度R2が得られ、その結果、載置の際にほこり等の入り込みに注意を払わなければならないのがガラス基板11と載置面14aとの間だけでよくなり、従来のようなガラス基板11とステージ14との間に誘電体を介在させる場合に比べてステージ14への試料13(ガラス基板11)の載置が容易になる。   In addition, since the crystallinity can be evaluated with the same degree of accuracy as compared with the case where the intensity of the excitation light is not modulated even if the excitation light source 151 is downsized, it is directly applied to the mounting surface 14a of the stage 14 as in the first embodiment. Even when the sample 13 is placed, a sufficient signal intensity R2 can be obtained. As a result, attention must be paid to the entry of dust and the like between the glass substrate 11 and the placement surface 14a. As compared with the conventional case where a dielectric is interposed between the glass substrate 11 and the stage 14, the sample 13 (glass substrate 11) can be easily placed on the stage 14.

一方、励起光を強度変調しない場合に比べ、同程度の出力の励起光源151を用いる場合には、より高精度にp−Si半導体薄膜の結晶性の評価を行うことができる。   On the other hand, the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film can be evaluated with higher accuracy when the excitation light source 151 having the same output is used as compared with the case where the intensity of the excitation light is not modulated.

また、励起光を強度変調して照射する場合でも、p−Si半導体薄膜12の表面から当該p−Si半導体薄膜12の成膜されたガラス基板11を配置したステージ14の載置面14aまでの距離の4n/(1+2N)倍(n:ガラス基板11の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λ又はこれに近似する波長のマイクロ波のp−Si半導体薄膜12への照射によって、当該p−Si半導体薄膜12からの反射波の強度が微弱であっても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことが可能となる。   Even when the excitation light is irradiated with intensity modulation, the surface from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 to the mounting surface 14a of the stage 14 on which the glass substrate 11 on which the p-Si semiconductor thin film 12 is formed is disposed. Irradiation to the p-Si semiconductor thin film 12 with a wavelength λ of 4n / (1 + 2N) times the distance (n: refractive index of the glass substrate 11, N: 0 or any positive integer) or a wavelength close thereto. Thus, even if the intensity of the reflected wave from the p-Si semiconductor thin film 12 is weak, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity (that is, high S / N).

次に、本発明の第3実施形態について図3を参照しつつ説明するが、上記第1及び第2実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, but the same reference numerals are used for the same components as those in the first and second embodiments, and detailed descriptions are omitted, and different configurations are described. Only the details will be described.

本実施形態に係る評価装置210は、ステージ14と、励起光照射手段15と、マイクロ波照射手段220と、マイクロ波測定手段230と、コンピュータ50と、出力手段60とを備える。   The evaluation apparatus 210 according to the present embodiment includes a stage 14, excitation light irradiation means 15, microwave irradiation means 220, microwave measurement means 230, computer 50, and output means 60.

本実施形態の励起光照射手段15は、ミラー等を介することなく、直接、p−Si半導体薄膜12の表面に励起光を照射する。   The excitation light irradiation means 15 of this embodiment irradiates the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 directly with excitation light without using a mirror or the like.

マイクロ波照射手段220は、マイクロ波発振器21と、アンプ22と、このアンプ22からのマイクロ波の進路を調整するための方向性結合器23と、アンプ22と方向性結合器23との間に設けられた第3導波管225と、方向性結合器23とステージ14との間に設けられた第4導波管226とを備える。また、第1実施形態同様、コンピュータ50の制御部51もマイクロ波照射手段120の一部を構成する。   The microwave irradiation means 220 includes a microwave oscillator 21, an amplifier 22, a directional coupler 23 for adjusting the course of the microwave from the amplifier 22, and between the amplifier 22 and the directional coupler 23. A third waveguide 225 provided and a fourth waveguide 226 provided between the directional coupler 23 and the stage 14 are provided. As in the first embodiment, the control unit 51 of the computer 50 also constitutes a part of the microwave irradiation means 120.

マイクロ波発振器21から出力されたマイクロ波は、第1の指示部51aからの指示信号C1を受信したマイクロ波発振器21により波長が調整(変更)され、第3導波管225を通って方向性結合器23に到達し、この方向性結合器23により第4導波管226に導かれる。このマイクロ波は、この第4導波管226を通ってステージ14上の試料13のp−Si半導体薄膜12の表面に導かれる。詳細には、マイクロ波は、p−Si半導体薄膜12の表面のうち励起光が照射された範囲に導かれる。そして、試料13で反射されたマイクロ波は、第4導波管226を通って方向性結合器23に導かれ、方向性結合器23によってマイクロ波検出器132に導かれる。このマイクロ波検出器132は、反射されたマイクロ波を受け取って、その強度変化を信号強度R2としてコンピュータ50へ出力する。   The wavelength of the microwave output from the microwave oscillator 21 is adjusted (changed) by the microwave oscillator 21 that has received the instruction signal C <b> 1 from the first instruction unit 51 a, and is directed through the third waveguide 225. It reaches the coupler 23 and is guided to the fourth waveguide 226 by the directional coupler 23. The microwave is guided to the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 of the sample 13 on the stage 14 through the fourth waveguide 226. Specifically, the microwave is guided to a range irradiated with excitation light on the surface of the p-Si semiconductor thin film 12. The microwave reflected by the sample 13 is guided to the directional coupler 23 through the fourth waveguide 226, and is guided to the microwave detector 132 by the directional coupler 23. The microwave detector 132 receives the reflected microwave and outputs the intensity change to the computer 50 as a signal intensity R2.

このように、第4導波管226がマイクロ波の反射波をその先端開口部で捕捉して方向性結合器23まで導く機能を有し、方向性結合器23がこの反射波をマイクロ波検出器232側に案内する機能を有することから、これら第4導波管226及び方向性結合器23は、マイクロ波測定手段230の一部も構成している。   As described above, the fourth waveguide 226 has a function of capturing the reflected wave of the microwave at the tip opening and guiding it to the directional coupler 23. The directional coupler 23 detects the reflected wave by the microwave detection. The fourth waveguide 226 and the directional coupler 23 also constitute a part of the microwave measuring means 230 since it has a function of guiding to the instrument 232 side.

このマイクロ波測定手段230は、第4導波管126及び方向性結合器23に加え、反射波の強度を測定するマイクロ波検出器232と、方向性結合器23とマイクロ波検出器232との間に設けられた第5導波管227とを備える。マイクロ波検出器232は、方向性結合器23から第5導波管227を通って到達したマイクロ波の反射波の強度を測定し、その測定値を信号強度R2としてコンピュータ50に出力する。   This microwave measurement means 230 includes a microwave detector 232 that measures the intensity of the reflected wave, a directional coupler 23, and a microwave detector 232 in addition to the fourth waveguide 126 and the directional coupler 23. And a fifth waveguide 227 provided therebetween. The microwave detector 232 measures the intensity of the reflected wave of the microwave that has reached through the fifth waveguide 227 from the directional coupler 23 and outputs the measured value to the computer 50 as the signal intensity R2.

以上のように構成される評価装置210を用いてp−Si半導体薄膜12の結晶性を評価するための方法について説明する。   A method for evaluating the crystallinity of the p-Si semiconductor thin film 12 using the evaluation apparatus 210 configured as described above will be described.

励起光照射手段15から試料4のp−Si半導体薄膜12の表面に励起光を照射すると共に、励起光が照射された範囲を含むp−Si半導体薄膜12の範囲にマイクロ波照射手段220からマイクロ波を照射する。このとき、第1の指示部51aからの指示によりマイクロ波発振器21が所定の範囲でマイクロ波の波長を変更し、この変更されたマイクロ波の波長と、各波長で測定された信号強度R2とが関係付けられた状態で第1の記憶部51bに格納される。   The excitation light irradiating means 15 irradiates the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 of the sample 4 with excitation light, and the microwave irradiating means 220 to the range of the p-Si semiconductor thin film 12 including the range irradiated with the excitation light. Irradiate waves. At this time, the microwave oscillator 21 changes the wavelength of the microwave within a predetermined range in accordance with an instruction from the first instruction unit 51a, and the changed wavelength of the microwave and the signal intensity R2 measured at each wavelength. Are stored in the first storage unit 51b.

この第1の記憶部51bに格納された情報(詳しくは、マイクロ波の波長と反射波の信号強度R2とが関係付けられた情報)に基づき、第2の指示部51cは、出力されるマイクロ波の波長を特定の波長に変更するようマイクロ波発振器21に指示信号C1を出力する。この指示信号C1により、マイクロ波発振器21は、出力するマイクロ波の波長を特定の波長に変更する。   Based on the information stored in the first storage unit 51b (specifically, information in which the wavelength of the microwave and the signal intensity R2 of the reflected wave are related), the second instruction unit 51c outputs the output micro signal. An instruction signal C1 is output to the microwave oscillator 21 so as to change the wavelength of the wave to a specific wavelength. In response to the instruction signal C1, the microwave oscillator 21 changes the wavelength of the output microwave to a specific wavelength.

そして、p−Si半導体薄膜12の表面からの反射波は、マイクロ波測定手段130のマイクロ波検出器232に案内され、このマイクロ波検出器232よってその強度及び励起光に起因する強度変化が測定され、信号強度R2としてコンピュータ50の評価部53に送信される。この信号強度R2を受け取った評価部53は、マイクロ波が照射された測定部位の結晶性を評価し、この評価結果と、p−Si半導体薄膜12におけるこの測定部位の位置情報とを関連付けて、第2の記憶部52に格納する。   Then, the reflected wave from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 is guided to the microwave detector 232 of the microwave measuring means 130, and the intensity change due to the intensity and excitation light is measured by the microwave detector 232. The signal strength R2 is transmitted to the evaluation unit 53 of the computer 50. The evaluation unit 53 that has received the signal intensity R2 evaluates the crystallinity of the measurement site irradiated with the microwave, associates the evaluation result with the position information of the measurement site in the p-Si semiconductor thin film 12, and Stored in the second storage unit 52.

そして、ステージ14が駆動手段によって駆動され、p−Si半導体薄膜12の各位置での測定が繰り返されることにより、1つのp−Si半導体薄膜12の複数の位置での結晶性の評価結果が得られる。   Then, the stage 14 is driven by the driving means, and the measurement at each position of the p-Si semiconductor thin film 12 is repeated, thereby obtaining crystallinity evaluation results at a plurality of positions of one p-Si semiconductor thin film 12. It is done.

そして、これらの結果が出力手段60により評価対象のp−Si半導体薄膜12の製造ラインでの製造条件にフィードバックされると共に、画面上に表示される。   These results are fed back to the production conditions in the production line of the p-Si semiconductor thin film 12 to be evaluated by the output means 60 and displayed on the screen.

以上説明したように、マイクロ波を分岐することなくp−Si半導体薄膜12に照射する構成であっても、ステージ14の載置面14aに直接試料13を載置することによって、載置の際にほこり等の入り込みに注意を払わなければならないのがガラス基板11と載置面14aとの間だけでよくなり、従来のようなガラス基板11とステージ14との間に誘電体を介在させる場合に比べてステージ14への試料13(ガラス基板11)の載置が容易になる。しかも、p−Si半導体薄膜12の表面から当該p−Si半導体薄膜12の成膜されたガラス基板11を配置したステージ14の載置面14aまでの距離の4n/(1+2N)倍(n:ガラス基板11の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λ、又はこれに近似する波長のマイクロ波のp−Si半導体薄膜12への照射によって、当該p−Si半導体薄膜12からの反射波の強度が微弱であっても結晶性評価を高感度(即ち、高いS/N)で行うことが可能となる。   As described above, even when the microwave is applied to the p-Si semiconductor thin film 12 without branching, the sample 13 is directly placed on the placement surface 14a of the stage 14 so that the microwave can be placed. When it is necessary to pay attention to dust and the like only between the glass substrate 11 and the mounting surface 14a, a dielectric is interposed between the glass substrate 11 and the stage 14 as in the prior art. As compared with the case, the sample 13 (glass substrate 11) can be easily placed on the stage 14. Moreover, 4n / (1 + 2N) times (n: glass) the distance from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 to the mounting surface 14a of the stage 14 on which the glass substrate 11 on which the p-Si semiconductor thin film 12 is formed is disposed. By irradiating the p-Si semiconductor thin film 12 with a microwave having a wavelength λ of the refractive index of the substrate 11, N: 0 or any positive integer), or a wavelength similar thereto, the wavelength from the p-Si semiconductor thin film 12 is increased. Even if the intensity of the reflected wave is weak, the crystallinity can be evaluated with high sensitivity (that is, high S / N).

尚、本発明の半導体薄膜の結晶性評価方法及び結晶性評価装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The crystallinity evaluation method and crystallinity evaluation apparatus for a semiconductor thin film according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. .

例えば、第1及び第2実施形態では、一旦、p−Si半導体薄膜12に照射されるマイクロ波の波長が前記所定の範囲で変更された後、マイクロ波が前記特定の波長に変更される。しかし、例えば、製造ラインにおいて、製造される試料13、即ち、ガラス基板11及びp−Si半導体薄膜12の厚さがほぼ一定であれば(厚さのばらつきが少なければ)、マイクロ波が初めから前記特定の波長でp−Si半導体薄膜12に照射され、p−Si半導体薄膜12の測定(評価)が行われてもよい。   For example, in the first and second embodiments, after the wavelength of the microwave irradiated to the p-Si semiconductor thin film 12 is once changed within the predetermined range, the microwave is changed to the specific wavelength. However, for example, in the production line, if the thickness of the sample 13 to be produced, that is, the glass substrate 11 and the p-Si semiconductor thin film 12 is substantially constant (if the thickness variation is small), the microwave is generated from the beginning. The p-Si semiconductor thin film 12 may be irradiated with the specific wavelength, and measurement (evaluation) of the p-Si semiconductor thin film 12 may be performed.

また、第1及び第2実施形態では、波長を前記所定の範囲で変更させながらマイクロ波をp−Si半導体薄膜12に照射することによりマイクロ波の波長とこのマイクロ波における反射波の信号強度R2との関係についての情報を取得し、この情報に基づいて、実際にp−Si半導体薄膜12に照射するマイクロ波の波長が決定されているが、これに限定されない。例えば、前記の取得した情報に基づいて、p−Si半導体薄膜12の表面から試料13を載置したステージ14の配置面14aまでの距離の4n/(1+2N)倍(n:ガラス基板11の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λを求め、この波長λに基づいて実際に照射するマイクロ波の波長が決定されてもよい。   In the first and second embodiments, the microwave wavelength and the signal intensity R2 of the reflected wave in the microwave are applied by irradiating the p-Si semiconductor thin film 12 with the microwave while changing the wavelength within the predetermined range. Is obtained, and the wavelength of the microwave actually irradiated to the p-Si semiconductor thin film 12 is determined based on this information. However, the present invention is not limited to this. For example, based on the acquired information, 4n / (1 + 2N) times the distance from the surface of the p-Si semiconductor thin film 12 to the placement surface 14a of the stage 14 on which the sample 13 is placed (n: refraction of the glass substrate 11) Ratio, N: 0 or any positive integer) may be obtained, and the wavelength of the microwave actually irradiated may be determined based on this wavelength λ.

また、第3実施形態においても、第2実施形態のように励起光を所定の周期で強度変調する、いわゆる変調励起法が用いられてもよい。   Also in the third embodiment, a so-called modulation excitation method in which excitation light is intensity-modulated at a predetermined period as in the second embodiment may be used.

10 評価装置
11 ガラス基板(基材)
12 p−Si半導体薄膜(半導体薄膜)
14 ステージ(試料台)
14a 載置面(配置面)
15 励起光照射手段
20 マイクロ波照射手段
21 マイクロ波発振器(光源)
22 アンプ(波長調整部)
30 マイクロ波測定手段
51 制御部
51a 第1記憶部
51b 指示部
53 評価部(評価手段)
60 出力手段
R2 信号強度
λ 波長
10 Evaluation apparatus 11 Glass substrate (base material)
12 p-Si semiconductor thin film (semiconductor thin film)
14 stage (sample stage)
14a Placement surface (placement surface)
15 Excitation light irradiation means 20 Microwave irradiation means 21 Microwave oscillator (light source)
22 Amplifier (wavelength adjustment unit)
30 Microwave Measurement Unit 51 Control Unit 51a First Storage Unit 51b Instruction Unit 53 Evaluation Unit (Evaluation Unit)
60 Output means R2 Signal intensity λ Wavelength

Claims (6)

基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を評価する方法であって、
試料台の配置面に前記基材を前記半導体薄膜の成膜された面と反対側の面が接するように配置する配置工程と、
前記試料台に配置された前記基材上の半導体薄膜にキャリアを励起させるための励起光を照射する励起光照射工程と、
特定の波長をもつマイクロ波を、前記励起光照射工程において前記励起光が照射された範囲を含む前記半導体薄膜の範囲に照射するマイクロ波照射工程と、
前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波の強度を測定する測定工程と、
前記マイクロ波照射工程を行う前に予め波長を所定の範囲で変更させながらマイクロ波を前記半導体薄膜に照射することにより前記マイクロ波の波長とこのマイクロ波における反射波の信号強度との関係についての情報を取得する取得工程と、を備え、
前記マイクロ波照射工程では、前記取得工程での情報に基づいて実際に照射するマイクロ波の波長が決定され、
前記マイクロ波照射工程において照射されるマイクロ波は、前記半導体薄膜の表面から当該半導体薄膜の成膜された基材を配置した前記試料台の配置面までの距離の4n/(1+2N)倍(n:基材の屈折率、N:0又は任意の正の整数)の波長λ又は、当該波長λに近似する波長であってその近似する波長をもつマイクロ波を前記半導体薄膜に照射したときに実際に得られる反射波の前記励起光に起因する強度変化の大きさである信号強度が前記波長λをもつマイクロ波を前記半導体薄膜に照射したときに得られる信号強度に対して90%以上となる程度まで当該波長λに近似した波長をもつことを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価方法。
A method for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on a substrate,
An arrangement step of arranging the base material on the arrangement surface of the sample stage so that the surface opposite to the surface on which the semiconductor thin film is formed,
An excitation light irradiation step of irradiating excitation light for exciting carriers to the semiconductor thin film on the substrate placed on the sample stage;
A microwave irradiation step of irradiating a microwave having a specific wavelength to a range of the semiconductor thin film including a range irradiated with the excitation light in the excitation light irradiation step;
A measurement step of measuring the intensity of the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film;
By irradiating the semiconductor thin film with the microwave while changing the wavelength in a predetermined range in advance before performing the microwave irradiation step, the relationship between the wavelength of the microwave and the signal intensity of the reflected wave in the microwave An acquisition process for acquiring information ,
In the microwave irradiation step, the wavelength of the microwave to be actually irradiated is determined based on the information in the acquisition step,
The microwave irradiated in the microwave irradiation step is 4n / (1 + 2N) times (n) the distance from the surface of the semiconductor thin film to the arrangement surface of the sample table on which the substrate on which the semiconductor thin film is formed is arranged. : refractive index of the substrate, N: wavelength of 0 or any positive integer) lambda, or, the microwave having a wavelength of the approximate a wavelength approximating to the wavelength lambda when irradiating the semiconductor thin film Indeed the magnitude of the signal intensity of the intensity change due to the excitation light of the resulting reflected wave is to signal strength that obtained when the microwaves with the wavelength λ is irradiated on the semiconductor thin film 9 0 crystalline method for evaluating a semiconductor thin film characterized by having a wavelength which approximates to the wavelength λ to the extent that a higher%.
請求項記載の半導体薄膜の結晶性評価方法において、
前記マイクロ波照射工程では、前記励起光の照射範囲と前記励起光の照射範囲外とにそれぞれ前記測定用マイクロ波を照射し、
前記測定工程は、前記照射範囲からの反射波から前記照射範囲外からの反射波を差し引いた差動信号を導出する差動信号導出工程と、この差動信号導出工程で導出された差動信号の強度を測定する差動信号測定工程とを有することを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価方法。
In the crystallinity evaluation method of the semiconductor thin film of Claim 1 ,
In the microwave irradiation step, the measurement microwave is irradiated to each of the excitation light irradiation range and the excitation light irradiation range,
The measuring step includes a differential signal deriving step for deriving a differential signal obtained by subtracting a reflected wave from outside the irradiation range from a reflected wave from the irradiation range, and a differential signal derived in the differential signal deriving step. And a differential signal measuring step for measuring the intensity of the semiconductor thin film.
基材上に成膜された半導体薄膜の結晶性を評価するための装置であって、
配置面を有し、この配置面に前記基材が配置される試料台と、
前記試料台に配置された基材上の半導体薄膜にキャリアを励起させるための励起光を照射する励起光照射手段と、
前記励起光が照射された範囲を含む前記半導体薄膜の範囲にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波の強度を測定するマイクロ波測定手段と、
前記マイクロ波測定手段での測定値に基づいて前記半導体薄膜の結晶性を評価する評価手段と、
前記評価手段で評価された前記半導体薄膜の結晶性の評価を出力する出力手段とを備え、
前記マイクロ波照射手段は、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の波長を変更する波長調整部と、この波長調整部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記波長調整部により前記マイクロ波放射部に波長を変更させながらマイクロ波を放射させる第1の指示部と、この放射により得られた前記マイクロ波の波長とこのマイクロ波における半導体薄膜からの反射波の励起光に起因する強度変化の大きさである信号強度との関係を格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記マイクロ波の波長と前記反射波の信号強度との関係に基づき、前記波長調整部により前記マイクロ波放射部に所定の波長のマイクロ波を放射させる第2の指示部とを有することを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価装置。
An apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film formed on a substrate,
A sample stage having an arrangement surface, on which the substrate is arranged;
Excitation light irradiation means for irradiating excitation light for exciting carriers to a semiconductor thin film on a substrate disposed on the sample stage;
A microwave irradiation means for irradiating a range of the semiconductor thin film including a range irradiated with the excitation light with a microwave;
Microwave measuring means for measuring the intensity of the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film;
Evaluation means for evaluating the crystallinity of the semiconductor thin film based on the measurement value of the microwave measurement means;
Output means for outputting an evaluation of the crystallinity of the semiconductor thin film evaluated by the evaluation means,
The microwave irradiating means includes a microwave radiating unit that radiates microwaves, a wavelength adjusting unit that changes the wavelength of the microwave radiated from the microwave radiating unit, and a control unit that controls the wavelength adjusting unit. Have
The control unit is configured to cause the microwave adjusting unit to emit a microwave while changing the wavelength by the wavelength adjusting unit, the wavelength of the microwave obtained by the radiation, and the semiconductor in the microwave. A storage unit that stores a relationship with a signal intensity that is a magnitude of an intensity change caused by excitation light of a reflected wave from a thin film; a wavelength of the microwave stored in the storage unit; and a signal intensity of the reflected wave And a second indicating unit that causes the microwave radiating unit to emit a microwave having a predetermined wavelength based on the relationship.
請求項に記載の半導体薄膜の結晶性評価装置において、
前記励起光照射手段は、前記励起光を放射する励起光放射部と、この励起光放射部から放射される励起光を所定の周期で強度変調する変調部とを有し、
前記マイクロ波測定手段は、前記半導体薄膜からの前記マイクロ波の反射波から前記変調部での励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出する第1の抽出部と、この第1の抽出部で抽出された周期信号の強度を測定する周期信号測定部とを有することを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価装置。
In the crystallinity evaluation apparatus of the semiconductor thin film of Claim 3 ,
The excitation light irradiating means includes an excitation light emitting unit that emits the excitation light, and a modulation unit that modulates the intensity of the excitation light emitted from the excitation light emitting unit at a predetermined period,
The microwave measurement means includes a first extraction unit that extracts a periodic component synchronized with the intensity modulation of excitation light in the modulation unit from the reflected wave of the microwave from the semiconductor thin film, and the first extraction unit And a periodic signal measuring unit for measuring the intensity of the periodic signal extracted in (1).
請求項に記載の半導体薄膜の結晶性評価装置において、
前記マイクロ波照射手段は、前記半導体薄膜のうち、前記励起光の照射範囲と前記励起光の照射範囲外とにそれぞれ前記マイクロ波を照射するように構成され、
前記マイクロ波測定手段は、前記照射範囲からのマイクロ波の反射波から前記照射範囲外からのマイクロ波の反射波を差し引いた差動信号を導出する差動信号導出部と、この差動信号導出部で導出された差動信号の強度を測定する差動信号測定部とを有することを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価装置。
In the crystallinity evaluation apparatus of the semiconductor thin film of Claim 3 ,
The microwave irradiating means is configured to irradiate the microwave to the excitation light irradiation range and the excitation light irradiation range, respectively, of the semiconductor thin film,
The microwave measuring means derives a differential signal by deriving a differential signal obtained by subtracting a reflected wave of the microwave from outside the irradiation range from a reflected wave of the microwave from the irradiation range, and the differential signal derivation And a differential signal measuring unit for measuring the intensity of the differential signal derived by the unit.
請求項に記載の半導体薄膜の結晶性評価装置において、
前記励起光照射手段は、前記励起光を放射する励起光放射部と、この励起光放射部から放射される励起光を所定の周期で強度変調する変調部とを有し、
前記マイクロ波照射手段は、前記差動信号導出部で導出された差動信号から前記変調部での励起光の強度変調に同期した周期成分を抽出する第2の抽出部をさらに有し、
前記差動信号測定部は、前記第2の抽出部で前記差動信号から抽出された周期信号の強度を測定することを特徴とする半導体薄膜の結晶性評価装置。
The crystallinity evaluation apparatus for a semiconductor thin film according to claim 5 ,
The excitation light irradiating means includes an excitation light emitting unit that emits the excitation light, and a modulation unit that modulates the intensity of the excitation light emitted from the excitation light emitting unit at a predetermined period,
The microwave irradiation means further includes a second extraction unit that extracts a periodic component synchronized with the intensity modulation of the excitation light in the modulation unit from the differential signal derived by the differential signal deriving unit,
The apparatus for evaluating crystallinity of a semiconductor thin film, wherein the differential signal measuring unit measures the intensity of a periodic signal extracted from the differential signal by the second extracting unit.
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