JPH06224276A - 半導体結晶の評価方法、半導体結晶薄膜の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体結晶化の進行状態をリアルタイムで評
価し、それに応じてレーザ照射エネルギーをリアルタイ
ムで制御する方法及び装置を提供する。 【構成】 本発明によれば、基準半導体のバンドギャッ
プ分光反射率分布とレーザアニール処理中の半導体のバ
ンドギャップ分光反射率分布とを比較することにより、
容易にリアルタイムで結晶化状態を評価することができ
る。その評価に基づいて、レーザ照射エネルギーをリア
ルタイムで調整することで、製品の歩留まり及びスルー
プットの向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶の評価方法
及びその評価方法を利用した半導体結晶薄膜の製造方法
及びその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたＬ
ＣＤ（液晶ディスプレイ）は、応答速度に非常に優れ、
高精細パネル化、大画面化、多色化に対応できるため、
今後、液晶ディスプレイ基板の主力となっていくものと
期待されている。

【０００３】従来より使用されている典型的なＴＦＴ−
ＬＣＤ基板は、図９及び図１０に示すように、画素部１
００と駆動部１０１とから構成される。その画素部１０
０は、図９に示すように、ＴＦＴ１０２と画素電極１０
３とから成る画素ユニットＵをガラス基板１０４上に多
数配列し、その基板に対して間隔を開けて透明電極１０
５を対向配列し、その間隔に液晶１０６を封入すること
により構成される。さらに、上記駆動部１０１は、図１
０に示すように、多数のスイッチング素子を含むＬＳＩ
チップ１０７を上記画素部１００の周囲にＴＡＢ実装
し、必要な配線を施すことにより構成される。

【０００４】しかし、上記のようなＴＦＴ液晶ディスプ
レイ構造は、煩雑な駆動部の実装工程及び配線工程が必
要であり、ＴＦＴ液晶ディスプレイの低コストの量産化
のためには、画素部と駆動部とをガラス基板上に同一工
程で一体的に構成することが不可欠の技術的要求であ
る。

【０００５】ここで、映像を表示する画素部においては
クリティカルな高速性が要求されないので、画素部のＴ
ＦＴとしては、ガラス基板との整合性、大画面対応性、
均一性、再現性、低温堆積性、膜質などに優れた特性を
示す、アモルファスシリコンＴＦＴが、従来より使用さ
れている。これに対して、駆動部においては画素部より
も遥かに高速なスイッチング動作が要求されるので、半
導体層としては上記アモルファスシリコンよりも電界効
果移動度の高い多結晶シリコン（ポリシリコン）を用い
ることが好ましい。

【０００６】上記のような性質の異なるアモルファス半
導体薄膜と多結晶半導体薄膜とをガラス基板上に一体的
に構成するために、最近では、先ずプラズマＣＶＤによ
り温度約５００℃〜６００℃の雰囲気でガラス基板上に
大面積のアモルファスシリコン膜を形成し、次いでこの
アモルファスシリコン膜領域の内の多結晶化したい領域
に対して、レーザを照射して局部的に、例えば表面温度
が１２００℃程度となるように過熱し、かかるレーザア
ニール処理により、所望の領域のアモルファスシリコン
膜を多結晶化して、所望の領域に多結晶シリコンのスイ
ッチング素子を形成する技法が開発されている。

【０００７】しかし、プラズマＣＶＤ法により製造され
た水素を多く含んだアモルファス半導体の結晶化条件は
膜厚や基板温度等の変化に応じて微妙に変動するため、
レーザ照射エネルギーの調節が非常に困難である。例え
ば、レーザ照射エネルギーが不十分である場合には、ア
モルファスの結晶化が完全には励起されない。これに対
して、レーザ照射エネルギーが過剰であれば、プラズマ
ＣＶＤ法により製造された水素を多く含んだアモルファ
ス半導体内に含まれる水素が噴出し、半導体膜を損傷す
るおそれがある。そのため、レーザアニール法により半
導体の結晶化処理を行う場合には、その結晶化状態を適
宜評価しながら、処理を進めていく必要があった。

【０００８】ここで、半導体材料の結晶化状態を評価す
るための方法として、従来より材料に照射したレーザの
ラマンスペクトルから結晶化状態を評価する方法が知ら
れているが、かかるラマン分光法による評価は、その観
測値の処理が複雑である上、分析装置も非常に高価で複
雑であるため、低コストで量産を行うシステムに組み入
れるには問題が多かった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記のような従来の技術の有する問題点に鑑み、ア
モルファス半導体の結晶化状態を、非常に簡便かつ低コ
ストな方法でリアルタイムに評価することが可能な新規
かつ改良された半導体結晶の評価方法を提供することで
ある。

【００１０】また、本発明の別な目的は、レーザアニー
ル法によりアモルファス半導体の結晶化処理を実施する
際に、アモルファス半導体の結晶化状態を、非常に簡便
かつ低コストな方法でリアルタイムに評価し、その評価
結果に基づいて、結晶化処理をリアルタイムでフィード
バック制御することにより、製品の歩留まりを改善し、
スループットを向上させることが可能な新規かつ改良さ
れた半導体薄膜の製造方法及びその製造装置を提供する
ことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば、半導体の結晶化状態
を評価するための方法であって、最適な結晶化状態にあ
る基準半導体結晶材料にレーザを照射し、その反射光を
分光検出して、その検出値より取得した前記基準半導体
結晶材料のバンドギャップ分光反射率分布に関する第１
の情報を予め記憶し、評価対象である半導体の評価領域
にレーザを照射し、その反射光を分光検出し、その検出
値より前記評価領域のバンドギャップ分光反射率分布に
関する第２の情報を取得し、前記第１の情報と前記第２
の情報とを比較し、その近似度により前記半導体の結晶
化状態を評価することを特徴とする半導体結晶の評価方
法が提供される。

【００１２】上記評価方法を実施するにあたっては、前
記第１及び第２の情報として、前記バンドギャップ分光
反射率分布の少なくとも１つのピーク値、好ましくは、
前記半導体材料のＸ点又はΓ点のうちのいずれか一方、
あるいは双方における前記バンドギャップ分光反射率を
用いて半導体結晶状態の評価をすることができる。ある
いは、前記第１及び第２の情報として、前記バンドギャ
ップ分光反射率分布の輪郭形状を用いて半導体結晶状態
の評価を行うことも可能である。

【００１３】本発明の別の観点によれば、被処理体のア
モルファス領域をレーザアニール処理により結晶化し、
その結晶化状態を評価しながら、半導体結晶薄膜を製造
するための方法であって、最適な結晶化状態にある基準
半導体結晶薄膜にレーザを照射し、その反射光を分光検
出して、その検出値より取得した前記基準半導体結晶薄
膜のバンドギャップ分光反射率分布に関する第１の情報
を予め記憶し、前記レーザアニール処理を実行しなが
ら、前記被処理体の評価領域からの反射光を分光検出
し、その検出値から前記被処理体のレーザ照射領域のバ
ンドギャップ分光反射率分布に関する第２の情報を取得
し、前記第１の情報と前記第２の情報とを比較し、その
近似度が所定の範囲に収まるように、レーザ照射エネル
ギーを調節することを特徴とする、半導体結晶薄膜の製
造方法が提供される。

【００１４】上記製造方法を実施するにあたっては、前
記第１及び第２の情報として、前記バンドギャップ分光
反射率分布の少なくとも１つのピーク値、好ましくは、
前記半導体材料のＸ点又はΓ点のうちのいずれか一方、
あるいは双方における前記バンドギャップ分光反射率を
用いて半導体結晶状態の評価をすることができる。ある
いは、前記第１及び第２の情報として、前記バンドギャ
ップ分光反射率分布の輪郭形状を用いて半導体結晶状態
の評価を行うことも可能である。

【００１５】また、上記半導体結晶膜の製造方法におい
て、前記レーザ照射エネルギーの調節を行う場合には、
例えば、レーザ源の出力調節、レーザ照射間隔の調節又
はレーザ照射位置を調節するレーザ照射位置決め機構の
移動速度の調節のいずれかの方法により行うことが可能
である。

【００１６】本発明のさらに別の観点によれば、レーザ
を透過するための窓を備えた処理室と、その処理室内に
載置固定された被処理体の処理面に対して上記窓を介し
てレーザを照射することによりその処理面にアニール処
理を施すことが可能なレーザ照射系とを備えた、半導体
結晶薄膜の製造装置において、最適な結晶化状態にある
基準半導体結晶薄膜に関するバンドギャップ分光反射率
分布に関する第１の情報を予め記憶するための記憶手段
と、上記レーザ照射系から前記被処理体の処理面に照射
され、その処理面から反射された反射光を分光検出し、
前記被処理面のレーザ照射領域のバンドギャップ分光反
射率分布に関する第２の情報を取得するためのレーザ分
光検出系と、上記レーザ分光検出系により取得された上
記第２の情報を、上記記憶手段に格納された上記第１の
情報と比較し評価するための比較評価手段と、前記比較
評価手段から出力される評価信号に基づいて、前記第１
の情報と前記第２の情報との近似度が所定の範囲に収ま
るように、上記レーザ照射系のレーザ照射エネルギーを
調節するためのレーザ照射エネルギー調節手段と、を備
えたことを特徴とする、半導体結晶薄膜の製造装置が提
供される。

【００１７】

【作用】本発明に基づく半導体結晶の評価方法によれ
ば、評価領域に照射されたレーザの反射光を分光検出
し、その検出値より求めたバンドギャップ分光反射率分
布を、予め記憶された最適なバンドギャップ分光反射率
分布と比較するだけで、ラマン分光測定器などの特殊か
つ高価な装置を用いずに、簡単に半導体の評価領域の結
晶化状態を判定することができる。

【００１８】また、本発明に基づく半導体薄膜の製造方
法及び装置によれば、処理中に半導体の結晶化条件が変
化した場合であっても、上記半導体結晶の評価方法によ
る評価結果に基づいてレーザ照射エネルギーをリアルタ
イムで調節することができる。その結果、結晶化の完成
率を高め、製品の歩留まりを飛躍的に向上させ、さらに
スループットを上げることが可能である。

【００１９】さらに、本発明において判断基準として使
用する半導体のバンドギャップの分光反射率分布には、
半導体の結晶化状態が顕著に反映されるため、その反射
率分布中に現れるΓ点やＸ点におけるピーク値、あるい
は、その分布の輪郭形状を、それらの理想値又は理想形
状と比較することで、特殊な装置や処理を介さずに、容
易かつ正確に半導体の結晶化状態を判断することが可能
である。

【００２０】

【実施例】図１及び図２は、それぞれ本発明の実施例に
係る半導体薄膜の製造装置の縦断面図及び一部を切欠き
した外観斜視図である。この実施例では、空気圧を利用
した空気支持機構１を装置の基台として用いており、こ
の空気支持機構１は、剛性のある材質、例えば金属より
なる支持プレート２が空気圧により浮上した状態で、エ
アサスペンションにより支持され、常に水平位置に保持
されるように空気圧が制御されている。

【００２１】上記支持プレート２上には、支持台３を介
して、処理室、例えばアルミニウム製の外壁により気密
に覆われた円筒状の真空チャンバ４が載置固定されてい
る。その真空チャンバ４内には、被処理体、例えばガラ
ス基板上に、水素化アモルファスシリコン膜、あるいは
ＬＰＣＶＤ装置により製造されたアモルファスシリコン
膜を、例えばプラズマＣＶＤ処理により形成した基板５
を、被処理面が下向きになるように保持するための載置
台６が配置されている。

【００２２】さらに、この真空チャンバ４には、例えば
図示しない真空ポンプに接続された排気管７が連結され
ると共に、上記基板５上の水素化アモルファスシリコン
膜から発生した水素の発生量を測定するための質量分析
計８が設置されている。また上記真空チャンバ４の側壁
の一部にはゲートバルブＧが設けられており、上記基板
５を上記真空チャンバ４と外部（大気雰囲気）との間で
搬出入することが可能なように構成されている。そし
て、上記真空チャンバ４の底壁には、後述のレーザが透
過できるように、例えば合成石英ガラス製の窓９が形成
されている。

【００２３】上記真空チャンバ４の下方側における上記
支持プレート２上には、レーザ照射部１０及びこのレー
ザ照射部１０を水平方向、例えばＸ方向又はＹ方向に移
動させるための移動機構１１が配置されている。この移
動機構１１は、例えば上記支持プレート２上にＸ方向に
配置されたレール１２に沿って移動するＸ方向移動部１
３と、このＸ方向移動部１３上にＹ方向に設置されたレ
ール１４に沿って移動するＹ方向移動部１５から構成さ
れ、そのＹ方向移動部１５上に上記レーザ照射部１０が
搭載されている。さらに、上記支持プレート２上には分
光器１６が載置されており、上記レーザ照射部１０から
被処理体５に照射されたレーザの反射光を分光検出する
ことが可能である。

【００２４】図３は、上記多結晶半導体薄膜の製造装置
のレーザ光学系及びそのレーザのフィードバック制御系
を模式的に示すブロック図である。図示の通り、ＣＰＵ
２０からの指令を受けて、レーザ電源２１がオンにされ
ると、レーザ源２２、例えばエキシマレーザ発振源から
光学系ビームホモジェナイザ２３を介して伝送されてき
た、例えば波長２４８ｎｍのレーザが上記レーザ照射部
１０によりＺ軸方向、すなわち上記真空チャンバ４の底
面に向けて照射されるように構成されている。上述のよ
うに、上記レーザ照射部１０は上記移動機構１１により
水平平面上をＸ方向又はＹ方向に自在に移動可能なよう
に構成されているので、上記レーザ照射部１０からのレ
ーザを上記透過窓９を介して上記被処理体５の下面の被
処理面内の所望の領域に走査照射することが可能であ
る。

【００２５】次に上述の装置を用いて、被処理体のアモ
ルファス領域にレーザアニール処理を施し、その結晶化
状態を評価しながら、多結晶半導体薄膜の製造を行う方
法について説明する。なお、本発明に基づくレーザアニ
ール処理を行うに際しては、被処理体として、ガラス基
板の表面に、例えばプラズマＣＶＤにより製造された水
素過多のアモルファスシリコン膜、あるいはＬＰＣＶＤ
により製造されたアモルファスシリコン膜を形成したも
のを予め準備する。

【００２６】まず、処理室の側壁に設けられたゲートバ
ルブＧを開放し、図示しない搬送機構により、被処理体
である基板５を真空チャンバ４内の載置台６に、被処理
面を下側に向けて載置固定する。その後、上記ゲートバ
ルブＧを閉じた後、図示しない真空ポンプにより排気管
７を介して、上記真空チャンバ４内の圧力を、例えば
２．５×１０^-7Ｔｏｒｒの真空雰囲気まで真空引きす
る。しかる後、前記基板５の処理面内のうちの多結晶化
させたい領域、すなわち駆動部形成領域のアモルファス
シリコン膜にレーザを走査照射し、本発明に基づいて、
レーザアニール処理を実施する。

【００２７】本発明に基づくレーザアニール処理につい
ては、図４に示すフローチャートを参照することによ
り、より良く理解することが可能である。処理を行う場
合には、ステップＳ１において、本発明に基づく制御プ
ログラムが組み込まれたＣＰＵ２０からの指令によりレ
ーザ電源２１がオンにされ、エキシマレーザ源２２より
ホモジェナイザ２３を介してレーザがレーザ照射部１０
に伝送され、さらにそこでレーザが上記基板５の処理面
内の所望の領域に向かって方向付けられ、移動機構１１
を適当に駆動することにより、上記所望の領域のアモル
ファスシリコン膜にレーザが走査照射される。

【００２８】次にステップＳ２において、上記基板５の
処理面に照射され、所望のアモルファスシリコン領域に
対してレーザアニール処理を施したレーザの反射光を、
分光器１６により分光検出する。

【００２９】次にステップＳ３において、被処理体の半
導体結晶領域において反射されたバンドキャップの分光
反射率分布が、予め記憶されている基準半導体結晶材料
に関するバンドギャップ分光反射率分布と比較される。
後述するように、所望の半導体結晶状態を示す試料は、
ある程度定まった分光反射率分布を示すことが知られて
いるので、その基準分光反射率分布と分光検出された被
処理体の分光反射率分布とを比較し、その近似度によ
り、被処理体の結晶化状態、すなわちレーザアニール処
理の進捗状況を判断することができる。

【００３０】比較の結果、被処理体の結晶化状態が基準
に到達していないと判断された場合には、ＣＰＵ２０は
レーザ照射エネルギーを強化するための指令信号をシス
テムに対して送り、ステップＳ４においてレーザ照射エ
ネルギーが調節される。なお、通常はレーザ照射エネル
ギーは徐々に大きくしていくことが好ましい。というの
も、いきなり必要以上のレーザ照射エネルギーを印加し
た場合には、プラズマＣＶＤにより製造された水素過多
のアモルファスシリコン膜中に含まれる水素が一気に噴
出してシリコン膜を損傷するおそれがあるからである。

【００３１】レーザ照射エネルギーの調整方法として
は、エキシマレーザ源２２の出力を変更する方法、ま
た、スポット照射である場合にはレーザ照射間隔を変更
する方法、あるいは、レーザ照射部１０をＸＹ方向に駆
動する駆動機構１０の移動速度を調整する方法などがあ
り、これらの方法を単独で、あるいは組み合わせて採用
し、レーザ照射エネルギーを所望の値に調整することが
可能である。

【００３２】上記ステップＳ４からの指示により、レー
ザ照射（Ｓ１）、分光検出（Ｓ２）及び結晶状態評価
（Ｓ３）のシーケンスが、被処理体の結晶化状態が基準
に到達するまで反復される。上記ステップＳ３におい
て、被処理体の結晶化状態が基準に到達したものと判断
された場合には、ステップＳ５に進み、上記駆動機構１
０が駆動され、次の照射領域に対してレーザが走査照射
される。このようにして、上記ステップＳ１から上記ス
テップＳ５までのシーケンスが、ステップＳ６におい
て、全ての被処理領域に対してレーザアニール処理が完
了したと判断されるまで反復される。

【００３３】以上のように、本発明に基づく半導体結晶
状態の評価方法を用いた多結晶半導体薄膜の製造方法又
は装置によれば、ラマン分光計などの特殊かつ高価な装
置を用いずに、半導体の結晶化状態の特徴が顕著に現れ
る分光反射率分布により結晶化状態を判断し、リアルタ
イムでレーザ照射エネルギーをフィードバック制御する
ことが可能なので、容易かつ低コストにレーザアニール
処理を実行ことが可能であり、しかも高い歩留まりとス
ループットでＴＦＴ液晶ディスプレイを製造することが
可能になる。

【００３４】上記のようなシーケンスにより半導体結晶
薄膜の製造工程が終了すると、上記真空チャンバ４内を
大気圧に戻した後、ゲートバルブＧを開放し、上記基板
５を、図示しない搬送機構により外部に取り出し、成膜
処理ステーションやリソグラフィステーションなどを含
む半導体処理ステーションにおいて後続の成膜処理を行
う。この成膜処理においては、同一の基板上でＬＣＤ基
板の画素部領域と駆動部領域において、それぞれ所定パ
ターンのマスクを用い、画素ユニットの一部をなすＴＦ
Ｔと駆動部のスイッチング素子とを同時に一体形成す
る。また、この工程において、画素部と駆動部とを結ぶ
走査電極配線も同時に形成する。そのため、従来のＬＣ
Ｄ基板製造工程では必要であった、煩雑な駆動部用ＬＳ
Ｉチップの実装工程や配線工程を省略することが可能で
ある。

【００３５】次に、本発明に基づく方法及び装置を実施
するにあたり基準とする半導体のバンドギャップのレー
ザ反射率分布について説明する。シリコン結晶のエネル
ギー帯は、周知の通り、図５に示すような構造を有して
おり、そのバンドギャップは、Γ点において約３．４３
ｅＶ、Ｘ点において約４点４０ｅＶの幅を有している。
上記のようなバンドギャップ構造を有し、膜厚が５００
オングストロームの基準半導体結晶に、例えば、ビーム
寸法が０．６５（ｃｍ）×０．６５（ｃｍ）＝０．４３
（ｃｍ²）を、光学透過率が７５％の透過窓を介して、
例えば４００ｍｊのレーザエネルギーを有するレーザを
照射することが可能である。

【００３６】上記のような条件のレーザを基準半導体結
晶に照射した場合のバンドギャップ分光反射率分布を図
６に示す。図示のように、基準半導体結晶のバンドギャ
ップ分光反射率分布には、２８４ｎｍ付近と３６４ｎｍ
付近の２箇所にピーク値が存在しており、それぞれのピ
ーク値はシリコン結晶の第１ブリルアンゾーンにおける
特殊点のうちのＸ点及びΓ点に相当するものである。

【００３７】なお、参考までにアモルファスシリコンの
バンドギャップ分光反射率分布を図７に示す。図示のよ
うに、アモルファスシリコンのバンドギャップ分光反射
率分布は、ピーク値を持たない、左下がりの分布を示す
ことが知られている。

【００３８】以上のように、図６及び図７を対比すれば
容易に理解できるように、基準半導体結晶のバンドギャ
ップ分光反射率分布の輪郭形状には、固有な形状が見ら
れるので、かかるバンドギャップ分光反射率分布に関す
る第１の情報を基準情報として予め記憶しておき、被処
理体のアニール処理時にリアルタイムで取得されるバン
ドギャップ分光反射率分布に関する第２の情報と、公知
の方法で比較することにより、被処理体の結晶化状態を
リアルタイムで知ることができる。

【００３９】例えば、レーザ源２２より伝送されたレー
ザ照射エネルギーが、例えば２００ｍｊといったよう
に、被処理体の結晶化を進めるには不十分な値である場
合には、被処理体からの反射光から検出されるバンドギ
ャップ分光反射率分布は、図８に示すように、ピーク値
のはっきりしない右上がりの曲線的輪郭形状のものとな
る。これに対して、レーザ源２２より伝送されたレーザ
照射エネルギーが、例えば６００ｍｊといったように、
半導体の結晶化にとっては強すぎる値である場合には、
被処理体からの反射光から検出されるバンドギャップ分
光反射率分布は、図９に示すように、膜全体にダメージ
が生じ、分光反射率分布全体が下方にシフトした輪郭形
状のものとなる。なお、かかる現象は、表面に酸化シリ
コンが形成された結果生じたものと考えられる。

【００４０】従って、図８に示すようなバンドギャップ
分光反射率分布が分光検出された場合には、図６に示す
ような基準分布に接近するように、徐々にレーザ照射エ
ネルギーを大きくするようにリアルタイムでシステムを
フィードバック制御することができる。それにより、図
９に示すような膜ダメージが生じる前に、レーザ照射エ
ネルギーを制御することが好ましい。また、仮に、図９
に示すようなバンドギャップ分光反射率分布が分光検出
された場合には、不良品としてそのサンプルを摘出する
ように構成することが可能である。

【００４１】ただし、既に説明したように、通常はレー
ザ照射エネルギーは徐々に大きくしていくように、すな
わち図８の分布から図６分布に接近させるように制御す
ることが好ましい。というのも、いきなり必要以上のレ
ーザ照射エネルギーを印加した場合には、アモルファス
シリコン膜中に含まれる水素が一気に噴出してシリコン
膜を損傷するおそれがあり、そのサンプルは不良品とな
るからである。

【００４２】また、基準反射率分布と被処理体の反射率
分布との比較は、かかる分析方法の特性上、完全一致は
あり得ないので、ある程度のあいまいさを許容して、そ
れらの近似度を見る手法により行われる。例えば、Ｘ点
（約２８４ｎｍ）及びΓ点（約３６４ｎｍ）におけるピ
ーク値に関して比較を行う場合には、±２０ｎｍ程度を
誤差を許容することが可能である。また、図形認識分野
において周知の技法を用いて、上記分光反射率分布の輪
郭形状を追跡処理し、そのデータをある許容度をもたせ
て比較することにより、被処理体の結晶化状態を評価す
ることも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明に基づく半導体結晶
の評価方法は構成されているので、特殊でかつ高価な光
学系を使用せずに、アモルファス半導体の結晶化状態
を、非常に簡便かつ低コストな方法でリアルタイムに評
価することが可能である。

【００４４】また、上記評価方法を用いた半導体結晶薄
膜の製造方法及び装置によれば、レーザアニール法によ
りアモルファス半導体の結晶化処理を実施しながら、ア
モルファス半導体の結晶化状態を、非常に簡便かつ低コ
ストな方法でリアルタイムで評価し、その評価結果に基
づいて、結晶化処理をリアルタイムでフィードバック制
御することが可能なので、製品の歩留まりを改善し、ス
ループットを向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる装置を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例にかかる装置の外観を示す斜視
図である。

【図３】本発明の実施例にかかる装置の光学系の構成を
示すブロック図である。

【図４】本発明の実施例にかかる方法のフローチャート
である。

【図５】シリコン結晶のエネルギー帯構造を示す構造図
である。

【図６】基準半導体結晶のバンドギャップ分光反射率分
布を示すグラフである。

【図７】アモルファスシリコンのバンドギャップ分光反
射率分布を示すグラフである。

【図８】レーザ照射エネルギーが不十分な場合のバンド
ギャップ分光反射率分布を示すグラフである。

【図９】レーザ照射エネルギーが過剰な場合のバンドギ
ャップ分光反射率分布を示すグラフである。

【図１０】従来のＬＣＤ基板を模式的に示す説明図であ
る。

【図１１】従来のＬＣＤの外観を示す斜視図である。

【符号の説明】

４ 真空チャンバ ５ 被処理体 ６ 載置台 ７ 排気管 ９ 透過窓 １０ レーザ照射部 １１ 移動機構 ２０ ＣＰＵ ２１ レーザ電源 ２２ レーザ源 ２３ ホモジェナイザ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体の結晶化状態を評価するための方法
   であって、 最適な結晶化状態にある基準半導体結晶材料にレーザを
   照射し、その反射光を分光検出して、その検出値より取
   得した前記基準半導体結晶材料のバンドギャップ分光反
   射率分布に関する第１の情報を予め記憶し、 評価対象である半導体の評価領域にレーザを照射し、そ
   の反射光を分光検出し、その検出値より前記評価領域の
   バンドギャップ分光反射率分布に関する第２の情報を取
   得し、 前記第１の情報と前記第２の情報とを比較し、その近似
   度により前記半導体の結晶化状態を評価することを特徴
   とする半導体結晶の評価方法。
2. 【請求項２】前記第１及び第２の情報が、前記バンドギ
   ャップ分光反射率分布の少なくとも１つのピーク値であ
   ることを特徴とする、請求項１に記載の半導体結晶の評
   価方法。
3. 【請求項３】前記ピーク値が、前記半導体材料のＸ点又
   はΓ点のうちのいずれか一方、あるいは双方における前
   記バンドギャップ分光反射率であることを特徴とする、
   請求項２に記載の半導体結晶の評価方法。
4. 【請求項４】前記第１及び第２の情報が、前記バンドギ
   ャップ分光反射率分布の輪郭形状であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の半導体結晶の評価方法。
5. 【請求項５】被処理体のアモルファス領域をレーザアニ
   ール処理により結晶化し、その結晶化状態を評価しなが
   ら、半導体結晶薄膜を製造するための方法であって、 最適な結晶化状態にある基準半導体結晶薄膜にレーザを
   照射し、その反射光を分光検出して、その検出値より取
   得した前記基準半導体結晶薄膜のバンドギャップ分光反
   射率分布に関する第１の情報を予め記憶し、 前記レーザアニール処理を実行しながら、前記被処理体
   の評価領域からの反射光を分光検出し、その検出値から
   前記被処理体のレーザ照射領域のバンドギャップ分光反
   射率分布に関する第２の情報を取得し、 前記第１の情報と前記第２の情報とを比較し、その近似
   度が所定の範囲に収まるように、レーザ照射エネルギー
   を調節することを特徴とする、半導体結晶薄膜の製造方
   法。
6. 【請求項６】前記第１及び第２の情報が、前記バンドギ
   ャップ分光反射率分布の少なくとも１つのピーク値であ
   ることを特徴とする、請求項５に記載の半導体結晶薄膜
   の製造方法。
7. 【請求項７】前記ピーク値が、前記半導体材料のＸ点又
   はΓ点のうちのいずれか一方、あるいは双方における前
   記バンドギャップ分光反射率であることを特徴とする、
   請求項５に記載の半導体結晶薄膜の製造方法。
8. 【請求項８】前記第１及び第２の情報が、前記バンドギ
   ャップ分光反射率分布の輪郭形状であることを特徴とす
   る、請求項５に記載の半導体結晶薄膜の製造方法。
9. 【請求項９】前記レーザ照射エネルギーの調節が、レー
   ザ源の出力調節により行われることを特徴とする、請求
   項５、６、７又は８のいずれかに記載の半導体結晶薄膜
   の製造方法。
10. 【請求項１０】前記レーザ照射エネルギーの調節が、レ
    ーザ照射間隔の調節により行われることを特徴とする、
    請求項５、６、７又は８のいずれかに記載の半導体結晶
    薄膜の製造方法。
11. 【請求項１１】前記レーザ照射エネルギーの調節が、レ
    ーザ照射位置を調節するレーザ照射位置決め機構の移動
    速度の調節により行われることを特徴とする、請求項
    ５、６、７又は８のいずれかに記載の半導体結晶薄膜の
    製造方法。
12. 【請求項１２】レーザを透過するための窓を備えた処理
    室と、その処理室内に載置固定された被処理体の処理面
    に対して上記窓を介してレーザを照射することによりそ
    の処理面にアニール処理を施すことが可能なレーザ照射
    系とを備えた、半導体結晶薄膜の製造装置において、 最適な結晶化状態にある基準半導体結晶薄膜に関するバ
    ンドギャップ分光反射率分布に関する第１の情報を予め
    記憶するための記憶手段と、 上記レーザ照射系から前記被処理体の処理面に照射さ
    れ、その処理面から反射された反射光を分光検出し、前
    記被処理面のレーザ照射領域のバンドギャップ分光反射
    率分布に関する第２の情報を取得するためのレーザ分光
    検出系と、 上記レーザ分光検出系により取得された上記第２の情報
    を、上記記憶手段に格納された上記第１の情報と比較し
    評価するための比較評価手段と、 前記比較評価手段から出力される評価信号に基づいて、
    前記第１の情報と前記第２の情報との近似度が所定の範
    囲に収まるように、上記レーザ照射系のレーザ照射エネ
    ルギーを調節するためのレーザ照射エネルギー調節手段
    と、 を備えたことを特徴とする、半導体結晶薄膜の製造装
    置。