JPH10300662A - 半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法 - Google Patents
半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法Info
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- JPH10300662A JPH10300662A JP10037342A JP3734298A JPH10300662A JP H10300662 A JPH10300662 A JP H10300662A JP 10037342 A JP10037342 A JP 10037342A JP 3734298 A JP3734298 A JP 3734298A JP H10300662 A JPH10300662 A JP H10300662A
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- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 半導体膜のインラインモニターを可能とし、
半導体装置製造の歩留まりを向上し、コストを削減す
る。 【解決手段】 レーザーアニールにより結晶化したｐ−
Ｓｉ膜の反射率を測定して波長依存関係を調べ、更に、
この１次変化率を調べて波長５００ｎｍ付近の極小値を
決定する。この値をその時のレーザーパワーに固有の光
学的値とし、また、セコエッチ等で調べたグレインサイ
ズを関係づける。こうして光学的値とグレインサイズの
関係を多数調べて、光学的値とグレインサイズとのリニ
アの関係を構築しておく。インライン時に、ｐ−Ｓｉ膜
の反射率の光学的値を測定することでこれに対応する形
でグレインサイズが割り出される。
半導体装置製造の歩留まりを向上し、コストを削減す
る。 【解決手段】 レーザーアニールにより結晶化したｐ−
Ｓｉ膜の反射率を測定して波長依存関係を調べ、更に、
この１次変化率を調べて波長５００ｎｍ付近の極小値を
決定する。この値をその時のレーザーパワーに固有の光
学的値とし、また、セコエッチ等で調べたグレインサイ
ズを関係づける。こうして光学的値とグレインサイズの
関係を多数調べて、光学的値とグレインサイズとのリニ
アの関係を構築しておく。インライン時に、ｐ−Ｓｉ膜
の反射率の光学的値を測定することでこれに対応する形
でグレインサイズが割り出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に作成され
た半導体膜の評価方法、評価装置、形成方法に関し、特
に、光学的観察により半導体膜の結晶粒径を割り出すこ
とで、インライン化を可能とした半導体膜の評価方法、
評価装置、形成方法に関する。
た半導体膜の評価方法、評価装置、形成方法に関し、特
に、光学的観察により半導体膜の結晶粒径を割り出すこ
とで、インライン化を可能とした半導体膜の評価方法、
評価装置、形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に半導体膜を作成する技術を用い
ることにより、集積回路の集積度を高めて大容量化を図
る、あるいは、液晶を間に挟持した一対の基板の一方
に、マトリクス表示部のスイッチング素子となる薄膜電
界効果型トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transisto
r）を作り込み、高精細の動画表示を可能とするアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Cry
stal Display）の量産を行う等の開発が行われている。
ることにより、集積回路の集積度を高めて大容量化を図
る、あるいは、液晶を間に挟持した一対の基板の一方
に、マトリクス表示部のスイッチング素子となる薄膜電
界効果型トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transisto
r）を作り込み、高精細の動画表示を可能とするアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Cry
stal Display）の量産を行う等の開発が行われている。
【０００３】特に、シリコン基板に作製されたＭＯＳＦ
ＥＴに近い特性を示し得るようなＴＦＴを絶縁基板上に
形成することができれば、ＬＣＤのマトリクス表示部の
スイッチング素子のみならず、周辺にＣＭＯＳを形成し
てマトリクス表示部に所望の駆動信号電圧を供給するた
めの周辺駆動回路を一体的に作り込むことも可能とな
り、いわゆるドライバー内蔵型ＬＣＤの量産を行うこと
ができるようになる。
ＥＴに近い特性を示し得るようなＴＦＴを絶縁基板上に
形成することができれば、ＬＣＤのマトリクス表示部の
スイッチング素子のみならず、周辺にＣＭＯＳを形成し
てマトリクス表示部に所望の駆動信号電圧を供給するた
めの周辺駆動回路を一体的に作り込むことも可能とな
り、いわゆるドライバー内蔵型ＬＣＤの量産を行うこと
ができるようになる。
【０００４】ドライバー内蔵型ＬＣＤは、液晶パネルに
ドライバー素子の外付けを行うことが不要となるため、
工程の削減、狭額縁化が可能となる。特に、狭額縁化
は、近年の携帯情報端末あるいはハンディビデオカメラ
のモニター等の用途においては、製品自体の小型化が図
られる。このようなドライバー内蔵型ＬＣＤの実用化に
おける重要な課題の一つとして、ガラス等の透明絶縁基
板上に、基板の耐熱限界範囲内の温度で良質な半導体膜
を作成することがある。従来、３００℃から４００℃程
度の比較的低温で、非晶質状の半導体層特にアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）を作成することで、ガラス基板
上にＴＦＴを形成することが行われていた。しかし、こ
のようなａ−ＳｉＴＦＴは、オン抵抗が高く、マトリク
ス表示部のスイッチ素子には適用することはできても、
それよりも高速の動作が要求されるドライバー部を構成
することを可能とするまでには到らなかった。
ドライバー素子の外付けを行うことが不要となるため、
工程の削減、狭額縁化が可能となる。特に、狭額縁化
は、近年の携帯情報端末あるいはハンディビデオカメラ
のモニター等の用途においては、製品自体の小型化が図
られる。このようなドライバー内蔵型ＬＣＤの実用化に
おける重要な課題の一つとして、ガラス等の透明絶縁基
板上に、基板の耐熱限界範囲内の温度で良質な半導体膜
を作成することがある。従来、３００℃から４００℃程
度の比較的低温で、非晶質状の半導体層特にアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）を作成することで、ガラス基板
上にＴＦＴを形成することが行われていた。しかし、こ
のようなａ−ＳｉＴＦＴは、オン抵抗が高く、マトリク
ス表示部のスイッチ素子には適用することはできても、
それよりも高速の動作が要求されるドライバー部を構成
することを可能とするまでには到らなかった。
【０００５】これに対して、数百Åから数千Åの粒径を
有した多数の単結晶粒（グレイン）が互いに接触した形
で存在する多結晶半導体をチャンネル層に用いること
で、ドライバー部にも適用できるＴＦＴを形成すること
ができる。特に多結晶シリコン即ちポリシリコン（ｐ−
Ｓｉ）は、移動度が数十から数百ｃｍ2／Ｖ・ｓ程度が
得られ、ａ−Ｓｉよりも２桁大きく、ＬＣＤのドライバ
ーを構成するには十分の速度を有したＣＭＯＳが形成さ
れる。
有した多数の単結晶粒（グレイン）が互いに接触した形
で存在する多結晶半導体をチャンネル層に用いること
で、ドライバー部にも適用できるＴＦＴを形成すること
ができる。特に多結晶シリコン即ちポリシリコン（ｐ−
Ｓｉ）は、移動度が数十から数百ｃｍ2／Ｖ・ｓ程度が
得られ、ａ−Ｓｉよりも２桁大きく、ＬＣＤのドライバ
ーを構成するには十分の速度を有したＣＭＯＳが形成さ
れる。
【０００６】このようなドライバー内蔵型ｐ−ＳｉＴＦ
ＴＬＣＤを作成するには、ガラス基板上に膜質の良好な
ｐ−Ｓｉを成膜することが最も大きな課題となってい
る。通常、ｐ−Ｓｉは、基板上に成膜されたａ−Ｓｉに
熱処理を施すことで結晶化を促す固相成長法（ＳＰ
Ｃ）、あるいは減圧ＣＶＤ等により直接に成膜するなど
の方法により形成される。これらの成膜方法は、いずれ
も７００℃から９００℃程度の高温での処理であり、こ
のような高温工程を含んだｐ−ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造
プロセスは高温プロセスと呼ばれる。高温プロセスにお
いては、基板として耐熱性の高い石英ガラスなどの、高
価な基板が要され、コストが高かった。
ＴＬＣＤを作成するには、ガラス基板上に膜質の良好な
ｐ−Ｓｉを成膜することが最も大きな課題となってい
る。通常、ｐ−Ｓｉは、基板上に成膜されたａ−Ｓｉに
熱処理を施すことで結晶化を促す固相成長法（ＳＰ
Ｃ）、あるいは減圧ＣＶＤ等により直接に成膜するなど
の方法により形成される。これらの成膜方法は、いずれ
も７００℃から９００℃程度の高温での処理であり、こ
のような高温工程を含んだｐ−ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造
プロセスは高温プロセスと呼ばれる。高温プロセスにお
いては、基板として耐熱性の高い石英ガラスなどの、高
価な基板が要され、コストが高かった。
【０００７】このため、出願人は、以前より、コストを
下げるために、プロセスの温度を最高でも６００℃程度
以下とし、基板として、安価な無アルカリガラス基板等
の採用を可能とする方法を開発してきた。このような、
全プロセスを基板の耐熱性の限界温度以下に抑えたｐ−
ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造プロセスは、低温プロセスと呼
ばれる。
下げるために、プロセスの温度を最高でも６００℃程度
以下とし、基板として、安価な無アルカリガラス基板等
の採用を可能とする方法を開発してきた。このような、
全プロセスを基板の耐熱性の限界温度以下に抑えたｐ−
ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造プロセスは、低温プロセスと呼
ばれる。
【０００８】低温プロセスは、ａ−Ｓｉにエキシマレー
ザーを施すことで、結晶化を促してｐ−Ｓｉを作成する
エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）により可能となっ
た。エキシマレーザーは、励起状態にされたエキシマが
基底状態に戻る際に発生する紫外光であるが、ＥＬＡで
は、所定の光学系によりレーザービームの形状を加工し
て非処理膜に照射している。これにより、ａ−Ｓｉの表
面に特に熱エネルギーが与えられ、基板の耐熱限界温度
以下の温度で、結晶化が行われ、ｐ−Ｓｉが形成され
る。
ザーを施すことで、結晶化を促してｐ−Ｓｉを作成する
エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）により可能となっ
た。エキシマレーザーは、励起状態にされたエキシマが
基底状態に戻る際に発生する紫外光であるが、ＥＬＡで
は、所定の光学系によりレーザービームの形状を加工し
て非処理膜に照射している。これにより、ａ−Ｓｉの表
面に特に熱エネルギーが与えられ、基板の耐熱限界温度
以下の温度で、結晶化が行われ、ｐ−Ｓｉが形成され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ＥＬＡでは、そのレー
ザーパワーの最適設定と、照射レーザーエネルギーのば
らつきの問題を解決することが、主要な課題となってい
る。図１３に、照射レーザーエネルギーとｐ−Ｓｉの結
晶粒径（グレインサイズ）との関係を示すように、ある
点までは、付与エネルギーが大きくなるにつれて、グレ
インサイズも大きくなるが、ある点を越えると、グレイ
ンサイズが急激に小さくなり、微結晶化、即ち、マイク
ロクリスタルとなる。従って、十分に大きなグレインサ
イズ（ＧＭ）以上を得るためには、レーザー光源のパワ
ーを下限Ｅdと上限Ｅuの間に最適に設定しなければなら
ず、図１３の関係に基づいて、常時、ＥＬＡを管理する
必要がある。
ザーパワーの最適設定と、照射レーザーエネルギーのば
らつきの問題を解決することが、主要な課題となってい
る。図１３に、照射レーザーエネルギーとｐ−Ｓｉの結
晶粒径（グレインサイズ）との関係を示すように、ある
点までは、付与エネルギーが大きくなるにつれて、グレ
インサイズも大きくなるが、ある点を越えると、グレイ
ンサイズが急激に小さくなり、微結晶化、即ち、マイク
ロクリスタルとなる。従って、十分に大きなグレインサ
イズ（ＧＭ）以上を得るためには、レーザー光源のパワ
ーを下限Ｅdと上限Ｅuの間に最適に設定しなければなら
ず、図１３の関係に基づいて、常時、ＥＬＡを管理する
必要がある。
【００１０】特に、レーザー媒質の劣化に伴って、装置
のパワー設定と実際に比処理膜に照射される実効エネル
ギーとのギャップが大きくなると、図１３に従ってｐ−
Ｓｉのグレインサイズが目標値よりも小さくなてしま
う。また、ＥＬＡ装置において、レーザー発振源にて発
せられたレーザー光は、所定のレーザーアニールに適し
た非照射形状に整形するために長距離の光学系を通過す
るが、この際、光学系が湿気、異物等によって僅でも汚
染されると、やはり実効エネルギーの低下を招く。
のパワー設定と実際に比処理膜に照射される実効エネル
ギーとのギャップが大きくなると、図１３に従ってｐ−
Ｓｉのグレインサイズが目標値よりも小さくなてしま
う。また、ＥＬＡ装置において、レーザー発振源にて発
せられたレーザー光は、所定のレーザーアニールに適し
た非照射形状に整形するために長距離の光学系を通過す
るが、この際、光学系が湿気、異物等によって僅でも汚
染されると、やはり実効エネルギーの低下を招く。
【００１１】更に、実効照射エネルギーのばらつきもま
た問題となる。即ち、レーザービームの照射領域内で照
射強度のばらつきが生じていると、照射エネルギーが図
１３の最適範囲から外れた部分に対応した領域は、グレ
インサイズが十分に大きくならないといったことが問題
となる。従来のｐ−Ｓｉのグレインサイズの評価方法と
して、セコエッチがあるが、この方法では、膜の評価を
行った基板は、製品としては使用できず、他の基板の評
価を類推することしかできない。
た問題となる。即ち、レーザービームの照射領域内で照
射強度のばらつきが生じていると、照射エネルギーが図
１３の最適範囲から外れた部分に対応した領域は、グレ
インサイズが十分に大きくならないといったことが問題
となる。従来のｐ−Ｓｉのグレインサイズの評価方法と
して、セコエッチがあるが、この方法では、膜の評価を
行った基板は、製品としては使用できず、他の基板の評
価を類推することしかできない。
【００１２】本発明は、照射レーザーエネルギーのばら
つくことからくる問題を解決することを目的とし、イン
ラインモニターにより直接に当該のｐ−Ｓｉ膜の評価を
行う方法、更には形成方法、形成装置を提供するもので
ある。
つくことからくる問題を解決することを目的とし、イン
ラインモニターにより直接に当該のｐ−Ｓｉ膜の評価を
行う方法、更には形成方法、形成装置を提供するもので
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するためになされ、半導体膜の所定の波長域における
光の反射率に基づいて半導体膜の結晶粒径を割り出す構
成である。更に、基板上の半導体膜の評価方法におい
て、複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率
に関する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらか
じめ調べるとともに、評価すべき半導体膜の前記所定の
波長域における光の反射率を測定し、それに関する前記
光学的値を求め、該光学的値を前記あらかじめ調べた複
数の光学的値と結晶粒径との対応に照合することにより
前記評価すべき半導体膜の結晶粒径を決定する構成であ
る。
成するためになされ、半導体膜の所定の波長域における
光の反射率に基づいて半導体膜の結晶粒径を割り出す構
成である。更に、基板上の半導体膜の評価方法におい
て、複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率
に関する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらか
じめ調べるとともに、評価すべき半導体膜の前記所定の
波長域における光の反射率を測定し、それに関する前記
光学的値を求め、該光学的値を前記あらかじめ調べた複
数の光学的値と結晶粒径との対応に照合することにより
前記評価すべき半導体膜の結晶粒径を決定する構成であ
る。
【００１４】これにより、半導体膜を破壊することな
く、結晶粒径の評価を行うことができる。また、本発明
は、基板上の半導体膜を評価する半導体膜の評価装置に
おいて、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照
射手段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を
検出する反射光検出手段と、前記反射光検出手段からの
情報を演算して光学的値を算出する演算手段と、あらか
じめ複数の同種の半導体膜に関して前記光学的値と結晶
粒径値とを対応させて保持した記憶手段と、前記演算手
段で算出された光学的値を基に前記記憶手段から対応す
る結晶粒径値を選択して前記半導体膜の結晶粒径値を決
定する評価手段と、を有する構成である。
く、結晶粒径の評価を行うことができる。また、本発明
は、基板上の半導体膜を評価する半導体膜の評価装置に
おいて、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照
射手段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を
検出する反射光検出手段と、前記反射光検出手段からの
情報を演算して光学的値を算出する演算手段と、あらか
じめ複数の同種の半導体膜に関して前記光学的値と結晶
粒径値とを対応させて保持した記憶手段と、前記演算手
段で算出された光学的値を基に前記記憶手段から対応す
る結晶粒径値を選択して前記半導体膜の結晶粒径値を決
定する評価手段と、を有する構成である。
【００１５】特に、前記演算手段は、前記反射光検出手
段からの情報を基に前記半導体膜の所定波長域における
光の波長と反射率に関する値との関係より光学的値を算
出し、前記記憶手段は、あらかじめ複数の同種の半導体
膜に関して前記所定波長域における光の波長と反射率に
関する値との関係より算出された光学的値とその時の結
晶粒径値とを対応させて保持している構成である。
段からの情報を基に前記半導体膜の所定波長域における
光の波長と反射率に関する値との関係より光学的値を算
出し、前記記憶手段は、あらかじめ複数の同種の半導体
膜に関して前記所定波長域における光の波長と反射率に
関する値との関係より算出された光学的値とその時の結
晶粒径値とを対応させて保持している構成である。
【００１６】これにより、半導体膜を破壊することな
く、結晶粒径の評価を行うことができるので、製造過程
の中で結晶粒径を調べることができる。また、基板上の
半導体膜の形成方法において、複数の半導体膜の所定の
波長域における光の反射率に関する光学的値とその時の
結晶粒径との対応をあらかじめ調べ、これに基づいて所
望の結晶粒径を得るための閾値となる光学的値を設定す
るとともに、半導体膜の形成後にその形成した半導体膜
の前記所定の波長域における光の反射率に関する前記光
学的値を求め、該光学的値を前記閾値とを比較して、前
記形成した半導体膜の良否を判定する構成である。
く、結晶粒径の評価を行うことができるので、製造過程
の中で結晶粒径を調べることができる。また、基板上の
半導体膜の形成方法において、複数の半導体膜の所定の
波長域における光の反射率に関する光学的値とその時の
結晶粒径との対応をあらかじめ調べ、これに基づいて所
望の結晶粒径を得るための閾値となる光学的値を設定す
るとともに、半導体膜の形成後にその形成した半導体膜
の前記所定の波長域における光の反射率に関する前記光
学的値を求め、該光学的値を前記閾値とを比較して、前
記形成した半導体膜の良否を判定する構成である。
【００１７】更に、基板上の半導体膜の形成方法におい
て、複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率
に関する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらか
じめ調べ、これに基づいて所望の結晶粒径を得るための
閾値となる光学的値をあらかじめ設定する工程と、非晶
質半導体膜を形成する工程と、形成した非晶質半導体膜
にレーザーアニールを施して結晶化する工程と、この結
晶化した半導体膜の前記所定の波長域における光の反射
率に関する前記光学的値を求め、該光学的値を前記閾値
とを比較して、前記形成した半導体膜の良否を判定する
工程とを有する構成である。
て、複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率
に関する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらか
じめ調べ、これに基づいて所望の結晶粒径を得るための
閾値となる光学的値をあらかじめ設定する工程と、非晶
質半導体膜を形成する工程と、形成した非晶質半導体膜
にレーザーアニールを施して結晶化する工程と、この結
晶化した半導体膜の前記所定の波長域における光の反射
率に関する前記光学的値を求め、該光学的値を前記閾値
とを比較して、前記形成した半導体膜の良否を判定する
工程とを有する構成である。
【００１８】これにより、半導体膜を破壊することな
く、結晶粒径の評価を行うことができるので、製造過程
の途中で、不良品を除くことができ、コストが削減され
る。
く、結晶粒径の評価を行うことができるので、製造過程
の途中で、不良品を除くことができ、コストが削減され
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１から図４は、ａ−Ｓｉ膜にＥ
ＬＡを施すことにより形成されたｐ−Ｓｉ膜の反射率の
波長依存性（相対比）を測定した関係曲線図である。光
照射及び採光装置としては大塚電子製のマルチチャンネ
ル分光測定器を用いた。また、光照射及び反射光は対象
膜に対して垂直方向にて行った。図１はＥＬＡレーザー
パワーが５２０ｍＪの場合、図２は同様に５３０ｍＪ、
図３は５４０ｍＪ、図４は５５０ｍＪである。これらの
図を見比べることにより以下のことが分かる。即ち、関
係曲線が、波長５００ｎｍ付近で特徴的な形状を呈して
おり、その特異性そのものが更にレーザーパワーにも依
存している。特に、図１及び図２においては、谷部とな
っている。このような、レーザーパワーに依存する反射
率曲線の形状の変化は、ｐ−Ｓｉ膜のグレインサイズの
変化に起因するものである考えられる。
ＬＡを施すことにより形成されたｐ−Ｓｉ膜の反射率の
波長依存性（相対比）を測定した関係曲線図である。光
照射及び採光装置としては大塚電子製のマルチチャンネ
ル分光測定器を用いた。また、光照射及び反射光は対象
膜に対して垂直方向にて行った。図１はＥＬＡレーザー
パワーが５２０ｍＪの場合、図２は同様に５３０ｍＪ、
図３は５４０ｍＪ、図４は５５０ｍＪである。これらの
図を見比べることにより以下のことが分かる。即ち、関
係曲線が、波長５００ｎｍ付近で特徴的な形状を呈して
おり、その特異性そのものが更にレーザーパワーにも依
存している。特に、図１及び図２においては、谷部とな
っている。このような、レーザーパワーに依存する反射
率曲線の形状の変化は、ｐ−Ｓｉ膜のグレインサイズの
変化に起因するものである考えられる。
【００２０】そこで、出願人は、反射率曲線を微分して
１次変化率を求めた。図５から図８は、各々図１から図
４の反射率曲線の１次変化率の波長依存性曲線である。
図１から図４と同様、５００ｎｍ付近において、反射率
曲線の特異部を強調した形で、変化率曲線の振れが大き
くなっている。即ち、図１から図４における反射率曲線
の特異部分、より詳しくは、波長が大きくなるに従って
反射率も高くなる５００ｎｍ付近の領域において、局所
的に反射率曲線の傾きが変わっている、更には、低下し
て谷となっているところがあり、そのような波長−反射
率の関係が、図５から図８においては、変化率曲線の谷
部での矢印にて示すような極小の深さとして明確に表さ
れている。本発明では、この極小値をもって、各々の条
件の下でＥＬＡが行われた場合の固有の値である光学的
値として代表させる。
１次変化率を求めた。図５から図８は、各々図１から図
４の反射率曲線の１次変化率の波長依存性曲線である。
図１から図４と同様、５００ｎｍ付近において、反射率
曲線の特異部を強調した形で、変化率曲線の振れが大き
くなっている。即ち、図１から図４における反射率曲線
の特異部分、より詳しくは、波長が大きくなるに従って
反射率も高くなる５００ｎｍ付近の領域において、局所
的に反射率曲線の傾きが変わっている、更には、低下し
て谷となっているところがあり、そのような波長−反射
率の関係が、図５から図８においては、変化率曲線の谷
部での矢印にて示すような極小の深さとして明確に表さ
れている。本発明では、この極小値をもって、各々の条
件の下でＥＬＡが行われた場合の固有の値である光学的
値として代表させる。
【００２１】図９は、このようにして得られた光学的値
と、その時の実際のｐ−Ｓｉ膜にセコエッチ等により実
測して得られたグレインサイズとの関係を多数の試料に
関して調べた図である。実線は、これらの関係の傾向線
である。これより、光学的値が大きくなればなるほど、
即ち、図１から図４の反射率曲線の特異部が緩和されれ
ばされる程、グレインサイズが大きくなっていることが
わかる。即ち、これらの条件範囲においてはグレインサ
イズは光学的値に対してリニアに変化している。従っ
て、反射率の変化率を調べることで、グレインサイズを
割り出すことができる。
と、その時の実際のｐ−Ｓｉ膜にセコエッチ等により実
測して得られたグレインサイズとの関係を多数の試料に
関して調べた図である。実線は、これらの関係の傾向線
である。これより、光学的値が大きくなればなるほど、
即ち、図１から図４の反射率曲線の特異部が緩和されれ
ばされる程、グレインサイズが大きくなっていることが
わかる。即ち、これらの条件範囲においてはグレインサ
イズは光学的値に対してリニアに変化している。従っ
て、反射率の変化率を調べることで、グレインサイズを
割り出すことができる。
【００２２】このような、反射率あるいはその変化率の
波長依存性が、特定波長領域において特異な性質を示す
ことについて、そのメカニズムは明白ではないが、結晶
秩序度に依存して反射と乱反射の優劣が変化し、それが
特に上述の波長域において顕著に現れるものと推測され
る。従って、このような光学的性質を調べることから逆
算的に結晶粒径を割り出すことができる。
波長依存性が、特定波長領域において特異な性質を示す
ことについて、そのメカニズムは明白ではないが、結晶
秩序度に依存して反射と乱反射の優劣が変化し、それが
特に上述の波長域において顕著に現れるものと推測され
る。従って、このような光学的性質を調べることから逆
算的に結晶粒径を割り出すことができる。
【００２３】ここで、更に、経験的につきとめられたこ
とは、光学的値とレーザーエネルギー（グレインサイ
ズ）との関係は図１０に示すような特徴を有していると
いうことである。即ち、あるエネルギー領域において、
光学的値が最小値となり、その両側では、対称的に光学
的値が上昇する関係となっている。そして、実験的にこ
のような光学的値の最小値をとるエネルギー密度は、だ
いたい３００ｍＪ／ｃｍ2から３５０ｍＪ／ｃｍ2の間に
あり、ＥＬＡにおけるレーザーパワーは、エネルギー密
度が４００ｍＪ／ｃｍ2から５００ｍＪ／ｃｍ2程度の範
囲での微調整が要請されることを考えると、光学的値と
レーザーパワー即ちグレインサイズとの関係はほぼ直線
の形状を呈することがわかる。
とは、光学的値とレーザーエネルギー（グレインサイ
ズ）との関係は図１０に示すような特徴を有していると
いうことである。即ち、あるエネルギー領域において、
光学的値が最小値となり、その両側では、対称的に光学
的値が上昇する関係となっている。そして、実験的にこ
のような光学的値の最小値をとるエネルギー密度は、だ
いたい３００ｍＪ／ｃｍ2から３５０ｍＪ／ｃｍ2の間に
あり、ＥＬＡにおけるレーザーパワーは、エネルギー密
度が４００ｍＪ／ｃｍ2から５００ｍＪ／ｃｍ2程度の範
囲での微調整が要請されることを考えると、光学的値と
レーザーパワー即ちグレインサイズとの関係はほぼ直線
の形状を呈することがわかる。
【００２４】図１１は、本発明の実施の形態に係る評価
装置の構成図である。（１）は演算部、（２）は記憶
部、（３）は検出部、（５）は評価すべき半導体膜が形
成された被処理基板である。検出部（３）は、ハロゲン
ランプ等の発光素子と採光素子とが同軸ファイバーを構
成している。被処理基板（５）は、絶縁基板上に形成さ
れたａ−ＳｉにＥＬＡが施されて結晶化されてｐ−Ｓｉ
が形成されている。検出部（３）は、この被処理基板
（５）に検出用の光を照射するとともに、その反射光を
検出して分光特性を調べる。この分光特性情報は演算部
（１）に送られる。演算部（１）では、図１から図４に
示す反射率の波長依存性を算出し、これから、図５から
図８に示す反射率の１次変化率を求め、更に、その極小
値を調べて光学的値を決定する。この光学的値は記憶部
（２）に送られる。記憶部（２）には、図９に示す光学
的値とその時のグレインサイズとが対応して保持されて
いる。記憶部（２）は、例えば、光学的値に基づく情報
をアドレスとしたグレインサイズの値が保持された不揮
発メモリである。従って、演算部（１）より送られた光
学的値に基づいてアドレスが生成されて、グレインサイ
ズの値が読み出される。このようにして得られたグレイ
ンサイズは、その被処理基板（５）のグレインサイズと
して決定される。このようなグレインサイズの測定は、
被処理基板（５）上の複数ポイントで行うことにより、
ＥＬＡエネルギーの照射領域内におけるばらつきを管理
することができる。また、記憶部（２）に保持される情
報は、ＥＬＡ装置の特性や、装置の使用時間に応じて、
書き換えたり、メモリを交換する等により、長期的な条
件変動にも対応することもできる。
装置の構成図である。（１）は演算部、（２）は記憶
部、（３）は検出部、（５）は評価すべき半導体膜が形
成された被処理基板である。検出部（３）は、ハロゲン
ランプ等の発光素子と採光素子とが同軸ファイバーを構
成している。被処理基板（５）は、絶縁基板上に形成さ
れたａ−ＳｉにＥＬＡが施されて結晶化されてｐ−Ｓｉ
が形成されている。検出部（３）は、この被処理基板
（５）に検出用の光を照射するとともに、その反射光を
検出して分光特性を調べる。この分光特性情報は演算部
（１）に送られる。演算部（１）では、図１から図４に
示す反射率の波長依存性を算出し、これから、図５から
図８に示す反射率の１次変化率を求め、更に、その極小
値を調べて光学的値を決定する。この光学的値は記憶部
（２）に送られる。記憶部（２）には、図９に示す光学
的値とその時のグレインサイズとが対応して保持されて
いる。記憶部（２）は、例えば、光学的値に基づく情報
をアドレスとしたグレインサイズの値が保持された不揮
発メモリである。従って、演算部（１）より送られた光
学的値に基づいてアドレスが生成されて、グレインサイ
ズの値が読み出される。このようにして得られたグレイ
ンサイズは、その被処理基板（５）のグレインサイズと
して決定される。このようなグレインサイズの測定は、
被処理基板（５）上の複数ポイントで行うことにより、
ＥＬＡエネルギーの照射領域内におけるばらつきを管理
することができる。また、記憶部（２）に保持される情
報は、ＥＬＡ装置の特性や、装置の使用時間に応じて、
書き換えたり、メモリを交換する等により、長期的な条
件変動にも対応することもできる。
【００２５】このような本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の評
価は、光反射率の測定、即ち、適当な光照射とその反射
光の採光により行われる。従って、インラインモニタリ
ングが可能となり、ｐ−Ｓｉ膜の形成工程直後に、本発
明にかかるグレインサイズ測定工程を設置して、ＥＬＡ
の管理を行うことができる。図１２は、製造プロセスに
導入される評価装置である。（１）、（３）、（５）
は、各々図１１と同じ演算部、検出部、被処理基板であ
る。（４）は判定部である。判定部（４）には、目標と
するｐ−Ｓｉのグレインサイズの許容範囲の上限に対応
する光学的値と下限に対応する光学的値とが設定されて
いる。演算部（１）より送られた光学的値は、これら上
限及び下限の光学的値と比較されて、当該の被処理基板
（５）のグレインサイズが、許容範囲内にあるか否かが
調べられ、その被処理基板（５）の良否が判定される。
被処理基板（５）が不良と判定された時は、その被処理
基板（５）は次工程への移送が禁止される。
価は、光反射率の測定、即ち、適当な光照射とその反射
光の採光により行われる。従って、インラインモニタリ
ングが可能となり、ｐ−Ｓｉ膜の形成工程直後に、本発
明にかかるグレインサイズ測定工程を設置して、ＥＬＡ
の管理を行うことができる。図１２は、製造プロセスに
導入される評価装置である。（１）、（３）、（５）
は、各々図１１と同じ演算部、検出部、被処理基板であ
る。（４）は判定部である。判定部（４）には、目標と
するｐ−Ｓｉのグレインサイズの許容範囲の上限に対応
する光学的値と下限に対応する光学的値とが設定されて
いる。演算部（１）より送られた光学的値は、これら上
限及び下限の光学的値と比較されて、当該の被処理基板
（５）のグレインサイズが、許容範囲内にあるか否かが
調べられ、その被処理基板（５）の良否が判定される。
被処理基板（５）が不良と判定された時は、その被処理
基板（５）は次工程への移送が禁止される。
【００２６】このように、ＥＬＡ工程の後に、本発明の
評価工程を設置することで、ＥＬＡ直後のグレインサイ
ズを測定し、湿気や異物、光学系の汚染、レーザー光源
の消耗等、何らかの理由によりレーザー照射エネルギー
が変化して、グレインサイズが十分に大きくならなかっ
た場合、即、製造を中止して破棄する、あるいは、ｐ−
Ｓｉ膜のエッチング工程に送り、ｐ−Ｓｉ膜を除去し
て、再び成膜工程からやり直す等の措置が講じられる。
更に、ＥＬＡと本発明の評価工程を一体化することで、
レーザー照射を行いながら、ｐ−Ｓｉ膜の評価を同時的
に行い、ＥＬＡにフィードバックすることで、レーザー
パワーを常時最適に調整しながらのＥＬＡが可能とな
る。
評価工程を設置することで、ＥＬＡ直後のグレインサイ
ズを測定し、湿気や異物、光学系の汚染、レーザー光源
の消耗等、何らかの理由によりレーザー照射エネルギー
が変化して、グレインサイズが十分に大きくならなかっ
た場合、即、製造を中止して破棄する、あるいは、ｐ−
Ｓｉ膜のエッチング工程に送り、ｐ−Ｓｉ膜を除去し
て、再び成膜工程からやり直す等の措置が講じられる。
更に、ＥＬＡと本発明の評価工程を一体化することで、
レーザー照射を行いながら、ｐ−Ｓｉ膜の評価を同時的
に行い、ＥＬＡにフィードバックすることで、レーザー
パワーを常時最適に調整しながらのＥＬＡが可能とな
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明で、半導体膜の結晶粒径の評価工
程が製造工程に挿入可能となったので、常時、半導体膜
形成工程の管理を行うことができる。これにより、形成
直後の半導体膜の膜質が許容範囲外になった場合、即、
製造を中止することができ、不良品を早い段階で発見す
ることができる。このため、余分なコストが削減され、
歩留まりが向上される。また、製造工程と平行して膜評
価を行い、これを半導体膜形成工程に反映されること
で、常時、最適な条件に微調整されるので、特性の良好
な半導体装置が製造される。
程が製造工程に挿入可能となったので、常時、半導体膜
形成工程の管理を行うことができる。これにより、形成
直後の半導体膜の膜質が許容範囲外になった場合、即、
製造を中止することができ、不良品を早い段階で発見す
ることができる。このため、余分なコストが削減され、
歩留まりが向上される。また、製造工程と平行して膜評
価を行い、これを半導体膜形成工程に反映されること
で、常時、最適な条件に微調整されるので、特性の良好
な半導体装置が製造される。
【図１】本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の反射率の波長依存
性を測定した関係図である。
性を測定した関係図である。
【図２】本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の反射率の波長依存
性を測定した関係図である。
性を測定した関係図である。
【図３】本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の反射率の波長依存
性を測定した関係図である。
性を測定した関係図である。
【図４】本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の反射率の波長依存
性を測定した関係図である。
性を測定した関係図である。
【図５】図１における反射率の波長依存性の曲線から１
次変化率を求めた関係図である。
次変化率を求めた関係図である。
【図６】図２における反射率の波長依存性の曲線の１次
変化率を求めた関係図である。
変化率を求めた関係図である。
【図７】図３における反射率の波長依存性の曲線の１次
変化率を求めた関係図である。
変化率を求めた関係図である。
【図８】図４における反射率の波長依存性の曲線の１次
変化率を求めた関係図である。
変化率を求めた関係図である。
【図９】１次変化率の極小値とｐ−Ｓｉ膜のグレインサ
イズとの関係図である。
イズとの関係図である。
【図１０】レーザーエネルギーと１次変化率の極小値と
の関係図である。
の関係図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる半導体膜の評価
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる半導体膜の形成
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図１３】照射レーザーエネルギーとグレインサイズと
の関係図である。
の関係図である。
１ 演算部 ２ 記憶部 ３ 検出部 ４ 判定部 ５ 被処理基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 清 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体膜の所定の波長域における光の反
射率に基づいて半導体膜の結晶粒径を割り出すことを特
徴とする半導体膜の評価方法。 - 【請求項２】 基板上の半導体膜の評価方法において、 複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率に関
する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらかじめ
調べるとともに、評価すべき半導体膜の前記所定の波長
域における光の反射率を測定し、それに関する前記光学
的値を求め、該光学的値を前記あらかじめ調べた複数の
光学的値と結晶粒径との対応に照合することにより前記
評価すべき半導体膜の結晶粒径を決定することを特徴と
する半導体膜の評価方法。 - 【請求項３】 前記光学的値は、前記反射率の１次変化
率における極小値であることを特徴とする請求項２記載
の半導体膜の評価方法。 - 【請求項４】 前記反射率は前記半導体膜に垂直に入射
した光の反射率であり、前記所定の波長域は、前記反射
率あるいはその１次変化率の波長に対する依存性の特異
領域であって５００ｎｍに最も近い特異領域であること
を特徴とする請求項２または請求項３記載の半導体膜の
評価方法。 - 【請求項５】 基板上の半導体膜を評価する半導体膜の
評価装置において、 前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照射手段
と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を検出す
る反射光検出手段と、前記反射光検出手段からの情報を
演算して光学的値を算出する演算手段と、あらかじめ複
数の同種の半導体膜に関して前記光学的値と結晶粒径値
とを対応させて保持した記憶手段と、前記演算手段で算
出された光学的値を基に前記記憶手段から対応する結晶
粒径値を選択して前記半導体膜の結晶粒径値を決定する
評価手段と、を有することを特徴とする半導体膜の評価
装置。 - 【請求項６】 前記演算手段は、前記反射光検出手段か
らの情報を基に前記半導体膜の所定波長域における光の
波長と反射率に関する値との関係より光学的値を算出
し、前記記憶手段は、あらかじめ複数の同種の半導体膜
に関して前記所定波長域における光の波長と反射率に関
する値との関係より算出された光学的値とその時の結晶
粒径値とを対応させて保持していることを特徴とする請
求項５記載の半導体膜の評価装置。 - 【請求項７】 前記光学的値は、前記半導体膜の所定の
波長域における前記反射率の１次変化率における極小値
であることを特徴とする請求項６記載の半導体膜の評価
装置。 - 【請求項８】 前記反射率は前記半導体膜に垂直に入射
した光の反射率であり、前記所定の波長域は、反射率あ
るいはその１次変化率の波長に対する依存性の特異領域
であって５００ｎｍに最も近い特異領域であることを特
徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の半導
体膜の評価装置。 - 【請求項９】 基板上の半導体膜の形成方法において、 複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率に関
する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらかじめ
調べ、これに基づいて所望の結晶粒径を得るための閾値
となる光学的値を設定するとともに、半導体膜の形成後
にその形成した半導体膜の前記所定の波長域における光
の反射率に関する前記光学的値を求め、該光学的値を前
記閾値とを比較して、前記形成した半導体膜の良否を判
定することを特徴とする半導体膜の形成方法。 - 【請求項１０】 基板上の半導体膜の形成方法におい
て、 複数の半導体膜の所定の波長域における光の反射率に関
する光学的値とその時の結晶粒径との対応をあらかじめ
調べ、これに基づいて所望の結晶粒径を得るための閾値
となる光学的値をあらかじめ設定する工程と、非晶質半
導体膜を形成する工程と、形成した非晶質半導体膜にレ
ーザーアニールを施して結晶化する工程と、この結晶化
した半導体膜の前記所定の波長域における光の反射率に
関する前記光学的値を求め、該光学的値を前記閾値とを
比較して、前記形成した半導体膜の良否を判定する工程
とを有することを特徴とする半導体膜の形成方法。 - 【請求項１１】 前記光学的値は、前記反射率の１次変
化率における極小値であることを特徴とする請求項９ま
たは請求項１０記載の半導体膜の形成方法。 - 【請求項１２】 前記反射率は前記半導体膜に垂直に入
射した光の反射率であり、前記所定の波長域は、反射率
あるいはその１次変化率の波長に対する依存性の特異領
域であって５００ｎｍに最も近い特異領域であることを
特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の
半導体膜の形成方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03734298A JP3342387B2 (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-19 | 半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法 |
| US09/032,243 US6218198B1 (en) | 1997-02-28 | 1998-02-27 | Method and apparatus for evaluating semiconductor film, and method for producing the semiconductor film |
| US09/790,915 US6426791B2 (en) | 1997-02-28 | 2001-02-22 | Method and apparatus for evaluating semiconductor film, and method for producing the semiconductor film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4677097 | 1997-02-28 | ||
| JP9-46770 | 1997-02-28 | ||
| JP03734298A JP3342387B2 (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-19 | 半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10300662A true JPH10300662A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3342387B2 JP3342387B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=26376482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03734298A Expired - Fee Related JP3342387B2 (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-19 | 半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6218198B1 (ja) |
| JP (1) | JP3342387B2 (ja) |
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| WO2019049692A1 (ja) * | 2017-09-06 | 2019-03-14 | 株式会社ブイ・テクノロジー | 結晶化モニタ方法、レーザアニール装置、およびレーザアニール方法 |
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| US6521492B2 (en) * | 2000-06-12 | 2003-02-18 | Seiko Epson Corporation | Thin-film semiconductor device fabrication method |
| JP4715016B2 (ja) * | 2001-02-15 | 2011-07-06 | ソニー株式会社 | ポリシリコン膜の評価方法 |
| KR20020092231A (ko) * | 2001-06-01 | 2002-12-11 | 가부시끼가이샤 도시바 | 막질 검사 방법과 막질 검사 장치 |
| TWI254792B (en) * | 2003-07-01 | 2006-05-11 | Au Optronics Corp | Detecting method and device of laser crystalline silicon |
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| CN107677686B (zh) * | 2017-09-28 | 2021-01-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光线透过窗集成装置及采用该装置的设备 |
| CN110411378B (zh) * | 2019-08-06 | 2021-02-09 | 杭州众硅电子科技有限公司 | 一种晶圆检测装置及其检测方法 |
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| JPH0961344A (ja) | 1995-08-24 | 1997-03-07 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 表面処理終点検出方法 |
| JPH0990330A (ja) | 1995-09-20 | 1997-04-04 | Advanced Display:Kk | 液晶表示装置の製法 |
| US5825498A (en) * | 1996-02-05 | 1998-10-20 | Micron Technology, Inc. | Ultraviolet light reflectance method for evaluating the surface characteristics of opaque materials |
-
1998
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