TWI601953B

TWI601953B - Oxide semiconductor thin film evaluation device

Info

Publication number: TWI601953B
Application number: TW103131582A
Authority: TW
Inventors: 林和志; 岸智
Original assignee: 神戶製鋼所股份有限公司
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-10-11
Also published as: EP3046141A1; WO2015037596A1; KR101648696B1; KR20160031564A; EP3046141B1; US20160223462A1; JP5732120B2; JP2015056583A; TW201530126A; CN105518843A; HUE034629T2; EP3046141A4; CN105518843B

Description

氧化物半導體薄膜之評估裝置

本發明係關於使用於液晶顯示器或有機EL顯示器等之顯示裝置的薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)之半導體層用氧化物(以下，稱為「氧化物半導體薄膜」)之評估裝置。詳細而言，關於非接觸型對氧化物半導體薄膜之移動度及應力耐性進行評估的裝置。

非晶質氧化物半導體薄膜比起泛用非晶質矽(以下，稱為「a-Si」)具有較高的載體移動度，光學帶隙較大，可以以低溫成膜。因此，被期待適用於要求大型、高解像度、高速驅動之下一代的顯示器或耐熱低之樹脂基板等。

即使在氧化物半導體薄膜中，尤其也以包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)、錫(Sn)等之至少一種的例如In-Ga-Zn-O、In-Ga-Zn-Sn-O等之非晶質氧化物半導體薄膜因具有非常高的載體移動度，故適合使用於TFT。

但是，氧化物半導體薄膜因在成膜工程中產生之格子缺陷或膜中之氫等之雜質使得氧化物半導體之移動度產生偏差，而對TFT特性造成壞影響。

再者，氧化物半導體薄膜比起使用a-Si之時，有電特性容易變動，可靠性低之問題。例如在有機EL顯示器中，使有機EL元件發光之期間，驅動TFT之閘極電極持續被施加正電壓，藉由電壓之施加，在閘極絕緣膜和半導體層之界面補獲電荷，臨界值電壓(以下，稱為「Vth」)變化)，開關特性變化則成為問題。

因此，在顯示裝置等之製造工程中，正確測量、推測成膜的氧化物半導體薄膜之移動度，或臨界值電壓之移動量(以下，稱為「△Vth」)，評估氧化物半導體薄膜之特性，反饋其結果而調整製造條件進行膜質之品質管理，從提升生產性之觀點來看為重要。

就以氧化物半導體薄膜之特性評估方法而言，通常在氧化物半導體薄膜形成閘極絕緣膜或鈍化絕緣膜而進行電極設置，並且測量移動度或臨界值等之特性。但是，在需要電極設置的接觸型之特性評估方法中，花費用以電極設置之時間或成本。再者，藉由進行電極設置，有在氧化物半導體薄膜產生新的缺陷之虞。從提升製造良率等之觀點來看，要求不需要電極設置的非接觸型之特性評估手法。

就以不需要電極設置，以非接觸，評估氧化物半導體薄膜之移動度的方法而言，如專利文獻1所示般，本申請人揭示有藉由微波光導電衰減法的評估方法及用於該評估方法的評估裝置。該技術對形成有氧化物半導體薄膜之試料照射雷射，測量因應該雷射照射所激發之過剩載體而變化之微波之反射率的變化，算出壽命值，評估氧化物半導體薄膜之移動度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-33857號公報

上述專利文獻1之技術不需要在半導體薄膜進行電極設置，再者，可以在短時間並且高精度測量半導體薄膜之移動度。但是，在專利文獻1中無法評估應力耐性。因此，針對應力耐性依然藉由需要電極設置之NBTI(Negative Bias Temperature Instability)試驗等來進行評估。

因此，為了評估氧化物半導體薄膜之移動度和應力耐性，分別需要不同的裝置。如此之現狀不僅會對生產性造成很大之影響，因需要準備複數之裝置，故有製造成本變高之問題。

本發明係鑒於上述事情而創作出，其目的在於提供以非接觸型正確且在相同裝置簡便地測量當作氧化物半導體薄膜之電特性的移動度和應力耐性，包含電特性之預測、推測的評估的評估裝置。

能達成上述課題之本發明之氧化物半導體薄膜之評估裝置具有下述要旨，具備：第1激發光照射手段，其係對形成有氧化物半導體薄膜之試料之測量部位，照射第1激發光而在上述氧化物半導體薄膜中生成電子-電洞對；電磁波照射手段，其係對上述試料之測量部位，照射電磁波；反射電磁波強度檢測手段，其係檢測出藉由上述第1激發光之照射而變化之上述電磁波的來自上述試料之反射電磁波強度；第2激發光照射手段，其係對上述試料照射第2激發光而從上述氧化物半導體薄膜生成光致發光；發光強度測量手段，其係測量上述光致發光之發光強度；及評估手段，其係根據上述反射電磁波強度檢測手段之檢測資料及上述發光強度測量手段之測量資料而評估上述試料之移動度及應力耐性，上述第1激發光照射手段和上述第2激發照射手段為相同或不同之激發光照射手段。

在本發明中，上述第1激發光照射手段以具有輸出上述氧化物半導體薄膜之帶隙以上之能量的光源為佳，再者，上述第2激發光照射手段具有輸出與存在於上述氧化物半導體薄膜之帶隙中之缺陷準位相當之能量的光源。

再者，上述第2激發光照射手段具有輸出僅使特定波長之光致發光從上述氧化物半導體薄膜激發之能量的光源。

並且，在本發明中，以在上述第1激發光和上述第2激發光之光路上，具備有變更上述第1激發光及/或第2激發光之光路的光路切換手段為佳，再者，以上述光路切換手段被設置成上述第1激發光和上述激發光照射至上述試料之相同或不同的測量處為佳。

為了實施本發明，其實施樣以具備將上述第1 激發光和上述電磁波誘導至上述試料之上述測量部位的導波管，並且在上述導波管之上述試料側開口部附近之側面，設置有上述第2激發光之導入口為佳。

若藉由本發明時，可以提供非接觸型，正確並且簡便地預測、推測而評估氧化物半導體薄膜之移動度和應力耐性的裝置。尤其，若藉由本發明時，可以以相同裝置評估移動度和應力耐性。

因此，比起氧化物半導體之移動度和應力耐性之評估需要各別的評估裝置的以往例，評估裝置導入成本低，再者也可以刪減評估裝置設置空間。

若藉由使用本發明之裝置時，在液晶顯示裝置等之製造生產線，因可以在線上以短時間並且非接觸型進行氧化物半導體薄膜之電特性，故可以使良率變高等之提升生產性，可以適當地進行氧化物半導體之品質管理。

1‧‧‧第1激發光照射手段(脈衝雷射)

1a‧‧‧激發光照射手段(脈衝雷射)

2‧‧‧第2激發光照射手段(脈衝雷射或CW雷射)

3‧‧‧電磁波照射手段(微波振盪器)

4‧‧‧方向性結合器

4a‧‧‧相位調整器

5‧‧‧魔T

6a‧‧‧第1導波管(訊號用導波管)

6b‧‧‧第2導波管(參照用導波管)

6c‧‧‧微小開口(第1導波管)

6d‧‧‧開口部(第1導波管)

6e‧‧‧開口部(第2導波管)

7‧‧‧反射電磁波強度檢測手段(混合器)

8‧‧‧訊號處理裝置

9‧‧‧評估手段

10‧‧‧平台控制器

11‧‧‧X-Y平台

12‧‧‧光路變更手段(鏡)

13‧‧‧光路變更手段(鏡)

14‧‧‧光路變更手段(鏡)

15‧‧‧光路切換手段

16‧‧‧聚光手段(聚光透鏡)

17‧‧‧橢圓面鏡

18‧‧‧光誘導路

19‧‧‧發光強度測量手段

20‧‧‧試料

20a‧‧‧試料

21‧‧‧第2激發光導入口(玻璃)

22‧‧‧光致發光

23‧‧‧透光構件

24‧‧‧微波洩漏防止用濾波器

25‧‧‧第2激發光

26‧‧‧第1激發光

27‧‧‧微波

28‧‧‧測量部位

圖1為表示本發明之評估裝置之一例的概略說明圖。

圖2為表示本發明之評估裝置之其他例的概略說明圖。

圖3為表示本發明之評估裝置之另一其他例的概略說明圖。

圖4為表示與使用橢圓面鏡之光致發光之聚光有關的概略說明圖。

圖5為在導波管前端開口部附近設置有第2激發光導入口之導波管之概略說明圖。

如先前所述般，本案申請人先提案藉由微波光導電衰減法的評估方法，作為評估氧化物半導體薄膜之移動度的技術。藉由微波光導電衰減法之評估手法為不需要電極設置之非接觸型之測量，而且由於可以在短時間進行測量，故即使在本發明中，針對移動度也藉由已知之微波光導電衰減方法來進行評估。

另外，針對應力耐性，因在先前提案之技術中無法評估，故本發明者針對應力耐性之評估方法進行深入研究。其結果，研究出作為非接觸型，簡便地評估(預測、推測)氧化物半導體薄膜之應力耐性的指標，以測量對形成有氧化物半導體薄膜之試料照射激發光而激發的光致發光之發光強度為有效果。本發明者研究之結果，發現光致發光之發光強度，較佳為峰值強度和△Vth通常具有良好的相關關係。即是，可知有當光致發光之發光強度(以下，也包含較佳實施態樣的峰值強度)變大時，△Vth也變大，應力耐性下降之傾向。因此，根據光致發光之發光強度之測量結果，可以幾乎掌握氧化物半導體薄膜之應力耐性之優劣例如合否之判定等。

根據上述見解，針對可評估移動度和應力耐性之裝置的構成，進行研究之結果，移動度評估所需之構成和應力耐性之評估所需之構成，具有重覆之構成。並且，深入研究結果，藉由將以往之移動度之評估裝置進行一部分改良，在上述移動度之評估裝置具備應力耐性之評估所需之構成，可不僅移動度，連應力耐性也可以在相同裝置進行評估。

以下，針對本發明之實施型態，使用圖面詳細進行說明。但是，本發明之評估裝置並不限定於以下之構成，亦可以適當地進行變更。

圖1為表示氧化物半導體薄膜之移動度及應力耐性之評估所使用之評估裝置之一例的概略說明圖。圖1所示之評估裝置具備對氧化物半導體薄膜和基板所構成之試料20之測量部位照射第1激發光之脈衝雷射等之第1激發光照射手段1、照射微波(以下，稱為「電磁波」)的微波振盪器等之電磁波照射手段3、檢測出藉由第1激發光的來自試料20之反射電磁波之強度的混合器等之反射電磁波檢測手段7，藉由該構成，可以測量移動度。再者，具備對與試料20之電磁波強度測量部分相同或不同之測量部分，照射第2激發光的脈衝電射或CW雷射等之第2激發光照射手段2、測量藉由其第2激發光之照射而生成的光致發光之發光強度的發光強度測量手段19，藉由該構成，可以測量應力耐性。然後，具備有根據反射電磁波強度之檢測資料和發光強度之測量資料，評估試料之移動度及應力耐性之評估手段9。

以下，針對根據圖1評估移動度之時的裝置構成進行說明。並且，針對移動度之測量方法之詳細，因揭示於日本特開2012-33857號公報，故若參照此即可。

用以評估移動度之裝置構成，從圖1所示之構成中，具備有第1激發光照射手段1、電磁波照射手段3、反射電磁波強度檢測手段7及評估手段9，其他就以較佳之構成而言，具備有方向性結合器4、相位調整器4a、魔T(magic T)5、訊號用導波管之第1導波管-6a、參照用導波管之第2導波管-6a、訊號處理裝置8、平台控制器10、X-Y平台11、試料台(無圖示)、基板保持部(無圖示)、鏡部等之光路變更手段12及聚光透鏡等之聚光手段16。

試料20係由以玻璃等所組成之基板，和被形成在其表面之激發光側之氧化物半導體薄膜所構成。氧化物半導體之種類並不特別限定，使用由例如In、Ga、Zn及Sn所組成之群中選擇出之至少一種以上之組合而構成的非晶質之氧化物半導體。作為氧化物半導體，可舉出例如In氧化物、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、In-S-Zn氧化物、In-Ga氧化物、Zn-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Zn氧化物等。氧化物半導體之薄膜若為例如數10nm~100nm左右之厚度即可。

再者，基板可以使用各種基板，例如可以使用例如厚度0.7mm左右，大小超過被稱為第1代至第10代的數10cm²至數m²的液晶顯示裝置用之玻璃基板等。

再者，試料20即使具有在基板上直接形成上述氧化物半導體薄膜之部分A，和在基板上形成鉬等之金屬膜，在其上方，形成有上述氧化物半導體薄膜之部分B亦可，將具有如此之部分A、B之試料設為試料20a。試料20a之部分A因在基板直接形成氧化物半導體薄膜，故可以防止微波之反射，並可以敏感度佳地測量移動度。再者，試料20a之部分B係於對上述試料照射激發光之時，可以避開來自基板之致光發光之生成，故可以更提高應力耐性之評估精度。於使用如此之試料時，藉由使用例如後述圖2中所說明般的光路切換手段15，可以對因應圖中以部分A所示之移動度和，圖中以部分B所示之應力耐性之評估的試料之測量部位，照射激發光。

並且，於來自基板之光致發光之發光對氧化物半導體薄膜之應力耐性之評估造成的影響之程度小之情況下，即使使用直接在基板上僅形成上述氧化物半導體薄膜之試料亦可。於使用如此之試料20之時，例如圖1或圖3中說明般，可對與用以評估移動度之第1激發光之測量部位相同之處照射用以評估應力耐性之第2激發光。因藉由對相同處照射第1和第2激發光，可以進行再相同處的移動度和應力耐性之評估，故較理想。

第1激發光照射手段1具有輸出照射至試料 20之第1激發光的光源，藉由第1激發光之照射使氧化物半導體薄膜中產生電子-電洞。最佳為具有輸出屬於氧化物半導體薄膜之帶隙以上之能量之激發光的光源。藉由輸出氧化物半導體薄膜之帶隙以上之能量，因可以有效率地產生載體，高敏感度地進行測量，故為理想。就以輸出帶隙以上之能量的第1激發光照射手段而言，例如若光源使用紫外線雷射即可。具體而言，將波長349nm、功率1μJ/pulse、脈衝寬15ns左右、光束徑1.5mm左右之脈衝狀之紫外光的YLF雷射等第三諧波等當作激發光而予以射出的脈衝雷射等之半導體雷射等。

再者，第1激發光照射手段1係將從評估手段9如虛線所示般被傳送之時序訊號的輸入當作觸發器而輸出為第1激發光的脈衝光。並且，時序訊號同時也對訊號處理裝置8傳送。

從第1激發光照射手段1被輸出之第1激發光例如以鏡等之光路變更手段(以下，以鏡為代表)12被反射，並且藉由例如聚光透鏡等之聚光手段(以下，以聚光透鏡為代表)16而被聚光，通過被設置在第1導波管6a之微小開口6c，通過位於接近其第1導波管6a之試料之端部的開口部6d，對試料20之測量部位，例如直徑5~10μm左右之點照射。如此一來，鏡12及聚光透鏡16聚光從第1激發光照射手段1被輸出之第1激發光而引導至試料20之測量部位。依此，在試料20中之微小激發光照射區域的測量部分，產生激發載體。

電磁波照射手段3為輸出微波之電磁波照射手段，該微波係照射至包含藉由試料20之第1激發光所產生之激發部之部分的測量部位的電磁波。該電磁波照射手段3可舉出例如頻率26GHz之剛氏二極體(Gunn diode等)之微波振盪器。

方向性結合器4係對電磁波照射手段3被輸出之微波進行2分歧。分歧後之一方之輸出波(以下，稱為第1微波Op1)被傳送魔T(5)側，另一方之輸出波(以下，稱為第2微波Op2)被傳送至相位調整器4a、反射電磁波強度檢測手段7之LO輸入端。該方向性結合器4採用例如10dB耦合器等。

魔T(5)係對第1微波Op1進行2分歧，並且對被2分歧之第1微波各個試料20輸出反射波各個的差訊號Rt1(以下，稱為反射波差訊號)及和訊號。

藉由魔T(5)被2分歧之第1微波Op1之一方(以下，稱為第1主微波Op11)，係藉由被連接於其魔T(5)之第1導波管6a，被引導至包含試料20之測量部分的激發部之部分而從其前端之開口部6d放射。依此，第1主微波Op11被照射至試料20之測量部位。並且，第1導波管6a除了當作放射上述第1主微波Op11之導波管天線的功能外，也發揮以其前端開口部6d捕捉被照射至測量部位之第1主微波Op11之反射波，並折返引領至魔T(5)的功能。

另外，藉由魔T(5)被2分歧之第1微波 Op1之另一方(以下，稱為第1副微波Op12)，係藉由被連接於其魔T(5)之第2導波管6b，被引導至包含試料20a之測量部分附近，即是被引導至不包含藉由激發光所產生之激發部的部分而從其前端之開口部6e放射。依此，第1副微波Op12被照射至試料20a之測量部位附近。並且，第2導波管6b除了當作放射上述第1副微波Op12之導波管天線的功能外，也發揮以其前端開口部6e捕捉被照射至測量部位附近之第1副微波Op12之反射波，並折返引領至魔T(5)的功能。在此，第1導波管6a引導微波之路徑長，和第2導波管6b引導微波之路徑長為相同路徑長，相等。

再者，藉由第1導波管6a及第2導波管6b，被引導至魔T(5)之兩個反射波，即是2分歧後之第1微波Op11、Op12分別反射至試料20，但是屬於差訊號之反射波差訊號Rt1藉由其魔T(5)被輸出，被傳送至反射電磁波強度檢測手段7之RF輸入端。

反射電磁波強度檢測手段7係藉由混合第2 微波Op2及反射波差訊號Rt1，輸出檢波訊號Sg1。該檢波訊號Sg1為表示反射波差訊號Rt1之強渡，例如被照射至試料20之第1微波Op1之反射波之強度之一例的訊號，被擷取至訊號處理裝置8。反射波差訊號Rt1係藉由激發光照射至利用基板保持部(無圖示)被保持在特定位置之試料20，其強度產生變化。如此一來，反射電磁波強度檢測手段7為檢測出反射波差訊號Rt1之強度，即使設置有輸入微波而輸出因應其強度之電流或電壓等之電訊號的微波檢測器或(檢波器)以當作該反射電磁波強度檢測手段亦可。

藉由反射電磁波強度檢測手段7所檢測出之反射波差訊號Rt1之強度藉由對試料20之測量部位照射第1激發光而變化。具體而言，反射波差訊號Rt1之強度藉由相當於第1激發光(脈衝光)之照射而暫時變強之後衰減。再者，測量部位越多雜質或缺陷等，反射波差訊號Rt1之強度之峰值變小，其衰減時間(載體壽命)也變短。

在此，針對藉由第1激發光(脈衝光)而變化之反射波差訊號Rt1之強度，從產生其峰值或高峰到衰減至特定位準之時間(衰減時間：壽命值)成為評估試料20之移動度的指標值。

訊號處理裝置8檢測出藉由反射電磁波強度檢測手段7所檢測出之反射波差訊號Rt1之強度之變化峰值Sp，將其檢測結果傳送至評估手段9之裝置。更具體而言，訊號處理裝置8係將來自評估手段9之時序訊號之輸出當作觸發器而在特定時間監視反射波差訊號Rt1之變化，並檢測出在期間所取得之反射波差訊號Rt1之位準之最高值以作為反射波差訊號Rt1之強度之變化的峰值Sp。在此，訊號處理裝置8具備對反射波差訊號Rt1施予延遲處理之延遲電路，以特定取樣頻率依序對延遲處理後之訊號檢測出訊號強度，從其檢測值之變化檢測出反射波差訊號Rt1之強度之變化的峰值Sp。

作為評估手段9，可以使用CPU、記憶部、輸入輸出訊號之界面等之電腦，並藉由CPU實行特定之程式，實行各種處理。

例如，評估手段9係對第1激發光照射手段1 及訊號處理裝置8輸出表示激發光之輸出時序的時序訊號，並且擷取藉由訊號處理裝置8所檢測出之反射波差訊號Rt1之峰值Sp而記錄於該評估手段9所具備之記憶部。相當於檢測資料之被記錄之反射波差訊號Rt1被用於試料20之載體移動度之評估。

再者，平台控制器10係依來自評估手段9之指令，控制X-Y平台11，進行試料20中之測量部位之定位控制。

在X-Y平台11之上側設置有試料台(無圖示)。試料台為由鋁、不鏽鋼或鐵等之金屬或其他導體所構成之板狀構件(以下，稱為「導體構件」)。在其上側設置基板保持部(無圖示)，並且在其基板保持部之上方，載置試料20。依此，試料台被配置在與對試料20照射上述第1微波Op11、Op12之側相反側的試料20之下側。

基板保持部為對試料台被固定在其上側之固形之介電體。基板保持部為被插入至屬於試料之基板和屬於導體構件之試料台之間的固形介電體，其材質為例如玻璃或陶瓷等之折射率比較大之介電體。依此，將基板保持部當作媒質之微波之波長變短，基板保持部可以採用厚度更薄且輕量者。

以上，若藉由用以評估本發明之移動度的構成，藉由從第1激發光照射手段1被照射之第1激發光的第1激發光，在氧化物半導體薄膜中生成光激發載體，並且藉由從電磁波照射手段3被照射之微波之電場，光激發載體運動，其運動狀態藉由半導體中之雜質、缺陷等之存在而受到影響。因此，藉由反射電磁波強度檢測手段7，檢測出來自試料之反射微波之強度，藉由以評估手段9解析，可以評估移動度。尤其，藉由反射微波之強度成為高峰之值可以評估移動度。此時，藉由評估手段9控制由X-Y平台11等所構成之平台之位置，亦可判定特定範圍之結晶性的映射測量。

接著，針對根據圖1評估應力耐性之時的裝置構成進行說明。用以評估應力耐性之裝置構成係由圖1所式之構成中，第2激發光照射手段2、發光強度側量手段19、應力耐性之評估手段9所構成。其他，就以較佳之構成而言，具備有光誘導路18、平台控制器10、X-Y平台11、試料台(無圖示)、基板保持部(無圖示)，例如鏡等之光路變更手段12、13、14及聚光透鏡16。光路變更手段若為可移動，因可以變更期待之角度，故較為理想。並且，賦予與上述移動度之裝置構成相同號碼者有省略之情形。

第2激發光照射手段2具有輸出照射至試料 20之第2激發光的光源，藉由第2激發光之照射使從氧化物半導體薄膜產生光致發光。理想為具有輸出與存在於氧化物半導體薄膜之帶隙中之缺陷位準相當的能量之光源。藉由輸出與存在於氧化物半導體薄膜之帶隙中之缺陷位準相當的能量，可以觀測與帶隙中之發光有關的缺陷位準。再者，也以具有輸出僅使例如1.6~1.9eV之特定波長之光致發光從氧化物半導體薄膜激發之能量的光源為佳。在1.6~1.9eV之範圍被觀察之發光強度和和△Vth通常具有良好之相關關係，適合於應力耐性之評估之故。

作為第2激發光照射手段，若例如光源使用紫外線雷射即可。具體而言，將波349nm、脈衝雷射之功率1μJ/pulse、脈衝寬15ns左右、光束徑1.5mm左右之脈衝狀之紫外光的YLF雷射等第三諧波等當作激發光而予以射出的脈衝雷射等之半導體雷射等為佳。其他，亦可以利用He-Cd雷射、氬離子雷射等當作可照射連續光之雷射光源。

再者，第2激發光照射手段2係於脈衝雷射之時，將從評估手段9如虛線所示般被傳送之時序訊號的輸入當作觸發器而輸出為第2激發光的脈衝光。另外，在產生連續光之雷射中，藉由評估手段9傳送例如TTL之high等之ON訊號，在所需時間，例如從100mS至數秒鐘間輸出雷射。

從第2激發光照射手段2被照射之第2激發光通過與第1激發光相同之光路而被照射至試料20。在光路，以具備有聚光透鏡16為佳，依此可以有效率地收集發光的光致發光。在圖示例中，從第2激發光照射手段2被輸出之第2激發光依序在鏡13、14、12被反射，並且藉由聚光透鏡16被聚光，通過被設置在第1導波管6a之微小開口6c，並通過接近於其第1導波管6a之試料20之端部的開口部6d，而對與第1激發光相同之試料20的測量部位照射。依此，在試料20中之微小激發光照射區域的測量部分，激發光致發光。如此一來，藉由對與第1激發光相同之測量部位照射第2激發光，可以評估相同之測量部位中之移動度和可靠性。

藉由第2激發光之照射，在光誘導路18之前端開口部補足從試料20之測量部位發光之光致發光，引導至發光強度測量手段19。此時，當在試料20之測量位置附近設置具有橢圓面之鏡17時，利用橢圓面鏡17使散亂之光致發光反射，因可以聚光於反射之焦點故為佳。再者，如圖4所示般，因若在橢圓面鏡17之反射焦點，設置光誘導路18之入射口時，因可以有效率地聚光，故較為理想。作為光誘導路18，若為可以以低損失將聚光之光致發光誘導至發光強度測量手段19者即可，例如可舉出光纖。

被引導至發光強度測量手段19之光致發光波長被分解，記錄有各光譜之發光強度。作為發光強度測量手段19，例如使用分光器在整個可視光區域測量全光譜，其中以具備有抽出在1.6~1.9eV之範圍被觀察到之峰值強度的機能為佳。再者，上述發光強度測量手段19即使組合分光器、電荷耦合元件(CCD：Charge Coupled Device)、光電子增倍管、光接收元件等之光檢測手段，和僅選擇性使1.6~1.9eV之光透過的濾波器而使用。再者，上述發光強度測量手段19以具備配合上述激發光之照射時間而進行測量之觸發器為佳。藉由從評估手段9被傳送至雷射之觸發訊號使發光強度測量手段19限於照射雷射之時間進行強度測量，依此可以高敏感度進行測量。

在發光強度測量手段19被處理之各種測量資料被傳送至評估手段9。在評估手段9中被分光之光譜當作測量資料被擷取而進行波形解析，算出被設定之能量中的發光強度比。在評估手段9中，對第2激發光照射手段2輸出表示激發光之輸出時序的時序訊號，並且將藉由發光強度測量手段19被輸出之光譜之強度值記錄在該評估手段所具備之記憶部，再者，從存在於1.6~1.9eV之範圍的寬幅峰值算出峰值強度。可以使用所取得之資料而進行應力耐性之評估。

如圖1所示般，於對試料20之相同測量部位照射第1激發光和第2激發光之時，以與第1激發光相同地使第2激發光從誘導至試料20之測量處的導波管6a之微小開口部6c通過試料20側之開口部6d而被照射之方式，若適當設置光路變更手段即可。再者，如圖5所示般，即使在第1導波管6a之試料20側之開口部6d附近之惻面，設置由例如玻璃等之透明構件所構成之第2激發光導入口21亦可。若變更第2激發光之光路而從第2激發光導入口21使第2激發光射入，而從導波管6a之開口部6d射出第2激發光時，即使在光路不同之時，亦可以將第2激發光照射至第1激發光之測量部位。此時，以在第2激發光導入口21設置使激發光透過，且不使微波透過之濾波器的微波洩漏防止用之濾波器24而防止微波之洩漏為佳，再者也在該濾波器之外側藉由玻璃等具有使激發光透過之性質的透光構件23覆蓋為佳。

以上，若藉由本發明之用以評估應力耐性之裝置構成，依據從第2激發光照射手段2被照射之第2激發光在氧化物半導體薄膜中生成光致發光，並以發光強度測量手段19分析該光致發光22之發光強度，並以評估手段9進行解析，依此可以評估應力耐性。尤其，若藉由本發明之裝置，可將第1激發光和第2激發光照射至試料之相同測量部位，可以評估氧化物半導體薄膜之相同處中之移動度和應力耐性。

接著，根據圖2、圖3，針對本發明之裝置之其他實施型態進行說明。對與上述圖1之裝置相同者賦予相同號碼省略說明。圖2、圖3為使用兼備第1激發光照射手段和第2激發光照射手段之機能的脈衝雷射等之激發光照射手段1a之例，可以從激發光照射手段1a照射用以測量移動度之第1激發光及用以評估應力耐性之第2激發光。藉由使各激發光照射所使用之光源的紫外線雷射共同化，可以刪減成本及簡化裝置構成。並且，激發光照射手段1a以成為因應各激發光之能量照射之方式，具備有輸出調整手段為佳。

於從相同之激發光照射手段1a射出第1激發光和第2激發光之時，即使使第1激發光和第2激發光之光路相同亦可，或是即使設置光路切換手段15變更第1激發光及/或第2激發光之光路而照射至試料20a不同之測量部位亦可。例如，在圖2中，從激發光照射手段1a射出之第1激發光藉由鏡12變更光路而通過第1導波管6a之微小開口6c而從開口部6d被照射至試料20a之測量部位之上述部分A。再者，從激發光照射手段1a被輸出之第2激發光藉由光路切換手段15變更光路，並被照射到與第1激發光不同之試料20a之測量部位的上述部分B。在圖3中，從激發光照射手段1a被射出之第1激發光藉由鏡14變更光路而被照射至試料20之測量部位，同樣地第2激發光也通過與第1激發光相同之光路而被照射到試料20之相同的測量部位。並且，雖然無圖示，但是亦可以適當設置光路切換手段和鏡等之光路變更手段，第1激發光和第2激發光可以照射至任意之處。

圖2所示之光路切換手段15具有可動部，和鏡等之光路變更手段，為藉由來自評估手段9之電訊號可移動而進行光路之變更或光路之阻斷者。在圖2中，於第1激發光照射時，光路切換手段15固定在不阻斷光路之位置，於第2激發光照射時，可以使光路切換手段15可移動成將第2激發光之光路變更成期待之角度。光路切換手段15之可移動動力並不特別限定，可以採用馬達或壓力空器等之眾知的驅動手段。

以上，若使用本發明之裝置時，在氧化物半導體薄膜之材料開發階段，可簡易且短時間，並且低成本地評估各種組成或濃度之氧化物半導體薄膜之移動度及應力耐性。再者，若使用本發明之裝置，因可以以非接觸型進行評估，故可使良率變高等之提升生產性，可以適當地進行氧化物半導體之品質管理。

本案發明係根據2013年9月13日提出申請的日本專利申請案號第2013-190402號主張優先權之利益。將日本專利申請案號第2013-190402號之說明書整體內容併入於本案作為參考。