JP5389586B2 - 半導体薄膜の結晶性評価方法及び結晶性評価装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−２２６２６０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 請求項１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。
3. 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。
4. 請求項３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。
5. 請求項３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。
6. 請求項５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。

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