(57)【要約】【課題】ポリシリコンからなる薄膜試料の異方性を評価するための指標値を、非破壊及び非接触で、かつ短時間及び高精度で測定できること。【解決手段】ポリシリコンからなる薄膜試料６に対し、偏波面の方向が各々異なる電磁波を照射し、パルスレーザ１２により薄膜試料６にそのバンドキャップ以上のエネルギーの励起光を照射し、その励起光の照射により変化する、薄膜試料６からの電磁波の反射波（反射マイクロ波）それぞれの強度をマイクロ波検出器１０により検出する。それらの反射マイクロ波の強度の比較により、薄膜試料６の結晶の異方性を評価できる。【選択図】図１
2008051713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶の異方性評価のための測定を行うポリシリコン薄膜結晶性測定装置であって、
前記薄膜試料に対する偏波面の方向が各々異なる直線偏波である電磁波を前記薄膜試料に照射する電磁波照射手段と、
所定の光源により前記薄膜試料にそのバンドキャップ以上のエネルギーの励起光を照射する励起光照射手段と、
前記励起光の照射により変化する、前記薄膜試料からの前記電磁波の反射波のそれぞれの強度を検出する電磁波強度検出手段と、
を具備してなることを特徴とするポリシリコン薄膜結晶性測定装置。
【請求項２】
前記電磁波照射手段が、
１つの前記電磁波を直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナと、
前記導波管アンテナ又は前記薄膜試料の支持部を回転させることにより前記薄膜試料に照射される前記電磁波の偏波面の方向を変更する回転機構と、を備え、
前記電磁波強度検出手段が、前記回転により前記電磁波の偏波面の方向が変更されるごとに、前記導波管アンテナにより捕捉された前記電磁波の反射波の強度を検出してなる請求項１に記載のポリシリコン薄膜結晶性測定装置。
【請求項３】
前記電磁波照射手段が、
所定の電磁波出力手段により出力される前記電磁波を２分岐させる電磁波分岐手段と、
前記電磁波分岐手段により分岐された２つの前記電磁波をそれぞれ偏波面が直交する直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナと、を備え、
前記電磁波強度検出手段が、前記導波管アンテナにより捕捉された偏波面が直交する前記電磁波の反射波それぞれについて設けられてなる請求項１に記載のポリシリコン薄膜結晶性測定装置。
【請求項４】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶の異方性評価のための測定を行うポリシリコン薄膜結晶性測定方法であって、
前記薄膜試料に対する偏波面の方向が各々異なる直線偏波である電磁波を前記薄膜試料に照射する電磁波照射手順と、
所定の光源により前記薄膜試料にそのバンドキャップ以上のエネルギーの励起光を照射する励起光照射手順と、
前記励起光の照射により変化する、前記薄膜試料からの前記電磁波の反射波のそれぞれの強度を所定の電磁波強度検出手段により検出する電磁波強度検出手順と、
を有してなることを特徴とするポリシリコン薄膜結晶性測定方法。
【請求項５】
前記電磁波照射手順が、
１つの前記電磁波を直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナを通じて前記電磁波を前記薄膜試料に照射させ、前記導波管アンテナ又は前記薄膜試料の支持部を回転させることにより前記薄膜試料に照射される前記電磁波の偏波面の方向を変更する手順を有し、
前記電磁波強度検出手順において、前記回転により前記電磁波の偏波面の方向が変更されるごとに、前記導波管アンテナにより捕捉された前記電磁波の反射波の強度を検出してなる請求項４に記載のポリシリコン薄膜結晶性測定方法。
【請求項６】
前記電磁波照射手順が、
所定の電磁波出力手段により出力される前記電磁波を２分岐させる電磁波分岐手段により分岐された２つの前記電磁波をそれぞれ偏波面が直交する直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナを通じて前記電磁波を前記薄膜試料に照射させる手順を有し、
前記電磁波強度検出手順において、前記導波管アンテナにより捕捉された偏波面が直交する前記電磁波の反射波それぞれについて設けらた前記電磁波強度検出手段により前記電磁波の反射波の強度を検出してなる請求項４に記載のポリシリコン薄膜結晶性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性（特に異方性）評価のための測定を行うポリシリコン薄膜結晶性測定装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイの技術分野において、厚さ数十ｎｍ（ナノメートル）程度のＴＦＴ素子をガラス基板上に形成させるＳＯＧ(System On Glass)技術が注目されている。
従来、液晶表示装置のガラスパネルに形成されるＴＦＴ素子は、主としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜で構成されている。しかしながら、昨今、液晶表示装置の表示映像の高精細化、高画質化、大画面化及び応答速度の向上に対応するため、液晶表示装置のガラスパネル（ガラス基板上）に、電界効果移動度の高いポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜で構成されたＴＦＴ素子を形成させる技術が進展してきている。
ガラス基板上にｐ−Ｓｉ薄膜を形成させる方法は、高温プロセス法と低温プロセス法とに大別される。
高温プロセス法は、約１０００℃の高温処理工程を有するため、ガラス基板の材料として、耐熱性の高い石英ガラスなどを採用する必要がある。しかしながら、高耐熱性の石英ガラスなどは高価であり、コスト的に採用し難い。
一方、低温プロセス法は、ａ−Ｓｉ部材にパルスレーザを照射するレーザアニールにより、そのａ−Ｓｉを結晶化させてｐ−Ｓｉ薄膜を生成する。このため、ガラス基板の材料として、比較的耐熱性の低い安価なガラスを採用できる。
しかしながら、レーザアニ−ルによる結晶化によって得られたｐ−Ｓｉ薄膜は、その結晶性がばらつきやすく、例えば、結晶粒構造に異方性（結晶粒が楕円形である等）が生じる場合がある。この異方性の評価（測定）は、ガラス基板上のＴＦＴ素子の性能を確保する上で重要な指標である。
一方、従来の薄膜試料の結晶性の評価手法としては、ラマン分光による結晶性評価、Ｘ線回析法、ラザフォード後方散乱法、透過電子回析法及び走査式電子顕微鏡を用いた結晶性評価などが知られている。
例えば、特許文献１には、ラマン分光によりアモルファス結晶シリコンのラマンシフトを測定することにより、薄膜試料の結晶化の過程を評価する技術が示されている。
【特許文献１】特開２００２−１７６００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ラマン分光による結晶性評価、Ｘ線回析法、ラザフォード後方散乱法及び透過電子回析法は、試料の異方性を測定（評価）することはできないという問題点があった。
また、走査式電子顕微鏡を用いた結晶性評価は、本質的に破壊試験であり、さらに、測定時間も長時間を要することから、生産プロセスでの製品検査への適用には不向きであるという問題点があった。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポリシリコン薄膜試料の異方性を評価するための指標値を、非破壊及び非接触で、かつ短時間及び高精度で測定できるポリシリコン薄膜結晶性測定装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる薄膜試料の異方性評価のための測定を行うポリシリコン薄膜結晶性測定装置として構成されるものであり、以下の（１）〜（３）に示す各手段を備えることを特徴とする。
（１）前記薄膜試料に対する偏波面の方向が各々異なる電磁波を前記薄膜試料に照射する電磁波照射手段。
（２）所定の光源により前記薄膜試料にそのバンドキャップ以上のエネルギーの励起光を照射する励起光照射手段。
（３）前記励起光の照射により変化する、前記薄膜試料からの前記電磁波の反射波のそれぞれの強度を検出する電磁波強度検出手段。
ポリシリコン試料に電磁波を照射すると、そのポリシリコン試料中の自由電子が、その電磁波の電界（振動電界）方向の逆方向に運動（移動）するが、その運動状態は、試料中の不純物、欠陥、結晶界面の存在によって影響を受ける。このため、前記ポリシリコン試料に照射した電磁波（直線偏波）の反射波の強度（照射波の強度に対する変化）は、試料の結晶性（不純物、欠陥、結晶界面の状況など）の指標となる。しかもその反射波の強度の検出（測定）は、非破壊かつ非接触で、ごく短時間のうちに行うことができる。
しかしながら、ポリシリコン試料の厚みが数ｎｍ〜数十ｎｍ程度と薄い（薄膜試料である）場合、電磁波の照射波に対する反射波の強度の変化はごく微小となり、十分な測定感度が得られない結果、十分な測定精度が確保されない。これに対し、前記薄膜試料（ポリシリコンからなる薄膜試料）にそのバンドキャップ以上のエネルギーの励起光を照射することにより、試料中に光励起キャリアが発生し、その光励起キャリアが自由電子と同様に電磁波の偏波面の方向に運動する。従って、前記励起光の照射により変化する前記反射波の強度を検出すれば、試料の結晶性を高感度かつ高精度で測定できる。
また、前記薄膜試料に対し、偏波面の方向が各々異なる電磁波（直線偏波）を照射し、その反射波それぞれの強度を比較すれば、その偏波面の方向ごとの結晶性の違い、即ち、異方性を評価することができる。
【０００５】
ここで、前記電磁波照射手段が、次の（４．１）及び（５．１）に示す構成要素を備えることが考えられる。
（４．１）１つの前記電磁波を直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナ。
（５．１）前記導波管アンテナ又は前記薄膜試料の支持部を回転させることにより前記薄膜試料に照射される前記電磁波の偏波面の方向を変更する回転機構。
この場合、前記電磁波強度検出手段は、前記回転により前記電磁波の偏波面の方向が変更されるごとに、前記導波管アンテナにより捕捉された前記電磁波の反射波の強度を検出するものである。
これにより、前記薄膜試料における任意の方向の異方性を評価するための指標値（前記反射波の強度）を得ることができる。
一方、前記電磁波照射手段が、次の（４．２）及び（５．２）に示す構成要素を備えることが考えられる。
（４．２）所定の電磁波出力手段により出力される前記電磁波を２分岐させる電磁波分岐手段。
（５．２）前記電磁波分岐手段により分岐された２つの前記電磁波をそれぞれ偏波面が直交する直線偏波として前記薄膜試料に導くとともに、前記電磁波の反射波を捕捉する導波管アンテナ。
この場合、前記電磁波強度検出手段は、前記導波管アンテナにより捕捉された偏波面が直交する前記電磁波の反射波それぞれについて設けられる。
これにより、装置構成を回転機構を要しないシンプルな構成にできるとともに、１回の測定によって（短時間で）直交する２方向における異方性を評価するための指標値（前記反射波の強度）を得ることができる。
なお、本発明は、以上に示したポリシリコン薄膜結晶性測定装置を用いて、ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶の異方性評価のための測定を行うポリシリコン薄膜結晶性測定方法として捉えることもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ポリシリコンからなる薄膜試料について、その異方性評価の指標となる測定値（偏波面の方向が各々異なる電磁波（直線偏波）の反射波の強度）を、非破壊及び非接触で、かつ短時間及び高精度で測定できる。
また、前記導波管アンテナ又は前記薄膜試料の支持部を回転させることにより前記薄膜試料に照射される前記電磁波の偏波面の方向を変更することにより、前記薄膜試料について、任意の方向における異方性を評価するための測定値を容易に得ることができる。
一方、前記導波管アンテナにより、２分岐された前記電磁波をそれぞれ偏波面が直交する直線偏波として前記薄膜試料に導き、その反射波それぞれについて強度を強度を検出することにより、装置構成を回転機構を要しないシンプルな構成にできるとともに、１回の測定（ごく短時間の測定）によって直交する２方向における異方性を評価するための測定値を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明の第１実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１の概略構成を表す図、図２はポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１による測定手順を表すフローチャート、図３はポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１による測定値（反射電磁波強度）の一例を表すグラフ、図４は本発明の第２実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ２の概略構成を表す図である。
【０００８】
［第１実施形態］
まず、図１に示す概略構成図を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１（以下、「結晶性測定装置Ｘ１」と記載する）について説明する。
結晶性測定装置Ｘ１は、ガラス等からなる基板上に形成されたポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる薄膜試料６（以下、試料６という）の異方性評価に用いる測定値を取得するための装置である。
結晶性測定装置Ｘ１は、図１に示すように、マイクロ波発振器１、サーキュレータ２、導波管３、Ｅ−Ｈチューナ４、導波管アンテナ５、試料台７、回転機構９、ミラー８、マイクロ波検出器１０、計算機１１、パルスレーザ１２を備えて構成されている。
【０００９】
パルスレーザ１２は、薄膜半導体（前記薄膜試料６）を効率良く励起できる光を出射する光源であることが望ましい。そのような光源としては、例えば、波長３４９ｎｍの紫外光を１０ｎｓのパルス幅で出射する光源が考えられる。また、このパルスレーザ１２の出力光（励起光）は、前記試料６のバンドキャップ以上のエネルギーを有する。
パルスレーザ１２から出射された励起光は、ミラー８で反射され、導波管３に設けられた微小開口３ａ及び導波管アンテナ５を通過し、試料台７に載置された前記試料６の表面の微小な測定部位に対して照射される。これにより、前記試料６の測定部位において、励起キャリアが発生する。
なお、パルスレーザ１２（光源）により出力される励起光を前記試料６へ導くミラー８が、励起光照射手段の一例である。
また、光源を連続発振のレーザ光源とし、音響光学変調器やチョッパにより構成される変調器により、前記試料６に照射する励起光を一定周期（一定の周波数）で強度変調することも考えられる。
【００１０】
マイクロ波発振器１は、パルス光により励起された前記試料６に照射する電磁波であるマイクロ波を出力するものである。このマイクロ波発振器１には、例えば、周波数２６ＧＨｚのガンダイオード等を採用することができる。
導波管アンテナ５は、図１に示すように、その先端開口部が前記試料６に近接配置され、その断面が矩形状であり、マイクロ波を、その矩形状断面における端辺方向の偏波面を有する直線偏波（端辺方向が電界方向となるマイクロ波）として伝送する。この導波管アンテナ５は、導波管３を経由してくるマイクロ波（電磁波）を直線偏波として前記試料６へ導くとともに、その前記試料６に反射したマイクロ波（以下、反射マイクロ波という）を捕捉して、再び直線偏波として導波管３に導く。
回転機構９は、導波管アンテナ５を回転させることにより、前記試料６に照射されるマイクロ波（直線偏波）の偏波面の方向を変更するものである。この回転機構９は、導波管アンテナ５を、前記試料６の表面にほぼ平行な面（ここでは、水平面）において導波管アンテナ５を回転自在に指示する支持部（不図示）と、その指示部を回転駆動するモータ（不図示）とを備えている。
なお、回転機構９は、例えば、前記試料６を支持する試料台７を回転駆動する回転ステージ等により構成することにより、導波管アンテナ５に対する前記試料６の向きを変更する機構としてもよい。
【００１１】
マイクロ波発振器１から出射されたマイクロ波は、サーキュレータ２により導波管３に伝送され、さらにその導波管３の途中に設けられたＥ−Ｈチューナ４を経由し、導波管３の先端部に設けられた導波管アンテナ５を通じて、励起光により励起された前記試料６に照射される。
なお、マイクロ波発振器１、サーキュレータ２、導波管３、導波管アンテナ５及び回転機構９が、前記試料６に対する偏波面の方向が各々異なる直線偏波であるマイクロ波（電磁波）を前記試料６に照射する電磁波照射手段の一例である。
そして、導波管アンテナ５により捕捉された反射マイクロ波は、今度は導波管アンテナ５からＥ−Ｈチューナ４を経てサーキュレータ２に到達し、さらに、このサーキュレータ２によりマイクロ波検出器１０に伝送される。
マイクロ波検出器１０は、反射マイクロ波を入力し、その反射マイクロ波の強度に応じた電気信号（電流或いは電圧）を生成して出力する検波器である（マイクロ波強度検出手段の一例）。このマイクロ波検出器１０により検出される反射マイクロ波の強度は、後述するように、前記試料６に対する励起光の照射により変化する。
また、後述するように、マイクロ波検出器１０は、回転機構９による導波管アンテナ５の回転により、マイクロ波の偏波面の方向が変更されるごとに、導波管アンテナ５により捕捉された反射マイクロ波の強度を検出するために用いられる。
このマイクロ波検出器１０により得られる電気信号（反射マイクロ波の強度信号）は、計算機１１に取り込まれ、計算機１１が備える記憶部に記憶される。
計算機１１は、ＣＰＵ、記憶部、入出力信号のインターフェース等を備え、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより、反射マイクロ波の強度信号の取り込み処理や、マイクロ波発振器１、パルスレーザ１２及び回転機構９の制御を行う。
【００１２】
次に、図２に示すフローチャートを参照しつつ、結晶性測定装置Ｘ１による前記試料６の測定手順について説明する。以下、ステップＳ１、Ｓ２、…は処理手順（ステップ）の識別符号を表す。また、計算機１１が実行する処理は、計算機１１のＣＰＵ（プロセッサ）が所定のプログラムを実行することにより実現される。
まず、計算機１１は、回転機構９を制御することにより、前記試料６の測定方向を設定する（Ｓ１）。具体的には、計算機１１は、回転機構を９回転させ、前記試料６に照射するマイクロ波（直線偏波）の偏波面の方向（導波管アンテナ５の断面の端辺方向）が、予め定められた方向に向く状態で、回転機構９を停止させる。その際、計算機１１は、回転機構９に設けられた所定の回転位置センサ（不図示）の検出値に基づいて、前記試料６の測定方向（導波管アンテナ５の断面の端辺方向）がいずれの方向となっているかを検知する。
【００１３】
次に、計算機１１は、マイクロ波発振器１を動作させ、前記試料６に所定方向（測定方向）の偏波面を有するマイクロ波（直線偏波）を照射させる（Ｓ２）。
次に、計算機１１は、パルスレーザ１２を動作させ、前記試料６に励起光を照射させるとともに（励起光照射手順の一例）、マイクロ波検出器１０により検出される反射マイクロ波の強度を取り込み、その記憶部に記憶させる（Ｓ３）。これにより、パルス状の励起光の照射により変化する反射マイクロ波の強度（前記試料６からのマイクロ波の反射波の強度）が、マイクロ波検出器１０により検出され、その検出値が計算機１１の記憶部に記憶される。ここで計算機１１に取り込まれる反射マイクロ波の強度値は、励起光の照射中及びその前後に渡る所定時間分の強度値である。
次に、計算機１１は、予め定められた複数の測定方向全てについて、当該前記試料６の測定部位の測定が終了したか否かを判別する（Ｓ４）。例えば、計算機１１は、予め定められた一の方向と、それに直交する方向との２方向について、測定が終了したか否かを判別する。
【００１４】
以降、計算機１１は、測定が終了していないと判別した場合、測定が終了したと判別するまで、前述したステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。
このように、計算機１１は、導波管アンテナ５を通じて１つのマイクロ波が直線偏波として前記試料６に照射させ（Ｓ２）、回転機構９を通じて導波管アンテナ５を回転させることにより、前記試料６に照射されるマイクロ波の偏波面の方向を変更する（Ｓ１）。これにより、計算機１１は、前記試料６に対する偏波面の方向が各々異なるマイクロ波（直線偏波）を前記試料６に照射させる（電磁波照射手順の一例）。
さらに、計算機１１は、パルス状の励起光の照射により変化する反射マイクロ波の強度それぞれの強度（前記試料６に対する偏波面の方向が異なるマイクロ波それぞれの強度）を、マイクロ波検出器１０を通じて検出及び記憶する（Ｓ３、電磁波強度検出手順の一例）。なお、結晶性測定装置Ｘ１では、回転機構９によりマイクロ波の偏波面の方向が変更される（Ｓ１）ごとに、導波管アンテナ５により捕捉された反射マイクロ波の強度が検出される（Ｓ３）。
そして、計算機１１は、測定が終了したと判別した場合、ステップＳ３で得た各測定方向に対応する反射マイクロ波の強度に基づいて、前記試料６の異方性の評価指標値を算出し、その算出結果を計算機１１の記憶部に記録するとともに、所定の外部装置（例えば、表示装置等）に出力し（Ｓ５）、測定処理を終了させる。
ここで、異方性の評価指標値は、例えば、直交する２方向を測定方向とした場合に得られる２つの反射マイクロ波の強度値の比或いは差が考えられる。
【００１５】
図３は、異方性を有するある薄膜試料６（膜厚５０ｎｍのポリシリコン薄膜試料）について、前記結晶性測定装置Ｘ１により、測定方向を直交する２方向として測定することにより得られた反射マイクロ波の強度データをグラフ化したものである。以下、測定方向である直交する２方向のうち、一方を第１方向、他方を第２方向という。図３に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は反射マイクロ波の強度信号のレベル（ここでは、電圧値）を表す。
また、図３に示すグラフにおいて、「Ａ」、「Ｂ」と記したグラフは、それぞれ測定方向が第１方向及び第２方向に設定されたときの反射マイクロ波の強度を表す。
図３のグラフにおいて、反射マイクロ波の強度が一旦急激に上昇し、その後、徐々に下降しているのは、パルス状の励起光照射によって前記試料６に光励起キャリアが急激に発生し、その後、その光励起キャリアが徐々に消失していくためである。このように、励起光の照射により、測定値を高感度で得ることができる。
図３からわかるように、前記試料６に異方性がある場合、測定方向によって反射マイクロ波のピーク強度が異なる。例えば、前記試料６中の結晶粒子が、第１方向を長径、第２方向を短径とする楕円状の断面形状を有している場合、図３に示すように、第１方向を測定方向としたときの反射マイクロ波のピーク強度（グラフＡのピーク値）の方が、第２方向を測定方向としたときの同ピーク強度（グラフＢのピーク値）よりも大きくなる。また、結晶の異方性が強いほど、それら両ピーク強度の比が１からより大きくずれる、或いはそれら両ピーク強度の差の絶対値がより大きくなる。従って、両ピーク強度の比や差は、前記試料６の異方性評価の指標値となる。
このように、前記結晶性測定装置Ｘ１によれば、ポリシリコンからなる薄膜試料について、その異方性評価の指標となる測定値（偏波面の方向が各々異なる反射マイクロ波の強度値）を、非破壊及び非接触で、かつ短時間及び高精度で測定できる。
なお、各ピーク強度自体（例えば、値が大きいほうのピーク強度や両ピーク強度の平均値など）は、前記試料６の結晶性の良否（試料中の不純物や欠陥の量）を表す指標値となる。
【００１６】
［第２実施形態］
次に、図４に示す概略構成図を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ２（以下、「結晶性測定装置Ｘ２」と記載する）について説明する。
結晶性測定装置Ｘ２も、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる薄膜状の前記試料６の異方性評価に用いる測定値、即ち、偏波面の方向が各々異なる反射マイクロ波の強度値を取得するための装置である。なお、結晶性測定装置Ｘ２において、前述した結晶性測定装置Ｘ１が備える構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付している。
結晶性測定装置Ｘ２は、図４に示すように、分配器２０、２つのサーキュレータ２ａ、２ｂ、導波管アンテナ５’、試料台７、２つのマイクロ波検出器１０ａ、１０ｂ、計算機１１、同軸ケーブル１３ａ、１３ｂ等を備えて構成されている。さらに、結晶性測定装置Ｘ２は、前記結晶性測定装置Ｘ１と同じくパルスレーザ１２、ミラー８、マイクロ波発振器１も備えているが、それらは図４において省略されている。
なお、結晶性測定装置Ｘ２は、前述の回転機構９は備えていない。
【００１７】
パルスレーザ１２（図１参照）から出射された励起光は、ミラー８（図１参照）で反射され、導波管アンテナ５’に設けられた微小開口５ｃ及び導波管アンテナ５’を通過し、試料台７に載置された前記試料６表面の微小な測定部位に対して照射される。これにより、前記試料６の測定部位において、励起キャリアが発生する。
分配器２０は、マイクロ波発振器１（図１参照、電磁波出力手段の一例）により出力されるマイクロ波を２分岐させるものである（電磁波分岐手段の一例）。
導波管アンテナ５’は、その先端開口部が前記試料６に近接配置され、その断面が正方形であり、分配器２０により分岐（分配）された２つのマイクロ波をそれぞれ偏波面が直交する直線偏波として前記試料６に導くとともに、そのマイクロ波の反射波（反射マイクロ波）を捕捉するものである。
図４における導波管アンテナ５’の断面図に示す破線矢印は、これら偏波面が直交するマイクロ波（直線偏波）の電界方向を表している。
【００１８】
分配器２０により２分岐された各マイクロ波は、それぞれサーキュレータ２ａ、２ｂ及び同軸ケーブル１３ａ、１３ｂにより導波管アンテナ５’に伝送され、導波管アンテナ５’を通じて、励起光により励起された前記試料６に照射される。
そして、導波管アンテナ５’により捕捉された反射マイクロ波は、今度は同軸ケーブル１３ａ、１３ｂを経てサーキュレータ２ａ、２ｂ各々に到達し、さらに、これらサーキュレータ２ａ、２ｂにより２つのマイクロ波検出器１０ａ、１０ｂそれぞれに伝送される。
このように、マイクロ波検出器１０ａ、１０ｂは、導波管アンテナ５’により捕捉された偏波面が直交する反射マイクロ波それぞれについて設けられている。
これらマイクロ波検出器１０ａ、１０ｂにより得られる電気信号（反射マイクロ波の強度信号）は、計算機１１に取り込まれ、計算機１１が備える記憶部に記憶される。
【００１９】
分配器２０により２分岐されたマイクロ波それぞれをサーキュレータ２ａ、２ｂから導波管アンテナ５’に導く同軸ケーブル１３ａ、１３ｂは、それぞれ導波管アンテナ５’に対して結合部５ａ、５ｂにおいて結合されている。これら結合部５ａ、５ｂは、断面正方形状の導波管アンテナ５’の隣り合う側面に設けられている。
そして、各同軸ケーブル１３ａ、１３ｂそれぞれの芯線１４ａ、１４ｂは、結合部５ａ、５ｂにおける導波管アンテナ５’内側において、その導波管アンテナ５’の断面平面に沿ってループ状に形成され、ループアンテナ１５ａ、１５ｂを構成している。また、芯線１４ａ、１４ｂそれぞれの先端は、接地された導波管アンテナ５’に対して電気的に結合されている。
このようなループアンテナ１５ａ、１５ｂにより、結合部５ａ、５ｂが設けられた導波管アンテナ５’の側面それぞれに垂直な方向（導波管アンテナ５’の断面図に記載の破線矢印の方向）に電界が発生し、その電界方向（相互に直交する方向）の偏波面を有するマイクロ波（直線偏波）が、導波管アンテナ５’内で伝送され、前記試料６に照射される。
さらに、導波管アンテナ５’により捕捉された前記試料６からの反射マイクロ波は、それぞれ偏波方向ごとにループアンテナ１５ａ、１５ｂにより受信され、同軸ケーブル１３ａ、１３ｂ及びサーキュレータ２ａ、２ｂを通じて２つのマイクロ波検出器１０ａ、１０ｂそれぞれに伝送される。
【００２０】
この結晶性測定装置Ｘ２による測定は、以下の手順により行われる。
まず、計算機１１は、前述したステップＳ２の処理と同様に、マイクロ波発振器１を動作させ、導波管アンテナ５’を通じて、それぞれ偏波面が直交するマイクロ波（直線偏波）を前記試料６に同時に照射させる。
次に、計算機１１は、前述したステップＳ３の処理と同様に、パルスレーザ１２を動作させ、前記試料６に励起光を照射させるとともに、マイクロ波検出器１０ａ、１０ｂ（導波管アンテナ５’により捕捉された偏波面が直交する反射マイクロ波それぞれについて設けらた電磁波強度検出手段の一例）により検出される２つの反射マイクロ波の強度それぞれを取り込み、その記憶部に記憶させる。
最後に、計算機１１は、前述したステップＳ５の処理と同様に、直交する２方向に対応する反射マイクロ波の強度に基づいて、前記試料６の異方性の評価指標値を算出し、その算出結果を計算機１１の記憶部に記録するとともに、所定の外部装置に出力し、測定処理を終了させる。
このような構成を備えた結晶性測定装置Ｘ２によれば、装置構成を回転機構を要しないシンプルな構成にできる。さらに、１回の測定によって（短時間で）直交する２方向における異方性を評価するための測定値（反射マイクロ波の強度）を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
ポリシリコン薄膜試料の結晶性を評価するための測定装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１の概略構成を表す図。
【図２】ポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１による測定手順を表すフローチャート。
【図３】ポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ１による測定値（反射電磁波強度）の一例を表すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性測定装置Ｘ２の概略構成を表す図。
【符号の説明】
【００２３】
Ｘ１、Ｘ２…ポリシリコン薄膜結晶性測定装置
１…マイクロ波発振器
２、２ａ、２ｂ…サーキュレータ
３…導波管
４…Ｅ−Ｈチューナ
５、５’…導波管アンテナ
６…薄膜試料
７…試料台
８…ミラー
９…回転機構
１０、１０ａ、１０ｂ…マイクロ波検出器
１１…計算機
１２…パルスレーザ
１３ａ、１３ｂ…同軸ケーブル
１５ａ、１５ｂ…ループアンテナ
２０…分配器
Ｓ１、Ｓ２、・・…処理手順（ステップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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