(57)【要約】【課題】  従来の評価装置は、回折光のスペクトル強度から結晶化Ｓｉ膜における結晶粒の分布の規則性を評価するため、レーザ光が最適エネルギー密度であるか否かを正確に把握することができなかつた。【解決手段】  レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、回折光３２のスペクトルの幅及び高さの内の少なくとも１方の数値から結晶化Ｓｉ膜の良否を判断する。【選択図】        図２
2005197544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光（３２）のスペクトルの幅及び高さの内の少なくとも１方の数値から結晶化Ｓｉ膜（３３）の良否を判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法。
【請求項２】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光（３２）のスペクトルの所定位置の幅から、結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒（３４）の大きさの均一性を判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法。
【請求項３】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光（３２）のスペクトルの高さから、結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒界に存在するリッジ（３８）の高さを判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法。
【請求項４】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記結晶化Ｓｉ膜（３３）に照射するレーザ光の照射エネルギー密度の変化の方向を、結晶化Ｓｉ膜（３３）からの回折光（３２）のスペクトルの波長位置の変化から判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法。
【請求項５】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記光源（４１）からの連続光（３１）を結晶化Ｓｉ膜（３３）に入射させる入射部の光ファイバー（４２）と、回折光（３２）を受光して分光器（４８）に導く受光部の光ファイバー（４５）とを備えさせ、全ての光ファイバー（４２，４５）の径を２００μｍ以下に設定し、かつ、それぞれ複数本とした受光部の光ファイバー（４５）と入射部の光ファイバー（４２）とを並列に配置し、結晶化膜の評価装置の装置関数を結晶化Ｓｉ膜（３３）からの回折光（３２）の真のスペクトルがほぼ得られるものにすることを特徴とする結晶化膜の評価方法。
【請求項６】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒（３４）の大きさの均一性を、結晶化Ｓｉ膜（３３）からの回折光（３２）のスペクトルの所定位置の幅から判断することを特徴とする結晶化膜の評価装置。
【請求項７】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記結晶化Ｓｉ膜（３３）の結晶粒界に存在するリッジ（３８）の高さを、結晶化Ｓｉ膜（３３）からの回折光（３２）のスペクトルの高さから判断し、リッジ（３８）の高さを所定値以下にすることを特徴とする結晶化膜の評価装置。
【請求項８】
レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面に、結晶化Ｓｉ膜（３３）平面からの法線（ｚｎ）と入射角αをなす連続光（３１）を入射させる光源（４１）と、この連続光（３１）による結晶化Ｓｉ膜（３３）の表面からの回折光（３２）を、前記法線（ｚｎ）と回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器（４８）とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記光源（４１）からの連続光（３１）を結晶化Ｓｉ膜（３３）に入射させる入射部の光ファイバー（４２）と、回折光（３２）を受光して分光器（４８）に導く受光部の光ファイバー（４５）とを備えさせ、各光ファイバー（４２，４５）の径を２００μｍ以下に設定することを特徴とする結晶化膜の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化膜の評価方法及びその装置に関し、特に、ＥＬＡ装置により結晶化した結晶化Ｓｉ膜の膜質の評価方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＥＬＡ（エキシマレーザアニール）装置により結晶化した結晶化Ｓｉ膜であるｐ−Ｓｉ膜の膜質の評価方法及びその装置として、例えば特許文献１に記載されるものが知られている。
【０００３】
この評価装置は、図２に示すものと同様であり、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化Ｓｉ膜の評価装置であつて、入射角α及び回折角βの範囲は、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得、回折光３２のスペクトル強度から、結晶化Ｓｉ膜３３における結晶粒の分布の規則性を評価することを特徴とする結晶化Ｓｉ膜の評価装置である。
【０００４】
この評価装置の使用により、結晶化Ｓｉ膜における結晶粒の配列ないし分布の規則性の評価を簡易に行ない、ひいては、良好なエネルギー密度のレーザ光をＳｉ膜に照射して、均一かつ適正な規則性を有する結晶を基板の全面に形成することができる。
【０００５】
また、回折光（３２）のスペクトルのピークを示す波長λを測定し、結晶粒の大きさＤを、回折条件式から導かれる次式、
Ｄ＝λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）・・・・・（１）
により算出する。
【０００６】
これにより、結晶化Ｓｉ膜の結晶粒の大きさＤが求まるので、更に良質な結晶を基板の全面に形成することが可能になる。
【０００７】
評価装置について更に具体的に説明する。
評価装置は、図２に示すように光源４１、レンズ４４及び分光器４８を有する。光源は、ハロゲンランプによつて得られる連続光１１０と入射部の光ファイバー４２とを有し、所定波長（λ＝３８０〜８００ｎｍ）の連続光１１０が入射部の光ファイバー４２に導かれ、光ファイバー４２の先端から出る光がレンズ４４によつて連続スペクトル光３１とされ、Ｓｉ膜３３に入射角αにて入射し、Ｓｉ膜３３上で回折角βにて回折した平行光からなる回折光３２を生ずる。この回折光３２がレンズ４４によつて集束され、受光部の光ファイバー４５に導かれて分光器４８に入り、表示装置４６にスペクトルが表示されるので、最大のピーク強度とその波長（λｍａｘ）とが得られる。
【０００８】
この評価装置を用い、結晶化Ｓｉ膜３３に、波長λが約３８０〜８００ｎｍの連続スペクトル光１１０を入射部の光ファイバー４２で伝送し、光ファイバー４２の出射口から２１ｍｍの位置に配置した焦点距離ｆ＝２１ｍｍの凸レンズ４４によつて連続スペクトル光３１となし、レンズ４４からｖ＝９５ｍｍの距離の結晶化Ｓｉ膜３３に、入射角α＝45°で連続光３１を照射した。
【０００９】
一方、結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を先の凸レンズ４４を透過させ、入射部の光ファイバー４２からｕ＝０．２ｍｍの位置にある受光部の光ファイバー４５に角度２δで入射させた。
【００１０】
このような条件で分光器４８を用いて３００〜８００ｎｍの波長範囲で測定したスペクトルは、図３に示すようである。この鋭いピークを伴う結果から、結晶粒の配列・分布に適当な規則性があることが分かるので、次に回折条件式Ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎ・λ（ｎは回折光の次数）より導かれるＤ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の大きさＤを算出する。
【００１１】
回折光３２の次数ｎは、分光器４８での波長測定で４２２ｎｍ（λｍａｘ）以外の波長に強いスペクトルが見られなかつたことから、これが１次であり、ｎ＝１とする。従つて、結晶粒の大きさＤは、
Ｄ＝λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝λ／（２ｓｉｎα）＝４２２ｎｍ／(2×√2/2)＝４２２ｎｍ／√2 ＝２９８．４ｎｍ
となる。
【００１２】
なお、結晶化シリコン膜の作製におけるｐ−Ｓｉ膜３３の結晶性は、レーザ光（ラインビーム）の照射エネルギー密度に大きく依存し、エネルギー密度が低すぎても、高すぎても良好に得られない。このため、一般的には、レーザ光のエネルギー密度を変えて複数のｐ−Ｓｉ膜３３を作製し、それらのｐ−Ｓｉ膜３３をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で直接観察し、その結果、結晶性の良好なものから最適エネルギー密度を決定し、そのエネルギー密度により、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化させる方法が採られている。
【特許文献１】特開２００３−３１８２４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＥＬＡによつて結晶化したｐ−Ｓｉ膜（結晶化Ｓｉ膜）の電子移動度などの品質は、基板上のａ−Ｓｉ膜に照射するレーザ光のエネルギー密度の大小変化によつて生ずる結晶粒のバラツキに依存するが、従来の評価装置によつては、ｐ−Ｓｉ膜の品質を正確に評価することができなかつた。これは、回折光３２のスペクトル強度から、結晶化Ｓｉ膜３３における結晶粒の分布の規則性を評価することに起因し、回折光３２のスペクトル強度からは、最適エネルギー密度であるか否かを正確に把握し、薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという。）などの生産に使える結晶化膜としての最適範囲のエネルギー密度を良好に与えることができなかつた。
【００１４】
詳述すれば、回折光３２のスペクトル強度のピークを示す部分の高さ−照射エネルギー密度の特性は、例えば図４に示すようであり、スペクトルのピーク高さを計測することにより、結晶粒の規則性（周期性）のあるエネルギー密度を評価することはできるが、そのエネルギー密度がＴＦＴなどの生産に使える結晶化膜としての最適範囲のエネルギー密度にあると判断するには、精度が不十分である。
【００１５】
これは、今回の検討の結果から、回折光３２のスペクトルの強度は結晶粒界に存在するリッジ（突起３８）の高さ（又は表面粗さ）が最も高いときを検出して表示されるものと考えられ、回折光３２のスペクトルのピークを示す波長部分のエネルギー密度（図４では約３５０ｍＪ／ｃｍ２）がｐ−Ｓｉ膜の品質良好位置と完全に一致するものではない。
【００１６】
なお、図４は、レーザ光の照射エネルギー密度を人為的に変化させて回折光３２を得、各回折光３２をレンズ４４、受光部の光ファイバー４５及び分光器４８に順次に導き、表示装置４６にスペクトルを表示させたときの所定波長の最大のピーク強度をプロットしたものである。縦軸の高さ（Ｒ％）は、Ｒ％＝Ｉｓ／Ｉｒｅｆ×１００であり、光源４１、分光器４８などの計測系の変化を無視するための処理である。但し、Ｉｓ：試料（ｐ−Ｓｉ膜）からの散乱光の強度であり、Ｉｒｅｆ：広範囲の波長で散乱する白色の板（今回はテフロン（登録商標）板）の散乱光の強度である。
【００１７】
このことは、結晶粒のリッジ３８の高さ−照射エネルギー密度の特性を測定し、図５に示すリッジ３８の高さの標準偏差の結果を得たことからも分かつた。図４，図５から、リッジ３８の高さが最も高いとき、スペクトルの高さも最大値になることが分かる。
【００１８】
すなわち、本発明者等は、ＥＬＡ装置により結晶化したｐ−Ｓｉ膜がＴＦＴの生産に実用上使える良好な膜かどうかは、回折光のスペクトルより計測した最大強度が得られる波長位置（平均結晶粒の大きさ）とスペクトルの高さのみでは評価できないことも知得した。その理由は、生産に使える良好な膜として重要な点は、結晶粒の大きさのバラツキが小さい膜であることであり、最大強度が得られる波長位置（平均結晶粒の大きさ）とスペクトルの高さからは、粒径のバラツキつまり結晶粒の大きさのバラツキを計測することはできないためである。
【００１９】
また、従来、ＥＬＡ装置により結晶化したｐ−Ｓｉ膜の品質良好範囲となるレーザ光のエネルギー密度の範囲の把握も困難であり、いわゆるＥＬＡのプロセスマージンを与えるレーザ光のエネルギー密度の把握も困難であつた。
【００２０】
更に、ＥＬＡ装置の特性上、レーザ光のエネルギーは常に変動し、この照射エネルギー密度の変動は、結晶粒の大きさに変化を与え、結晶粒の大きさのバラツキが大きくなる原因となる。しかし、ＥＬＡ装置に固有の照射エネルギー変動を把握する手段は従来存在しなかつた。
【００２１】
特に、スペクトルの最大強度が得られる部分の高さは、図４に示されるようにエネルギー密度の変化に対して凸型になる。このため、例えばスペクトル強度（高さ）が最大の位置から低くなつたとき、照射エネルギー密度が大小どちらの方向に変化したかが分からない。従つて、照射エネルギー密度を適正方向に調整することができない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光３２のスペクトルの幅及び高さの内の少なくとも１方の数値から結晶化Ｓｉ膜３３の良否を判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項２の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光３２のスペクトルの所定位置の幅から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の大きさの均一性を判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項３の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記回折光３２のスペクトルの高さから、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒界に存在するリッジ３８の高さを判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項４の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記結晶化Ｓｉ膜３３に照射するレーザ光の照射エネルギー密度の変化の方向を、結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの波長位置の変化から判断することを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項５の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価方法において、
前記光源４１からの連続光３１を結晶化Ｓｉ膜３３に入射させる入射部の光ファイバー４２と、回折光３２を受光して分光器４８に導く受光部の光ファイバー４５とを備えさせ、全ての光ファイバー４２，４５の径を２００μｍ以下に設定し、かつ、それぞれ複数本とした受光部の光ファイバー４５と入射部の光ファイバー４２とを並列に配置し、結晶化膜の評価装置の装置関数を結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２の真のスペクトルがほぼ得られるものにすることを特徴とする結晶化膜の評価方法である。
請求項６の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の大きさの均一性を、結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの所定位置の幅から判断することを特徴とする結晶化膜の評価装置である。
請求項７の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒界に存在するリッジ３８の高さを、結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの高さから判断し、リッジ３８の高さを所定値以下にすることを特徴とする結晶化膜の評価装置である。
請求項８の発明は、レーザ光により結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３の表面に、結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎと入射角αをなす連続光３１を入射させる光源４１と、この連続光３１による結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を、前記法線ｚｎと回折角βをなす位置で受光すると共にスペクトルを示す分光器４８とを備える結晶化膜の評価装置において、
前記光源４１からの連続光３１を結晶化Ｓｉ膜３３に入射させる入射部の光ファイバー４２と、回折光３２を受光して分光器４８に導く受光部の光ファイバー４５とを備えさせ、各光ファイバー４２，４５の径を２００μｍ以下に設定することを特徴とする結晶化膜の評価装置である。
【００２３】
なお、本発明に係る結晶化膜の評価方法及びその装置は、入射角α及び回折角βの範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得、回折光３２のスペクトル強度のピークを示す波長を求めることを基本としている。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１，２，６によれば、回折光のスペクトルの強度がピークを示す所定波長位置の半値幅などの幅は、結晶粒の大きさのバラツキを表すので、この幅をモニタすることにより、ＥＬＡによつて結晶化した結晶化Ｓｉ膜が結晶粒の大きさのバラツキのない品質良好なものであるのか否かを判断することができる。そして、レーザ光のエネルギー密度を変化させて、この幅を所定値（例えば半値幅：７ｎｍ）以下にすることで、ｐ−Ｓｉ膜の結晶粒の大きさを均一にし、ＴＦＴなどの生産に使える品質良好な結晶化膜を作製することができる。
【００２５】
請求項１，３，７によれば、回折光のスペクトルの強度がピークを示す所定波長の高さは、結晶化Ｓｉ膜の結晶粒界に存在するリッジ３８の高さを表すので、この高さをモニタすることにより、ＥＬＡによつて結晶化した結晶化Ｓｉ膜が結晶粒の高さが著しく高くない品質良好なものであるのか否かを判断することができる。そして、レーザ光のエネルギー密度を変化させて、この高さを所定値以下にすることで、全体として厚さの薄いＴＦＴなどの生産に使える品質良好な結晶化膜を作製することができる。
【００２６】
すなわち、結晶化Ｓｉ膜の結晶粒界に存在するリッジの高さが高いと、結晶化Ｓｉ膜の上に成膜する膜（例えばＳｉＯ２膜）の膜厚：ｄ１が厚くなる。ＴＦＴの駆動電圧：Ｅは、ＳｉＯ２／ｐ−Ｓｉ膜の印加する電圧：Ｖとすれば、Ｅ＝Ｖ／ｄ１のため、ＥをＳｉ膜の特性等から決まる不変の値として、Ｖを小さくするために結晶化Ｓｉ膜の上に成膜する膜厚ｄ１を可及的に小さくしたいという要望がある。従つて、リッジ３８は低いほどよい。
【００２７】
請求項４によれば、ＥＬＡ装置の特性上、レーザ光のエネルギー密度は常に変動する。このエネルギー密度の変動は、結晶粒の大きさを変え、結晶粒の大きさのバラツキが大きくなる原因となる。エネルギー密度が上がると、結晶粒は大きくなる。そこで、結晶化Ｓｉ膜に照射するレーザ照射エネルギー密度の変化の方向を、結晶化Ｓｉ膜からの回折光のスペクトルの波長位置（結晶化Ｓｉ膜の平均結晶粒の大きさ）から判断する。回折光のスペクトルのピークを示す波長λから結晶化Ｓｉ膜の平均結晶粒の大きさが求まるから、この平均結晶粒の大きさの変化を求めることにより、結晶粒径とほぼ比例して変化するエネルギー密度の変動方向が分かるので、必要に応じてＥＬＡ装置のエネルギー密度の設定値を調整することができる。これにより、結晶粒の大きさのバラツキが小さい品質良好な結晶化膜を得ることが可能になる。
【００２８】
請求項５によれば、光ファイバー径を２００μｍ以下とし、それぞれ複数本とした受光部の光ファイバーと入射部の光ファイバーとを並列に配置し、結晶化膜の評価装置の装置関数を小さくし、結晶化Ｓｉ膜からの回折光の真のスペクトルがほぼ得られるようにする。これにより、真のスペクトルを得ながら結晶化Ｓｉ膜からの回折光のスペクトルの幅、高さ、波長位置の内の１つ以上の数値を得、結晶化膜の正しい評価に資することができる。
【００２９】
請求項８の結晶化膜の評価装置にあつても、前記入射部の光ファイバー４２及び受光部の光ファイバー４５を、それぞれ複数本を並列に配置して構成し、結晶化膜の評価装置の装置関数を結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２の真のスペクトルがほぼ得られるようにし、請求項５に係る発明と同様の効果を奏することができる。
【００３０】
なお、結晶化Ｓｉ膜の平均結晶粒３４の大きさＤを、結晶化Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルのピーク強度を示す波長から判断することもできる。平均結晶粒の大きさ（Ｄｍａｘ）は、回折光（３２）のスペクトルのピークを示す波長λを測定し、Ｄ＝λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）により算出することで求まるから、結晶粒の大きさが良好な結晶化膜を得ることが可能になる。
【００３１】
また、レーザ光が矩形をなすと共に、連続光３１をレーザ光の長軸方向から入射させることにより、レーザ光との干渉を防止しながら、レーザ光を照射直後の結晶化膜の評価を行うことが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
先ず、ガラス基板６上にｐ−Ｓｉ膜つまり結晶化Ｓｉ膜３３を製造する方法について図１２を参照して説明する。これは、ガラス基板６上の薄いａ−Ｓｉ膜５ａに、ラインビーム４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄い結晶化Ｓｉ膜３３とするもので、従来例と実質的に異ならない。
【００３３】
すなわち、パルス発振動作のエキシマレーザ光を発生させるレーザ発振器１０で生じさせたレーザ光を、アッテネータ１１によつてエネルギーを自動設定した後、光学系容器９内に導き、反射ミラー７で方向転換させ、複数本のシリンドリカル・レンズを稜線が平行になるように並べた長軸ホモジナイザー２ａと、長軸ホモジナイザー２ａと稜線方向が直交する短軸ホモジナイザー２ｂを通して、強度分布を矩形状に均一化させた後、再度、反射ミラー８で方向転換させ、集光レンズ３を通すことにより、長軸×短軸を約３６５×０．４ｍｍの方形のラインビーム４に整形し、このラインビーム４をａ−Ｓｉ膜５ａを有する基板５に照射している。基板５は、レーザ発振器１０と光学系容器９及び照射室を備えるレーザアニール装置の真空又は窒素雰囲気の照射室内に設置されている。
【００３４】
この基板５は、ガラス基板６上に薄いａ−Ｓｉ膜５ａを形成したもので、このａ−Ｓｉ膜５ａに、ラインビーム４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄いポリ・シリコン膜３３（ｐ−Ｓｉ膜）としている。ガラス基板６は大きいもので７３０×９２０ｍｍあり、ガラス基板６上のａ−Ｓｉ膜５ａの全面を結晶化するために、ラインビーム４の１ショットあたり、例えばラインビーム短軸幅の５〜１０％の送りピッチでガラス基板６をラインビーム４の短軸の方向に間欠的に移動させる。短軸幅０．４ｍｍのとき送りピッチは２０〜４０μｍであり、ａ−Ｓｉ膜５ａに対する1 箇所当たりのレーザ光の照射回数は１０〜２０回である。
【００３５】
ここで、レーザ光のパルス幅（レーザ光１発の発振時間）は一般に数〜数十ｎｓ、発振周波数は数百Ｈｚ以下であるため、レーザ光つまりラインビーム４のａ−Ｓｉ膜５ａへの照射が数〜数十ｎｓ行われた後、数ｍｓの比較的長時間の間隔が開いて、再び数〜数十ｎｓの照射が行われている。ａ−Ｓｉ膜５ａへのレーザ光の１回以上の照射を行うことで、結晶が成長する。この結晶の成長のためには、ａ−Ｓｉ膜基板５が冷却（常温）の状態から溶融温度近傍まで上昇するように、レーザ光の照射を実施する必要がある。
【００３６】
このようにして製作するｐ−Ｓｉ膜３３は、規則性のある結晶粒３４を有しているなどの品質の評価を行いながら作製することが望まれる。このために、図１に示すようにｐ−Ｓｉ膜３３に対して平行光線からなる連続スペクトル光３１を入射角αで入射させる。この連続光３１は、ｐ−Ｓｉ膜３３の表面に存在するいくつかの突起３８（リッジ）において回折現象を生じ、回折光３２を発生する。この回折光３２は、球面波で形成されるので、所定の回折角βの位置で検出して、結晶粒３４の大きさＤ及び配列・分布の規則性の優劣等を測定・判定する。結晶粒３４の大きさＤは、突起３８で囲まれた１つの平坦部３９の大きさである。
【００３７】
ここで、入射角α及び回折角βは、いずれも結晶化Ｓｉ膜３３平面からの法線ｚｎとなす角であり、その範囲を、共に０°以上９０°以下に限定して正反射光３５を含まない回折光３２を得る。図１に示すように結晶化Ｓｉ膜３３の平坦部３９に連続光３１（直径：５〜１５ｍｍ程度）をあてると、反射の法則に従う角度方向（−α）に正反射光３５が進む。一方、数十ｎｍ程度の突起３８が無数にある結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒界では、入射光（３１）は回折して球面波を形成し、この球面波の波面が互いに強めう角度方向つまり回折角βに平面波からなる回折光３２を形成する。回折角βは、回折光３２の次数をｎとし、突起間隔（すなわち結晶粒３４の大きさに相当する）をＤとした場合、回折条件式Ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎλを満たす角度である。
【００３８】
このような回折光３２の検出を正反射光３５の方向−αもしくはその近傍で行うと、回折光３２のスペクトル強度に比べて正反射光３５のスペクトル強度の方が非常に高いため、重畳した二つのスペクトル成分から回折光３２のスペクトル成分のみを分離することは困難である。そこで、回折光３２のスペクトルのみを精度良く検出するために、α及びβを共に0 °以上９０°以下に限定し、正反射光３５を含まない回折光３２を得るようにする。
【００３９】
従つて、図１に示す正面視で、入射角αで連続光３１を入射させるとき、結晶化Ｓｉ膜３３の平面からの法線ｚｎに対し、入射光（３１）と同一側で回折光３２を計測する。
【００４０】
このようにして、スペクトルが連続である連続光３１を入射し、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒界にあるいくつかの突起３８（数十ｎｍ）で発生した回折光３２を計測することで、入射角α、回折角β及び回折光３２のスペクトル波長λは既知の値となり、回折条件式Ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｎ・λ（ｎは回折光の次数）より導かれるＤ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式によつて、結晶粒３４の大きさＤを瞬時に算出することができる。これにより、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の配列・分布の規則性の優劣及び結晶粒３４の大きさＤの適否を短時間で評価し、規則性のある結晶粒３４を形成し、ＴＦＴに最適な大きさＤのｐ−Ｓｉ膜３３を得ることができる。
【００４１】
実際には、図２に示すように、大きさＤの結晶粒３４を有するｐ−Ｓｉ膜３３に対して評価装置を配置する。この評価装置により、種々の照射エネルギー密度で結晶化した結晶化Ｓｉ膜３３に対し、エッチング前に結晶化Ｓｉ膜３３の評価を行つた。
【００４２】
評価装置は、光源（４１）、レンズ４４及び分光器４８を有する。光源は、ハロゲンランプ４１によつて得られる連続光１１０と入射部のファイバー４２とを有し、所定波長（λ＝３８０〜８００ｎｍ）の連続光１１０が入射部の光ファイバー４２に導かれ、光ファイバー４２の先端から出る光がレンズ４４によつて平行光線束からなる連続光３１とされ、結晶化Ｓｉ膜３３に入射角αにて入射し、Ｓｉ膜３３上で回折角βにて回折した平行光線束からなる回折光３２を生ずる。この回折光３２がレンズ４４によつて集束され、受光部の光ファイバー４５に導かれて分光器４８に入り、表示装置４６にスペクトルが表示されるので、最大のピーク強度（Ｉｍａｘ）が得られる波長（λｍａｘ）の部分を知ることができる。
【００４３】
連続スペクトル光３１の結晶化Ｓｉ膜３３への照射方向は、照射した矩形をなすラインビーム４の長軸をｘ方向とし、短軸をｙ方向として、ｘ方向に相当する方向からとした。短軸ｙ方向は、ラインビーム４のスキャン方向であるので、他部品と干渉を生じ易いためである。
【００４４】
しかして、結晶化Ｓｉ膜３３に、波長λが約３８０〜８００ｎｍの連続スペクトル光１１０を入射部の光ファイバー４２で伝送し、光ファイバー４２の出射口から２１ｍｍの位置に配置した焦点距離ｆ＝２１ｍｍの凸レンズ４４によつて連続光３１となし、レンズ４４からｖ＝９５ｍｍの距離に保つた結晶化Ｓｉ膜３３に、入射角α＝45°で連続光３１を照射した。
【００４５】
一方、結晶化Ｓｉ膜３３の表面からの回折光３２を先の凸レンズ４４を透過させ、入射部の光ファイバー４２からｕ＝０．２ｍｍだけ平行に離れた位置にある受光部の光ファイバー４５に角度２δで入射させた。ここで、ｕはｖに比べて充分に小さい（０．２／９５＝０．００２＝２ｍｒａｄ）ため、回折光３２の回折角βを照射した連続光３１の入射角αと同じβ＝α＝45°とみなした。
【００４６】
このような条件で分光器４８を用いて測定したスペクトルを、３００〜８００ｎｍの波長範囲で図３に示す。図３において破線で示す回折光３２のスペクトルは、波長４２２ｎｍにおける鋭いピークがある。他の波長域の連続スペクトルは、照射した連続光３１が結晶化Ｓｉ膜３３の表面で乱反射して受光部の光ファイバー４５に検出された成分である。参照のため、同様の測定をレーザ照射前のａ−Ｓｉ膜５ａに対して行つた場合の結果も同じグラフ上に実線で示した。
【００４７】
この鋭いピークを伴う結果から、結晶粒３４の配列・分布に適当な規則性があることが分かるので、次に結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の大きさＤを算出する。先ず、回折光３２の次数は、分光器４８での波長測定で４２２ｎｍ（λｍａｘ）以外の波長に強いスペクトルが見られなかつたことから、これが１次であり、ｎ＝１とする。従つて、結晶粒の大きさＤは、
Ｄ＝λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝λ／（２ｓｉｎα）＝４２２ｎｍ／(2×√2/2)＝４２２ｎｍ／√2 ＝２９８．４ｎｍ
となる。これは、ＳＥＭ写真より得られた結果と実質的に同じであつた。
【００４８】
理論的には、入射角αと回折角βの値は異なつても問題ないが、レンズ４４が１つで照射する連続光３１及び回折光３２の検出のための機構構成が簡素になるため、図２に示すような入射角αと回折角βとが事実上同じ角度になる測定装置が望ましい。
【００４９】
このように回折光３２のスペクトル強度の強弱から、結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の配列・分布の規則性に関する優劣の知見を、簡便にかつ短時間で得ることができる。勿論、Ｄ＝ｎ・λ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）なる式から、結晶粒３４の大きさＤを求めることもできる。
【００５０】
すなわち、結晶化Ｓｉ膜３３に連続スペクトル光３１を照射し、そこから得られる回折光３２のスペクトル強度及び波長より、結晶粒３４の配列の規則性と結晶粒３４の大きさＤを短時間で評価できる。このため、実際のガラス基板６上への結晶化Ｓｉ膜３３の量産中に、結晶化Ｓｉ膜３３の作製時間を延長することなく、常時、基板状態の適否を監視することかできる。
【００５１】
例えば、予め、レーザ光（４）の使用できる照射エネルギー密度範囲内で、結晶化に最適な回折光３２のスペクトル強度及び波長を決定しておけば、結晶化Ｓｉ膜３３の形成直後、常に回折光３２のスペクトル強度及び波長を監視し、スペクトル強度及び波長を一定に保つようにレーザ光（４）のエネルギー密度を制御することにより、結晶粒３４の配列の規則性を一定範囲に保つて結晶化Ｓｉ膜３３を作製することができる。回折光３２のスペクトル強度及び波長が変化する原因としては、レーザ発振器１０やホモジナイザー２ａ，２ｂ、反射ミラー７，８及び集光レンズ３からなる光学系の特性が変化した場合がある。勿論、上記式から結晶粒の大きさＤを求め、結晶粒の大きさＤを一定範囲に保ちながら結晶化Ｓｉ膜３３を作製することもできる。なお、ＳＥＭによる結晶化Ｓｉ膜３３の結晶粒の観測から、回折光３２のスペクトルの高さが最大よりもわずかに高い照射エネルギー密度（図４，図５では３６０ｍＪ／ｃｍ２）において、結晶粒の規則性が良好のようであることを知得している。
【００５２】
しかして、回折光３２のスペクトルのピークを示す高さ−照射エネルギー密度の特性は、例えば図４に示すようであり、スペクトルの高さを計測することにより、結晶粒３４の規則性（周期性）のあるエネルギー密度を評価することはできるが、そのエネルギー密度がＴＦＴなどの生産に使える結晶化膜としての最適範囲のエネルギー密度であると判断するには、精度が不十分である。
【００５３】
以上の状況下で、上述した課題を解決するために次の手段を採つた。
先ず、本発明者等は、ｐ−Ｓｉ膜３３の周期性の良否を短時間で評価するために、径の大きな光ファイバー４２，４５を入射部及び受光部として各１本備える従来と同様の評価装置を使用して、回折格子及びｐ−Ｓｉ膜３３のスペクトルについて計測した。ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒３４を区画する突起（リッジ３８）の間隔が一定である回折格子を計測したところ、図８（ａ）に示すように回折光３２のスペクトルのピーク強度を示す部分（波長：約４３５ｎｍ）の半値幅が１４ｎｍであつた。これは、図８（ｂ）に示すＴＦＴなどの結晶化膜の生産に使える品質であることをＳＥＭで確認済のｐ−Ｓｉ膜３３の回折光３２のスペクトル（波長：約４７５ｎｍ）の半値幅：１５ｎｍとほぼ同じであつた。なお、光ファイバー径は、０．４ｍｍである。
【００５４】
本発明者等は、図８（ａ），（ｂ）を比較しスペクトルの半値幅に着目し、両半値幅：１４ｎｍ、１５ｎｍに大きな相違が認められない理由は、光ファイバー４２，４５の径が大きいため、入射角α及び回折角βの幅（立体角）が大きくなり、多数の突起又はリッジ３８からの反射光の影響が大きくなり、従つて、真のスペクトルが得られないところにあるものと考えた。このとき、評価装置の装置関数が大きい。
【００５５】
同時に、図８（ａ），（ｂ）を比較しスペクトルの半値幅の小さな相違に着目し、結晶粒３４の大きさのバラツキは、回折光３２のスペクトルのピークを示す部分の半値幅により計測できることにも思い至つた。
【００５６】
すなわち、回折光３２のスペクトルのピークを示す波長部分の半値幅は、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒の大きさのバラツキによつても異なつてくるが、図１の結晶化膜の評価装置自体がもつ装置関数の相違によつても異なつてくることを見出した。換言すれば、回折光３２のスペクトルの半値幅は、図１の結晶化膜の評価装置自体がもつ装置関数とｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の大きさのバラツキとのコンボリューション（畳み込み積分）になる。従つて、ＴＦＴなどの結晶化膜の生産に使えるｐ−Ｓｉ膜３３の作製・評価には、回折光３２の真のスペクトルが得られるように評価装置の装置関数を小さくし、また、半値幅を小さくして結晶粒３４のバラツキを小さくすることが重要である。
【００５７】
評価装置自体がもつ装置関数について説明する。
本発明者等は、評価装置自体がもつ装置関数の相違は、図１の評価装置の光ファイバー４２，４５の径が比較的大きな所定大きさを有し、入射角α及び回折角βの値が所定幅（立体角）をもつため、式（１）を満足する波長λが幅をもち、回折光３２のスペクトルの幅が広くなることに起因することを知得した。従つて、評価装置の装置関数は光ファイバー４２，４５の大きさで決まり、装置関数を小さくするためには、ファイバー径を小さく設定すればよい。
【００５８】
【表１】
2005197544.tif 000003
【００５９】
表１に示すように、先ず、入射部の光ファイバー４２を１本、受光部の光ファイバー４５を１本とし、単一の各光ファイバー４２，４５のコアの径を変化させて計測を行つた。その結果はシングルの欄に記載する通りであり、光ファイバー４２，４５のコア径が４００μｍ以上では計測できたが、コア径が２００μｍ以下では適当な光量が得られず計測できなかつた。
【００６０】
そこで、適当な光量を得るために、各光ファイバー４２，４５の数を増加させた。しかし、多くの光ファイバーを円形状に束ねてファイバー内にコアが多数ある状態のものでは、光ファイバー径が大きなものとほぼ同様であり、装置関数が大きくなつた。
【００６１】
このため、光ファイバー４２，４５の配列に着目し、複数の光ファイバーを直線上に並べて連続光３１及び回折光３２の入射面と直交配置させたところ、適当な光量を得ながら、装置関数を同径の光ファイバーを円形状に束ねたものよりも十分に小さくすることができた。
【００６２】
具体的には、評価装置の装置関数をｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２の真のスペクトルが得られるように小さくするため、光ファイバー４２，４５の径と配置を図６に示す概略断面のようにした。すなわち、受光部の光ファイバー４５を直線上に等間隔で３本並べ、入射部の光ファイバー４２を受光部の光ファイバーの間に位置させて平行直線上に２本並べた。全ての光ファイバー４２，４５のコアの径は、０．２ｍｍである。なお、図示の例では保持部材の中に５本の光ファイバー４２，４５を配置してあるが、保持部材をクラッドによつて形成し、その内部に５本のコアを配置することも可能である。
【００６３】
図６に示す光ファイバー組立体を用いて測定した回折光３２のスペクトルを図９に示す。回折格子を計測した場合の半値幅は、図９（ａ）に示すように４．７５ｍｍで、図９（ｂ）に示すｐ−Ｓｉ膜３３を計測した場合の半値幅Ｗ：８．３２ｎｍと比較して十分に小さいものになり、相違が明確に得られた。光ファイバー４２，４５の径や配置を工夫することにより、装置関数を小さくすることができ、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２の真のスペクトルの高さ及び幅（例えば半値幅）を明確に評価できるようになつた。
【００６４】
よつて、結晶化膜の評価装置の装置関数を小さくし、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２の真のスペクトルを明確に得るためには、各光ファイバー４２，４５径を２００μｍ以下に設定すると共に、受光部の光ファイバー４５及び入射部の光ファイバー４２をそれぞれ２本以上とし、受光部の光ファイバー４５と入射部の光ファイバー４２とを並列配置するとよい。
【００６５】
但し、装置関数を小さくするために光ファイバー４２，４５の径を小さくし過ぎると光量が適当に確保されなくなるので、その最適値として、図６に示すように光ファイバーの径を２００μｍ、ファイバー数は合計５本にした。受光部の光ファイバー４５の数を入射部の光ファイバー４２の数よりも多くすることが、分光器４８に対する適当な光量の確保のために望ましい。
【００６６】
装置関数をより小さくするためには、ファイバー４２，４５径を２００μｍよりも小さくしてファイバー数を合計６本以上に増やし、直線上に配置した受光部の光ファイバー４５と直線上に配置した入射部の光ファイバー４２とを並列に配置すればよい。
【００６７】
なお、図８（ａ）（光ファイバー径：０．４ｍｍ）と比較して、図９（ａ）（光ファイバー径：２００μｍ）の最大強度が得られる波長にも若干の相違が生じている。また、図８（ａ），図９（ａ）では、回折格子を計測しているため、白色の板の散乱光の強度Ｉｒｅｆに比べて試料（ｐ−Ｓｉ膜）からの散乱光の強度Ｉｓの方が相当大きいので、Ｉｒｅｆで割つて縦軸の高さ（Ｒ％）とせずに、強度（任意単位）としてある。４００〜４４０ｎｍ付近のノイズを考慮する必要性に乏しいためである。
【００６８】
次に、半値幅の適否について説明する。
図９に示す結果から分かるようにｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの幅（半値幅）を指標として品質を評価することが有益であるため、ＥＬＡのラインビーム４（ビームサイズ：３６５×０．４ｍｍ）の照射エネルギー密度を連続的に変化させて作成した後のｐ−Ｓｉ膜３３に対して連続スペクトル光３１を照射し、スペクトルの最大強度が得られる波長部分の半値幅を次々に計測した。その結果を図１０に示す。すなわち、図１０は、図２の回折光３２のスペクトルのピークの強度をＩｍａｘ、波長をλｍａｘ、半値幅をＷｍａｘとして、ラインビーム４の各照射位置でＥＬＡの照射エネルギー密度（Ｅ）を変化させたＷｍａｘと照射エネルギー密度Ｅとの関係を計測した結果である。図１０から分かるように、ＥＬＡの照射エネルギー密度の変化に対して半値幅Ｗｍａｘは、ラインビーム４の中心Ｃでの測定結果Ｈ１及びラインビーム４の中心Ｃから１６５ｍｍだけ離れた位置での測定結果Ｈ２のいずれにおいても、凹形変化になつた。
【００６９】
ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒３４の大きさのバラツキの許容範囲は、製品の種類によつても異なるが、図１０において、良好に均一な結晶が得られる照射エネルギー密度範囲Ｐ３：△Ｅｐｊを一般に半値幅：Ｗｐ＜８ｎｍのときとすれば、△Ｅｐｊ＝２０ｍＪ／ｃｍ２（３５０−３３０ｍＪ／ｃｍ２）となる。また、３６５×０．４ｍｍのラインビーム４の中心Ｃ位置の最小となるエネルギー密度：×印位置と、ラインビーム４の中心Ｃから１６５ｍｍだけ長軸方向に離れた位置の半値幅（Ｗｐ）の最小となるエネルギー密度：○印位置とを比較すると、その差が５ｍＪ／ｃｍ２（３４０−３３５ｍＪ／ｃｍ２）であつた。ＥＬＡのプロセスマージンＰ３を与えるレーザ光１のエネルギー密度の範囲：△Ｅｐｊが、電気特性の点から半値幅：Ｗｐ＜８ｎｍ程度であることは、図７を参照して後述する。
【００７０】
半値幅は、エネルギー密度の変化に対して凹形を呈して増減し、回折光３２のスペクトルのピーク強度を示す波長部分の半値幅Ｗｍａｘの値から、結晶粒３４のバラツキが小さい結晶が作製できているか否かを評価できるから、Ｗｍａｘが所定の範囲内（△Ｅｐｊの半値幅）になるように照射エネルギー密度を制御すれば、照射するラインビーム４の特性が変化した場合であつても大形のガラス基板の全体に品質良好な結晶を作製することができる。
【００７１】
ラインビーム４の照射エネルギー密度の制御は、アッテネータ１１によつて可能であり、次のように上下調整する。
【００７２】
ラインビーム４のエネルギー密度に変動があつたとき、ＥＬＡのプロセスマージンＰ３を与えるラインビーム４のエネルギー密度の範囲△ＥPJを逸脱しないように調整することが望まれるが、ラインビーム４のエネルギー密度が正確には把握されていない状態で高さの変化を把握しても、エネルギー密度が大小どちらの方向に変動したかは分からない。回折光３２のスペクトルの高さとエネルギー密度との関係は、図４に示すように凸形をなすためである。
【００７３】
このため、式（１）にλｍａｘを代入して得られる多くの結晶粒３４の大きさＤの平均結晶粒径（Ｄｍａｘ）とエネルギー密度（Ｅ）との関係を測定した。その結果を図１１に示す。同図から、エネルギー密度（Ｅ）が高くなるにつれて平均結晶粒径Ｄｍａｘが大きくなる傾向のあることが分かつた。ＳＥＭから得た結果からも同様の傾向がみられた。このことから、平均結晶粒（３４）の大きさＤｍａｘ及びその相対的な変化を把握すれば、ＥＬＡ装置に固有の照射エネルギー密度の変化の方向を知ることができ、ひいては、最適エネルギー密度（Ｅ）への調節方向が分かる。平均結晶粒径（Ｄｍａｘ）は、ｐ−Ｓｉ膜からの回折光３２のスペクトルのピークを示す波長を用いて式（１）により求まるから、ｐ−Ｓｉ膜３３に照射するレーザ照射エネルギーの変化の方向は、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルのピークを示す波長から判断することができる。従つて、エネルギー密度の変動方向と逆方向にエネルギー密度を人為的に変化させ、ＥＬＡプロセスマージンＰ３を与えるレーザ光のエネルギー密度の範囲△ＥPJを逸脱しないように調整することが可能になる。
【００７４】
すなわち、ｐ−Ｓｉ膜３３に照射するレーザ照射エネルギー密度の変化の方向は、平均結晶粒の大きさＤｍａｘの相対的な変化を計測することで分かり、平均結晶粒の大きさＤｍａｘは波長位置から分かるから、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの所定波長位置の相対的な変化からレーザ照射エネルギー密度の変化の方向を判断することがでる。
【００７５】
なお、ここでのＥＬＡのプロセスマージンＰ３は、半値幅：Ｗｐ＜８ｎｍとなるレーザ光のエネルギー密度の範囲：△Ｅｐｊとすることができる。これは、図１０に示すラインビームの中心Ｃから１６５ｍｍのときのプロセスマージンＰ１：３２５〜３５０ｍＪ／ｃｍ２、及びラインビームの中心ＣにおけるプロセスマージンＰ2 ：３３０〜３５５ｍＪ／ｃｍ２の両者が重なり合う部分をＥＬＡプロセスマージンＰ３を与えるレーザ光のエネルギー密度の範囲：△Ｅｐｊとしたもので、半値幅：Ｗｐ＜８ｎｍとすることができる。
【００７６】
ＴＦＴの特性は、単位面積当たりの結晶粒３４（ひいては結晶粒界）の数などの状態に依存するようであるが、ソース−ドレイン間の結晶粒３４の大きさが揃つているほどＴＦＴの特性の偏差が小さいと考えられる。これは、図７に示すＴＦＴの電子移動度と回折光３２のスペクトルの最大強度が得られる波長部分の半値幅Ｗｍａｘとの関係から分かる。ガラス基板６上の結晶化Ｓｉ膜３３をＴＦＴに加工した後の電気特性のバラツキを計測した結果を示す図７から分かるように、回折光３２のスペクトルの半値幅Ｗｍａｘが小さいほど、ＴＦＴ電子移動度の偏差も小さくなつているが、これは結晶粒３４の大きさの偏差が小さいため、電気特性のバラツキが小さくなると予測される。少なくとも、スペクトルの半値幅Ｗｍａｘが小さく結晶粒径が均一である方が電気特性に優れることが分かる。すなわち、ｐ−Ｓｉ膜をＴＦＴに使用するためには、回折光３２のスペクトルの半値幅Ｗｍａｘが小さく結晶粒３４の大きさにバラツキがなく、周期性のある結晶粒がｐ−Ｓｉ膜に形成されることが最適である。
【００７７】
これにより、ｐ−Ｓｉ膜３３に連続光１１０を照射し、その回折光３２のスペクトルの最大強度が得られる波長部分の半値幅Ｗｍａｘの数値を求めることにより、ｐ−Ｓｉ膜３３の良否を判断可能であることが分かる。
【００７８】
また、図９からも分かるように、回折光３２のスペクトルの所定位置の幅（半値幅Ｗ）は、結晶の大きさＤの偏差が大きいほど広くなり、結晶粒の大きさＤが回折格子のように一定である場合、スペクトルの幅は狭くなる。これは、ＥＬＡ装置により結晶化したｐ−Ｓｉ膜のような結晶粒の大きさにバラツキがある場合は、各結晶粒の大きさＤに幅があり、式（１）を満たす波長λの値にも幅が生ずるため、スペクトルの幅が広くなることから理解できる。
【００７９】
また、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルのピーク強度を示す部分の高さは、表面粗さ（結晶粒界に存在するリッジ３８高さ）の指標となる。これについても、ＳＥＭによる直接観察の結果と符合していた。従つて、ｐ−Ｓｉ膜３３の結晶粒界に存在するリッジ３８高さを、ｐ−Ｓｉ膜３３からの回折光３２のスペクトルの高さから判断し、リッジ３８の高さを所定値以下にすることで、全体として厚さの薄いＴＦＴなどの生産に使える品質良好な結晶化膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の１実施の形態に係る結晶化膜の評価装置の原理を示す正面図。
【図２】同じく結晶化膜の評価装置を示す正面図。
【図３】同じく回折光の強度−波長特性を示すスペクトル線図。
【図４】同じく回折光のスペクトル高さ−レーザ光の照射エネルギー密度特性を示す線図。
【図５】同じく結晶化Ｓｉ膜の結晶粒のリッジの高さの標準偏差−レーザ光の照射エネルギー密度特性を示す線図。
【図６】同じく光ファイバーの配置を示す概略断面図。
【図７】同じくＴＦＴの電子移動度と回折光のスペクトルの最大強度が得られる波長部分の半値幅との関係を示す線図。
【図８】比較のために大径の光ファイバーを用いて測定した回折光のスペクトルの強度−波長特性を示す線図であり、図８（ａ）は回折格子の特性を示し、図８（ｂ）はｐ−Ｓｉ膜の特性を示す。
【図９】同じく光ファイバー組立体を用いて測定した回折光のスペクトルの強度−波長特性を示す線図であり、図９（ａ）は回折格子の特性を示し、図９（ｂ）はｐ−Ｓｉ膜の特性を示す。
【図１０】同じくラインビームの各照射位置での半値幅と照射エネルギー密度との関係を示す線図。
【図１１】同じくｐ−Ｓｉ膜の平均結晶粒−エネルギー密度特性を示す線図。
【図１２】同じく結晶化Ｓｉ膜の作製装置を示し、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図
【符号の説明】
【００８１】
１：レーザ光
４：ラインビーム（レーザ光）
１０：レーザ発振器
３１：連続光
３２：回折光
３３：ｐ−Ｓｉ膜（結晶化Ｓｉ膜）
３４：結晶粒
３８：リッジ（突起）
４１：ハロゲンランプ（光源）
４２：入射部の光ファイバー（光源）
４４：レンズ
４５：受光部の光ファイバー
４６：表示装置
４８：分光器
１１０：連続光
Ｄ：結晶粒の大きさ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３：プロセスマージン
ｚｎ：法線
α：入射角
β：回折角
λ：波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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