(57)【要約】【課題】ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜試料の結晶状態を、非破壊及び非接触で、かつ短時間で、かつ高精度で評価でき、さらに、局所領域の結晶状態を評価できること。【解決手段】励起光照射によりｐ−Ｓｉの薄膜試料５で生じたＰＬ光のスペクトルを分光器７により検出し、そのスペクトルデータに基いて、バンド端発光による光の波長域の幅や、バンド端発光による光の強度とバンドギャップ間の局在準位から発生する光の光強度との比に関する結晶性の指標値を算出する。或いは、パルス状の励起光を薄膜試料５に照射して生じるバンド端発光の強度がピークに達してから所定レベルまで減衰するまでの時間に関する結晶性の指標値を算出する。【選択図】図１
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【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性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価装置であって、
所定の光源により励起光を前記薄膜試料に照射する励起光照射手段と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光のスペクトルを検出して所定の記憶手段に記憶させるＰＬ光スペクトル検出手段と、
前記ＰＬ光スペクトル検出手段の検出結果に基づいて、前記フォトルミネッセンス光におけるバンド端発光により生じた光の波長域の幅を前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する第１結晶性指標値算出手段と、
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評価装置。
【請求項２】
前記第１結晶性指標値算出手段が、前記フォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の強度半値幅を前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出してなる請求項１に記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項３】
前記励起光が照射された前記薄膜試料で生じるバンド端発光による光の強度である第１ＰＬ光強度と、前記薄膜試料におけるバンドギャップ間の局在準位から発生する光の波長域の光強度である第２ＰＬ光強度との各々を検出するＰＬ光強度検出手段と、
前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度とに基づいて前記薄膜試料の結晶性の第２の指標値を算出する第２結晶性指標値算出手段と、
を具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項４】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価装置であって、
所定の光源により励起光を前記薄膜試料に照射する励起光照射手段と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料で生じるバンド端発光による光の強度である第１ＰＬ光強度と、前記薄膜試料におけるバンドギャップ間の局在準位から発生する光の波長域の光強度である第２ＰＬ光強度との各々を検出するＰＬ光強度検出手段と、
前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度とに基づいて前記薄膜試料の結晶性の指標値を算出する第２結晶性指標値算出手段と、
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評価装置。
【請求項５】
前記第１ＰＬ光強度が、前記フォトルミネッセンス光における概ね９００ｎｍから１３００ｎｍまでの範囲に属する波長域の光の強度であり、
前記第２ＰＬ光強度が、前記フォトルミネッセンス光における概ね１３００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲に属する波長域の光の強度である請求項３又は４のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項６】
前記第２結晶性指標値算出手段が、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度との比を表す指標値を算出するものである請求項３〜５のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項７】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価装置であって、
所定の光源によりパルス状の励起光を前記薄膜試料に照射するパルス励起光照射手段と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の強度の時系列値を検出するＰＬ光強度時系列検出手段と、
前記ＰＬ光強度時系列検出手段の検出結果に基づいて、前記バンド端発光の強度が所定レベルに減衰するまでの時間、又は前記バンド端発光の強度の減衰の傾きを前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する第３結晶性指標値算出手段と、
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評価装置。
【請求項８】
前記励起光を前記薄膜試料における微小測定部位に集光する励起光集光手段を具備してなる請求項１〜７のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項９】
前記薄膜試料における前記励起光の照射部の微小測定部位に焦点を合わせた共焦点光学系により、前記ＰＬ光検出手段又は前記ＰＬ光強度時系列検出手段へ前記フォトルミネッセンス光を導くＰＬ光導光手段を具備してなる請求項１〜８のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項１０】
前記励起光が紫外光である請求項１〜９のいずれかに記載のポリシリコン薄膜結晶性評価装置。
【請求項１１】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価方法であって、
所定の光源により励起光を前記薄膜試料に照射する励起光照射手順と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光のスペクトルを光検出手段により検出して記憶手段に記憶させるＰＬ光スペクトル検出手順と、
前記ＰＬ光スペクトル検出手順の検出結果に基づいて、前記フォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の波長域の幅を前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する処理を所定のプロセッサにより実行する第１結晶性指標値算出手順と、
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評価方法。
【請求項１２】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価方法であって、
所定の光源により励起光を前記薄膜試料に照射する励起光照射手順と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料で生じるバンド端発光による光の強度である第１ＰＬ光強度と、前記薄膜試料におけるバンドギャップ間の局在準位から発生する光の波長域の光強度である第２ＰＬ光強度との各々を光検出手段により検出するＰＬ光強度算出手順と、
前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度とに基づいて前記薄膜試料の結晶性の指標値を算出する処理を所定のプロセッサにより実行する第２結晶性指標値算出手順と、
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評価方法。
【請求項１３】
ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価方法であって、
所定の光源によりパルス状の励起光を前記薄膜試料に照射するパルス励起光照射手順と、
前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の強度の時系列値を光検出手段により検出するＰＬ光強度時系列検出手順と、
前記ＰＬ光強度時系列検出手順の検出結果に基づいて、前記バンド端発光の強度が所定レベルに減衰するまでの時間、又は前記バンド端発光の強度の減衰の傾きを前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する処理を所定のプロセッサにより実行する第３結晶性指標値算出手順と、
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評価方法。
【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を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価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、レーザ光の強度や照射時間などの条件変動により、その結晶性がばらつきやすい。ここでいう結晶性とは、ダングリングボンドに起因する試料中の欠陥の量（欠陥の存在度合い）のことである。この結晶性のばらつきは、ガラス基板上のＴＦＴ素子の性能に大きな悪影響を及ぼす。このため、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性を評価することが重要となる。また、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性評価を、ｐ−Ｓｉ薄膜（ＴＦＴ素子）が形成されたガラスパネルの製品検査工程で行うためには、非接触及び非破壊で、かつ短時間で結晶性評価を行う必要がある。
さらに、近年、ガラス基板上の各ＴＦＴ素子の結晶性のばらつきを抑えるため、ＴＦＴ素子を形成させる領域だけを局所的に結晶化させる技術の開発が盛んである。このため、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性評価では、局所的な（微小な）領域の結晶性を評価することも重要である。
【０００３】
一般に、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線解析法、透過型電子顕微鏡を用いた結晶性評価などが知られている。しかしながら、これらはいずれも測定装置が高価であり、測定に要する時間も長いことから、生産プロセスでの製品検査への適用には不向きである。
一方、薄膜試料の結晶性を簡便に評価する方法として、薄膜試料の透過率や反射率などの光学的特性を測定し、その測定結果を結晶性の指標値とする評価方法がある。
例えば、特許文献１には、薄片試料に光を透過させ、その透過率に基づいて結晶性を評価する方法が示されている。
また、特許文献２には、マイクロ波光伝導減衰法による結晶性評価方法が示されている。
一方、特許文献３には、半導体ウェハの表層の複数の位置各々に励起光を照射し、これにより生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルの測定結果からバンド端発光の強度を抽出し、半導体ウェハの表層の各位置におけるバンド端発光の強度分布に基づいて、半導体ウェハ表層の欠陥を評価する方法が示されている。
【特許文献１】特開平１０−２１４８６９号公報
【特許文献２】特開平７−２４０４５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２３３２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような薄膜試料に対する透過光の強度測定に基づく結晶性評価では、薄膜試料の厚みが測定結果に大きく影響する。このため、薄膜試料の厚みのばらつき（厚みムラ）が、結晶性評価の精度を悪化させるという問題点があった。
また、特許文献２に示されるようなマイクロ波光伝導減衰法による結晶性評価では、使用するマイクロ波の波長が数十ミリ程度と長いため、薄膜試料における局所的な領域の結晶性を評価できないという問題点があった。
また、特許文献３に示される技術は、半導体ウェハの表層の各位置のバンド端発光の強度を相対評価することにより、欠陥（ボイド）の位置や大きさを特定する技術であり、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性を評価するものではない。
仮に、特許文献３に示される技術を、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性評価に応用した場合、ｐ−Ｓｉ薄膜の各位置相互間で、結晶性を相対評価することができる可能性はあるが、結晶性の絶対的な評価（良否判別）をすることができないという問題点があった。また、ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性評価では、特許文献３に示される検出対象である０．０２μｍサイズのボイドよりもさらに微小なダングリングボンドに起因する欠陥の状態を評価しなけばならず、特許文献３に示されるようにバンド端発光の強度自体を評価指標としたのでは十分な評価精度が得られない。
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、ｐ−Ｓｉ薄膜試料の結晶状態を、非破壊及び非接触で、かつ短時間で、かつ高精度で評価でき、さらに、局所領域の結晶状態を評価できるポリシリコン薄膜結晶性評価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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、ポリシリコンからなる薄膜試料の結晶性を表す指標値を所定の情報出力手段を通じて出力するポリシリコン薄膜結晶性評価装置又はその方法として構成されるものである。
そして、第１の発明は、以下の（１−１）〜（１−３）に示す手段又は手順を備えたポリシリコン薄膜結晶性評価装置又は評価方法として構成される。
（１−１）所定の光源により励起光を前記薄膜試料に照射する励起光照射手段又はその手順。
（１−２）前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光のスペクトルを検出して記憶手段に記憶させるＰＬ光スペクトル検出手段又はそのスペクトルを光検出手段により検出して記憶手段に記憶させるＰＬ光スペクトル検出手順。
（１−３）前記ＰＬ光スペクトル検出手段（又は手順）の検出結果に基づいて、前記フォトルミネッセンス光におけるバンド端発光により生じた光の波長域の幅（以下、バンド端発光波長帯幅という）を前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する第１結晶性指標値算出手段又はその算出処理をプロセッサにより実行する第１結晶性指標値算出手順。
ここで、前記ＰＬ光スペクトル検出手段は、多数の波長の光強度を検出するもの、即ち、波長分解能の高いスペクトル検出を行うものの他、バンド端発光の光の波長帯域における特定の数点（例えば２点や３点など）の波長の光強度を検出するような波長分解能の低いスペクトル検出を行うものも考えられる。後者の場合、その特定の数点の波長の光強度の強度比計算や、フィッティング処理の計算等によってバンド端発光の光の波長域の幅を算出できる。
なお、前記バンド端発光波長帯幅としては、例えば、前記フォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の強度半値幅などが考えられる。
【０００６】
後述するように、ポリシリコン薄膜は、その結晶性が悪い（ダングリングボンドに起因する欠陥が多い）ほど、励起光を照射して生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルにおいて、前記バンド端発光波長帯幅が広がる。このため、前記第１発明のように、前記バンド端発光波長帯幅を結晶性の指標値とすれば、ポリシリコン薄膜試料の結晶状態を、高精度で絶対的に評価できる。しかも、ポリシリコン薄膜試料の測定部位を光学的に１回測定すれば、その測定部位の結晶性を評価できる。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で評価できる。しかも、光学的に非破壊かつ非接触で評価できる。
【０００７】
また、前記第１発明に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置又はその方法が、さらに以下の（１−４）及び（１−５）に示す手段又は手順を備えればなお好適である。
（１−４）前記励起光が照射された前記薄膜試料で生じるバンド端発光による光の強度である第１ＰＬ光強度と、前記薄膜試料におけるバンドギャップ間の局在準位から発生する光の波長域の光強度である第２ＰＬ光強度との各々を検出するＰＬ光強度検出手段又はそれら光強度を光検出手段により検出するＰＬ光強度検出手順。
（１−５）前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度とに基づいて前記薄膜試料の結晶性の第２の指標値を算出する第２結晶性指標値算出手段又はその算出処理をプロセッサにより実行する第２結晶性指標値算出手順。
後述するように、ポリシリコン薄膜は、その結晶性が悪いものほど、前記第１ＰＬ光強度が弱くなる。さらに、その結晶性が、ある範囲を超えてさらに悪い場合、前記第１ＰＬ光強度が弱くなるとともに、前記第２ＰＬ光強度が強くなる。また、結晶性の悪化に応じて、前記第２ＰＬ光強度が強くなる状況では、結晶性の変化に対し、前記バンド端発光波長帯幅の変化よりも、前記第２ＰＬ光強度の変化の方が顕著となる。従って、これら２つの光強度に基づいて算出した指標値を用いれば、試料の結晶状態を高感度で評価できる。
例えば、比較的結晶性が良いポリシリコン薄膜については、前記バンド端発光波長帯幅に基づく指標値により結晶性を評価し、比較的結晶性が悪いポリシリコン薄膜については、前記第１ＰＬ光強度及び前記第２ＰＬ光強度に基づく指標値により結晶性を評価すれば、非常に広範囲の結晶性を高精度かつ高感度で評価できる。
【０００８】
また、第２の発明は、前述した（１−１）、（１−２）、（１−４）及び（１−５）に示す各手段又は手順を備えたポリシリコン薄膜結晶性評価装置又は評価方法として構成される。
この第２の発明に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置又は評価方法によれば、評価対象であるポリシリコン薄膜試料が、特に結晶性の良いものでない限り、その結晶性を高精度かつ高感度で評価できる。
ここで、前記第１ＰＬ光強度としては、前記フォトルミネッセンス光における概ね９００ｎｍから１３００ｎｍまでの範囲に属する波長域の光の強度を採用することが考えられ、前記第２ＰＬ光強度としては、前記フォトルミネッセンス光における概ね１３００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲に属する波長域の光の強度を採用することが考えられる。
また、第２前記結晶性指標値算出手段（又は手順）において、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度との比を表す指標値を算出することが考えられる。
もちろんそれ以外にも、前記第１ＰＬ光強度が弱いほど、また、前記第２ＰＬ光強度が強いほど、結晶性がより悪い状態であることを表す指標値であれば、他の指標値であってもかまわない。
【０００９】
また、第３の発明は、次の（２−１）〜（２−３）に示す手段又は手順を備えたポリシリコン薄膜結晶性評価装置又は評価方法として構成される。
（２−１）所定の光源によりパルス状の励起光を前記薄膜試料に照射するパルス励起光照射手段又はその手順。
（２−２）前記励起光が照射された前記薄膜試料から発生するフォトルミネッセンス光におけるバンド端発光の強度の時系列値を検出するＰＬ光強度時系列検出手段又はその時系列値を光検出手段により検出するＰＬ光強度時系列検出手順。
（２−３）前記ＰＬ光強度時系列検出手段（又は手順）の検出結果に基づいて、前記バンド端発光の強度が所定レベルに減衰するまでの時間、又は前記バンド端発光の強度の減衰の傾きを、前記薄膜試料の結晶性の指標値として算出する第３結晶性指標値算出手段、又はその算出処理を所定のプロセッサにより実行する第３結晶性指標値算出手順。
【００１０】
後述するように、ポリシリコン薄膜は、その結晶性が良いほど、パルス状の励起光を照射して生じるバンド端発光による光が減衰する傾きが緩やかになる。このため、前記第３発明のように、バンド端発光の減衰時間や減衰の傾きを結晶性の指標値とすれば、ポリシリコン薄膜試料の結晶状態を、高精度で評価できる。しかも、ポリシリコン薄膜試料の測定部位を光学的に１回測定すれば、その測定部位の結晶性を評価できる。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で評価できる。しかも、光学的に非破壊かつ非接触で評価できる。
【００１１】
また、前記第１〜第３の発明のいずれにおいても、前記励起光を前記薄膜試料における微小測定部位に集光する励起光集光手段を設け、これによって前記励起光を集光することが考えられる。
同様に、前記第１〜第３の発明のいずれにおいても、前記薄膜試料における前記励起光の照射部の微小測定部位に焦点を合わせた共焦点光学系により、前記ＰＬ光検出手段又は前記ＰＬ光強度時系列検出手段へ前記フォトルミネッセンス光を導くＰＬ光導光手段を設け、これによって前記フォトルミネッセンス光を導光することが考えられる。
これらの一方又は両方を実施することにより、ポリシリコン薄膜試料における局所領域の結晶状態を評価できる。
また、前記第１〜第３の発明のいずれにおいても、前記励起光として、紫外光を採用すれば、可視光を励起光とする場合に比べ、励起光の光源として、小パワーの光源を採用することができ好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポリシリコン薄膜試料の測定部位に、励起光を照射して生じるフォトルミネッセンス光を検出する処理を１回行えば、その検出結果に基づいてその測定部位の結晶性評価の指標値が算出される。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で結晶性を評価できる。しかも、光学的に非破壊かつ非接触で評価できる。
また、本発明によれば、フォトルミネッセンス光における前記バンド端発光波長帯幅に基づく指標値や、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度とに基づく指標値、或いはバンド端発光の減衰時間や減衰の傾きに基づく指標値が、結晶性の指標値として算出される。これらの指標値は、薄膜試料の結晶状態を高精度で表す指標値となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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評価装置Ｘ１の概略構成を表す図、図２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評価装置Ｘ２の概略構成を表す図、図３は本発明の第３実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３の概略構成を表す図、図４はポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ１により検出されるポリシリコン薄膜試料のフォトルミネッセンス光のスペクトルを表すグラフ、図５はポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３により検出されるバンド端発光の強度の時系列データを表すグラフ、図６はポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ１において実行される結晶性の指標値算出手順の例を表すフローチャート、図７はポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３において実行される結晶性の指標値算出手順を表すフローチャートである。
【００１４】
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評価装置Ｘ１（以下、結晶性評価装置Ｘ１という）について説明する。
結晶性評価装置Ｘ１は、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる薄膜試料５の結晶性を表す指標値を、液晶ディスプレイなどの表示装置（情報出力手段の一例）に出力したり、或いはネットワークインターフェースカード（情報出力手段の一例）を通じて他の計算機や制御装置に出力する装置である。
結晶性評価装置Ｘ１は、図１に示すように、レーザ光源１、変調器２、ミラー３、レンズ４、６、分光器７、ロックインアンプ８、変調周波数発生器９、データ処理装置１０、Ｘ−Ｙステージ１１などを備えて構成されている。
レーザ光源１は、例えば、波長３５５ｎｍの紫外光などの励起光を出力する光源（例えば、波長３５５ｎｍの第三高調波を出力するＹＡＧレーザ）である。
【００１５】
レーザ光源１から出射された励起光は、音響光学変調器やチョッパにより構成される変調器２によって一定周期（一定の周波数）で強度変調される。この強度変調の周期（周波数）は、変調周期発生器９から出力される一定周期（一定周波数）の同期信号により制御される。さらに、変調周波数発生器９の同期信号（即ち、変調器２による強度変調に同期した信号）は、ロックインアンプ８にも伝送される。
また、変調器２によって強度変調が施された励起光は、ミラー３で反射され、薄膜試料５表面の微小な測定部位（例えば、直径５〜１０μｍ程度のスポット）に対し、レンズ４（励起光集光手段の一例）によって集光された状態で照射される。これにより、薄膜試料５の測定部位において、フォトルミネッセンス発光（以下、ＰＬ発光という）が誘起され、フォトルミネッセンス光（以下、ＰＬ光という）が発生する。
なお、励起光を出力するレーザ光源１及びその励起光を薄膜試料５へ導く光学機器が、励起光照射手段の一例である。
ここで、薄膜試料５におけるＰＬ発光の発生率は、照射される励起光の波長に強く依存する。ｐ−Ｓｉ薄膜試料５は、波長３９０ｎｍ以下の紫外光（励起光）、特に波長３５５ｎｍ程度の紫外光が照射されると、効率的にＰＬ発光が生じる。但し、波長が短すぎると薄膜試料にダメージを与える恐れが生じるので、励起光は、概ね２００ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲の紫外光であることが望ましい。
【００１６】
薄膜試料５で生じたＰＬ光は、レンズ６などからなる集光光学系により分光器７へ導かれ、この分光器７によってＰＬ光のスペクトルが検出され、その検出データ（スペクトルデータ）が、ロックインアンプ８を通じて、データ処理装置１０に取り込まれ、データ処理装置１０が備える記憶手段に記憶される（ＰＬ光スペクトル検出手段の一例）。
ここで、ロックインアンプ８は、変調周波数発生器９から得た同期信号（励起光の強度変調に同期した信号）に基いて、分光器７の検出信号から、励起光の強度変調周期に同期した成分を抽出し、その抽出信号をデータ処理装置１０へ伝送する。
これにより、Ｓ／Ｎ比の高いＰＬ光のスペクトルデータが得られる。
データ処理装置１０は、プログラムを実行するプロセッサ（演算手段）及びプログラムや各種データを記憶する記憶部（フラッシュメモリやハードディスクドライブなど）を備えた計算機である。この計算機では、プロセッサが、記憶部に予め記憶されたプログラムを実行することにより、その記憶部へのＰＬ光スペクトルデータの記録やそのデータの参照、後述する各種計算処理を実行する。
Ｘ−Ｙステージ１１は、薄膜試料５の二次元方向の位置決めを行うものである。このＸ−Ｙステージ１１により、薄膜試料５における測定部位の位置決めがなされる。
【００１７】
図４は、結晶性が異なる４種類のサンプル試料ａ〜ｄ（ｐ−Ｓｉ薄膜試料５）について、結晶性評価装置Ｘ１により検出されたＰＬ光のスペクトルを表すグラフである。
ここで、測定対象となったサンプル試料は、結晶性の良いものから順に、試料ａ、試料ｂ、試料ｃ、試料ｄである（試料ｄの結晶性が最も悪い）。
図４において、いずれの試料のスペクトルにおいても、バンド端発光による光の波長の付近で強度のピークを有する光（ｇ１〜ｇ４で表す部分）が存在し、これが、バンド端発光による光である。図４に示すように、ｐ−Ｓｉ薄膜で生じるバンド端発光の光の波長域は、概ね、９００ｎｍから１３００ｎｍまでの範囲に属する。
図４からわかるように、結晶性の良い試料ａは、そのＰＬ光のスペクトルにおいて、バンド端発光により生じた光の波長域の幅、即ち、前記バンド端発光波長帯幅が狭く、急峻なピークを有している。そして、試料の結晶性が悪くなるほど、前記バンド端発光波長帯幅が広くなり、ピークの形状がより緩やかになる。従って、前記バンド端発光波長帯幅又はこれに基く指標値を算出すれば、試料の結晶状態を表す絶対的な指標値を算出できる。
【００１８】
さらに、図４からわかることは、結晶性が悪い試料ほど、バンド端発光による光の強度（以下、第１ＰＬ光強度という）が弱くなる。さらに、その結晶性が、ある範囲を超えてさらに悪い場合（ここでは、試料ｃ、試料ｄの場合）、前記第１ＰＬ光強度が弱くなるとともに、試料におけるバンドギャップ間の局在準位から発生する光（以下、ディープレベル光という）の波長域において光強度のピーク（図中、ｇ３’、ｇ４’の部分）が生じ、その光強度（以下、第２ＰＬ光強度という）が強くなる。図４に示すように、ｐ−Ｓｉ薄膜で生じるディープレベル光の波長域は、概ね、１３００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲に属する。
そして、前記第２ＰＬ光強度が強くなる状況では、結晶性の変化に対し、前記バンド端発光波長帯幅（ｇ１〜ｇ４の部分の幅）の変化よりも、前記第２ＰＬ光強度の変化の方が顕著となる。従って、これら２つの光強度に基づいて算出した指標値を用いれば、試料の結晶状態を高感度で評価できる。
【００１９】
次に、図６に示すフローチャートを参照しつつ、結晶性評価装置Ｘ１において実行される結晶性の指標値算出手順の一例について説明する。以下、Ｓ１０１、Ｓ１０２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。
まず、Ｘ−Ｙステージ１１により、薄膜試料５における測定部位（励起光の照射部）の位置決めが行われる（Ｓ１０１）。
次に、変調器２を動作させる（Ｓ１０２）とともに、レーザ光源１を動作させて、薄膜試料５に対する励起光の照射を開始させる（Ｓ１０３）。これにより、励起光の強度変調周期に同期した同期信号が、変調周波数発生器９からロックインアンプ８へ出力される。
さらに、分光器７により、励起光が照射された薄膜試料５で発生するＰＬ光のスペクトルが検出され、その検出データがデータ処理装置１０の記憶部に記録される（Ｓ１０４）。なお、前述したように、データより装置１０の記憶部に記録されるＰＬ光のスペクトルデータは、ロックインアンプ８が励起光の強度変調周期に同期した成分を抽出することによって得られたデータである。
【００２０】
次に、データ処理装置１０により、その記憶部に記録されたＰＬ光のスペクトルデータに基いて、前記第１ＰＬ光波長帯幅（バンド端発光による光の波長域の幅）が算出され、算出結果がその記憶部に記録される（Ｓ１０５）。
例えば、データ処理装置１０により、ＰＬ光のスペクトルにおける９００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長域のデータの中から光強度のピーク値（最大の光強度）が求められ、そのピーク値に基く強度半値幅が前記第１ＰＬ光波長帯幅として算出される。
さらに、データ処理装置１０により、前記第１ＰＬ光波長帯幅に基く結晶性の指標値である第１指標値が算出され、その算出結果がデータ処理装置１０の記憶部に記録される（Ｓ１０６、第１結晶性指標値算出手段の一例）。
この第１指標値は、前記第１ＰＬ光波長帯幅そのものであってもよいが、予め定められた換算式や換算テーブルに従って、第１ＰＬ光波長帯幅を、結晶性の程度を表す連続値或いは離散的なランク値に換算したものであってもよい。
【００２１】
ところで、図１には、分光器７により、比較的多数の波長の強度を検出することにより、ＰＬ光のスペクトルを比較的高い波長分解能で検出することを想定した例を示しているがこれには限らない。
例えば、ディテクタ等によってバンド端発光の光の波長帯域における特定の数点（例えば、２点や３点など）の波長の光強度を簡易的なＰＬ光スペクトル（波長分解能が低いＰＬ光のスペクトル）として検出し、それら各強度について強度比計算やフィッティング処理等の計算を行うことにより、前記第１ＰＬ光波長帯幅を算出する構成も考えられる。
より具体的には、バンド端発光の強度がほぼピークとなる第１特定波長（約１１００ｎｍの波長）の光強度を検出するディテクタと、それよりやや短波長の第２特定波長（約１０００ｎｍの波長）の光強度を検出するディテクタとを設け、両ディテクタで検出された光強度をＰＬ光のスペクトルデータとしてデータ処理装置１０に取り込む。
一方、実測データに基づいて、前記第１特定波長の光強度と前記第２特定光強度との比と、前記第１ＰＬ光波長帯幅との対応関係（データテーブルや関係式）を求め、これを予めデータ処理装置１０に記憶しておく。
そして、データ処理装置１０により、両ディテクタにより検出された光強度の比から、前記第１ＰＬ光波長帯幅を算出する。
或いは、前記第１特定波長の光強度と前記第２特定光強度とに基づくフィッティング計算等により、バンド端発光の光の波長帯域について、連続的なＰＬ光のスペクトルを推定計算し、その推定したＰＬ光のスペクトルに基づいて、前記第１ＰＬ光波長帯幅を算出することも考えられる。
【００２２】
さらに、データ処理装置１０により、前記第１ＰＬ光強度及び前記第２ＰＬ光強度が算出され、その各々が記憶部に記録される（Ｓ１０７、Ｓ１０８、ＰＬ光強度検出手段の一例）。例えば、それぞれの波長域における光強度のピーク値や平均値が各光強度として算出される。ここで、第１ＰＬ光強度は、１０００〜１２５０ｎｍの範囲の光の強度とすることが望ましく、第２ＰＬ光強度は、１４００〜１７５０ｎｍの範囲の光の強度とすることが望ましい。
さらに、データ処理装置１０により、前記第１ＰＬ光強度及び前記第２ＰＬ光強度に基く結晶性の指標値である第２指標値が算出され、その算出結果がデータ処理装置１０の記憶部に記録される（Ｓ１０９、第２結晶性指標値算出手段の一例）。
このステップＳ１０９では、この第２指標値として、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度との比を表す指標値を算出することが考えられる。例えば、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度との和に対する前記第１ＰＬ光強度の比を表す連続値或いは離散的なランク値を第２指標値とすれば、その値が大きいほど、結晶性が良いという指標値となる。一方、前記第１ＰＬ光強度と前記第２ＰＬ光強度との和に対する前記第２ＰＬ光強度の比を表す値を第２指標値とすれば、その値が大きいほど、結晶性が悪いという指標値となる。このよな第２指標値は、光強度の個々の絶対値に依存しない評価値となり好適である。
もちろんそれ以外にも、前記第１ＰＬ光強度が弱いほど、また、前記第２ＰＬ光強度が強いほど、結晶性がより悪い状態であることを表す指標値であれば、他の指標値を第２指標値としてもかまわない。
【００２３】
次に、データ処理装置１０により、前記第２ＰＬ光強度が予め定められた基準値未満であるか否かが判別される（Ｓ１１０）。このステップＳ１１０の処理は、薄膜試料５の結晶性の程度が、前記バンド端発光波長幅に基づく第１指標値での評価に適するものであるか、第１ＰＬ光強度及び第２ＰＬ光強度に基づく第２指標値での評価に適するものであるかの判別を行う処理である。なお、この判別を、第２指標値のレベルに基づいて、或いは第１指標値と第２指標値との比較に基づいて行うことも考えられる。
そして、前記第２ＰＬ光強度が予め定められた基準値未満であると判別されると、データ処理装置１０により、第１指標値が最終的な結晶性評価用の指標値（以下、評価用指標値という）として設定され、その設定結果がデータ処理装置１０の記憶部に記録（記憶）されるとともに、表示装置や外部装置などに出力される（Ｓ１１１）。
一方、前記第２ＰＬ光強度が予め定められた基準値以上であると判別されると、データ処理装置１０により、第２指標値が前記評価用指標値として設定され、その設定結果がデータ処理装置１０の記憶部に記録（記憶）されるとともに、表示装置や外部装置などに出力される（Ｓ１１２）。
このステップＳ１１０〜Ｓ１１２の処理は、最終的な結晶性評価用の指標値を、第２ＰＬ光強度に応じて、第１指標値又は第２指標値のいずれかから選択する処理である。なお、このように指標値の選択を行う場合、少なくともステップＳ１１０における選択条件の判別の境界付近の状況下において、第１指標値及び第２指標値がほぼ同じ値となるように、ステップＳ１０６及びＳ１０９の処理内容を定めておくことが望ましい。
【００２４】
次に、データ処理装置１０により、測定の終了条件が成立したか否かが判別され（Ｓ１１３）、終了条件が成立していない場合は前述したステップＳ１０１に処理が戻される一方、終了条件が成立した場合は、結晶性の指標値算出処理が終了する。前記終了条件としては、例えば、薄膜試料５における予め定められた複数の位置（測定部位）についての指標値の計算処理が終了したことや、データ処理装置１０に対して所定の終了操作が行われたことなどが考えられる。
以上に示した結晶性評価装置Ｘ１は、ポリシリコン薄膜試料５の微小な測定部位に、励起光を照射して生じるフォトルミネッセンス光を検出する処理を１回行えば、その検出結果に基づいてその測定部位の結晶性評価の指標値が算出される。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で結晶性を評価できる。しかも、光学的に非破壊、非接触かつ高感度で評価できる。
従って、結晶性評価装置Ｘ１は、例えば、ｐ−Ｓｉ薄膜からなるＴＦＴ素子が形成されたガラスパネルの検査工程等に適用することにより、算出した指標値が合格基準に満たないガラスパネルを検査不合格品として排除する処理等につなげることができる。
【００２５】
ところで、図６に示す処理のうち、前記第１ＰＬ光強度及び前記第２ＰＬ光強度に関する処理（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０及びＳ１１２）を省略し、その処理を実行する構成要素（データ処理装置１０のプログラム）を結晶評価装置Ｘ１から省略することが考えられる。
そうしても、少なくとも結晶性が比較的良いｐ−Ｓｉ薄膜試料５については、十分に高い精度及び感度でその結晶性を評価できる。
同様に、図６に示す処理のうち、前記バンド端発光波長帯幅に関する処理（ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０及びＳ１１１）を省略し、その処理を実行する構成要素（データ処理装置１０のプログラム）を結晶評価装置Ｘ１から省略することも考えられる。
そうしても、少なくとも結晶性が比較的悪いｐ−Ｓｉ薄膜試料５については、十分に高い精度及び感度でその結晶性を評価できる。
【００２６】
次に、図２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評価装置Ｘ２（以下、結晶性評価装置Ｘ２という）について説明する。
結晶性評価装置Ｘ２は、前述した結晶性評価装置Ｘ１から、前記バンド端発光波長帯幅に関する処理（ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０及びＳ１１１）を省略し、その処理に必要な一部の構成要素を省略或いは他の構成要素に置き換えたものである。即ち、前記第１ＰＬ光強度及び前記第２ＰＬ光強度に基づく結晶性評価の指標値のみを算出及び出力するものである。
従って、結晶性評価装置Ｘ２は、前記結晶性評価装置Ｘ１と装置構成がほぼ同じであるので、以下、結晶性評価装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。なお、図２において、図１に示す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。
【００２７】
結晶性評価装置Ｘ２は、図２に示すように、励起光の照射によって生じるＰＬ光から、バンド端発光による光と、前記ディープレベル光との各々を個別に切り替えて抽出するバンドパスフィルタ１２（光フィルタ）を備えている。
例えば、１０００〜１２５０ｎｍの範囲の光を選択的に通過させる第１のバンドパスフィルタと、１４００〜１７５０ｎｍの範囲の光を選択的に通過させる第２のバンドパスフィルタとが並べて設けられたフィルタ部材と、そのフィルタ部材を駆動することにより、ＰＬ光の光路に第１のバンドパスフィルタと第２のバンドパスフィルタとのいずれを位置させるかを切り替える切替機構とを備えたバンドパスフィルタ１２などが考えられる。
さらに、結晶性評価装置Ｘ２は、分光器７の代わりに、フォトダイオードなどの光強度の検出手段である光検出器７’を備える。この光検出器７’は、バンドパスフィルタ１２により抽出されたバンド端発光による光及び前記ディープレベル光の各々を個別に受光し、それら各々の強度（第１ＰＬ光強度及び第２ＰＬ光強度）を個別に検出するものである。
この光検出器７’によって検出された第１ＰＬ光強度及び第２ＰＬ光強度は、結晶性評価装置Ｘ１と同様に、ロックインアンプ８を通じてデータ処理装置１０に取り込まれる。
そして、結晶性評価装置Ｘ２におけるデータ処理装置１０は、図６に示す処理から、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６、Ｓ１１０及びＳ１１１の処理が省略され、さらに、ステップＳ１０７及びＳ１０８の処理が、光検出器７’及びロックインアンプ８を通じて得られる第１ＰＬ光強度及び第２ＰＬ光強度を取得して記憶部に記憶させる処理に置き換えられた処理を実行する。
即ち、結晶性評価装置Ｘ２は、分光器７などによってＰＬ光のスペクトルを検出することなく、非常に高速で第１ＰＬ光強度及び第２ＰＬ光強度を選択的に検出することによって結晶性の指標値（前記第２指標値に相当）を算出及び出力する。
このような結晶性評価装置Ｘ２によれば、少なくとも結晶性が比較的悪いｐ−Ｓｉ薄膜試料５については、十分に高い精度及び感度でその結晶性を評価できる。
なお、薄膜試料５の結晶性が良い場合、第１ＰＬ光強度のみを指標値としても、結晶性を評価できる。
【００２８】
次に、図３に示す概略構成図を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３（以下、結晶性評価装置Ｘ３という）について説明する。
結晶性評価装置Ｘ３も、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる薄膜試料５の結晶性を表す指標値を、液晶ディスプレイなどの表示装置（情報出力手段の一例）に出力したり、或いはネットワークインターフェースカード（情報出力手段の一例）を通じて他の計算機や制御装置に出力する装置である。
結晶性評価装置Ｘ３は、図３に示すように、パルスレーザ光源１’、ミラー３、レンズ４、６、光検出器７’、データ処理装置１０’、Ｘ−Ｙステージ１１などを備えて構成されている。
パルスレーザ光源１’は、例えば、波長３５５ｎｍの紫外光などの励起光をパルス状にして出力する光源（例えば、波長３５５ｎｍの第三高調波を出力するＹＡＧレーザ）である。パルス幅は、例えば、１０ｎｓ程度とする。
パルスレーザ光源１’から出射されたパルス状の励起光は、ミラー３で偏向され、薄膜試料５表面の微小な測定部位に対し、レンズ４（励起光集光手段の一例）によって集光された状態で照射される。これにより、薄膜試料５の測定部位において、フォトルミネッセンス発光が誘起され、ＰＬ光が発生する。なお、パルス状の励起光を出力するパルスレーザ光源１’及びその励起光を薄膜試料５へ導いて照射する光学機器が、パルス励起光照射手段の一例である。
【００２９】
薄膜試料５で生じたＰＬ光は、レンズ６などからなる集光光学系により集光されるとともに、バンド端発光による光を選択的に通過させるバンドパスフィルタ１２’により、バンド端発光による光が抽出されて光検出器７’（フォトダイオードなど）へ導かれる。この光検出器７’により、バンド端発光による光の強度（以下、バンド端発光強度という）の時系列データが検出される（ＰＬ光強度時系列検出手段）。そして、その検出データがデータ処理装置１０に取り込まれ、データ処理装置１０’が備える記憶手段に記憶される。ここで、ＰＬ光強度の検出の時間分解能は、１０ｎｓ以下であることが望ましい。
データ処理装置１０’は、プログラムを実行するプロセッサ（演算手段）及びプログラムや各種データを記憶する記憶部（フラッシュメモリやハードディスクドライブなど）を備えた計算機である。この計算機では、プロセッサが、記憶部に予め記憶されたプログラムを実行することにより、その記憶部への前記バンド端発光強度の時系列データの記録やそのデータの参照、後述する各種計算処理を実行する。
Ｘ−Ｙステージ１１は、薄膜試料５の二次元方向の位置決めを行うものである。このＸ−Ｙステージ１１により、薄膜試料５における測定部位の位置決めがなされる。
【００３０】
図５は、結晶性が異なる２種類のサンプル試料ｅ及び試料ｆ（ｐ−Ｓｉ薄膜試料５）について、結晶性評価装置Ｘ３により検出された前記バンド端発光強度の時系列データを表すグラフである。なお、これら２つのグラフにおけるバンド端発光強度の値は規格化されている。
ここで、測定対象となったサンプル試料は、試料ｅ（図中のグラフｇ５）の方が試料ｆ（図中のグラフｇ６）よりも結晶性が悪い。
図５からわかるように、結晶性の悪い試料ｅよりも、結晶性の良い試料ｆの方が、パルス状の励起光を照射して生じるバンド端発光により生じた光の強度が上昇してピークとなった後に減衰する傾きが緩やかになる。
従って、バンド端発光強度が所定レベルまで減衰するのに要する減衰時間や減衰の傾きに基く指標値は、結晶性評価の指標値となる。
よって、その指標値に基づいて結晶性を評価すれば、ｐ−Ｓｉ薄膜試料５の結晶状態を、高精度で評価できる。しかも、ｐ−Ｓｉ薄膜試料５の測定部位を光学的に１回測定すれば、その測定部位の結晶性を評価できる。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で評価できる。しかも、光学的に非破壊かつ非接触で評価できる。
【００３１】
次に、図７に示すフローチャートを参照しつつ、結晶性評価装置Ｘ３において実行される結晶性の指標値算出手順の一例について説明する。以下、Ｓ２０１、Ｓ２０２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。
まず、Ｘ−Ｙステージ１１により、薄膜試料５における測定部位（励起光の照射部）の位置決めが行われる（Ｓ２０１）。
次に、パルスレーザ光源１’を動作させて、薄膜試料５に対するパルス状の励起光の照射を行う（Ｓ２０２）。
同時に、光検出器７’により、パルス状の励起光が照射された薄膜試料５で一時的に発生するＰＬ光におけるバンド端発光の光の強度（前記バンド端発光強度）の時系列データが検出され、その検出データがデータ処理装置１０’の記憶部に記録される（Ｓ２０３）。
【００３２】
次に、データ処理装置１０’により、その記憶部に記録されたバンド端発光強度の時系列データに基いて、バンド端発光強度がピークに達してから所定レベルまで減衰するまでに要する時間（以下、減衰所要時間という）が算出される（Ｓ２０４）。この減衰所要時間としては、例えば、バンド端発光強度が、ピークに達してからそのピーク値に対する比が予め設定された比（例えば５０％）になるまでに要する時間などが考えられる。
さらに、データ処理装置１０’により、前記減衰所要時間に基く結晶性の指標値が算出され、その算出結果がデータ処理装置１０’の記憶部に記録されるとともに、表示装置や外部装置等に出力される（Ｓ２０５、第３結晶性指標値算出手段の一例）。
この指標値は、前記減衰所要時間そのものであってもよいが、予め定められた換算式や換算テーブルに従って、減衰所要時間を、結晶性の程度を表す連続値或いは離散的なランク値に換算したものであってもよい。
次に、データ処理装置１０’により、測定の終了条件が成立したか否かが判別され（Ｓ２０６）、終了条件が成立していない場合は前述したステップＳ２０１に処理が戻される一方、終了条件が成立した場合は、結晶性の指標値算出処理が終了する。前記終了条件の例は、前述したステップＳ１１３における終了条件の例と同様である。
【００３３】
以上に示した結晶性評価装置Ｘ３も、ポリシリコン薄膜試料５の微小な測定部位に、励起光を照射して生じるフォトルミネッセンス光を検出する処理を１回行えば、その検出結果に基づいてその測定部位の結晶性評価の指標値が算出される。そのため、複数の測定部位を測定して相対評価する場合に比べ、短時間で結晶性を評価できる。しかも、光学的に非破壊、非接触かつ高感度で評価できる。
なお、前記減衰所要時間を算出する代わりに、バンド端発光強度の減衰の傾きを算出しても同様の作用効果を得られる。
【００３４】
以上に示した各実施形態では、励起光（パルス状の励起光を含む）を薄膜試料５に照射する際に集光しているが、特定の微小な測定部のＰＬ光のみを分光器７や光検出器７’へ導く構成も考えられる。
即ち、薄膜試料５における励起光の照射部のうちの特定の微小測定部位に焦点を合わせた共焦点光学系により、ＰＬ光を分光器７や光検出器７’（ＰＬ光検出手段やＰＬ光強度時系列検出手段の一例）へＰＬ光を導く光学機器（ＰＬ光導光手段の一例）が、励起光の集光用のレンズ４に代えて、或いはそのレンズ４とともに設けられた結晶性評価装置も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
ポリシリコン薄膜の結晶性を評価する装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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評価装置Ｘ１の概略構成を表す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ２の概略構成を表す図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３の概略構成を表す図。
【図４】ポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ１により検出されるポリシリコン薄膜試料のフォトルミネッセンス光のスペクトルを表すグラフ。
【図５】ポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３により検出されるバンド端発光の強度の時系列データを表すグラフ。
【図６】ポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ１において実行される結晶性の指標値算出手順の例を表すフローチャート。
【図７】ポリシリコン薄膜結晶性評価装置Ｘ３において実行される結晶性の指標値算出手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１…レーザ光源
１’…パルスレーザ光源
２…変調器
３…ミラー
４、６…レンズ
５…薄膜試料（ポリシリコン）
７…分光器
７’…光検出器
８…ロックインアンプ
９…変調周波数発生器
１０、１０’…データ処理装置
１１…Ｘ−Ｙステージ
１２、１２’…バンドパスフィルタ
Ｓ１０１、Ｓ１０２、〜…処理手順（ステップ）
【図１】
2007255893.tif 000003
【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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