DE102013004504B4

DE102013004504B4 - Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters

Info

Publication number: DE102013004504B4
Application number: DE102013004504.5A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Inui; Futoshi Ojima; Hiroyuki Takamatsu; Naokazu Sakoda
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: DE102013004504A1; TW201344823A; TWI521626B; JP5882801B2; JP2013195096A; CN103311147A; CN103311147B

Abstract

Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, umfassend: eine Anregungslicht-Bestrahlungseinheit, die ein vorgegebenes Anregungslicht auf einen Bewertungsziel-Halbleiterfilm einstrahlt, der auf einem leitenden Film mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit, die eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ auf den Halbleiterfilm einstrahlt, eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden, wobei die Dielektrikumplattenelemente aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet sind, welches das Anregungslicht durchlässt, eine Erfassungseinheit, welche die Intensität einer reflektierten Welle der elektromagnetischen Welle, die durch den Halbleiterfilm reflektiert worden ist, erfasst, und eine Bewertungseinheit, welche die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis eines Erfassungsausgangssignals der Erfassungseinheit bewertet, wobei eines der Mehrzahl von Plattenelementen als eine Dielektrikumplatte auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters zur Bewertung der Kristallinität eines Dünnfilm(Schicht)-Halbleiters (Halbleiterfilms) und insbesondere eine Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, bei denen ein Mikrowellen-Photoleitfähigkeitsabklingverfahren eingesetzt wird.
Aufgrund des Voranschreitens der Elektronik in den vergangenen Jahren werden Halbleiterprodukte in verschiedenen Gebieten verwendet. Insbesondere steht gegenwärtig ein Dünnfilm(schicht)-Halbleiter (Halbleiterfilm), der aus Silizium oder dergleichen hergestellt ist, zur Verfügung und die Sicherstellung der Qualität eines solchen Halbleiterfilms ist wichtig zur Verbesserung des Leistungsvermögens von Halbleiterprodukten. Eine Kennzahl zur Bewertung der Halbleiterqualität ist die Kristallinität eines Halbleiters und ein Mikrowellen-Photoleitfähigkeitsabklingverfahren (μ-PCD-Verfahren) ist als ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters bekannt (z. B. das Siliziumwafer-Lebensdauermessverfahren, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2007-48959 beschrieben ist).
Gemäß diesem μ-PCD-Verfahren werden durch Einstrahlen von Licht auf einen Messziel-Halbleiter (Halbleiterprobe, gemessene Probe) überschüssige Träger (photoangeregte Träger) erzeugt. Dann wird ein Verlauf von überschüssigen Trägern, die aufgrund der Trägerlebensdauer, die durch die physikalischen Eigenschaften der Halbleiterprobe bestimmt wird, rekombinieren und aufgehoben bzw. ausgelöscht werden, auf der Basis der Änderung der Reflexion oder des Transmissionsgrads der Mikrowellen, die im Zeitverlauf stattfindet, erfasst. Die Erzeugung von überschüssigen Trägern erhöht die Leitfähigkeit des Halbleiters. Daher ändert sich die Reflexion oder der Transmissionsgrad der Mikrowellen, die auf eine Region (Schnitt, Bereich) des Halbleiters, in dem überschüssige Träger durch eine Photoanregung erzeugt worden sind, eingestrahlt werden, entsprechend der Dichte der überschüssigen Träger. Das μ-PCD-Verfahren misst die Trägerlebensdauer durch Nutzen eines solchen Phänomens. Der Verlauf des Rekombinierens von überschüssigen Trägern hängt andererseits von Unregelmäßigkeiten in der Anordnung in dem Kristallgitter, wie z. B. von Gitterdefekten, ab. Daher kann das Messergebnis des μ-PCD-Verfahrens als eine Kennzahl der Kristallinität zur Bewertung der Kristallinität verwendet werden. Ferner weist das μ-PCD-Verfahren einen weiteren Vorteil auf, der darin besteht, dass die Intensität der reflektierten Welle oder der durchgelassenen Welle in einer relativ kurzen Zeit auf eine zerstörungsfreie und kontaktlose Weise erfasst (gemessen) werden kann.
Andererseits besteht ein Nachteil des μ-PCD-Verfahrens darin, dass die Bewertung der Kristallinität eines Mikrobereichs schwierig ist, da die Wellenlänge einer Mikrowelle, die verwendet werden soll, relativ lang ist (mehrere Millimeter oder mehr). Wenn die Dicke der Halbleiterprobe gering ist (Dünnfilmprobe), wie dies bei polykristallinem Silizium (mehrere nm bis mehrere zehn nm) oder bei einkristallinem Silizium der Fall ist (mehrere μm oder weniger), wird die Änderung der Intensität der reflektierten Welle bezüglich der eingestrahlten Welle der Mikrowelle, d. h. die Änderung der Intensität der reflektierten Welle, die aufgrund der Kristallinität der Halbleiterprobe aufgetreten ist, sehr gering. Dies ist der Grund dafür, warum es bei einem herkömmlichen μ-PCD-Verfahren schwierig ist, eine ausreichende Messempfindlichkeit, d. h., Messgenauigkeit, sicherzustellen. Eine mögliche Lösung besteht darin, die Intensität des Anregungslichts zur Erhöhung der Messempfindlichkeit zu erhöhen, jedoch kann die einfache Erhöhung der Intensität des Anregungslichts ohne Berücksichtigung der Intensität zur Implementierung einer ausreichenden Messempfindlichkeit die Halbleiterprobe schädigen und die Kosten für die Lichtquelle des Anregungslichts erhöhen.
Folglich haben die vorliegenden Erfinder die Technik vorgeschlagen, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2008-51719 beschrieben ist. Gemäß diesem Stand der Technik wird die Anregung mit Licht durchgeführt, dessen Intensität mit einem vorgegebenen Zyklus moduliert wird, und das Signal-Rausch(SN)-Verhältnis verbessert sich durch Extrahieren einer Komponente, welche die Intensitätsmodulation des Anregungslichts synchronisiert, von der Intensität des reflektierten Lichts.
Die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2008-51719 beschriebene Technik ist bezüglich der Bewertung der Kristallinität eines Mikrobereichs, wie z. B. eines TFT, hervorragend. Wenn jedoch dieses herkömmliche μ-PCD-Verfahren verwendet wird, wenn unmittelbar unterhalb des Bewertungsziel-Halbleiterfilms ein leitender Film vorliegt, kann in dem Halbleiterfilm keine ausreichende Feldintensität erzeugt werden und die Wechselwirkung des elektrischen Felds mit den photoangeregten Trägern wird schwach, was die Messung sehr schwierig macht. Insbesondere ist in dem Fall der Verwendung von amorphem Silizium oder von mikrokristallinem Silizium, das kostengünstig ist, in einer Solarbatterie ein Halbleiterfilm auf einer Rückflächen(Unterseiten)-Elektrode der Solarbatterie ausgebildet, die auf einem Glassubstrat ausgebildet ist, so dass diese Unterseitenelektrode der leitende Film wird. Ein ähnliches Problem tritt in dem Gebiet der Flachbildschirme bzw. -anzeigen (FPD) auf, bei denen eine „Bottom Gate”-Struktur eingesetzt wird.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters bereitzustellen, die eine Kristallinität selbst dann bewerten können, wenn ein leitender Film unter dem Halbleiterfilm ausgebildet ist, wenn die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis des μ-PCD-Verfahrens bewertet wird.
Bei der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiterfilms durch das μ-PCD-Verfahren. Wenn die Kristallinität des Halbleiterfilms bewertet wird, wird eine Dielektrikumplatte mit einer vorgegebenen Dicke auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite angeordnet, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden.
Eine Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß eines Aspekts umfasst: eine Anregungslicht-Bestrahlungseinheit, die ein vorgegebenes Anregungslicht auf einen Bewertungsziel-Halbleiterfilm einstrahlt, der auf einem leitenden Film mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit, die eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ auf den Halbleiterfilm einstrahlt, eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden, wobei die Dielektrikumplattenelemente aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet sind, welches das Anregungslicht durchlässt, eine Erfassungseinheit, welche die Intensität einer reflektierten Welle der elektromagnetischen Welle, die durch den Halbleiterfilm reflektiert worden ist, erfasst, und eine Bewertungseinheit, welche die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis eines Erfassungsausgangssignals der Erfassungseinheit bewertet, wobei eines der Mehrzahl von Plattenelementen als eine Dielektrikumplatte auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, angeordnet ist.
Ein Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß eines anderen Aspekts umfasst: einen Anregungslicht-Bestrahlungsschritt, bei dem ein vorgegebenes Anregungslicht auf einen Bewertungsziel-Halbleiterfilm eingestrahlt wird, der auf einem leitenden Film mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, einen elektromagnetische Welle-Bestrahlungsschritt, bei dem eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ gemäß der Einstrahlung des Anregungslichts auf den Halbleiterfilm eingestrahlt wird, einen Erfassungsschritt, bei dem die Intensität einer reflektierten Welle der elektromagnetischen Welle, die durch den Halbleiterfilm reflektiert worden ist, erfasst wird, und einen Bewertungsschritt, bei dem die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis eines Erfassungsausgangssignals in dem Erfassungsschritt bewertet wird, wobei eines einer Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden und die aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet sind, welches das Anregungslicht durchlässt, auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, als eine Dielektrikumplatte angeordnet ist.
Wenn daher die Kristallinität eines Halbleiterfilms auf der Basis des μ-PCD-Verfahrens bewertet wird, ermöglichen die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und das Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters die Bewertung der Kristallinität eines Halbleiterfilms, selbst wenn ein leitender Film unter dem Halbleiterfilm ausgebildet ist, da die Dielektrikumplatte angeordnet ist.
Gemäß eines anderen Aspekts ist die Dicke D der Dielektrikumplatte in der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters auf einen Wert in einem Bereich eingestellt, durch den ein Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit Lmax × 1/e oder mehr beträgt, wobei Lmax ein Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit ist, wenn eine Referenzdielektrikumplatte, deren Dielektrizitätskonstante ε ist und deren Dicke λ/(4 × (ε^1/2) ist, angeordnet ist, und e die Napier-Konstante ist.
Bei der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters wird die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis des μ-PCD-Verfahrens bewertet. Dabei wird das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit in der Theorie maximal (maximaler Wert Lmax), wenn eine Referenzdielektrikumplatte, deren Dielektrizitätskonstante ε ist und deren Dicke λ/(4 × (ε)^1/2) ist, verwendet wird, und eine Dielektrikumplatte mit einer Dicke in einem Bereich, durch den das Ausgangssignal der Erfassungseinheit Lmax × 1/e oder mehr wird, wobei es sich um einen signifikanten Messwert im Hinblick auf einen allgemeinen technischen Standpunkt handelt, auf der Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite verwendet wird, auf die das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, wodurch die Kristallinität des Halbleiterfilms selbst dann bewertet werden kann, wenn ein leitender Film auf der anderen Oberfläche des Halbleiters ausgebildet ist.
Bei der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters wird eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden, im Vorhinein bereitgestellt, so dass ein Plattenelement, das als die Dielektrikumplatte verwendet wird, die auf dem Halbleiterfilm angeordnet ist, einfach ersetzt werden kann. Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und das Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters erlauben die Bewertung des Halbleiterfilms, wobei die Plattenelemente, die als Dielektrikumplatte verwendet werden, nacheinander ersetzt werden, wobei deren Dicke geändert wird, wodurch der Halbleiterfilm unter Verwendung einer Dielektrikumplatte, die aus der Mehrzahl von Plattenelementen ausgewählt ist, durch die das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit am stärksten wird, bewertet werden kann, und ein Bewertungsergebnis kann mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden.
Wenn die Beziehung d = λ/(4 × (ε)^1/2) eingestellt ist, wobei ε die Dielektrizitätskonstante der Dielektrikumplatte ist, d deren Dicke ist und λ die Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Welle ist, erreicht das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit das Maximum (maximaler Wert Lmax). Bei einer in der Praxis durchgeführten Bewertung kann jedoch der maximale Wert Lmax aufgrund der Streuung der Bewertungsgegenstände oder dergleichen gegebenenfalls nicht erreicht werden, selbst wenn die Dielektrikumplatte, bei der die Beziehung d = λ/(4 × (ε)^1/2) eingestellt ist, verwendet wird. Selbst in einem solchen Fall erlauben die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und das Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, die den vorstehend genannten Aufbau aufweisen, die Bewertung des Halbleiterfilms unter Verwendung einer Dielektrikumplatte, die aus der Mehrzahl von Plattenelementen ausgewählt ist, durch die das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit am stärksten wird, wodurch ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Gemäß eines anderen Aspekts umfasst die elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit in der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters eine Wellenlängenänderungseinheit, welche die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ändert, und die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters umfasst ferner eine Wellenlängensteuereinheit zur Steuerung der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle durch die Wellenlängenänderungseinheit der elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit.
Bei der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und dem Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters kann die Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle, die auf den Halbleiterfilm über die Dielektrikumplatte eingestrahlt wird, verändert werden, so dass eine Bewertung während des Abtastens (Scannens) mit der elektromagnetischen Welle mit der Wellenlänge λ möglich wird. Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und das Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters erlauben die Bewertung des Halbleiterfilms unter Verwendung der Wellenlänge λ, mit der das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit für einen Abtastbereich maximal wird, wodurch ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Selbst in dem Fall, bei dem der maximale Wert Lmax aufgrund der Streuung der Bewertungsziele oder dergleichen nicht erreicht wird, und selbst wenn die Dielektrikumplatte, bei der die Beziehung d = λ/(4 × (ε)^1/2) eingestellt ist, verwendet wird, wie es vorstehend angegeben worden ist, erlauben die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters und das Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, die den vorstehend genannten Aufbau aufweisen, die Bewertung des Halbleiterfilms unter Verwendung der Wellenlänge λ, mit der das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit für den Abtastbereich maximal wird, wodurch ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Die vorstehend genannten Aufgaben und weitere Aufgaben, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 zeigt Zustände einer stehenden Welle, wenn eine Mikrowelle auf einen Metalltisch eingestrahlt wird,
3 ist ein Graph, der die Beziehung der Dicke einer Dielektrikumplatte und der Intensität einer reflektierten Mikrowelle angibt, die für jede Dielektrizitätskonstante der Dielektrikumplatte gezeigt ist,
4 zeigt den Zustand der Reflexion einer Mikrowelle auf der Oberfläche des Halbleiters und auf der Oberfläche der Dielektrikumplatte,
5 ist ein Graph, der die Veränderung der Dichte von photoangeregten Trägern, die durch Einstrahlen von Anregungslicht auf den Halbleiter verursacht worden ist, zusammen mit der vergangenen Zeit zeigt, und
6 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung handelt es sich bei Aufbauelementen, die mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, um das gleiche Aufbauelement, für das eine entsprechende Beschreibung weggelassen wird, solange eine Beschreibung nicht erforderlich ist.
(Ausführungsform 1)
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. Die 2 zeigt Zustände einer stehenden Welle, wenn eine Mikrowelle auf einen Metalltisch eingestrahlt wird. Die 2A zeigt den Fall, bei dem nur ein Metalltisch verwendet wird, 2B zeigt den Fall, bei dem eine relativ dünne Dielektrikumplatte auf einem Metalltisch angeordnet ist, und 2C zeigt den Fall, bei dem eine relativ dicke Dielektrikumplatte auf dem Metalltisch angeordnet ist. Die 3 ist ein Graph, der die Beziehung der Dicke einer Dielektrikumplatte und der Intensität einer reflektierten Mikrowelle angibt, die für jede Dielektrizitätskonstante der Dielektrikumplatte gezeigt ist. Die Abszisse in der 3 ist die Dicke einer Dielektrikumplatte (Einheit: μm) und die Ordinate ist die Signalintensität (Einheit: a. u. (willkürliche Einheit)). ∎ ist ein berechneter Wert, wenn die Dielektrizitätskonstante ε 9,0 ist, und Δ ist ein berechneter Wert, wenn die Dielektrizitätskonstante ε 7,5 ist. Die 4 zeigt den Zustand der Reflexion einer Mikrowelle auf der Oberfläche des Halbleiters und auf der Oberfläche der Dielektrikumplatte. Die 5 ist ein Graph, der die Veränderung der Dichte von photoangeregten Trägern, die durch Einstrahlen von Anregungslicht auf den Halbleiter verursacht worden ist, zusammen mit der vergangenen Zeit zeigt. Die Abszisse in der 5 ist die Zeit (Zeit), die ausgehend vom Beginn, d. h., vom Beginn der Einstrahlung des Anregungslichts, vergangen ist, und deren Ordinate ist die Intensität der reflektierten Welle (Mikrowellenreflexionsgrad).
Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA gemäß der Ausführungsform 1 ist im Wesentlichen eine Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, bei der das vorstehend genannte μ-PCD-Verfahren eingesetzt wird, und, wie es später erwähnt wird, die Kristallinität kann selbst dann bewertet werden, wenn eine Probe SM ein Bewertungsziel-Halbleiterfilm SMa ist, der auf einem leitenden Film SMb ausgebildet ist, der eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, da auf der Probe SM eine Dielektrikumplatte DIA angeordnet ist.
Konkret weist die Probe SM ein Glassubstrat (Dicke: mehrere mm) SMc, einen leitenden Film SMb, der auf dem Glassubstrat ausgebildet ist, und einen relativ dünnen Halbleiterfilm SMa, der z. B. eine Dicke von etwa mehreren um aufweist und der auf dem leitenden Film SMb ausgebildet ist, auf. Bei Beispielen für eine solche Probe SM handelt es sich um eine Solarbatterie mit einer Unterseitenelektrode und einen Flachbildschirm (FPD) mit einer „Bottom Gate”-Struktur.
Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA z. B. einen elektromagnetische Welle-Oszillator 1, Wellenleiter 2, 3 und 4, einen Richtkoppler 5, eine Wellenleiterantenne 6A, eine Anregungslichtquelle 7, einen Detektor 8, eine Betriebssteuereinheit 9, eine Speichereinheit 10, eine Eingabeeinheit 11, eine Ausgabeeinheit 12, einen Tisch 13 und das vorstehend genannte Dielektrikummaterial DIA.
Die Anregungslichtquelle 7 ist eine Vorrichtung zum Emittieren eines vorgegebenen Anregungslichts, das auf die Probe SM gemäß der Steuerung durch die Betriebssteuereinheit 9 eingestrahlt wird. Die Anregungslichtquelle 7 kann eine Lichtquellenvorrichtung sein, die z. B. aus einer Lampe und einem Wellenlängenfilter aufgebaut ist, jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Laserlichtquellenvorrichtung verwendet, die einen Laserstrahl emittiert, da eine relativ große Ausgangsleistung erforderlich ist. Das vorgegebene Anregungslicht ist Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die zur Erzeugung von photoangeregten Trägern in dem Halbleiterfilm SMa der Probe SM geeignet ist. Das vorgegebene Anregungslicht ist vorzugsweise Licht mit einer Wellenlänge mit einer Energie, die z. B. eine Bandlücke des Halbleiterfilms SMa übersteigt, und es handelt sich insbesondere um einen monochromen Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wellenlänge im Ultraviolettbereich (Ultraviolettanregungslicht). Die Wellenlänge des Anregungslichts wird z. B. gemäß des Typs des Bewertungsziel-Halbleiterfilms SMa ausgewählt. Die Anregungslichtquelle 7 strahlt Anregungslicht auf die Probe SM ein, um Träger (photoangeregte Träger, Elektronen und Löcher) in dem Halbleiterfilm SMa der Probe SM durch Photoanregung zu erzeugen. Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA extrahiert die Veränderung der Leitfähigkeit des Halbleiterfilms SMa, die in dem Rekombinationsschritt (Erzeugungs-Auslöschungsschritt) der erzeugten photoangeregten Träger erzeugt wird, als Veränderung der Intensität von elektromagnetischen Wellen, so dass die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa bewertet wird, wodurch es bevorzugt ist, dass das Anregungslicht in Schritten von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand übergeht, und in dieser Ausführungsform wird ein gepulstes Licht, insbesondere ein gepulster Laserstrahl, verwendet.
Der elektromagnetische Welle-Oszillator 1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer vorgegebenen elektromagnetischen Welle als Messwelle gemäß der Steuerung durch die Betriebssteuereinheit 9. In der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA dieser Ausführungsform wird eine Mikrowelle als vorgegebene elektromagnetische Welle verwendet und der elektromagnetische Welle-Oszillator 1 weist z. B. eine Gunndiode auf und umfasst einen Mikrowellenoszillator zur Erzeugung einer Mikrowelle. Der elektromagnetische Welle-Oszillator 1 ist mit einem Anschluss des Richtkopplers 5 über den Wellenleiter 2 verbunden und die elektromagnetische Welle, die von dem elektromagnetische Welle-Oszillator 1 abgestrahlt wird, tritt in den Richtkoppler 5 ein.
Der Richtkoppler 5 ist ein Element, das mindestens drei Anschlüsse (Ports) aufweist und gibt irreversibel eine Eingabe in einen Anschluss cyclisch zu anderen Anschlüssen aus. In dieser Ausführungsform weist der Richtkoppler 5 einen Zirkulator mit drei Anschlüssen, den ersten bis zum dritten Anschluss, auf, gibt die elektromagnetische Welle, die in den ersten Anschluss eingetreten ist, zu dem zweiten Anschluss aus und gibt die elektromagnetische Welle (reflektierte Welle), die in den zweiten Anschluss eingetreten ist, zu dem dritten Anschluss aus. Der erste Anschluss des Richtkopplers 5 ist mit dem elektromagnetische Welle-Oszillator 1 über den Wellenleiter 2 verbunden, der zweite Anschluss ist mit dem Wellenleiter 3 verbunden und der dritte Anschluss ist mit dem Detektor 8 über den Wellenleiter 4 verbunden.
Die Wellenleiter 2, 3 und 4 sind Elemente, die einen Ausbreitungsweg bilden, der die elektromagnetische Welle leitet. In dem Fall dieser Ausführungsform, bei der die elektromagnetische Welle eine Mikrowelle ist, sind die Wellenleiter 2, 3 und 4 Mikrowellenleiter. Ein Ende des Wellenleiters 2 ist mit dem elektromagnetische Welle-Oszillator 1 verbunden und das andere Ende ist mit dem ersten Anschluss des Richtkopplers 5 verbunden. Ein Ende des Wellenleiters 3 ist mit dem zweiten Anschluss des Richtkopplers 5 verbunden und das andere Ende ist mit der Wellenleiterantenne 6A verbunden. Ein Ende des Wellenleiters 4 ist mit dem dritten Anschluss des Richtkopplers 5 verbunden und das andere Ende ist mit dem Detektor 8 verbunden.
Die Wellenleiterantenne 6A ist eine Antenne, welche die elektromagnetische Welle, die sich durch den Wellenleiter 3 ausgebreitet hat, auf die Probe SM einstrahlt, und empfängt eine elektromagnetische Welle, die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist, und leitet die elektromagnetische Welle zu dem Wellenleiter 3. In dem Fall dieser Ausführungsform, bei der die elektromagnetische Welle eine Mikrowelle ist, ist die Wellenleiterantenne 6A eine Mikrowellenantenne. Die Wellenleiterantenne 6A ist entlang der Richtung orthogonal zu der Probe SM angeordnet und ein Ende der Wellenleiterantenne 6A ist mit dem Wellenleiter 3 verbunden und das andere Ende weist eine Öffnung 6Aa auf. Diese Öffnung 6Aa dient zum Einstrahlen der elektromagnetischen Welle in Form einer Mikrowelle auf die Probe SM und zum Empfangen einer elektromagnetischen Welle, die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist. Ein Ende der Wellenleiterantenne 6A weist eine Öffnung 6Ab zum Leiten des Anregungslichts, das von der Anregungslichtquelle 7 abgestrahlt wird, zu der Wellenleiterantenne 6A auf.
Der elektromagnetische Welle-Oszillator 1, die Wellenleiter 2, 3 und 4, der Richtkoppler 5 und die Wellenleiterantenne 6A bilden eine elektromagnetische Welle-Eingabe/Ausgabe-Einheit, die eine elektromagnetische Welle, die eine Wellenlänge λ aufweist, auf einen elektromagnetische Welle-Bestrahlungsbereich, einschließlich einen Anregungslicht-Bestrahlungsbereich, auf die Probe SM einstrahlt, und die reflektierte Welle der elektromagnetischen Welle, die eine vorgegebene Wechselwirkung mit der Probe SM eingegangen ist, zu dem Detektor 8 emittiert.
Der Detektor 8 ist eine Vorrichtung zur Erfassung einer elektromagnetischen Welle (elektromagnetische Welle einer reflektierten Welle, reflektierte elektromagnetische Welle), die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist, und ist z. B. eine Vorrichtung zum Erfassen der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Welle, die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist. In dem Fall dieser Ausführungsform, bei der die elektromagnetische Welle eine Mikrowelle ist, ist der Detektor 8 ein Mikrowellendetektor.
Die Betriebssteuereinheit 9 führt eine allgemeine Steuerung der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA durch und weist einen Mikrocomputer auf, der z. B.
einen Mikroprozessor und Speicher umfasst. Die Betriebssteuereinheit 9 weist funktionell eine Steuereinheit 91 und eine Bewertungseinheit 92 auf, die durch Ausführen eines Halbleiter-Kristallinitätsbewertungsprogramms implementiert sind, das die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa auf der Basis der Intensität der durch den Detektor 8 erfassten reflektierten elektromagnetischen Welle bewertet.
Die Steuereinheit 91 steuert jede Komponente der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA gemäß jeder Funktion, um die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa zu bewerten.
Die Bewertungseinheit 92 dient zur Bewertung der Kristallinität des Halbleiterfilms SMa auf der Basis der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Welle, die durch den Detektor 8 erfasst worden ist. Die Bewertungseinheit 92 kann den Erfassungsausgangssignalwert des Detektors 8 direkt als Kristallinitätsbewertungswert ausgeben und in diesem Fall wird festgelegt, dass die Kristallinität besser ist, wenn der Bewertungswert (Erfassungsausgangssignalwert des Detektors 8) größer ist. Die Bewertungseinheit 92 kann z. B. im Vorhinein das Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 in eine Mehrzahl von Abschnitten aufteilen (z. B. 10 Abschnitte), so dass jeder Bewertungswert (z. B. jede ganze Zahl von 10 bis 1) aufeinander folgend jedem Abschnitt in absteigender Reihenfolge zugeordnet wird und ein Bewertungswert des Abschnitts, der dem Erfassungsausgangssignal entspricht, das bei der tatsächlichen Bewertung erfasst worden ist, wird ausgegeben. Die Bewertungseinheit 92 gibt das Bewertungsergebnis an die Ausgabeeinheit 12 aus und ermöglicht der Speichereinheit 10 die Speicherung des Bewertungsergebnisses, falls dies erforderlich ist.
Die Speichereinheit 10 ist eine nicht-flüchtige Speichervorrichtung, wie z. B. ein Festwertspeicher (ROM) und ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM), oder eine Festplatte, zum Speichern von Daten und Programmen, die zur Bewertung der Kristallinität des Halbleiterfilms SMa erforderlich sind. Die Speichereinheit 10 speichert das Bewertungsergebnis der Bewertungseinheit 92 gemäß der Anweisung durch den Anwender (Bediener).
Die Eingabeeinheit 11 ist eine Vorrichtung zum Eingeben verschiedener Befehle, wie z. B. einer Bewertungsbeginnanweisung, der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, und verschiedener Daten, die zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiterfilms SMa erforderlich sind, in die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, und dabei handelt es sich z. B. um eine Tastatur und eine Maus.
Die Ausgabeeinheit 12 ist eine Vorrichtung zum Ausgeben von Befehlen und Daten, die von der Eingabeeinheit 11 eingegeben worden sind, und eines Bewertungsergebnisses, und es handelt sich dabei z. B. um eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. einen Röhrenmonitor, eine LCD, eine organische EL-Anzeige oder eine Plasmaanzeige, und eine Druckvorrichtung, wie z. B. einen Drucker.
Der Tisch 13 ist ein Tisch, auf dem eine Probe SM angeordnet wird. Es ist bevorzugt, dass sich der Tisch 13 auf einer Ebene bewegen kann, die sich mit der Einfallsrichtung des Anregungslichts schneidet, wie z. B. ein XY-Tisch, um den Bewertungsbereich der Probe SM zu verändern.
Die Dielektrikumplatte DIA ist ein Plattenelement, das aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet ist, welches das Anregungslicht durchlässt, und ist auf der Oberfläche des Halbleiterfilms SMa der Probe SM auf der Seite angeordnet, bei der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, wenn die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa der Probe SM bewertet wird. Die Dielektrikumplatte DIA ist z. B. aus Glas ausgebildet. Wie es später beschrieben wird, ist die Dicke D der Dielektrikumplatte DIA auf einen Wert in einem Bereich eingestellt, bei dem das Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 Lmax × 1/e oder mehr beträgt, wobei Lmax ein Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 ist, wenn eine Referenzdielektrikumplatte DIA, deren Dielektrizitätskonstante ε beträgt und deren Dicke λ/(4 × (ε)^1/2) beträgt, anstelle der Dielektrikumplatte DIA angeordnet ist, und e die Napier-Konstante ist, die allgemein als logarithmische Basis in der Mathematik verwendet wird.
Wenn die Kristallinität eines Halbleiters unter Verwendung der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, welche diesen Aufbau aufweist, bewertet wird, ordnet der Anwender eine Probe SM auf dem Tisch 13 an und ordnet die Dielektrikumplatte DIA darauf an. Auf diese Weise ist die Dielektrikumplatte DIA auf der Oberfläche des Halbleiterfilms SMa auf der Seite angeordnet, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden. Wenn danach eine Bewertungsbeginnanweisung von dem Anwender über die Eingabeeinheit 11 empfangen wird, arbeitet die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA wie folgt, so dass die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa der Probe SM bewertet wird.
Eine elektromagnetische Welle (Mikrowelle in dem Fall dieser Ausführungsform), die von dem elektromagnetische Welle-Oszillator 1 abgestrahlt wird, breitet sich über den Wellenleiter 2, den Richtkoppler 5 und den Wellenleiter 3 aus und wird dann von der Öffnung 6Aa der Wellenleiterantenne 6A auf den Messbereich der Probe SM auf dem Tisch 13 gestrahlt. Die elektromagnetische Welle, die von der Öffnung 6Aa der Wellenleiterantenne 6A auf die Probe SM gestrahlt worden ist, wird durch diese Probe SM reflektiert und tritt wieder in die Öffnung 6Aa der Wellenleiterantenne 6A ein. Andererseits tritt Ultraviolettanregungslicht, das z. B. eine Energie der Bandlücke des Halbleiterfilms SMa der Probe SM oder eine höhere Energie aufweist, und das von der Anregungslichtquelle 7 abgestrahlt wird, in die Öffnung 6Ab der Wellenleiterantenne 6A ein, breitet sich durch die Wellenleiterantenne 6A aus, wird von der Öffnung 6Aa der Wellenleiterantenne 6A emittiert und wird auf einen Bereich eingestrahlt, der kleiner ist als der Bestrahlungsbereich der elektromagnetischen Welle. Während das Ultraviolettanregungslicht eingestrahlt wird, werden in dem Halbleiterfilm SMa photoangeregte Träger erzeugt und der Reflexionsgrad der elektromagnetischen Welle erhöht sich vorübergehend. Die reflektierte Welle der elektromagnetischen Welle (reflektierte elektromagnetische Welle, reflektierte Mikrowelle in dem Fall dieser Ausführungsform) wird von dem Wellenleiter 3 über den Richtkoppler 5 zu dem Wellenleiter 4 geleitet und wird durch den Detektor 8 erfasst. Das Erfassungsausgangssignal (Erfassungssignal) des Detektors 8 wird zu der Betriebssteuereinheit 9 ausgegeben.
Die photoangeregten Träger, die in dem Halbleiterfilm SMa durch die Einstrahlung des Ultraviolettanregungslichts erzeugt worden sind, rekombinieren abhängig z. B. von den Unregelmäßigkeiten der Anordnung in dem Kristallgitter aufgrund von Verunreinigungen und Gitterdefekten in dem Halbleiter. Daher erfasst die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, die Intensität der reflektierten elektromagnetischen Wellen von der Probe SM unter Verwendung des Detektors 8, und analysiert das Erfassungsergebnis unter Verwendung der Betriebssteuereinheit 9, wodurch die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa bewertet werden kann. Die Intensität der reflektierten elektromagnetischen Wellen kann in einer relativ kurzen Zeit in einer zerstörungsfreien und kontaktlosen Weise erfasst (gemessen) werden. Wenn die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA so aufgebaut ist, dass die Betriebssteuereinheit 9 die Position des Tischs 13 steuert, der sich in der X- und Y-Richtung bewegen kann, dann ist auch eine Kartierungsmessung zur Bestimmung der Kristallinität eines individuellen Bereichs in einem vorgegebenen Bereich der Probe SM möglich.
Wenn eine Mikrowelle auf die Oberfläche 21a des Metalltischs 21 eingestrahlt wird, wie es in der 2A gezeigt ist, wird andererseits eine stehende Weile, deren Knoten bzw. Minimum die Oberfläche 21a des Tischs ist, erzeugt, wie es durch das Bezugszeichen 22 gezeigt ist. Wenn eine relativ dünne Probe 23 auf dem Metalltisch 21 angeordnet wird, wie es in der 2B gezeigt ist, wird die Wechselwirkung mit photoangeregten Trägern abgeschwächt und die Intensität eines Signals (Größe des Erfassungsausgangssignals) durch den Detektor 8 wird klein, da die Amplitude W1 des elektrischen Felds der stehenden Welle auf der Oberfläche der Probe 23 klein ist, wodurch die Erfassung schwierig oder nahezu unmöglich wird. In dem Fall einer relativ dicken Probe 24 (der optimale Dickenwert beträgt λ/4, wenn die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle λ beträgt) wird andererseits die Amplitude W2 des elektrischen Felds relativ breit und die Signalintensität nimmt ebenfalls zu, wie es in der 2C gezeigt ist. Mit anderen Worten, in dem Fall der relativ dicken Probe 24 ist die Amplitude W2 des elektrischen Felds breiter als die Amplitude W1 des elektrischen Felds, die in dem Fall der relativ dünnen Probe 23 erfasst wird, und auch die Signalintensität nimmt zu.
Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform dann, wenn die Probe SM, deren Kristallinität durch das vorstehend genannte μ-PCD-Verfahren bewertet wird, ein relativ dünner Halbleiterfilm SMa ist, der auf dem leitenden Film SMb ausgebildet ist, die Dielektrikumplatte DIA auf dem Halbleiterfilm SMa angeordnet und dann wird die Probe SM gemessen.
Wenn die Kristallinität des Halbleiters in diesem Aufbau unter Verwendung des μ-PCD-Verfahrens bewertet wird, wird die Erzeugung von photoangeregten Trägern durch das Anregungslicht nicht durch die Dielektrikumplatte DIA, die das Anregungslicht durchlässt, unterbrochen, und die Bewertung einer Probe SM, die ohne die Dielektrikumplatte DIA nicht bewertet werden kann, wird möglich. Ferner kann das Vorliegen eines Mediums (Dielektrikumplatte DIA) mit einer Impedanz zwischen derjenigen des Einstrahlungsbereichs und derjenigen der Probe SM, d. h. zwischen der Luft und dem Halbleiter, eine radikale Änderung der Impedanz verhindern (Impedanzübereinstimmung) und verbessert die Effizienz der Leistungsübertragung.
Ein konkretes Ergebnis einer Simulation durch die vorliegenden Erfinder ist in der 3 gezeigt. Diese Simulation wurde unter Verwendung einer Mikrowelle, deren Frequenz 26 GHz beträgt, als elektromagnetische Welle für jeden Fall durchgeführt, bei dem die Dielektrizitätskonstante ε der Dielektrikumplatte DIA 7,5 und 9,0 beträgt. Wie es die 3 zeigt, weist die Beziehung zwischen der Dicke der Dielektrikumplatte DIA und der Signalintensität des Detektors 8 ein Profil auf, bei dem die Signalintensität des Detektors 8 mit zunehmender Dicke d der Dielektrikumplatte DIA zunimmt und den maximalen Wert Lmax erreicht, wenn die Dicke d eine vorgegebene Dicke D erreicht und dann abnimmt, wenn die Dicke d der Dielektrikumplatte DIA zunimmt. Die Signalintensität des Detektors 8 erreicht den maximalen Wert Lmax und die Empfindlichkeit der reflektierten elektromagnetischen Welle erreicht ein Maximum, wenn sich die Oberfläche der Dielektrikumplatte DIA an einer Position eines Anti-Knotens der Amplitude der reflektierten elektromagnetischen Welle befindet. Daher ist die Dicke d der Dielektrikumplatte DIA, wenn die Signalintensität des Detektors 8 den maximalen Wert Lmax erreicht, durch den folgenden Ausdruck (1) gegeben, bei dem ε die Dielektrizitätskonstante und λ die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist. Wenn die Signalintensität des Detektors 8 der maximale Wert Lmax ist, wird die Dielektrikumplatte DIA als die Referenzdielektrikumplatte betrachtet. d = λ/(4 × (ε)^1/2) (1)
Bei dem maximalen Wert 1/e, wobei e die Napier-Konstante ist, handelt es sich in der Technik im Allgemeinen um signifikante Daten, so dass gemäß dieser Ausführungsform die Dicke D der Dielektrikumplatte DIA auf einen Wert in einem Bereich eingestellt wird, durch den ein Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 Lmax × 1/e oder mehr beträgt.
Beispielsweise ist in dem Fall einer Dielektrikumplatte DIA, deren Dielektrizitätskonstante ε 9,0 beträgt (ε = 9,0), die Dicke D1 der Dielektrikumplatte DIA (ε = 9,0) ein Wert in einem Bereich der Dicke d11 bis d12 (d11 ≤ D1 ≤ d12), wenn der maximale Wert der Signalintensität Lmax1 ist, und die Dicke der Dielektrikumplatte DIA, bei der die Signalintensität Lmax1 × 1/e wird, ist d11 und d12 (d11 < d12), wie es in der 3 gezeigt ist.
Beispielsweise ist in dem Fall einer Dielektrikumplatte DIA, deren Dielektrizitätskonstante ε 7,5 beträgt (ε = 7,5), die Dicke D2 der Dielektrikumplatte DIA (ε = 7,5) ein Wert in einem Bereich der Dicke d21 bis d22 (d21 ≤ D2 ≤ d22), wenn der maximale Wert der Signalintensität Lmax2 ist, und die Dicke der Dielektrikumplatte DIA, bei der die Signalintensität Lmax2 × 1/e wird, ist d21 und d22 (d21 < d22, d22 ist nicht gezeigt), wie es in der 3 gezeigt ist.
Bezüglich des Erhaltens eines größeren Erfassungsausgangssignals weist die Dicke D der Dielektrikumplatte DIA vorzugsweise einen Wert in einem Bereich der vollen Breite beim halben Maximum auf.
In dem Fall des Bedingungsausdrucks (1) weisen die elektromagnetische Welle DIr, die auf der Oberfläche DIs der Dielektrikumplatte DIA reflektiert wird, und die elektromagnetische Welle SMr, die auf der Oberfläche SMs der Probe SM reflektiert wird, die Beziehung eines Knotens und Anti-Knotens auf und löschen einander aus, wie es in der 4 gezeigt ist. Die Reflexion auf der Oberfläche DIs der Dielektrikumplatte DIA ist minimal, wenn die Dicke der Dielektrikumplatte DIA d = λ/(4n) (n: Reflexionsgrad) ist, da die reflektierte Welle von der Oberfläche DIs der Dielektrikumplatte DIA und die reflektierte Welle von der Oberfläche SMs der Probe SM miteinander eine Wechselwirkung eingehen und einander abschwächen. In diesem Fall wird die Energieübertragung (Energieübertragungseffizienz) der elektromagnetischen Welle von der Luft zu der Dielektrikumplatte DIA maximal und als Ergebnis kann in dem Bewertungsziel-Halbleiterfilm SMa ein größeres elektrisches Feld erzeugt werden, wodurch die Signalintensität erhöht werden kann.
Zur Verbesserung der Empfindlichkeit in einem Bereich von Dielektrikummaterialien, die das Anregungslicht nicht absorbieren, ist es bevorzugt, dass die Dielektrikumplatte DIA aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dielektrizitätskonstante ε nahe an der Dielektrizitätskonstante des Halbleiterfilms SMa liegt (11,7 bis 8 in dem Fall von Silizium). Das Anregungslicht weist vorzugsweise eine Wellenlänge auf, die Dicke des Halbleiterfilms SMa < Eindringtiefe genügt, um das Anregungslicht in dem Halbleiterfilm SMa effizient zu absorbieren. Für den Detektor 8 kann ein Differenzialantennentyp verwendet werden, so dass eine Erfassung mit einer höheren Empfindlichkeit möglich ist.
Die Bewertungseinheit 92 der Betriebssteuereinheit 9 bewertet die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa auf der Basis des Erfassungsausgangssignals des Detektors 8. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Lebensdauer τ der photoangeregten Träger dem Peak- bzw. Maximalwert Peak der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Welle annähert, wie es nachstehend beschrieben wird.
Die Dichte der photoangeregten Träger nach der Einstrahlung des Anregungslichts verändert sich so, wie es in der 5 gezeigt ist, wobei dann, wenn die Lebensdauer τ der photoangeregten Träger kurz ist und ns oder weniger beträgt (Größenordnung von Picosekunden), verglichen mit der Laserpulseinstrahlungszeit t₀, die in der Größenordnung von ns (Nanosekunden) liegt, die Auslöschungszeit der photoangeregten Träger einer Anzahl von erzeugten photoangeregten Trägern angenähert werden kann.
Mit anderen Worten, wenn mit der Bestrahlung bzw. Einstrahlung zum Zeitpunkt t = 0 begonnen wird, nimmt die Dichte der photoangeregten Träger zu, und wenn eine ausreichende Zeit vergangen ist, welche die Lebensdauer τ übersteigt, wird eine Anzahl von photoangeregten Trägern, die durch die Einstrahlung des Anregungslichts neu erzeugt werden, mit einer Anzahl von photoangeregten Trägern, die nach dem Ablauf der Lebensdauer τ rekombinieren und ausgelöscht werden, ins Gleichgewicht gebracht (ausgeglichen), und die Dichte der photoangeregten Träger wird konstant. Wenn die Einstrahlung des Anregungslichts danach zum Zeitpunkt t = t₀ gestoppt wird, nimmt die Dichte der photoangeregten Träger bei der Lebensdauer τ ab.
Insbesondere ist die Dichte p der photoangeregten Träger des Halbleiters durch den folgenden Ausdruck (2) gegeben, wobei g die Trägerinjektionsgeschwindigkeit (Verhältnis der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren durch Photoanregung: pro Einheitsvolumen und Einheitszeit) ist und τ die Lebensdauer ist, und kann durch den Ausdruck (3) dargestellt werden, wenn die Anfangsbedingungen p = 0 und t = 0 sind (p(t) kann verwendet wird, wenn betont wird, dass p eine Funktion der Zeit t ist). dp/dt = g – p/τ (2) p = g × τ × (1 – exp(–t/τ)) (3)
Der Peakwert Peak der Dichte p der photoangeregten Träger (Dichtewert der photoangeregten Träger in einem Zustand, bei dem die Erzeugung und Auslöschung im Gleichgewicht sind) ist ein Wert bei t = t₀, wobei es sich um den Zeitpunkt handelt, bei dem die Einstrahlung des Pulslaserstrahls endet, und kann daher durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt werden. Peak = g × τ × (1 – exp(–t₀/τ)) (4)
Hier ist τ << t₀, wie es vorstehend erwähnt worden ist, weshalb Peak ≅ g × τ. Da g konstant ist, ist die Lebensdauer τ durch den folgenden Ausdruck (5) gegeben (angenähert). τ ∝ Peak (5)
Als Folge davon kann dann, wenn die Lebensdauer τ kurz ist und ns oder weniger beträgt (in der Größenordnung von Picosekunden), der Peakwert anstelle des Werts der Lebensdauer τ als Kristallinitätsbewertungswert verwendet werden, so dass die Lebensdauer τ durch einen relativ kostengünstigen Detektor 8 bewertet werden kann, ohne dass eine kostspielige Vorrichtung erforderlich ist, und dadurch kann die Kristallinität bewertet werden.
Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA kann so aufgebaut sein, dass die Anregungslichtquelle 7 das Anregungslicht, dessen Intensität mit einem vorgegebenen Zyklus moduliert wird, auf die Probe SM einstrahlt, die Betriebssteuereinheit 9 von der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Welle, die durch den Detektor 8 erfasst wird, die Zykluskomponenten in Synchronisation mit der Intensitätsmodulation des Anregungslichts extrahiert (erfasst), und die Kristallinität der Probe SM auf der Basis der Intensität dieses erfassten Signals bewertet wird. Durch diesen Aufbau werden eine hochsensible Messung und Bewertung möglich. Insbesondere wenn der Bestrahlungs- bzw. Einstrahlungsbereich des Anregungslichts ein Mikrobereich ist, ist die Änderung der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Welle gering und wird leicht durch Rauschen beeinflusst. Dieser Aufbau ist in einem solchen Fall bevorzugt, da unnötige Frequenzkomponenten (Rauschen) aufgrund der synchronen Erfassung von dem Messwert entfernt werden.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform beschrieben.
(Ausführungsform 2)
6 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters gemäß der Ausführungsform 2 zeigt. Die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APB der Ausführungsform 2 ist der Bewertungsvorrichtung APA der Ausführungsform 1 ähnlich, so dass entsprechende Aufbauelemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, für die eine Beschreibung weggelassen wird. In dem Fall der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APB der Ausführungsform 2 ist eine Dielektrikumplatte DIB anstelle der Dielektrikumplatte DIA der Ausführungsform 1 an einer Öffnung 6Ba an der Spitze der Wellenleiterantenne 6B angebracht, so dass eine elektromagnetische Welle eintreten gelassen oder emittiert wird, und eine Messung über einen Mikroabstand L zwischen der Dielektrikumplatte DIB und der Probe SM wird durchgeführt.
Mit anderen Worten, anstelle der Wellenleiterantenne 6A der Ausführungsform 1 wird die Wellenleiterantenne 6B verwendet, bei der es sich um eine Antenne handelt, die mit dem Wellenleiter 3 verbunden ist und die elektromagnetische Welle, die sich durch den Wellenleiter 3 ausgebreitet hat, auf die Probe SM einstrahlt, und die elektromagnetische Welle empfängt, die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist, und diese Welle zu dem Wellenleiter 3 leitet, und in dem Fall dieser Ausführungsform, bei der die elektromagnetische Welle eine Mikrowelle ist, ist die Wellenleiterantenne 6B eine Mikrowellenantenne. Die Wellenleiterantenne 6B ist entlang der orthogonalen Richtung der Probe SM angeordnet und ein Ende der Wellenleiterantenne 6B ist mit dem Wellenleiter 3 verbunden und das andere Ende weist die Öffnung 6Ba auf. Diese Öffnung 6Ba dient zum Einstrahlen der elektromagnetischen Welle einer Mikrowelle auf die Probe SM und zum Empfangen einer elektromagnetischen Welle, die mit der Probe SM eine Wechselwirkung eingegangen ist, und in der vorliegenden Ausführungsform ist die Dielektrikumplatte DIB an der Öffnung 6Ba angebracht. Ein Ende der Wellenleiterantenne 6B weist eine Öffnung 6Bb zum Leiten des Anregungslichts, das von der Anregungslichtquelle 7 abgestrahlt wird, zu der Wellenleiterantenne 66 auf.
Der Mikroabstand L beträgt etwa 50 μm, wenn die Dielektrizitätskonstante ε der Dielektrikumplatte DIB 5,5 beträgt. Mit anderen Worten, für den Mikroabstand L wird der längste Abstand ausgewählt, bei dem die elektromagnetische Welle (in dem Fall dieser Ausführungsform eine Mikrowelle) diesen Mikroabstand L nicht erfasst (der Mikroabstand L beeinflusst die Ausbreitung nicht). Durch Erzeugen des Mikroabstands L kann die Bewertung ohne irgendein Kontaktieren der Probe SM durchgeführt werden. Die Dielektrikumplatte DIB kann kleiner sein als die Größe der Probe SM, anstatt die gleiche Größe aufzuweisen wie die Größe der gesamten Probe SM wie in der Ausführungsform 1, und wenn die Dielektrikumplatte DIB die Größe der Öffnung 6Ba der Wellenleiterantenne 6B aufweist, wenn die Dielektrikumplatte DIB angebracht ist, kann ein Verzug vermindert werden und der Mikroabstand L kann vermindert werden.
Durch diesen Aufbau kann die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APB der Ausführungsform 2 wie die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA der Ausführungsform 1 die Kristallinität des Halbleiterfilms SMa auf der Basis des μ-PCD-Verfahrens bewerten, und zwar selbst dann, wenn der leitende Film SMb unter dem Halbleiterfilm SMa ausgebildet ist.
In den Ausführungsformen 1 und 2 umfasst die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, APB ferner eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte voneinander verschieden sind und die dem Bereich D1, D2 genügen, als Dielektrikumplatte DIA, DIB, und eines der Mehrzahl von Plattenelementen wird als die Dielektrikumplatte DIA, DIB verwendet. Beispielsweise ist in der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APB der Ausführungsform 2 die Wellenleiterantenne 6B aus einer Wellenleiterantennenhaupteinheit und einem Anbauteil aufgebaut, das eine Dielektrikumplatte aufweist, die lösbar an der Öffnung an einem Ende der Wellenleiterantennenhaupteinheit angebracht werden kann, und eine Mehrzahl solcher Anbauteile ist bereitgestellt, und jede Dielektrikumplatte, die in jedem Anbauteil eingebaut ist, ist aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet, das eine spezielle Dicke aufweist, die von derjenigen der anderen Dielektrikumplatten verschieden ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau wird eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte voneinander verschieden sind und die dem Bereich D1, D2 genügen, im Vorhinein bereitgestellt und daher kann ein Plattenelement, das als die Dielektrikumplatte DIA, DIB verwendet wird, die auf dem Halbleiterfilm SMa angeordnet ist, leicht ersetzt werden. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäße Aufbau das aufeinander folgende Ersetzen eines Plattenelements, das als die Dielektrikumplatte DIA, DIB verwendet wird, ermöglicht, während deren Dicke verändert wird, und der Halbleiterfilm SMa kann unter Verwendung einer Dielektrikumplatte DIA, DIB, die aus der Mehrzahl von Plattenelementen ausgewählt worden ist, mit welcher das Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 maximal ist, bewertet werden, wodurch ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist das Erfassungsausgangssignal des Detektors 8 ein Maximum auf (maximaler Wert Lmax), wenn die Beziehung d = λ/(4 × (ε)^1/2) eingestellt wird, wobei ε die Dielektrizitätskonstante der Dielektrikumplatte DIA, DIB ist, d deren Dicke ist und λ die Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Welle ist. Bei einer in der Praxis durchgeführten Bewertung kann der maximale Wert Lmax aufgrund der Streuung des Bewertungsziels oder aus anderen Gründen gegebenenfalls nicht erhalten werden, selbst wenn eine Dielektrikumplatte DIA, DIB verwendet wird, die der Beziehung d = λ/(4 × (ε)^1/2) genügt. Selbst in solchen Fällen ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau die Bewertung des Halbleiterfilms SMa unter Verwendung der Dielektrikumplatte DIA, DIB, mit der das Ausgangssignal des Detektors 8 maximal ist und die aus der Mehrzahl von Plattenelementen ausgewählt worden ist, so dass ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Bei der Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters APA, APB der Ausführungsform 1, 2 kann der elektromagnetische Welle-Oszillator 1 so aufgebaut sein, dass die. Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle verändert werden kann, und die Betriebssteuereinheit 9 kann ferner eine Wellenlängensteuereinheit 93 umfassen, welche die Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle des elektromagnetische Welle-Oszillators 1 funktionell steuert. Konkret weist der elektromagnetische Welle-Oszillator 1 z. B. eine Wellenlängenänderungseinheit zum Ändern der Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle auf, und die Wellenlängensteuereinheit 93 steuert die Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle durch Steuern der Wellenlängenänderungseinheit. Insbesondere steuert die Wellenlängensteuereinheit 93 eine an eine Gunndiode angelegte Spannung z. B. durch Steuern der Spannungsanlegeschaltung, welche die an die Gunndiode angelegte Spannung steuert, die von einem Hauptstromkreis zugeführt wird. In dem Fall des elektromagnetische Welle-Oszillators 1, der durch Steuern der an diese Gunndiode angelegte Spannung in einem Frequenzbereich von 25,8 GHz bis 26,2 GHz um ein Zentrum von 26 GHz oszilliert, ändert sich die Wellenlänge in Glas (ε = 5,5) der Dielektrikumplatte DIA, DIB in einem Bereich von 1240 μm bis 1220 μm, so dass ein Abtasten in einer Größenordnung von mehreren zehn μm (umgerechnet in die Glasdicke) möglich ist.
Wenn dieser Aufbau verwendet wird, kann die Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle, die auf den Halbleiterfilm SMa über die Dielektrikumplatte DIA, DIB eingestrahlt wird, verändert werden, wodurch eine Bewertung durchgeführt werden kann, während ein Abtasten mit der elektromagnetischen Welle mit der Wellenlänge λ durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass es dieser Aufbau erlaubt, den Halbleiterfilm SMa bei der Wellenlänge λ, mit der das Erfassungssignal des Detektors 8 für den Abtastbereich maximal wird, zu bewerten, wodurch das Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden kann.
Bei diesem Aufbau kann zuerst ein erstes Abtasten mit einem relativ langen Wellenlängenintervall durchgeführt werden und ein zweites Abtasten (Präzisionsabtasten) kann dann mit einem kürzeren Wellenlängenintervall etwa bei der Wellenlänge durchgeführt werden, bei der das Erfassungsausgangssignal beim ersten Abtasten am stärksten war. Alternativ kann das erste Abtasten abhängig von der Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen mit voneinander verschiedenen Dickenwerten durchgeführt werden und das zweite Abtasten kann unter Verwendung der Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle durchgeführt werden. Durch die Durchführung eines solchen zweistufigen Abtastens kann ein Bewertungsergebnis mit einer höheren Genauigkeit erhalten werden, während die Bewertungszeit vermindert wird.
Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-59604 , die am 16. März 2012 eingereicht worden ist, und deren Inhalt wird in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in geeigneter Weise und ausreichend mittels einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch sollte beachtet werden, dass ein Fachmann die vorstehend beschriebene Ausführungsform einfach verändern und/oder modifizieren könnte. Folglich werden Veränderungen oder Modifizierungen, die von einem Fachmann vorgenommen werden, so ausgelegt, dass sie vom Umfang der Ansprüche umfasst sind, mit der Maßgabe, dass solche Veränderungen oder Modifizierungen nicht von dem Umfang der hier angegebenen Ansprüche abweichen.

Claims

Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, umfassend: eine Anregungslicht-Bestrahlungseinheit, die ein vorgegebenes Anregungslicht auf einen Bewertungsziel-Halbleiterfilm einstrahlt, der auf einem leitenden Film mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit, die eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ auf den Halbleiterfilm einstrahlt, eine Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden, wobei die Dielektrikumplattenelemente aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet sind, welches das Anregungslicht durchlässt, eine Erfassungseinheit, welche die Intensität einer reflektierten Welle der elektromagnetischen Welle, die durch den Halbleiterfilm reflektiert worden ist, erfasst, und eine Bewertungseinheit, welche die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis eines Erfassungsausgangssignals der Erfassungseinheit bewertet, wobei eines der Mehrzahl von Plattenelementen als eine Dielektrikumplatte auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, angeordnet ist.
Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters nach Anspruch 1, bei der die Dicke D der Dielektrikumplatte auf einen Wert in einem Bereich eingestellt ist, durch den das Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit Lmax × 1/e oder mehr beträgt, wobei Lmax ein Erfassungsausgangssignal der Erfassungseinheit ist, wenn eine Referenzdielektrikumplatte, deren Dielektrizitätskonstante ε ist und deren Dicke λ/(4 × (ε)^1/2) ist, angeordnet ist, und e die Napier-Konstante ist.
Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters nach Anspruch 1 oder 2, bei der die elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit eine Wellenlängenänderungseinheit umfasst, welche die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ändert, und die Vorrichtung zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters ferner eine Wellenlängensteuereinheit umfasst, welche die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle durch Steuern der Wellenlängenänderungseinheit der elektromagnetische Welle-Bestrahlungseinheit steuert.
Verfahren zur Bewertung der Kristallinität eines Halbleiters, umfassend: einen Anregungslicht-Bestrahlungsschritt, bei dem ein vorgegebenes Anregungslicht auf einen Bewertungsziel-Halbleiterfilm eingestrahlt wird, der auf einem leitenden Film mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, einen elektromagnetischen Welle-Bestrahlungsschritt, bei dem eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ gemäß der Einstrahlung des Anregungslichts auf den Halbleiterfilm eingestrahlt wird, einen Erfassungsschritt, bei dem die Intensität einer reflektierten Welle der elektromagnetischen Welle, die durch den Halbleiterfilm reflektiert worden ist, erfasst wird, und einen Bewertungsschritt, bei dem die Kristallinität des Halbleiterfilms auf der Basis eines Erfassungsausgangssignals in dem Erfassungsschritt bewertet wird, wobei eines einer Mehrzahl von Dielektrikumplattenelementen, deren Dickewerte sich voneinander unterscheiden und die aus einem Dielektrikummaterial ausgebildet sind, welches das Anregungslicht durchlässt, auf einer Oberfläche des Halbleiterfilms auf der Seite, auf der das Anregungslicht und die elektromagnetische Welle eingestrahlt werden, als eine Dielektrikumplatte angeordnet ist.