JP2006196621A

JP2006196621A - ライフタイム測定装置およびライフタイム測定方法

Info

Publication number: JP2006196621A
Application number: JP2005005624A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Kodama; 知也児玉; Naoko Yamamoto; 直子山本; Kazuhiko Furukawa; 和彦古川; Tatsushi Yamamoto; 達志山本; Noriko Kakimoto; 典子柿本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】大きいＳ／Ｎ比を得ることができ、簡便に、短時間で、精度良く半導体試料のライフタイムを測定できるライフタイム測定装置およびライフタイム測定方法を提供する。
【解決手段】反射板２４を用いて検出用電磁波２２の入射波と反射波により形成される定在波２５を形成し、半導体試料２３が配置される位置で定在波の電界強度が極大位置３４、または、その付近に半導体試料２３が配置されるように保持部が制御される。これによって検出手段２９によって検出される反射波強度を可及的に大きくすることができる。したがって検出手段２９は、検出用電磁波２２の反射波強度信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって簡便に短時間で精度良く半導体試料２３のライフタイムを測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体試料の内部欠陥を評価するために、半導体試料中に発生させたキャリアのライフタイムを測定するライフタイム測定装置およびライフタイム測定方法に関する。

超大規模集積回路（略称ＬＳＩ）に代表される半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスに使用される半導体ウエハは、より厳しい品質管理が求められる。半導体ウエハを非破壊および非接触で検査する品質管理方法の１つとして、キャリアのライフタイムを測定するマイクロ波光電導減衰法（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＰｈｏｔｏＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＤｅｃａｙ法：略称μ−ＰＣＤ法）がある。μ−ＰＣＤ法は、半導体ウエハなどの半導体試料に励起光を照射して、励起された過剰キャリアが再結合して消滅するときのライフタイムを、検出波であるマイクロ波などの電磁波の反射強度が時間的に減衰する減衰の時定数から測定する方法である。このライフタイムが長いほど欠陥や金属汚染などの少ない良い試料と評価することができる。

典型的なμ−ＰＣＤ法の従来の技術は、特許文献１に記載されている。図１８は、特許文献１に記載されるライフタイム測定装置１の構成を示すブロック図である。半導体試料２に光パルス発生器３からのパルス光４が照射され、半導体試料２に過剰キャリア（自由電子−正孔対）が発生する。これによって半導体試料２のキャリア密度が増加し、半導体試料２の導電率が高くなる。

半導体試料２は、パルス光４が照射された後、過剰キャリアは再結合して消滅し、キャリア密度が低下するので導電率が低くなる。半導体試料２に検出波であるマイクロ波５を照射すると、導電率に応じてマイクロ波５は反射、透過、および、吸収される。したがって上記のように半導体試料２にパルス光が照射された時、半導体試料２のキャリア密度の変化によって、マイクロ波５の反射率、透過率、および、吸収率が変化する。これらのうちの半導体試料２で反射したマイクロ波５が、導波管６、マジックＴ７およびＥ−Ｈチューナ８を通り検波器９に伝達される。

ここで検出されたマイクロ波は、シンクロスコープ１０によって減衰曲線として表示される。この減衰曲線の減衰の時定数から半導体試料２の物性を表すキャリアのライフタイムを測定することができる。

他の従来の技術は、特許文献２に記載されている。図１９は、特許文献２に記載されるライフタイム測定装置１１を示すブロック図である。この装置１１では、２本の導波管１２を用いて、半導体試料１３の２箇所にマイクロ波を照射する。励起光は、一方のマイクロ波の照射領域にだけ照射される。そして前述の装置１と同様に、各導波管１２を介して反射波の合成波を検出部１４に導く。このライフタイム測定装置１１では、各反射波を合成する前に、一方のマイクロ波の反射波の実効長を、往復で半波長、または、半波長と波長の整数倍の和だけ（即ち、（２ｎ＋1）λ／２（ｎ：整数、λ：実効波長））ずらし、他方のマイクロ波の反射波と合成する。これによって２つの反射波を干渉させ、反射波のうち励起光による変化の無い反射波はお互いに打ち消しあい、励起光により変化した反射波の変化のみを検出することにより、過剰キャリアのライフタイムを高精度に測定する。

さらに他の従来の技術は、特許文献３に記載されている。図２０は、特許文献３に記載されるライフタイム測定装置１５を示すブロック図である。この装置１５では、半導体ウエハ１６、および、半導体ウエハ１６が配置されるステージ１７の平面度が充分でないことによって生じるマイクロ波の不要な干渉波を取除くために、２本の導波管１８に電気的な実効長の差をもたせ、マイクロ波の位相差を常時調整できる機構を備える。さらに他の従来の技術として、特許文献３の類似の技術が、特許文献４に記載されている。

さらに他の従来の技術は、特許文献５に記載されている。特許文献５に記載されるライフタイム測定装置は、面分解能を向上させるために、前述の他の装置を改良し、半導体試料に照射されるレーザ光を、光ファイバを用いて集光させ、半導体試料におけるレーザ光の照射面積を小さくしているとともに、集束させたマイクロ波を照射し、その反射マイクロ波から検出している。

特公昭６１−６０５７６号公報特開平６−２７０４８号公報特開平７−５１２２号公報特開平１０−１２５７５２号公報特開平２−７２６４６号公報

前述の特許文献１〜５に示される従来技術のライフタイム測定装置において、例えば、金属製の保持台に配置された半導体試料表面にマイクロ波などの電磁波を照射すると、電磁波は半導体試料を透過、吸収、および、反射する。このうち半導体試料を透過した電磁波は、半導体試料が配置された金属製の保持台で反射され、再び半導体試料に戻り、透過、吸収、および、反射される。このように、主として半導体試料表面で反射された電磁波と、半導体試料を透過し、保持台で反射して再び半導体試料に戻り、半導体試料を透過して出てきた電磁波との合成波で定在波が形成されるが、この時の反射波の電界強度の時間変化曲線の時定数から、ライフタイムを測定している。

定在波は、金属製の保持台の表面が固定端となり電界強度が０となる。また、半導体試料の表面と金属製の保持台の表面との距離が電磁波の実効波長の１／４であると電界強度は極大となる。このように、半導体試料の表面を置く位置で電界強度は大きく変わる。

特許文献２、３などに記載されているライフタイム測定装置では、半導体試料が保持台に配置される構成であるが、半導体試料の表面と保持台の距離が変えられる構成となっていない。そのため、半導体試料の表面と保持台の表面との距離は半導体試料の厚さのみで決まり電磁波の実効波長の１／４とならない場合があり、半導体試料の表面で反射される電界強度が小さくなり、得られる反射波の信号の信号対雑音比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ：略称Ｓ／Ｎ比）が小さくなり、ライフタイムの測定の精度が低くなる場合があった。

また半導体試料面内の厚み寸法の違い、ならびに半導体試料のうねり、反りおよび撓みなどがあると保持台の表面と半導体試料の表面との距離が測定面内で変わるので、半導体試料の表面位置での定在波の電界振幅が、半導体試料面内で異なる場合が生じる。換言すると、同じ半導体試料を測定する場合であっても、保持台の表面と半導体試料の表面との距離の違いによって電磁波の反射強度に差が生じ、Ｓ／Ｎ比が異なる場合があり、測定精度が変化したり反射波を検出することができないおそれがあった。

したがって本発明の目的は、大きいＳ／Ｎ比を得ることができ、半導体試料の厚み寸法の違い、および、半導体試料の変形などに対応して、半導体試料の面内にわたって同じ精度で簡便に、短時間でライフタイムを測定できるライフタイム測定装置およびライフタイム測定方法を提供することである。

本発明は、半導体試料に過剰キャリアを発生させるための励起用電磁波を照射するための励起手段と、
半導体試料に過剰キャリアによって反射率が変化する検出用電磁波を照射するための照射手段と、
照射手段によって照射された検出用電磁波の半導体試料による反射波を検出する検出手段と、
検出手段によって検出される反射強度に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求める演算手段と、
検出用電磁波の定在波を形成する電磁波反射手段とを含み、
定在波の電界強度が極大、または、その付近となる位置に半導体試料の表面が配置されることを特徴とするライフタイム測定装置である。

本発明に従えば、パルス状の励起用電磁波を半導体試料に照射し、半導体試料中の価電子帯の電子を励起して、過剰キャリアを発生させる。過剰キャリアが発生している半導体試料に検出用電磁波を照射し、検出用電磁波の半導体試料による反射波の強度を検出する。検出用電磁波の反射波強度の時間変化に基づいて、キャリアのライフタイムを求めることができる。本発明のライフタイム測定装置では、検出用電磁波の定在波を形成する電磁波反射手段を含んで構成される。電磁波反射手段は、半導体試料を透過した検出用電磁波を反射する。検出用電磁波の入射波と反射波によって形成される定在波の電界強度が極大または、その付近となるように半導体試料の表面が配置される。したがって検出手段は、Ｓ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって精度良くライフタイムを測定することができる。

また本発明は、半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接、および、離反する方向に移動させる移動手段を含むことを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接、および、離反する方向に移動させことにより半導体試料を、検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に配置することができる。これによって複数の異なる種類や厚さをもつ半導体試料、または、複数の異なる波長の検出用電磁波を用いた場合であっても、個々の半導体試料、または、検出用電磁波の波長にあわせて検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に半導体試料を配置することができる。したがって利便性が向上する。

さらに本発明は、半導体試料を保持する保持手段をさらに含み、
保持手段は、半導体試料における検出用電磁波が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波の透過率が高くなるように構成されていることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料における検出用電磁波が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波の透過率が高くなるように構成されている。これによって半導体試料を透過した検出用電磁波が、不所望に他の物質に吸収され、減衰して電磁波反射手段に入射することを防ぐことができる。また電磁波反射手段で反射された検出用電磁波の反射波が、不所望に他の物質に吸収され、減衰して半導体試料に入射することを防ぐことができる。したがってＳ／Ｎ比が小さくなることを防ぐことができる。

さらに本発明は、半導体試料を、検出用電磁波の照射軸を法線とする面内方向へ変位駆動する変位駆動手段とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料を、検出用電磁波の照射軸を法線とする面内方向へ変位駆動することができる。したがって半導体試料を変位駆動することによって、検出用電磁波を半導体試料の全面にわたって照射することができる。これによって半導体試料の表面全面にわたって、ライフタイムを測定することができる。

さらに本発明は、半導体試料と電磁波反射手段との位置合せのための位置合せ情報を入力する入力手段と、
入力手段で入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料の表面、または、その付近で定在波の電界強度が極大となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せするように、移動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料が配置される位置で電界強度が極大、あるいは、その付近に、半導体試料と反射手段とを位置合せするように、移動手段が制御される。したがって入力される位置合せ情報に基づいて、複数の異なる種類や厚さをもつ半導体試料、または、複数の異なる波長の検出用電磁波を用いた場合であっても、個々の半導体試料または個々の検出用電磁波に併せて検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近に短時間で半導体試料を配置することができる。これによって利便性が向上する。

さらに本発明は、移動手段は、半導体試料を、電磁波反射手段に対して、角変位させることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料面を、電磁波反射手段面に対して、角変位させることによって、半導体試料を検出用電磁波の照射軸および励起用電磁波の照射軸に対して、所望の姿勢に半導体試料を配置することができる。これによって半導体試料が前記照射軸に対して傾斜することによって生じる不要な干渉を防ぐことができる。したがってＳ／Ｎ比を大きくすることができ、高精度に反射波を検出することができる。

さらに本発明は、半導体試料は、略平板状であり、厚み方向両側の表面を鉛直に配置されていることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料は、略平板状であり、厚み方向両側の表面を鉛直に配置されている。このように半導体試料を配置することによって、半導体試料の厚み方向に重力が作用して生じる撓みなどの変形を防ぐことができる。したがって検出用電磁波の照射軸および励起用電磁波の照射軸に対して、半導体試料の厚み方向両側の表面の法線を略平行に配置することができる。これによって半導体試料が前記照射軸に対して傾斜することによって生じる不要な干渉を防ぐことができ、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、高精度に反射波を検出することができる。

さらに本発明は、電磁波反射手段によって検出用電磁波の定在波を形成し、半導体試料を定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に半導体試料表面を配置し、半導体試料に過剰キャリアによって反射率が変化する検出用電磁波を照射する照射工程と、半導体試料に過剰キャリアを発生させるための励起用電磁波を照射する励起工程と、照射された検出用電磁波の半導体試料による反射波強度を検出する検出工程との３工程を含む計測工程と、検出される反射波強度に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求める演算工程と、を含むことを特徴とするライフタイム測定方法である。

本発明に従えば、パルス状の励起用電磁波を半導体試料に照射し、半導体試料中の価電子帯の電子を励起して、過剰キャリアを発生させる。過剰キャリアが発生している半導体試料に検出用電磁波を照射し、検出用電磁波の半導体試料による反射波の強度を検出する。検出用電磁波の反射波強度の時間変化に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求めることができる。本発明のライフタイム測定方法では、検出用電磁波の定在波を形成する電磁波反射手段が用いられる。電磁波反射手段は、半導体試料を透過する検出用電磁波を反射する。電磁波反射手段は、検出用電磁波の入射波と反射波によって形成される定在波を、半導体試料が配置される位置、または、その付近で電界強度が極大となるように半導体試料、または、電磁波反射手段の位置が制御される。したがって検出手段は、検出用電磁波の定在波によって生じるＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。半導体試料の厚み寸法の違い、ならびに大きさ、反り、撓みおよびうねりなどの変形がある場合であっても、半導体試料における測定対象となる領域を、定在波の電界強度が極大、または、その付近となるように半導体試料、または、電磁波反射手段を配置することによって、Ｓ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって半導体試料の全面にわたって同じ精度で簡便で短時間にライフタイムを測定することができる。

さらに本発明は、半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接および離反する方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接および離反する方向に移動させる。したがって半導体試料を、検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に配置することができる。したがって利便性が向上する。

さらに本発明は、移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波強度を検出し、反射波強度信号のＳ／Ｎ比が極大となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波強度を検出する。半導体試料と電磁波反射手段との相対位置によってＳ／Ｎ比は変化するので、複数の候補位置で検出されるＳ／Ｎ比は、互いに異なる。この検出されるＳ／Ｎ比が最大となる最適位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることによって、高精度にライフタイムを測定することができる。

さらに本発明の移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波を検出し、Ｓ／Ｎ比が許容範囲となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波の強度を検出する。半導体試料と電磁波反射手段との相対位置によってＳ／Ｎ比は変化するので、複数の候補位置で検出されるＳ／Ｎ比は、互いに異なる。この検出されるＳ／Ｎ比が許容範囲に存在する位置に、半導体試料と反射手段とを位置合せする。これによってＳ／Ｎ比が許容範囲に存在する位置に、半導体試料を確実に配置することができる。これによって相対位置を短時間に決めることができる。またＳ／Ｎ比が許容範囲であるので、高精度にライフタイムを測定することができる。

さらに本発明は、半導体試料と検出用電磁波の定在波との位置合せのための位置合せ情報を入力する入力工程をさらに含み、移動工程では、入力工程によって入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料が配置される位置、または、その付近で定在波の電界強度が極大となるように半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする。

本発明に従えば、位置合せ情報が入力されるので、位置合わせ情報に基づいて、半導体試料が配置される位置、または、その付近で定在波の電界強度が極大となるような位置を求めることができる。したがって候補位置でＳ／Ｎ比の検出が不要であるので、短時間で最適位置に位置合せすることができる。

さらに本発明は、移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、一定の間隔で複数の候補位置を移動しながら反射波を検出し、過去の候補位置でのＳ／Ｎ比から、Ｓ／Ｎ比が極大となる位置が予測可能になった時点で、次の候補位置をＳ／Ｎ比が極大となる予測される位置とすることを特徴とする。

本発明に従えば、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、一定の間隔で複数の位置に移動しながら反射波の強度を検出する。これによって複数の候補位置でのＳ／Ｎ比を検出することができる。過去の候補位置でのＳ／Ｎ比から、Ｓ／Ｎ比が最大となる位置が予測可能になった時点で、次の候補位置をＳ／Ｎ比が最大となる予測される位置とする。したがってＳ／Ｎ比が最大となる位置に、短時間で配置することができる。

本発明によれば、検出用電磁波の検出信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。半導体試料の表面を、定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となるように半導体試料を配置することによって、検出信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって簡便に短時間で精度良くライフタイムを測定することができる。

また本発明によれば、半導体試料の厚み寸法の違い、ならびに大きさ、反り、撓み、および、うねりなどの変形に併せて、半導体試料を検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に半導体試料を配置することができる。したがって利便性が向上する。

さらに本発明によれば、検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に、確実に半導体試料を配置することができる。したがって検出信号のＳ／Ｎ比が小さくなることを防ぐことができる。

さらに本発明によれば、半導体試料の全面にわたって、同じ精度でライフタイムを測定することができる。

さらに本発明によれば、入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることによって利便性が向上する。

さらに本発明によれば、半導体試料が検出用電磁波の照射軸に対して傾斜することによって生じる不要な干渉を防ぐことができる。したがって検出信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができ、高精度に反射波の強度を検出することができる。

さらに本発明によれば、半導体試料の厚み方向に重力が作用して生じる撓みなどの変形を防ぐことができる。半導体試料が前記照射軸に対して傾斜することによって生じる不要な干渉を防ぐことができる。これによって検出信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができ、高精度に反射波の強度を検出することができる。

さらに本発明によれば、検出用電磁波の定在波によって生じる検出信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。半導体試料の厚み寸法の違い、ならびに大きさ、反り、撓みおよびうねりなどの変形がある場合であっても、半導体試料における測定対象となる領域を、定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となるように配置することによって、検出信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって簡便に短時間で精度良くライフタイムを測定することができる。

さらに本発明によれば、半導体試料の厚み寸法の違い、ならびに大きさ、反り、撓み、および、うねりなどの変形に併せて、半導体試料を検出用電磁波の定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に配置することができる。したがって利便性が向上する。

さらに本発明によれば、検出信号のＳ／Ｎ比が最大となる最適位置に、半導体試料を確実に配置することができる。検出信号のＳ／Ｎ比が最大であるので、高精度にライフタイムを測定することができる。

さらに本発明によれば、Ｓ／Ｎ比が許容範囲なので、半導体試料を精度良く配置する必要がなく、容易に許容範囲に配置することができる。これによって相対位置を短時間に最適位置に配置することができる。また検出信号のＳ／Ｎ比が許容範囲なので、高精度にライフタイムを測定することができる。

さらに本発明によれば、検出信号のＳ／Ｎ比が最大となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることができる。したがって候補位置で検出信号のＳ／Ｎ比の検出が不要であるので、短時間で最適位置に位置合せすることができる。

さらに本発明によれば、過去の候補位置での検出信号のＳ／Ｎ比から、Ｓ／Ｎ比が最大となる位置が予測可能になった時点で、次の候補位置をＳ／Ｎ比が最大となる予測される位置とする。したがってＳ／Ｎ比が最大となる位置に、短時間で位置合せすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

（発明の実施形態１）
図１から図６を参照しながら、本発明による実施形態１のライフタイム測定装置を説明する。

図２は、ライフタイム測定装置のブロック構成図であり、図１、図５、図６は、図２のライフタイム測定装置２０の一部を拡大して示す断面図である。図３は、ライフタイム測定装置２０を用いてライフタイムを測定する場合のフローチャート、図４は、計測工程１に含まれる各工程のタイムチャートである。

ライフタイム測定装置２０は、電磁波発振器２１、アッテネータ２６、サーキュレータ２７、導波管２８、検出手段２９、電磁波反射板２４、保持台３０、パルス状の電磁波発振器３１、および、移動機構３２を含んで構成される。ライフタイム測定装置２０は、半導体試料２３中に発生させた過剰キャリアのライフタイムを測定する装置である。ライフタイムは、パルス状の電磁波により半導体の価電子帯の電子を励起させることにより発生した過剰キャリアの濃度が再結合によって１／ｅに減衰するまでの時間である。このライフタイムは、不純物などが多いほど短く、これを測定することによって、半導体試料２３中の金属不純物および結晶欠陥などを評価することができる。半導体試料２３は、半導体装置などの材料として用いられる。したがって、ライフタイム測定装置２０で半導体試料２３のライフタイムを評価することによって、高品質の半導体試料２３を選択することができる。そして高品質の半導体試料２３を用いることにより、高品質の半導体装置などを製造することができる。本実施形態１では、半導体試料２３として、例えば、厚さが０．７ｍｍのガラス基板上に絶縁層を介して膜厚が１００ｎｍ程度のアモルファスシリコン薄膜を形成し、エキシマレーザーアニーリングなどの手法でアモルファスから多結晶化したものを用いるが、半導体試料としてはこれに限定されるものではない。

電磁波発振器２１は、照射手段であって、半導体試料２３に発生した過剰キャリアの濃度の変化によって反射率が変化する検出用電磁波２２を照射する。電磁波発振器２１が出射する検出用電磁波２２は、たとえば、出力が２００ｍＷであり、周波数が２６．５ＧＨｚの電磁波である。検出用電磁波２２の周波数は、対象とする半導体試料２３の材料とパルス光３３の波長により決まる侵入長に基づいて、適宜選択して用いることが好ましく、たとえば、１０ＧＨｚ〜数１００ＧＨｚ程度が好ましい。導波管２８は、電磁波発振器２１から発振され、アッテネータ２６、サーキュレータ２７を通った検出用電磁波２２を半導体試料２３に導く。

パルス光発振器３１は、励起手段であって、半導体試料２３の半導体層に過剰キャリアを発生させるための励起用電磁波であるパルス光３３を照射する。パルス光３３は、半導体層の材料に固有のエネルギーギャップ以上のフォトンエネルギーを有し、半導体試料２３の価電子帯の電子を充分な数だけ励起できるパワーを有するものであれば良い。パルス光発振器３１は、たとえば、１パルス当りのエネルギー１０μＪ、パルス幅５００ｐｓおよび繰り返し周波数８００Ｈｚのパルス光３３を出射する。パルス光発振器３１は、たとえば、波長３５５ｎｍのＹＡＧ３倍高調波を出射するレーザ装置を用いた。

反射板２４は、電磁波反射手段であって、半導体試料２３に対して検出用電磁波２２の入射側とは反対側に設けられる。反射板２４は、検出用電磁波の入射波と半導体試料２３を透過して反射板２４によって反射された反射波とにより形成された定在波２５の電界強度が半導体試料２３が配置される位置で極大、あるいは、その付近となるような位置に配置される。反射板２４の材料は、導電率の高い金属等の導電体から成る。

保持台３０は、保持手段であって、半導体試料２３を保持する機能を有する。保持台３０は、半導体試料２３における検出用電磁波２２が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波２２の透過率が高くなるような材料で構成されている。保持台３０は、本実施形態１では、半導体試料２３の周囲の一部のみを保持し、少なくとも検出用電磁波２２が伝播する領域を含む範囲は、半導体試料２３と反射板２４との間が空隙になるように構成される。保持台３０は、保持部３５を有する。保持部３５は、半導体試料２３の両端を支持し、半導体試料２３を保持部３５に載置することによって、半導体試料２３を保持する。

移動機構３２は、移動手段であって、半導体試料２３、および、反射板２４の少なくともいずれか一方を、相互に近接および離反する方向に移動させる。移動機構３２は、本実施形態１では、保持部３５を上下方向（Ｚ方向）に沿って移動させる。移動機構３２は、たとえば、電動モーターと電動モーターの回転運動を直進方向の運動に変換する変換部とを含み、導波管２８の開口端３６と反射板２４との間で、導波管２８の開口端３６に近接または離反するように上下方向（Ｚ方向）に保持部３５を移動させることができる。上下方向（Ｚ方向）は、略鉛直方向であって、検出用電磁波２２の照射軸２２ａに沿う方向である。

検出手段２９は、電磁波発振器２１によって照射された検出用電磁波２２の半導体試料２３と反射板２４による反射波の強度を検出する。検出手段２９は、少なくとも検波器を有し、たとえば、オシロスコープ、あるいは、デジタルマルチメーターなどの電圧計でもよい。また検出手段２９は、演算手段としても働き、検出される反射波強度の時間変化に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求める。

以下に、本実施形態１のライフタイム測定装置で半導体試料２３のある一点のライフタイムを計測する場合のフローチャートを図３に基づいて説明する。

ステップａ１で半導体試料２３がライフタイム測定装置２０の保持台３０に載置され、ステップａ２に移る。

ステップａ２は、移動工程１で保持台３０を所定の位置に移動させステップａ３に移る。

ステップａ３は、計測工程１で照射工程（ａ３−１）と励起工程（ａ３−２）と検出工程（ａ３−３）の３工程で構成され、これらの工程は図４のようなタイムチャートで表される。

照射工程（ａ３−１）では、半導体試料２３に過剰キャリアによって反射率が変化する検出用電磁波２２を照射する。電磁波発振器２１は、たとえば、出力が２００ｍＷ、周波数が２６．５ＧＨｚの検出用電磁波２２を発振する。発振された検出用電磁波２２は、順次、アッテネータ２６、サーキュレータ２７、および、導波管２８などの高周波立体回路を経て、半導体試料２３上のパルス光照射領域を含む領域、たとえば、導波管の開口部の面積とほぼ同じ５ｍｍ×１０ｍｍの領域に導かれる。検出用電磁波２２の半導体試料２３からの反射率、透過率、および、吸収率は、半導体試料２３の導電率等に応じて変化する。

励起工程（ａ３−２）は、照射工程（ａ３−１）で検出用電磁波２２が発振された後、半導体試料２３に過剰キャリアを発生させるための波長３５５ｎｍ、１パルス当りのエネルギー１０μＪ、パルス幅５００ｐｓおよび繰り返し周波数８００Ｈｚでビーム径が２ｍｍのパルス光３３を照射する。パルス光発振器３１によって出射されるパルス光３３は、検出用電磁波２２が通る導波管Ｈ面部の中央部のパルス光の光軸上に形成された貫通孔３７を通って、半導体試料２３に照射される。貫通孔３７の大きさや形状は、パルス光が通れば良く、例えば、直径２．２ｍｍから３．０ｍｍ程度の円形でパルス光が通り、検出用電磁波２２が導波管外部に漏れない程度の孔であれば良い。

半導体試料２３に対して侵入するパルス光３３の侵入長は、１０ｎｍ程度である。したがって、半導体試料２３にパルス光３３が照射されたパルス光照射領域は、直径２ｍｍ（照射面積）の円で深さが約１０ｎｍ（侵入長）の円柱状の領域である。パルス光３３が照射された領域では、過剰キャリアが生成され、半導体試料２３の導電率が高くなる。パルス光３３の照射が停止すると、パルス光３３によって生成された過剰キャリアは、再結合するため、過剰キャリアは指数関数的に減少し、熱平衡状態に戻る。

検出工程（ａ３−３）では、照射された検出用電磁波２２の半導体試料２３、及び、反射板による反射波の合成波の時間による強度変化を検出しその時の保持台、または、半導体試料の位置情報とあわせてデータとして蓄積する。
上記の計測工程１を所定時間行なった後、ステップａ４に移る。

ステップａ４は、演算工程１であって、検出工程（ａ３−３）で蓄積された複数データから強度変化量の最大値を求め、強度変化量の最大値をとる半導体試料２３、および、反射板２４の位置情報を求め、保持台３０を所定の位置に移動させるためステップａ２に戻る。

ステップａ２からステップａ４までを強度変化量の極大値が求まるまで繰り返し、ステップａ５に移る。

ステップａ５は移動工程２で、ステップａ４で求めた強度変化量が極大値となる保持台の位置情報に基づき、その位置へ保持台を移動させる。

ステップａ６は計測工程２で、ライフタイムの計測に十分な時間だけ計測を行い、ステップａ７に移る。

ステップａ７は、演算工程２であって、ステップａ６の計測工程で得られたよる強度の時間変化に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求め、ステップａ８に移る。

ステップａ８では、ライフタイムの値を出力し、ステップａ１からの一連の処理が終了する。

上記のステップａ４の演算工程１で強度変化量の最大値を求めることは、以下のことに相当する。

図１に示すように、半導体試料２３に検出用電磁波２２を照射すると、検出用電磁波２２の大半は半導体試料２３を透過するので、反射板２４の表面２４ａが電磁波の固定端３８となる定在波２５が形成される。定在波２５の電界強度が極大となる位置３４は、反射板２４の表面２４ａから検出用電磁波２２の実効波長の１／４の位置と、その位置から１／２波長毎に離間する位置となる。したがって、定在波２５の電界強度が極大となる位置３４は、反射板２４の表面２４ａからの距離をＬ、検出用電磁波の実効波長をλ_effとすると次式（１）によって表すことができる。ここで、ｎは整数である。

反射板２４と導波管２８との間に比誘電率が約１である空気が存在する場合、検出用電磁波２２の自由空間での波長λは、検出用電磁波２２の周波数と光速とから求められる。本実施形態１では、検出用電磁波２２の周波数が２６．５ＧＨｚであるので、検出用電磁波２２の自由空間での波長λは、約１１．３ｍｍとなる。したがって、式（１）から反射板２４の表面２４ａから１／４波長の位置は、約２．８ｍｍの位置であり、３／４波長の位置は、約８．４ｍｍの位置であり、５／４波長の位置は、約１４．１ｍｍの位置となる。

上記に述べた位置は検出用電磁波２２が自由空間に放射された場合の位置で、計測時には図１のように反射板２４と導波管２８との間には、比誘電率が約２．２５の半導体試料２３と、比誘電率が約１の空気の両方が存在する。半導体試料２３の厚さが、約０．７ｍｍの場合、定在波２５の電界強度が最大となる位置は、実効波長を考慮して反射板２４から約２．４５ｍｍの位置、約８．０５ｍｍの位置および約１３．７５ｍｍの位置となる。

したがって、半導体試料２３の表面２３ａが、反射板２４の表面２４ａから、たとえば約２．４５ｍｍの位置となる位置に配置することによって、半導体試料２３の表面２３ａを定在波２５の電界強度極大位置３４に配置することができる。

半導体試料２３の表面２３ａで反射、透過、及び、吸収される検出用電磁波２２の強度は、半導体試料２３の表面２３ａでの電界強度が大きいほど大きくなる。

このことについて吸収の場合を例に説明する。半導体試料２３の表面２３ａで吸収される電力Ｐは、半導体試料２３の表面２３ａの導電率σと、半導体試料２３の表面２３ａにおける電界強度Ｅとを用いて次式（２）で表すことができる。
Ｐ＝σＥ^２ …（２）

パルス光３３を半導体試料２３に照射することによって、半導体試料２３に侵入長程度の領域までパルス光３３の光エネルギーが吸収され、過剰キャリアが励起される。侵入長は、たとえば半導体材料およびパルス光３３の波長に依存し、数１０ｎｍから数１００μｍ程度である。検出用電磁波２２は、周波数がたとえば１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ程度であると、検出用電磁波２２の波長λは数ｍｍ〜数１０ｍｍである。したがってパルス光３３の侵入長は、検出用電磁波２２の波長λに比べて充分小さい。これによってパルス光３３で半導体試料２３のキャリアが励起された部分での検出用電磁波２２の吸収を考える場合、半導体試料２３の表面２３ａでの電磁波の電界の値を代表値として近似することができる。

パルス光３３によって半導体試料２３の導電率がΔσだけ変化したとすると、半導体試料２３の表面２３ａで吸収される検出用電磁波２２の電力の変化量ΔＰは、式（２）の電界強度Ｅを半導体試料２３の表面２３ａでの電界強度Ｅｓを用いて次式で表すことができる。ここで、Δσはパルス光照射前後の半導体試料２３の導電率の変化値である。
ΔＰ＝ΔσＥｓ^２ …（３）

式（３）から半導体試料２３の表面２３ａで吸収される検出用電磁波２２の電力の変化量ΔＰは、半導体試料２３の表面２３ａの電界強度Ｅｓに依存することがわかる。半導体試料２３には、電磁波発振器２１からの検出用電磁波２２と、反射板２４によって反射される検出用電磁波２２とが入射するので、検出用電磁波２２のエネルギーが２度吸収されるので吸収量は式（３）に示されるΔＰの約２倍となる。したがって半導体試料２３の表面２３ａでの電界強度を大きくすることによって、検出用電磁波２２が半導体試料２３に吸収されるエネルギーを大きくすることができる。従って、定在波２５の電界強度極大位置３４の位置に半導体試料２３の表面２３ａを配置することによって、検出用電磁波２２が半導体試料２３に吸収される電力を最大にすることができる。上記のことは、反射、及び、透過する電力についても同様のことが言える。

図５は、図１においてＬが半導体試料２３の厚さに等しい場合の図である。この時、半導体試料２３の半導体試料２３の裏面２３ｂが、反射板２４の表面２４ａに当接するように反射板２４には、保持部３５が嵌合する凹部２４ｂが形成されている。反射板２４に形成される凹部２４ｂは、保持部３５の厚さに相当する深さを有する。したがって、保持部３５は、最下端で前記凹部２４ｂに勘合し、保持部３５が半導体試料２３を保持している保持面３５ａと反射板２４の表面２４ａを面一にすることができる。

図５の場合、定在波２５は、反射板２４の表面２４ａで電界振幅の極小位置３９となるので、半導体試料２３の厚さがたとえば約０．７ｍｍである場合、半導体試料２３の表面２３ａは電界振幅の極小位置３９付近に位置する。したがって、前述のように、検出用電磁波２２が半導体試料２３で反射、透過、および、吸収されるエネルギーが小さくなりＳ／Ｎ比が小さくなる。

図１は、図５の場合に比べ、半導体試料２３の表面２３ａは、定在波２５の電界強度の極大位置３４に配置されており、半導体試料２３の表面２３ａでは反射、透過、および、吸収される検出用電磁波２２の電力が極大となり、計測する電界強度の時間変化も極大となるので、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。

図６（１）は、図５で保持台３０を省略した図、図６（２）は図６（１）と半導体試料２３の厚さのみが異なる場合の図である。図６（１）、（２）共に半導体試料２３の裏面２３ｂが、反射板２４の表面２４ａに当接している場合を示している。図６（１）に示される半導体試料２３は、厚さがたとえば約０．７ｍｍであり、図６（２）に示される半導体試料２３は、厚さがたとえば約１．７ｍｍである。反射板２４の表面２４ａに半導体試料２３の裏面２３ｂが当接している場合であっても、半導体試料２３の厚さによって、反射板２４の表面２４ａから半導体試料２３の表面２３ａまでの距離は異なり、定在波２５の電界強度が極小付近になる場合や、極大付近になる場合がある。従って、半導体試料２３の厚み寸法も考慮に入れて、保持部３５の位置を制御する必要がある。図６（１）に示すように、半導体試料２３の厚さが約０．７ｍｍである場合、半導体試料２３の表面２３ａは、定在波２５の電界振幅の極小位置３９から約０．７ｍｍ上方で、電界振幅の極大位置３４から約１．８５ｍｍ下方に位置する。

前述のように本実施形態１では、半導体試料２３に対して検出用電磁波２２の入射側とは反対側に設けられる反射板２４を含んで構成される。反射板２４は、半導体試料２３を透過した検出用電磁波２２を反射する。半導体試料２３は、移動手段により検出用電磁波２２の定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近に配置される。したがって検出手段２９は、検出用電磁波２２の反射波強度信号のＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。半導体試料２３の厚さの違い、ならびに大きさ、反り、撓みおよびうねりなどの変形がある場合であっても、半導体試料２３における測定対象となる領域内において、移動手段によりＬを調節して定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近となるように配置することによって、測定領域内全体でＳ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。これによって精度良くライフタイムを測定することができる。

また半導体試料の大きさが、半導体ウエハのように数１０ｍｍ〜３００ｍｍ程度ではなく、たとえばプラズマ表示装置および液晶表示装置などに用いられる、角型で１辺が１メートルを超えるような超大型基板の場合、基板の保持の方法によっては自重によって撓みが生じたり、膜応力などにより、反り、および、うねりなどの変形が生じたりする。このような超大型基板であっても、半導体試料２３における測定対象となる領域を、定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近となるように調整することによって、Ｓ／Ｎ比を可及的に大きくすることができる。

また本実施形態１では、半導体試料２３および反射板２４の少なくともいずれか一方を、相互に近接、および、離反する方向に移動させる。したがって半導体試料２３を、検出用電磁波２２の定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近に配置することができる。これによって複数の異なる半導体試料２３、または、複数の異なる波長の検出用電磁波２２を用いた場合であっても、個々の半導体試料２３、または、検出用電磁波２２の波長に併せて検出用電磁波２２の定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近に半導体試料２３を配置することができる。また半導体試料２３の厚み寸法の違い、ならびに大きさ、反り、撓み、および、うねりなどの変形に併せて、半導体試料２３を検出用電磁波２２の定在波２５の電界強度の極大位置３４、または、その付近に配置することができる。

本実施形態１では、半導体試料２３における検出用電磁波２２が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波２２の透過率が高くなるように構成されている。検出用電磁波２２は、半導体試料２３を透過して半導体試料２３の裏面２３ｂから出射した後、半導体試料２３が配置されている雰囲気中の環境媒体、たとえば空気、または、窒素にしか吸収されることなく反射板２４に至ることができ、反射板２４から反射された後は、半導体試料２３の裏面２３ｂから入射されるまで、同様に環境媒体にしか吸収されることがない。これによって半導体試料２３を透過した検出用電磁波２２が、反射板２４までの間に不所望に他の物質に吸収され、減衰して入射することを防ぐことができ、Ｓ／Ｎ比が小さくなることを防ぐことができる。

半導体試料２３の比誘電率が大きく半導体試料２３の厚さが厚い場合、または、反射板２４と導波管２８の開口端３６との距離が短い場合、半導体試料２３の表面２３ａを定在波２５の電界強度の極大位置３４におくことができないことがある。これらの場合でも、定在波２５の電界振幅の極大位置３４の近傍に位置するよう半導体試料２３を移動させることによって、Ｓ／Ｎ比の向上が可能となる。また導波管２８の開口端３６に対して反射板２４を近接、および、離反させるように移動できる移動機構を構成してもよい。これによって、半導体試料２３の表面２３ａを、定在波２５の電界強度の極大位置３４に配置することができる。反射板２４を導波管２８の開口端３６から離反させる場合は、開口端３６から反射板２４までの距離が変わるため、各種調整が必要であるため、できれば半導体試料２３のみを動かすことが望ましい。

（発明の実施形態２）
図７から図１０を参照しながら、本発明による実施形態２のライフタイム測定装置を説明する。

図７は、本発明の実施形態２のライフタイム測定装置４０の構成を示すブロック図である。本実施形態２のライフタイム測定装置４０は、実施形態１で述べた図１〜図６のライフタイム測定装置２０と類似しており、本実施形態２の構成には実施形態１のライフタイム測定装置２０における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施形態２のライフタイム測定装置４０は、さらに制御手段４１、ＸＹテーブル４２、入力手段４３および駆動機構４４を含んで構成される。

ＸＹテーブル４２は、お互いに直交する第１方向Ｘ、および、第２方向Ｙの水平面方向に変位可能であって、第１方向Ｘ，および、第２方向Ｙは、鉛直方向Ｚに略直交する方向である。ＸＹテーブル４２の変位に伴って、反射板２４、および、保持部３５が変位する。

駆動機構４４は、変位駆動手段であって、半導体試料２３を、検出用電磁波２２の照射軸２２ａの方向を法線とする面内方向へ変位駆動する。駆動機構４４は、本実施形態２では、ＸＹテーブル４２を第１方向Ｘ、および、第２方向Ｙに変位駆動する。

入力手段４３は、操作されて、保持部３５の配置位置を制御する位置情報などが入力される。また入力手段４３は、操作されて、半導体試料２３の表面２３ａと定在波２５の電界強度の極大の位置との位置合せのための位置合せ情報が入力される。

制御手段４１は、検出手段２９、移動機構３２、および、駆動機構４４をそれぞれ制御する。制御手段４１は、検出手段２９と第１接続手段４５を介して、電気的に接続される。制御手段４１は、駆動機構４４、および、移動機構３２と第２接続手段４６を介して、電気的に接続される。制御手段４１は、半導体試料２３の表面２３ａが配置される位置、または、その付近で電界強度の極大位置３４となるように、半導体試料２３の表面２３ａと定在波２５の電界強度の極大の位置との位置合せするように、移動機構３２を制御する。検出手段２９は、検出した反射波の電界強度信号に基づく、Ｓ／Ｎ比を含む情報を制御手段４１に与える。

図８は、制御手段４１の電気的構成を示すブロック図である。制御手段４１は、入出力インターフェース４７、中央処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）４８、ランダムアクセスメモリ（Random Access Memory：略称ＲＡＭ）４９、および、リードオンリーメモリ（Read Only memory：略称ＲＯＭ）５０を含んで構成される。各構成要素は、バス５１を介して電気的に接続される。

入出力インターフェース４７は、第１接続手段４５、および、第２接続手段４６に電気的に接続され、検出手段２９、駆動機構４４、および、移動機構３２から与えられる情報をＣＰＵ４８に与え、ＣＰＵ４８から与えられる情報を検出手段２９、駆動機構４４、および、移動機構３２に与える。

ＲＯＭ５０には、制御プログラムが記憶される。ＲＡＭ４９は、検出手段２９に与えられる情報が、一時記憶される。ＣＰＵ４８は、ＲＯＭ５０に記憶される制御プログラムを実行し、各構成部を制御する。ＣＰＵ４８は、たとえばマイクロコンピュータによって実現される。

図９は、ＣＰＵ４８の動作を説明するためのフローチャートであって、最適位置の探索方法を示すフローチャートである。ＣＰＵ４８は、図９に示される動作を短時間に繰返す。ステップｂ１では、半導体試料２３が保持部３５によって保持され、初期位置に配置され、ステップｂ２に移る。ステップｂ２では、ＣＰＵ４８は、初期位置におけるＳ／Ｎ比を含む検出情報を取得するように検出手段２９に指令を与え、検出情報を取得し、ステップｂ３に移る。

ステップｂ３では、ＣＰＵ４８は、取得した初期位置における検出情報をＲＡＭ４９に与え、ステップｂ４に移る。これによってＲＡＭ４９は、ＣＰＵ４８から与えられた検出情報を一時記憶する。ステップｂ４では、ＣＰＵ４８は、移動機構３２に移動指令を与え、ステップｂ５に移る。移動機構３２は、与えられた移動指令に基づいて、保持部３５を変位駆動する。したがって半導体試料２３は、上下方向Ｚの一方、たとえば上方向に移動され、初期位置から第２候補位置に配置される。

ステップｂ５では、ＣＰＵ４８は、第２候補位置における検出情報を取得するように検出手段２９に指令を与え、検出情報を取得し、ステップｂ６に移る。ステップｂ６では、ステップｂ３と同様に、ＣＰＵ４８は、取得した検出情報をＲＡＭ４９に与え、ステップｂ７に移る。これによってＲＡＭ４９は、ＣＰＵ４８から与えられた検出情報を一時記憶する。

ステップｂ７では、ＣＰＵ４８は、ＲＡＭ４９に記憶される検出情報が示すＳ／Ｎ比が予め定める極大値であるかを判断する。Ｓ／Ｎ比が極大値である場合、ステップｂ９に移り、Ｓ／Ｎ比が極大値より小さい場合、ステップｂ８に移る。

ステップｂ８では、ＣＰＵ４８は、ＲＡＭ４９に記憶される検出情報に基づいて、移動指令を生成し、移動機構３２に移動指令を与え、ステップｂ５に移る。比較した結果が、たとえば第２候補位置のＳ／Ｎ比の方が大きい場合、ＣＰＵ４８は半導体試料２３を少し上方向の第３候補位置へ移動させる移動指令を生成する。比較した結果が逆に小さい場合、ＣＰＵ４８は半導体試料２３を少し下方向の第３候補位置へ移動させる移動指令を生成する。移動指令に基づく半導体試料２３の移動量は、比較したＳ／Ｎ比の差に基づいて決定される。ステップｂ９で、一連の処理を終了する。

このように半導体試料２３と反射板２４との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波の電界強度信号を検出し、Ｓ／Ｎ比が極大となる最適位置に、半導体試料２３と反射板２４とを位置合せする。

前述のステップｂ８の処理は、具体的には、たとえば半導体試料２３を第２候補位置よりも上方向の第３候補位置へ移動した状態で、検出手段２９でＳ／Ｎ比を取得する。（第２候補位置のＳ／Ｎ比）＜（第３候補位置のＳ／Ｎ比）ならば、ＣＰＵ４８は半導体試料２３を少し上方向の第４候補位置へ移動させる移動指令を移動機構３２に与える。逆に（第２候補位置のＳ／Ｎ比）＞（第３候補位置のＳ／Ｎ比）ならば、ＣＰＵ４８は半導体試料２３を第２候補位置より上方向で第３候補位置より下方向になる第４候補位置へ移動するように、移動指令を移動機構３２に与える。ＣＰＵ４８は、移動指令をＲＯＭ５０から読み出したプログラムに基づいて決定する。もし、移動後のＳ／Ｎ比が同一ならば、中間の位置に移動して反射波の電界強度信号を検出し、同様に大小比較を行い、移動方向を決定する。

つまり、一方向に移動する前のＳ／Ｎ比と移動した後のＳ／Ｎ比との大小と比較し、もし後者が前者よりも大きいならば、次は、一方向へ移動させ、もし後者が前者よりも小さいならば、次は、一方向とは逆の他方向へ移動させる。

このような図９に示されるＣＰＵ４８の動作によって、半導体試料２３の位置を移動させつつ、検出された反射波の電界強度信号のＳ／Ｎ比の大小比較を行い、その結果により半導体試料２３の位置を変えることによって、半導体試料２３の表面２３ａを反射波の電界強度信号のＳ／Ｎ比の極大位置である最適位置へ移動させることができる。このため、自動的に、かつ、最も良好なＳ／Ｎ比で、半導体試料２３の特性を評価でき、測定精度が向上する。また、半導体試料２３の厚さ、撓みおよびうねりに関する情報が不明であっても、最も良好なＳ／Ｎ比で、半導体試料２３の特性を評価することができる。

また他の最適位置の探索方法として、制御手段４１は、入力手段４３で入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料２３の表面３ａが配置される位置、または、その付近で定在波２５の電界強度が極大となる位置３４に、半導体試料２３と反射板２４とを位置合せするように、移動機構３２を制御する方法がある。

位置合せ情報は、たとえば、半導体試料２３の厚さと比誘電率の情報である。これらの位置合せ情報に基づいて、制御手段４１は、定在波２５の電界強度が極大となる位置３４を算出により推定し、半導体試料２３の表面２３ａが定在波２５の電界強度が極大となる位置３４になるように保持部３５を動かすべく移動機構３２に移動指令を与える。これによって最適位置を探索する時間を短縮することができる。

さらに、算出された最適位置は理論値であるので、算出された最適位置に配置し、さらにその近傍を探索して、実際の最適位置へ移動させてもよい。また入力される位置合せ情報に基づいて、複数の異なる半導体試料２３、または、複数の異なる波長の検出用電磁波２２を用いた場合であっても、個々の半導体試料２３、または、検出用電磁波２２の波長に併せて検出用電磁波２２の定在波２５の電界強度が極大となる位置３４、または、その付近に短時間で配置することができる。これによって利便性が向上する。

さらに他の最適位置の探索方法として、制御手段４１は、半導体試料２３と反射板２４とのの距離Ｌを、一定の間隔で複数の候補位置に移動しながら反射波強度信号のＳ／Ｎ比を検出し、過去の候補位置でのＳ／Ｎ比との比較から、Ｓ／Ｎ比が最大となる位置が予測可能になった時点で、次の候補位置をＳ／Ｎ比が最大となる予測される位置とする方法がある。

以下にその方法について図１０を用いて説明する。
図１０は、反射板２４の表面２４ａと半導体試料２３の表面２３ａとの距離Ｌと反射波強度信号のＳ／Ｎ比の関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は反射板２４の表面２４ａと半導体試料２３の表面２３ａとの距離Ｌを表し、グラフの縦軸は反射波強度信号のＳ／Ｎ比を表す。

図１０に示すようにＬに対するＳ／Ｎ比の値は、正弦波状に変化するとして、複数の候補位置を移動しながら、反射波強度信号を検出する。たとえば、第１候補位置Ａ、第２候補位置Ｂおよび第３候補位置Ｃと、順次、反射波強度信号を検出し、反射波強度信号のＳ／Ｎ比を取得する。制御手段４１は、取得した反射波強度信号のＳ／Ｎ比と、図１０に示すグラフとに基づいて、随時、最適位置である極大位置Ｅを予測可能かどうか判断する。制御手段４１は、最適位置Ｅを予測可能と判断した時点で、探索測定を終了し、予測された本測定が可能な最適位置Ｅへ移動させる。これによって半導体試料２３を順次、各候補位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと移動させ最適位置を探索する場合よりも、最適位置Ｅを探索する時間を短縮することができる。

前述の実施形態１では、保持部３５の下降限度は、半導体試料２３の裏面２３ｂが反射板２４の表面２４ａに当接するまでに設定される。または、当接が好ましくない半導体試料２３の場合の下降限度は近接状態までに設定される。また保持部３５の上昇限度は、半導体試料２３の厚み寸法に基づいて、半導体試料２３の表面２３ａが導波管２８の開口端３６に接触しないように設定される。また保持台３０や保持部３５の下面に半導体試料２３の表面２３ａを吸着させて保持する場合、半導体試料２３の厚み寸法に基づいて、保持部３５の下降限度は、半導体試料２３の裏面２３ｂが反射板２４の表面２４ａに当接して押し付けられることのない位置に設定される。このように保持部３５の下降限度、および、上昇限度が設定されることによって、半導体試料２３が不所望に反射板２４、および、導波管２８に当接して損傷することを防ぐことができる。半導体試料２３の厚さは、たとえば入力手段４３によって入力される。

本実施形態２では、ＸＹテーブル４２は、反射板２４と保持台３０とを同期して移動させることができる。これによって半導体試料２３の測定したい部分を導波管２８に臨む位置へ移動させることができ、半導体試料２３の全面にわたってライフタイムを測定することができる。

前述の実施形態１では、反射波強度信号のＳ／Ｎ比が最適位置となるように、半導体試料２３を配置したが、半導体試料２３を配置する位置は、最適位置にかぎることはない。反射板２４の表面２４ａと半導体試料２３の表面２３ａとの距離Ｌを、複数の候補距離になるように配置し、各距離での反射波強度信号のＳ／Ｎ比を検出し、Ｓ／Ｎ比が許容範囲に存在する距離に調整してもよい。このように最も良好なＳ／Ｎ比となる位置を求めるのではなく、ライフタイムを評価するのに適切なＳ／Ｎ比の許容範囲内であれば、その位置での測定結果を本測定結果としてもよい。これによって測定時間を短縮することができる。

（発明の実施形態３）
図１１は、本発明の実施形態３のライフタイム測定装置６０の構成を示すブロック図である。本実施形態３のライフタイム測定装置６０は、実施形態１，２、のライフタイム測定装置２０，４０と類似しており、本実施形態３の構成には実施形態１、および、２のライフタイム測定装置２０，４０と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施形態３のライフタイム測定装置６０は、半導体試料２３の配置の仕方に特徴がある。

半導体試料２３は、略平板状であり、厚み方向両側の表面が鉛直方向になるように配置されている。保持部３５は、半導体試料２３が厚み方向両側の表面が鉛直に配置されるように構成され、たとえば半導体試料２３を狭持する、あるいは、上方の保持部３５のみで半導体試料２３を保持するように構成される。半導体試料の厚み方向は、水平方向の１方向であるＺ方向に沿っており、鉛直方向は、例えば、Ｘ方向に沿っている。

このように半導体試料２３を配置することによって、実施形態１、および、２では半導体試料２３の厚み方向に半導体試料２３の自重が作用して生じる撓みなどの変形が生じる場合があったが、この変形を防ぐことができる。これによって半導体試料２３が照射軸２ａを法線とする面に対して傾斜することなく、Ｓ／Ｎ比の半導体試料２３面内での変化を小さくすることができ、高精度に反射波強度を検出することができる。

（発明の実施形態４）
図１２は、本発明の実施形態４のライフタイム測定装置７０の構成を示すブロック図である。図１３は、ライフタイム測定装置７０を構成する保持台７１を拡大して示す斜視図である。本実施形態４のライフタイム測定装置７０は、実施形態１から３のライフタイム測定装置２０，４０，６０と類似しており、本実施形態４の構成には前述のライフタイム測定装置２０，４０，６０における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施形態４のライフタイム測定装置７０は、実施形態１から３のライフタイム測定装置とは保持台７１の構成が異なる。

保持台７１は、半導体試料２３を、反射板２４に対して、角変位可能に構成される。保持台７１は、反射板２４と一体であって、たとえば、反射板２４の四隅に、保持部７２を備える。各保持部７２は、個別に上下方向Ｚに駆動できる支持脚７３と、支持脚７３の先端部に半導体試料２３を固定できるように、たとえば、真空吸着できる吸着部７４とを備える。支持脚７３は、たとえば電動モーターによって上下方向Ｚに伸縮自在に構成される。このような保持部７２を用いて、半導体試料２３を保持し、支持脚７３を伸縮させて、半導体試料２３を上下方向Ｚに移動させる。これによって半導体試料２３を良好なＳ／Ｎ比が得られる位置へ移動させる。保持台７１は、第１接続手段４６を介して制御手段４１に接続される。保持台７１は、制御手段４１から各支持脚７３を個別に変位駆動する移動指令が与えられる。

また保持台７１は、各支持脚７３を個別に伸縮することによって、半導体試料２３を反射板２４に対して角変位させる。これによって保持台７１は、半導体試料２３を反射板２４、および、検出用電磁波２２の照射軸２２ａに対して、角変位させることができる。

保持部７２は、単に半導体試料２３の周縁部を保持するのみでなく、たとえば、反り、または、うねりなどの変形によって、測定部位の半導体試料２３の表面２３ａの法線方向が検出用電磁波２２の照射軸２２ａ方向と一致しない場合があり、不要な干渉波が生じて、精度のよい測定が困難となる可能性がある。本実施形態４では、反射板２４に対して、角変位させることによって、半導体試料２３を検出用電磁波２２の照射軸２２ａに対して、所望の角度に半導体試料２３を配置することができる。これによって半導体試料２３が照射軸２２ａに対して傾斜することによって生じる不要な干渉を防ぐことができる。したがってＳ／Ｎ比を大きくすることができ、高精度に反射波強度を検出することができる。

さらに、保持台７１によって、反り、または、うねりなどの変形を矯正することもできるので、第１測定部位の測定後に別の第２測定部位を測定する場合、最適位置を探索する時間を短縮することができる。この矯正は、支持脚７３が上下方向Ｚに変位するだけでなく、支持脚７３の水平駆動、および、吸着部７４を支持脚７３に対して角変位させることによって、さらに効果が向上する。半導体試料２３の変形を矯正する場合、半導体試料２３の強度、たとえば、曲げ強度、および、引張り強度を考慮して、変形の矯正によって半導体試料２３が損傷しないよう支持脚７３の駆動範囲を設定することが望ましい。

また保持部７２が半導体試料２３の裏面２３ｂから支持することによって、保持部７２が半導体試料２３の重量などによって変形を起こさない。これによって半導体試料２３の移動時、および、静止時に、半導体試料２３の位置を正確で安定に維持することができる。また半導体試料２３を真空吸着によって固定しているため、半導体試料２３の横ずれ、および、下降時の浮きを防止することができる。

本実施形態４では、４個の支持脚７３が用いられているが、４個に限ることはない。支持脚７３の数は、３点支持によって支持してもよいし、自重によるたわみをできるだけ小さくするように半導体試料の大きさにより５本以上にするなど適宜決められる。また保持部７２は、半導体試料２３を吸着するだけでなく、挟持することによって半導体試料２３を固定してもよい。したがって、本実施形態４は、実施形態１から３と同様の効果を達成することができる。

（発明の実施形態５）
図１４は、実施形態５の保持台８０を拡大して示す斜視図である。保持台８０は、反射板２４に対して上下方向Ｚに変位する支持脚７３と、支持脚７３の先端部に設けられ、半導体試料２３を真空吸着する吸着部８１とを含んで構成される。吸着部８１は、ドーナツ状であって、厚み方向一端面部に支持脚７３の先端部が機械的に接続される。吸着部８１の厚み方向他端面部に、半導体試料２３を真空吸着する吸着孔８２が周方向に間隔をあけて複数形成される。

このように保持台８０が構成されるので、円形の半導体試料２３の周縁部に、吸着部８１の厚み方向他端面部が当接し、保持することができる。吸着部８１は、ドーナツ状であるので、半導体試料２３の周縁部全体にわたって当接するので、円形の半導体試料２３を安定して保持することができる。したがって前述の図１３に示す保持台８０と同様の効果を達成することができる。

（発明の実施形態６）
図１５は、実施形態６の保持台８４を拡大して示す平面図である。保持台８３は、反射板２４に対して上下方向Ｚに変位する支持脚７３と、支持脚７３の先端部に設けられ、半導体試料２３を真空吸着する吸着部８１とを含んで構成される。吸着部８１は、長方形の額縁状であって、厚み方向一端面部に支持脚７３の先端部が機械的に接続される。吸着部８１の厚み方向他端面部の周縁部に、半導体試料２３を真空吸着する吸着孔８２が形成される。吸着部８１の内部は、透過部８３によって構成される。透過部８３は、低誘電率および高剛性の材料から成る。

このように保持台８３が構成されるので、半導体試料２３の裏面２３ｂが、吸着部８１の厚み方向他端面部が当接し、保持することができる。また吸着部８１と透過部８３の両方で、半導体試料２３の裏面２３ｂの全体にわたって、支持することができるので、大型の半導体試料２３であっても自重などによる撓みが発生することを防ぐことができる。

また透過部８３は、低誘電率、および、高剛性の材料から成る。したがって半導体試料２３における検出用電磁波２２が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波２２の透過率が高くなるように構成されている。これによって半導体試料２３を透過した検出用電磁波２２が、不所望に他の物質に吸収され、減衰して反射板２４に入射したり、反射板２４による反射波が、不所望に他の物質に吸収され、減衰して半導体試料２３に入射することを防ぐことができる。したがってＳ／Ｎ比が小さくなることを防ぐことができる。したがって実施形態４，５で示した図１３、および、図１４に示す保持台８３と同様の効果を達成することができる。

（発明の実施形態７）
図１６は、実施形態７の保持台８５を拡大して示す平面図である。保持台８５は、反射板２４に対して上下方向Ｚに変位する支持脚７３と、支持脚７３の先端部に設けられ、半導体試料２３を真空吸着する吸着部８１とを含んで構成される。吸着部８１は、上下方向Ｚに略直交する第１方向Ｙに伸びる２つの棒状部材８６よって構成される。各棒状部材８６の上下方向Ｚ一端面部に支持脚７３の先端部が機械的に接続される。各棒状部材８６の厚み方向他端面部に、半導体試料２３を真空吸着する吸着孔８２が第１方向Ｙに間隔をあけて複数形成される。各吸着孔８２は、開閉可能なシャッター部８７が設けられる。

各棒状部材８６は、上下方向Ｚ、および、第１方向Ｙに略直交する第２方向Ｘに変位可能である。したがって各棒状部材８６は、相互に近接、および、離間可能に構成される。棒状部材８６は、制御手段４１から与えられる指令に基づいて、各吸着孔８２のシャッター部８７を制御し、吸着孔８２を開閉制御する。

このように保持台８５が構成されるので、長方形状の半導体試料２３の幅方向両端部に、棒状部材８６の上下方向Ｚ他端面部が当接し、保持することができる。棒状部材８６の各吸着孔８２がシャッター部８７によって個別に開閉制御されるので、半導体試料２３の長手方向の長さ寸法に応じて、各吸着孔８２を個別に開閉制御し、半導体試料２３に臨む吸着孔８２を開制御することができる。これによって半導体試料２３の長さ寸法に基づいて、確実に半導体試料２３を保持することができる。また各棒状部材８６を、半導体試料２３の幅方向の幅寸法に応じて、幅方向（第２方向Ｘ）に相互に近接、および、離間可能することによって、確実に半導体試料２３の幅方向両端部を支持するように、各棒状部材８６を配置することができる。これによって半導体試料２３を安定して保持することができる。また各棒状部材８６を個別に上下方向Ｚに変位させることによって、半導体試料２３を反射板２４に対して角変位させることができる。したがって、実施形態４から６の図１３から図１５に示す保持台８５と同様の効果を達成することができる。

（発明の実施形態８）
図１７は、実施形態８の保持台９０を拡大して示す平面図である。保持台９０は、反射板２４に対して上下方向Ｚに変位する支持脚７３と、支持脚７３の先端部に設けられ、半導体試料２３を保持する保持部９１とを含んで構成される。保持部９１は、第１方向Ｙに伸びる２つの第１棒状部材９２、および、第１棒状部材９２に設けられ、第２方向Ｘに伸びる複数の第２棒状部材９３を有する。第１棒状部材９２は、第１方向Ｙ両端部に上下方向Ｚに伸びる支持脚７３が設けられる。各第２棒状部材９３は、第１棒状部材９２に第１方向Ｙに間隔をあけて設けられる。また各第２棒状部材９３は、第１棒状部材９２に対して、第２方向Ｘに個別に変位可能に構成される。

図１７（１）は、保持部９１が円板状の半導体試料２３を保持している状態を示し、図１７（２）は、保持部９１が長方形状の半導体試料２３を保持している状態を示す。第２棒状部材９３を個別に第２方向Ｙに変位させることによって、半導体試料２３の形状に応じて、半導体試料２３の周縁部を第２棒状部材９３の先端部で支持することができる。この構成では半導体試料２３の形状に応じて、保持台９０の構成を変更する必要がなく、利便性が向上する。また第２棒状部材９３の先端部に半導体試料２３が真空吸着できる機能を持たせてもよい。これによってより確実に半導体試料２３を保持することができる。したがって実施形態４から７の図１３から図１６に示す保持台９０と同様の効果を達成することができる。

半導体試料２３は、実施形態１から８に記載した半導体試料２３に限定されるものではなく、たとえばバルクの半導体ウエハ、および、ガラス基板などの絶縁性の基板上に薄膜の半導体が形成されたものであっても良い。また半導体試料２３が、低い導電率、たとえば、導電率が０．１［1／Ωcm］を有する場合、検出用電磁波２２が半導体試料２３に侵入する侵入長が半導体材料の厚さ寸法よりも充分大きくなるので、検出用電磁波２２の選択域を広くすることができる。

また実施形態１から８の各実施形態は、従来の技術の特許文献１に記載されるライフタイム測定装置１を改良した形態について記載しているが、これに限定されるものではない。従来の技術の特許文献２〜４に示されるライフタイム測定装置であっても、同様に本発明を用いることできる。これによって導波管２８を２本用いて、一方にパルス光３３を照射し、他方はパルス照射せずに用い、お互いの検出用電磁波の反射板による反射波をキャンセルするように電磁波立体回路を構成すると、さらにＳ／Ｎを大きくすることができる。このように本発明を従来の技術と組み合わせて用いることによって、さらにＳ／Ｎ比を大きくすることができる。

本発明の実施形態１のライフタイム測定装置２０の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施形態１のライフタイム測定装置２０の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１のライフタイム測定装置２０を用いてライフタイムを測定する方法を示すフローチャートである。計測工程１に含まれる各工程のタイムチャートである。本発明の実施形態１のライフタイム測定装置２０の一部を拡大して示す断面図あって、半導体試料２３が反射板２４に載置されている状態を示す断面図である。本発明の実施形態１のライフタイム測定装置２０の一部を拡大して示す正面図ある。本発明の実施形態２のライフタイム測定装置４０の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２の制御手段４１の電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２のＣＰＵ４８の動作を説明するためのフローチャートであって、最適位置の探索方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態２の反射板２４の表面２４ａと半導体試料２３の表面２３ａと距離およびＳ／Ｎ比の関係の一例を示すグラフである。本発明の実施形態３のライフタイム測定装置６０の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態４のライフタイム測定装置７０の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態４のライフタイム測定装置７０を構成する保持台７１を拡大して示す斜視図である。本発明の実施形態５の保持台８０を拡大して示す斜視図である。本発明の実施形態６の保持台８３を拡大して示す平面図である。本発明の実施形態７の保持台８５を拡大して示す平面図である。本発明の実施形態８の保持台９０を拡大して示す平面図である。特許文献１に記載されるライフタイム測定装置１の構成を示すブロック図である。特許文献２に記載されるライフタイム測定装置１１を示すブロック図である。特許文献３に記載されるライフタイム測定装置１５を示すブロック図である。

符号の説明

２０，４０，６０，７０ライフタイム測定装置
２１電磁波発振器
２２検出用電磁波
２３半導体試料
２４反射板
２５定在波の電界強度
２９検出手段
３０，７１，８０保持台
３１パルス光発振器
３２移動機構
３３パルス光
３５，７２，９１保持部
４１制御手段
４３入力手段
４４駆動機構
４８ＣＰＵ

Claims

半導体試料に過剰キャリアを発生させるための励起用電磁波を照射するための励起手段と、
半導体試料に過剰キャリアによって反射率が変化する検出用電磁波を照射するための照射手段と、
照射手段によって照射された検出用電磁波の半導体試料による反射波を検出する検出手段と、
検出手段によって検出される反射強度に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求める演算手段と、
検出用電磁波の定在波を形成する電磁波反射手段とを含み、
定在波の電界強度が極大、または、その付近となる位置に半導体試料の表面が配置されることを特徴とするライフタイム測定装置。
半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接、および、離反する方向に移動させる移動手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のライフタイム測定装置。
半導体試料を保持する保持手段をさらに含み、
保持手段は、半導体試料における検出用電磁波が照射される領域に臨む部分が、検出用電磁波の透過率が高くなるように構成されていることを特徴とする請求項１、または、２に記載のライフタイム測定装置。
半導体試料を、検出用電磁波の照射軸を法線とする面内方向へ変位駆動する変位駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のライフタイム測定装置。
半導体試料と電磁波反射手段との位置合せのための位置合せ情報を入力する入力手段と、
入力手段で入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料の表面、または、その付近で定在波の電界強度が極大となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せするように、移動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のライフタイム測定装置。
移動手段は、半導体試料を、電磁波反射手段に対して、角変位させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のライフタイム測定装置。
半導体試料は、略平板状であり、厚み方向両側の表面を鉛直に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のライフタイム測定装置。
電磁波反射手段によって検出用電磁波の定在波を形成し、半導体試料を定在波の電界強度が極大、あるいは、その付近となる位置に半導体試料表面を配置し、
半導体試料に過剰キャリアによって反射率が変化する検出用電磁波を照射する照射工程と、
半導体試料に過剰キャリアを発生させるための励起用電磁波を照射する励起工程と、
照射された検出用電磁波の半導体試料による反射波強度を検出する検出工程との３工程を含む計測工程と、
検出される反射波強度に基づいて、過剰キャリアのライフタイムを求める演算工程と、
を含むことを特徴とするライフタイム測定方法。
半導体試料、および、電磁波反射手段の少なくともいずれか一方を、相互に近接、および、離反する方向に移動させる移動工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のライフタイム測定方法。
移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波強度を検出し、反射波強度信号のＳ／Ｎ比が極大となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする請求項９に記載のライフタイム測定方法。
移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、複数の候補位置に位置合せし、各位置での反射波を検出し、Ｓ／Ｎ比が許容範囲となる位置に、半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする請求項９に記載のライフタイム測定方法。
半導体試料と検出用電磁波の定在波との位置合せのための位置合せ情報を入力する入力工程をさらに含み、
移動工程では、入力工程によって入力される位置合せ情報に基づいて、半導体試料が配置される位置、または、その付近で定在波の電界強度が極大となるように半導体試料と電磁波反射手段とを位置合せすることを特徴とする請求項９に記載のライフタイム測定方法。
移動工程では、半導体試料と電磁波反射手段との相対位置を、一定の間隔で複数の候補位置を移動しながら反射波を検出し、過去の候補位置でのＳ／Ｎ比から、Ｓ／Ｎ比が極大となる位置が予測可能になった時点で、次の候補位置をＳ／Ｎ比が極大となる予測される位置とすることを特徴とする請求項１０、または、１１に記載のライフタイム測定方法。