JP2007207995A - 半導体測定装置、半導体測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光により励起された半導体試料に照射した電磁波（出力波）の反射波に基づいて半導体の特性評価用信号を生成するにあたり、測定装置の大型化や高コスト化を回避しつつ、測定装置と半導体試料との距離（リフトオフ）が変動しても精度の高い特性評価用信号を生成できること。
【解決手段】励起光による半導体試料１の励起部に出力波Ｏｐ１（電磁波）と励起パルス光とを照射し、コンピュータ１１により、ミキサ１５による出力波Ｏｐ２と反射波Ｒｔ１との混合によって出力される検波信号Ｓｇ２と、励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルを予め記録された検波信号Ｓｇ２及び励起部反射波信号Ｓｇ１の対応関係情報とに基づいて、励起部反射波信号Ｓｇ１が補正された特性評価用信号を生成して記憶手段に記録する。
【選択図】図１

Description

本発明は、励起光により励起された半導体の励起部に所定の電磁波である出力波を照射し、その反射波に基づいてその半導体の特性評価用信号を生成する半導体測定装置及び半導体測定方法に関するものである。

半導体デバイスの高集積化に伴い、デバイスに使用される半導体の材料特性の管理が重要となっている。半導体の材料評価（特性評価）の指標の１つとして、半導体のキャリア寿命（いわゆるライフタイム）があり、その測定方法として、マイクロ波光伝導減衰法が普及している。これは、半導体にパルス状の励起光を照射することによって半導体内に光励起キャリア（以下、励起キャリアという）を生成させ、その後に励起キャリアが再結合することによって減少する減少速度をもって半導体材料の欠陥や汚染の評価を行う方法である。励起キャリアの減少速度の測定は、具体的には、前記励起光を照射した部分に測定電磁波としてマイクロ波を照射し、その反射波の強度変化を測定することにより、その反射波の強度変化の時定数から励起キャリアの寿命（励起キャリアが再結合により消失するまでの時間）を測定する。
このマイクロ波光伝導減衰法に基づく一般的な半導体キャリアの寿命測定装置の構成は、例えば、特許文献１の図６に示されており、レーザダイオードから照射される励起光で励起された半導体（被測定物）に、ガンダイオードによりマイクロ波を照射し、その反射波の強度を検出器で電気信号として検出し、その検出信号（以下、特性評価用信号という）をアンプで増幅後、ＣＰＵ（計算機）に取り込んで信号処理を行う。
また、特許文献２には、ライフタイム測定において、マイクロ波強度の検出信号（特性評価用信号）の変化の最大値により半導体の特性を評価する手法について示されている。
特開平７−２４０４５０号公報 特開平６−３３８５４７号公報

ところで、マイクロ波光伝導減衰法に基づく測定装置により検出される前記特性評価用信号は、当該測定装置と測定対象となる半導体試料（被測定物）表面との距離（以下、リフトオフという）によって大きな影響を受ける。
図６は、半導体試料の励起部に電磁波を照射した際のその反射波の信号（図中、励起部反射波信号Ｓｇ１と記す）のレベルの時系列変化を表すグラフである。なお、図６に示す励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルは、反射波をマイクロ波検出器で検出したときの検出信号（電圧信号）を、アンプにより増幅した電圧レベルである。
より具体的には、後述するように（図１参照）、半導体試料に照射する電磁波をマジックＴを用いて２分岐させ、その一方を半導体試料の励起部に、他方をその励起部の近傍に、各々導波管で導いて照射するとともに、その各々の反射波を同じ導波管でマジックＴに導くことにより、そのマジックＴから２つの反射波の差分信号が出力されるので、その差分信号をマイクロ波検出器で検出したときの検出信号（励起部反射波信号Ｓｇ１）の時系列変化を表すグラフである。
図６において、グラフｇ１、ｇ２、ｇ３は、各々リフトオフ（具体的には、測定装置の電磁波出力用導波管の先端と半導体試料表面との距離）が、１２００μｍ、１５００μｍ、１７００μｍである場合の励起部反射波信号Ｓｇ１を表し、半導体試料の特性等のその他の条件は全て同じである。

図６に示すように、反射波の信号Ｓｇ１のレベルは、励起光の照射後に励起キャリアが生成されることによって上昇した後、励起キャリアが消滅（再結合）するにつれて下降する。しかしながら、リフトオフが５００μｍ異なる（離れる）だけで、検出信号レベルのピーク値は４分の１未満にまで低下してしまうことがわかる。
この図６のグラフが示す検出信号レベルの距離特性は、大型の半導体の特性分布を測定する場合に特に大きな問題となる。
例えば、昨今、テレビやパーソナルコンピュータ等の表示装置として液晶パネルが採用され、この液晶パネルには表面に半導体が形成された液晶のガラス基板が用いられる。また、液晶パネルの大型化に伴って液晶のガラス基板も大型化している。
このような液晶のガラス基板を所定の試料台に載置し、表面の半導体の特性分布をマイクロ波光伝導減衰法に基づく測定装置により測定する場合、ガラス基板の反りや厚みの分布に起因して測定位置ごとにリフトオフが異なることになる。その結果、測定装置の検出信号レベル（特性評価用信号のレベル）が半導体の特性に全く関係のないリフトオフの変化により大きく変動し、半導体の特性分布を高精度で測定することができないという問題点があった。この問題点は、液晶のガラス基板等の半導体試料が大型のものになるほど顕著となる。
また、半導体試料の特性分布を測定する場合以外でも、試料台に各々厚みの異なる半導体試料が載置され得る場合や、装置セッティング時の位置決め精度が悪い場合等には、同様に半導体の特性を高精度で測定することができないという問題点があった。
これに対し、リフトオフを一定に維持するために試料台等の駆動機構及びその制御装置を設けた場合、装置の大型化及び高コスト化を招くという問題点があった。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光により励起された半導体試料に照射した電磁波の反射波に基づいて半導体の特性評価用信号を生成するにあたり、測定装置の大型化や高コスト化を回避しつつ、測定装置と半導体試料との距離（リフトオフ）が変動しても精度の高い特性評価用信号を生成できる半導体測定装置及び半導体測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、励起光により励起された半導体の励起部に所定の電磁波である出力波を照射し、その反射波に基づいて前記半導体の特性評価用信号を生成する半導体測定装置に適用されるものであり、前記反射波の信号と前記出力波の信号とを混合して検波信号を出力するミキサと、そのミキサにより出力される検波信号に基づいて前記反射波の信号を補正することにより前記特性評価用信号を生成する特性評価用信号生成手段と備えることを特徴とするものである。
ここで、前記反射波の信号は、その元となる前記出力波の信号に対する位相のずれ幅が前記リフトオフの変化に応じて変化する。このため、前記反射波の信号と前記出力波の信号とがミキサにより混合されて得られる検波信号のレベルは、リフトオフに応じたレベルとなり、さらにそのレベルは、わずかなリフトオフの変化に対しても高感度で変化する。従って、ミキサによる検波信号に基づいて（即ち、リフトオフに応じて）前記反射波の信号を補正することにより、リフトオフの変動の影響を除いた前記特性評価用信号を生成することができる。
なお、ミキサに入力される前記反射波の信号レベルは、半導体の特性（物性）や励起状態によって変化するものの、これに起因する前記検波信号の変化幅は、前記反射波の位相変化（リフトオフの変化）に起因する変化に比べてごく微小であり、実質的に前記検波信号への影響は無視できる。

また、予め前記半導体の励起部の特性を一定にした状態でその励起部とその励起部への前記出力波の出力端との間の距離を変化させるごとに、前記ミキサにより出力される前記検波信号のレベルと前記反射波の信号レベルとを検知し、両レベル（検波信号及び反射波信号のレベル）の対応関係情報を記憶手段に記録する対応関係情報記録手段をさらに備え、前記特性評価用信号生成手段が、前記ミキサにより出力される検波信号と前記対応関係情報記録手段により記録された前記対応関係情報とに基づいて前記反射波の信号を補正する構成とすればなお好適である。
これにより、測定条件（リフトオフの範囲や測定対象とする半導体の種類、各測定機器の特性等）が変化した場合でも、現状の測定条件に対応した補正ロジックを規定する情報である前記対応関係情報を得ることができ、常に高い測定精度を確保できる。
また、前記ミキサに入力される前記出力波の信号の位相を調節する位相調節手段を備えたものであればなお好適である。
この位相調節手段を設けることにより、予めリフトオフ（前記励起部とその励起部への前記出力波の出力端との距離）が所定の基準距離（例えば、変化し得る距離範囲のほぼ中央の距離）に設定された状態で前記ミキサにより出力される検波信号のレベルが所定の基準レベル（例えば、ほぼゼロレベル）となるように、前記ミキサに入力される前記出力波の信号の位相を前記位相調節手段により調節し、その上で、前記対応関係情報記録手段による前記対応関係情報の記録を行うようにすることができる。
その結果、現状の測定条件下でのリフトオフの変化範囲において、前記検波信号が高感度で変化するよう調整することが可能となる。

また、より具体的な構成としては、前記出力波を第１の出力波及び第２の出力波に分岐する出力波分岐手段と、その第１の出力波をさらに２分岐するとともに２分岐されたその第１の出力波各々の前記半導体に対する反射波各々の和信号及び差信号を出力するマジックＴと、そのマジックＴにより２分岐された前記第１の出力波の一方を前記半導体の励起部に導いて照射するとともに、その反射波を前記マジックＴまで折り返し導く第１の導波手段と、前記マジックＴにより２分岐された前記第１の出力波の他方を前記半導体の励起部の近傍まで前記第１の導波手段と同一経路長で導いて照射するとともに、その反射波を前記マジックＴまで折り返し導く第２の導波手段とが設けられ、前記ミキサにより、前記マジックＴにより出力される前記反射波の和信号（反射波の信号の一例）と前記第２の出力波の信号（出力波の信号の一例）とを混合して前記検波信号を出力するようにし、さらに、前記特性評価用信号生成手段により、前記ミキサにより出力される検波信号に基づいて前記マジックＴにより出力される前記反射波の差信号（反射波の信号の一例）を補正することにより前記特性評価用信号を生成するようにした構成が考えられる。
これにより、前記励起部とその近傍部分とにおいて、リフトオフや励起前の前記出力波の反射特性がほぼ同じであるとすると、前記マジックＴから出力される前記反射波の差信号のレベルは、励起光による励起部の特性変化分のみが抽出された信号となり、Ｓ／Ｎ比が高まって励起光による励起部の特性変化を高感度で検出することができる。なお、前記マジックＴから出力される前記反射波の和信号は、そのレベルが励起光による励起によってごくわずかだけ変化するものの、その位相特性については、マジックＴを用いずに前記第１の出力波をそのまま励起部に照射したときの反射波の信号とほぼ同等の位相特性となる。

また、本発明は、上述した半導体測定装置を用いた半導体測定方法として捉えることもできる。
即ち、励起光により励起された半導体の励起部に所定の電磁波である出力波を照射し、その反射波に基づいて前記半導体の特性評価用信号を生成する半導体測定方法であって、前記反射波の信号と前記出力波の信号とをミキサにより混合してそのミキサにより出力される検波信号を検知する検波信号検知工程と、その工程により検知された前記検波信号に基づいて前記反射波の信号を補正することにより前記特性評価用信号を生成する特性評価用信号生成工程と、を有する半導体測定方法である。
また、予め前記半導体の励起部の特性を一定にした状態で、リフトオフ（励起部とその励起部への前記出力波の出力端との距離）を変化させるごとに、前記ミキサにより出力される前記検波信号のレベルと前記反射波の信号レベルとを検知し、両レベルの対応関係情報を記憶手段に記録する対応関係情報記録工程を設け、前記特性評価用信号生成工程において、前記ミキサにより出力される検波信号と前記対応関係情報記録工程により記録された前記対応関係情報とに基づいて前記反射波の信号を補正するようにすればなお好適である。
また、測定装置が前記位相調節手段を備えている場合に、前記リフトオフが所定の基準距離に設定された状態で前記ミキサにより出力される検波信号のレベルが所定の基準レベルとなるように、前記ミキサに入力される前記出力波の信号の位相を所定の位相調節手段により調節する位相調整工程を設け、前記対応関係情報記録工程が、前記位相調整工程を経た上で実行されるようにすることも好適である。
なお、これら各工程に基づく半導体測定方法の作用効果も、前述した半導体測定装置について説明した作用効果と同様である。

本発明によれば、半導体からの反射波の信号と半導体への出力波の信号とがミキサにより混合されて得られる検波信号が、測定装置と測定対象となる半導体との距離に応じて高感度で変化する信号となり、その信号レベルに基づいて反射波の信号を補正することにより、リフトオフの変動の影響を除いた特性評価用信号が生成される。その結果、測定装置と半導体との距離（リフトオフ）が変動しても精度の高い特性評価用信号を生成できる。しかも、リフトオフを一定に維持する機構等の複雑な装備を設ける必要がなく、装置の大型化及び高コスト化を回避できる。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明の実施形態に係る半導体測定装置Ｘの概略構成図、図２は半導体測定装置Ｘを用いた測定手順を表すフローチャート、図３は半導体測定装置Ｘにおけるリフトオフと反射波位相検波信号Ｓｇ２との関係の一例を表すグラフ、図４は半導体測定装置Ｘにおけるリフトオフと励起部反射波信号Ｓｇ１との関係の一例を表すグラフ、図５は半導体測定装置Ｘにより記録される検波信号と反射波信号との対応関係情報をグラフ化した図、図６は半導体試料の励起部に電磁波を照射した際のその反射波の強度の時系列変化を表すグラフである。

本発明の実施形態に係る半導体測定装置Ｘは、シリコンウェハ等の半導体を測定対象（以下、試料という）とし、パルス状の励起光を試料の励起部に照射するとともに、これにより励起された部分（以下、励起部という）に所定の電磁波を照射し（以下、この電磁波を出力波という）、その反射波に基づいて、試料の特性（励起キャリアの寿命等）を高感度かつ高精度で評価可能とする特性評価用信号を生成するものである。
まず、図１を参照しつつ、半導体測定装置Ｘの構成について説明する。
図１に示すように、半導体測定装置Ｘは、パルスレーザ１０、試料台２、マイクロ波発振器３、カプラ４、サーキュレータ５、マジックＴ（６）、導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）、位相器１３、ミキサ１５、マイクロ波検出器１２、アンプ９、１４、並びにコンピュータ１１等を具備して概略構成されている。
パルスレーザ１０は、試料１に励起用のパルス状の励起光を照射する光源であり、その出射パルス光は、導波管Ａ（７）に設けられた微小開口７ａから導波管Ａ（７）内に入り、これを通過して試料１に照射される。このパルスレーザ１０は、例えば、波長３５５ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ程度のパルス状の励起光（パルス光）を出力するものである。
マイクロ波検出器１２としては、例えば、ショットキーバリアダイオードを用いること等が考えられる。

マイクロ波発振器３は、励起光により励起された試料１の励起部に照射する電磁波であるマイクロ波（前記出力波）を出力するものである。例えば、周波数２６ＧＨｚのガンダイオード等を採用することができる。
カプラ４は、マイクロ波発振器３からの前記出力波（電磁波）を２分岐するものであり（出力波分岐手段の一例）、分岐後の一方の出力波（以下、第１の出力波Ｏｐ１という）はマジックＴ（６）側（試料１側）へ伝送され、他方の出力波（以下、第２の出力波Ｏｐ２という）はミキサ１５側へ伝送される。例えば、１０ｄＢカプラ等が採用される。
前記第１の出力波Ｏｐ１は、サーキュレータ５を経由してマジックＴ（６）に入力され、このマジックＴ（６）によりさらに２分岐される。
このマジックＴ（６）により２分岐された第１の出力波Ｏｐ１の一方は、マジックＴ（６）に接続された導波管Ａ（７）（第１の導波手段の一例）により、試料１の励起部に導かれてその先端の開口部から照射される。さらに導波管Ａ（７）は、出力波Ｏｐ１を放射するアンテナ（導波管アンテナ）としての機能に加え、試料１の励起部に照射された一方の第１の出力波Ｏｐ１の反射波を、マジックＴ（６）まで折り返し導く（遡って導く）機能も果たす。
一方、マジックＴ（６）により２分岐された第１の出力波Ｏｐ１の他方は、マジックＴ（６）に接続された導波管Ｂ（８）（第２の導波手段の一例）により、試料１の励起部の近傍に導かれてその先端の開口部から照射される。さらに導波管Ｂ（８）は、出力波Ｏｐ１を放射するアンテナ（導波管アンテナ）としての機能に加え、試料１の励起部近傍に照射された他方の第１の出力波Ｏｐ１の反射波を、マジックＴ（６）まで折り返し導く機能も果たす。

また、導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）によりマジックＴ（６）に導かれた２つの反射波各々（２分岐後の第１の出力波Ｏｐ１各々が試料１に反射したもの）は、そのマジックＴ（６）により合成され、両反射波の和信号Ｒｔ１がサーキュレータ５を経由してミキサ１５に伝送（出力）される。同時に、当該マジックＴ（６）により、両反射波の差信号Ｒｔ２がマイクロ波検出器１２へ伝送（出力）される。
一方、位相器１３は、カプラ４により分岐された第２の出力波Ｏｐ２の位相を調節するものであり、この位相調節後の第１の出力波Ｏｐ２及び反射波の和信号Ｒｔ１が、各々ミキサ１５のＬＯ入力端及びＲＦ入力端に入力され、このミキサ１５により、両信号Ｏｐ２、Ｒｔ１が混合されて検波信号Ｓｇ２が出力される。この検波信号Ｓｇ２は、マイクロ波の強度を表す信号であり、アンプ１４によって増幅されてコンピュータ１１に取り込まれる。
ここで、反射波の和信号Ｒｔ１は、その元となる出力波Ｏｐ２（Ｏｐ１も同じ）の信号に対し、位相がリフトオフＤ（導波管Ａ、Ｂの出力端と試料１との距離）の変化に応じて変化する。このため、反射波の和信号Ｒｔ１と第２の出力波の信号Ｏｐ２とがミキサ１５により混合されて得られる検波信号Ｓｇ２のレベルは、リフトオフＤに応じたレベルとなり、さらにそのレベルは、わずかなリフトオフＤの変化に対しても高感度で変化する。

図３は、試料１の励起部の特性を同一にした条件下でリフトオフＤを変化させた場合の、リフトオフＤとミキサ１５により出力される検波信号Ｓｇ２のレベルとの関係の一例を表すグラフである。
図３からわかるように、数百μｍのリフトオフＤの変化に対して検波信号Ｓｇ２のレベルは大きく変化する。
なお、反射波の和信号Ｒｔ１のレベルは、試料１の特性（物性）や励起状態によって変化するものの、これに起因する検波信号Ｓｇ２の変化幅は、リフトオフに起因する変化に比べてごく微小であり、実質的に検波信号Ｓｇ２への影響は無視できる。即ち、反射波の和信号Ｒｔ１の位相特性は、マジックＴ（６）を用いずに第１の出力波Ｏｐ１をそのまま励起部に照射したときの反射波の信号とほぼ同等の位相特性となる。

一方、マジックＴ（６）から出力される反射波の差信号Ｒｔ２は、マイクロ波検出器１２によりその信号レベル（信号強度）が電圧信号に変換されるとともに、アンプ９により増幅されてコンピュータ１１に取り込まれる。この反射波の差信号Ｒｔ２をマイクロ波検出器１２により変換した後の信号を、以下、励起部反射波信号Ｓｇ１という。
ここで、導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）各々の電磁波出力先である試料１の励起部とその近傍部分とにおける、リフトオフＤや励起前の試料１の特性がほぼ同じであるとすると、マジックＴ（６）から出力される反射波の差信号Ｒｔ２のレベル（即ち、励起部反射波信号Ｓｇ１のレベル）は、励起光照射による特性変化分のみが抽出された信号となるためＳ／Ｎ比が高い。但し、リフトオフＤの変化の影響は受ける。
図４は、試料１の励起部の特性を同一にした条件下でリフトオフＤを変化させた場合の、リフトオフＤと励起部反射波信号Ｓｇ１のレベル（アンプ９により増幅後のレベル）との関係の一例を表すグラフである。
図４からわかるように、数百μｍのリフトオフＤの変化に対して励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルは大きく変化する。

次に、図２に示すフローチャートを参照しつつ、半導体測定装置Ｘを用いた試料１の測定手順（特性評価用信号の生成手順）について説明する。
測定手順は、大別して調整測定の手順と本測定の手順とに分けられ、事前に調整測定が行われた上で、１回又は複数回の本測定が行われる。なお、以下に示すＳ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。
＜調整測定：ステップＳ１＞
調整測定においては、まず、所定の校正用試料が試料台２に載置され、その校正用試料の測定部に対するリフトオフＤ（導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）との距離）が、所定の基準距離に設定される（Ｓ１）。
例えば、試料台２に変位機構（移動機構）を設け、その変位機構の調節によりリフトオフＤを基準距離に設定することや、試料台２と導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）との距離が予め定められた距離に固定された状態で、リフトオフＤが基準距離となるような厚みを有する校正用試料を試料台２に載置すること等が考えられる。ここで、変位機構により試料台２の位置を変位させてリフトオフＤを調節する場合、測定対象となる試料１そのものを校正用試料として用いることも考えられる。
また、ここでいう基準距離は、便宜上そのように称するものであり、本測定時に変動し得るリフトオフＤの範囲の中央の距離或いはそれに近い距離とすることが望ましいが、特に予め定められた特定の距離である必要はない。

＜調整測定：ステップＳ２＞
次に、リフトオフＤ（励起部とその励起部への出力波Ｏｐ１の出力端との距離）が基準距離に設定された状態で、マイクロ波発振器３を作動させて第１の出力波Ｏｐ１を校正用試料の測定部に照射させつつ、ミキサ１５により出力される検波信号Ｓｇ２のレベルが所定の基準レベルとなるように、位相器１３により、ミキサ１５に入力される第２の出力波Ｏｐ２の信号の位相を調節する（Ｓ２、位相調整工程の一例）。
図３は、基準距離を１５００μｍに設定した場合に、検波信号Ｓｇ２が０レベル（基準レベルの一例）となるように位相器１３が調節された場合のグラフを表す。
ここで、基準レベルは、前記基準距離として本測定時に変動し得るリフトオフＤの範囲の中央の距離若しくはそれに近い距離が設定された場合、０（ゼロ）若しくは０に近いレベルとすることが望ましい。これにより、本測定でのリフトオフＤの変化範囲において、検波信号Ｓｇ２が高感度で変化するよう調整されることになる。また、位相器１３を制御するコントローラを設け、このコントローラにより、マイクロ波検出器１４の出力電圧が基準電圧（例えば、０Ｖ）となるように位相器１３を自動制御する構成とすることも考えられる。

＜調整測定：ステップＳ３〜Ｓ５＞
次に、前述のステップＳ２の手順（工程）を経た上で、校正用試料の励起部の特性（励起による変化特性）を同一にした条件下で、校正用試料のリフトオフＤを変化させ、その変化ごとに、ミキサ１５により出力される検波信号Ｓｇ２のレベルと励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルとが検知され、その検知信号がコンピュータ１１に取り込まれるとともに、このコンピュータ１１により、両信号Ｓｇ２、Ｓｇ１のレベルの対応関係情報が、コンピュータ１１が備える記憶手段に記録される（Ｓ３〜Ｓ５、対応関係情報記録手段及び工程の一例）。
より具体的には、まず、励起部の特性が同一の校正用試料についてリフトオフＤが所定距離に設定（校正用試料の位置決め）され（Ｓ３）、その状態で、コンピュータ１１が所定のプログラムを実行することにより、検波信号Ｓｇ２のレベルと、励起光照射によって図６に示したように変化する励起部反射波信号Ｓｇ１のピーク値のレベルとがコンピュータ１１に取り込まれ、それらが対応付けられて前記対応関係情報としてコンピュータ１１が備えるハードディスクドライブ等の記憶手段に記録（格納）される（Ｓ４）。
そして、励起部の特性が同一の校正用試料について、順次リフトオフＤを変更するごとにステップＳ２及びＳ４の処理を実行し、予め定められた点数分について検波信号Ｓｇ２及び励起部反射波信号Ｓｇ１の対応関係情報が得られた場合に、当該調整測定を終了する。

励起部の特性を同一とする方法としては、例えば、試料台２に変位機構が設けられている場合、その変位機構の調節により１つの校正用試料（即ち、特性が同一の校正用試料）の位置を移動させることによってリフトオフＤを変更することや、試料台２と導波管Ａ（７）及び導波管Ｂ（８）との距離が予め定められた距離に固定された状態で、事前の測定により特性が同一であることが確認されている各々厚みが異なる校正用試料を、順次試料台２に載置すること等が考えられる。ここで、変位機構により試料台２の位置を変位させてリフトオフＤを調節する場合、測定対象となる試料１そのものを校正用試料として用いることが考えられる。
図５は、ステップＳ３〜Ｓ５の手順（工程）によりコンピュータ１１に記録された検波信号Ｓｇ２と励起部反射波信号Ｓｇ１のピーク値との６点分の対応関係情報をグラフ化したものである。即ち、図３に示すグラフの縦軸と図４に示すグラフの縦軸との対応関係を表すグラフである。なお、前記対応関係情報は、例えば、両親号の対応関係を表すテーブル情報や、同対応関係が近似計算等により数式化された情報等として記録される。

以上に示した調整測定（Ｓ１〜Ｓ５）が終了後、以下に示す本測定（Ｓ６〜Ｓ９）が行われる。
＜本測定：ステップＳ６〜Ｓ９＞
本測定では、測定対象とする試料１の励起部の位置決めが行われ、その位置（測定位置（励起部））を順次変更しつつ（Ｓ６）、各位置ごとに第１の出力波Ｏｐ１と励起光（パルス光）とを照射し、ミキサ１５により出力される検波信号Ｓｇ２のレベルと励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルとが検知され（Ｓ７）、その検知信号がコンピュータ１１に取り込まれるとともに、このコンピュータ１１により、ミキサ１５により出力される検波信号Ｓｇ２と前述の調整測定の手順で記憶手段に記録された両信号Ｓｇ２、Ｓｇ１のレベルの対応関係情報とに基づいて励起部反射波信号Ｓｇ１（マジックＴ（６）により出力される反射波の信号の一例）が補正された特性評価用信号が生成され、その信号値がコンピュータ１１の記憶手段に記録される（Ｓ８）。このステップＳ６〜Ｓ８の手順が、所定の測定範囲における複数の測定位置について終了したと判断（Ｓ９）されるまで行われる。
なお、ステップＳ７の処理（検波信号検知工程の一例）を実行するマイクロ波検出器１２及びミキサ１５が、検波信号検知手段の一例であり、ステップＳ８の処理（特性評価用信号生成工程の一例）を実行するコンピュータ１１が、特性評価用信号生成手段の一例である。
例えば、試料台２をＸ−Ｙ方向（略水平方向）に変位させて位置決めするＸ−Ｙステージ（不図示）等を設け、これを制御することによって試料１の測定部（励起部）の位置を位置決めすること等が考えられる。

例えば、図５に示す対応関係情報に基づく補正を行う場合、検波信号Ｓｇ２のレベルが０［Ｖ］である場合には励起部反射波信号Ｓｇ１の補正は行われず（１倍の補正を行うともいえる）、検波信号Ｓｇ２のレベルが２［Ｖ］である場合には励起部反射波信号Ｓｇ１が約１．８倍に補正され、検波信号Ｓｇ２のレベルが−１．５［Ｖ］である場合には励起部反射波信号Ｓｇ１が約０．４倍に補正される。なお、対応関係情報として記録されていないレベルについては、直線補間や近似曲線の適用等の補間処理により補正が行われる。即ち、前記対応関係情報における、試料１について検知された検波信号Ｓｇ２のレベルに対応する励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルを、前記基準距離のときの励起部反射波信号Ｓｇ１のレベル（図５では１．０［Ｖ］）で除算した値を、試料１について検知された励起部反射波信号Ｓｇ１に乗算する補正係数とする。図５に示す対応関係情報の例では、前記基準距離のときの励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルが「１」であるので、縦軸の励起部反射波信号Ｓｇ１のレベル（値）＝上記補正係数とみなすことができる。なお、ステップＳ４において、励起部反射波信号Ｓｇ１のレベルを無次元化することにより上記補正係数に換算して前記対応関係情報を記録した場合でも、これも信号レベルＳｇ２、Ｓｇ１の対応関係を表す情報であることに変わりない。
以上に示した測定を行うことにより、リフトオフＤの変動の影響を除いた前記特性評価用信号を生成することができる。

以上に示した実施形態では、前記対応関係情報を構成する励起部反射波信号Ｓｇ１として、励起光照射後のピーク値を記録する例を示したが、これに限るものではない。例えば、励起光照射後のピーク値を含む前後数点分のレベル値の平均値等、必要に応じて他のレベル値（加工値）を記録することも考えられる。
また、図１に示すマジックＴ（６）は必ずしも必須の構成要素でなく、例えば、励起部反射波信号Ｓｇ１のＳ／Ｎ比を改善する他の構成を設ける等により、マジックＴ（６）を用いずに前記第１の出力波Ｏｐ１をそのまま励起部に照射したときの反射波の信号を反射波信号として用いることも考えられる。

本発明は、半導体測定装置に利用可能である。

本発明の実施形態に係る半導体測定装置Ｘの概略構成図。 半導体測定装置Ｘを用いた測定手順を表すフローチャート。 半導体測定装置Ｘにおけるリフトオフと反射波位相検波信号Ｓｇ２との関係の一例を表すグラフ。 半導体測定装置Ｘにおけるリフトオフと励起部反射波信号Ｓｇ１との関係の一例を表すグラフ。 半導体測定装置Ｘにより記録される検波信号と反射波信号との対応関係情報をグラフ化した図。 半導体試料の励起部に電磁波を照射した際のその反射波の強度の時系列変化を表すグラフ。

符号の説明

Ｘ…半導体測定装置
１…試料（半導体）
２…試料台
３…マイクロ波発振器
４…カプラ
５…サーキュレータ
６…マジックＴ
７…導波管Ａ
８…導波管Ｂ
９、１４…アンプ
１０…パルスレーザ
１１…コンピュータ
１２…マイクロ波検出器
１３…位相器
１５…ミキサ
Ｓ１、Ｓ２、、、…ステップ（処理手順）
Ｓｇ１…検波信号
Ｓｇ２…励起部反射波信号

Claims (7)

1. 励起光により励起された半導体の励起部に所定の電磁波である出力波を照射し、その反射波に基づいて前記半導体の特性評価用信号を生成する半導体測定装置であって、
   前記反射波の信号と前記出力波の信号とを混合して検波信号を出力するミキサと、
   前記ミキサにより出力される検波信号に基づいて前記反射波の信号を補正することにより前記特性評価用信号を生成する特性評価用信号生成手段と、
   を具備してなることを特徴とする半導体測定装置。
2. 予め前記半導体の励起部の特性を同一にした条件下で該励起部と該励起部への前記出力波の出力端との間の距離を変化させるごとに前記ミキサにより出力される前記検波信号のレベルと前記反射波の信号レベルとを検知し、両レベルの対応関係情報を記憶手段に記録する対応関係情報記録手段を具備し、
   前記特性評価用信号生成手段が、前記ミキサにより出力される検波信号と前記対応関係情報記録手段により記録された前記対応関係情報とに基づいて前記反射波の信号を補正してなる請求項１に記載の半導体測定装置。
3. 前記ミキサに入力される前記出力波の信号の位相を調節する位相調節手段を具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載の半導体測定装置。
4. 前記出力波を第１の出力波及び第２の出力波に分岐する出力波分岐手段と、
   前記第１の出力波をさらに２分岐するとともに２分岐された前記第１の出力波各々の前記半導体に対する反射波各々の和信号及び差信号を出力するマジックＴと、
   前記マジックＴにより２分岐された前記第１の出力波の一方を前記半導体の励起部に導いて照射するとともにその反射波を前記マジックＴまで折り返し導く第１の導波手段と、
   前記マジックＴにより２分岐された前記第１の出力波の他方を前記半導体の励起部の近傍まで前記第１の導波手段と同一経路長で導いて照射するとともにその反射波を前記マジックＴまで折り返し導く第２の導波手段と、を具備し、
   前記ミキサが、前記マジックＴにより出力される前記反射波の和信号と前記第２の出力波の信号とを混合して前記検波信号を出力し、
   前記特性評価用信号生成手段が、前記ミキサにより出力される検波信号に基づいて前記マジックＴにより出力される前記反射波の差信号を補正することにより前記特性評価用信号を生成してなる請求項１〜３のいずれかに記載の半導体測定装置。
5. 励起光により励起された半導体の励起部に所定の電磁波である出力波を照射し、その反射波に基づいて前記半導体の特性評価用信号を生成する半導体測定方法であって、
   前記反射波の信号と前記出力波の信号とをミキサにより混合して該ミキサにより出力される検波信号を検知する検波信号検知工程と、
   前記検波信号検知工程により検知された前記検波信号に基づいて前記反射波の信号を補正することにより前記特性評価用信号を生成する特性評価用信号生成工程と、
   を有してなることを特徴とする半導体測定方法。
6. 予め前記半導体の励起部の特性を同一にした条件下で該励起部と該励起部への前記出力波の出力端との距離を変化させるごとに前記ミキサにより出力される前記検波信号のレベルと前記反射波の信号レベルとを検知し、両レベルの対応関係情報を記憶手段に記録する対応関係情報記録工程を有し、
   前記特性評価用信号生成工程において、前記ミキサにより出力される検波信号と前記対応関係情報記録工程により記録された前記対応関係情報とに基づいて前記反射波の信号を補正してなる請求項５に記載の半導体測定方法。
7. 前記励起部と該励起部への前記出力波の出力端との距離が所定の基準距離に設定された状態で前記ミキサにより出力される検波信号のレベルが所定の基準レベルとなるように、前記ミキサに入力される前記出力波の信号の位相を所定の位相調節手段により調節する位相調整工程を有し、
   前記対応関係情報記録工程が、前記位相調整工程を経た上で実行されてなる請求項６に記載の半導体測定方法。

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