JP2008109012A - 半導体ウェーハの評価方法および評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの表面構造を、広範囲に短時間で評価できる半導体ウェーハの評価方法および評価装置を提供する。
【解決手段】平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価方法であって、近接場光を、半導体ウェーハ上を走査しながら照射する手順と、半導体ウェーハから生じるラマン散乱光を受光する手順と、受光したラマン散乱光を分光器により分光しラマンスペクトルを導出する手順と、導出したラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する手順を有することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法およびこれを実現する評価装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの評価方法および評価装置に関し、特に平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価方法および評価装置に関する。

過去から現在に至るまで、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｕｉｔ）の微細化は、ムーアの法則にしたがって進展してきており、将来においてもこの微細化の流れは継続されていくことと考えられている。例えば、２００６年には、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のトランジスタのゲート長は２８ｎｍとなることが記載されている（非特許文献１）。
トランジスタのチャネルを流れるキャリアの大部分は、チャネル最表面、すなわち、チャネル表面から深さ３ｎｍ程度の領域を流れていると考えられる。そして、従来、このキャリアの移動度を劣化させる要因として、チャネル不純物、フォノン、あるいはチャネル表面のラフネスによるキャリアの散乱が知られていた。

チャネル不純物による散乱を抑制する技術としては、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｏｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層にトランジスタを形成し、チャネルの完全空乏化を可能にすることで、不純物濃度を下げる技術が提案されている。
また、フォノン散乱を抑制するためには、半導体の格子振動を抑制するため、トランジスタを低温で動作させることが有効である。
そして、表面のラフネスを改善する手段のひとつとして、シリコンウェーハ表面を、アルゴンガス雰囲気中でアニールして、ウェーハ表面のシリコン原子を最構成し、平坦面を形成する技術が開示されている（特許文献１）。

もっとも、上記のようにトランジスタのチャネル長が５０ｎｍをきるようになってくると、チャネル領域の面積が小さくなるため、チャネル中に存在する不純物は１個以下となってくる。したがって、もはや不純物によるキャリアの散乱は、キャリア移動度劣化の支配要因ではなくなってくる。また、フォノン散乱は、半導体材料とトランジスタの動作温度によって決定されてしまう。
そこで、さらに、キャリア移動度を改善し、微細トランジスタの特性を向上させるためには、特に、チャネル表面のラフネスを原子レベルで制御して平坦化することで、キャリアの散乱を抑制することが重要となってくる。

しかしながら、特許文献１においては、微細トランジスタのキャリア移動度を低減する上で、最適な原子レベルの平坦面（テラス）を有するシリコンウェーハおよびその製造方法は必ずしも明らかにされていなかった。
そこで、発明者らは微細トランジスタのキャリア移動度を低減する上で、最適な原子レベルの平坦面（テラス）を有するシリコンウェーハおよびその製造方法を発明した。

そして、上記のような原子レベルの平坦面（テラス）を有するシリコンウェーハ、より具体的には、平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有するシリコンウェーハの表面構造の評価には、通常、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いている。
特開平８−２６４４０１号公報 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，２００５ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｓｕｍｍａｒｙ，ｐ５９．

もっとも、ＡＦＭによるステップ構造の評価方法では、特に、発明者らの発明した上記ＬＳＩの微細化・高性能化に適したシリコンウェーハを量産していく上で、スループットがあがらないという問題が生じていた。すなわち、ＡＦＭによる評価は、シリコンウェーハ表面の限られた数μｍ×数μｍ程度の領域しか測定できない。このため、上記シリコンウェーハの量産時に要求される評価、すなわち、複数のシリコンウェーハの面内の広範囲な評価をしようとすると、極めて長大な評価時間を必要とし、シリコンウェーハ製造のスループットを落とさざるを得なかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの表面構造を、広範囲に短時間で評価できる半導体ウェーハの評価方法および評価装置を提供することにある。

本発明の一態様の半導体ウェーハの評価方法は、
平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価方法であって、
近接場光を、前記半導体ウェーハ上を走査しながら照射する手順と、
前記半導体ウェーハから生じるラマン散乱光を受光する手順と、
受光した前記ラマン散乱光を分光器により分光しラマンスペクトルを導出する手順と、
導出した前記ラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する手順を有することを特徴とする。

ここで、前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピーク位置のシフト量（ラマンシフト）に基づき算出することが望ましい。

ここで、前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピーク強度に基づき算出することが望ましい。

ここで、前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピークの半値幅に基づき算出することが望ましい。

さらに、前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであって、
前記シリコンウェーハの表面の任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定領域とした場合に、
前記測定領域において、前記段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、
前記１０本の測線に沿って測定された前記段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであることが望ましい。

本発明の一態様の半導体ウェーハの評価装置は、
平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価装置であって、
近接場光を、前記半導体ウェーハ上を走査しながら照射する照射機構と、
前記半導体ウェーハから生じるラマン散乱光を受光する受光機構と、
受光した前記ラマン散乱光を分光する分光機構と、
前記分光機構による分光で導出されたラマンスペクトルから、平坦面の幅（テラス幅）を算出する演算機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの表面構造を、広範囲に短時間で評価できる半導体ウェーハの評価方法および評価装置を提供することが可能になる。

以下、本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および評価装置についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法は、ＬＳＩの微細化・高性能化に適したシリコンウェーハ、具体的には、シリコンウェーハの表面の任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定領域とした場合に、この測定領域において、段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、１０本の測線に沿って測定された段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであるシリコンウェーハの評価方法である。
そして、近接場光を、シリコンウェーハ上を走査しながら照射する手順と、シリコンウェーハから生じるラマン散乱光を受光する手順と、受光したラマン散乱光を分光器により分光しラマンスペクトルを導出する手順と、導出したラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する手順を有することを特徴とする。

まず、最初に、本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法において評価対象となる、発明者らの発明したＬＳＩの微細化に適した上記シリコンウェーハについて説明する。

図２は、本実施の形態で評価されるシリコンウェーハの表面構造を模式的に示した説明図である。
本実施の形態で評価されるシリコンウェーハは、平坦面（以下、テラスともいう）が（１００）の結晶面である段差（以下、ステップともいう）構造を有している。
このシリコンウェーハの特徴は、次の評価の結果によって特徴付けられる。すなわち、このシリコンウェーハの任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定する。測定は、ステップに概ね垂直な方向の、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線によって測定される。ここでステップに垂直な方向とは、３μｍ×３μｍの領域内に現れる、任意の３μｍ以上の長さを有するテラスの連続する端面（ステップの連続する端面）と、３μｍ×３μｍの領域の境界との２つの交点を結ぶ線分に対して垂直であることをいう。
この場合に、図２のＷで表示されるテラスの幅（以下、テラス幅ともいう）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上である。また、図２のＨで表されるステップの高さ（以下、ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分、すなわち、（１００）面の場合は０．１３６ｎｍである。
なお、ここで概ね垂直方向とは、段差に垂直な方向に対し、±２０度の範囲をいい、概ね０．３μｍ間隔とは、０．２５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲をいう。

図３に、本実施の形態の評価対象であるシリコンウェーハのＡＦＭ像を示す。ＡＦＭとして、ＮａｎｏＳｃｏｐｅ ＩＩＩａを用い、測定は接触モードを用いている。図３のように、シリコン表面に、テラスとステップで形成されるステップ構造が鮮明にみてとれる。図１にも示したように、図３のＡＦＭ像に見られるテラスは（１００）面である。そして、ステップには、フィジカル・レビュー・レターズ（Ｐｈｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６９１頁、第５９巻（１９８７年））におけるＣｈａｄｉの分類による２種類のステップ、すなわち、直線状のステップＳａと波状のステップＳｂがある。そして、ステップＳａ上のテラスは、図１に示すように２原子（ｄｉｍｅｒ）化した原子列の配列方向がステップに対して、垂直になっていることで特徴付けられる。また、ステップＳｂ上のテラスは、２原子（ｄｉｍｅｒ）化した原子列の配列方向がステップに対して、平行になっていることで特徴付けられる。
ここで、隣接する二つのステップＳａの間隔Ｗ’（図２）は、理想的には（１００）面に対する傾斜角（以下、オフ角ともいう）θ（図２）で支配されており、次の（式１）で表すことが出来る。
Ｗ’＝２×（格子定数／４）／ｔａｎθ ・・・（式１）
例えば、（１００）面の場合は、格子定数／４＝０．１３６ｎｍとなる。

図４に、本実施の形態の評価対象であるシリコンウェーハのＡＦＭ像の測定結果から導出したシリコンウェーハの断面プロファイルを示す。断面プロファイルの導出にあたっては、シリコンウェーハの（１００）面に対するオフ角を用いて測定値を補正している。図４の断面プロファイルの縦軸は高さであり、横軸は３μｍ×３μｍの測定領域の１本の測線に沿った長さ、すなわち３μｍ（３０００ｎｍ）を示している。テラス幅を求める際には、ある測定点の測定値と、次の測定点の測定値との差が１原子層分未満である場合に、その２点は同一のテラス上にあると判断している。この時、１原子層分未満とは、（１００）面に対する理論値である０．１３６ｎｍに測定誤差を考慮して、０．１０ｎｍ未満の測定値の差と定義している。また、測定点と、次の測定点の測定値の差が０．１０ｎｍ以上０．１８ｎｍ未満の場合、１原子層分のステップがあると判断している。
図４に示すように、この測線に沿ったテラス幅は、すべて５０ｎｍ以上であり、ステップ高さは、すべて１原子層分となっている。

図５に従来技術と本実施の形態で評価されるシリコンウェーハ表面のＡＦＭ像および段差測定結果を示す。図５（ａ）が、従来技術のステップ構造のないシリコンウェーハ、図５（ｂ）が本発明に係る本実施の形態の評価対象となるステップ構造を有するシリコンウェーハである。
図５から明らかなように、従来技術のシリコンウェーハでは、まったく（１００）の結晶面からなるテラスは存在していない。そして、段差測定結果からも分かるように、本発明のシリコンウェーハのＲｍｓ（二乗平均粗さ）＝０．０４９ｎｍに比べ、従来技術のシリコンウェーハはＲｍｓ＝０．１６７ｎｍとなっており、表面のラフネスが極めて大きくなっている。

本実施の形態の評価対象であるシリコンウェーハのように、大部分の（１００）面からなるテラス幅が５０ｎｍ以上で、かつ、段差が１原子層分以下であるシリコンウェーハをＬＳＩの製造に用いると、トランジスタ特性が向上し、ＬＳＩの高性能化を図ることが可能であるという作用・効果が生ずる。
すなわち、図５（ａ）に示すように、従来、用いられてきた表面ラフネスの大きなシリコンウェーハでは、トランジスタのチャネル領域に多数の大きなシリコン段差が存在することになる。したがって、キャリアはこの段差によって散乱され移動度が劣化する。これに対し、本実施の形態の評価対象であるシリコンウェーハは、表面の９０％以上の領域で、チャネル長よりも大きな幅の原子レベルのテラスを有している。また、テラスとテラスの間のステップの９０％以上が１原子層分のステップ高さである。このため、トランジスタのチャネル領域には、原子レベルのステップがまったく存在しないか、存在しても１原子層分のステップが１つあるのみである。よって、表面ラフネスによるキャリア散乱がないか、あったとしても微小にとどまる。

なお、上記のようなステップ構造を有するシリコンウェーハは、例えば、シリコン単結晶インゴットを結晶面に対し０度以上０．１度以下の傾斜角（オフ角）でスライスし、このスライスによって得られたシリコンウェーハを、１１００℃以上１２００℃以下の温度、３０分以上２時間以下の時間、水素ガス雰囲気中で熱処理するによって製造することが可能である。

このように、ＬＳＩの微細化・高性能化に適したシリコンウェーハの表面構造の評価は、上記のようにＡＦＭによる測定によって可能であった。しかしながら、先に記載したように、ＡＦＭでは、シリコンウェーハを量産していく上で、シリコンウェーハ面内の広範囲にわたっての測定が困難であり、スループットがあがらないという問題が生じていた。
上記事情のもと、発明者らは、試行錯誤の末、通常、試料の成分分析や単結晶中の格子欠陥の評価等に用いられる近接場光によるラマン分光法による測定を用いることによって、半導体ウェーハ表面のステップ構造評価が可能であることを見出した。そして、この近接場光ラマン測定によれば、シリコンウェーハを量産していく上で、十分な評価スループットを得ることが可能である。

以下、本実施の形態の近接場光ラマン測定を用いた、上記ステップ構造を有するシリコンウェーハの評価方法について説明する。

ここで、ラマン分光法は、試料に光を照射して反射光や透過光のスペクトル分布を観測する分光法の一つである。そして、照射光の波長に対してシフトした出力波長を観測して試料成分等を解析するラマン分光法は、可視光が利用できること、試料の準備に特別な作業が不要であること、試料に非接触で測定が可能であることなどから従来から注目されている。もっとも、通常の可視光を用いるラマン分光法では、光の回折現象により、波長以下の空間分解能を実現することは不可能であった、この問題を克服するため、近接場光を照射光とし、波長以下の空間分解能を実現し、試料表面の微細領域の評価を可能とするラマン分光法が、近年、特に注目されている（例えば、特開２００４−３７１５８号公報、以下、近接場光ラマン測定という）。なお、近接場光とは物体の表面に薄くにじみでるように存在し、通常の光と異なって、空間中をどこまでも伝播することが出来ず、途中で消失する性質を有する特殊な光である。

図１は、本実施の形態の近接場光ラマン測定を用いた、シリコンウェーハの評価方法の説明図である。図１（ａ）が測定方法の全体概念図、図１（ｂ）が図１（ａ）の円Ａで囲まれた領域の拡大図である。
本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法は、平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有するシリコンウェーハの評価方法であって、近接場光を、シリコンウェーハ上を走査しながら照射する手順と、シリコンウェーハから生じるラマン散乱光を受光する手順と、受光したラマン散乱光を分光器により分光しラマンスペクトルを導出する手順と、導出したラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する手順を有することを特徴とする。

近接場光ラマン測定を行うために用いられる近接場光顕微鏡は、主に、近接場光プローブ２０と、結像ミラー２２と、集光レンズ２４と、ピンホール２６、２８と、光ファイバー３０によって構成されている。
そして、図１において、図示しないレーザ光源から射出した光が、光ファイバーからなるコア３２を有する近接場光プローブ２０に導かれる。近接場光プローブ２０の先端部は先鋭化され、金属膜３４で覆われている。そして、最先端部には直径約１００ｎｍ程度の微小開口３６が設けられ、コア３２を透過してきた光に基づく近接場光３８を、ステップ構造を有するシリコンウェーハ１０の微小な照射領域１２に照射する。そして、近接場光プローブ２０の周囲に結像ミラー２２を配置する。

本実施の形態においては、実際に配置する結像ミラー２２として、楕円面鏡を使用している。この楕円面鏡（結像ミラー）２２を含む回転楕円体４８を、図１中に点線で示している。
回転楕円体４８は、近接場光プローブ２０の周囲の異なる２箇所に焦点を有している。以下の説明では、図１において左下に位置している回転楕円体４８の焦点を第１の焦点５０とし、右上に位置している回転楕円体４８の焦点を第２の焦点５２とする。

楕円面鏡（結像ミラー）２２は、第１の焦点５０と照射領域１２が一致するように設置する。このように設置することにより、照射領域１２から集光レンズ２４に向かう方向に導かれる散乱光５４は直接集光レンズ２４に入射し、照射領域１２から集光レンズ２４と反対の方向に導かれる散乱光５６は楕円面鏡２２で反射して、第２の焦点５２で再び集光して集光レンズ２４に入射する。このようにして設置した楕円面鏡２２により、照射領域１２から出されるラマン散乱光の集光効率を高めることが可能となる。

さらに、楕円面鏡２２の反射光軸、あるいは直接集光レンズ２４に入射する反射光軸と集光レンズ２４の光軸５８（図１中一点鎖線で示す）とを図１に示したようにずらしておくことによって、第１の焦点５０を通過した散乱光の結像位置と、第２の焦点５２を通過した散乱光の結像位置とに、それぞれピンホール２６、ピンホール２８を設置することが可能となり、第１の焦点５０と第２の焦点５２のいずれをも通らない光、すなわち、乱反射等による迷光を大幅に低減することができる。この場合、ピンホール２６、ピンホール２８は絞りとして機能している。
シリコンウェーハ１０の照射領域１２から生じ、ピンホール２６、２８を通過したラマン散乱光を、光ファイバー３０により受光し、分光器６０に導き、分光器６０で分光し、ラマンスペクトルを演算機構７０で導出する。
このような、近接場光を利用したラマン測定によれば、散乱光を受光する際の迷光をピンホール２６、２８により極力低減しながら、微弱光であるラマン散乱光を楕円面鏡で効率よく集光することができ、光の波長以下の空間分解能を実現することが可能である。

なお、本実施の形態においては、近接場光３８を、ステップ構造を有するシリコンウェーハ１０上を走査しながら照射することによって、シリコンウェーハ１０表面の広い範囲にわたる表面情報を取得する。具体的には、例えば、シリコンウェーハ１０を載置したステージ（図示せず）をＸＹ方向に所定のパターン、所定の速度で動かすことによってシリコンウェーハ１０上を走査する。

そして、分光器６０により分光され、導出されたラマンスペクトルから、シリコンウェーハ１０表面の平坦面の幅（テラス幅）を演算機構７０にて算出し、出力する。この際に、本実施の形態においては、ラマンスペクトルにおけるピーク位置のシフト量（ラマンシフト）に基づきテラス幅を算出することを特徴とする。具体的には、各照射領域におけるラマンスペクトルのピーク位置のシフト量（ラマンシフト）をモニタしていき、シフト量が急激に変位する領域をステップ構造のステップ（段差）として認識し、ステップとステップの間の領域の距離をテラス幅と判定する。

以上のように、本実施の形態によれば、通常、試料の成分分析や単結晶中の格子欠陥の評価等に用いられる近接場光によるラマン分光法による測定を用いることによって、シリコンウェーハ表面のステップ構造評価が可能である。そして、本実施の形態の評価方法によれば、従来のＡＦＭでの評価と異なり、シリコンウェーハ面内の広範囲の領域のテラス幅を、短時間で評価することが可能となるという作用・効果を有する。さらに、シリコンウェーハに非接触での測定が可能であるので、ウェーハにダメージを与えることもない。したがって、シリコンウェーハ生産におけるインライン検査あるいは出荷前の検査にも適用することが可能であるという作用・効果も得られる。

このように、表面のステップ構造が近接場光ラマン測定によって可能となるのは、表面の平坦面（テラス）上の、シリコン原子の振動状態と、段差（ステップ）部に存在するシリコン原子の振動数が異なっており、段差部がピーク位置のシフト量（ラマンシフト）の観点からみた特異点となるためであると考えられる。

なお、ここでは、ＬＳＩの高性能化に適したシリコンウェーハ、すなわち、シリコンウェーハの表面の任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定領域とした場合に、この測定領域において、段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、１０本の測線に沿って測定された段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであるシリコンウェーハについて説明した。しかしながら、本実施の形態の適用は、必ずしも、上記構造のシリコンウェーハに限られることはなく、表面にテラスが結晶面であるステップ構造を有するシリコンウェーハであればいかなるシリコンウェーハにも適用可能である。

また、上記、本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法を実現する本実施の形態の評価装置は、以下のように構成される。ここでは図１を参照して説明する。
本実施の形態のシリコンウェーハの評価装置は、平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有するシリコンウェーハの評価装置であって、近接場光３８を、シリコンウェーハ上を走査しながら照射する照射機構である近接場光プローブ２０と、近接場光３８の照射によってシリコンウェーハから生じるラマン散乱光を受光する受光機構である光ファイバー３０を有する。そして、光ファイバー３０によって受光され伝達されたラマン散乱光を分光する分光機構である分光器６０と、分光器６０により分光してラマンスペクトルを導出し、導出したラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する演算機構７０を有している。

この装置で測定されるシリコンウェーハは、シリコンウェーハの表面の任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定領域とした場合に、前記測定領域において、段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、前記１０本の測線に沿って測定された前記段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであることであることが望ましい。
このような、シリコンウェーハによって、ＬＳＩの高性能化および高集積化が可能となるからである。

（第２の実施の形態）
本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法および評価装置は、シリコンウェーハ表面の平坦面の幅（テラス幅）を算出する際に、ラマンスペクトルにおけるピーク強度に基づきテラス幅を算出することを特徴とする以外は第１の実施の形態と同様であるので記述を省略する。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。加えて、ピークシフトによる場合は室温変動の補正が必要であるが、本実施の形態のようにピーク強度を用いる場合は補正の必要はないという利点がある。

（第３の実施の形態）
本実施の形態のシリコンウェーハの評価方法および評価装置は、シリコンウェーハ表面の平坦面の幅（テラス幅）を算出する際に、ラマンスペクトルにおけるピークの半値幅に基づきテラス幅を算出することを特徴とする以外は第１の実施の形態と同様であるので記述を省略する。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。加えて、ピークシフトによる場合は室温変動の補正が必要であるが、本実施の形態のように半値幅を用いる場合は補正の必要はない利点がある。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、半導体ウェーハ、半導体ウェーハの評価方法、評価装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体ウェーハ、半導体ウェーハの評価方法、評価装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

例えば、上記実施の形態においては、シリコン（Ｓｉ）ウェーハを例に説明した。しかし、その他、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ならびにＩＩＩ／Ｖ族またはＩＩ／ＶＩ族の複合半導体を含めた任意の半導体ウェーハを選択することが可能である。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体ウェーハの評価方法および評価装置は、本発明の範囲に包含される。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。

（実施例１）
まず、チョコラルスキー法（ＣＺ法）により、８インチの結晶面方位（１００）のシリコン単結晶インゴットを製造した。このインゴットは、ボロンを不純物とするｐタイプシリコン単結晶であり、抵抗率は９〜２２Ωｃｍとした。このシリコン単結晶インゴットを（１００）面に対し、０．０２５６度のオフ角、シリコンウェーハ表面の、（１００）面に対する傾斜方向の（１００）面上の方位角が、〔１１０〕方向に対して２１度となるようにスライスした。次に、スライスによって得られたシリコンウェーハを、フッ化水素−硝酸での洗浄を行った後に、ミラー研磨した。その後に、熱処理を加えた。熱処理は、バッチ式縦型熱処理炉で水素ガス雰囲気、１２００℃、１時間行った。このシリコンウェーハについて、任意の３μｍ×３μｍの領域についてＡＦＭ（Ｎａｎｏ Ｓｃｏｐｅ ＩＩＩａ）により表面構造を評価した。結果、この測定領域において、段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、１０本の測線に沿って測定された段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであった。

次に、図１の近接場光ラマン測定による評価方法を用いて、シリコンウェーハのステップ構造を評価した。
近接場光プローブは、先端に１００ｎｍの開口部を有するものを用いた。図６に上記シリコンウェーハの測定領域のＡＦＭ像を示す。測定領域は３μｍ×３μｍの領域である。近接場光プローブの先端から出る近接場光を、図６の白線で示す３μｍ長の範囲で、０．１μｍステップで走査した。レーザ光源としては、出力５０ｍＷ、波長４８８ｎｍのＡｒ（アルゴン）レーザを用いた。ラマン散乱光はＣＣＤが結合したシングルモノクロメータで分析を行った。サンプリング時間は３０秒〜６０秒で、ネオンランプからのレファレンスピークをモニタすることによりラマンスペクトルのピーク位置を随時補正した。そして、ラマンスペクトルにおけるピーク位置のシフト量（ラマンシフト）をモニタした。

結果を、図７に示す。横軸には、測定原点からの距離、縦軸にはラマンシフトを示す。図から明らかなように、テラス領域部分のラマンシフトが５２０．４５ｃｍ^−１であるのに対し、ステップ部分では５２０．５５ｃｍ^−１となり、特異点となっていた。このため、特異点間の間隔を、テラス幅として判定が可能であった。
このように、ラマンスペクトルにおけるピーク位置のシフト量（ラマンシフト）をモニタすることにより、ステップ構造を有するシリコンウェーハのテラス幅を算出することが可能であることが明らかになった。

（実施例２）
ラマンスペクトルにおけるピーク強度をモニタする以外は、実施例１と同様の条件で、シリコンウェーハの表面を評価した。
結果を図８に示す。横軸には、測定原点からの距離、縦軸には原点における強度を１００％とした場合の、ピーク強度の相対強度を示す。図から明らかなように、ステップ部分のピーク強度は、テラス部分に比較して約２０％低下し、特異点となっていた。このため、特異点間の間隔を、テラス幅として判定が可能であった。
このように、ラマンスペクトルにおけるピーク強度をモニタすることにより、ステップ構造を有するシリコンウェーハのテラス幅を算出することが可能であることが明らかになった。

（実施例３）
ラマンスペクトルにおけるピークの半値幅をモニタする以外は、実施例１と同様の条件で、シリコンウェーハの表面を評価した。
結果を図９に示す。横軸には、測定原点からの距離、縦軸には原点における半値幅を１００％とした場合の、半値幅の変化（相対幅）を示す。図から明らかなように、ステップ部分の半値幅は、テラス部分に比較して１０％〜１２％広がったため、特異点となっていた。このため、特異点間の間隔を、テラス幅として判定が可能であった。
このように、ラマンスペクトルにおける半値幅をモニタすることにより、ステップ構造を有するシリコンウェーハのテラス幅を算出することが可能であることが明らかになった。

実施の形態１ないし３の近接場光ラマン測定を用いたシリコンウェーハの測定方法の説明図。 実施の形態のシリコンウェーハの表面構造を模式的に示した説明図。 実施の形態のシリコンウェーハのＡＦＭ像を示す図。 実施の形態のシリコンウェーハのＡＦＭ像の測定結果から導出したシリコンウェーハの断面プロファイルを示す図。 従来技術と本実施の形態のシリコンウェーハ表面のＡＦＭ像および段差測定結果を示す図。 実施例のシリコンウェーハのＡＦＭ像を示す図。 実施例１の評価結果を示す図。 実施例２の評価結果を示す図。 実施例３の評価結果を示す図。

符号の説明

１０ シリコンウェーハ
１２ 照射領域
２０ 近接場光プローブ
２２ 結像ミラー（楕円面鏡）
２４ 集光レンズ
２６ ピンホール
２８ ピンホール
３０ 光ファイバー
３２ コア
３４ 金属膜
３６ 微小開口
３８ 近接場光
４８ 回転楕円体
５０ 第１の焦点
５２ 第２の焦点
５４ 散乱光
５６ 散乱光
５８ 光軸
６０ 分光器
７０ 演算機構

Claims (6)

1. 平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価方法であって、
   近接場光を、前記半導体ウェーハ上を走査しながら照射する手順と、
   前記半導体ウェーハから生じるラマン散乱光を受光する手順と、
   受光した前記ラマン散乱光を分光器により分光しラマンスペクトルを導出する手順と、
   導出した前記ラマンスペクトルから平坦面の幅（テラス幅）を算出する手順を有することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
2. 前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピーク位置のシフト量（ラマンシフト）に基づき算出することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの評価方法。
3. 前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピーク強度に基づき算出することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの評価方法。
4. 前記平坦面の幅（テラス）を算出する手順において、前記ラマンスペクトルにおけるピークの半値幅に基づき算出することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの評価方法。
5. 前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであって、
   前記シリコンウェーハの表面の任意の３μｍ×３μｍの領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定領域とした場合に、
   前記測定領域において、前記段差に概ね垂直方向で、概ね０．３μｍ間隔の１０本の測線に沿って測定された前記平坦面の幅（テラス幅）の測定値の９０％以上が５０ｎｍ以上であり、
   前記１０本の測線に沿って測定された前記段差の高さ（ステップ高さ）の測定値の９０％以上が１原子層分の高さであることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の半導体ウェーハの評価方法。
6. 平坦面（テラス）が結晶面である段差（ステップ）構造を有する半導体ウェーハの評価装置であって、
   近接場光を、前記半導体ウェーハ上を走査しながら照射する照射機構と、
   前記半導体ウェーハから生じるラマン散乱光を受光する受光機構と、
   受光した前記ラマン散乱光を分光する分光機構と、
   前記分光機構による分光で導出されたラマンスペクトルから、平坦面の幅（テラス幅）を算出する演算機構を有することを特徴とする半導体ウェーハの評価装置。