JP2009212341A - イオン注入量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロ波発振器1からイオン注入物である試料6に対しマイクロ波波を照射し,励起レーザ光源12から,試料6に対する浸透長がその試料6におけるイオン注入深さよりも短く,かつ試料6のバンドキャップ以上のエネルギーを有する励起光を試料6に照射し,励起光の照射により変化する,試料6からの反射マイクロ波の強度をミキサ10により検出し,その検出強度の信号からロックインアンプ15により光励起キャリアのライフタイムの指標値を検出し,その指標値から計算機16によりイオン注入量を算出する。
【選択図】図1
Description
一般に,イオン注入は,半導体に対する不純物となる元素をイオン化し,生成された不純物イオンを加速器により電気的に加速して半導体表面に打ち込むことにより行われる。イオン注入により,半導体表層において化学的変化や構造的変化(結晶の破壊等)が生じる。以下,イオン注入による半導体表層の化学的変化や構造的変化をダメージと称する。通常,半導体表層におけるイオン注入量の増加に応じて半導体のダメージが大きくなる。
そして,イオン注入がなされた半導体(以下,イオン注入物という)において,その表層部におけるイオン注入量(即ち,ダメージの程度)が半導体特性(製品特性)に大きく影響する。そのため,イオン注入物におけるイオン注入量を測定することは,半導体デバイスの品質管理上,非常に重要である。
従来,イオン注入物に対し熱処理を加えず非接触でイオン注入量を測定する法として,特許文献1に示される測定手法(以下,サーマルウェーブ法という)がある。前記サーマルウェーブ法は,イオン注入物の表面に検出用のレーザ光(検出光)を照射し,その測定部に他の励起用のレーザ光(励起光)を照射することによって生じる前記検出光の反射光の変化を測定する手法である。
半導体(イオン注入物)は,そのバンドキャップ以上のエネルギーを有する光(励起光)が照射されると,その照射部においてフリーキャリアとして振る舞う光励起キャリアが発生し,その光励起キャリアの発生及び再結合による消滅に応じて光反射率が変化する。また,半導体における前記光励起キャリアの発生及び消滅の状況,即ち,光反射率の変化は,半導体表層における前記ダメージの程度と相関があり,そのダメージの程度はイオン注入量と相関がある。前記サーマルウェーブ法は,半導体表層の光反射率の変化を光学的に測定することにより,間接的にイオン注入量を測定する手法である。
さらに,前記サーマルウェーブ法において,励起光の照射スポットが微小である場合,その照射スポット内における検出光の位置ずれが測定精度に大きく影響する。従って,前記サーマルウェーブ法において,パワー密度を高めるために励起光が微小な照射スポットに集光された場合,励起光及び検出光それぞれの光路について数μmオーダーの高い位置決め精度が要求される。そのような高度な位置決め精度を実現する機構は,調整の難しさやコストアップにつながる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,表層にイオン注入がなされた半導体におけるイオン注入量を,その半導体にダメージを与えることなく,かつ,比較的簡易な構成によって高い精度で測定できるイオン注入量測定装置を提供することにある。
(1)前記イオン注入物の測定部に対し電磁波を照射する電磁波照射手段。
(2)前記イオン注入物に対する浸透長がそのイオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有する励起光を前記測定部に照射する励起光照射手段。
(3)前記励起光の照射により変化する,前記イオン注入物からの前記電磁波の反射波の強度を検出する電磁波強度検出手段。
(4)前記電磁波強度検出手段による検出強度に基づいて前記測定部における光励起キャリアの寿命の指標値を検出する光励起キャリア寿命指標値検出手段。
(5)前記光励起キャリアの寿命の指標値と前記イオン注入量との対応関係が予め設定された指標値・イオン注入量対応情報と前記光励起キャリア寿命指標値検出手段の検出値とに基づいて前記イオン注入物におけるイオン注入量を導出するイオン注入量導出手段。
ここで,前記指標値・イオン注入量対応情報は,測定対象である前記イオン注入物と同じ条件でイオン注入がなされ,イオン注入量が既知の校正用半導体を当該イオン注入量測定装置によって予め測定することにより得られる情報である。
なお,前記半導体の典型例はシリコンウェーハである。
前述したように,半導体における前記励起光の照射部では,光励起キャリアが発生し,その光励起キャリアの寿命(ライフタイム)は,前記ダメージの程度と高い相関がある。即ち,半導体において,前記ダメージの程度が大きいほど,前記光励起キャリアの寿命は短くなる。
また,前記光励起キャリアは,フリーキャリアの吸収効果により電磁波(マイクロ波)との相互作用が極めて強いため,半導体に照射された電磁波の反射波(以下,反射電磁波という)の強度は,半導体内における光励起キャリアの寿命と高い相関がある。例えば,前記光励起キャリアの寿命が短いほど,前記励起光の照射により変化する前記反射電磁波の強度のピーク値が小さくなり,また,前記反射電磁波の強度がピーク値から所定レベルまで減衰するのに要する時間が短くなる。
従って,前記励起光の照射により変化する前記反射電磁波の強度から,前記光励起キャリアの寿命の指標値を導出でき,その指標値は,前記イオン注入物における前記ダメージの程度を表す指標となる。
さらに,前述したように,前記イオン注入物において,その表層におけるイオン注入量と前記ダメージの程度との間に高い相関があるため,前記光励起キャリアの寿命の指標値から前記イオン注入量を推定(算出)できる。しかも前記反射電磁波の強度の検出(測定)は,非破壊かつ非接触で,また,簡易にかつごく短時間で行うことができる。例えば,前記反射電磁波による測定は,前記サーマルウェーブ法のように,複数の光の光路を数μmオーダーの高い精度で位置決めするような手間を必要としない。
一方,本発明においては,前記励起光の前記イオン注入物に対する浸透長が,そのイオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短い。これにより,前記イオン注入物表層におけるイオン注入深さの範囲内において主として光励起キャリアが発生し,その光励起キャリアが前記反射電磁波の強度変化に影響を与える。従って,前記反射電磁波の強度変化に基づく前記光励起キャリアの寿命の指標値は,主としてイオン注入層における前記ダメージの程度を表すS/N比の高い指標となり,その指標値から前記イオン注入量を推定(算出)することにより,高感度かつ高精度で前記イオン注入量を測定できる。
なお,イオン注入深さは,イオン注入において注入されるイオンが到達する平均的な深さであり,SIMS(2次イオン質量分析)等により測定することができる。また,光の浸透長は,光が物体内に入射(浸透)することによりその光の強度が元の強度に対して1/e倍になるまでの物体内での進行距離であり,エリプソメータ等により測定することができる。
(6)前記励起光照射手段が,前記イオン注入物に対する浸透長が前記イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有する励起光を,予め定められた周期で強度変調して前記測定部に照射するものであること。
(7)前記光励起キャリア寿命指標値検出手段が,前記電磁波強度検出手段による検出強度の信号から前記励起光の強度変調に同期した周波数成分の信号の振幅を前記光励起キャリアの寿命の指標値として検出するものであること。
これにより,例えば電源ノイズ(約50Hz或いは約60Hzのノイズ)等の不要なノイズ成分を除去して測定できる。
なお,前記励起光照射手段が,前記(6)及び(7)に示される要件に代えて,次の(6’)及び(7’)に示される要件を充足することも考えられる。
(6’)前記励起光照射手段が,前記イオン注入物に対する浸透長が前記イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有するパルス状の励起光を前記測定部に照射するものであること。
(7’)前記光励起キャリア発生指標値検出手段が,前記パルス状の励起光の照射に応じて変化する前記電磁波強度検出手段の検出強度のピーク値を前記光励起キャリアの寿命の指標値として検出するものであること。
このような構成によっても,前記光励起キャリアの寿命の指標値を得ることができる。
そこで,本発明に係るイオン注入物測定装置において,前記励起光照射手段が,前記励起光を,少なくとも1回当たり5ナノ秒間以上継続して前記測定部に照射することが望ましい。これにより,十分な測定感度を得つつ,測定時間を必要最小限に抑えることができる。なお,後述するように,前記励起光の1回当たりの継続照射時間は100[ns]もあれば十分であり,それ以上の時間としても照射時間の延長による測定感度の向上はほとんど期待できない。
(8)一端が前記測定部に近接配置され前記電磁波の伝播経路を形成する導波管アンテナ。
この場合,前記電磁波照射手段が,前記導波管アンテナの前記測定部に近接配置される端部を通じて前記電磁波を前記測定部に放射する。
さらに,前記電磁波強度検出手段が,前記導波管アンテナの前記測定部に近接配置される端部で捕捉された前記電磁波の反射波の強度を検出する。
これにより,前記測定部に対する前記電磁波の放出部及びその反射波(前記反射電磁波)の捕捉部を前記測定部に近接させることができ,前記電磁波が,効率的に照射及び捕捉される。
さらに,前記励起光照射手段が,前記電磁波の伝送経路を形成する導波管の管壁に形成された孔及び前記導波管アンテナの前記測定部に対向して配置される端部を通じて前記励起光を前記測定部に照射することが考えられる。
これにより,前記導波管アンテナの端部を前記測定部に近接させても,前記励起光を前記測定部に照射することができる。
そこで,本発明に係るイオン注入量測定装置が,次の(9)及び(10)に示される各構成要素を備えれば好適である。
(9)所定の情報入力手段を通じて得られる入力情報に従って,注入されたイオンの種類,イオン注入時のイオン加速エネルギー,イオン注入角度,前記半導体の種類及びイオン注入時の前記半導体の表面の加工状態のうちの1つ以上の条件を含むイオン注入条件を特定するイオン注入条件特定手段。
(10)所定の記憶手段に予め記憶された複数の前記指標値・イオン注入量対応情報の候補の中から,前記イオン注入条件特定手段により特定された前記イオン注入条件に対応するものを,前記イオン注入量導出手段により用いられる前記指標値・イオン注入量対応情報として選択する指標値・イオン注入量対応情報選択手段。
ここで,複数の前記指標値・イオン注入量対応情報の候補は,それぞれ異なる前記イオン注入条件でイオン注入がなされてイオン注入量が既知である校正用半導体を,当該イオン注入量測定装置によって予め測定することにより得られる情報である。
上記構成を備えたイオン注入量測定装置は,イオン注入の条件が異なる様々な種類の前記イオン注入物のイオン注入量を,高精度で測定することができる。
なお,本発明は,以上に示したイオン注入量測定装置を用いて,表層にイオン注入がなされた半導体(前記イオン注入物)におけるイオン注入量の測定を行うイオン注入量測定方法として捉えることもできる。
ここに,図1は本発明の第1実施形態に係るイオン注入量測定装置X1の概略構成図,図2はイオン注入量測定装置X1による測定手順の一例を表すフローチャート,図3はイオン注入量測定装置X1における励起光及び反射マイクロ波の各強度の変化を表す図,図4はイオン注入物におけるイオン注入量とイオン注入量測定装置X1により検出される反射マイクロ波の強度信号の振幅との関係を表すグラフ,図5はイオン注入物に励起光が照射されたときのイオン注入物内における光励起キャリアの数の変化を表すグラフ,図6は励起光が照射されたイオン注入物内に生じる光励起キャリアの数の深さ方向の分布を表すグラフ,図7は励起光が照射されたイオン注入物における光励起キャリアのライフタイムと最大発生数との関係を表すグラフ,図8は本発明の第2実施形態に係るイオン注入量測定装置X2の概略構成図である。
まず,図1に示す概略構成図を参照しつつ,本発明の第1実施形態に係るイオン注入量測定装置X1について説明する。
イオン注入量測定装置X1は,表層にイオン注入がなされた半導体であるイオン注入物6(以下,試料6という)におけるイオン注入量を測定する装置である。ここで,前記試料6(イオン注入物)としては,例えば,厚み0.8〜1.0[mm]程度のシリコンウェーハ基板の表層に,ボロン(ホウ素),リン又は砒素等のイオンが注入されたもの等である。一般に,イオン注入深さは,10[nm]乃至1[μm]程度である。
なお,イオン注入深さは,注入されるイオンの種類,イオン注入時のイオン加速エネルギー,イオン注入角度及び前記試料6を構成する半導体の種類が主な要因となって定まる物理量であり,SIMS(2次イオン質量分析)等により求めることができる。品質検査のためのイオン注入量の測定においては,上記主な要因が既知の試料6について測定がなされるので,例えば,検査対象と同種の試料をSIMSにより測定しておくことにより,比較的小さな誤差範囲内で前記試料6のイオン注入深さを予め知ることができる。
図1に示されるように,イオン注入量測定装置X1は,マイクロ波発振器1,カプラ1a(分波器),サーキュレータ2,導波管3,E−Hチューナ4,導波管アンテナ5,試料ステージ7,ミラー8,ミキサ10,増幅器11,励起レーザ光源12,発振器13,変調器14,ロックインアンプ15及び計算機16,ステージ制御装置17等を備えている。
なお,前記励起光の浸透長は,前記励起光の波長λ及び前記試料6を構成する半導体の種類が主な要因となって定まる物理量であり,エリプソメータ等により測定することができる。品質検査のためのイオン注入量の測定においては,半導体の種類が既知の試料6について測定がなされるので,例えば,検査対象と同種の試料に対する前記励起光の浸透長をエリプソメータにより測定しておくことにより,比較的小さな誤差範囲内で前記試料6に対する前記励起光の浸透長を予め知ることができる。
例えば,前記試料6が,1[μm]の深さでイオン注入がなされたシリコンウェーハである場合,前記励起レーザ光源12の出力光(励起光)の波長λが,340[nm]〜400[nm]程度であることが考えられる。これにより,前記励起光の前記試料6に対する浸透長は,100[nm]以下となる。なお,シリコンに対する波長349[nm]の励起光の浸透長は約10[nm]である。
なお,波長λが340[nm]よりも短い励起光を採用することは,測定装置に汎用的でない(高価な)紫外光用の光学機器を採用することが必要となる点で好適とはいえない。
また,前記励起レーザ光源12の出力光(励起光)は,前記試料6のバンドキャップ以上のエネルギーを有する。ここで,前記励起光が前記試料6のバンドキャップ以上のエネルギーを有することは,前記試料6の導電率を変化させるために必要な条件である。
また,前記変調器14によって強度変調が施された励起光は,前記ミラー8により前記試料6の方向に反射(偏向)される。前記ミラー8により反射された前記励起光は,前記第1マイクロ波Op1の伝送経路を形成する前記導波管3の管壁に設けられた微小孔3aを通過し,前記導波管アンテナ5の前記試料6に対向して近接する端部(開口部)を通じて前記試料6の表面の一部(以下,測定部という)に照射される。これにより,前記試料6における前記測定部において光励起キャリアが発生する。
なお,前記励起レーザ光源12,前記変調器14及び前記ミラー8が,励起光を前記試料6の測定部に照射する励起光照射手段の一例である。
また,前記励起光を集光して前記試料6へ導く光学機器(ミラー及びレンズ等)が,前記イオン注入量測定装置X1に設けられることも考えられる。
前記カプラ1aは,前記マイクロ波発振器1から出力されたマイクロ波を2分岐する分波器であり,分岐後の一方の出力波(以下,第1マイクロ波Op1という)は前記サーキュレータ2側へ伝送され,他方の出力波(以下,第2マイクロ波Op2という)は前記ミキサ10側へ伝送される。
前記サーキュレータ2は,前記第1マイクロ波Op1を前記E−Hチューナ4側へ伝送するとともに,前記E−Hチューナ4側から伝送されてくる前記試料6に対する反射マイクロ波を前記ミキサ10側へ伝送する。
前記E−Hチューナ4は,前記第1マイクロ波Op1の伝送経路(前記導波管3及び前記導波管アンテナ5)のインピーダンス整合を行うものである。
前記マイクロ波発振器1から出射され,前記カプラ1aにより2分岐された一方の前記第1マイクロ波Op1は,前記サーキュレータ2により前記導波管3の中を伝播し,さらにその導波管3と連通する前記導波管アンテナ5の中を伝播し,その導波管アンテナ5の端部の開口から,前記励起光により励起された前記試料6の測定部に照射(放射)される。
なお,前記マイクロ波発振器1,前記サーキュレータ2,前記導波管3及び導波管アンテナ5が,前記試料6の測定部に前記第1マイクロ波Op1(電磁波)を照射する電磁波照射手段の一例である。
また,前記導波管アンテナ5は,前記試料6の測定部に対向して配置される端部により前記試料6の測定部に反射した前記反射マイクロ波を捕捉し,それを前記サーキュレータ2側へ伝送する機能も果たす。
前記ミキサ10は,前記反射マイクロ波と前記カプラ1aから伝送される前記第2マイクロ波Op2とを入力し,前記励起光の照射により変化する前記反射マイクロ波の強度を検出する電磁波強度検出手段の一例である。前記ミキサ10による前記反射マイクロ波の強度の検出信号(電気信号)は,前記増幅器11により増幅されて前記ロックインアンプ15に取り込まれる。
図3は,当該イオン注入量測定装置X1における前記励起光及び前記反射マイクロ波の各強度の変化を模式的に表した図である。
図3に示すように,前記試料6に照射される励起光が,一定周波数での強度変調が施されている場合,前記ミキサ10により検出される前記反射マイクロ波の強度も,前記励起光の強度変調に同期して(同じ周波数で)変化する。
例えば,前記励起光の強度変調周波数が1MHz程度である場合に,10Hz程度の測定周波数帯域(即ち,概ね1MHz±5Hzの帯域)で前記反射マイクロ波の強度の変化幅(励起光の強度変調に同期した周波数成分の信号の振幅ΔI)を測定できる。これにより,例えば電源ノイズ(約50Hz或いは約60Hzのノイズ)等の不要なノイズ成分を除去して測定できる。
ここで,強度変調された前記励起光の1回当たりの継続照射時間は,後述するように,十分なS/N比を確保するために5[ns]以上であることが望ましい。
なお,図3には,方形波状に強度変調を行った励起光の例を示しているが,正弦波状に強度変調を行った前記励起光を前記試料6に照射することも考えられる。
前記ロックインアンプ15の出力信号は,前記計算機16に取り込まれ,前記計算機16が備える記憶部に記憶される。
前記試料ステージ7は,例えばX−Yステージ等により構成され,前記導波管アンテナ5に対する前記試料6の二次元方向の位置決めを行うものである。この試料ステージ7により,前記試料6における測定部(前記励起光及び前記第1マイクロ波Op1の照射位置)の位置決めがなされる。
また,前記ステージ制御装置17は,前記計算機16からの制御指令に従って,前記試料ステージ7の動きを制御する装置である。
図5は,表層にイオン注入がなされたシリコンからなるイオン注入物の表面に,波長λ:349[nm]のパルス状の励起光(レーザ光)が照射された場合における前記イオン注入物内に生じる光励起キャリアの数[個]の時間変化を表すグラフである。波長λが349[nm]である励起光の前記イオン注入物(シリコン)に対する浸透長(1/α)は10[nm]である。なお,図5のグラフにおける横軸は時間,縦軸は前記光励起キャリアの数を表す。また,図5〜図7における光励起キャリアの数は,前記励起光の光軸(中心線)を中心とする単位面積(1cm2)に存在する光励起キャリアの数のことを意味する。
ここで,光励起キャリアの数は,前記イオン注入物における熱の拡散係数Dが0.1[cm/s2],光励起キャリアの表面再結合速度Sが1000[cm/s],イオン注入深さが1[μm]であるとしたときのシミュレーション結果である。前記拡散係数D,前記表面再結合速度S及び前記イオン注入深さの各値は,イオン注入がなされた一般的なシリコンウェーハにおいて通常想定される数値の代表値である。
図5には,前記励起光のパルス幅PWが1[ns]である場合のグラフg11,g12と,同20[ns]である場合のグラフg13,g14とが示されている。
また,グラフg11,g13は,光励起キャリアのライフタイムτが1[ns]である同一の前記イオン注入物についてのシミュレーション結果であり,グラフg12,g14は,光励起キャリアのライフタイムτが2[ns]である同一の前記イオン注入物についてのシミュレーション結果である。なお,実際のイオン注入物においては,その表層における前記ダメージの程度に応じてライフタイムτが定まる。
ここで,光励起キャリアの最大数は,図5の場合と同様に,前記イオン注入物における熱の拡散係数Dが0.1[cm/s2],光励起キャリアの表面再結合速度Sが1000[cm/s],イオン注入深さが1[μm]であるとしたときのシミュレーション結果である。
図7には,前記励起光の照射時間(パルス幅PW)がそれぞれ1[ns],5[ns],10[ns],20[ns]及び100[ns]であるときのシミュレーション結果を表すグラフg31〜g35が示されている。
さらに,図5に示されるグラフg13,g14,及び図7に示されるグラフg32〜g35から,前記イオン注入物における光励起キャリアのライフタイムτの違い,即ち,前記イオン注入物における前記ダメージの程度の違いが,光励起キャリアの発生量の違いとして表れることがわかる。
そして,前記励起光が照射された前記イオン注入物における光励起キャリアの発生量の違いは,前記励起光の照射に応じた前記反射マイクロ波の強度変化の大きさ(例えば,図3における振幅ΔI)の違いとして表れる。即ち,前記励起光の照射に応じた前記反射マイクロ波の強度変化の大きさ(例えば,図3における振幅ΔI)が,前記光励起キャリアの寿命(ライフタイムτ)の指標値となり,その指標値は,前記イオン注入物における前記ダメージの程度を表す。
さらに,前述したように,前記イオン注入物において,その表層におけるイオン注入量と前記ダメージの程度との間に高い相関があるため,前記光励起キャリアのライフタイムτの指標値(例えば,図3における振幅ΔI)から前記イオン注入量を推定(算出)できる。しかも前記反射マイクロ波の強度の検出(測定)は,非破壊かつ非接触で,また,簡易にかつごく短時間で行うことができる。
従って,前記励起光の照射継続時間が短すぎると十分な測定感度が得られず,また,前記励起光の照射時間を必要以上に長くしても,測定感度の向上は見込めず,測定時間が長くなるというデメリットのみが顕在化する。例えば,図5に示されるグラフg11,g12のように,前記励起光の1回当たりの照射継続時間(即ち,パルス幅PW)が1[ns]である場合,光励起キャリアのライフタイムτが大きく異なる2種類の前記イオン注入物において,光励起キャリアの数の差が小さく,十分な測定感度が得られない。
一方,図5のグラフg13,g14,及び図7のグラフg31〜g35から,前記励起光の1回当たりの照射継続時間(即ち,パルス幅PW)を5[ns]以上とすれば,光励起キャリアのライフタイムτが異なる複数種類の前記イオン注入物を区別できるだけの光励起キャリアの数の差が生じ,十分な測定感度を確保できることがわかる。また,図5から,前記励起光の1回当たりの照射継続時間は,100[ns]を超えると光励起キャリアの発生数が飽和するため100[ns]もあれば十分であある。実用上は,前記励起光の1回当たりの照射継続時間を5[ns]乃至1[μs]程度にすることが考えられる。
ここで,光励起キャリアの数は,図5の場合と同様に,前記イオン注入物における熱の拡散係数Dが0.1[cm/s2],光励起キャリアの表面再結合速度Sが1000[cm/s],イオン注入深さが1[μm]であるとしたときのシミュレーション結果である。
図6には,光励起キャリアのライフタイムτがそれぞれ1[ns],2[ns],5[ns]及び10[ns]である前記イオン注入物についてのシミュレーション結果を表すグラフg21〜g24が示されている。
従って,前記反射マイクロ波の強度変化に基づく前記光励起キャリアのライフタイムτの指標値は,主としてイオン注入層(表面から1[μm]の深さまでの層)における前記ダメージの程度を表すS/N比の高い指標となる。その結果,その指標値から前記イオン注入量を推定(算出)することにより,高感度かつ高精度で前記イオン注入量を測定できる。
なお,図6において,前記励起光の浸透長(10[nm])よりも深い位置まで前記光励起キャリアが発生しているのは,前記励起光によりその浸透長以内の深さの位置から拡散した熱によって光励起キャリアが発生するためである。
図6に示されるグラフから,前記励起光の浸透長(10[nm])が,イオン注入深さ(1[μm])の100分の1程度であれば,イオン注入深さよりも深い位置での光励起キャリアの発生はほとんど生じないことがわかる。
なお,図5〜図7に示されるデータは,光励起キャリアの数と時間,深さ及びライフタイムとの相対的な関係を表すデータとして有意義なものであるが,図5〜図7に示される光励起キャリアの数の絶対値そのものは,状況により変わり得る値である。
まず,前記計算機16は,前記ステージ制御装置17を通じて前記試料ステージ7の動きを制御することにより,前記試料6の測定位置(励起光の照射位置)を設定(位置決め)する(S1,位置決め手順)。
次に,前記計算機16は,前記マイクロ波発振器1を動作させ,前記試料6にマイクロ波を照射させる(S2,電磁波照射手順)。
次に,前記計算機16は,前記励起レーザ光源12,前記発振器13及び前記変調器14を動作させることにより,前記励起光を前記変調器14により所定周期で強度変調し,強度変調後の励起光を前記試料6の測定部に照射させる(S3)。同時に,前記計算機16は,前記ロックインアンプ15の検出信号(前記ミキサ10で検出された反射マイクロ波の強度信号から,励起光の強度変調に同期した周波数成分の信号)を取り込み,その信号の振幅ΔI(図3参照)を検出して記憶部に記憶させる(S3,励起光強度変調手順,励起光照射手順,電磁波強度検出手順及び変調周期成分抽出手順)。なお,このステップS3で得られる前記振幅ΔIは,前記試料6における光励起キャリアのライフタイムτの指標値の一例である。
次に,前記計算機16は,予め定められた測定部(測定位置)全てについて,前記振幅ΔIの検出(測定)が終了したか否かを判別する(S4)。
そして,前記計算機16は,全ての測定部についての測定(前記振幅ΔIの検出)が終了したと判別した場合,得られた前記振幅ΔIに基づいて,前記試料6におけるイオン注入量を算出し,その算出結果を前記計算機16の記憶部に記録するとともに,所定の外部装置(例えば,表示装置等)に出力し(S5:イオン注入量導出手順),測定処理を終了させる。
このステップS5において,前記計算機16は,前記振幅ΔI(光励起キャリアの寿命の指標値)とイオン注入量との対応関係が予め設定された情報(以下,指標値・イオン注入量対応情報という)と,ステップS3で得られた前記振幅ΔIの検出値とに基づいて,前記試料6におけるイオン注入量を導出する。
図5に示されるように,前記試料6におけるイオン注入量が多いほど,前記ダメージの程度が大きく光励起キャリアのライフタイムτが短くなるため,イオン注入量の増加に対して前記振幅ΔIが単調減少する。
そこで,前記イオン注入量測定装置X1によりイオン注入量が既知の校正用試料を予め測定することにより,前記振幅ΔIとイオン注入量との対応情報を得ておく。そして,そのようにして得られた情報を,前記指標値・イオン注入量対応情報として予め前記計算機16の記憶部に記憶させておく。
一般に,シリコンデバイスにおけるイオン注入量の管理は,実際のイオン注入量が目標注入量(例えば,図4におけるPo)に対して±10%の許容範囲内に収まっていることが合格基準となる。図4から,前記イオン注入量測定装置X1によれば,十分に実用的な感度でイオン注入量を測定できることがわかる。
次に,本発明の第2実施形態に係るイオン注入量測定装置X2について説明する。
前記イオン注入量測定装置X2は,前記イオン注入量測定装置X1の変形例であり,装置構成の大部分及びイオン注入量の基本的な測定原理は前記イオン注入量測定装置X1のそれと同じである。
以下,図8に示される概略構成図を参照しつつ,前記イオン注入量測定装置X2における前記イオン注入量測定装置X1と異なる部分についてのみ説明する。なお,図8において,前記イオン注入量測定装置X2の構成要素のうち,図1に示される前記イオン注入量測定装置X1の構成要素と同じものについては,それと同じ符号が付されている。
前記イオン注入量測定装置X2における前記イオン注入量測定装置X1と異なる点は,前記励起レーザ光源12及び前記変調器14に替えて励起パルスレーザ光源12’が設けられている点と,前記ロックインアンプ15に替えて信号処理装置15’が設けられている点と,前記発振器13が除かれている点との3点である。
また,前記励起パルスレーザ光原12’から出射された励起光は,前記ミラー8により反射され,前記微小孔3a及び前記導波管アンテナ5の端部の開口を通じて前記試料6の測定部に照射される。このような励起光の照射は,図2に示された測定手順におけるステップS3において行われる。
例えば,前記試料6が,1[μm]の深さでイオン注入がなされたシリコンウェーハである場合,前記励起パルスレーザ光源12’の出力光(励起光)の波長λが,349[nm]であることが考えられる。これにより,前記励起光の前記試料6に対する浸透長は10[nm]となる。
図5に示されたグラフからわかるように,光励起キャリアのライフタイムτが短いほど,光励起キャリアの発生量が少ないため,それに応じて前記反射マイクロ波の強度のピーク値Ipも小さくなる。このように,光励起キャリアのライフタイムτと前記反射マイクロ波の強度のピーク値Ipとに正の相関があることから,前記反射マイクロ波の強度のピーク値Ip(前記信号処理装置15’の検出値)は,光励起キャリアのライフタイムτ(寿命)の指標値の一例となる。
そして,前記イオン注入量測定装置X2における前記計算機16は,その記憶部に記憶されている前記指標値・イオン注入量対応情報と,前記反射マイクロ波の強度のピーク値Ip(ライフタイムτの指標値の検出値)とに基づいて,前記試料6におけるイオン注入量を導出する。このようなイオン注入量算出処理は,図2に示された測定手順におけるステップS5において行われる。
当該イオン注入量測定装置X2は,前記イオン注入量測定装置X1に比べ,電源ノイズ等の影響を受けやすいものの,その他の面では,前記イオン注入量測定装置X1と同様の作用及び効果を奏する。
しかしながら,パルス状の励起光(例えば,パルス幅10ns)を照射した場合,前記反射マイクロ波の強度変化の時定数は1μs以下となる場合がある。こそのような反射マイクロ波の強度変化を監視するためには,前記ミキサ10及びその検出信号を取り込む機器は,10MHz以上の測定周波数帯域での測定が必要となる。
一方,前記イオン注入量測定装置X1,X2では,前述したように,例えば10Hz程度の測定周波数帯域での測定が可能である。
一般に,ノイズは,測定周波数帯域の平方根に比例するので,イオン注入量測定装置X1,X2によれば,パルス状の励起光を用いる場合に比べ,S/N比を1000倍以上((10×106/10)1/2以上)に高めることができる。
そのため,前記イオン注入条件が異なれば,図5に示されるようなイオン注入量と光励起キャリアのライフタイムτの指標値(前記振幅ΔI又は前記ピーク値Ip)との対応関係も異なる。
そこで,前記イオン注入量測定装置X1,X2における前記計算機16が,次の2つの機能を備えていれば好適である。
その1つ目の機能は,前記計算機16が,所定の情報入力装置を備え,その情報入力装置を通じて得られる入力情報に従って前記イオン注入条件を特定するイオン注入条件特定機能である。ここで,前記イオン注入条件は,測定対象とする前記試料6における注入されたイオンの種類,イオン注入時のイオン加速エネルギー,イオン注入角度,前記半導体の種類及びイオン注入時の前記半導体の表面の加工状態(表面荒さ等)のうちの1つ以上の条件を含む。
また,2つ目の機能は,前記計算機16の記憶部等の記憶手段に予め記憶された複数の前記指標値・イオン注入量対応情報の候補の中から,前記イオン注入条件特定機能により特定された前記イオン注入条件に対応するものを選択する指標値・イオン注入量対応情報選択機能である。この機能により選択された情報は,前述したステップS5のイオン注入量算出手順で用いられる前記指標値・イオン注入量対応情報となる。
ここで,複数の前記指標値・イオン注入量対応情報の候補は,それぞれ異なる前記イオン注入条件でイオン注入がなされてイオン注入量が既知である校正用半導体を,前記イオン注入量測定装置X1,X2によって予め測定することにより得られる情報である。
また,前記入力情報は,例えば,前記イオン注入条件そのものを表す情報や,前記計算機16が備える情報表示装置に表示された前記イオン注入条件の選択メニュー画面における選択項目を指定する情報等である。
上記構成を備えたイオン注入量測定装置X1,X2は,イオン注入の条件が異なる様々な種類の試料6のイオン注入量を,高精度で測定することができる。
1 :マイクロ波発振器
2 :サーキュレータ
3 :導波管
3a:微小孔
4 :E−Hチューナ
5 :導波管アンテナ
6 :イオン注入物(試料)
7 :試料ステージ
8 :ミラー
10:ミキサ
11:増幅器
12:励起レーザ光源
12’:励起パルスレーザ光源
13:発振器
14:変調器
15:ロックインアンプ
15’:信号処理装置
16:計算機
17:ステージ制御装置
S1,S2,・・:処理手順(ステップ)
Claims (7)
- 表層にイオン注入がなされた半導体であるイオン注入物におけるイオン注入量の測定を行うイオン注入量測定装置であって,
前記イオン注入物の測定部に対し電磁波を照射する電磁波照射手段と,
前記イオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有する励起光を前記測定部に照射する励起光照射手段と,
前記励起光の照射により変化する,前記イオン注入物からの前記電磁波の反射波の強度を検出する電磁波強度検出手段と,
前記電磁波強度検出手段による検出強度に基づいて前記測定部における光励起キャリアの寿命の指標値を検出する光励起キャリア寿命指標値検出手段と,
前記光励起キャリアの寿命の指標値と前記イオン注入量との対応関係が予め設定された指標値・イオン注入量対応情報と前記光励起キャリア寿命指標値検出手段の検出値とに基づいて前記イオン注入物におけるイオン注入量を導出するイオン注入量導出手段と,
を具備してなることを特徴とするイオン注入量測定装置。 - 前記励起光照射手段が,前記イオン注入物に対する浸透長が前記イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有する励起光を,予め定められた周期で強度変調して前記測定部に照射するものであり,
前記光励起キャリア寿命指標値検出手段が,前記電磁波強度検出手段による検出強度の信号から前記励起光の強度変調に同期した周波数成分の信号の振幅を前記光励起キャリアの寿命の指標値として検出するものである請求項1に記載のイオン注入量測定装置。 - 前記励起光照射手段が,前記イオン注入物に対する浸透長が前記イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く,かつ前記イオン注入物のバンドキャップ以上のエネルギーを有するパルス状の励起光を前記測定部に照射するものであり,
前記光励起キャリア発生指標値検出手段が,前記パルス状の励起光の照射に応じて変化する前記電磁波強度検出手段の検出強度のピーク値を前記光励起キャリアの寿命の指標値として検出するものである請求項1に記載のイオン注入量測定装置。 - 前記励起光照射手段が,前記励起光を,少なくとも1回当たり5ナノ秒間以上継続して前記測定部に照射してなる請求項1〜3のいずれかに記載のイオン注入量測定装置。
- 一端が前記測定部に対向して配置され前記電磁波の伝播経路を形成する導波管アンテナを具備し,
前記電磁波照射手段が,前記導波管アンテナの前記測定部に対向して配置される端部を通じて前記電磁波を前記測定部に放射し,
前記電磁波強度検出手段が,前記導波管アンテナの前記測定部に対向して配置される端部で捕捉された前記電磁波の反射波の強度を検出してなる請求項1〜4のいずれかに記載のイオン注入量測定装置。 - 前記励起光照射手段が,前記電磁波の伝送経路を形成する導波管の管壁に形成された孔及び前記導波管アンテナの前記測定部に対向して配置される端部を通じて前記励起光を前記測定部に照射してなる請求項5に記載のイオン注入量測定装置。
- 所定の情報入力手段を通じて得られる入力情報に従って,注入されたイオンの種類,イオン注入時のイオン加速エネルギー,イオン注入角度,前記半導体の種類及びイオン注入時の前記半導体の表面の加工状態のうちの1つ以上の条件を含むイオン注入条件を特定するイオン注入条件特定手段と,
所定の記憶手段に予め記憶された複数の前記指標値・イオン注入量対応情報の候補の中から,前記イオン注入条件特定手段により特定された前記イオン注入条件に対応するものを,前記イオン注入量導出手段により用いられる前記指標値・イオン注入量対応情報として選択する指標値・イオン注入量対応情報選択手段と,
を具備してなる請求項1〜6のいずれかに記載のイオン注入量測定装置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204490A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Kobe Steel Ltd | イオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法 |
JP2013026443A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Kobe Steel Ltd | イオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法 |
JP2020092212A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 株式会社ディスコ | ドープ量検出方法および板状物の加工方法 |
JP2020092213A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 株式会社ディスコ | ドープ量検出方法および板状物の加工方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05283496A (ja) * | 1992-04-06 | 1993-10-29 | Matsushita Electron Corp | イオン注入量測定方法とその装置 |
JPH10208988A (ja) * | 1997-01-21 | 1998-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体プロセス方法及び半導体プロセス装置 |
-
2008
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05283496A (ja) * | 1992-04-06 | 1993-10-29 | Matsushita Electron Corp | イオン注入量測定方法とその装置 |
JPH10208988A (ja) * | 1997-01-21 | 1998-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体プロセス方法及び半導体プロセス装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6013023842; 牧野貴紀、吉田英朗、市村正也、宇佐見晶: 'イオン注入層を表面にもつSiウェーハの表面再結合状態の非接触評価' 電子情報通信学会技術研究報告. SDM, シリコン材料・デバイス 94(366), 19941124, pp.69-76, 一般社団法人電子情報通信学会 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204490A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Kobe Steel Ltd | イオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法 |
JP2013026443A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Kobe Steel Ltd | イオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法 |
JP2020092212A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 株式会社ディスコ | ドープ量検出方法および板状物の加工方法 |
JP2020092213A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 株式会社ディスコ | ドープ量検出方法および板状物の加工方法 |
JP7285637B2 (ja) | 2018-12-06 | 2023-06-02 | 株式会社ディスコ | 板状物の加工方法 |
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