JP2850839B2

JP2850839B2 - 結晶の面方位測定方法および結晶の面方位測定装置

Info

Publication number: JP2850839B2
Application number: JP6987996A
Authority: JP
Inventors: 和己菅井; ハバベルガセム; 幸雄森重
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: US20020005952A1; KR970066558A; US6496255B2; KR100214232B1; JPH09257692A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶の面方位測定方
法およびその装置に関し、特にシリコン、ガリウム砒素
などの半導体結晶の面方位測定方法およびその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン、ガリウム砒素、燐化ガリウム
などの半導体結晶は、各種半導体デバイス用基板として
ウェハー状に切り出され、市販されている。これらの結
晶の面方位の測定方法の第１の従来例としては、バルク
結晶の面間隔の情報を得て面方位を測定するＸ線回折法
がある。また、第２の従来例として、特願昭５７−９３
９２１に記載の結晶表面から発生するラマン光の強度
の、結晶面の回転角依存性から結晶方位を求める方法が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
では、大型で高コストのＸ線装置が必要であること、Ｘ
線の安全対策が必要なことなどから、面方位の測定コス
トが高くなるという問題点がある。また、上述した第２
のラマン光強度の回転角依存性から結晶方位を求める方
法では、信号強度が弱いので、高精度の測定ができない
という問題点がある。

【０００４】本発明の課題は上記問題点を克服し、小型
で低コスト、高精度測定が可能となる結晶の面方位を測
定する方法および装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の結晶の面方位測
定方法は、結晶表面に直線偏光された光を照射し、前記
結晶からの反射光の強度を測定し、前記結晶を前記結晶
表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転
を繰り返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性か
ら前記結晶の面方位を求める結晶の面方位の測定方法で
あって、前記結晶の格子を励起して前記反射光の強度を
測定することを特徴とする。

【０００６】また前記格子の励起は光照射又は、加熱又
は超音波によって行うことを特徴とする。

【０００７】また無偏光の基本波により結晶の格子を励
起し、直線偏光された第２高調波を結晶表面に照射し反
射した第２高調波の強度を測定し、前記結晶を前記結晶
表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転
を繰り返し行い、前記第２高調波の強度の回転角度依存
性から前記結晶の面方位を求めることを特徴とする。

【０００８】本発明の結晶の面方位測定装置は、結晶表
面に直線偏光された光を照射し、前記結晶からの反射光
の強度を測定し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の
回りに回転させ、この測定および回転を繰り返し行い、
前記反射光の強度の回転角度依存性から前記結晶の面方
位を求める結晶の面方位の測定装置であって、前記反射
光の強度を測定するときに前記結晶の格子を励起するす
ることを特徴とする。

【０００９】また結晶表面に照射する直線偏光された光
を発生するための光源と、前記結晶の格子を励起する手
段と、前記結晶を載せ回転するステージと、前記結晶表
面からの反射光の強度を測定する受光器と、前記直線偏
光された光の出力と前記ステージの回転角を制御し、前
記受光器の出力をモニターするためのコンピュータから
なることを特徴とする。

【００１０】また前記格子の励起は光照射又は、加熱又
は超音波であることを特徴とする。

【００１１】本発明の結晶の面方位測定方法は、結晶表
面の異なる箇所に直線偏光された光を照射し、前記結晶
からの反射光の強度を各々測定し、前記結晶を前記結晶
表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転
を繰り返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性か
ら前記結晶の面方位を求めることを特徴とする。

【００１２】また前記結晶の一箇所に照射される光の結
晶表面に水平な成分の方向と他の箇所に照射される光の
結晶表面に水平な成分の方向のなす角は前記反射光の強
度の周期によって定められることを特徴とする。

【００１３】結晶の面方位測定装置は、結晶表面の異な
る箇所に直線偏光された光を照射し、前記結晶からの反
射光の強度を各々測定し、前記結晶を前記結晶表面に垂
直な軸の回りに回転させ、この測定および回転を繰り返
し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性から前記結
晶の面方位を求めることを特徴とする。

【００１４】また前記結晶の一箇所に照射される光の結
晶表面に水平な成分の方向と他の箇所に照射される光の
結晶表面に水平な成分の方向のなす角は前記反射光の強
度の周期によって定められることを特徴とする。

【００１５】本発明の結晶の面方位測定方法は、結晶表
面に直線偏光された光を複数回照射し、前記結晶からの
反射光の強度を各々測定し、前記結晶を前記結晶表面に
垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転を繰り
返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性から前記
結晶の面方位を求めることを特徴とする。

【００１６】本発明の結晶の面方位測定装置は、結晶表
面に直線偏光された光を複数回照射し、前記結晶からの
反射光の強度を各々測定し、前記結晶を前記結晶表面に
垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転を繰り
返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性から前記
結晶の面方位を求めることを特徴とする。

【００１７】また直線偏光された光を結晶表面に照射す
る手段と、前記結晶からの反射光を第２高調波と基本波
に分離する手段と、前記結晶表面からの第２高調波の強
度を測定する受光器と、前記基本波を前記結晶表面に照
射するための照射系と、前記結晶を載せ回転するステー
ジと、前記直線偏光された光の出力と前記ステージの回
転角を制御し、前記受光器の出力をモニターするための
コンピュータからなることを特徴とする。

【００１８】本発明の結晶の面方位測定方法は、結晶表
面に直線偏光された光を照射し、前記結晶への照射光お
よび前記結晶からの反射光の強度を測定し、前記結晶を
前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定お
よび回転を繰り返し行い、前記照射光の強度と前記反射
光の強度の比の回転角度依存性から前記結晶の面方位を
求めることを特徴とする。

【００１９】本発明の結晶の面方位測定装置は、結晶表
面に直線偏光された光を照射し、前記結晶への照射光お
よび前記結晶からの反射光の強度を測定し、前記結晶を
前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定お
よび回転を繰り返し行い、前記照射光の強度と前記反射
光の強度の比の回転角度依存性から前記結晶の面方位を
求めることを特徴とする。

【００２０】また、直線偏光された光を結晶表面に照射
する手段と、前記直線偏光された光の強度を測定する受
光器と、前記結晶表面からの反射光の強度を測定する受
光器と、前記結晶を載せ回転するステージと、直線偏光
された光の出力と前記ステージの回転角を制御し、前記
各受光器の出力をモニターするためのコンピュータから
なることを特徴とする。

【００２１】本発明の結晶の面方位測定方法は、直線偏
光された光を分割し、結晶表面で反射した光の位相が半
周期ずれるようにそれぞれの光を結晶表面に照射し、前
記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、こ
の測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度の
回転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを特
徴とする。

【００２２】本発明の結晶の面方位測定装置は、直線偏
光された光を分割し、結晶表面からの反射光の位相が半
周期ずれるようにそれぞれの光を結晶表面に照射し、前
記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、こ
の測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度の
回転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを特
徴とする。

【００２３】本発明の結晶の面方位測定方法は、波長と
偏光方向が等しく直線偏光である２つの光を、前記２つ
の光の進行方向の結晶表面に水平な成分の角度が、結晶
表面に垂直な軸を回転軸とし回転対称の次数ｎに対し
て、（３６０／２ｎ）・（２ｍ＋１），［ｍは整数］に
なるように照射し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸
の回りに回転させ、この測定および回転を繰り返し行
い、前記照射光の強度と前記反射光の強度の比の回転角
度依存性から前記結晶の面方位を求めることを特徴とす
る。

【００２４】本発明の結晶の面方位測定装置は、直線偏
光で波長と偏光方向が等しい２つの光を、前記２つの光
の進行方向の結晶表面に水平な成分の角度が結晶表面に
垂直な軸を回転軸とし回転対称の次数ｎに対して、（３
６０／２ｎ）・（２ｍ＋１），［ｍは整数］になるよう
に照射し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに
回転させ、この測定および回転を繰り返し行い、前記２
つの反射光の強度と回転角度依存性から前記結晶の面方
位を求めることを特徴とする。

【００２５】さらに前記反射光が第２高調波であり、前
記受光器と前記結晶表面の間に第２高調波を分離する分
離器を有することを特徴とする。

【００２６】

【作用】第２高調波の強度の角度依存性から結晶方位を
知る方法について説明する。結晶にある波長の光を照射
すると非線形分極が誘起され、第２高調波といわれる入
射光の波長の１／２の波長の光が放出される。分極の大
きさは結晶内の原子結合の方向によって変化するので、
入射光に直線偏光された光を用いると、放出される光強
度は結晶内の原子配置に対応して変化する。したがっ
て、この強度変化をモニターすることによって、結晶方
位を知ることが可能となる。

【００２７】次に反射光強度の角度依存性から結晶方位
を知る本発明の作用について説明する。紫外域の結晶の
反射率の波長依存性はその結晶のバンド構造を反映した
ピークをもたらす。バンド構造は結晶軸に対して依存性
があるため、このピーク付近では反射率は入射する光の
偏光方向と結晶軸の相対的な角度に依存することにな
る。したがって、結晶の特定の遷移エネルギーに相当す
る光子エネルギーを有する光を結晶に照射し、その反射
率の結晶面内の回転角依存性を調べることによって、結
晶方位を知ることが可能となる。

【００２８】しかし、これら結晶からの反射光は微弱で
あるために、強度変化が十分に測定できない。

【００２９】結晶が室温であるときの格子の運動量は小
さい。格子の運動量が零付近ではバンドギャップの結晶
軸に対する差が小さいので、結晶軸に対する反射率の差
が小さい。このため、反射率を結晶の面内で回転させ、
その回転角依存性を調べても、その依存性は小さく高精
度な測定が困難である。そこで、格子の運動量を大きく
することによって、この差が大きくなる。例えば結晶を
加熱したり、結晶に超音波を照射するなどによって、格
子の運動量を大きくすることが可能となり、高精度な結
晶方位の測定ができる。

【００３０】また結晶への入射光をミラーで反射させ、
多数回結晶に照射することにより、反射光の強度を高め
ることができる。

【００３１】また、入射光と結晶からの反射光の光強度
の比をモニターすることにより入射光の強度変動を無視
することができ、信号とノイズの比（Ｓ／Ｎ比）が向上
し、より高精度の測定が可能となる。

【００３２】この他、Ｓ／Ｎ比の改善としては、回転対
称の次数がｎの結晶に２つのレーザー光を結晶の回転対
称を考慮し、２つのレーザー光の結晶表面に水平な面内
でなす角が（３６０／２ｎ）・（２ｍ＋１），［ｍは整
数］になるように照射すると、それぞれの出力光は回転
の位相がちょうど半周期ずれたことになる。したがって
その差を取ることによって信号強度が２倍になるのと同
様の効果がある。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。

【００３４】図１は本発明の第１の実施の形態における
結晶の面方位測定方法を実施するための測定装置の構成
を示した図である。１はステージ、２は試料、３はレー
ザー装置、６０は非線形光学結晶、６１はプリズム、４
１はミラー、６は分離器、７は受光器、８はコンピュー
タである。図中、ステージ１と試料２はレーザー光照射
位置の断面を示している。

【００３５】以下、第１の実施の形態の結晶の面方位測
定方法について説明する。まず、試料２としてＧｅ（１
１−１）基板をステージ１の上に設置する。波長１０６
４nmのパルス発振Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを発振器に用
い、その出力光を非線形光学結晶６０に入射させ、第２
高調波を発生させ、プリズム６１によって、基本波６２
と第２高調波５に分けられる。このとき基本波６２は無
偏光で、第２高調波５は偏光子によってｐ偏光に偏光さ
れる。

【００３６】プリズム６１を透過した基本波６２はミラ
ー４１で反射され試料２の表面に垂直な方向から照射さ
れる。また第２高調波は試料２の表面からある角度をも
って照射される。試料２からの第２高調波５の反射光は
分離器６を経て妨害光を除去され、受光器７でその強度
が測定され、コンピュータ８に記憶される。

【００３７】次に、ステージの回転角を０．１°回転さ
せ、上記と同様の手順で第２高調波強度を測定する。こ
のサイクルを繰り返し、３６０°の第２高調波光強度を
測定する。このとき第２高調波の偏光方向と＜１１１＞
軸が一致した角度でのみ反射率が高くなる。

【００３８】この現象は以下のように説明できる。図２
はＧｅのバンド構造を示す図（「キッテル固定物理学入
門（上）」、丸善株式会社、ｐ２１１、（１９８２））
である。図２に示すとおり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの基
本波の光子エネルギーはｋ＝０付近のバンドギャップよ
り大きいので、基本波結晶に吸収され、熱運動を経て格
子振動が起こる。パルス発振のレーザーを用いると強い
光を瞬時に結晶に照射できるので、熱拡散によるエネル
ギーの損失が少なく格子の励起が容易である。そこでｐ
偏光した光子エネルギー２．３ｅＶの第２高調波を照射
する。

【００３９】すると第２高調波の光子エネルギーがｋ＝
２Π／ａ（１／２１／２１／２）のバンドギャップ
２ｅＶより高いので、第２高調波の偏光方向と＜１１１
＞軸が一致したときに第２高調波の確率が高くなる。

【００４０】一方、第２高調波の偏光方向と＜１００＞
軸が一致しても、２．３ｅＶの光によって起こる遷移が
ないため、反射率には増加しない。したがって、反射光
強度の回転角依存性をコンピュータで測定し、反射率が
最大値を示す回転角が＜１１１＞軸であることがコンピ
ュータ８により判定できる。

【００４１】本実施の形態では２ｅＶの遷移に着目し
て、そのエネルギー以上の光子エネルギーを持つ光の反
射率について述べたが、これ以外の遷移に着目しても同
様の効果があることは言うまでもない。又、本実施の形
態では、１台のレーザー装置で格子振動を起こし、反射
率を測定する装置を例示したが、２台のレーザーあるい
は光源を用いても同様の効果があることは言うまでもな
い。

【００４２】次に本発明の第２の実施の形態における測
定装置を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に
おける測定装置の構成を示した図である。１はステー
ジ、２は試料、３はレーザー装置、６は分離器、７は受
光器、６３はヒータ、８はコンピュータである。図中、
ステージ１と試料２はレーザー光照射位置の断面を示し
ている。

【００４３】以下、第２の実施の形態における結晶の面
方位測定方法を説明する。ステージにヒータ６３が設け
られており試料２はこのステージ１上に設置される。本
実施の形態では試料２は（０１−１）面を表面とするＧ
ｅを用いている。ステージ１上の試料２はヒータ６３に
より９００度に加熱される。

【００４４】レーザー装置３からｐ偏光された波長６２
０nmのレーザー光４は試料２に照射され、その反射光が
分離器６により妨害光が除かれ、反射光の強度のみが受
光器７で測定されコンピュータ８にその強度が記憶され
る。

【００４５】次に、ステージの回転角を０．１°回転さ
せ、上記と同様の手順で第２高調波強度を測定し結晶面
内で３６０°回転させる。試料２の結晶格子はヒータ６
３に加熱され熱運動により振動しているので上記実施の
形態と同様に第２高調波の偏光方向と＜１１１＞軸が一
致した角度でのみ反射率が高くなる。

【００４６】本実施の形態では波長６２０nmの半導体レ
ーザーを用いる場合を示したが、ランプや他のレーザー
等の光源を用いても同様の効果がある。

【００４７】次に本発明の第３の実施の形態における測
定装置を説明する。図４は本発明の第３の実施の形態に
おける測定装置の構成を示した図である。１はステー
ジ、２は試料、３はレーザー装置、６は分離器、７は受
光器、６４はピエゾ素子、８はコンピュータである。図
中、ステージ１と試料２はレーザー光照射位置の断面を
示している。

【００４８】第３の実施の形態における結晶の面方位測
定方法について説明する。ステージにはピエゾ素子６４
が設けられており試料２はステージ１上に設置される。
本実施の形態では試料２は（０１−１）面を表面とする
Ｇｅを用いている。ステージ１上の試料２はピエゾ素子
６４により超音波が加えられる。

【００４９】レーザー装置３からｐ偏光された波長６２
０のレーザー光４は試料２に照射され、その反射光が分
離器６で妨害光が除かれ、反射光の強度のみが受光器７
で測定されコンピュータ８にその強度が記憶される。

【００５０】次に、ステージの回転角を０．１°回転さ
せ、上記と同様の手順で第２高調波強度を測定する。こ
のサイクルを繰り返し３６０°の第２高調波光強度を測
定する。

【００５１】試料２は測定中ピエゾ素子により超音波が
加えられ結晶格子が熱運動により振動しているので第２
高調波の偏光方向と＜１１１＞軸が一致した角度でのみ
反射率が高くなる。本実施の形態ではピエゾ素子はステ
ージ１に埋め込んでいるが、試料に十分な超音波を供給
できれば特に埋め込む構成でなくともよい。

【００５２】本実施の形態では波長６２０nmの半導体レ
ーザを用いる場合を示したが、ランプや他のレーザ等の
光源を用いても同様の効果がある。

【００５３】上述した３つの実施の形態における測定装
置を用いた測定方法では走査角を０．１°、回転角を３
６０°としたが、反射率が回転角に対してピークを持つ
ように、要求される分解能の範囲で試料の一回の回転角
を任意の範囲で選べばよい。

【００５４】

【実施例】図５は本発明の第４の実施例の測定装置の構
成を示す図である。図中、ステージ１と試料２はレーザ
ー光照射位置の断面を示している。図６は図５の試料付
近の照射系と受光系を上面からみた図である。１はステ
ージ、２は試料、３はレーザー装置、４０はダイクロイ
ックミラー、４５は第１の分離器、４６は第１の受光
器、４７は第２の分離器、４８は第２の受光器、４９は
第３の分離器、５０は第３の受光器、８はコンピュータ
である。

【００５５】第４の実施の形態における結晶の面方位測
定方法を説明する。試料２としてＳｉ（１００）基板を
ステージ１の上に設置する。波長１０６４nmのＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザーを発振器に用い、偏光子によってｐ偏光さ
れた光を放出するレーザー装置３から、基本波のレーザ
ー光４を試料２に照射すると、波長５３２nmの第２高調
波５が鏡面反射方向に発生する。入射レーザー光４と試
料表面のなす角は任意である。

【００５６】第２高調波は入射レーザー光の鏡面反射位
置に放射されるので、ダイクロイックミラーによって入
射レーザー光と分けられ、第２高調波が第１の分離器４
５に入る。第１の分離器４５によってノイズの原因とな
る入射レーザー光などを完全に分離する。分離器４５を
経た第２高調波は第１の受光器４６で電気信号として検
出される。

【００５７】一方、ダイクロイックミラーで分離された
入射レーザー光の結晶表面に水平な面での進行方向は、
元のその進行方向とは９０度方向を変え、再び試料２に
照射され、試料２から発生した第２高調波がダイクロイ
ックミラー４０、第２の分離器４７を経て、第２の受光
器で検出される。さらに、ここで反射された基本波は再
度進行方向を９０度変え、試料２に照射される。この角
度は後述するように結晶表面のＳｉ原子の配置によって
決まる。これによって発生した第２高調波が第３の分離
器４９を経て、第３の受光器５０で検出される。

【００５８】これらの電気信号を加算し、このときのス
テージの基板表面に垂直な軸に対する回転角とともにコ
ンピュータに記憶する。第１の分離器４５としては、フ
ィルター、検光子などを組み合わせて用いればよい。第
１の受光器７としては光電子増倍管、フォトダイオード
などを用いればよい。

【００５９】次に、ステージの回転角を１°回転させ、
上記と同様の手順で第２高調波強度を測定する。このサ
イクルを繰り返し、３６０°の第２高調波光強度を測定
すると、ステージの回転角に対して正弦波が得られる。
この正弦波は、レーザー光の偏光方向がＳｉダイヤモン
ド構造の（１００）面上の各頂点にある原子を結ぶ綾の
方向と一致したとき、最大を示す。したがって、９０°
を１周期として強度変化が起こる。

【００６０】これを用いると、最大強度を示す角度にお
いて、試料面に垂直に投影したレーザー光４の進行方向
が＜００１＞方向を示していることがわかり、結晶方位
が測定できたことになる。さらに、この原子配置が基本
波の進行方向を決定していることは自明である。この測
定中、コンピュータは、ステージの回転角の記憶・制
御、第２高調波強度の記憶およびその回転角依存性から
方位の決定を行う。

【００６１】このとき、コンピュータに分離器の波長制
御による入射レーザー光強度のモニタとその強度の一定
値保持をさせると、信号の安定性が高まり高精度の測定
が可能になることは言うまでもない。

【００６２】さらにこの測定後、ステージ１を最大強度
角に回転させ、分離器と受光器の位置をレーザー光４の
鏡面反射位置からずらした後、レーザー光４の強度を上
げて、レーザー光４とその反射光がつくる面内でレーザ
ー光を走査し、アブレーションを起こさせる。このと
き、レーザー光４の走査方向はＳｉ＜００１＞軸に相当
する。したがって、アブレーションによって形成された
溝は、現在の半導体ウェハーに見られるオリエンテーシ
ョンフラットの代わりとすることができる。

【００６３】本実施例では、Ｓｉ（１００）結晶面での
面方位の測定方法を例示したが、Ｓｉ（１１１）の場合
にも同様に測定できる。ただし、Ｓｉ（１１１）の場合
には、回転角に対する第２高調波の強度は６０°で１周
期を示すので、基本波の各ミラーでの、試料表面に水平
な面内での反射角を６０°にしなければならない。

【００６４】次に本発明の第５の実施の形態の説明を行
う。ここでは簡単のために装置の基本的な構成を図５と
同様な例を用いて説明する。右実施の形態では第５の実
施の形態と試料への照射系が異なる。照射系の上面図を
図７に示す。２は試料、４はレーザー光、５は第２高調
波、４０はダイクロイックミラー、４１はミラーであ
る。

【００６５】第５の実施の形態における結晶の面方位測
定方法を説明する。ステージ１上に設置された試料２に
ｐ偏光されたレーザー光４が照射され、試料２からレー
ザー４の反射光と第２高調波が出てくる。第２高調波５
はダイクロイックミラー４０を透過するが、基本波のレ
ーザー光４は反射され、ミラー４１へと向かう。３枚の
ミラー４１で折り返された基本波のレーザー光は再び試
料２に照射される。このとき、照射方向は１回目の照射
の光線と平行である。これによって発生した第２高調波
だけがダイクロイックミラーを経て分離器に向かうのに
対し、基本波のレーザー光４は以上のようなサイクルを
繰り返し、この中に閉じ込められるので、第２高調波の
発生効率が高くなる。この構成では、ダイクロイックミ
ラー０とミラー４１を用い、入射レーザー光および第２
高調波の位相を整合させている。

【００６６】第２高調波の強度を測定し、コンピュータ
８に回転角と第２高調波強度を記憶する。つづいて第２
のステージ１はコンピュータ制御によって１°回転す
る。この操作を繰り返し、第１の実施例と同様の方法に
より結晶方位を知ることができる。

【００６７】本実施例では１枚のダイクロイックミラー
４０と３枚のミラー４１を使った共振器の例を示した
が、ミラーの枚数を変えて共振器を構成しても同様の効
果があることは言うまでもない。

【００６８】次に本発明の第６の実施の形態の説明を行
う。ここでは簡単のために装置の基本的な構成を図５と
同様な例を用いて説明する。本実施の形態は、照射系と
受光系が異なる。照射系と受光系の上面図を図８に示
す。

【００６９】２は試料、４はレーザー光、４２はハーフ
ミラー、４５は第１の分離器、４６は第１の受光器、４
８は第２の受光器、８はコンピュータである。

【００７０】第６の実施の形態における結晶の面方位測
定方法について説明する。レーザー装置３から出射され
たレーザー光４はハーフミラー４２によって２本のビー
ムに分けられ、そのうちの１本が試料２に照射される。
試料から発生した第２高調波は第１の分離器４５を経て
第１の受光器４６で検出される。ハーフミラー４２で分
けられたもう１本のビームは第２の受光器に入り検出さ
れる。検出されたレーザー光４と第２高調波の信号はコ
ンピュータ８に取り込まれる。第２高調波の信号強度は
レーザー光の強度の２乗に比例するので、これらの光を
同時に検出し、検出された第２高調波の強度を検出され
たレーザー光の強度の２乗で規格化する。これによっ
て、入射レーザー光強度の変動を除去できるので、信号
とノイズの比（Ｓ／Ｎ比）を約１０倍高めることがで
き、高精度な第２高調波の測定が可能となる。

【００７１】以下、ステージを回転させ、その都度上記
の要領で信号を検出し、実施例１のように結晶の面方位
を求めることができる。

【００７２】次に本発明の第７の実施の形態の説明を行
う。ここでは簡単のために装置の基本的な構成を図５と
同様な例を用いて説明する。本実施の形態は、照射系と
受光系が異なる。照射系と受光系の上面図を図９に示
す。

【００７３】２は試料、４はレーザー光、４１はミラ
ー、４２はハーフミラー、４５は第１の分離器、４６は
第１の受光器、４７は第２の分離器、４８は第２の受光
器、８はコンピュータである。

【００７４】第７の実施の形態における結晶の面方位測
定方法について説明する。レーザー装置３から出射され
たレーザー光４はハーフミラー４２で２本のビームに分
けられ、それぞれミラー４１で折り返されて試料２に照
射される。試料２をシリコンとし、その表面の面方位を
（１００）とすると、２本のビームの試料表面に水平な
面に垂直に投影した光軸は、４５度の角度Θで交差す
る。Ｓｉ（１００）面では第２高調波は９０度を１周期
として振動するので、ちょうど半周期ずれたことにな
る。

【００７５】これら２本のビームによって、試料表面か
ら照射レーザー光の進行方向と同じ方向に第１の第２高
調波４３と第２の第２高調波４４が発生する。第１の第
２高調波４３は第１の分離器４５を経て第１の受光器４
６で検出され、同様に第２の第２高調波４４は第２の分
離器４７を経て第２の受光器４８で検出される。検出さ
れた信号はコンピュータ８に取り込まれる。

【００７６】次に、ステージを回転させ、第１の実施例
と同様に測定を繰り返し、各回転角に対する第１の第２
高調波の信号強度と第２の第２高調波の信号強度を（第
１の第２高調波の信号強度−第２の第２高調波信号強
度）として演算する。すると、第１の第２高調波と第２
の第２高調波に含まれる同相のノイズが相殺されるの
で、Ｓ／Ｎ比を約１０倍向上させることが可能となり、
高精度な面方位測定ができる。

【００７７】次に本発明の第８の実施の形態を説明す
る。本実施の形態は第７の実施の形態の変形例であり、
１つのレーザー光を用いた例である。照射系と受光系の
上面図を図１０に示す。

【００７８】２は試料、４はレーザー光、４０はダイク
ロイックミラー、４５は第１の分離器、４６は第１の受
光器、４７は第２の分離器、４８は第２の受光器、８は
コンピュータである。

【００７９】第８の実施の形態における結晶の面方位測
定方法について説明する。レーザー装置３から出射され
たレーザー光４は試料２に照射される。試料２から発生
した第１の第２高調波４３はダイクロイックミラー４０
を透過し、第１の分離器４５を経て第１の受光器４６で
検出される。一方、基本波のレーザー光はダイクロイッ
クミラー４０で反射され、再び試料２に照射される。こ
れによって第２の第２高調波４４が発生し、これは第２
の分離器４７を経て第２の受光器４８で検出される。

【００８０】試料２をシリコンとし、その表面の面方位
を（１００）とすると、最初に試料への照射されるレー
ザー光とダイクロイックミラーで反射された後試料に照
射されるレーザー光の試料表面に水平な面に垂直に投影
した光軸は、４５度の角度Θで交差する。この角度では
上述のように、Ｓｉ（１００）面では第２高調波は９０
度を１周期として振動するので、それぞれの第２高調波
の振幅はちょうど半周期ずれたことになる。検出された
信号はコンピュータ８に取り込まれる。

【００８１】次に、ステージを回転させ、第３の測定方
法の第１の実施例と同様に測定を繰り返し、各回転角に
対する第１の第２高調波の信号強度と第２の第２高調波
の信号強度を（第１の第２高調波の信号強度−α²（第
２の第２高調波信号強度））として演算する。ここで、
αは最初に試料に照射されるときのレーザー光の強度と
ダイクロイックミラーで反射後試料に照射されるときの
レーザー光の強度の比である。この演算によって、２つ
の第２高調波に含まれる同相のノイズが相殺され、Ｓ／
Ｎ比が大幅に改善され、高精度の面方位測定が可能とな
る。

【００８２】上述した二つの実施例において第２高調波
の位相が半周期ずれた出力を同時に得るために、角度Θ
は以下のように決定される。ある結晶の回転対称の次数
をｎとすると、（３６０／２ｎ）・（２ｍ＋１）、ｍは
整数、になる角度が位相をちょうど半周期ずらす。

【００８３】上述した全ての実施例では、第２高調波を
用いた場合を例示したが、レーザー光強度の１乗で規格
化すればラマン光などの場合でも同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。

【００８４】さらに上述した実施の形態では第２高調波
以外に反射光強度の試料回転角度依存性を測定しても同
様の効果があることは言うまでもない。さらにその場
合、レーザー装置を用いなくてもランプなどの光源を用
いても同様の効果がある。

【００８５】また、上述した全ての実施例では走査角を
１°、走査角を３６０°としたが、測定対象の第２高調
波強度の回転角度依存性に応じて、任意に選べばよいこ
とは言うまでもない。また、回転は試料側のみならず、
照射系および受光系を試料に対して相対的に回転させて
も同様の効果がある。

【００８６】さらに、対象とする結晶はＳｉのみならず
ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅなどの結晶でも同様の効果が得
られることはいうまでもない。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、レーザー光あるいはラ
ンプ等を使った簡略な装置構成により、大型で高コスト
のＸ線装置や分光器を用いることなく結晶方位を高精度
で測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における結晶の面方
位測定装置の構成を示した図である。

【図２】Ｇｅのバンド構造を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例の形態における結晶の面
方位測定装置の構成を示した図である。

【図４】本発明の第３の実施例の形態における結晶の面
方位測定装置の構成を示した図である。

【図５】本発明の結晶の面方位測定装置を示した概略図
である。

【図６】本発明の第４の実施例の形態における結晶の面
方位測定装置の構成を示した図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態における結晶の面方
位測定装置の照射系と受光系の構成を示した上面図であ
る。

【図８】本発明の第６の実施の形態における結晶の面方
位測定装置の照射系と受光系の構成を示した上面図であ
る。

【図９】本発明の第７の実施の形態における結晶の面方
位測定装置の照射系と受光系の構成を示した上面図であ
る。

【図１０】本発明の第８の実施の形態における結晶の面
方位測定装置の照射系と受光系の構成を示した上面図で
ある。

【符号の説明】

１ステージ２試料３レーザー装置４レーザー光５第２高調波６分離器７受光器８コンピュータ１１第１のステージ１２第２のステージ２０走査器２１ミラー３０反射光４０ダイクロイックミラー４１ミラー４２ハーフミラー４３第１の第２高調波４４第２の第２高調波４５第１の分離器４６第１の受光器４７第２の分離器４８第２の受光器４９第３の分離器５０第３の受光器６０プリズム６２基本波６３ヒータ６４ピエゾ素子

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−116736（ＪＰ，Ａ) 特開平６−338547（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−210546（ＪＰ，Ａ) 特開平８−330373（ＪＰ，Ａ) 特開平３−285146（ＪＰ，Ａ) 特開平９−113412（ＪＰ，Ａ) 特開平４−198845（ＪＰ，Ａ) 特開平７−297884（ＪＰ，Ａ) 特開平７−266361（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01,21/17 - 21/7 4 G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶表面に直線偏光された光を照射し、前
記結晶からの反射光の強度を測定し、前記結晶を前記結
晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回
転を繰り返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性
から前記結晶の面方位を求める結晶の面方位の測定方法
であって、前記結晶の格子を励起して前記反射光の強度
を測定することを特徴とする結晶の面方位測定方法。
【請求項２】前記格子の励起は光照射又は、加熱又は超
音波によって行うことを特徴とする請求項１の結晶の面
方位測定方法。
【請求項３】基本波により結晶の格子を励起し、直線偏
光された第２高調波を結晶表面に照射し反射した第２高
調波の強度を測定し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な
軸の回りに回転させ、この測定および回転を繰り返し行
い、前記第２高調波の強度の回転角度依存性から前記結
晶の面方位を求めることを特徴とする結晶の面方位測定
方法。
【請求項４】結晶表面に直線偏光された光を照射し、前
記結晶からの反射光の強度を測定し、前記結晶を前記結
晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回
転を繰り返し行い、前記反射光の強度の回転角度依存性
から前記結晶の面方位を求める結晶の面方位の測定装置
であって、前記反射光の強度を測定するときに前記結晶
の格子を励起するすることを特徴とする結晶の面方位測
定装置。
【請求項５】結晶表面に照射する直線偏光された光を発
生するための光源と、前記結晶の格子を励起する手段
と、前記結晶を載せ回転するステージと、前記結晶表面
からの反射光の強度を測定する受光器と、前記直線偏光
された光の出力と前記ステージの回転角を制御し、前記
受光器の出力をモニターするためのコンピュータからな
ることを特徴とする結晶の面方位測定装置。
【請求項６】前記格子の励起は光照射又は、加熱又は超
音波であることを特徴とする請求項４又は５の結晶の面
方位測定装置。
【請求項７】結晶表面の異なる箇所に直線偏光された光
を照射し、前記結晶からの反射光の強度を各々測定し、
前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、
この測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度
の回転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを
特徴とする結晶の面方位測定方法。
【請求項８】前記結晶の一箇所に照射される光の結晶表
面に水平な成分の方向と他の箇所に照射される光の結晶
表面に水平な成分の方向のなす角は前記反射光の強度の
周期によって定められることを特徴とする請求項７記載
の結晶の面方位測定方法。
【請求項９】結晶表面の異なる箇所に直線偏光された光
を照射し、前記結晶からの反射光の強度を各々測定し、
前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、
この測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度
の回転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを
特徴とする結晶の面方位測定装置。
【請求項１０】前記結晶の一箇所に照射される光の結晶
表面に水平な成分の方向と他の箇所に照射される光の結
晶表面に水平な成分の方向のなす角は前記反射光の強度
の周期によって定められることを特徴とする請求項９記
載の結晶の面方位測定装置。
【請求項１１】結晶表面に直線偏光された光を複数回照
射し、前記結晶からの反射光の強度を各々測定し、前記
結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この
測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度の回
転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを特徴
とする結晶の面方位測定方法。
【請求項１２】結晶表面に直線偏光された光を複数回照
射し、前記結晶からの反射光の強度を各々測定し、前記
結晶を前記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この
測定および回転を繰り返し行い、前記反射光の強度の回
転角度依存性から前記結晶の面方位を求めることを特徴
とする結晶の面方位測定装置。
【請求項１３】直線偏光された光を結晶表面に照射する
手段と、前記結晶からの反射光を第２高調波と基本波に
分離する手段と、前記結晶表面からの第２高調波の強度
を測定する受光器と、前記基本波を前記結晶表面に照射
するための照射系と、前記結晶を載せ回転するステージ
と、前記直線偏光された光の出力と前記ステージの回転
角を制御し、前記受光器の出力をモニターするためのコ
ンピュータからなることを特徴とする結晶の面方位測定
装置。
【請求項１４】直線偏光された光を分割し、結晶表面で
反射した光の位相が半周期ずれるようにそれぞれの光を
結晶表面に照射し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸
の回りに回転させ、この測定および回転を繰り返し行
い、前記反射光の強度の回転角度依存性から前記結晶の
面方位を求めることを特徴とする結晶の面方位測定方
法。
【請求項１５】直線偏光された光を分割し、結晶表面か
らの反射光の位相が半周期ずれるようにそれぞれの光を
結晶表面に照射し、前記結晶を前記結晶表面に垂直な軸
の回りに回転させ、この測定および回転を繰り返し行
い、前記反射光の強度の回転角度依存性から前記結晶の
面方位を求めることを特徴とする結晶の面方位測定装
置。
【請求項１６】波長と偏光方向が等しく直線偏光である
２つの光を、前記２つの光の進行方向の結晶表面に水平
な成分の角度が、結晶表面に垂直な軸を回転軸とし回転
対称の次数ｎに対して、（３６０／２ｎ）・（２ｍ＋
１），［ｍは整数］になるように照射し、前記結晶を前
記結晶表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定およ
び回転を繰り返し行い、前記照射光の強度と前記反射光
の強度の比の回転角度依存性から前記結晶の面方位を求
めることを特徴とする結晶の面方位測定方法。
【請求項１７】直線偏光で波長と偏光方向が等しい２つ
の光を、前記２つの光の進行方向の結晶表面に水平な成
分の角度が結晶表面に垂直な軸を回転軸とし回転対称の
次数ｎに対して、（３６０／２ｎ）・（２ｍ＋１），
［ｍは整数］になるように照射し、前記結晶を前記結晶
表面に垂直な軸の回りに回転させ、この測定および回転
を繰り返し行い、前記２つの反射光の強度と回転角度依
存性から前記結晶の面方位を求めることを特徴とする結
晶の面方位測定装置。
【請求項１８】前記反射光が第２高調波であり、前記受
光器と前記結晶表面の間に第２高調波を分離する分離器
を有することを特徴とする請求項４又は５又は６又は９
又は１０又は１２又は１５又は１７記載の結晶の面方位
測定装置。