JP5667382B2 - 半導体基材の状態測定方法及び状態測定装置 - Google Patents
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Description
陰極への負電圧を変化させることで、高エネルギー電子のエネルギー状態を定量的に制御することができる。従って、高エネルギー電子が半導体基材に侵入する深さを制御でき、結晶欠陥の深さ方向分布を測定することができる。
まず、半導体基材Aのエッチング処理を説明する。プラズマエッチング装置10では、チャンバ11内に、ガス導入ポートを通じて、プラズマを発生させるためのアルゴン等の希ガスがエッチングガスとして導入される。この状態で、高周波電源16によって、高周波コイル15に13.56MHzの高周波の電圧が印加されると、チャンバ11内にプラズマが発生する。図1において、破線で囲まれる領域Rには、プラズマが発生しており、以下では、この破線Rで囲まれる領域をプラズマ発生領域Rという。このようにして、プラズマが発生することにより、半導体基材Aにエッチング処理が施される。また、図示しない真空ポンプにより、プラズマ中の分子、エッチング生成物等が排気される。
次に、上記プラズマエッチング装置10の開発にあたって、本発明者らが行った検証について図2〜5を参照して説明する。本検証では、プラズマ環境下で高エネルギー電子の衝突による半導体基材の発光態様が実際に測定できるか否かを検証した。また、半導体基材の発光態様を測定するのに適した陰極21への印加電圧値を検証した。
次に、半導体基材の結晶状態を測定する他の技術と、本実施形態のプラズマエッチング装置10との比較を行う。半導体基材の状態を測定する装置としては、従来技術に例示した走査型電子顕微鏡を用いた方法の他に、XPS(X−ray photoelectron spectroscopy)、エリプソメータを用いた方法、DLTS(DeepLevel Transient Spectroscopy)及びDLOS(Deep Level Optical Spectroscopy)等が挙げられる。
また、XPSは、試料にX線を照射することによって生じる光エネルギーを測定することにより、試料を構成する原子の内殻電子の状態を測定するものであり、半導体基材の結晶欠陥の測定には適用しにくい。また、XPSは、高真空環境でないと試料の測定を行うことができない。したがって、XPSでは、半導体基材の結晶状態を測定することが難しいとともに、プラズマ環境下で試料の状態を測定することができない。
(1)本実施形態のプラズマエッチング装置10では、プラズマが発生するチャンバ11内に、基材ホルダー電極20と陰極21とが配置される。そして、基材ホルダー電極20には、半導体基材Aを保持させるとともに、陰極21には高圧パルス電源22によって負の高電圧を印加して、高エネルギー電子e2を発生させる。これにより、高エネルギー電子e2の衝突により半導体基材Bの発光態様を分光計23によって測定することにより、半導体基材Bの結晶状態を測定することができる。
上記実施形態は、以下のように適宜変形してもよい。
・上記実施形態のプラズマエッチング装置10は、検出部26によって検出した半導体基材Aの結晶欠陥の相対量を表示部27により表示するようにしている。しかしながら、プラズマエッチング装置は、表示部を備えない構成であってもよい。この場合、検出部が検出した基材表面の結晶欠陥の結晶状態に応じて、高周波電源16による高周波コイル15の電圧の印加の継続及び停止を制御することで、半導体基材の表面の結晶欠陥の相対量を所望の許容値に抑えるようにしてもよい。
Claims (4)
- プラズマ発生手段によってチャンバ内にプラズマを発生させ、
前記チャンバ内に配置された陰極に負電圧を印加し、
前記チャンバ内に配置された基材ホルダー電極により保持された半導体基材における前記陰極から発生する電子の衝突による発光態様に基づいて、前記半導体基材における電子のエネルギー分布状態を測定し、
前記半導体基材の発光態様に応じて、前記半導体基材の結晶欠陥の相対量を検出する
ことを特徴とする半導体基材の状態測定方法。 - 前記半導体基材のバンドギャップに対応した波長、及び前記半導体基材のバンドギャップに対応した波長よりも長い波長の少なくとも一方に応じて、前記結晶欠陥の相対量を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基材の状態測定方法。 - 前記陰極に印加する負電圧の大きさを制御することにより、前記半導体基材の結晶欠陥の検出深さを制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体基材の状態測定方法。 - チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内で半導体基材を保持する基材ホルダー電極と、
前記チャンバ内において前記基材ホルダー電極に対応して配置される陰極と、
前記陰極に負電圧を印加する電源と、
前記陰極から発生する電子の衝突による前記半導体基材の発光態様に基づいて、前記半導体基材における電子のエネルギー分布状態を測定する測定手段と、
前記半導体基材の発光態様に応じて、前記半導体基材の結晶欠陥の相対量を検出する検出部とを備える
ことを特徴とする半導体基材の状態測定装置。
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