JPH05273131A - ルミネッセンス測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光センサの光電変換効率の時間的変化による
ルミネッセンス信号強度の誤差及び半導体試料と励起光
とのなす角度によっておこるルミネッセンス信号の空間
的変動を除去することにより半導体品質（結晶性）検査
の信頼性を向上させる。 【構成】 試料台１上にSi半導体基板２を設置し、Si半
導体基板２の近傍位置の試料台１上にSi半導体基板２と
同程度の厚さで、ある一定の表面粗さの反射板3a,3b …
3fを設置する。励起光を照射し、反射板3a,3b …3fから
の散乱光及びSi半導体基板２から発生するルミネッセン
スを光センサによって検出する。検出したルミネッセン
ス信号強度によりSi半導体基板２の結晶性欠陥検査を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体の品質（結
晶性）を検査するルミネッセンス測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体に対してその半導体のエネルギー
ギャップよりも大きなエネルギーを持つ励起光を照射し
た場合、前記半導体から、その半導体固有のルミネッセ
ンスが発生する。このルミネッセンスの強度は半導体の
品質（結晶性）に依存することが知られている（信学技
報，Vol.78, No.254, p53, 1978)。このため半導体の品
質 (結晶性) を検査する際にルミネッセンス測定方法が
一般的に利用されてきた。

【０００３】図５は、一般的なルミネッセンス測定装置
の概略図である。図５において５はArレーザ光を出射す
るArレーザ光源であり、２は測定対象の半導体試料であ
る。Arレーザ光の出射側にはArレーザ光を反射させるミ
ラー６、Arレーザ光を半導体試料２上に所望のスポット
径で集光させるレンズ７が設けられており、半導体試料
２にArレーザ光を照射するとルミネッセンスが発生す
る。ルミネッセンス発生側には、レンズ８、分光器９及
び光センサ10がこの順に設けられている。レンズ８は発
生したルミネッセンスを分光器９に集光し、分光器９は
集光されたルミネッセンスを波長に応じて分光し、分光
したルミネッセンスを光センサ10へ出力し、光センサ10
は該ルミネッセンスを電気信号に変換しルミネッセンス
信号として出力する。

【０００４】次にルミネッセンス測定の具体的な動作に
ついて説明する。Arレーザ光源５からArレーザ光（波長
514.5nm,ビーム径１mm) が出射され、そのArレーザ光が
ミラー６で反射され、レンズ７でSi半導体基板（６イン
チ径）からなる半導体試料２の一部分に集光され照射さ
れることによって半導体試料２からルミネッセンスが発
生する。発生したルミネッセンスはレンズ８によって分
光器９に集光され、集光された波長1.10〜1.15μm のル
ミネッセンスが分光器９によって分光され、光センサ10
からルミネッセンス信号が出力される。

【０００５】次に半導体試料２を２〜４mm移動させなが
ら順次ルミネッセンス信号を検知し、ルミネッセンス信
号強度マッピングを行い、半導体試料２の品質（結晶
性）を評価する。つまり、ルミネッセンス信号強度にお
いて小さい部分があれば、その部分に結晶欠陥があると
判断し、半導体試料２は不良品であると判断する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のルミネ
ッセンス測定方法を実施するに際して下記のような問題
があった。図６は従来方法を実施し、Arレーザ光をSi半
導体基板の下側から上側に向かって順次照射して得られ
た無欠陥で結晶性が良いSi半導体基板のルミネッセンス
信号強度分布を示す図である。図６において、ハッチン
グの密度によりルミネッセンスの強度の相違を示してお
り、低密度の部分はルミネッセンス信号強度が小さい部
分であり、高密度の部分はルミネッセンス信号強度が大
きい部分を示している。図６(a) は時間経過と共にルミ
ネッセンス信号強度が変化している例である。図６(a)
においてSi半導体基板の下側から上側に向かうにつれて
ルミネッセンス信号強度が強くなっている。この図から
ルミネッセンス信号強度がSi半導体基板の品質に関係な
く時間経過と共に変化していることがわかり、その原因
は光センサの光電変換効率が時間経過によって変化する
からである。

【０００７】また図６(b) はSi半導体基板の傾斜によっ
てルミネッセンス信号強度が変化していることを示す例
である。この図からルミネッセンス信号強度がSi半導体
基板の品質に関係なく一定方向に変化していることがわ
かり実験的にルミネッセンス信号強度が変化する原因を
調べた。その結果、Arレーザ光源５からレンズ７等の光
学系を経て、Si半導体基板２にに照射されるArレーザ光
は1.10〜1.15μm 帯にもスペクトル成分が含まれ、その
成分がSi半導体基板２上で乱反射し散乱光として半導体
固有のルミネッセンスに重畳していること、該散乱光を
光センサ10を用いて検出した散乱光信号強度は、Si半導
体基板２とArレーザ光とのなす角度で変化するのでルミ
ネッセンス信号強度も変化することが明らかになった。

【０００８】以上のことより、従来方法でのSi半導体基
板の品質（結晶性）検査結果は信頼性に欠けていること
がわかる。本発明はかかる事情に鑑みなされたものであ
って、その目的とするところは光センサの光電変換効率
の経時変化によるルミネッセンス信号強度の誤差及び半
導体試料と励起光とのなす角度の未調整によっておこる
ルミネッセンス信号の空間的変動を除去することにより
正確にルミネッセンス信号を測定でき、半導体品質（結
晶性）検査の信頼性を向上することが可能なルミネッセ
ンス測定方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るルミネ
ッセンス測定方法は、半導体のバンドギャップより大き
なエネルギーを含む励起光を前記半導体に照射し、前記
半導体から発生するルミネッセンスを光センサによりル
ミネッセンス信号として測定するルミネッセンス測定方
法において、前記半導体を試料台上に載置し、前記半導
体と同程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記
半導体近傍位置の前記試料台上又は、前記半導体上に１
個以上設置し、励起光を前記反射板に照射することによ
って発生する前記反射板からの散乱光を光センサにより
散乱光信号として測定し、前記ルミネッセンス信号を前
記散乱光信号で補正することを特徴とする。

【００１０】第２の発明に係るルミネッセンス測定方法
は、半導体のバンドギャップより大きなエネルギーを含
む励起光を前記半導体に照射し、前記半導体から発生す
るルミネッセンスを光センサによりルミネッセンス信号
として測定するルミネッセンス測定方法において、前記
半導体を試料台上に載置し、前記半導体と同程度の厚
さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記半導体近傍位置
の前記試料台上又は、前記半導体上の複数箇所に設置
し、励起光を前記反射板に照射することによって発生す
る前記各反射板からの散乱光を光センサにより散乱光信
号として測定し、各散乱光信号の測定値に基づいて前記
半導体に照射する励起光に対する前記半導体の傾斜角を
補正することを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１の本発明に係るルミネッセンス測定方法
は、測定対象の半導体を試料台上に載置し、前記半導体
と同程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記半
導体近傍位置の前記試料台上又は、前記半導体試料上に
設置し励起光を照射し、設置された反射板からの散乱光
と半導体からのルミネッセンスとを同時に光センサを用
いて夫々散乱光信号強度、ルミネッセンス信号強度を測
定することにより散乱光信号強度の時間経過による変化
をもとにルミネッセンス信号強度を補正するので時間的
に変化する光センサの光電変換効率によるルミネッセン
ス信号強度の誤差を除去することが可能となる。

【００１２】第２の本発明に係るルミネッセンス測定方
法は、測定対象の半導体を試料台上に載置し、前記半導
体と同程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記
半導体近傍位置の前記試料台上又は、前記半導体上の複
数箇所に設置し、励起光を照射することによって各反射
板からの散乱光信号を検出する。このとき一般に散乱光
信号強度はある特定波長帯では表面粗さのみに依存し、
一定となる。しかし、励起光の焦点と半導体のルミネッ
センス発生点とが一致していない場合は、半導体に対す
る励起光の角度とルミネッセンスの角度とが相異してい
るので散乱光信号強度は一定にならない。従って、各反
射板からの散乱光信号強度が一定となるように試料台の
傾斜を補正することによりルミネッセンス信号の空間的
変動量を除去することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は本発明に係るルミネッセン
ス測定方法に使用する測定装置の一部の構成を示す模式
図であり、図中１は試料台を示し鏡面加工されている。
実際にルミネッセンスを測定する際に使用する他の装置
については図５と同一の装置を使用するので説明は省略
する。

【００１４】試料台１上には、Si半導体基板２が載置さ
れており、Si半導体基板２の大きさは６インチ径であ
る。Si半導体基板２の近傍位置の試料台１上に反射板3
a,3b …3fが設置されている。反射板3a,3b …3fはSi半
導体基板２と同程度の厚さで、10×10mm程度の大きさの
Al板である。また、反射板3a,3b …3fの表面粗さは6-S
ないし3-S であり、それらの反射板は同一の粗さになる
ように同時に加工されている。

【００１５】次に具体的な動作について説明する。まず
試料台１上にSi半導体基板２を載置し、図１に示すよう
に反射板3a,3b …3fをSi半導体基板２の近傍位置の試料
台１上に設置する。次に試料台１を移動させて反射板3
a,3b …3fとArレーザ光を照射させ各反射板からの散乱
光のうち分光器９を通して1.10〜1.15μm 帯域の成分の
散乱光信号強度4a,4b …4fを光センサ10で検知する。図
２は反射板の設置場所の相違による各反射板からの散乱
光信号強度の相違を示した図である。図２において縦軸
は散乱光信号強度、横軸は各反射板の設置場所を示して
いる。一般に散乱光信号強度は一定となるが、図２にお
いては散乱光信号強度は一定となっていない。図２のよ
うな結果が得られたときの試料台１とArレーザ光との位
置関係を図３に示す。

【００１６】図３(a) は図１における反射板3a,3b にAr
レーザ光を照射した場合、図３(b)は図３(a) の試料台
１を垂直下方向へ移動させて図１における反射板3e,3f
にArレーザ光を照射した場合のものである。試料台１が
適切な角度に設置されていれば、Arレーザ光の焦点と反
射板からの散乱光発生点とは一致し、Arレーザ光の入射
角と反射板からの散乱光の出射角が等しくなるので、何
れの位置にある反射板においても各反射板からの散乱光
信号強度は等しくなる。

【００１７】図２の場合、Arレーザ光の焦点と散乱光の
発生点とは一致せず、反射板3a,3bでは散乱光信号は小
さく、反射板3e,3f では散乱光信号は大きくなる。この
ような結果から試料台１は適切な角度に設置されておら
ず、Arレーザ焦点と散乱光の発生点間の距離は反射板3
a,3b の設置場所から3c,3d そして3e,3f の設置場所に
進むにつれてずれていることが明らかになり散乱光信号
強度4a,4b …4fが等しくなるように試料台１の傾斜を微
調整する。

【００１８】Si半導体基板２表面が試料台１に平行であ
る場合、試料台１上に反射板3a,3b…3fを設置すること
により、Si半導体基板２の全領域でのSi半導体基板２表
面又はSi半導体基板２裏面での励起光散乱によって生じ
る散乱光信号を一定にすることが可能となり、正確なル
ミネッセンス信号を検知できる。また、Si半導体基板２
と試料台１とが平行でない場合には、Si半導体基板２上
に反射板を設置すれば同等な効果が得られる。

【００１９】試料台１全体又は一部領域が同一の表面粗
さに加工されていれば、その領域から反射板と同様に励
起光に対して等しい散乱光信号を得ることができる。従
って、それらの領域は反射板とみなすことができる。こ
のような場合には反射板を設置しなくても試料台１上で
複数箇所の位置において同様の方法で散乱光信号を検知
すれば試料台１を適切な角度に補正することが可能とな
る。

【００２０】次に、反射板3a,3b …3fを含めてSi半導体
基板２表面にArレーザ光を走査しながら照射し、反射板
3a,3b …3fからの散乱光信号強度とSi半導体基板２各領
域からのルミネッセンス信号強度とを検知する。６イン
チ系のSi半導体基板２を検査する場合、検査時間は３〜
４時間にも及び光センサ10の光電変換効率が時間の経過
とともに変化する。このとき、反射板3aから3bへ走査し
た場合の反射板3a,3bからの散乱光信号強度4a′, 4b′
及びSi半導体基板２からのルミネッセンス信号強度を図
４(a) に示す。散乱光信号強度4a′, 4b′が等しくなる
ように、つまり反射板3aから3bまでの走査点ごとに検出
される散乱光信号の散乱光信号強度を補正すると共に、
併せてSi半導体基板２からのルミネッセンス信号強度を
補正する。補正した結果を図４(b) に示す。図において
4a″, 4b″は反射板3aから3bへ走査したときの反射板3
a,3b からの補正後の散乱光信号強度を示す。

【００２１】図４(a),(b) の結果より、補正前には検出
できなかった欠陥が、補正後には正確に検出できる。な
お、反射板をSi半導体基板２上に設置する場合にも光セ
ンサ10の光電変換効率の経時変化によるルミネッセンス
信号強度の誤差を同様に除去できる。

【００２２】

【発明の効果】以上の如く本発明方法においては、測定
対象の半導体と同程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反
射板を半導体の近傍位置の試料台上又は、半導体上に設
置し、設置した各反射板からの散乱光を検知することに
よって時間的に変化する光センサの光電変換率によって
生じるルミネッセンス信号強度の誤差及び半導体と励起
光とのなす角度によっておこるルミネッセンス信号の空
間的変動を除去することにより正確にルミネッセンス信
号を測定でき、半導体の品質 (結晶性) 検査の信頼性を
向上することができる等本発明は優れた効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るルミネッセンス測定方法に使用す
る測定装置の一部の構成を示す模式図である。

【図２】反射板の設置場所の相違による各反射板からの
散乱光信号強度の相違を示したグラフである。

【図３】試料台とArレーザ光との位置関係を示す図であ
る。

【図４】本発明方法を実施して得られた反射板からの散
乱光信号強度とSi半導体基板からのルミネッセンス信号
強度とを示す図である。

【図５】一般的なルミネッセンス測定装置の概略図であ
る。

【図６】従来の測定方法を実施して得られたSi半導体基
板のルミネッセンス信号強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 試料台 ２ 半導体試料（Si半導体基板） 3a〜3f 反射板 4a〜4f 反射板からの散乱光信号強度 4a′, 4b′ 反射板3a,3b からの散乱光信号強度 4a″, 4b″ 補正後の反射板3a,3b からの散乱光信号強
度 ５ Arレーザ光源 ６ ミラー ７，８ レンズ ９ 分光器 10 光センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体のバンドギャップより大きなエネ
   ルギーを含む励起光を前記半導体に照射し、前記半導体
   から発生するルミネッセンスを光センサによりルミネッ
   センス信号として測定するルミネッセンス測定方法にお
   いて、前記半導体を試料台上に載置し、前記半導体と同
   程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記半導体
   近傍位置の前記試料台上又は、前記半導体上に１個以上
   設置し、励起光を前記反射板に照射することによって発
   生する前記反射板からの散乱光を光センサにより散乱光
   信号として測定し、前記ルミネッセンス信号を前記散乱
   光信号で補正することを特徴とするルミネッセンス測定
   方法。
2. 【請求項２】 半導体のバンドギャップより大きなエネ
   ルギーを含む励起光を前記半導体に照射し、前記半導体
   から発生するルミネッセンスを光センサによりルミネッ
   センス信号として測定するルミネッセンス測定方法にお
   いて、前記半導体を試料台上に載置し、前記半導体と同
   程度の厚さ、ある一定の表面粗さの反射板を前記半導体
   近傍位置の前記試料台上又は、前記半導体上の複数箇所
   に設置し、励起光を前記反射板に照射することによって
   発生する前記各反射板からの散乱光を光センサにより散
   乱光信号として測定し、各散乱光信号の測定値に基づい
   て前記半導体に照射する励起光に対する前記半導体の傾
   斜角を補正することを特徴とするルミネッセンス測定方
   法。