JPH06275692A - ライフタイムの測定方法及びそれを用いたライフタイム測定装置 - Google Patents

ライフタイムの測定方法及びそれを用いたライフタイム測定装置

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JPH06275692A
JPH06275692A JP4309793A JP4309793A JPH06275692A JP H06275692 A JPH06275692 A JP H06275692A JP 4309793 A JP4309793 A JP 4309793A JP 4309793 A JP4309793 A JP 4309793A JP H06275692 A JPH06275692 A JP H06275692A
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JP
Japan
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measured
substrate
wafer
laser
lifetime
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JP4309793A
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Hiroko Terazono
裕子 寺薗
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、レーザの侵入深さを浅く設定できる
ライフタム測定装置を提供する。 【構成】 ウェハ1に対して斜め(非垂直)方向からレ
ーザ光lを出すレーザ出射部2を設け、キャリヤの状態
をマイクロ波導波管3を用いて検出する。このように、
レーザ光を非垂直に入射させることにより、ウェハ1の
浅い部分を励起することが可能となり、浅い部分の情報
を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェハの結晶
欠陥や金属汚染などの内部欠陥を調べるライフタイムの
測定方法及び測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェハに形成された半導体素子で
は、キャリヤ(電子や正孔)がウェハ内を場所的に移動
して情報の伝達を行なっている。移動するキャリヤにと
って半導体結晶は通路に相当するが、もし結晶構造に欠
陥があったり、重金属汚染などが結晶中に存在するなど
のトラップがある場合、キャリヤはこれらトラップの影
響により目的の場所に到達できずに消滅する。この結
果、情報量が不足して半導体素子の性能は低下する。素
子性能を確保するためには、このようなトラップの少な
いウェハを選択する必要がある。このときの評価指標が
キャリヤの生存時間、即ちライフタイムである。
【0003】このライフタイム測定には、従来レーザ光
をウェハ表面に垂直に入射させることによって、レーザ
光の波長に応じた侵入深さに相当する部分の半導体を光
励起させ、発生した少数キャリヤ(マイノリティキャリ
ア)を検知するという方法(例えばマイクロ波PCD法
や電解液を通して拡散電流を見る方法など)がとられて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなライフタイムの測定では、ウェハ内欠陥の情報はレ
ーザ光の侵入する深さに相当する部分のものとなる。一
般に、He−NeやLD(赤色〜赤外)等がライフタイ
ム測定装置に用いられている。これらのレーザを用いれ
ば装置を小型にできるためである。レーザの入射波長λ
は、吸収係数αと結びつけられるが、対象がシリコン
(Si)である場合、αは、
【0005】
【数1】 α[cm-1]={84.732/λ[μm]−76.417}2 という関係式で表され、その相関は図3に示される。こ
のグラフから判るように、波長が長いほど吸収係数が低
くなるために、下表1に示すように、それに応じて決ま
る侵入距離d(=1/α)は大きくなる。
【0006】
【表1】
【0007】そこで、短波長のレーザ、例えば、KrF
のエキシマレーザ(λ=248[μm])を用いれば、
d=0.14[μm]まで侵入距離を小さくできるが、
このようなレーザは大型であり、装置システムが大掛か
りになる。
【0008】この発明が解決しようとする課題は、レー
ザ光がウェハ表面から浅い深さに侵入してウェハ表面近
傍の情報が得られ、且つシステム全体が小型のライフタ
イム測定装置を得るには、どのような手段を講じればよ
いかという点にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この出願の請求項1記載
に係る発明は、レーザ光を被測定基板に入射させて該被
測定基板中の過剰少数キャリヤのライフタイムを測定す
る方法において、上記レーザ光を被測定基板に対して非
垂直に入射させることを、解決手段としている。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載に係
る発明において、被測定基板に対する上記レーザ光の入
射角度を、測定深さに応じて変えることを、解決手段と
している。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項2記載に係
る発明において、被測定基板を固定し、上記レーザ光の
入射角度を変えることを、解決手段としている。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項2記載に係
る発明において、レーザ光の出射方向を固定し、上記被
測定基板の角度を変えることを、解決手段としている。
【0013】この出願の請求項5記載の発明は、被測定
基板へレーザ光を出射するレーザ光出射部と、該被測定
基板に生じた過剰少数キャリヤの情報を検出する検出部
とを備えるライフタイム測定装置において、上記被測定
基板へのレーザ光の入射角度を非垂直に設定したこと
を、解決手段としている。
【0014】請求項6記載の発明は、請求項5記載に係
る発明において、被測定基板は固定され、レーザ光の入
射角度が変わるようにレーザ光出射部は移動可能である
ことを、解決手段としている。
【0015】請求項7記載の発明は、請求項5記載に係
る発明において、レーザ光出射部は固定され、上記被測
定基板はレーザ光の入射角度が変わるように移動可能で
あることを、解決手段としている。
【0016】
【作用】この出願の請求項1及び5記載に係る発明にお
いては、被測定基板に対してレーザ光を非垂直に入射さ
せるため、垂直入射に比べて被測定基板の浅い部分のラ
イフタイム測定が可能となる。このため、波長が比較的
長いHe−NeやLD(赤色〜赤外)等のレーザを用い
て被測定基板の浅い部分の測定が可能となる。このよう
な種類のレーザを用いれば、装置システムを小型化する
ことが可能となる。
【0017】請求項2〜4及び6,7記載の発明におい
ては、レーザ光が被測定基板に侵入する深さが入射角度
に応じて決定される。このため、測定深さを適宜変更す
ることが可能となる。特に、被測定基板のみをスキャン
させる機構とすれば、小型の装置で被測定基板全面の測
定が可能となる。
【0018】
【実施例】以下、本発明に係るライフタイム測定装置の
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0019】図1は、本発明のライフタイム測定方法を
適用したライフタイム測定装置の説明図である。同図
中、1はシリコンで成るウェハであり、図示しないウェ
ハ保持部に保持されている。このウェハ保持部は、図中
aで示す矢印の方向に復復動作を行ない、且つウェハ全
面をレーザ光でスキャン可能に動作するようになってい
る。このウェハ1に対しレーザ光lは、非垂直方向から
入射するように、レーザ光出射部2を斜め方向に配置し
ている。このレーザには、He−Neを用いている。そ
して、レーザ光が入射するウェハ面に対向する位置に検
出部としてのマイクロ波導波管3が配置されている。本
実施例では、マイクロ波導波管30から出るマイクロ波
mがウェハ1内のキャリヤによって吸収されるため、そ
の反射マイクロ波を検出することにより、キャリヤのラ
イフタイムの測定が可能となる。図中4はサーキュレー
タ、5はブラウン管を示している。
【0020】図2は、ウェハ1に対する入射が垂直のレ
ーザ光l1と入射角度がθ1のレーザ光l2のウェハ1へ
の侵入深さを示す説明図である。なお、レーザ光l1
2は同波長のものである。ウェハ1の上方は、空気も
しくは真空(屈折率n1=1)であり、ウェハ1の屈折
率n2はn1より大きい。l1の場合は、垂直に入射する
ため、侵入深さDは大きい。これに対して、斜めから入
射するため、その侵入深さdpは小さくなる。l2の屈
折角度をθ2とすると、入射角度θ1とは以下の式で関係
づけられる。
【0021】
【数2】n1sinθ1=n2sinθ2 ウェハ1中に進光したレーザ光は上記式に示すように方
向を曲げられる。なお、ウェハ1中に侵入する距離d
は、光の強度が表面での強度の1/l(l:自然対数の
底)になった深さで定義されるものであって、上記した
ように、ウェハ1に対する吸収係数αに応じて決められ
るものである。従って、キャリヤの発生は、侵入深さd
p:
【0022】
【数3】dp=dcosθ2 の部分で起ることになる。そこで、より小さいdを得る
には、入射角度θ1をできる限り大きくとればよい。例
えば、Si(n2=3.4)の場合、θ1=89°で入射
すると、垂直入射の場合の侵入深さにあたるDよりも、
5%小さい侵入深さを得ることができる。さらに、屈折
率の小さいダイヤモンド(n1=2.4)は、最近注目
されている半導体材料であるが、同じ入射角に対し、1
0%小さい侵入深さを得ることができる。また、以上の
ことから、このレーザの斜め入射は、もともと侵入深さ
の大きい長波長のものほどその効果が大きい。そのた
め、従来のライフタム測定装置に用いられている、小型
のレーザをそのまま使用することができるので、装置全
体をコンパクトにおさめることができる。
【0023】なお、本実施例においては、レーザ光出射
部2を図1中破線で示すように、移動可能としたもので
ある。このため、ウェハ1へのレーザ光の入射角度を任
意に変えることができ、これに伴なって図2に示す侵入
深さdpを変えることができる。ウェハ1表面からの測
定深さを適宜設定することが可能となる。
【0024】また、本実施例では、ウェハ1をスキャン
させることにより、ウェハ1全面のライフタムの評価が
可能となる。
【0025】以上、実施例について説明したが本発明
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の設計変更が可能である。
【0026】例えば、上記実施例においては、ライフタ
ム測定装置における検出方法として導波管法として反射
法を適用したが、透過法を用いてもよく、さらには、電
解液を通して拡散電流を見る方法など各種の方法を適用
できる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の請求項1〜7記載の発明によれば、同じ波長のレー
ザを用いても、垂直入射より侵入深さを抑えることがで
きる。そのため、被測定基板のより表面に近い部分での
みキャリヤを発生でき、浅い部分の情報が得られるよう
になる効果がある。
【0028】また、He−NeやLDなどの小型の長波
長レーザを用いても、レーザの侵入深さを抑えることが
でき、装置システムを小型なものにできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す説明図、
【図2】レーザ光の侵入深さを示す説明図、
【図3】シリコンへの入射レーザの波長と吸収係数の関
係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…ウェハ(被測定基板) 2…レーザ光出射部 3…マイクロ波導波管 L…レーザ光
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】図1は、本発明のライフタイム測定方法を
適用したライフタイム測定装置の説明図である。同図
中、1はシリコンで成るウェハであり、図示しないウェ
ハ保持部に保持されている。このウェハ保持部は、図中
aで示す矢印の方向に反復動作を行ない、且つウェハ全
面をレーザ光でスキャン可能に動作するようになってい
る。このウェハ1に対しレーザ光1は、非垂直方向から
入射するように、レーザ光出射部2を斜め方向に配置し
ている。このレーザには、He−Neを用いている。そ
して、レーザ光が入射するウェハ面に対向する位置に検
出部としてのマイクロ波導波管3が配置されている。本
実施例では、マイクロ波導波管から出るマイクロ波m
がウェハ1内のキャリヤによって吸収されるため、その
反射マイクロ波を検出することにより、キャリヤのライ
フタイムの測定が可能となる。図中4はサーキュレー
タ、5はブラウン管を示している。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】図2は、ウェハ1に対する入射が垂直のレ
ーザ光1と入射角度がθのレーザ光1のウェハ1
への侵入深さを示す説明図である。なお、レーザ光
,1は同波長のものである。ウェハ1の上方は、
空気もしくは真空(屈折率n=1)であり、ウェハ1
の屈折率nはnより大きい。1の場合は、垂直に
入射するため、侵入深さDは大きい。これに対して、
の場合は斜めから入射するため、その侵入深さdpは
小さくなる。1の屈折角度をθとすると、入射角度
θとは以下の式で関係づけられる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【数2】nsinθ=nsinθ ウェハ1中に進光したレーザ光は上記式に示すように方
向を曲げられる。なお、ウェハ1中に侵入する距離D及
dは、光の強度が表面での強度の1/:自然対
数の底)になった深さで定義されるものであって、上記
したように、ウェハ1に対する吸収係数αに応じて決め
られるものである。従って、キャリヤの発生は、侵入深
さdp:
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す説明図
【図2】レーザ光の侵入深さを示す説明図
【図3】シリコンへの入射レーザの波長と吸収係数の関
係を示すグラフ。
【符号の説明】 1…ウェハ(被測定基板) 2…レーザ光出射部 3…マイクロ波導波管 …レーザ光

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を被測定基板に入射させて該被
    測定基板中の過剰少数キャリヤのライフタイムを測定す
    る方法において、 上記レーザ光を被測定基板に対して非垂直に入射させる
    ことを特徴とするライフタイムの測定方法。
  2. 【請求項2】 上記被測定基板に対する上記レーザ光の
    入射角度を、測定深さに応じて変える請求項1記載に係
    るライフタイムの測定方法。
  3. 【請求項3】 上記被測定基板を固定し、上記レーザ光
    の入射角度を変える請求項2記載に係るライフタイムの
    測定方法。
  4. 【請求項4】 上記レーザ光の出射方向を固定し、上記
    被測定基板の角度を変える請求項2記載に係るライフタ
    イムの測定方法。
  5. 【請求項5】 被測定基板へレーザ光を出射するレーザ
    光出射部と、該被測定基板に生じた過剰少数キャリヤの
    情報を検出する検出部とを備えるライフタイム測定装置
    において、 上記被測定基板へのレーザ光の入射角度を非垂直に設定
    したことを特徴とするライフタイム測定装置。
  6. 【請求項6】 上記被測定基板は固定され、上記レーザ
    光の入射角度が変わるようにレーザ光出射部は移動可能
    である請求項5記載に係るライフタイム測定装置。
  7. 【請求項7】 上記レーザ光出射部は固定され、上記被
    測定基板はレーザ光の入射角度が変わるように移動可能
    である請求項5記載に係るライフタイム測定装置。
JP4309793A 1993-03-04 1993-03-04 ライフタイムの測定方法及びそれを用いたライフタイム測定装置 Pending JPH06275692A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008051719A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 Kobe Steel Ltd 薄膜半導体の結晶性測定装置及びその方法
JP2013105914A (ja) * 2011-11-14 2013-05-30 Shin Etsu Handotai Co Ltd 気相成長装置の清浄度評価方法

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