JPH07201941A - 半導体の特性測定方法 - Google Patents

半導体の特性測定方法

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JPH07201941A
JPH07201941A JP34985793A JP34985793A JPH07201941A JP H07201941 A JPH07201941 A JP H07201941A JP 34985793 A JP34985793 A JP 34985793A JP 34985793 A JP34985793 A JP 34985793A JP H07201941 A JPH07201941 A JP H07201941A
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JP
Japan
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internal strain
semiconductor wafer
wafer
refraction
index
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP34985793A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Shiraki
弘幸 白木
Yasuyoshi Tomiyama
能省 富山
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェーハの内部歪とその内部歪の分布
を正確に求めることができる半導体の特性測定方法を提
供する。 【構成】 内部歪を有する半導体ウェーハの屈折率を求
める。この屈折率と内部歪のない半導体ウェーハの屈折
率との差から半導体ウェーハの内部歪を算出する。この
とき、内部歪は正確に求められている。この正確に求め
られた半導体ウェーハの内部歪は、結晶性の向上した半
導体ウェーハの製造に利用することができる。例えば、
内部歪の無い半導体ウェーハの製造に利用することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内部歪の無いシリコ
ンウェーハやガリウムひ素ウェーハ等の半導体ウェーハ
を製造するための半導体の特性測定方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体ウェーハの内部歪を測定す
る方法として、光弾性効果を利用したものが知られてい
る。この方法は、以下の通りである。まず、ウェーハに
内部歪(非等方的歪)が存在する場合、そのウェーハに
光線を入射させると、入射光線が常光線および異常光線
に分かれて出射される。これは、歪によって生じた屈折
率変化のためである。この常光線および異常光線には位
相差が生じる。この位相差は直線偏光または円偏光を用
いることによって、その透過光強度として検出される。
この位相差によって生じる透過光強度の分布が内部歪分
布に対応したものとなって現れる。これを利用して、半
導体ウェーハの内部歪は測定されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法には以下の課題があった。すなわち、半導体ウェー
ハの固有欠陥によって偏光成分が吸収される。このた
め、半導体ウェーハの内部歪分布を正確には求めること
ができなかった。例えば、GaAsウェーハに、波長1
μm程度の赤外光を入射させる。するとGaAsウェー
ハの固有欠陥EL2によって、赤外光の偏光成分が吸収
される。このため、透過光強度が低下する。すなわち、
光弾性効果によって生じた位相差に基づく透過光分布
は、固有欠陥EL2の光吸収によって、変調を受ける。
この変調のため、GaAsウェーハの内部歪分布は正確
さを欠いていた。
【0004】
【発明の目的】そこで、本発明は、半導体ウェーハの内
部歪を正確に求めることができる半導体の特性測定方法
を提供することを、その目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載した発明
に係る半導体の特性測定方法は、内部歪を有する半導体
ウェーハの屈折率を求め、この屈折率と内部歪のない上
記半導体ウェーハの屈折率との差から上記半導体ウェー
ハの内部歪を算出するものである。
【0006】また、請求項2に記載の発明に係る半導体
の特性測定方法は、上記半導体ウェーハの複数箇所にお
いて請求項1に記載した半導体の特性測定方法を繰り返
すものである。
【0007】
【作用】請求項1の発明に係る半導体の特性測定方法に
よれば、内部歪を有する半導体ウェーハの屈折率を求め
る。この屈折率と内部歪のない半導体ウェーハの屈折率
との差から半導体ウェーハの内部歪を算出する。この結
果、内部歪は正確に求められる。この正確に求められた
半導体ウェーハの内部歪は、結晶性の向上した半導体ウ
ェーハの製造に利用することができる。例えば、内部歪
の無い半導体ウェーハの製造に利用することができる。
【0008】また、請求項2の発明に係る半導体の特性
測定方法によれば、半導体ウェーハの複数の点におい
て、半導体の特性測定方法が繰り返される。この結果、
半導体ウェーハの内部歪の分布を正確に測定することが
できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る半導体の特性測定方法の
実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実
施例に係る半導体の特性測定方法を実施するための赤外
分光強度測定装置を示す概略図である。
【0010】この実施例に係る赤外分光強度測定装置
は、図1に示すように、光源1と、ピンホール2と、レ
ンズ3と、分光器4と、偏光ビームスプリッタ5と、ア
パーチャ6とを有して構成されている。偏光ビームスプ
リッタ5は、分光器4で単色化された赤外光をs偏光成
分(電気ベクトルの振動面が入射面に垂直な偏光)とp
偏光成分(電気ベクトルの振動面が入射面に平行な偏
光)とに分離するものである。これらの光源1〜アパー
チャ6により赤外光の光路が形成されている。そして、
この光路には赤外光透過型の試料ホルダ7および赤外光
検出器8が配置されている。この試料ホルダ7は、ステ
ージ9により、任意の位置へ移動可能に設けられてい
る。試料ホルダ7にはGaAsウェーハが搭載される。
【0011】そして、この光路にあって上記試料ホルダ
7と赤外光検出器8との間には積分球11が介設されて
いる。すなわち、GaAsウェーハを透過した赤外光は
入射窓より積分球11に入射するように構成されてお
り、この赤外光は積分球11の内壁で拡散反射を繰り返
して、測光窓を通って積分球11の外部に出ることとな
る。この出力光を赤外光検出器8によって検出するもの
である。
【0012】コンピュータ10は、上記分光器4および
ステージ9をそれぞれ制御するとともに、赤外光検出器
8からの透過光強度信号を取り込み、そのGaAsウェ
ーハについての吸収係数、屈折率、および、内部歪等の
演算を行うものである。なお、赤外光検出器8からの透
過光強度に比例した電圧信号が微弱である時にはロック
インアンプおよび光チョッパを用いてS/N比の向上を
行ってもよい。
【0013】そして、光源1から照射され分光器4で単
色化された赤外光は、偏光ビームスプリッタ5でs偏光
成分とp偏光成分とに分離される、このp偏光成分のみ
が試料ホルダ7上のGaAsウェーハに照射される。こ
のとき、試料ホルダ7にあっては、ステージ9により光
軸に対して0゜〜90゜の角度変化が可能である。Ga
Asウェーハに照射された赤外光のp偏光成分は、Ga
Asウェーハの裏面から出射する。このGaAsウェー
ハを透過したその透過光は積分球11に入射し、積分球
11内で拡散反射した後、赤外光検出器8に入射する。
すなわち、赤外光がGaAsウェーハを透過した場合、
屈折により光軸のずれが生じるが、この光軸のずれは積
分球11により補正されるものである。赤外光検出器8
は光電変換によりこの透過光強度に比例した電圧信号を
コンピュータ10に出力する。この電圧値とGaAsウ
ェーハをセットしない時の電圧値(入射光強度)を用い
てコンピュータ10は、以下の演算処理を行う。
【0014】すなわち、コンピュータ10は、GaAs
ウェーハの一点について、ステージ9を用いて、赤外光
のp偏光成分からGaAsウェーハへの入射角を0゜か
ら90゜に変化させる。図2に示すように、この入射角
θの変化に対する透過率T(透過光強度/入射光強度)
の変化を示す特性曲線が求められる。これは、赤外光の
p偏光成分を用いているので、GaAsウェーハの反射
率がゼロになる入射角θBが存在し、この入射角におい
てその透過光強度が最大値になるからである。この特性
曲線上の最大透過率の値Tmaxが決定される。このとき
の最大透過光強度をImaxとする。
【0015】図3に示すように、この最大透率透過光強
度Imaxのときの入射角(ブリュスター角θB)、空気等
の測定雰囲気の屈折率n1(例えば空気中ならばn1
1.002)、GaAsウェーハの屈折率n0(無歪の
理論値:波長1μmの赤外光では3.3736)を、n
1sinθB=n0sinφ1に代入すると、φ1(入射角
θBにおけるウェーハ内での屈折角)が求められる。
【0016】そして、GaAsウェーハの吸収係数α
が、Imax=I0exp(−αd/cosφ1)の式を用
いて正確に算出される。これは、無反射の条件で吸収係
数αが算出されるからである。ここに、I0は入射光強
度、dはGaAsウェーハの厚さである。このときのα
はEL2濃度に依存するが約1cm-1程度である。
【0017】次に、この吸収係数αから、数1,数2,
数3の式を用いて、図2に示す入射角θに対する透過率
Tの特性曲線と同様の曲線を再現できる屈折率nmが最
小二乗法により決定される。ただし、I(θ)は入射角
θにおける透過光強度、Rp(θ)は入射角θにおける
p偏光に対する反射率、φは入射角θにおけるウェーハ
内での屈折角である。
【0018】
【数1】
【0019】
【数2】
【0020】
【数3】
【0021】詳しくは、図2の特性曲線にできるだけ近
似するように、数3のnmが決定される。このnmを、上
記nsinθB=n0sinφ1の式のn0と置換する。こ
の置換の結果のφ1を用いてαを再度求める。このαを
数1に代入し、上記特性曲線にできるだけ近似するよう
にnm+1が再度決定される。この再度決定されたnm+1
mと同じになるようにこの作業を繰り返す。このとき
の同じになったnmは、歪を有した測定位置での屈折率
である。
【0022】この屈折率nmと無歪の理論値n0との差△
nが求められる。ここで、△n=Σni△ni/n0
(i=1,...,6)の式、および、△(1/ni 3
=πi,jσi,(i=1,...,6,j=1,...,
6)の式によって、各方向成分を有する非等方的歪σi
が算出される。ただし、πi,jは2階テンソルの光弾性
係数である。
【0023】このように、GaAsウェーハの内部歪σ
iが正確に算出される。これは、無反射の条件で算出さ
れた吸収係数αを用いて内部歪σiを算出するからであ
る。
【0024】次いで、上記操作をGaAsウェーハの表
面の各点において、繰り返す。この結果、GaAsウェ
ーハの内部歪の分布(全面マッピング)を正確に測定す
ることができる。
【0025】なお、GaAsウェーハの最大透過光強度
maxに対応する入射角θBから、直接、内部歪を有する
屈折率nmを求めてもよい。また、光弾性効果によって
生じた位相差に基づくGaAsウェーハの透過光分布の
測定に、無反射条件から求めたその吸収係数を適用し
て、その内部歪の分布を求めてもよい。
【0026】したがって、このように無反射の条件から
GaAsウェーハの吸収係数αを正確に算出することが
できるので、内部歪を有するGaAsウェーハの屈折率
m、GaAsウェーハの内部歪σi、GaAsウェーハ
全面に対する内部歪σiの分布をそれぞれ正確に求める
ことができる。また、GaAsウェーハのキャリア濃
度、固有欠陥であるEL2の濃度も正確に算出すること
ができる。これらのGaAsウェーハの特性は、結晶性
の向上したGaAsウェーハの製造に利用することがで
きる。例えば、内部歪の無いGaAsウェーハの製造に
利用することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明に係る半導体の特性測定方法によ
れば、半導体ウェーハの内部歪、および、その内部歪の
分布を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体の特性測定方法
を実施するための装置を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施例に係る入射角の変化に対する
透過率および反射率のグラフである。
【図3】本発明の一実施例に係る内部歪を求める手順を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 光源 5 偏光ビームスプリッタ 7 試料ホルダ 8 赤外光検出器 9 ステージ 10 コンピュータ 11 積分球

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部歪を有する半導体ウェーハの屈折率
    を求め、この屈折率と内部歪のない上記半導体ウェーハ
    の屈折率との差から上記半導体ウェーハの内部歪を算出
    することを特徴とする半導体の特性測定方法。
  2. 【請求項2】 上記半導体ウェーハの複数箇所において
    請求項1に記載の半導体の特性測定方法を繰り返す半導
    体の特性測定方法。
JP34985793A 1993-12-28 1993-12-28 半導体の特性測定方法 Withdrawn JPH07201941A (ja)

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