JPH07201941A - 半導体の特性測定方法 - Google Patents
半導体の特性測定方法Info
- Publication number
- 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
- Prior art keywords
- internal strain
- semiconductor wafer
- wafer
- refraction
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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が
ｎm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。
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が
ｎm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。
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。
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。
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
Ｉmax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。
Ｉmax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
ｎm、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。
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
ｎm、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。
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。
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。
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。
示すフローチャートである。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34985793A JPH07201941A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体の特性測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34985793A JPH07201941A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体の特性測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201941A true JPH07201941A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18406594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34985793A Withdrawn JPH07201941A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体の特性測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201941A (ja) |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP34985793A patent/JPH07201941A/ja not_active Withdrawn
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