JPH09167789A - Evaluation method for semiconductor device - Google Patents

Evaluation method for semiconductor device

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JPH09167789A
JPH09167789A JP32592895A JP32592895A JPH09167789A JP H09167789 A JPH09167789 A JP H09167789A JP 32592895 A JP32592895 A JP 32592895A JP 32592895 A JP32592895 A JP 32592895A JP H09167789 A JPH09167789 A JP H09167789A
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semiconductor substrate
wafer
evaluation
light
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JP32592895A
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Japanese (ja)
Inventor
Takanobu Kamakura
倉 孝 信 鎌
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a highly reliable method for evaluating a semiconductor substrate.
SOLUTION: A wafer 110 to be evaluated is mounted on a stage 101 and the position and angle of wafer 110 are adjusted at a control processing section 108. The wafer 110 on the stage 101 is then irradiated sequentially or simultaneously with X-rays, argon laser light and YAG laser light from a light source section 102 and the reflected light or fluorescence is detected by means of a condenser 104 or a light receiving unit 105 in order to perform fluorescent X-ray analysis, locking curve measurement, PL inspection and detect inspection of the wafer 110. Respective characteristics measured through the inspection process are compared with the final pass/fail decision results for a semiconductor laser made of a wafer 110 passed through the inspection process and the evaluation criterion of wafer 10 is determined or corrected.
COPYRIGHT: (C)1997,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の評価装置および評価方法に関するものであり、より詳細には、半導体基板上に形成した薄膜の膜厚、組成、発光特性、結晶欠陥等を非破壊評価するための装置および方法に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the evaluation device and the evaluation method of a semiconductor substrate, and more particularly, the thickness of the thin film formed on a semiconductor substrate, the composition, emission characteristics, the crystal defects such as a non to an apparatus and method for failure assessment.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来の半導体基板の評価方法の一例について、半導体基板上にエピタキシャル成長させた薄膜の評価を行う場合を例に採って説明する。 An example of the Prior Art conventional method for evaluating a semiconductor substrate will be described by taking as an example a case where the evaluation of a thin film epitaxially grown on a semiconductor substrate.

【0003】デバイスの高性能化等にともない、例えばヘテロ接合化合物半導体エピタキシャルウエハでは、エピタキシャル成長によって、厚さ数nmから数十nmの超薄膜を何十層も積層させるのが一般的である。 [0003] Along with high performance or the like of the device, for example in the heterojunction compound semiconductor epitaxial wafer, the epitaxial growth, cause also stacked several tens of layers of several tens of nm ultrathin from several nm thickness are common. このような薄膜では、各層の膜厚、組成、ドーピングの濃度、 In such a thin film, the film thickness of each layer, the composition, the concentration of doping,
界面の急峻性等を再現性良く維持することは困難であり、成長バッチごとに薄膜の諸特性が変動してしまう。 Maintaining the sharpness of the interface, such as good reproducibility is difficult, characteristics of the thin film fluctuates every growth batch.
このため、半導体製造技術においては、半導体基板に薄膜を形成した後に薄膜評価工程を設け、半導体基板の良/不良を選別するとともに、薄膜形成装置(MBE装置またはMOCVD装置等)のパラメータを修正する必要がある。 Therefore, in the semiconductor manufacturing technology, a thin film evaluation process provided after forming a thin film on a semiconductor substrate, with sorting of the semiconductor substrate good / bad, to modify the parameters of the thin film forming apparatus (MBE apparatus or MOCVD apparatus) There is a need.

【0004】図9は、従来の評価方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 [0004] Figure 9 is a flowchart schematically illustrating a procedure of conventional evaluation methods.

【0005】図9に示したように、従来の評価方法では、まず、同一バッチのすべての半導体ウエハに対して薄膜のエピタキシャル成長を行い(S901)、続いて、これらの半導体ウエハの中から評価用の半導体ウエハを選別する(S902)。 [0005] As shown in FIG. 9, in the conventional evaluation method, we first epitaxial growth of thin films for all semiconductor wafers of the same batch (S901), followed by evaluation from these semiconductor wafers sorting the semiconductor wafer (S902). そして、選別された半導体ウエハについて、以下のような評価試験を順次行う。 Then, the selected semiconductor wafer, sequentially performs an evaluation test as follows.

【0006】そして、この半導体ウエハを膜品質評価装置にセットし、エピタキシャル成長層の膜品質の検査を行う(S903)。 [0006] Then, it sets the semiconductor wafer in film quality evaluation apparatus, and inspection of the film quality of the epitaxial growth layer (S903). この膜品質では、半導体ウエハを斜光装置のウエハステージにセットした後、パーティクル・カウンタと称される表面異物検査装置と光学顕微鏡とを用いて、半導体ウエハ全面のパーティクルの個数を計数する。 This film quality, after setting the semiconductor wafer in the wafer stage of the oblique light device, by using the particle counter called surface foreign matter inspection apparatus and an optical microscope, counting the number of semiconductor wafers entire particle.

【0007】次に、この半導体ウエハを搬送してX線回折装置のウエハステージにセットし、任意の設定位置について、エピタキシャル成長層のロッキングカーブを測定する(S904)。 [0007] Next, by conveying the semiconductor wafer is set on the wafer stage of the X-ray diffractometer, for any set position, measuring the rocking curve of the epitaxial layer (S904). この測定では、X線源からエピタキシャル成長層にX線を照射し、回折光の光強度をシンチレーションカウンタで測定する。 In this measurement, by irradiating X-rays from the X-ray source in the epitaxial growth layer, measuring the light intensity of the diffracted light in a scintillation counter. これにより、エピタキシャル成長層の組成、膜厚等を特定することができる。 This makes it possible to identify the composition of the epitaxial growth layer, the film thickness and the like.

【0008】続いて、この半導体ウエハを搬送してPL [0008] Subsequently, PL to transport the semiconductor wafer
(Photo Luminescence)評価装置のウエハステージにセットし、任意の設定位置について、フォト・ルミネッセンスの発光強度を測定する(S905)。 It was set in the wafer stage (Photo Luminescence) evaluation device, for any set position, measuring the emission intensity of the photoluminescence (S905). この発光強度の測定によれば、この半導体ウエハを用いて製造された半導体レーザの発光波長を特定することができる。 According to the measurement of the emission intensity, it is possible to identify the emission wavelength of the semiconductor laser fabricated by using the semiconductor wafer.

【0009】その後、これらの各特性(S903〜S9 [0009] Thereafter, each of these characteristics (S903~S9
05)の結果に基づいて、当該バッチの半導体ウエハの薄膜品質の良否を判断する(S906)。 05) Based on the results, to determine the quality of the film quality of the batch of semiconductor wafers (S906). 本発明者等の検討によれば、この品質評価は、上述の各特性の結果を別々に検討して判断するのではなく、これらの特性を相互に関連付けて判断することが望ましい。 According to the study by the present inventors, the quality assessment is not to determine to consider the results of the individual properties of the above-described separately, it is desirable to determine in association with these characteristics to each other. 例えば、斜光装置で測定した特性(すなわちパーティクルの個数)は「不良」であっても、X線回折装置やPL評価装置で測定した特性が非常に良好であった場合は、品質評価を「良」とする場合もある。 For example, (the number of ie particles) measured properties in oblique light device be "poor", if characteristics measured by X-ray diffraction apparatus and PL evaluation device was very good, the quality evaluation "good there is also a case to be ". 検査項目のいずれか一種類が「不良」となった場合は常に品質評価を「不良」と判断することとした場合、必要以上に歩留りを低下させることとなって製造コスト上昇の原因となるからである。 If the always quality evaluation if any one kind of test item becomes "bad" and it is determined as "bad", because cause increased manufacturing cost becomes possible to lower the yield more than necessary it is. ここで、各特性の相互の関連性は、当該半導体ウエハを用いて作製する半導体装置の種類や集積度、用途等によって異なり、上述の各特性の測定結果を半導体装置の最終的な良/不良の判断結果と比較すること等によって経験的に決定される。 Here, mutual relevance of each characteristic, the type and the degree of integration of the semiconductor device to be manufactured using the semiconductor wafer varies depending on application and the like, the final good semiconductor device measurement results of the individual properties of the above / poor It is determined empirically, such as by comparing the result of the determination with.

【0010】そして、このような品質評価をクリアした場合のみ、当該バッチの他の半導体ウエハを次の製造工程に投入する。 [0010] Then, only when clearing such quality assessment, turning on the other semiconductor wafer of the batch to the next manufacturing step.

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、半導体ウエハの膜品質評価では、複数種類の特性についての測定結果に基づいて評価を行うのが一般的である。 [0007] As described above, the film quality evaluation of a semiconductor wafer, perform evaluation based on the measurement results for a plurality of types of characteristics are common. このように複数種類の測定を行う場合、従来は、測定項目ごとに異なる評価装置を使用していたため、各測定ごとに半導体ウエハを移送してウエハステージにセットしなければならなかった。 When such a measurement of a plurality of types, conventionally, due to use different evaluation device for each measurement item, had to be set on the wafer stage to transfer the semiconductor wafer for each measurement. 例えば、図9に示した評価方法の場合、斜光装置→X線回折装置→PL評価装置の順で半導体ウエハを移送する必要が生じる。 For example, when the evaluation method shown in FIG. 9, it becomes necessary to transfer the semiconductor wafer in the order of oblique light device → X-ray diffractometer → PL evaluation device. このため、従来の評価方法において、半導体ウエハ表面の同一箇所について複数項目の検査を行うためには、半導体ウエハの評価箇所をサインペン等でマーキングする必要があった。 Therefore, in the conventional evaluation method, in order to test a plurality of items for the same portion of the semiconductor wafer surface, the evaluation portion of the semiconductor wafer had to be marked in pen or the like.

【0012】しかしながら、このサインペン等によるマーキングは、半導体ウエハを汚染させてしまうので(すなわち非破壊検査ではないので)、マーキングされた半導体ウエハをその後の製造工程に投入することはできない。 [0012] However, marking with the pen or the like, since thereby to contaminate the semiconductor wafer (i.e., not a non-destructive testing), it is impossible to put a marking semiconductor wafers for subsequent manufacturing steps. すなわち、従来の方法では、上述のような評価工程を経なかった半導体ウエハのみが、その後の製造工程に投入される。 That is, in the conventional method, only the semiconductor wafer which has not through the evaluation process, such as described above, is introduced into the subsequent manufacturing steps. このため、その後の製造工程で半導体装置の不良品が発生した場合にも、その不良品の製造に用いられた半導体ウエハの特性についての測定結果は残されていない。 Therefore, even when the defective semiconductor device has occurred in the subsequent manufacturing process, measurement results of the characteristics of a semiconductor wafer used in the manufacture of defective products is not left.

【0013】一方、マーキングを行なわない場合には、 [0013] On the other hand, if you do not perform the marking,
評価を行う位置の精度に再現性が無いこと等の問題が生じる。 Evaluation on the position accuracy of performing such that there is no reproducibility problems.

【0014】したがって、従来の評価方法では、不良品と判断された半導体装置と同じバッチの半導体ウエハについての測定結果をこの不良品の製造に用いられた半導体ウエハの特性であるとみなして、各特性の相互の関連性の解析に使用していた。 [0014] Thus, in the conventional evaluation method, is regarded as a property of the semiconductor wafer used a measurement result of the semiconductor wafer of the same batch as the semiconductor device is determined to be defective in the production of the defective product, the They were using mutual relevance of the analysis of characteristics. このため、各特性についての相互の関連性の解析を厳密に行うことができず、半導体ウエハの膜品質に対する評価の信頼性が低かった。 Therefore, it is impossible to strictly carry out the relevance of the analysis of the mutual for each characteristic, the reliability of the evaluation of the film quality of the semiconductor wafer is low.

【0015】このように半導体ウエハの膜品質に対する評価の信頼性が低い場合、本来は製造工程に投入することができる半導体ウエハが「不良」と判断されてしまう場合があるばかりでなく、本来は「不良」とされるべき半導体ウエハが製造工程に投入されてしまうので半導体装置の最終的な評価における歩留りの低下も招く。 [0015] When thus unreliable evaluation of film quality of the semiconductor wafer, not only there is a case where a semiconductor wafer which can originally put into the manufacturing process from being judged as "bad", originally since the semiconductor wafer to be a "bad" from being put into the manufacturing process leads also reduction in yield in the final evaluation of the semiconductor device. したがって、膜品質に対する評価の信頼性が低い場合は、半導体装置の製造コストが非常に大きくなってしまう。 Therefore, if the reliability is low evaluation of film quality, the manufacturing cost of the semiconductor device becomes extremely large.

【0016】また、図9に示した評価方法のように、各測定ごとに半導体ウエハを移送してウエハステージにセットすることとした場合、半導体ウエハの移送や評価位置の設定に長時間を要することとなるので、評価工程の所要時間が長くなってしまうという欠点もあった。 Further, as the evaluation method shown in FIG. 9, if it is decided to set the wafer stage to transfer the semiconductor wafer for each measurement, it takes a long time to set the transfer and evaluation position of the semiconductor wafer since the, it was a drawback that the required time becomes longer in the evaluation process.

【0017】本発明は、このような従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、信頼性が高い半導体基板の評価方法を提供することを目的とする。 [0017] The present invention has been made in view of the drawbacks of the prior art, and an object thereof is to provide a method of evaluating reliable semiconductor substrate.

【0018】 [0018]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体基板の評価方法は、評価を行うための半導体基板を載置台に載置した後、この載置台に載置された前記半導体基板の位置および角度を調整部で調整する基板保持過程と、複数種類の評価に使用される複数種類の評価光を複数種類の光源から同じ光路を経て前記載置台上の前記半導体基板に順次または同時に照射し、このときの反射光または蛍光を複数種類の光検出器でそれぞれ検出することにより、前記半導体基板の複数種類の特性を測定する検査過程と、この検査過程で測定された前記複数種類の特性を、この検査過程を経た前記半導体基板から作製された半導体装置に対する最終的な良/不良の判断結果と比較することにより、前記半導体基板の評価基準を決定または変更する評価基準 Method for evaluating a semiconductor substrate according to the problem-solving means for the invention, after mounting the mounting table semiconductor substrate for evaluating the position of the semiconductor substrate placed on the mounting table and a substrate holding step of adjusting the angle adjustment unit, sequentially or simultaneously irradiated on the semiconductor substrate on the mounting table through the same optical path a plurality of types of evaluation light used for multiple types of evaluation of a plurality of types of light sources, by detecting each reflected light or fluorescence at this time is a plurality of types of light detectors, and inspection process of measuring a plurality of types of characteristics of the semiconductor substrate, the plurality of types of characteristics measured in this test procedure, by comparing the result of the determination of the final good / bad for the semiconductor device manufactured from the semiconductor substrate after the inspection process, criteria to determine or modify the evaluation criteria of the semiconductor substrate 定過程と、を備えたことを特徴とする。 Characterized by comprising a constant process, the.

【0019】 [0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態について、高周波用トランジスタの製造に用いられる半導体ウエハを評価する場合を例にとって説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention, a case of evaluating a semiconductor wafer for fabricating a high-frequency transistor as an example.

【0020】図1は、本実施形態に使用される評価装置の構成を示す概念図である。 [0020] Figure 1 is a conceptual diagram showing a configuration of an evaluation apparatus used in the present embodiment.

【0021】同図において、ウエハステージ101は、 [0021] In the figure, the wafer stage 101,
半導体ウエハ110を保持する。 Holding a semiconductor wafer 110. このウエハステージ1 The wafer stage 1
01は、X方向、Y方向およびZ方向への移動、θ回転およびφ回転の駆動が可能である。 01, movement in the X, Y and Z directions, it is possible to drive the θ rotation and φ the rotation. ここで、X方向、Y Here, X direction, Y
方向およびZ方向への移動は1μmのステップで制御することができる。 Movement in the direction and the Z direction can be controlled by 1μm step. また、θ回転は0.0001度、φ回転は0.001度のピッチで制御することができる。 Further, theta rotation 0.0001 degrees, phi rotation can be controlled by the pitch of 0.001 degrees.

【0022】光源部102は、銅またはモリブデンのX The light source unit 102, the copper or molybdenum X
線源(封入管または回転対陰極のどちらでもよい)、アルゴン・レーザ(発光波長488nm)およびヤグ・レーザ(発光波長1.06μm)を備えている(いずれも図示せず)。 Source (which may be either sealed tube or rotating anode) is provided with an argon laser (emission wavelength 488 nm) and YAG laser (emission wavelength 1.06 .mu.m) (both not shown). さらに、この光源部102は、これらの各光源から照射された評価光(すなわちX線およびレーザ光)を同一の光軸上に導くためのミラーおよび分光結晶(いずれも図示せず)を備えている。 Further, the light source unit 102 includes a mirror and a dispersive crystal for directing these evaluations beam emitted from each light source (i.e. X-ray and laser beam) on the same optical axis (both not shown) there. また、光源部10 Further, the light source unit 10
2の各光源は、制御演算部108の制御により、ウエハステージ101を回転中心とする円周上を、角度誤差0.0001度のステップで駆動させることができる。 Each light source 2 is controlled by the control arithmetic section 108, a circumference on which the wafer stage 101 and the center of rotation, can be driven by a stepping angle error 0.0001 degrees.

【0023】シンチレーションカウンタ103は、光源部102のX線源から照射されて半導体ウエハ110表面で反射したX線を受光して光強度を測定するために使用される。 [0023] Scintillation Counter 103 is irradiated from the X-ray source of the light source portion 102 by receiving the X-rays reflected by the semiconductor wafer 110 surface that is used to measure light intensity. このシンチレーションカウンタ103は、光源部102の光源と同様、制御演算部108の制御により、ウエハステージ101を回転中心とする円周上を、 The scintillation counter 103, similar to the light source of the light source unit 102, under the control of the control arithmetic unit 108, the upper circumference of the wafer stage 101 and the center of rotation,
角度誤差0.0001度のステップで駆動させることができる。 It can be driven in angular error 0.0001 ° step.

【0024】集光器104は、ウエハステージ101の真上に配設されている。 The collector 104 is disposed directly above the wafer stage 101. この集光器104は、ウエハステージ101上の半導体ウエハ110に光源部102のアルゴン・レーザ光を照射したときのフォト・ルミネッセンスの発光を集光するため、および、光源部102のヤグ・レーザ光を照射したときの散乱光を集光するために使用される。 The collector 104 is, for condensing the light emission of photoluminescence when irradiated with argon laser beam of the light source unit 102 to the semiconductor wafer 110 on the wafer stage 101, and, YAG laser light source unit 102 It is used for condensing the scattered light when irradiated with.

【0025】受光器105も、集光器104と同様、ウエハステージ101の真上に配設されている。 The light receiver 105, similarly to the collector 104 is disposed directly above the wafer stage 101. この受光器105は、集光器104と互いに位置を交換して、ウエハステージ101上の半導体ウエハ110の中心部上まで移動できるように、図示しない駆動系で保持されている。 The light receiver 105 is to replace the positions from each other and collector 104, as it moves to the center of the semiconductor wafer 110 on the wafer stage 101, is held by a drive system (not shown). また、この受光器105としては蛍光X線の検出器であるSSD(Solid State Detector)が使用され、ウエハステージ101上の半導体ウエハ110にX線を照射したときに発生する蛍光X線を受光する。 Further, the SSD is detector X-ray fluorescence (Solid State Detector) is used as the light receiving unit 105, receives the fluorescent X-ray generated upon irradiation of X-rays to the semiconductor wafer 110 on the wafer stage 101 .

【0026】分光器106は、集光器104の出力端子と、光ファイバによって接続されている。 The spectroscope 106 includes an output terminal of the collector 104 is connected by an optical fiber. そして、集光器104から入力された光信号を用いて、集光強度の波長分布を測定する。 Then, by using the optical signal input from the condenser 104, to measure the wavelength distribution of the current intensity. 測定された波長分布は、分光器10 The measured wavelength distributions spectroscope 10
6の信号出力端子(図示せず)から出力される。 Output from 6 of the signal output terminal (not shown).

【0027】ウエハ搬送系107は、図示しないカセットに収納された半導体ウエハ110を、ウエハステージ101まで搬送してセッティングする。 The wafer transport system 107, a semiconductor wafer 110 accommodated in the cassette (not shown), when set to conveyed to the wafer stage 101.

【0028】制御演算部108は、ウエハステージ10 The control calculation unit 108, the wafer stage 10
1、光源部102、シンチレーションカウンタ103、 1, the light source unit 102, a scintillation counter 103,
集光器104および受光器105の位置制御、駆動制御等を行って半導体ウエハ110の特性を測定(後述)するとともに、ウエハ搬送系107の駆動制御を行う。 Position control of the collector 104 and the light receiver 105, together with the characteristics of the semiconductor wafer 110 performs drive control such measures (described later), performs drive control of the wafer transfer system 107. さらに、受光器105、分光器106から入力した信号に基づいて、測定データを生成する。 Further, the light receiver 105, based on a signal inputted from the spectroscope 106, and generates measurement data.

【0029】次に、本実施形態に係る評価方法の手順について説明する。 [0029] Next, the procedure of the evaluation method according to the present embodiment. 図2は、かかる手順を概略的に示すフローチャートである。 Figure 2 is a flowchart of a procedure schematically.

【0030】まず、同一バッチのすべての半導体ウエハ110に対して薄膜のエピタキシャル成長を行う(S [0030] First, the epitaxial growth of thin films for all semiconductor wafer 110 of the same batch (S
201)。 201). 図3に、本実施形態で使用する半導体ウエハ110の薄膜構造の断面図を示す。 Figure 3 shows a cross-sectional view of the film structure of the semiconductor wafer 110 used in this embodiment. 上述したように、この半導体ウエハ110は、高周波用トランジスタの製造に用いられる。 As described above, the semiconductor wafer 110 are used in the manufacture of high-frequency transistors. 同図に示したように、本実施形態では、 As shown in the figure, in this embodiment,
半導体ウエハ110として、厚さ600μmの半絶縁性GaAs基板301を使用する。 As the semiconductor wafer 110, using a semi-insulating GaAs substrate 301 having a thickness of 600 .mu.m. そして、このGaAs Then, the GaAs
基板301の表面には、膜厚500nmのノンドープG On the surface of the substrate 301, the thickness of 500nm undoped G
aAs層302と、膜厚10nmのノンドープInGa And aAs layer 302, a thickness of 10nm undoped InGa
As層303(Inの組成比は約0.15)と、膜厚4 As layer 303 (composition ratio of In of about 0.15) and a thickness 4
0nmで不純物濃度3×10 18個/cm 3のAlGaA AlGaA impurity concentration 3 × 10 18 atoms / cm 3 at 0nm
s層304(Alの組成比は約0.2)と、膜厚50n s layer 304 (Al composition ratio of about 0.2) and a thickness 50n
mで不純物濃度5×10 18個/cm 3のGaAs層30 GaAs layer 30 of impurity concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 in m
5とが、順次積層されている。 5 and is, are sequentially laminated.

【0031】本実施形態に係る評価方法では、薄膜を形成した半導体ウエハ110のすべてについて、以下のような評価を行い、この点で、上述した従来の評価方法と異なる。 [0031] In the evaluation method according to this embodiment, for all of the semiconductor wafer 110 to form a thin film, evaluated as follows, in this respect, differs from the conventional evaluation method described above. これは、本実施形態に係る評価方法が、非破壊検査を実現しているためである。 This evaluation method according to the present embodiment, because that implements the non-destructive testing.

【0032】次に、最初に評価する半導体ウエハ11 [0032] Next, the semiconductor wafer 11 to be evaluated first
0をウエハステージ101にセットし、オリフラ合わせを行う(S202)。 0 was set on the wafer stage 101 performs orientation flat alignment (S202). このセッティングは、ウエハ搬送系107のロボット(図示せず)を用いて、自動的に行うことができる。 This setting, using a robotic wafer transfer system 107 (not shown), can be performed automatically.

【0033】続いて、ウエハステージ101にセットされた半導体ウエハ110の平行度を合わせる(S20 [0033] Then, adjust the parallelism of the semiconductor wafer 110 set on the wafer stage 101 (S20
3)。 3). この位置合わせでは、光源部102のX線源から半導体ウエハ110にX線を平行に照射し、このときの反射X線の強度をシンチレーションカウンタ103でモニタしつつ、Z軸およびθ軸を調整する。 In this alignment, parallel to X-ray irradiation to the semiconductor wafer 110 from the X-ray source of the light source unit 102, while monitoring the intensity of the reflected X-ray at this time in a scintillation counter 103, to adjust the Z-axis and θ-axis . この調整により、誤差が0.001度以内の平行度を得ることができる。 This adjustment can be error obtain parallelism within 0.001 degrees.

【0034】そして、半導体ウエハ110に形成された薄膜の最初の検査として、蛍光X線分析を行う(S2 [0034] Then, as the first test of a thin film formed on a semiconductor wafer 110, carried out X-ray fluorescence analysis (S2
04)。 04). 上述したように、この蛍光X線分析では、半導体ウエハ110の薄膜表面に光源部102のX線源からX線を照射し、このとき薄膜に発生する蛍光X線を受光器105で受光する。 As described above, in the fluorescent X-ray analysis, irradiated with X-rays from the X-ray source of the light source unit 102 to the thin film surface of the semiconductor wafer 110 is received by the photodetector 105 fluorescent X-ray generated in the thin film at this time. これにより、薄膜中の汚染物質を知ることができる図4は、このようにして得られた特性を示すグラフである。 Thus, Figure 4 can be known contaminants in the thin film is a graph showing characteristics obtained in this way. 同図において、縦軸は蛍光X線の相対強度[cps]を示し、横軸はエネルギー[ke In the figure, the vertical axis represents the relative intensity of the fluorescent X-ray [cps], the horizontal axis represents energy [ke
V]を示している。 It shows the V]. 同図からわかるように、本実施形態に使用された半導体ウエハ110には、汚染物質としてP,Fe,Znが含まれている。 As can be seen from the figure, the semiconductor wafer 110 used in this embodiment contains P, Fe, Zn as a contaminant.

【0035】次に、薄膜の二番目の検査として、ロッキングカーブの測定を行う(S205)。 Next, as the second test thin film, the measurement of rocking curve (S205). この測定では、光源部102のX線源とシンチレーションカウンタ103とをブラッグの法則を満足する角度で移動させながら、X線源から半導体ウエハ110の薄膜表面にX線を照射する。 In this measurement, while the X-ray source and the scintillation counter 103 of the light source unit 102 is moved at an angle that satisfies the Bragg's law, it irradiates X-rays from the X-ray source to the thin film surface of the semiconductor wafer 110. そして、このときの回折X線の強度を、シンチレーションカウンタ103で測定する。 Then, the intensity of the diffracted X-ray at this time is measured in a scintillation counter 103. このロッキングカーブにより、InGaAs層303(図3参照) The rocking curve, InGaAs layer 303 (see FIG. 3)
におけるInの組成比を知ることができる。 It is possible to know the composition ratio of In in.

【0036】図5は、このようにして得られた特性を示すグラフである。 [0036] FIG. 5 is a graph showing characteristics obtained in this way. 同図において、縦軸は蛍光X線の相対強度[cps]を示し、横軸は角度[秒]を示している。 In the figure, the vertical axis represents the relative intensity of the fluorescent X-ray [cps], the horizontal axis represents the angle [sec].

【0037】本実施形態では、ロッキングカーブの測定(上記工程)と同時に、薄膜の三番目の検査としてのPL測定も行う(S205)。 [0037] In this embodiment, simultaneously with the measurement of rocking curve (the process), is also performed PL measurements as the third inspection of the thin film (S205). この測定では、光源部102のアルゴン・レーザから半導体ウエハ110にレーザ光を照射し、このときのフォト・ルミネッセンスによる光を集光器104で集光する。 In this measurement, a laser beam is irradiated to the semiconductor wafer 110 from an argon laser light source unit 102, for condensing light by photoluminescence at this time is the collector 104. 集光された光は、上述のように光ファイバで分光器106に送られて分光され、この分光器106内の光電子倍増管で変換されて、 Condensed light is spectrally sent to the spectroscope 106 in the optical fiber as described above, it is converted by the photomultiplier in the spectrometer 106,
制御演算部108に送られる。 It is sent to the control arithmetic unit 108. そして、制御演算部10 Then, the control calculation unit 10
8により、集光強度の波長分布が算出される。 By 8, the wavelength distribution of the current intensity is calculated. このPL This PL
測定の結果により、当該半導体ウエハ110から半導体レーザを製造したときの発光波長を知ることができる。 The results of the measurement, it is possible to know the emission wavelength at a manufactured semiconductor laser from the semiconductor wafer 110.

【0038】図6は、このようにして得られた特性を示すグラフである。 [0038] FIG. 6 is a graph showing characteristics obtained in this way. 同図において、縦軸はフォトルミネッセンス光の相対強度を示し、横軸はフォトルミネッセンス光の波長[nm]を示している。 In the figure, the vertical axis represents the relative intensity of the photoluminescence, the abscissa indicates the wavelength of the photoluminescence [nm]. これにより、InG As a result, InG
aAsからなる量子井戸からの発光が965nm付近であることがわかる。 Emission from quantum wells consisting aAs is found to be around 965 nm.

【0039】続いて、薄膜の四番目の検査として、散乱光の観察を行う(S206)。 [0039] Subsequently, as fourth inspection of the thin film, to observe the scattered light (S206). この観察では、光源部102のヤグ・レーザから、ビーム径を例えば1μmに絞ったレーザ光を半導体ウエハ110に照射する。 This observation, from Yag laser light source unit 102 irradiates a laser beam narrowed down the beam diameter for example 1μm in the semiconductor wafer 110. そして、このときの散乱光を、集光器104で集光する。 Then, scattered light at this time is condensed by a condenser 104. このとき、レーザ光の照射角度は、PL測定の場合(上記工程)と同一でもよいが、他の角度でもよい。 At this time, the irradiation angle of the laser beam, when the PL measurement may be the same as (the step), but may be at other angles. また、 Also,
ウエハステージ101をX−Y面上で走査することによって、散乱光のマッピング像を撮ることも可能である。 By scanning the wafer stage 101 on X-Y plane, it is also possible to take a mapping image of the scattered light.

【0040】レーザ光を約1μmに絞ることにより、薄膜内にレーザ光が入り込んで欠陥部に達し、散乱強度が増大する。 [0040] By narrowing the laser beam to about 1 [mu] m, it enters the laser beam in a thin film reaches the defective portion, the scattering intensity increases. また、マッピングを行うことにより、薄膜内の欠陥の分布を測定することが可能となる。 Further, by performing the mapping, it is possible to measure the distribution of defects in the film.

【0041】図7は、このようにして得られた欠陥分布を示す概念図である。 FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the defect distribution obtained in this way. 同図において、(a)はレーザ光の入射角度が15.1度の場合であり、(b)はこの入射角度が0.2度の場合である。 In the figure, (a) is a case where the incident angle of the laser light is 15.1 degrees, (b) shows the case the incident angle is 0.2 degrees.

【0042】本実施形態では、半導体ウエハの角度をX [0042] In the present embodiment, the angle of the semiconductor wafer X
線で設定することとしてるので(上記工程)、レーザ光の照射角度の再現性を向上させることができ、このため低角入射が容易となる。 Since the setting in the line (the process), it is possible to improve the reproducibility of the irradiation angle of the laser light, Therefore low angle of incidence is facilitated. また、角度依存性の精度が厳密となるので、薄膜の深さ方向に対する欠陥の分布を知ることが可能となり、このため薄膜内の欠陥のみを測定することができる。 Further, since the angular dependence of the accuracy is strictly, it is possible to know the distribution of the defects with respect to the depth direction of the film, and therefore it is possible to measure only defects in the thin film. GaAs基板301(図3参照)中には10 4個/cm 2程度の結晶欠陥が含まれているので、基板中の欠陥と薄膜中の欠陥とを分離して評価することは、非常に重要である。 Since in the GaAs substrate 301 (see FIG. 3) are included 10 4 / cm 2 of about crystal defects, it can be evaluated by separating the defect of the defect and in the thin film in the substrate is very important it is.

【0043】その後、これらの各特性(S204〜S [0043] Thereafter, each of these characteristics (S204~S
206参照)の結果に基づいて、当該バッチの半導体ウエハ110の薄膜品質の良否を評価する(S207)。 Based on 206 reference) results, to evaluate the quality of the film quality of the semiconductor wafer 110 of the batch (S207).
この品質評価は、上述の各特性の結果を別々に検討して判断するのではなく、これらの特性を相互に関連付けて判断する。 The quality evaluation is not to judge to consider the results of the individual properties of the above-described separately, it is determined in association with these characteristics to each other. 例えば、一部の検査による評価は「不良」であっても、他の検査結果が非常に良好であった場合は、 For example, if the evaluation by some tests be "bad", the other test results were very good,
最終的な品質評価を「良」とする場合もある。 There is also a case where the final quality evaluated as "good".

【0044】また、必要な場合は、各特性の結果に合せて、エピタキシャル成長装置のパラメータを変更する。 [0044] Also, if necessary, in accordance with the results of the individual properties, it changes the parameters of the epitaxial growth apparatus.

【0045】その後、このような品質評価をクリアした半導体ウエハ110のみを、次の製造工程に投入する(S208)。 [0045] Then, only the semiconductor wafer 110 which has been cleared of such quality assessment, to introduce the next manufacturing step (S208). そして、かかる半導体ウエハ110を用いた半導体装置(ここでは高周波用トランジスタ)が完成すると、この半導体装置の品質を評価して最終的な良/不良を決定する(S208)。 When the semiconductor device using such a semiconductor wafer 110 (wherein high-frequency transistor) is completed, to determine the final good / bad to evaluate the quality of the semiconductor device (S208).

【0046】最後に、完成した装置の品質評価結果を半導体ウエハ110の各特性の評価結果と比較するなどし、必要に応じて半導体ウエハ110の評価基準を変更する(S209)。 [0046] Finally, for example, by comparing the quality evaluation result of the finished device and evaluation results of the individual properties of the semiconductor wafer 110, to change the criteria of the semiconductor wafer 110 as required (S209). また、必要であれば、この評価基準の変更に合せてエピタキシャル成長装置のパラメータも変更する。 Further, if necessary, also to change parameters of the epitaxial growth apparatus in accordance with the change in the evaluation criteria. このように、各特性と良否の評価基準との関係は、上述の各特性の測定結果を当該半導体ウエハ10 Thus, the relation between the evaluation criteria for each characteristic and quality, the semiconductor wafer 10 the measurement results of the properties described above
1から作製した半導体装置の最終的な良/不良の判断結果と比較することによって、経験的に決定される。 By comparing the results final good / bad judgment of a semiconductor device manufactured from 1, it is determined empirically.

【0047】図8に、本実施形態を用いて半導体ウエハ110の評価を行った場合の、最終的な半導体装置(ここでは高周波用トランジスタ)の歩留りの推移の一例を示す。 [0047] FIG. 8 shows the case of performing the evaluation of the semiconductor wafer 110, an example of changes in the yield of the final semiconductor device (where the high-frequency transistor is) using the present embodiment. 同図において、縦軸は歩留り(%)であり、横軸はロット番号である。 In the figure, the vertical axis represents the yield (%), the horizontal axis represents the lot number. また、白丸は本実施形態の評価方法を用いた場合であり、黒丸は従来の評価方法(図9参照)を用いた場合である。 Further, white circles is a case of using the evaluation method of this embodiment, a case closed circles using a conventional evaluation method (see FIG. 9).

【0048】同図に示したように、本実施形態によれば、半導体装置の歩留りを平均で30%低減させることができ、さらには、ロットごとの歩留りのばらつきも抑えることができた。 [0048] As shown in the figure, according to this embodiment, the yield of the semiconductor device can be reduced by 30% on average, more, it was able to suppress the variation of the yield of each lot. これは、本実施形態が非破壊検査を実現しているからである。 This embodiment is because to achieve non-destructive inspection. すなわち、本実施形態によれば、その後の製造工程で半導体装置の不良品が発生した場合に、その不良品の製造に用いられた半導体ウエハ自身の測定結果に基づいて各特性の相互の関連性を解析することができ、同一バッチの他の半導体ウエハ110の測定結果で代替する必要はない。 That is, according to the present embodiment, subsequent to the case where defective semiconductor device in the manufacturing process occurs, Interactions of each characteristic based on the measurement result of the semiconductor wafer itself which is used in the production of the defective can be analyzed, it is not necessary to replace the measurement result of the other semiconductor wafer 110 in the same batch. このため、各特性についての相互の関連性の解析を厳密に行うことができるので、半導体基板の膜品質に対する評価基準の正確さを増大させることができ、これにより、評価の信頼性を向上させることができるのである。 Therefore, it is possible to precisely analyze the Interactions for each characteristic, it is possible to increase the accuracy of the evaluation criteria for the film quality of the semiconductor substrate, thereby improving the reliability of the evaluation it is the can.

【0049】さらに、本実施形態によれば、半導体基板の移送や評価位置の設定が一度でよいので、評価工程の所要時間を短縮することもできる。 [0049] Further, according to this embodiment, since the setting of the transfer and evaluation position of the semiconductor substrate may be a time, it is also possible to shorten the time required for the evaluation process.

【0050】 [0050]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、信頼性が高い半導体基板の評価方法を提供することができ、これにより、半導体装置の歩留りの向上や評価時間の短縮を図ることができるので、半導体装置の製造コストを低減させる上で有効である。 As has been detailed description, according to the present invention, according to the present invention, it is possible to provide an evaluation method for reliable semiconductor substrate, thereby shortening the improvement and evaluation time of the yield of the semiconductor device since it is possible to achieve, it is effective in reducing the manufacturing cost of the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施形態に使用される評価装置の構成を示す概念図である。 1 is a conceptual diagram showing a configuration of an evaluation apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る評価方法の手順を示すフローチャートである。 2 is a flowchart showing the procedure of the evaluation method according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態で使用する半導体基板の薄膜構造を示す断面図である。 3 is a sectional view showing a thin-film structure of a semiconductor substrate used in an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係る評価方法で得られた蛍光X線分析結果を示すグラフである。 4 is a graph showing the X-ray fluorescence analysis result obtained by the evaluation method according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係る評価方法で得られたロッキングカーブを示すグラフである。 5 is a graph showing a rocking curve obtained by the evaluation method according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係る評価方法で得られたフォトルミネッセンスの測定結果を示すグラフである。 6 is a graph showing the measurement results of the photoluminescence in the evaluation method according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係る評価方法で得られた欠陥分布を概念的に示す図であり、(a)はレーザ光の入射角度が15.1度の場合、(b)はこの入射角度が0.2度の場合である。 [Figure 7] is a diagram conceptually illustrating the resulting defect distribution evaluation method according to an embodiment of the present invention, (a) shows the case where the incident angle of the laser light is 15.1 degrees, (b) is the incidence angle is the case of 0.2 degrees.

【図8】本発明の一実施形態に係る評価方法を行った場合の、最終的な半導体装置の歩留りの推移の一例を示すグラフである。 [8] when the evaluation method according to an embodiment of the present invention was performed, it is a graph showing an example of changes in the yield of the final semiconductor device.

【図9】従来の評価方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 9 is a flowchart schematically illustrating a procedure of a conventional evaluation method.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

101 ウエハステージ 102 光源部 103 シンチレーションカウンタ 104 集光器 105 受光器 106 分光器 107 ウエハ搬送系 108 制御演算部 110 半導体ウエハ 101 wafer stage 102 the light source unit 103 scintillation counter 104 concentrator 105 light receiver 106 spectrometer 107 wafer transport system 108 control arithmetic unit 110 a semiconductor wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 21/64 G01N 21/64 Z 21/88 21/88 E 23/20 23/20 23/223 23/223 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 6 identification symbol Agency in Docket No. FI art display portion G01N 21/64 G01N 21/64 Z 21/88 21/88 E 23/20 23/20 23/223 23/223

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】評価を行うための半導体基板を載置台に載置した後、この載置台に載置された前記半導体基板の位置および角度を調整部で調整する基板保持過程と、 複数種類の評価に使用される複数種類の評価光を複数種類の光源から前記載置台上の前記半導体基板に順次または同時に照射し、このときの反射光または蛍光を複数種類の光検出器でそれぞれ検出することにより、前記半導体基板の複数種類の特性を測定する検査過程と、 この検査過程で測定された前記複数種類の特性を、この検査過程を経た前記半導体基板から作製された半導体装置に対する最終的な良/不良の判断結果と比較することにより、前記半導体基板の評価基準を決定または修正する評価基準決定過程と、 を備えたことを特徴とする半導体基板の評価方法。 1. A after placing evaluated mounting table semiconductor substrate for performing a substrate holding step of adjusting the position and angle of the semiconductor substrate placed on the mounting table adjustment unit, a plurality of types a plurality of types of evaluation light used to evaluate sequentially or simultaneously irradiated from a plurality of types of light sources in the semiconductor substrate on the mounting table, for detecting respective reflected light or fluorescence at this time at a plurality of types of optical detectors that Accordingly, an inspection process of measuring a plurality of types of characteristics of the semiconductor substrate, the measured plurality of types of property in this test procedure, the final good for the semiconductor device manufactured from the semiconductor substrate after the inspection process / by comparing the determination result of the failure, the evaluation method of a semiconductor substrate, characterized by comprising an evaluation reference determining process of determining or modifying the criteria of the semiconductor substrate.
  2. 【請求項2】前記検査過程で使用する前記光源として、 As the light source used in the method according to claim 2, wherein the testing process,
    少なくともX線源、アルゴン・レーザまたはヤグ・レーザのいずれかを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の評価方法。 At least X-ray source, method for evaluating a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the containing either argon laser or YAG laser.
  3. 【請求項3】前記検査過程で使用する前記光検出器として、少なくとも回折X線検出用のシンチレーション・カウンタ、蛍光X線用検出器、または、レーザ光用集光器および光電子倍増管のいずれかを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の評価方法。 As claimed in claim 3, wherein said optical detector to be used in the testing process, at least a diffraction X-ray scintillation counter for detection, fluorescent X-ray detector, or, either laser beam concentrator and photomultiplier tube evaluation method of a semiconductor substrate according to claim 1, comprising a.
  4. 【請求項4】前記複数種類の特性を測定が、蛍光X線分析、ロッキングカーブ測定、フォトルミネッセンス測定または散乱光観察のいずれかを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の評価方法。 Is wherein measuring said plurality of types of properties, X-ray fluorescence analysis, rocking curve measurement, evaluation method of a semiconductor device according to claim 1, wherein the comprising any of the photoluminescence measurement or scattered light observation .
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