(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定用半導体材料に強度が波形状に変化する検査光を照射する光学系と、被測定用半導体材料のうち前記検査光が照射される部分に面して配設され検査光の照射により発生する電磁波を検出する同調コイルと、当該同調コイルで検出した検出波形の、前記検査光波形に対する位相のずれ方をもとにＰ型又はＮ型を判定する判定部とを備えたことを特徴とするＰＮ型判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＰＮ型判定装置において、
前記光学系が、前記検査光を発する光源と、当該光源を駆動する駆動部と、基本波形を出力して前記駆動部を介して前記光源に正弦波変調光を発生させる発振器とを備えたことを特徴とするＰＮ型判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＰＮ型判定装置において、
前記光源が、ＬＥＤ又はレーザーダイオードで構成され、これらＬＥＤ又はレーザーダイオードから発せられた検査光が、レンズで被測定用半導体材料に焦点を絞られて照射されることを特徴とするＰＮ型判定装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のＰＮ型判定装置において、
前記判定部は、前記検出波形と前記発振器からの基本波形とを比較し、前記検出波形が、前記基本波形と逆位相のとき、又は、逆位相に近い位相のときにＰ型と判定し、前記検出波形が前記基本波形と同位相のとき、又は、同位相に近い位相のときにＮ型と判定することを特徴とするＰＮ型判定装置。
【請求項５】
被測定用半導体材料に光学系で強度が波形状に変化する検査光を照射し、被測定用半導体材料のうち前記検査光が照射される部分に発生する電磁波を同調コイルで検出し、当該同調コイルで検出した検出波形の、前記検査光波形に対する位相のずれ方をもとに判定部でＰ型又はＮ型を判定することを特徴とするＰＮ型判定方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＰＮ型判定方法において、
前記光学系が、前記検査光を発する光源と、当該光源を駆動する駆動部と、基本波形を出力して前記駆動部を介して前記光源に正弦波変調光を発生させる発振器とを備え、
前記判定部は、前記検出波形と前記発振器からの基本波形とを比較し、前記検出波形が、前記基本波形と逆位相のとき、又は、逆位相に近い位相のときにＰ型と判定し、前記検出波形が前記基本波形と同位相のとき、又は、同位相に近い位相のときにＮ型と判定することを特徴とするＰＮ型判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコンウエハーやシリコン単結晶棒等の材料のＰ型又はＮ型を判定するＰＮ型判定装置及びＰＮ型判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハーやシリコン単結晶棒等の半導体材料にはＰ型とＮ型がある。このＰ型とＮ型の判別する方法には、熱起電力判別方法、光起電力判別方法、ホール効果判別方法、整流判別方法、導電型判別方法等の、種々の方法がある。
【０００３】
例えば、整流判別方法は、金属と半導体のショットキー接合を利用する判別法で、金属と半導体とを接触させると整流特性を示すことを利用して、Ｐ型とＮ型の判別をする。
【０００４】
導電型判別方法は、２つの電極を被測定用半導体材料の表面に接触させ、このうち、一方の電極は整流特性が得られるように金属探針とし、もう一方の電極は整流特性のない金属板として、これらの電極間に交流電源から電圧を印加し、その時の整流方向を判別することにより、Ｐ型とＮ型の判別をする。
【０００５】
また、特許文献１の導電型判別方法もある。この導電型判別方法は、被測定用半導体材料に接触させた金属探針電極と、被測定用半導体材料に静電容量結合させた静電容量結合電極との間に電圧を印加して、被測定用半導体材料と金属探針電極との接触部における整流特性を調べて、Ｐ型とＮ型の判別をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６８３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各判別方法では、被測定用半導体材料の表面に直接電気的に接触させて判別するため、接触作業が必要となり、被測定用半導体材料の表面に傷を付けることがある。また、接触作業が必要なため、判別対象個所が少ない場合は問題ないが、多い場合は作業の効率が悪いという問題がある。
【０００８】
また、前記各判別方法では、探針が接触する点や電極が接触する面でのＰＮ判別となり、例えば多結晶シリコンウエハーの全面で、Ｐ型とＮ型の境界を含めた領域を特定することはできないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、Ｐ型とＮ型の境界を含めた領域を判別できると共に、判別作業の効率化を図ることができるＰＮ型判別装置及びＰＮ型判別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明に係るＰＮ型判定装置は、被測定用半導体材料に強度が波形状に変化する検査光を照射する光学系と、被測定用半導体材料のうち前記検査光が照射される部分に面して配設され検査光の照射により発生する電磁波を検出する同調コイルと、当該同調コイルで検出した検出波形の位相の、前記検査光波形に対するずれ方をもとにＰ型又はＮ型を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るＰＮ型判定方法は、被測定用半導体材料に光学系で強度が波形状に変化する検査光を照射し、被測定用半導体材料のうち前記検査光が照射される部分に発生する電磁波を同調コイルで検出し、当該同調コイルで検出した検出波形の、前記検査光波形に対する位相のずれ方をもとに判定部でＰ型又はＮ型を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前記同調コイルで検出した検出波形は、被測定用半導体材料がＰ型のときとＮ型のときとで、検査光波形に対して異なる位相のずれ方をすることに基づいてＰ型又はＮ型を判定するため、被測定用半導体材料と非接触で、しかも、同調コイルだけを被測定用半導体材料に近付けて被測定用半導体材料のＰ型又はＮ型を判定でき、判定作業の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るＰＮ型判定装置を示す概略構成図である。
【図２】基本波形とＮ型検出波形とＰ型検出波形との関係を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態に係るＰＮ型判定装置及びＰＮ型判定方法を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
[ＰＮ型判定装置]
ＰＮ型判定装置は、太陽電池用の多結晶シリコンウエハーやシリコン基板等の被測定用半導体材料の任意の位置のＰＮを判定するための装置である。例えば、多結晶シリコンウエハー等においては、その表面にＰ型とＮ型とがランダムに並んだり整然と並んだりしている。ＰＮ型判定装置は、このような多結晶シリコンウエハー等のＰ型とＮ型の判定を容易にかつ正確に行うことができるように改良したものである。
【００１６】
本実施形態に係るＰＮ型判定装置１は、図１に示すように、光学系２と、同調コイル３と、判定部４とから構成されている。
【００１７】
光学系２は、被測定用半導体材料としてのシリコン基板６に検査光を照射するための装置である。光学系２は、前記検査光を発する光源７と、この光源７を駆動する駆動部８と、この駆動部８を介して光源７に正弦波変調光を検査光として発生させる発振器９とを備えて構成されている。
【００１８】
前記光源７は、レーザーダイオードで構成されている。このレーザーダイオードから発せられた検査光としてのレーザー光は、レンズ１０でシリコン基板６の表面等に焦点を絞られて照射されるようになっている。なお、光源７は、レーザーダイオードに限らずＬＥＤ等の種々の光源で構成することができる。例えば、８３０ｎｍの赤外線を発するレーザーダイオードや、９６０ｎｍの赤外線を発するＬＥＤで光源７を構成してもよい。正弦波変調光の波長は、被測定用半導体材料に応じて最適なものに設定する。被測定用半導体材料に照射された場合に、最も効率的に電磁波を発生させることができる赤外線や可視光線等の波長に設定する。光の種類は、コヒーレント光でも非コヒーレント光でもよい。シリコン基板６の場合は、赤外線が、Ｐ型とＮ型の領域で電磁波を最も効率的に発させることができるため、検査光として赤外線を用いる。即ち、８３０ｎｍや９６０ｎｍの波長の正弦波変調光を検査光として用いる。検査対象基板の種類に応じた最適な光源を選択する。検査対象基板から電磁波を最も効率的に発させることができる最適な正弦波変調光を発する光源を選択する。
【００１９】
また、シリコン基板６のＰＮ配列状況に応じて、表裏面の一方又は両方を面的に判定したり、内部を含めて立体的に判定したりする。シリコン基板６の全面のＰＮ判定を行う場合は、光源７、レンズ１０及び同調コイル３をシリコン基板６の全面で走査するための走査装置（図示せず）を設ける。この走査装置は、既存の装置を用いることができる。走査装置で光源７等をシリコン基板６の全面に走査して、シリコン基板６の全面のＰ型領域とＮ型領域とを特定して、ＰＮ分布のマップを作る。
【００２０】
なお、前記走査装置は、光源７等を移動させる代わりに、シリコン基板６を移動させるようにしてもよい。例えば、走査装置が移動テーブル(図示せず)を備え、このテーブルでシリコン基板６を支持して前記走査に合わせて移動させるようにしてもよい。
【００２１】
駆動部８は、光源７を駆動するレーザードライバーで構成されている。駆動部８は、光源７であるレーザーダイオードを発光させる。光源７は、ＬＥＤ等の他の種類の光源であることもあるため、駆動部８は、光源７に応じたドライバーで構成される。
【００２２】
発振器９は、駆動部８を介して光源７に正弦波変調光を発生させるための装置である。ここでは、発振器９は、高周波周期の正弦波の制御信号を発生させる。発振器９は、例えば、７３０ＫＨｚ程度の高周波周期の制御信号を駆動部８に出力して光源７に７３０ＫＨｚの正弦波変調光を発生させる。さらに、発振器９の制御信号は、判定部４にも出力されて、Ｐ型、Ｎ型の判定の際に基本波形として用いられる。
【００２３】
同調コイル３は、シリコン基板６への検査光の照射によりシリコン基板６から発生する電磁波を検出するためのコイルである。同調コイル３は、シリコン基板６から発生する電磁波と同調するように導線の巻き数、設置位置等が設定される。同調コイル３は、シリコン基板６のうち前記検査光が照射される部分に面して配設され、この検査光の照射により発生する電磁波を効率的に検出するようになっている。
【００２４】
判定部４は、同調コイル３で検出した検出波形の、基本波形に対する位相のずれ方をもとにＰ型又はＮ型を判定するための装置である。同調コイル３で検出するＰ型領域での検出波形とＮ型領域での検出波形とは、判定部４内の回路等による位相ずれ等の種々の要因を除けば、図２に示すように、互いに逆位相の波形になる。即ち、理論的には、180度位相がずれて、互いに逆位相の波形になる。具体的には、Ｎ型検出波形は基本波形と同位相になり、Ｐ型検出波形は基本波形と逆位相になる。しかし実際には、明確に同位相、逆位相とならないことも少なくないため、判定部４は次の基準で判定する。即ち、前記検出波形と前記基本波形とを比較したとき、検出波形が、基本波形と逆位相のとき、又は、逆位相に近い位相のときにＰ型と判定し、検出波形が基本波形と同位相のとき、又は、同位相に近い位相のときにＮ型と判定する。
【００２５】
判定部４は、具体的には、高周波増幅器１２と、判定基準フィルタ１３と、位相差ディテクター１４と、判定表示部１５とから構成されている。
【００２６】
高周波増幅器１２は、同調コイル３で検出した正弦波の検出信号を増幅して、判定基準フィルタ１３に出力する。判定基準フィルタ１３は、入力された正弦波の検出信号が判定基準を満たすか否か判断して、満たす場合はその旨の信号を位相差ディテクター１４に出力する。満たさない場合は、判定不能である旨の信号を判定表示部１５に出力する。判定基準は、検出信号の位相のずれ方が大きくて、Ｐ型とＮ型のいずれとも判定できないものを除く基準である。Ｐ型とＮ型のいずれとも判定できないものは、判定基準を満たさないと判定する。この領域は通常Ｐ型とＮ型の境界領域である。
【００２７】
位相差ディテクター１４は、判定基準フィルタ１３からの信号に基づいて、高周波増幅器１２からの正弦波の検出信号を取り込み、発振器９からの基本波形と比較する。これにより、前記検出波形と前記基本波形とを比較し、検出波形が基本波形と逆位相のとき（図２参照）又は基本波形の逆位相に近い位相のときにＰ型と判定して、その旨の信号を判定表示部１５に出力する。また、検出波形が基本波形と同位相のとき（図２参照）又は基本波形の同位相に近い位相のときＮ型と判定して、その旨の信号を判定表示部１５に出力する。
【００２８】
判定表示部１５は、表示部（図示せず）を備え、判定基準フィルタ１３からの判定不能信号、位相差ディテクター１４からのＮ型又はＰ型である旨の信号を取り込む。さらに、判定表示部１５は、前記走査装置に接続されて、シリコン基板６の検査対象位置を特定するＸＹ座標情報を取り込む。これにより、シリコン基板６のＸＹ座標上各点がＰかＮに色分けされてＰＮ分布を作成する。判定表示部１５は、シリコン基板６の全面のＰＮ分布を面的マップとして表示する。判定表示部１５は、記憶装置（図示せず）を備え、判定結果を記憶するようになっている。
【００２９】
さらに、判定表示部１５は、送信装置（図示せず）を備え、判定結果をホストコンピュータ等へ送信するようになっている。判定結果はホストコンピュータ等で一元管理される。
【００３０】
[ＰＮ型判定方法]
次に、上述のＰＮ型判定装置１を用いたＰＮ型判定方法について説明する。
【００３１】
まず、被測定用半導体材料であるシリコン基板６に光学系２から検査光を照射する。発振器９を作動させ、駆動部８を介して光源７に正弦波変調光を発生させて、この正弦波変調光を検査光としてレンズ１０で焦点を絞ってシリコン基板６の表面に照射する。なお、焦点をずらして照射範囲を広げることもある。
【００３２】
次いで、シリコン基板６のうち前記検査光が照射される部分に発生する電磁波を同調コイル３で検出する。検査光が照射されたシリコン基板６の部分からは正弦波の電磁波が発生し、この電磁波を同調コイル３で検出する。
【００３３】
次いで、同調コイル３で検出した検出波形の位相のずれ方をもとに判定部４でＰ型又はＮ型を判定する。
【００３４】
判定部４では、まず、同調コイル３で検出した正弦波の検出信号を高周波増幅器１２で増幅して、判定基準フィルタ１３に出力する。判定基準フィルタ１３では、入力された正弦波の検出信号が判定基準を満たすか否か判断する。判定基準を満たさない場合は、判定不能である旨の信号を、走査装置からのＸＹ座標情報と共に判定表示部１５に出力する。
【００３５】
判定基準を満たす場合は、その旨の信号を位相差ディテクター１４に出力する。位相差ディテクター１４では、判定基準を満たす旨の信号に基づいて、高周波増幅器１２からの正弦波の検出信号と、発振器９からの基本波形とを比較される。
【００３６】
この結果、Ｐ型検出波形とＮ型検出波形の２種類の波形のうちの一方をとっている検出波形が、前記基本波形と逆位相のとき（図２参照）又は逆位相に近い位相のときにＰ型と判定する。次いで、この判定結果を、走査装置からのＸＹ座標情報と共に判定表示部１５に出力する。
【００３７】
また、検出波形が前記基本波形と同位相のとき（図２参照）又は同位相に近い位相のときにＮ型と判定する。
【００３８】
判定基準フィルタ１３で、検出信号が判定基準を満たさないと判断した場合、その部分は、Ｐ型領域とＮ型領域の境界部分である可能性が高いので、ここでは境界部分としてＸＹ座標情報と共に判定表示部１５に出力する。
【００３９】
同調コイル３で検出した正弦波の検出信号は、走査装置での走査によって、次々に入力するため、上述の処理を繰り返して、シリコン基板６の全面のＰＮを判定する。
【００４０】
そして、これらの結果を、走査装置からのＸＹ座標情報と共に判定表示部１５に出力する。
【００４１】
判定表示部１５では、判定基準フィルタ１３からの判定不能信号（境界部分を示す信号）、位相差ディテクター１４からのＮ型又はＰ型である旨の信号を、それぞれのＸＹ座標情報と共に取り込んで、記憶装置に記憶する。
【００４２】
シリコン基板６全体のＰＮ判定が終わると、シリコン基板６のＸＹ座標と、この座標上の各点をＰかＮに色分けしてＰＮ分布を平面マップとして作成し、表示部に表示する。Ｐ型とＮ型の境界部分は、Ｎ型及びＰ型と違う色や記号等で表示する。
【００４３】
さらに、判定表示部１５は、送信装置（図示せず）を備え、判定結果をホストコンピュータ等へ送信し、ホストコンピュータ等で一元管理する。なお、判定表示部１５は、ＰＮ分布のマップを表示する代わりに、又はこの表示と共に、単にＰＮ判定結果だけを音声メッセージで通知したり、文字等のメッセージで通知したりする場合もある。
【００４４】
以上により、シリコン基板６の表面のＰ型とＮ型の領域、それらの境界、シリコン基板６の裏面のＰＮ領域を正確に判定することができる。
【００４５】
同調コイル３で検出した検出波形の位相のずれ方をもとにＰ型又はＮ型を判定するため、シリコン基板６と非接触でＰ型又はＮ型を判定できると共に、判定作業の効率化を図ることができる。
【００４６】
シリコン基板６の表面又は裏面の全面を面的にＰＮ判定できるようになる。
【００４７】
［変形例］
前記実施形態では、同調コイル３をシリコン基板６の表面にのみ配設したが、同調コイル３を、シリコン基板６のうち前記検査光が照射される部分の裏面のみや、表面及び裏面の両方に面して配設してもよい。
【００４８】
シリコン基板６の表裏両面に同調コイル３を設ける場合は、各同調コイル３で検出する電磁波の検出波形を重ね合わせる。各同調コイル３で検出する電磁波の検出波形が互いに逆転している場合は、互いに合わせてから重ね合わせる。これにより、より正確に波形を検出することができるため、検査制度を向上させることができる。この場合も、前記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００４９】
判定表示部１５は、表示機能とメモリ機能と送信機能とを備えたが、メモリ機能と送信機能を設けず、結果を表示する表示機能だけを設けてもよい。これらの機能のいずれかを適宜選択してもうけてもよい。必要に応じて、メモリ機能、送信機能、音声警告機能、文字メッセセージ機能等を設けてもよい。
【００５０】
本発明のＰＮ型判定装置は、Ｐ型とＮ型とを判定する必要のある全ての装置に適用することができる。
【００５１】
また、前記実施形態では、正弦波変調光をシリコン基板６の表面に照射して、シリコン基板６の表面のＰＮ判定を行ったが、シリコン基板６の中間位置や裏面のＰＮ判定を行うようにしてもよい。検査精度は落ちるが、シリコン基板６の中間位置や裏面のＰＮ判定を行うことができる。即ち、正弦波変調光は、その波長の違いによって、シリコン基板６の表面で反射したり、中間位置で反射したり、透過したりするため、正弦波変調光の波長を調整することで、検査対象位置を調整することができる。このため、正弦波変調光の波長を調整することで、シリコン基板６の中間位置まで検査光を透過させることも可能なため、シリコン基板６の表裏面の中間部分（シリコン基板６の内部）のＰＮ判定をするように、正弦波変調光の波長を調整してもよい。また、シリコン基板６の裏面のＰＮ判定をするように、正弦波変調光の波長を調整してもよい。
【００５２】
測定するシリコン基板６の表面からの深さに合わせて波長を変えて前記走査装置で全面を走査し、さらに波長を変えて全面を走査し、これを繰り返して、シリコン基板６の立体的なＰＮ分布のマップを作ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１：ＰＮ型判定装置、２：光学系、３：同調コイル、４：判定部、６：シリコン基板、７：光源、８：駆動部、９：発振器、１０：レンズ、１２：高周波増幅器、１３：判定基準フィルタ、１４：位相差ディテクター、１５：判定表示部。
【図１】
0005555575.tif 000002
【図２】
0005555575.tif 000003