(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハを一定の極低温の温度に保持したまま、前記シリコンウェーハに外部磁場を印加した状態で、超音波パルスを発振すると共に、前記超音波パルスを前記シリコンウェーハ中に伝搬させた測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスとの位相差を検出する検出工程と、
前記位相差から弾性定数を算出する算出工程と
を備え、
温度一定の状態で、前記外部磁場を変化させて、当該外部磁場の変化に対応した前記弾性定数の変化量を測定し、
【数１】
0005425914.tif 000009
（C(T,H)は弾性定数、Nは原子空孔濃度、C0Tはバックグラウンド、gは四極子歪み相互作用の結合定数、g’は四極子間相互作用の結合定数、Tは温度、Hは外部磁場、kBはボルツマン定数、E(H)は、ある量子状態のエネルギー準位、O(H)はある量子状態の四極子）の関係に基づいて、前記シリコンウェーハ中の原子空孔濃度を評価する
ことを特徴とする定量評価方法。
【請求項２】
前記超音波パルスが横波であることを特徴とする請求項１記載の定量評価方法。
【請求項３】
前記超音波パルスの伝搬方向が前記シリコンウェーハの［001］方向であることを特徴とする請求項２記載の定量評価方法。
【請求項４】
シリコンウェーハを一定の極低温の温度に保持したまま、前記シリコンウェーハに外部磁場を印加した状態で、超音波パルスを発振すると共に、前記超音波パルスを前記シリコンウェーハ中に伝搬させた測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスとの位相差を検出する検出工程と、
前記位相差から弾性定数を算出する算出工程と
を備え、
温度一定の状態で、前記外部磁場を変化させて、当該外部磁場の変化に対応した前記弾性定数の変化量を測定し、
【数２】
0005425914.tif 000010
（C(T,H)は弾性定数、Nは原子空孔濃度、C0Tはバックグラウンド、gは四極子歪み相互作用の結合定数、g’は四極子間相互作用の結合定数、Tは温度、Hは外部磁場、kBはボルツマン定数、E(H)は、ある量子状態のエネルギー準位、O(H)はある量子状態の四極子）の関係に基づいて、前記シリコンウェーハ中の原子空孔濃度を評価する評価工程を備えた
ことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記超音波パルスが横波であることを特徴とする請求項４記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記超音波パルスの伝搬方向が前記シリコンウェーハの［001］方向であることを特徴とする請求項５記載のシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体産業で用いられるチョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）で製造されるシリコン結晶のウェーハ中の原子空孔濃度を定量的に評価することができる、定量評価方法、シリコンウェーハの製造方法、および当該製造方法により製造したシリコンウェーハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＲＡＭやフラッシュメモリに代表される半導体素子（ＬＳＩ：Large Scale Integration）は、通信機器等の高度化に伴い、多機能化、高品質化が進むと共に、携帯電話や携帯音楽プレイヤーなどの普及によって、需要が急速に増加（２年で２倍）している。これに対応して、半導体素子の材料であるシリコンウェーハの需要も急速に増加しており、今後も増加すると予想される需要に対応するべく、高品質のシリコンウェーハを効率的に生産することができる技術が求められている。
【０００３】
因みに、半導体産業において、シリコンウェーハは、一般的にチョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）で製造される。これらの方法で形成されたシリコンウェーハには、一定の割合で格子欠陥が含まれる。この格子欠陥は、主に格子中の原子１個程度で存在する原子空孔と格子間原子からなる点欠陥である。これらの点欠陥が集合体を形成すると、シリコンウェーハの性質に影響を及ぼすことになる。従って、上記したような通信機器等に用いられるいわゆるハイエンド・デバイスには、アニールウェーハ、エピタキシャルウェーハ、及び、完全結晶シリコンウェーハが使われている。
【０００４】
ところが、アニールウェーハは、表面層の欠陥を除去するために、シリコンウェーハにアニール処理を施すものである。また、エピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハ上に不純物濃度と厚みを精密に制御したエピタキシャル層を形成するものである。すなわち、アニールウェーハ、及び、エピタキシャルウェーハでは、いずれもシリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに対し二次加工をする必要があるので、生産工数が増加することとなり、効率的にシリコンウェーハを生産することは困難である。また、アニールウェーハ、及び、エピタキシャルウェーハでは、大口径のシリコンウェーハ上へ、上記した二次加工を施すことが困難であるという問題もある。
【０００５】
このような理由から、近年では、格子間原子を除去し原子空孔のみとした完全結晶シリコンウェーハが有望視されている。但し、この完全結晶シリコンウェーハにおいても、歩留りを向上するためには、結晶インゴット内における原子空孔リッチの部分の領域と、格子間原子リッチの部分の領域を判定する必要がある。さらに、一つの原子空孔リッチの部分の領域の中においても、原子空孔濃度の分布を事前に評価することが必要である。
【０００６】
従って、点欠陥を制御したＣＺシリコン結晶インゴットの成長技術の開発には超音波測定による原子空孔濃度の定量評価が必要となっている。上記ＣＺシリコン結晶インゴットをスライスして製造される完全結晶シリコンウェーハ中の原子空孔濃度を超音波測定によって予め評価することで、完全結晶シリコンウェーハを用いたデバイスの製造における特性制御が可能であり、歩留り向上に大きな寄与があると期待されている。
【０００７】
本発明者は、これまでに超音波測定を用いた原子空孔分析装置を提案している（特許文献１）。この原子空孔分析装置では、シリコン試料を冷却しながら結晶試料に超音波を通過させて、シリコン試料での超音波音速変化又は超音波吸収変化とシリコン試料の冷却温度との関係を示す曲線の急峻な落ち込み量に基づいて、原子空孔濃度を求めるものである。シリコン試料は、供試材料としてのシリコンウェーハの表面に、接着剤を介して、例えばＬｉＮｂＯ3からなる振動子が貼り付けられている。この振動子に交流電圧をかけることにより、超音波パルスの発振と受信を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１７４７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１においても、原子空孔分析装置では、シリコン試料の冷却温度を種々変化させるために、測定に長時間を要するという問題があった。すなわち、シリコン試料の比熱や熱伝導の関係から、温度が変化した場合に分子・原子の状態が安定するのに時間を要するので、緩やかに温度を変化させて測定する必要があり、効率的に評価を行うことが困難であるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、より効率的にシリコンウェーハ中に存在する原子空孔濃度を評価することができる定量評価方法、シリコンウェーハの製造方法、および当該製造方法により製造したシリコンウェーハ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】
【００１１】
本発明の請求項１に係る発明は、シリコンウェーハを一定の温度に保持したまま、前記シリコンウェーハに外部磁場を印加した状態で、超音波パルスを発振すると共に、前記超音波パルスを前記シリコンウェーハ中に伝搬させた測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスとの位相差を検出する検出工程と、前記位相差から弾性定数を算出する算出工程とを備え、温度一定の状態で、前記外部磁場を変化させて、当該外部磁場の変化に対応した前記弾性定数の変化量を測定し、
【００１２】
【数１】
0005425914.tif 000002
【００１３】
（C(T,H)は弾性定数、Nは原子空孔濃度、C0Tはバックグラウンド、gは四極子歪み相互作用の結合定数、g’は四極子間相互作用の結合定数、Tは温度、Hは外部磁場、kBはボルツマン定数、E(H)は、ある量子状態のエネルギー準位、O(H)はある量子状態の四極子）の関係に基づいて、前記シリコンウェーハ中の原子空孔濃度を評価することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１において、前記超音波パルスが横波であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項２において、前記超音波パルスの伝搬方向が前記シリコンウェーハの［001］方向であることを特徴とする。 
【００１６】
本発明の請求項４に係る発明は、シリコンウェーハを一定の温度に保持したまま、前記シリコンウェーハに外部磁場を印加した状態で、超音波パルスを発振すると共に、前記超音波パルスを前記シリコンウェーハ中に伝搬させた測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスとの位相差を検出する検出工程と、前記位相差から弾性定数を算出する算出工程とを備え、温度一定の状態で、前記外部磁場を変化させて、当該外部磁場の変化に対応した前記弾性定数の変化量を測定し、
【００１７】
【数２】
0005425914.tif 000003
【００１８】
（C(T,H)は弾性定数、Nは原子空孔濃度、C0Tはバックグラウンド、gは四極子歪み相互作用の結合定数、g’は四極子間相互作用の結合定数、Tは温度、Hは外部磁場、kBはボルツマン定数、E(H)は、ある量子状態のエネルギー準位、O(H)はある量子状態の四極子）の関係に基づいて、前記シリコンウェーハ中の原子空孔濃度を評価する評価工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項4において、前記超音波パルスが横波であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５において、前記超音波パルスの伝搬方向が前記シリコンウェーハの［001］方向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、温度一定の状態で印加する外部磁場を変化させて弾性定数の変化量を測定することとしたことにより、測定時間を短縮することができるので、より効率的にシリコンウェーハ中に存在する原子空孔濃度を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】定量評価装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】シリコン試料をセッティングした試料ホルダー部の拡大図である。
【図３】シリコン試料の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】超音波パルスを用いて位相差を検出する方法を説明するための全体構成図である。
【図５】定量評価方法におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】定量評価方法における実施例を示すグラフである。
【図７】変形例に係る定量評価方法におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】変形例に係る定量評価方法における結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）定量評価装置
本発明に係るシリコンウェーハ中に存在する原子空孔濃度の定量評価装置１について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に示す定量評価装置１は、試料ホルダー部２、冷却手段としての希釈冷凍機３、磁力発生手段４、及び検出手段５を備える。この定量評価装置１は、全体として、試料ホルダー部２に設置したシリコン試料６を一定温度に冷却した状態で、外部磁場を変化させ、後述するシリコンウェーハ中を伝搬した超音波パルスの音速を検出し得るように構成されている。
【００２５】
磁力発生手段４は、シリコン試料６に対し外部磁場を印加するため、シリコン試料６がセッティングされた位置を取り囲んで配置される。磁力発生手段４としては、例えば超伝導磁石を用いることができる。本実施形態の場合、外部磁場を変化させた場合の超音波パルスの音速の変化を検出できれば足りるので、磁力発生手段４は、０〜１０テスラ（Ｔ）の範囲で制御可能であればよい。
【００２６】
希釈冷凍機３は、試料ホルダー部２に設置したシリコン試料６を５０Ｋ以下の温度域に冷却・制御し得るように構成されている。本実施形態の場合、希釈冷凍機３は、3Ｈｅ系10と、4Ｈｅ系11の２系統からなり、デューワ12内を所定温度に冷却し得るように構成されている。デューワ12は、内層12aと外層12bの二重構造を有し、この内層12aと外層12bとの間に真空の空間12cが形成されている。このデューワ12内には、液体の4Ｈｅが貯留されている。
【００２７】
3Ｈｅ系10は、希釈冷凍機３としての冷却能力を得るように構成されている。この3Ｈｅ系10は、貯留タンク14、循環ポンプ15、コンデンサ16、混合器17、及び分離器18を備える。循環ポンプ15は、通常のポンプとは異なり、3Ｈｅが外気へ逃げないような構造がとられている。コンデンサ16は、循環ポンプ15から送り出された3Ｈｅガスを冷却して3Ｈｅ液を得る。
【００２８】
混合器17は、希釈冷凍機３において最も温度が低い部分である。この混合器17内には、相分離した3Ｈｅ−4Ｈｅ混合液の界面が存在する。混合器17内の上半分は、3Ｈｅ濃厚相であり、上記コンデンサ16から絶えず供給されている。また、混合器17内の下半分は3Ｈｅ希薄相（濃度約６％で、残りが超流動4Ｈｅ）であり、分離器18へとつながっている。この混合器17において、3Ｈｅは、エントロピーが大きい濃厚相から、エントロピーが殆どない希薄相に強制的に移動させられる。このときに生ずるエントロピー差によって、希釈冷凍機３は、冷却能力を生じさせている。
【００２９】
分離器18は、希薄相にある3Ｈｅのみを選択的に蒸発させ得るように構成されている。この分離器18は、所定温度（例えば、０．８Ｋ以下）に保持される。これにより、分離器18は、4Ｈｅの蒸気圧は０であるのに対し、3Ｈｅの蒸気圧は有限に保たれる現象を利用して、3Ｈｅのみを蒸発させる。
【００３０】
4Ｈｅ系11は、3Ｈｅガスを液化し得るように構成されている。この4Ｈｅ系は、排気ポンプを有する１Ｋポット20を備える。この4Ｈｅ系11では、１Ｋポット20内の4Ｈｅを排気ポンプで排気することにより、冷却能力を得る。本実施形態では、コンデンサ16を介してデューワ12内から直接４．２Ｋの4Ｈｅ液を取り込むことにより、連続的な運転が可能に構成され、コンデンサ16において3Ｈｅガスを液化している。
【００３１】
なお、図１では、シリコン試料６をセッティングした試料ホルダー部２が、混合器17内の3Ｈｅと4Ｈｅの混合液中に浸漬して直接冷却する構成を示しているがこの構成だけには限定されない。例えば、冷却した混合器17を形成する部材を熱伝導率の高い材質で構成し、混合器17を形成する部材からの熱伝導を利用してシリコン試料６を間接的に冷却することができる。かかる構成の場合には、特に冷却する温度域を高温側に広げられる点で有利である。
【００３２】
図２に示すように、試料ホルダー部２は、コイルバネ24によって軸方向に付勢された一対のピン25によって構成されている。このように構成された試料ホルダー部２は、一対のピン25の間にシリコン試料６を挟んで、シリコン試料６を保持している。
【００３３】
本発明では、シリコン試料６は、シリコンウェーハ26と、該シリコンウェーハ26の一面に設けられた超音波発振部27と、他面に設けられた超音波受信部28とからなる。この超音波発振部27と超音波受信部28とは後述するトランスデューサを備える。
【００３４】
シリコンウェーハ26は、ＣＺ法およびＦＺ法のいずれの方法で製造されたものでもよい。また、シリコンウェーハ26は、ドーパントを混ぜた不純物半導体で構成されるのが好ましい。ドーパントとしては、種々のものが考えられるが、例えば、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）やＡｓ（ヒ素）などを用いることができる。
【００３５】
図３に示すように、前記トランスデューサ30は、膜状に形成された薄膜振動子31と、該薄膜振動子31に電場を印加する電極としての内部電極32及び外部電極33からなる。
【００３６】
薄膜振動子31は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＡｌＮ（窒化アルミニウム）で形成することができる。この薄膜振動子31は、例えばスパッタリングのような物理蒸着法により形成することができる。
【００３７】
図４に示す検出手段５は、シリコンウェーハの表面に対し超音波パルスを発振し、発振させた超音波パルスをシリコンウェーハ中に伝搬させた測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスとの位相差を検出し得るように構成されている。
【００３８】
本実施形態の場合、検出手段５は、標準信号発生器35、周波数カウンタ36、パーソナルコンピュータ37、ダイオードスイッチ38、パルス発生器39、位相移行器40、及び、位相検出器41を備える。
【００３９】
標準信号発生器35は、超音波パルスの基となる基本信号を発生する。この基本信号は、参照信号系5aと測定信号系5bとに分岐される。尚、周波数カウンタ36は、基本信号を測定し、その結果をパーソナルコンピュータ37に出力する。
【００４０】
参照信号系5aは、位相移行器40を介して、位相検出器41に接続されている。一方、測定信号系5bは、パルス発生器39が接続されたダイオードスイッチ38、シリコン試料６が順に配置され、位相検出器41に接続されている。ダイオードスイッチ38は、基本信号を所定の幅に分割する。
【００４１】
位相検出器41は、参照信号と、シリコン試料６から出力された測定信号とを比較して、位相差を検出する。
【００４２】
このように構成された検出手段５は、１０μｓ以下のパルス幅の超音波パルスを用いることにより、厚さが１０ｍｍ以下のシリコンウェーハ26中の音速を測定し、かつ隣り合うパルス同士を確実に区別することができる。また、検出手段５は、外部磁場で音速が変化することで生じる位相差が一定になるように発振周波数を変化させ零検出を行う手段を有することがより好適である。
【００４３】
また、本発明の定量評価装置１は、多数個のシリコン試料６および一個のシリコン試料６の複数点について、同時に位相差を測定できるように構成するのが好ましい。
【００４４】
（２）定量評価方法
次に、本発明に係るシリコンウェーハ26中に存在する原子空孔濃度の定量評価方法の一例について、以下で説明する。
【００４５】
本発明の定量評価方法は、まず、シリコンインゴットから所定の部位を切り出したシリコンウェーハ26の表面に、超音波発振部27と超音波受信部28とをそれぞれ形成したシリコン試料６に対し、外部磁場を必要に応じて印加した状態で、所定の温度に冷却する。
【００４６】
次いで、標準信号発生器35により、基本信号を発振する。この基本信号は、参照信号系5aと測定信号系5bとに分岐される。参照信号系5aにおいて、基本信号は、位相移行器40を経て参照信号として位相検出器41へ入力される。測定信号系5bにおいて、基本信号は、ダイオードスイッチ38によって０．５μｓの幅に分割される。
【００４７】
トランスデューサ30では、ダイオードスイッチ38によって分割された基本信号によって、外部電極33と内部電極32間に電場としての交流電場が印加される。この交流電場によって、薄膜振動子31の分子軸が電場方向に配向される。そうすると、薄膜振動子31が分極して圧電性が現れ、これにより超音波発振部27は、基本信号に基づいて超音波パルスを発生する。このようにして、基本信号は、超音波発振部27のトランスデューサ30によって、機械信号、すなわち、超音波パルスに変換される。
【００４８】
超音波パルスは、シリコンウェーハ26の一端から他端へ伝搬する。シリコンウェーハ26の内部を伝搬する超音波パルスは、シリコンウェーハ26の一端及び他端で反射を繰り返し、超音波受信部28のトランスデューサ30において測定波パルスとして受信され、再び電気信号に変換され測定信号として出力される。
【００４９】
この測定信号と参照信号とを位相検出器41において比較し、超音波パルスと測定波パルスとの位相差φｎを測定する。この位相差φｎを用いて、音速ｖを下記の式１より算出した。
式１：φｎ＝２π（２ｎ−１）ｌｆ／ｖ
ここで、（２ｎー１）ｌはｎ番目のエコーの伝搬長であり、ｆは超音波周波数である。
【００５０】
このようにして算出された音速ｖから、弾性定数Ｃを下記の式２より算出した。
式２：Ｃ＝ρｖ2
ここで、ρ：密度である。
【００５１】
上記のようにして、超音波パルスの位相差φｎより逐次音速ｖを検出する。そして、音速ｖから弾性定数Ｃを算出する。
【００５２】
このような測定をシリコンウェーハ26に対し、温度一定の状態で、印加する外部磁場を変化（増加）させながら逐次弾性定数Ｃを算出する。このようにして算出された弾性定数Ｃの変化量（増加量）からシリコンウェーハ26中に存在する原子空孔濃度を定量的に評価することができる。弾性定数の変化量と原子空孔濃度とが比例するからである。
【００５３】
また、結晶方位＜100＞方向に示す弾性定数は、数３に示すとおりである。ここで体積弾性率ＣBは、数４に示すとおりである。この式から明らかなように、＜100＞方向には、弾性定数Ｃ44は含まれていない。
【００５４】
【数３】
0005425914.tif 000004
【００５５】
【数４】
0005425914.tif 000005
【００５６】
同様に、結晶方位＜110＞方向、及び＜111＞方向における各弾性定数は、数５及び数６に示すとおりである。
【００５７】
【数５】
0005425914.tif 000006
【００５８】
【数６】
0005425914.tif 000007
【００５９】
ここで、Ｃ11、Ｃ12、Ｃ44とは、立方晶系結晶が持つ独立の弾性定数である。この式から明らかなように、結晶方位＜110＞方向、及び＜111＞方向では、低温ソフト化を起こすＣ44が含まれる。このＣ44の比率が高い結晶方位の方向に前記超音波パルスを伝搬させ、前記超音波受信部において測定波パルスを受信し、前記超音波パルスと前記測定波パルスの位相差を検出して定量評価を行うことにより、より確実にウェーハ中の原子空孔濃度を定量的に評価することができる。
【００６０】
上記のように、本発明に係る定量評価方法では、温度一定の状態で印加する外部磁場を変化させて弾性定数の変化量を測定することとした。これにより、定量評価方法は、分子・原子の状態を一定に保ちながら測定を行うことができるので、分子・原子の状態を安定させるための時間を省略することができ、その分従来に比べ測定時間を短縮することができる。したがって、定量評価方法は、より効率的にシリコンウェーハ26中に存在する原子空孔濃度を評価することができる。
【００６１】
また、定量評価方法では、温度を変化させていた従来に比べ、外部磁場の安定性、および均一性が高いので、データの再現性および精度をより向上することができる。
【００６２】
さらに、定量評価方法では、温度一定の状態で測定することにより、温度範囲の狭い（数10mKから800mK）希釈冷凍機のみでも測定することができる。従って、温度範囲の広い（300mKから100K）ヘリウム３冷凍機を使用する必要がある従来に比べ、その分設備を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。
【００６３】
（３）実施例
図５に、空孔濃度が異なる試料において、温度一定の状態で外部磁場を変化させた場合の弾性定数の変化をシミュレーションした結果を示す。本図の横軸は外部磁場、縦軸は弾性定数の相対変化である。試料は、ボロンを添加したシリコンを想定した。また、シミュレーションには、数７を用いた。
【００６４】
【数７】
0005425914.tif 000008
【００６５】
なお、Nは原子空孔濃度、C0Tはバックグラウンド、gは四極子歪み相互作用の結合定数、g’は四極子間相互作用の結合定数、Tは温度、Hは外部磁場、kBはボルツマン定数、E(H)は、ある量子状態のエネルギー準位、O(H)は、ある量子状態の四極子である。また、E(H)およびO(H)は、いずれも外部磁場に依存する。このシミュレーション結果から、弾性定数は、原子空孔濃度によって系統的に変化することがわかった。
【００６６】
実際に図１に示す定量評価装置１に試料を設置し、当該試料に対し印加する外部磁場を変化させた場合の測定結果を図６に示す。本図の横軸は外部磁場、縦軸は弾性定数の相対変化である。試料は、ボロンを添加したＦＺシリコンを用い、インゴットからの切り出し位置の異なる試料１、試料２、試料３を用意した。冷却温度は、０．３Ｋ（一定）とした。また、外部磁場は、試料に対し＜111＞の方向に印加した。薄膜振動子は、スパッタリングでＺｎＯを堆積させて形成した。
【００６７】
この結果から、試料１は、試料２、試料３に比べ約２倍の原子空孔濃度を有することが確認できた。すなわち、試料の温度を一定に保持した状態で、当該試料に印加する外部磁場を変化させて測定した弾性手数の変化量から、原子空孔濃度を評価できることが確認できた。
【００６８】
（４）変形例
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００６９】
また、薄膜振動子31は、ＺｎＯまたはＡｌＮで形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、分子鎖中に大きな電気双極子能率をもち、電場を加えると双極子が電場方向に配向する（ポーリング）高分子材料で構成することもできる。この薄膜振動子31は、前記温度域で温度降下に伴うシリコンウェーハの膨張に追随できる物性をもち、電場を印加して分子軸を電場方向に配向させた状態のまま温度降下させることにより、固体化すると同時に電場除去後も前記分子軸の配向（電気分極）が維持される性質を有する液状高分子材料を固体化させて形成されている。ここで分子軸とは、微小距離を隔てて置かれた正負のわき出しの一対をいう。また、配向は５０℃以上５００℃以下の高温加熱状態において行われる。さらに、シリコンウェーハ26の膨張に追随できる物性とは、シリコンウェーハ26を低温にした場合の体積膨張により発生する応力を、薄膜振動子31が吸収することにより、剥離を防止することができることをいう。
【００７０】
薄膜振動子31を高分子材料で構成したことにより、例えば、スピンコート法で薄膜振動子31を形成することができる。これにより、スパッタリングのような物理蒸着法によりＺｎＯ薄膜を形成する場合に比べ、短時間で、均一な薄膜を形成することができる。
【００７１】
薄膜振動子31を形成する材料としては、フッ化ビニリデンＣＨ2ＣＦ2（ＶＤＦ）の重合体（ＰＶＤＦ）、ＶＤＦと三フッ化エチレンＣＨＦＣＦ2（ＴｒＦＥ）の共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、ＶＤＦと四フッ化エチレンＣＦ2ＣＦ2（ＴｅＦＥ）の共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ））、シアン化ビニリデンＣＨ2Ｃ（ＣＮ）2（ＶＤＣＮ）と酢酸ビニルＣＨ2ＣＨＯＣＯＣＨ3（ＶＡｃ）の交互共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））、ジアミンとジイソシアネートとの縮合重合体（ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ’）ｎ（Ｒ，Ｒ’は芳香族、ＰＵ（ポリ尿素））、フッ素樹脂を適用することができる。
【００７２】
また、上記した実施形態では、薄膜振動子31がＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＡｌＮ（窒化アルミニウム）である場合について説明したが、本発明はこれに限られない。薄膜振動子は、圧電性を有する単結晶を所定の方位で切断した結晶片と、当該結晶片に設けた電極とで構成することができる。圧電性を有する単結晶は、例えば、水晶、ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3などがある。例えば、ＬｉＮｂＯ3を用いる場合は、３６度ＹカットやＸカットの結晶片を用いる。このように構成された薄膜振動子は、シリコンウェーハに接着剤、例えば、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系、ポリサルファイド系等の接着剤により接着することができる。本発明では、シリコンウェーハを一定の温度に保持したまま磁場変化によってシリコンウェーハ中の原子空孔濃度を評価するので、従来のように温度変化によって接着剤がシリコンウェーハから剥がれることがないからである。また、薄膜振動子は、金やインジウムなどの金属膜による圧着や接合により、シリコンウェーハに接着することもできる。このように構成された薄膜振動子は、横波の超音波パルスを発生させることができる。横波とは、伝搬方向に対し変位方向が垂直な超音波をいう。因みに縦波とは、伝搬方向に対し変位方向が平行な超音波をいう。立方晶に属するシリコン結晶に対しては、例えば伝搬方向が[001]で変位方向が[100]の横波超音波から弾性定数Ｃ44を測定でき、伝搬方向が[110]で変位方向が[1-10]の横波超音波から(Ｃ11−Ｃ12)／２を測定できる。ＬｉＮｂＯ3の薄膜振動子を用い、超音波パルスを横波とし、当該パルスの伝搬方向を［001］とすることにより、直接弾性定数Ｃ44を計測することができる。横波の超音波パルスを用いることにより、弾性定数Ｃ44を計測することができるので、原子空孔濃度に比例する低温ソフト化の大きさをより精度よく測定することができる。原子空孔軌道による低温ソフト化は、横波の超音波パルスで得られるＣ44に現れるため、低温で一定値を示すＣBを含むＣL[111]よりも純粋なＣ44の方が大きな低温ソフト化が現れるからである。例えば[111]方向に伝搬する縦波超音波により得られる弾性定数ＣL[111]には、ＣBとＣ44が成分として含まれる。合わせて、超音波パルスを横波とし、超音波パルスの伝搬方向を、シリコンウェーハの［001］方向とすることで、直接弾性定数Ｃ44を測定できるので、現在、半導体製造プロセスで一般的に用いられている[100]のシリコンウェーハに特別な加工をすることなく、薄膜振動子を接着するだけで、容易に測定することができる。
【００７３】
図７は、温度一定の状態で外部磁場を変化させた場合の弾性定数の変化をシミュレーションした結果を示す。本図の横軸は外部磁場、縦軸は弾性定数の相対変化である。試料は、ボロンを添加したシリコンを想定した。このシミュレーション結果から、弾性定数は、Ｃ44の方がＣL[111]よりも弾性定数の変化が大きいことがわかった。
【００７４】
実際に図１に示す定量評価装置１に本変形例に係る試料を設置し、当該試料に対し印加する外部磁場を変化させた場合の測定結果を図８に示す。本図の横軸は外部磁場、縦軸は弾性定数の相対変化である。試料は、ボロンを添加したＦＺシリコンを用いた。試料１は、ＬｉＮｂＯ3の結晶片に電極を設けた薄膜振動子を接着剤で接着した場合の測定結果である。この場合、超音波パルスは横波であり伝播方向は［001］である。試料２は、薄膜振動子をスパッタリングでＺｎＯを堆積させて形成した場合の測定結果である。この場合、超音波パルスは縦波であり、伝搬方向は［111］である。冷却温度は、０．３Ｋ（３００ｍＫ一定）とした。また、外部磁場は、試料１に対し＜001＞の方向に印加し、試料２に対し＜111＞の方向に印加した。
【００７５】
この結果から、試料１は、試料２に比べ弾性定数の変化が大きく、原紙空孔濃度に比例する低温ソフト化の大きさをより精度よく測定できることが確認できた。
【符号の説明】
【００７６】
１  定量評価装置
３  希釈冷凍機（冷却手段）
４  磁力発生手段
５  検出手段
６  シリコン試料
26  シリコンウェーハ
27  超音波発振部
28  超音波発振部
30  トランスデューサ
31  薄膜振動子
32  内部電極（電極）
33  外部電極（電極）
【図１】
0005425914.tif 000011
【図２】
0005425914.tif 000012
【図３】
0005425914.tif 000013
【図４】
0005425914.tif 000014
【図５】
0005425914.tif 000015
【図６】
0005425914.tif 000016
【図７】
0005425914.tif 000017
【図８】
0005425914.tif 000018