(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の表面に第１の参照光を照射する第１の参照光照射手段と、
前記測定対象の裏面に第２の参照光を照射する第２の参照光照射手段と、
前記測定対象の表面にて反射した前記第１の参照光を検出する第１参照光検出手段と、
前記測定対象の裏面にて反射した前記第２の参照光を検出する第２参照光検出手段と、
前記測定対象の表面及び裏面に参照光を照射した状態で、前記測定試料の一方の面に励起光をパルス照射する励起光照射手段と、
前記励起光を照射した後、前記第１参照光検出手段の検出信号に現われるピークと、前記第２参照光検出手段の検出信号に現われるピークとの間の時間間隔を求めるピーク間隔測定手段とを備え、
前記測定対象の膜厚は、前記励起光の照射により、測定対象表面に生じる熱が測定対象裏面に到達する程度の厚さであり、当該熱は、基板内で生じる非発光再結合によるものであり、表面から裏面に到達するものである
ことを特徴とする基板内部検査装置。
【請求項２】
前記測定対象は半導体基板であり、その膜厚は６２０μｍ程度以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の基板内部検査装置。
【請求項３】
測定対象の表面に第１の参照光を照射する第１の参照光照射工程と、
前記測定対象の裏面に第２の参照光を照射する第２の参照光照射工程と、
前記測定対象の表面にて反射した前記第１の参照光を検出する第１参照光検出工程と、
前記測定対象の裏面にて反射した前記第２の参照光を検出する第２参照光検出工程と、
前記測定対象の表面及び裏面に参照光を照射した状態で、前記測定試料の一方の面に励起光をパルス照射する励起光照射工程と、
前記励起光を照射した後、前記第１参照光検出手段の検出信号に現われるピークと、前記第２参照光検出手段の検出信号に現われるピークとの間の時間間隔を求めるピーク間隔測定工程とを含み、
前記測定対象の膜厚は、前記励起光の照射により、測定対象表面に生じる熱が測定対象裏面に到達する程度の厚さであり、当該熱は、基板内で生じる非発光再結合によるものであり、表面から裏面に到達するものである
ことを特徴とする基板内部検査方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の基板内部検査装置、又は請求項３に記載の基板内部検査方法を用いた欠陥等の内部検査を経て製造することを特徴とする基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板内部検査装置、基板内部検査方法、及び基板の製造方法に関し、特に、測定試料である基板の両面から参照光を照射し、表面、裏面からの反射光をそれぞれ検出することにより、基板内部を検査する基板内部検査装置、基板内部検査方法、及び基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の内部検査方法として、例えば特許文献１に記載のように、半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザ光を照射して、積層欠陥の有無を判定する方法や、特許文献２に記載のように、Ｘ線トポグラフィー測定を行って基底面内欠陥を検出する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００９−６６５４７号公報
【特許文献２】特開平２００９−４４０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、ｐｎダイオードに順方向電流を流した後に積層欠陥が発生するか否かを検査するものであり、汎用性に欠ける。特許文献２に記載の技術は、Ｘ線回折データから回折パターンを識別するものであるから、やはり汎用的な内部検査を実現することは難しいという問題点がある。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、汎用的に基板の内部検査を行うことが可能な基板内部検査装置、基板内部検査方法、及び基板の製造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】
【０００６】  上記の問題点を解決するために、本発明に係る基板内部検査装置は、測定対象の表面に第１の参照光を照射する第１の参照光照射手段と、前記測定対象の裏面に第２の参照光を照射する第２の参照光照射手段と、前記測定対象の表面にて反射した前記第１の参照光を検出する第１参照光検出手段と、前記測定対象の裏面にて反射した前記第２の参照光を検出する第２参照光検出手段と、前記測定対象の表面及び裏面に参照光を照射した状態で、前記測定試料の一方の面に励起光をパルス照射する励起光照射手段と、前記励起光を照射した後、前記第１参照光検出手段の検出信号に現われるピークと、前記第２参照光検出手段の検出信号に現われるピークとの間の時間間隔を求めるピーク間隔測定手段とを備え、前記測定対象の膜厚は、前記励起光の照射により、測定対象表面に生じる熱が測定対象裏面に到達する程度の厚さであり、当該熱は、基板内で生じる非発光再結合によるものであり、表面から裏面に到達するものであることを特徴としている。【０００７】
本発明においては、基板の表面と裏面とで、反射光に現われるピークの間隔を測定して基板の内部検査を行うため、内部欠陥の発生原因や発生条件などが特に限定されず、汎用的な内部検査を図ることが可能となる。
【０００８】
前記第１及び第２の参照光照射手段は、単一の光射出手段と、前記光射出手段から射出された光を分割する光分割手段とを含む構成とすることができる。前記光分割手段は、前記光射出手段から射出された光を、同一光量の二本の光に分割して前記第１の参照光及び前記第２の参照光とすることができる。
【０００９】
前記第１の参照光及び前記第２の参照光のエネルギーは前記測定対象のバンドギャップより小さく、前記励起光のエネルギーは前記測定対象のバンドギャップよりも大きい構成とすれば、前記測定対象は、前記励起光により伝導帯に励起した電子が正孔と再結合する際に、非発光再結合により熱膨張する材料から成る場合に好ましい。
【００１０】
本発明に係る基板内部検査方法は、測定対象の表面に第１の参照光を照射する第１の参照光照射工程と、前記測定対象の裏面に第２の参照光を照射する第２の参照光照射工程と、前記測定対象の表面にて反射した前記第１の参照光を検出する第１参照光検出工程と、前記測定対象の裏面にて反射した前記第２の参照光を検出する第２参照光検出工程と、前記測定対象の表面及び裏面に参照光を照射した状態で、前記測定試料の一方の面に励起光をパルス照射する励起光照射工程と、前記励起光を照射した後、前記第１参照光検出手段の検出信号に現われるピークと、前記第２参照光検出手段の検出信号に現われるピークとの間の時間間隔を求めるピーク間隔測定工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る基板の製造方法は、上記本発明に係る基板内部検査装置、又は本発明に係る基板内部検査方法を用いた欠陥等の内部検査を経て製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る基板内部検査装置等によると、汎用的に基板の内部検査を図ることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における基板内部検査装置の構成について説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における基板内部検査装置において、検出された基板の表面及び裏面からの反射光信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態における基板内部検査装置の構成について説明するためのブロック図である。
【００１５】
本実施の形態では、内部検査の対象となる半導体基板である測定試料１０１の両面から参照光Ａ１及びＡ２を照射した状態で、励起光Ｂを照射する。参照光Ａ１及びＡ２としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１０２から射出された波長６３２．８ｎｍ、出力８ｍＪのレーザ光Ａを、ビームスプリッタ１０３で、両者の光量が等しくなるようにレーザ光Ａ１、Ａ２に分割して用いる。
【００１６】
ビームスプリッタ１０３でのレーザ光Ａの分割位置から、測定試料１０１の表面（参照光Ａ１の照射側）及び裏面（参照光Ａ２の照射側）までの、それぞれの光路長が等しくなるように、ミラー１０４１及びミラー１０４２で、参照光Ａ１、Ａ２を反射させる。
【００１７】
本実施の形態で用いた測定試料１０１は、市販のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板であるが、内部検査の対象がガリウムヒ素基板に限定されないことは勿論である。測定試料１０１の表面で反射した参照光Ａ１は、励起光カットフィルタ１０２１を通してディテクタ１０３１で検出される。また、測定試料１０１の裏面で反射した参照光Ａ２は、励起光カットフィルタ１０２２を通してディテクタ１０３２で検出される。励起光カットフィルタは、励起光Ｂがディテクタ１０３１、１０３２に入射することを防止する市販のものである。ディテクタ１０３１、１０３２による検出信号はデジタルオシロスコープ２００に入力される。
【００１８】
励起光Ｂとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１０５から射出された波長１０６４ｎｍのレーザ光を、ＳＨＧ（第二高調波生成）結晶１０６を通して波長５３２ｎｍとしたものを用いる。本実施の形態では、ＳＨＧ結晶１０６と通過したレーザ光を、ミラー１０７１、１０７２、１０７３で反射させ、さらにスライドガラス１０８で反射させて測定試料１０１表面へと導く。
【００１９】
スライドガラス１０８を通過したレーザ光の一部はディテクタ１０９に到達する。ディテクタ１０９の検出信号はデジタルオシロスコープ２００に入力される。スライドガラス１０８で反射したレーザ光の一部がピンホール１１０を通り、レンズ１１１で集光されて、励起光Ｂとして測定試料１０１表面に照射される。本実施の形態では、励起光Ｂが測定試料１０１に照射される際、スポットの直径は約１ｍｍである。
【００２０】
励起光Ｂはパルス光であり、測定試料１０１表面に励起光Ｂが照射されると、ディテクタ１１３１及び１１３２の検出信号に、各々異なった変化が生じる。この検出信号はＰＴＤ（光熱拡散分光）信号である。図２は、測定試料１０１として、Ｎｏｎ−ｄｏｐｅのＧａＡｓ（膜厚６２０μｍ、キャリア濃度８．０１×１０６）を用いて測定を行った結果を示す図である。同図の例では、ディテクタ１１３１の検出信号（実線で表される）のピークと、ディテクタ１１３２の検出信号（点線で表される）のピークとの時間間隔は、０．４μ秒と測定された。
【００２１】
本願発明者らは、半導体基板測定試料について、励起光の照射により価電子帯から伝導帯へと励起した電子が正孔と再結合する過程について検討を進めている。再結合には「発光再結合」と「非発光再結合（熱が発生する）」とが一般に知られているが、上記図２の結果は、非発光再結合過程において生じた熱により測定試料１０１が熱膨張し、測定試料１０１表面及び裏面に状態の変位が生じていることを示すものである。このような表面及び裏面の状態変位を、ディテクタ１１３１及び１１３２で、それぞれ検出し、現われた検出信号のピークの間隔をトレースすることにより、測定試料１０１内部の欠陥等の検査に利用することができる。なお、図２の結果は室温にて計測したものであるが、液体窒素等で冷却することにより、よりノイズの少ない信号が得られる可能性が高い。
【００２２】
測定試料１０１内部に欠陥等が存在すると、欠陥等が存在しない場合と比較して、励起光Ｂによる励起により、励起光Ｂが照射された側（図１の例では表面側）で発生する非発光再結合による熱の測定試料１０１裏面への伝播に要する時間が変化する。従って、測定試料１０１の全面において、ディテクタ１１３１で検出された検出信号のピークとディテクタ１１３２で検出された検出信号のピークとの間の時間間隔を測定することにより、測定試料１０１の内部検査を行うことができる。前記した両ピークの時間間隔に有意な変化が検出された場合、その近傍に欠陥が存在することが推認されるからである。
【００２３】
なお、励起光Ｂにより熱膨張した測定試料１０１は、一定時間（ＧａＡｓの場合、ほぼ０．００３秒）の経過後には元の状態に戻るから、本実施の形態で説明した測定試料１０１の内部検査は、測定試料１０１を非破壊的に検査することができる。なお、励起光Ｂの波長や出力強度などは、測定試料１０１の種類や厚さ等により適宜調整すれば良く、上記に説明した具体例に限定されることはない。
【００２４】
また、上記実施の形態では、測定試料として、ドーピングのないガリウム砒素（ＧａＡｓ）を用いたが、励起光による電子の励起、非発光再結合及び熱膨張が生じ得る材料であって、その内部状態により、試料両面に照射された参照光の反射光検出信号ピーク間の時間間隔に有意の差が生じるものであれば、内部検査に適用することは可能である。測定試料の厚さについても、一方の面への励起光の照射により生じる熱が伝達可能な厚さであれば、適用することは可能である。
【００２５】
基板の内部検査のためには、光源を単一として、測定試料１０１上を参照光及び励起光が走査するような実施形態も可能であるが、光源を複数設けて各々の光源で測定試料の異なる位置を測定するような実施形態も可能である。測定試料を回転させつつ、水平方向に動かす（あたかも、従前の音楽レコードを再生する場合におけるレコード針とレコードとの関係のように、参照光、励起光と測定試料との間の相対的位置関係を変化させる）ような実施形態であれば、測定試料の回転速度、水平方向の移動速度などを調整することで、基板全体の内部検査を行うことができる。
【００２６】
測定試料１０１としては、所望のサイズにカットした後のサンプルを用いても良いが、上記のように、よりサイズの大きな基板全体を検査した後に、欠陥等が存在しない部分のみを切り出して実用に供することもできる。
【００２７】
欠陥等の有無の測定のためには、基準となる（欠陥等が存在しない場合の）ピーク間隔を予め測定（決定）しておいて、欠陥等の存在を検査する方法でも良いし、測定試料である基板の材料、製造方法によっては、ピーク間隔が他の部分と有意に異なる場合に欠陥等が存在すると判断するような方法も可能である。これらの判断は、デジタルオシロスコープ２００内で行うようにしても良いし、ディテクタ１１３１等に接続されたコンピュータで判断してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、例えば、半導体基板の内部検査に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０１                  測定試料
１０２                  Ｈｅ−Ｎｅレーザ射出装置
１０３                  ビームスプリッタ（キューブハーフミラー）
１０４１、１０４２      ミラー
１０５                  Ｎｄ：ＹＡＧレーザ射出装置
１０６                  ＳＨＧ結晶
１０７１〜１０７３      ミラー
１０８                  スライドガラス
１０９                  励起光ディテクタ
１１０                  ピンホール
１１１                  レンズ
１１２１、１１２２      励起光カットフィルタ
１１３１、１１３２      参照光ディテクタ
２００                  デジタルオシロスコープ
Ａ                      Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
Ａ１、Ａ２              参照光
Ｂ                      励起光
【図１】
0005419080.tif 000002
【図２】
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