(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体のキャリア寿命を測定する方法であって、
前記半導体の表面における所定の範囲である第１照射範囲に対して第１光及び所定の測定波を照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第１反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第１透過波の時間的な変化と、前記第１照射範囲に対して前記第１光と波長が異なる第２光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第２反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第２透過波の時間的な変化と、に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第１の１次モードキャリア寿命を求める第１演算工程と、
前記半導体の表面において前記第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲に対して前記第１光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波の時間的な変化と、前記第２照射範囲に対して前記第２光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波の時間的な変化と、に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第２の１次モードキャリア寿命を求める第２演算工程と、
前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び前記第２光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ求める測定演算工程と、
前記第１演算工程で求めた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程で求めた第２の１次モードキャリア寿命との相関関係に基づいて前記測定演算工程において求められた前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求めるキャリア寿命導出工程と、を備えることを特徴とする半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項２】
前記第１照射範囲に対して前記第１光と前記第２光とをそれぞれ照射すると共に前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射する第１照射工程と、
前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波とを検出する第１検出工程と、
前記第２照射範囲に対して前記第１光と前記第２光とをそれぞれ照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射する第２照射工程と、
前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波とを検出する第２検出工程と、を備え、
前記第１演算工程では、前記第１検出工程によって検出された前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波とから前記第１の１次モードキャリア寿命が求められ、
前記第２演算工程では、前記第２検出工程によって検出された前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波とから前記第２の１次モードキャリア寿命が求められることを特徴とする請求項１に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項３】
前記第１演算工程において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程において求められた第２の１次モードキャリア寿命との前記相関関係を表す補正係数を求める補正係数導出工程を、さらに備え、
前記補正工程では、前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命が前記補正係数導出工程において求められた補正係数を用いてそれぞれ補正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項４】
前記半導体の表面再結合速度を求める再結合速度導出工程をさらに備え、
前記再結合速度導出工程は、
前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波との比の対数に基づく値である第１差を求める第１差演算工程と、
前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波との比の対数に基づく値である第２差を求める第２差演算工程と、
前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び第２光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２差をそれぞれ求める差測定演算工程と、
前記第１差演算工程で求めた第１差と前記第２差演算工程で求めた第２差との相関関係に基づいて前記差測定演算工程において求められた前記各部位における第２差をそれぞれ補正する第２差補正工程と、
前記第２差補正工程によって補正された前記各部位における第２差に基づいて前記半導体の表面再結合速度を求める導出工程と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項５】
前記再結合速度導出工程は、前記第１差演算工程において求められた第１差と前記第２差演算工程において求められた第２差との前記相関関係を表す差補正係数を求める差補正係数導出工程を、さらに備え、
前記第２差補正工程では、前記各部位における第２差が前記差補正係数導出工程において求められた差補正係数を用いてそれぞれ補正されることを特徴とする請求項４に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項６】
半導体のキャリア寿命を測定する装置であって、
波長が互いに異なる第１光と第２光とを前記半導体の表面にそれぞれ照射すると共に、前記第１光及び前記第２光の各光をそれぞれ照射したときの前記半導体の表面における照射範囲を所定の大きさの第１照射範囲とこの第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲との間で切り換えるために前記各光の光線の直径をそれぞれ切り換え可能な光照射部と、
前記半導体の表面に所定の測定波を照射する測定波照射部と、
前記半導体で反射される前記測定波の反射波又は当該半導体を透過する前記測定波の透過波を検出する検出部と、
前記光照射部と前記測定波照射部と前記検出部とをそれぞれ制御すると共に、前記検出部における検出結果に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求める演算制御部と、
前記演算制御部において求められたキャリア寿命を外部に出力する出力部と、を備え、
前記演算制御部は、前記光照射部によって前記半導体の表面における特定の位置の前記第１照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記測定波照射部によって前記第１照射範囲に対して所定の測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第１反射波又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第１透過波を検出する一方、前記光照射部によって前記第１照射範囲に対して前記第２光を照射すると共に前記測定波照射部によって前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第２反射波又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第２透過波を検出することにより、前記第１反射波又は前記第１透過波の時間的な変化と前記第２反射波又は前記第２透過波の時間的な変化とに基づいて前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第１の１次モードキャリア寿命を求める第１演算部と、
前記光照射部によって前記半導体の表面において前記第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波を検出する一方、前記光照射部によって前記第２照射範囲に対して前記第２光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波を検出することにより、前記第３反射波又は前記第３透過波の時間的な変化と前記第４反射波又は前記第４透過波の時間的な変化とに基づいて前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第２の１次モードキャリア寿命を求める第２演算部と、
前記光照射部によって前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び第２光をそれぞれ照射すると共に前記測定波照射部によって前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射しつつ、前記検出部によって前記各部位で反射される前記測定波の反射波又は前記各部位で前記半導体を透過する前記測定波の透過波をそれぞれ検出することにより、前記各部位における前記第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ求めてこれら第２の１次モードキャリア寿命を格納する測定演算部と、
前記第１演算部において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算部において求められた第２の１次モードキャリア寿命との相関関係に基づいて前記測定演算部に格納された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求めるキャリア寿命導出部と、を有することを特徴とする半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項７】
前記光照射部は、前記第１光及び前記第２光をこれら各光の光線の直径が一定となるようにそれぞれ射出する光源部と、
前記各光の光線の直径を、前記第１照射範囲に対応する大きさの第１直径と、前記第２照射範囲に対応し且つ前記第１直径よりも小さな第２直径と、の間で切り換え可能な切換部と、を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項８】
半導体のキャリア寿命を測定する方法であって、
前記半導体の表面における所定の範囲である第１照射範囲に対して第１光及び所定の測定波を照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第１反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第１透過波の時間的な変化に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第１の１次モードキャリア寿命を求める第１演算工程と、
前記半導体の表面において前記第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲に対して前記第１光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第２反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第２透過波の時間的な変化に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第２の１次モードキャリア寿命を求める第２演算工程と、
前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ求める測定演算工程と、
前記第１演算工程で求めた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程で求めた第２の１次モードキャリア寿命との相関関係に基づいて前記測定演算工程において求められた前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求めるキャリア寿命導出工程と、を備えることを特徴とする半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項９】
前記第１照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射する第１照射工程と、
前記第１反射波又は前記第１透過波を検出する第１検出工程と、
前記第２照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射する第２照射工程と、
前記第２反射波又は前記第２透過波を検出する第２検出工程と、を備え、
前記第１演算工程は、前記第１検出工程において検出された前記第１反射波の時間的な変化又は前記第１透過波の時間的な変化を利用して、前記第１光の波長より大きい波長の第２光及び前記測定波を前記第１照射範囲に照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波の時間的な変化を推測する第１推測工程と、前記第１検出工程において検出された前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第１推測工程において推測された第３反射波又は第３透過波とから前記第１の１次モードキャリア寿命を求める第１導出工程と、を有し、
前記第２演算工程は、前記第２検出工程において検出された前記第２反射波の時間的な変化又は前記第２透過波の時間的な変化を利用して、前記第２光及び前記測定波を前記第２照射範囲に照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波の時間的な変化を推測する第２推測工程と、前記第２検出工程において検出された前記第２反射波又は前記第２透過波と前記第２推測工程において推測された第４反射波又は第４透過波とから前記第２の１次モードキャリア寿命を求める第２導出工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項１０】
前記第１光は、可視光領域の波長又は紫外線領域の波長を有することを特徴とする請求項９に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項１１】
前記第１演算工程において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程において求められた第２の１次モードキャリア寿命との前記相関関係を表す補正係数を求める補正係数導出工程を、さらに備え、
前記補正工程では、前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命が前記補正係数導出工程において求められた補正係数を用いてそれぞれ補正されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項１２】
前記半導体の表面再結合速度を求める再結合速度導出工程をさらに備え、
前記再結合速度導出工程は、
前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波との比の対数に基づく値である第１差を求める第１差演算工程と、
前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波との比の対数に基づく値である第２差を求める第２差演算工程と、
前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２差をそれぞれ求める差測定演算工程と、
前記第１差演算工程で求めた第１差と前記第２差演算工程で求めた第２差との相関関係に基づいて前記差測定演算工程において求められた前記各部位における第２差をそれぞれ補正する第２差補正工程と、
前記第２差補正工程によって補正された前記各部位における第２差に基づいて前記半導体の表面再結合速度を求める導出工程と、を有することを特徴とする請求項９、請求項１０、請求項９又は請求項１０を引用する請求項１１、のうちのいずれか１項に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【請求項１３】
前記再結合速度導出工程は、前記第１差演算工程において求められた第１差と前記第２差演算工程において求められた第２差との前記相関関係を表す差補正係数を求める差補正係数導出工程を、さらに備え、
前記第２差補正工程では、前記各部位における第２差が前記差補正係数導出工程において求められた差補正係数を用いてそれぞれ補正されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体キャリア寿命測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体におけるキャリア寿命を測定する半導体キャリア寿命測定方法、及び半導体キャリア寿命測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエレクトロニクスの発展により、様々な分野に半導体製品が活用されている。半導体製品は、一般に、半導体ウェハから製造されるため、半導体製品の高性能化には、半導体ウェハの品質管理が重要である。半導体ウェハの品質を評価する指標の１つとして、半導体におけるキャリアの寿命（ライフタイム）がある。一方、近年、クリーンなエネルギ源として太陽電池（ＰＶ）が注目されている。この太陽電池では、光照射によって発生したキャリア（電子と正孔（ホール））が途中で再結合することなく電極まで到達することが、高い光電変換効率を達成するために重要である。このため、ＰＶ用半導体ウェハにおいてもキャリア寿命を評価することが必要となる。このキャリア寿命の評価によって、要求される仕様（スペック）に達しないＰＶ用半導体ウェハを製造工程で選別することによって、太陽電池の歩留まりが向上し、その結果、低コスト化も達成することができる。
【０００３】
キャリア寿命を測定する方法の１つとしてマイクロ波光導電減衰法（μ−ＰＣＤ法）が知られている。このマイクロ波光導電減衰法は、測定対象である半導体（半導体試料、被測定試料）に光を照射することによって過剰キャリアを生成し、この過剰キャリアが前記半導体試料の物性によって決まるキャリア寿命で再結合して消滅する過程を、マイクロ波の反射率の時間変化又は透過率の時間変化によって検出する方法である。過剰キャリアの生成が半導体の導電率を増加させるため、光励起によって過剰キャリアの生成された半導体の部位（部分、領域）に照射されたマイクロ波の反射率又は透過率が過剰キャリアの密度に対応して変化する。マイクロ波光導電減衰法は、この現象を利用することによってキャリア寿命を測定するものである。
【０００４】
また、半導体ウェハの表面には、一般に、結晶性不整が存在し、これによってキャリアが半導体表面で再結合するいわゆる表面再結合が生じる。このため、キャリア寿命の測定結果には、半導体ウェハ内部での再結合によるキャリア寿命（バルクのキャリア寿命）だけでなく、この表面再結合によるキャリア寿命（表面のキャリア寿命）も含まれる。半導体ウェハのキャリア寿命の測定では、このような事情を考慮する必要がある。そして、前記半導体ウェハの品質管理には、バルクのキャリア寿命の測定が特に重要となる。
【０００５】
このような半導体ウェハにおけるキャリア寿命を測定する方法は、例えば、特許文献１に開示の技術や非特許文献１に開示の技術がある。
【０００６】
この特許文献１に開示の半導体ウェハ特性の測定方法は、半導体ウェハの一方の面及び／又は他方の面に光線又は電子線を照射し、この光線又は電子線の照射によって瞬時的に励起された過剰キャリアのキャリア励起条件の相違による少なくとも２種類の異なる空間分布に基づく半導体ウェハの導電率時間変化を検出することにより、半導体ウェハの一方の面の表面再結合速度、他方面の表面再結合速度及びバルクライフタイムをそれぞれ分離して測定するものである。
【０００７】
また、非特許文献１に開示の寿命測定方法では、波長が異なることにより半導体表面からの浸透長の異なる少なくとも２種類のパルス光が半導体に照射され、これによって半導体内に光励起キャリアが生成され、その後に、光励起キャリアが再結合することによって減少する反射波あるいは透過波の時間的な相対変化とその差が検出される。この非特許文献１に開示の寿命測定方法によれば、ウェハ表面の表面再結合速度にかかわらず、表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることができ、この結果、バルクのキャリア寿命を抽出可能であると非特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５７−０５４３３８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】J.Appl.Phys.Vol.69,(9),6495(1991)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような特許文献１および非特許文献１に開示の方法は、互いに異なる条件によって得られた各測定結果の間における差を利用することによりキャリア寿命を測定する。このため、前記各測定結果間の差が小さい場合には、前記各測定結果間の差における有効桁数が少なく、この結果、キャリア寿命を精度よく測定することが難しくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、キャリア寿命をより精度よく測定することができる半導体キャリア寿命測定方法及び半導体キャリア寿命測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様にかかる半導体キャリア寿命測定方法は、半導体のキャリア寿命を測定する方法であって、前記半導体の表面における所定の範囲である第１照射範囲に対して第１光及び所定の測定波を照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第１反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第１透過波の時間的な変化と、前記第１照射範囲に対して前記第１光と波長が異なる第２光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第２反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第２透過波の時間的な変化と、に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第１の１次モードキャリア寿命を求める第１演算工程と、前記半導体の表面において前記第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲に対して前記第１光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波の時間的な変化と、前記第２照射範囲に対して前記第２光及び前記測定波を照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波の時間的な変化と、に基づいて、前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第２の１次モードキャリア寿命を求める第２演算工程と、前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び前記第２光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ求める測定演算工程と、前記第１演算工程で求めた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程で求めた第２の１次モードキャリア寿命との相関関係に基づいて前記測定演算工程において求められた前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する補正工程と、前記補正工程によって補正された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求めるキャリア寿命導出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
そして、本発明の他の一態様にかかる半導体キャリア寿命測定装置は、半導体のキャリア寿命を測定する装置であって、波長が互いに異なる第１光と第２光とを前記半導体の表面にそれぞれ照射すると共に、前記第１光及び前記第２光の各光をそれぞれ照射したときの前記半導体の表面における照射範囲を所定の大きさの第１照射範囲とこの第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲との間で切り換えるために前記各光の光線の直径をそれぞれ切り換え可能な光照射部と、前記半導体の表面に所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記半導体で反射される前記測定波の反射波又は当該半導体を透過する前記測定波の透過波を検出する検出部と、前記光照射部と前記測定波照射部と前記検出部とをそれぞれ制御すると共に、前記検出部における検出結果に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求める演算制御部と、前記演算制御部において求められたキャリア寿命を外部に出力する出力部と、を備える。そして、前記演算制御部は、前記光照射部によって前記半導体の表面における特定の位置の前記第１照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記測定波照射部によって前記第１照射範囲に対して所定の測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第１反射波又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第１透過波を検出する一方、前記光照射部によって前記第１照射範囲に対して前記第２光を照射すると共に前記測定波照射部によって前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第２反射波又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第２透過波を検出することにより、前記第１反射波又は前記第１透過波の時間的な変化と前記第２反射波又は前記第２透過波の時間的な変化とに基づいて前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第１の１次モードキャリア寿命を求める第１演算部と、前記光照射部によって前記半導体の表面において前記第１照射範囲に含まれ且つ前記第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波を検出する一方、前記光照射部によって前記第２照射範囲に対して前記第２光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射しつつ、前記検出部によって前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波を検出することにより、前記第３反射波又は前記第３透過波の時間的な変化と前記第４反射波又は前記第４透過波の時間的な変化とに基づいて前記半導体における表面再結合の影響を含むキャリア寿命である第２の１次モードキャリア寿命を求める第２演算部と、前記光照射部によって前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び第２光をそれぞれ照射すると共に前記測定波照射部によって前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射しつつ、前記検出部によって前記各部位で反射される前記測定波の反射波又は前記各部位で前記半導体を透過する前記測定波の透過波をそれぞれ検出することにより、前記各部位における前記第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ求めてこれら第２の１次モードキャリア寿命を格納する測定演算部と、前記第１演算部において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算部において求められた第２の１次モードキャリア寿命との相関関係に基づいて前記測定演算部に格納された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する補正部と、前記補正部によって補正された前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命に基づいて前記半導体のキャリア寿命を求めるキャリア寿命導出部と、を有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明に係る半導体キャリア寿命測定方法においては、例えば、第１の１次モードキャリア寿命と第２の１次モードキャリア寿命とが、半導体に対して互いに波長が異なる２種類の光をそれぞれ照射することにより求められてもよい。
【００１５】
具体的には、上記の半導体キャリア寿命測定方法において、前記第１照射範囲に対して前記第１光と前記第２光とをそれぞれ照射すると共に前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射する第１照射工程と、前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波とを検出する第１検出工程と、前記第２照射範囲に対して前記第１光と前記第２光とをそれぞれ照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射する第２照射工程と、前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波とを検出する第２検出工程と、を備える。そして、前記第１演算工程では、前記第１検出工程によって検出された前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波とから前記第１の１次モードキャリア寿命が求められ、前記第２演算工程では、前記第２検出工程によって検出された前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波とから前記第２の１次モードキャリア寿命が求められる。
【００１６】
これらの構成によれば、半導体表面における光（励起光）の照射範囲を小さくすることによってこの照射により生じたキャリアの拡散における半導体表面でのキャリアの再結合（表面再結合）の割合を増やし、このとき検出した半導体表面での測定波の反射波（反射測定波）の時間的な変化又は半導体を透過した測定波（透過測定波）の強度の時間的な変化を用いることにより、表面再結合の影響を除いた半導体内部（バルク）のキャリア寿命をより精度よく測定することができる。しかも、半導体表面における光の照射範囲を小さくして検出した反射測定波の強度の時間的な変化又は透過反射波の強度の時間的な変化を補正（変換）することでこれを光の照射範囲を大きくして検出した反射測定波（又は透過測定波）の強度の変化と擬制することができ、これにより、測定結果の解析における演算等を簡素化することが可能となる。その結果、半導体表面における光の照射範囲を小さくして検出した反射測定波（又は透過測定波）の測定結果を用いてもキャリア寿命を求めることが可能となる。
【００１７】
詳しくは、従来の方法においては、互いに波長が異なる２種類の光の半導体における浸透長が異なることに起因する半導体表面における反射測定波（又は透過測定波）強度の変化の違い（差）を検出することにより、半導体表面でのキャリア消滅と半導体内部（バルク）でのキャリア消滅とを解析的に分け、測定結果からバルクのキャリア寿命を抽出していた。尚、「互いに波長が異なる２種類の光を用いてそれぞれ検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化」のことを以下では単に「２波長測定での測定結果」ともいう。
【００１８】
この方法では、キャリアの消滅に起因する反射測定波（又は透過測定波）強度の変化を測定するときに、光（励起光）の照射により励起されたキャリアの半導体での拡散において表面再結合の割合が大きいと（換言すると、浸透長方向に拡散するキャリアの数に対する表面に沿った方向に拡散するキャリアの数の割合が大きいと）、演算等が複雑となるため、表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることができず、これにより、２波長測定での測定結果からバルクのキャリア寿命を求めることができなかった。そのため、従来の方法においては、半導体表面における光の照射範囲を大きくして半導体でのキャリアの拡散における表面再結合の割合を小さくする（換言すると、浸透長方向に拡散するキャリアの数に対する表面に沿った方向に拡散するキャリアの数の割合を小さくする）ことにより、キャリアの拡散を浸透長方向への１次元的な拡散と擬制していた。このようにキャリアの拡散を擬似的な１次元拡散とすることで、２波長測定での測定結果の解析における演算等が簡素化されるため、表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることが可能となり、これにより、２波長測定での測定結果からバルクのキャリア寿命を求めることができた。尚、以下では、半導体表面における光の照射範囲を大きくして反射測定波（又は透過測定波）強度を測定することを「１次元拡散測定モードでの測定」と称することがある。
【００１９】
しかし、近年の成膜技術の進歩によって２波長測定での測定結果の差が小さくなり、そのため、前記測定結果から半導体表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることが困難となっていた。
【００２０】
そこで、本発明においては、光（励起光）の照射範囲を小さくすることにより半導体でのキャリアの拡散における表面再結合の割合を大きくした状態で反射測定波（又は透過測定波）強度の変化を測定することによって、測定結果に含まれる表面再結合の成分が多くなり、これにより、２波長測定での測定結果の差を大きくすることができた。その結果、表面再結合の影響を除いた半導体内部（バルク）のキャリア寿命をより精度よく測定することが可能となる。尚、以下では、半導体表面における光の照射範囲を小さくして反射測定波（又は透過測定波）強度を測定することを「３次元拡散測定モードでの測定」と称することがある。
【００２１】
しかも、半導体の所定の部位（１箇所）において検出された第１の１次モードキャリア寿命と第２の１次モードキャリア寿命との相関関係を用いて半導体の各部位における３次元拡散測定モードでの測定結果をそれぞれ補正することによって、この補正後の前記各部位における３次元拡散測定モードでの測定結果をそれぞれ１次元拡散測定モードでの測定結果と擬制することで解析における演算を簡素化することができ、これにより、前記各部位における３次元拡散測定モードでの測定結果からのキャリア寿命の導出を可能とした。
【００２６】
上記の半導体キャリア寿命測定方法は、前記第１演算工程において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程において求められた第２の１次モードキャリア寿命との前記相関関係を表す補正係数を求める補正係数導出工程を、さらに備え、前記補正工程では、前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命が前記補正係数導出工程において求められた補正係数を用いてそれぞれ補正されることが好ましい。
【００２７】
このように補正係数を求めることで、前記各部位における第２の１次モードキャリア寿命をそれぞれ補正する毎に、第１演算工程において求められた第１の１次モードキャリア寿命と前記第２演算工程において求められた第２の１次モードキャリア寿命との前記相関関係を求めなくてもよくなる。
【００２８】
２波長測定での測定結果の差からは、半導体の表面再結合速度を求めることができる。そのため、上記の半導体キャリア寿命測定方法が前記半導体の表面再結合速度を求める再結合速度導出工程をさらに備えることで、半導体のキャリア寿命と共に半導体の表面再結合速度を求めることができる。この場合、前記再結合速度導出工程は、前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第２反射波又は前記第２透過波との比の対数に基づく値である第１差を求める第１差演算工程と、前記第３反射波又は前記第３透過波と前記第４反射波又は前記第４透過波との比の対数に基づく値である第２差を求める第２差演算工程と、前記半導体の表面における複数の部位に対して各部位における照射範囲の大きさが前記第２照射範囲と同じ大きさとなるように前記第１光及び第２光をそれぞれ照射すると共に前記各部位に対して前記測定光をそれぞれ照射することにより、前記各部位における前記第２差をそれぞれ求める差測定演算工程と、前記第１差演算工程で求めた第１差と前記第２差演算工程で求めた第２差との相関関係に基づいて前記差測定演算工程において求められた前記各部位における第２差をそれぞれ補正する第２差補正工程と、前記第２差補正工程によって補正された前記各部位における第２差に基づいて前記半導体の表面再結合速度を求める導出工程と、を有する。
【００２９】
また、前記再結合速度導出工程は、前記第１差演算工程において求められた第１差と前記第２差演算工程において求められた第２差との前記相関関係を表す差補正係数を求める差補正係数導出工程をさらに備えることが好ましい。この場合、前記第２差補正工程では、前記各部位における第２差が前記差補正係数導出工程において求められた差補正係数を用いてそれぞれ補正される。
【００３０】
このように差補正係数を求めることで、前記再結合速度導出工程において、前記各部位における第２差をそれぞれ補正する毎に、第１差演算工程において求められた第１差と前記第２差演算工程において求められた第２差との前記相関関係を求めなくてもよくなる。
【００３１】
本発明に係る半導体キャリア寿命測定装置においては、前記光照射部は、前記第１光及び前記第２光をこれら各光の光線の直径が一定となるようにそれぞれ射出する光源部と、前記各光の光線の直径を、前記第１照射範囲に対応する大きさの第１直径と、前記第２照射範囲に対応し且つ前記第１直径よりも小さな第２直径と、の間で切り換え可能な切換部と、を有することが好ましい。
【００３２】
かかる構成によれば、光射出部において２つの光源部が在ればよく、装置の小型化及び構成の簡素化を図ることが可能となる。
ここで、半導体が所定の品質を有する場合（即ち、半導体の表面再結合速度が小さい場合）には、前記第１の１次モードキャリア寿命と前記第２の１次モードキャリア寿命とを求めるために、半導体に対して互いに波長が異なる２種類の光を照射しなくてもよい。即ち、上記の半導体キャリア寿命測定方法が、前記第１照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第１照射範囲に対して前記測定波を照射する第１照射工程と、前記第１反射波又は前記第１透過波を検出する第１検出工程と、前記第２照射範囲に対して前記第１光を照射すると共に前記第２照射範囲に対して前記測定波を照射する第２照射工程と、前記第２反射波又は前記第２透過波を検出する第２検出工程と、を備え、前記第１演算工程は、前記第１検出工程において検出された前記第１反射波の時間的な変化又は前記第１透過波の時間的な変化を利用して、前記第１光の波長より大きい波長の第２光及び前記測定波を前記第１照射範囲に照射したときに検出される前記第１照射範囲で反射された前記測定波の第３反射波の時間的な変化又は前記第１照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第３透過波の時間的な変化を推測する第１推測工程と、前記第１検出工程において検出された前記第１反射波又は前記第１透過波と前記第１推測工程において推測された第３反射波又は第３透過波とから前記第１の１次モードキャリア寿命を求める第１導出工程と、を有し、前記第２演算工程は、前記第２検出工程において検出された前記第２反射波の時間的な変化又は前記第２透過波の時間的な変化を利用して、前記第２光及び前記測定波を前記第２照射範囲に照射したときに検出される前記第２照射範囲で反射された前記測定波の第４反射波の時間的な変化又は前記第２照射範囲で当該半導体を透過した前記測定波の第４透過波の時間的な変化を推測する第２推測工程と、前記第２検出工程において検出された前記第２反射波又は前記第２透過波と前記第２推測工程において推測された第４反射波又は第４透過波とから前記第２の１次モードキャリア寿命を求める第２導出工程と、を有する。
波長の大きな第２光を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化は、照射直後から所定の時間が経過した後では、第２光よりも波長の小さな第１光を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化と近似した挙動となる。そこで、上記の構成では、この第１光を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化のうちの前記所定の時間が経過した後の部分を利用することにより、第２光を用いて検出した場合の反射測定波（又は透過測定波）強度の変化を推測する。
これにより、第１光を用いた反射測定波（又は透過測定波）強度の変化しか検出しなくても、第１光を用いて実際に検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化と、この変化から推測した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化（即ち、第２光を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化に相当する反射測定波（又は透過測定波）強度の変化）と、から上記のようにして半導体のキャリア寿命を精度よく求めることができる。
このように、前記第１の１次モードキャリア寿命と前記第２の１次モードキャリア寿命とを求めるために互いに波長が異なる２種類の光を用いない場合には、浸透長の長い光（即ち、短い波長の光）を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化から、浸透長の短い光（即ち、長い波長の光）を用いて検出した反射測定波（又は透過測定波）強度の変化を推測するため、前記第１光は、可視光領域の波長又は紫外線領域の波長を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
以上より、本発明によれば、キャリア寿命をより精度よく測定することができる半導体キャリア寿命測定方法及び半導体キャリア寿命測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。
【図２】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の演算制御部の機能ブロック図である。
【図３】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置における１次元拡散測定モードでの測定により検出された被測定試料のキャリア密度の相対変化（反射測定波強度の時間的な相対変化）と、反射測定波強度の時間的な相対変化の差とを示す図である。
【図５】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置における３次元拡散測定モードでの測定により検出された被測定試料のキャリア密度の相対変化（反射測定波強度の時間的な相対変化）と、反射測定波強度の時間的な相対変化の差とを示す図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。
【図７】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の演算制御部の機能ブロック図である。
【図８】同実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の第１実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡの構成を示す図であり、図２は、半導体キャリア寿命測定装置ＭＡにおける演算制御部５０の機能ブロック図である。
【００３６】
本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡは、図１に示されるように、光照射部（パルス光照射部）１０と、測定波入出力部２０と、検出部３０と、ステージ４０と、演算制御部５０と、出力部６０と、を備える。
【００３７】
光照射部１０は、測定対象の例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハ（被測定試料）Ｘに、浸透長を異ならせるために互いに波長の異なる少なくとも２種類の光を射出（照射）する装置である。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡでは、光照射部１０は、波長が互いに異なる２種類の光を射出するように構成されている。この光照射部１０は、第１光源部１１−１と、第２光源部１１−２と、第１光学系１２−１と、第２光学系１２−２と、光源切換部１３と、ビーム径切換部（切換部）１４と、を備える。
【００３８】
具体的に、第１光源部１１−１は、演算制御部５０の制御に従って第１波長の第１光Ｌ１を発光（射出）する。また、第２光源部１１−２は、演算制御部５０の制御に従って第２波長の第２光Ｌ２を発光（射出）する。
【００３９】
これら第１及び第２光源部１１−１、１１−２は、例えばランプと波長フィルタとを備えた光源装置等であってもよいが、本実施形態では、比較的大きな出力が得られる、レーザ光を発光するレーザ光源装置を備える。
【００４０】
第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ単色光であって、より大きな浸透長差（より広い間隔で浸透長差）が生じるように、その波長差がより大きいこと（より広い間隔であること）が好ましい。例えば、第１光源部１１−１は、赤外線領域における所定波長のレーザ光、即ち、赤外線レーザ光を発光する装置であり、第２光源部１１−２は、紫外線領域における所定波長のレーザ光、即ち、紫外線レーザ光を発光する装置である。尚、第２光源部１１−２は、可視光領域における所定波長のレーザ光、即ち、可視光レーザ光を発光する装置であってもよい。
【００４１】
第１及び第２光源部１１−１、１１−２が射出する各光Ｌ１、Ｌ２の波長は、例えば、被測定試料Ｘの種類に応じて適宜に選択される。例えば、被測定試料Ｘがシリコンウェハである場合では、前記観点に加えて光励起の効率化や光源１１の低コスト化等の観点から、第１及び第２光源部１１−１、１１−２の射出する各光Ｌ１、Ｌ２の波長は、１０６４ｎｍと３５５ｎｍとである。第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２は、被測定試料Ｘに照射されることによって光励起によるキャリア（電子と正孔（ホール））を被測定試料Ｘに生じさせ、半導体キャリア寿命測定装置ＭＡは、この生じたキャリアの寿命（キャリア寿命）を測定する。そのため、第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２は、点灯状態からステップ状に消灯状態に移行するものが好ましく、本実施形態では、例えばパルス光、より具体的には、パルスレーザ光である。
【００４２】
尚、本実施形態において、第１光源部１１−１が射出する光線（第１光Ｌ１）の直径であるビーム径と、第２光源部１１−２が射出する光線（第２光Ｌ２）のビーム径とは、同一である。
【００４３】
第１光学系１２−１は、第１光源部１１−１から射出される第１光Ｌ１を被測定試料Ｘまで案内するためのものである。本実施形態の第１光学系１２−１は、例えば第１光源部１１−１から射出された第１光Ｌ１を被測定試料Ｘへ向けてその光路を約９０度曲げる第１ミラー１２−１１を有する。また、第２光学系１２−２は、第２光源部１１−２から射出される第２光Ｌ２を被測定試料Ｘまで案内するためのものである。本実施形態の第２光学系１２−２は、例えば第２光源部１１−２から射出された第２光Ｌ２を被測定試料Ｘへ向けてその光路を約９０度曲げる第２ミラー１２−２１を有する。
【００４４】
本実施形態の第２ミラー１２−２１は、第１ミラー１２−１１によって光路が曲げられた後の第１光Ｌ１の光路上に配置され、ダイクロイックミラー又はハーフミラーのように、第１光Ｌ１を透過するように構成されている。即ち、第１ミラー１２−１１によって光路を曲げられた第１光Ｌ１が第２ミラー１２−２１を介して被測定試料Ｘに到達する。これにより、第２ミラー１２−２１で反射された後の第２光Ｌ２と、第２ミラー１２−２１を透過した後の第１光Ｌ１とが共通の光路上を通過する。
【００４５】
光源切換部１３は、光照射部１０から被測定試料Ｘへ射出される光を切り換える。本実施形態の光源切換部１３は、例えば、シャッター装置であり、遮蔽部材１３−１と、この遮蔽部材１３−１の位置を演算制御部５０の制御に従って切り換える切換部１３−２と、を有する。
【００４６】
遮蔽部材１３−１は、第１及び第２光源部１１−１、１１−２から射出される第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２が入射したときに反射や吸収等によって当該光Ｌ１、Ｌ２の光路上の進行を停止させる部材である。
【００４７】
切換部１３−２は、例えばアクチュエータ等であり、遮光部材１３−１の位置を、第１光Ｌ１が通過する第１光路上の位置である第１位置と、第２光Ｌ２が通過する第２光路上の位置である第２位置との間で切り換える。
【００４８】
尚、本実施形態では、光源切換部１３によって被測定試料Ｘに照射される光が切り換えられるが、これに限定されない。例えば、演算制御部５０が、第１光源部１１−１を駆動して第１光Ｌ１を第１光源部１１−１から射出させたときに第２光源部１１−２を停止して第２光源部１１−２からの第２光Ｌ２の射出を停止させる一方、第２光源部１１−２を駆動して第２光Ｌ２を第２光源部１１−２から射出させたときに第１光源部１１−１を停止して第１光源部１１−１からの第１光Ｌ１の射出を停止させることにより、被測定試料Ｘに照射される光の切り換えが行われてもよい。
【００４９】
ビーム径切換部１４は、光照射部１０から射出される光（光線）の直径であるビーム径を切り換える。本実施形態のビーム径切換部１４は、拡散部材１４−１と、この拡散部材の位置を切り換える切換部１４−２とを有し、光照射部１０が被測定試料Ｘに射出（照射）する光（光線）Ｌ１、Ｌ２のビーム径を所定の第１ビーム径とこの第１ビーム径よりも小さな第２ビーム径との間で切り換える。このようにビーム径切換部１４が第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２のビーム径の大きさを切り換えることにより、被測定試料Ｘの表面（光照射面：図１における上面）における照射範囲（照射領域）の大きさが切り換えられる。本実施形態のビーム径切換部１４は、光照射部１０から射出された光の光照射面における照射範囲を、導波管アンテナ２４の開口部２４ａの内径程度の大きさである第１照射範囲と、光照射面において第１照射範囲に含まれ且つ第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲と、に切り換える。
【００５０】
このビーム径切換部１４が第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の照射範囲を切り換えて光照射面における照射範囲（照射領域）を大きくする（以下、「１次元拡散測定モード」とも称する。）と、被測定試料Ｘでのキャリアの拡散における表面再結合の割合が小さくなる（換言すると、浸透長方向に拡散するキャリアの数に対する光照射面に沿った方向に拡散するキャリアの数の割合が小さくなる）ため、キャリアの拡散を浸透長方向への１次元的な拡散と擬制することが可能となる。これにより、キャリアの生成消滅過程で生じる被測定試料Ｘの導電率変化を当該被測定試料Ｘの光照射面で反射させた測定波（マイクロ波等）の強度の時間的な変化として検出してこれを解析する際に、当該解析における演算等を簡素化することができるため、前記反射させた測定波の検出結果から表面（光照射面）でのキャリア消滅とバルク（被測定試料Ｘの内部）でのキャリア消滅とを解析的に分けることが可能となる。
【００５１】
一方、光照射面における第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の照射範囲（照射領域）を小さくする（以下、「３次元拡散測定モード」とも称する。）と、被測定試料Ｘでのキャリアの拡散における表面再結合の割合が大きくなる（換言すると、浸透長方向に拡散するキャリアの数に対する光照射面に沿った方向に拡散するキャリアの数の割合が大きくなる）。この場合、キャリアの生成消滅過程で生じる被測定試料Ｘの導電率変化を当該被測定試料Ｘの光照射面で反射させた測定波（マイクロ波等）の強度変化として検出してこれを従来の方法によって解析すると、演算等が極めて複雑となるため前記反射させた測定波の検出結果から表面（光照射面）でのキャリア消滅とバルク（被測定試料Ｘの内部）でのキャリア消滅とを解析的に分けることができなかった。しかし、前記反射させた測定波の検出結果には表面再結合の成分が多く含まれるため、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡのように、後述する方法によってこの検出結果を利用すれば、被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂをより精度よく測定することが可能となる。
【００５２】
拡散部材１４−１は、入射した光を拡散することにより射出する光のビーム径を広げる部材である。本実施形態の拡散部材１４−１は、第１及び第２光源部１１−１、１１−２が射出する第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２のビーム径を導波管アンテナ２４の開口部２４ａの内径（直径）と同程度までそれぞれ広げる。例えば、図１に示す例では、第１及び第２光源部１１−１、１１−２が射出する第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２のビーム径をそれぞれ７倍程度まで広げる。
【００５３】
切換部１４−２は、例えばアクチュエータ等であり、拡散部材１４−１の位置を、第１光路と第２光路とが重なっている部位（第１光路と第２光路とにおける第２ミラー１２−２１よりも下流側で且つ被測定試料Ｘよりも上流側の部位）上の位置である拡散位置と、前記第１光路と第２光路とが重なっている部位上から退避した退避位置との間で切り換える。
【００５４】
測定波入出力部２０は、被測定試料Ｘの光照射面に所定の測定波を入射すると共に、被測定試料Ｘで所定の相互作用を受けた測定波を射出するための装置であり、測定波照射部の一例に相当する。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡにおける測定波入出力部２０は、測定波生成部２１と、サーキュレータ２２と、導波管２３と、導波管アンテナ２４と、を備える。
【００５５】
測定波生成部２１は、演算制御部５０の制御に従って前記所定の測定波を生成する装置である。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡでは、キャリアの生成消滅過程で生じる半導体の導電率変化を測定波の強度変化で取り出すため、前記所定の測定波としては、電磁波が用いられる。より具体的に、本実施形態では、測定波としてマイクロ波が用いられ、測定波生成部２１は、前記マイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備える。この測定波生成部２１は、サーキュレータ２２の１個の端子に接続され、測定波生成部２１から放射された測定波は、サーキュレータ２２に入射される。
【００５６】
サーキュレータ２２は、３つ以上の端子（ポート）を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力するものである。本実施形態のサーキュレータ２２は、３個の第１乃至第３端子を備え、第１端子に入射された測定波を第２端子へ射出し、第２端子に入射された測定波を第３端子へ射出する光学素子である。サーキュレータ２２の第１端子は、測定波生成部２１に接続され、その第２端子は、導波管２３に接続され、そして、その第３端子は、測定波検出部３１に接続される。
【００５７】
導波管２３は、測定波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ２２の第２端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ２４が接続される。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管２３は、マイクロ波導波管である。
【００５８】
導波管アンテナ２４は、導波管２３を伝播して来た測定波を被測定試料Ｘへ放射すると共に、被測定試料Ｘと相互作用を受けた測定波を受信して導波管２３へ導く。導波管アンテナ２４は、被測定試料Ｘの光照射面に対する法線方向（図１における上下方向）に沿って配設されており、一方端部が導波管２３に接続され、他方端部に開口部２４ａを備えている。この開口部２４ａは、測定波を被測定試料Ｘへ放射すると共に、被測定試料Ｘと相互作用を受けた測定波を受信するための開口である。そして、導波管アンテナ２４の一方端部には、光照射部１０から射出された第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を導波管アンテナ２４内に案内するための開口部２４ｂを備える。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管アンテナ２４は、マイクロ波アンテナである。
【００５９】
検出部３０は、被測定試料Ｘで相互作用を受けた測定波を検出する装置であり、例えば、被測定試料Ｘで相互作用を受けた測定波の強度を検出する測定波検出部３１を備える。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、測定波検出部３１は、マイクロ波検出器を備える。
【００６０】
ステージ４０は、被測定試料Ｘを支持すると共に演算制御部５０の制御に従って被測定試料Ｘの位置を当該被測定試料Ｘの光照射面に沿った２次元方向（即ち、光照射部１０からの第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の照射方向に対して垂直若しくはほぼ垂直な面の方向）に移動可能ないわゆるＸ−Ｙステージである。
【００６１】
演算制御部５０は、半導体キャリア寿命測定装置ＭＡの全体制御を司る装置であり、例えば、マクロプロセッサやメモリ等を備えるマイクロコンピュータを備える。そして、演算制御部５０は、図２にも示されるように、測定波検出部３１で検出した、被測定試料Ｘで相互作用を受けた測定波の強度に基づいてキャリア寿命を演算する演算部５１を備える。この演算部５１は、例えば、測定波検出部３１で検出した測定波の反射波（反射測定波）の強度に基づいてキャリア寿命を演算するキャリア寿命演算プログラムを実行することにより、機能的に、キャリア寿命導出部５２と、表面再結合速度導出部５３とを備える。
【００６２】
キャリア寿命導出部５２は、光照射面に対して互いに波長が異なる第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ照射することにより検出される反射測定波に基づいて被測定試料Ｘのキャリア寿命を求め、機能的に、第１演算部５２１と、第２演算部５２２と、第１補正係数導出部５２３と、第１測定演算部５２４と、第１補正部５２５と、寿命演算部（キャリア寿命導出部）５２６と、を備える。また、表面再結合速度導出部５３は、光照射面に対して互いに波長が異なる第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を照射することにより検出される反射測定波に基づいて被測定試料Ｘの表面再結合速度Ｓを求め、機能的に、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部５３１と、第１差演算部５３２と、第２差演算部５３３と、第２補正係数導出部（差補正係数導出部）５３４と、第２測定演算部５３５と、第２補正部５３６と、再結合速度演算部５３７と、を備える。
【００６３】
第１演算部５２１は、１次元拡散測定モードでの測定を行い、即ち、照射範囲が第１照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、これにより検出された反射測定波強度の時間的な変化に基づいて第１の１次モードライフタイムτ１−１を求める。ここで、１次モードライフタイム（１次モードキャリア寿命）τ１とは、被測定試料Ｘにおける表面再結合の影響を含むキャリア寿命のことであり、被測定試料Ｘ（バルク）のキャリア寿命τｂよりも短い。
【００６４】
具体的に、第１演算部５２１は、ビーム径切換部１４における切換部１４−２を制御して拡散部材１４−１の位置を拡散位置に切り換える。これにより、光照射部１０から照射される第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の光照射面における照射範囲が第１照射範囲となる。本実施形態の第１照射範囲は、上記のように導波管アンテナ２４の開口部２４ａの内径と同程度の直径を有する。また、第１演算部５２１は、光源切換部１３における切換部１３−２を制御して遮光部材１３−１の位置を第２位置に切り換える。これにより、光照射部１０から射出される光が第１光Ｌ１となる。
【００６５】
そして、第１演算部５２１は、照射範囲が第１照射範囲となるように光照射部１０によって第１光Ｌ１を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化、即ち、第１光Ｌ１により励起されたキャリアの消滅に起因する反射測定波の強度の時間的な相対変化（以下、単に「第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化」とも称する。）を検出する。
【００６６】
次に、第１演算部５２１は、光源切換部１３における切換部１３−２を制御して遮光部材１３−１の位置を第１位置に切り換える。これにより、光照射部１０から射出される光が第２光Ｌ２となる。そして、第１演算部５２１は、照射範囲が第１照射範囲となるように光照射部１０によって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化、即ち、第２光Ｌ２により励起されたキャリアの消滅に起因する反射測定波の強度の時間的な相対変化（以下、単に「第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化」とも称する。）を検出する。
【００６７】
第１演算部５２１は、第１照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を照射することによって検出部３０で検出した第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化と第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化とに対して、下記の式（１）をそれぞれフィッティングする。具体的に、第１演算部５２１は、第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化における第１光Ｌ１を照射してから十分に時間が経過した部分と、第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化における第２光Ｌ２を照射してから十分に時間が経過した部分とに、下記の式（１）をそれぞれフィッティングする。そうすると、互いのτ１の部分が一致するため、第１演算部５２１は、この一致した部分を１次モードライフタイムτ１−１とする。
【００６８】
【数１】
0005568496.tif 000002
ここで、Δｎ１は、第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度の変化である。
【００６９】
第２演算部５２２は、３次元拡散測定モードでの測定を行い、即ち、照射範囲が第２照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、これにより検出された反射測定波強度の変化に基づいて第２の１次モードライフタイムτ１−２を求める。
【００７０】
具体的に、第２演算部５２２は、ビーム径切換部１４における切換部１４−２を制御して拡散部材１４−１の位置を退避位置に切り換える。これにより、光照射部１０から照射される第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の被測定試料Ｘの光照射面における照射範囲が第１照射範囲よりも小さな第２照射範囲となる。本実施形態の第２照射範囲は、上記のように導波管アンテナ２４の開口部２４ａの内径の１／７程度の直径を有する。また、第２演算部５２２は、光源切換部１３における切換部１３−２を制御して遮光部材１３−１の位置を第２位置に切り換える。これにより、光照射部１０から射出される光が第１光Ｌ１となる。
【００７１】
そして、第２演算部５２２は、照射範囲が第２照射範囲となるように光照射部１０によって第１光Ｌ１を被測定試料Ｘに照射すると共に、測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化を検出する。
【００７２】
次に、第２演算部５２２は、光源切換部１３における切換部１３−２を制御して遮光部材１３−１の位置を第１位置に切り換える。これにより、光照射部１０から射出される光が第２光Ｌ２となる。そして、第２演算部５２２は、照射範囲が第２照射範囲となるように光照射部１０によって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に、測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化を検出する。
【００７３】
第２演算部５２２は、第２照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を照射することによって検出部３０で検出した第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化と第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化とに対して、上記の式（１）をそれぞれフィッティングする。具体的に、第２演算部５２２は、第１演算子５２１同様に、第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化における第１光Ｌ１を照射してから十分に時間が経過した部分と、第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化における第２光Ｌ２を照射してから十分に時間が経過した部分とに、上記の式（１）をそれぞれフィッティングする。そうすると、互いのτ１の部分が一致するため、第２演算部５２２は、この一致した部分を第２の１次モードライフタイムτ１−２とする。
【００７４】
第１補正係数導出部５２３は、第１演算部５２１で求められた第１の１次モードライフタイムτ１−１と、第２演算部５２２で求められた第２の１次モードライフタイムτ１−２と、から、第１補正係数Ａを求め、これを格納（記憶）する。本実施形態の第１補正係数Ａは、下記の式（２）に示されるように、第２の１次モードライフタイムτ１−２に対する第１の１次モードライフタイムτ１−１の比である。
Ａ＝τ１−１／τ１−２        ・・・（２）
【００７５】
第１測定演算部５２４は、ステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させて光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードでそれぞれ測定し、前記複数の部位における各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２をそれぞれ求め、これらを格納する。具体的に、第１測定演算部５２４は、切換部１４−２によって拡散部材１４−１の位置を退避位置に切り換えると共に、切換部１３−２によって遮光部材１３−１を第２位置に切り換えた状態でステージ４０を制御する。そして、第１測定演算部５２４は、光照射面における前記複数の部位において照射範囲の大きさが第２照射範囲となるように第１光Ｌ１を照射すると共に当該部位に対して測定光を照射する一方、前記複数の部位において照射範囲の大きさが第２照射範囲となるように第２光Ｌ２を照射すると共に当該部位に対して測定光を照射する。第１測定演算部５２４は、このとき検出部３０によって検出された第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化と、第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化と、に対し、上記と同様にして式（１）をフィッティングすることにより、前記複数の部位における各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎをそれぞれ導出する。尚、前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎのｎは、光照射面において第２の１次モードライフタイムτ１−２を求めた部位を識別するための符号であって自然数である。
【００７６】
第１補正部５２５は、第１測定演算部５２４に格納された前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎを第１補正係数導出部５２３に格納された第１補正係数Ａによってそれぞれ補正する。具体的には、第１補正部５２５は、前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎに第１補正係数Ａをそれぞれ乗じる。このように光照射面における特定の位置での第１の１次モードライフタイムτ１−１と第２の１次モードライフタイムτ１−２との対応関係から求めた補正係数Ａを用いて前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎをそれぞれ補正することにより、反射測定波の検出結果から被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂを求めるときの解析において、これら補正された前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎを前記各部位での第１の１次モードライフタイムτ１−１ｎとそれぞれ擬制することができる。これにより、寿命演算部５２６での演算を容易化することが可能となる。
【００７７】
寿命演算部５２６は、第１補正部５２５によって補正された前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎに基づいて、前記各部位でのキャリア寿命（各部位でのバルクライフタイム）をそれぞれ求め、これら各部位でのキャリア寿命から被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂを求める。具体的に、寿命演算部５２６は、補正された前記各部位の第１次モードライフタイムτ１−２ｎを以下の式（３）のτ１に代入して前記各部位でのキャリア寿命をそれぞれ求め、これら各部位でのキャリア寿命から被測定試料Ｘ（バルク）のキャリア寿命τｂを求める。例えば、寿命演算部５２６は、前記各部位でのキャリア寿命の平均を被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂとしてもよい。
【００７８】
【数２】
0005568496.tif 000003
ここで、Ｄは拡散係数であり、公知の常套手段によって予め求められて寿命演算部５２６に格納されている。また、αは、以下の式（４）の最低次の解として与えられる値である。この式（４）におけるｄは、被測定試料Ｘの厚みであり、Ｓは被測定試料Ｘの表面再結合速度である。
α×Ｄ／Ｓ＝ｃｏｔ（α×ｄ／２）    ・・・（４）
【００７９】
δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部５３１は、δ−Ｓ／Ｄテーブルを格納（記憶）するものである。δ−Ｓ／Ｄテーブルは、δ値とＳ／Ｄ値との対応関係を示すいわゆるルックアップテーブルであり、例えばシミュレーション等によって予め求められ作成される。ここで、δ値とは、第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度と第２光Ｌ２を用いて検出して反射測定波強度との比の対数に基づく値であり、後述する式（５）により求められる。
【００８０】
第１差演算部５３２は、１次元拡散測定モードでの測定を行って検出された反射測定波強度の変化の第１差δ１を求める。この第１差δ１は、測定波検出部３１で検出された、第２光（短波長光）Ｌ２の照射による反射測定波強度に対する第１光（長波長光）Ｌ１の照射による反射測定波強度の自然対数値であり、以下の式（５）で表される。
δ＝ｌｎ（（第１光（長波長光）反射測定波強度）／（第２光（短波長光）反射測定波強度））      ・・・（５）
【００８１】
本実施形態の第１差演算部５３２は、第１演算部５２１で用いられた第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度と第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度とを上記の式（５）に代入し、このδが所定時間を経過して一定値となったときの値を前記の第１差δ１として導出する。
【００８２】
第２差演算部５３３は、３次元拡散測定モードでの測定を行って検出された反射測定波の時間的な相対変化の第２差δ２を求める。本実施形態の第２差演算部５３３は、第２演算部５２２で用いられた第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度と第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度とを上記の式（５）に代入し、このδが所定時間を経過して一定値となったときの値を前記の第２差δ２として導出する。
【００８３】
第２補正係数導出部５３４は、第１差演算部５３２で求められた第１差δ１と第２差演算部５３３で求められた第２差δ２とから、第２補正係数Ｂを求め、これを格納（記憶）する。本実施形態の第２補正係数Ｂは、下記の式（６）に示されるように、第２差δ２に対する第１差δ１の比である。
Ｂ＝δ１／δ２              ・・・（６）
【００８４】
第２測定演算部５３５は、ステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させることで光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードでそれぞれ測定し、前記複数の部位における各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ求め、これらを格納する。本実施形態の第２測定演算部５３５は、第１測定演算部５２４で用いられた前記各部位での第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度の変化と第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度の変化とを上記の式（５）にそれぞれ代入することにより、前記各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ導出する。尚、前記各部位での第２差δ２ｎのｎは、光照射面において第２差δ２を求めた部位を識別するための符号であって自然数である。
【００８５】
第２補正部５３６は、第２測定演算部５３５に格納された前記各部位での第２差δ２ｎを第２補正係数導出部５３４に格納された第２補正係数Ｂによってそれぞれ補正する。具体的には、第２補正部５３６は、前記各部位での第２差δ２ｎに第２補正係数Ｂをそれぞれ乗じる。このように被測定試料Ｘの光照射面における特定の位置での第１差δ１と第２差δ２との対応関係から求めた補正係数Ｂを用いて前記各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ補正することにより、反射測定波の検出結果から被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂを求めるときの解析において、補正された前記各部位での第２差δ２ｎを前記各部位での第１差δ１ｎとそれぞれ擬制することができる。これにより、再結合速度演算部５３７での演算を容易化することができる。
【００８６】
再結合速度演算部５３７は、第２補正部５３６で補正された前記各部位での第２差δ２ｎに基づいて表面再結合速度Ｓを求める。具体的に、再結合速度演算部５３７は、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部５３１に格納されているδ−Ｓ／Ｄテーブルを用いて、前記各部位での第２差δ２ｎからＳ／Ｄをそれぞれ求め、寿命演算部５２６に格納されている拡散係数Ｄを用いることにより、前記各部位での表面再結合速度を求める。そして、再結合速度演算部５３７は、前記各部位での表面再結合速度から被測定試料Ｘの表面再結合速度Ｓを求める。例えば、再結合速度演算部５３７は、前記各部位での表面再結合速度の平均を被測定試料Ｘの表面再結合速度Ｓとしてもよい。
【００８７】
出力部６０は、液晶画面等の表示部６１を有し、寿命演算部５２６と再結合速度演算部５３７とによって求められた被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂと表面再結合速度Ｓとを表示する。
【００８８】
以上のような構成の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡでは、例えば、以下のようにして被測定試料Ｘ（例えば半導体）のバルクのキャリア寿命τｂが測定される。図３は、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡの動作の一例を示すフローチャートである。
【００８９】
先ず、測定対象である半導体ウェハは、その表面の汚れや表面ダメージ等が、事前に例えばケミカルエッチング等によって落とされ（洗浄処理）、自然酸化膜が付与された状態とされる。この洗浄処理後の半導体ウェハは、被測定試料Ｘとしてステージ４０に配置される。
【００９０】
そして、例えば、図略の測定開始の指示を半導体キャリア寿命測定装置ＭＡに入力するためのスタートスイッチが操作されると、半導体キャリア寿命測定装置ＭＡによる被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂの測定が開始され、所定の測定箇所を測定すべく、演算制御部５０の制御に従ってステージ４０が駆動制御され、被測定試料Ｘが所定の位置に移動する。
【００９１】
<１次元拡散測定モードでの測定>
被測定試料Ｘが前記所定の位置に配置されると、演算制御部５０は、光照射面における特定の位置での１次元拡散測定モードでの測定を行う。即ち、演算制御部５０は、照射範囲が第１照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を被測定試料Ｘにおける特定の位置に照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、反射測定波を検出することによって、第１の１次モードライフタイムτ１−１を求めると共に第１差δ１を求める。
【００９２】
具体的に、演算制御部５０は、光照射部１０から射出される光が第１光Ｌ１となるように光源切換部１３の切換部１３−２によって遮光部材１３−１の位置を第２位置に切り換えると共に、第１光Ｌ１の被測定試料Ｘにおける照射範囲が第１照射範囲となる（即ち、第１光Ｌ１のビーム径が大きくなる）ようにビーム径切換部１４の切換部１４−２によって拡散部材１４−１の位置を拡散位置に切り換える。この状態で、演算制御部５０は、光照射部１０によって第１光Ｌ１を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出（詳しくは、反射測定波の強度の時間的な相対変化を検出）する（ステップＳ１）。
【００９３】
また、演算制御部５０は、光照射部１０から射出される光を第１光Ｌ１から第２光Ｌ２に切り換えるために、光源切換部１３の切換部１３−２によって遮光部材１３−１の位置を第１位置に切り換える。この状態で、演算制御部５０は、光照射部１０によって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘにおける前記特定の位置に照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出（詳しくは、反射測定波の強度の時間的な相対変化を検出）する（ステップＳ２）。尚、本実施形態では、ステップＳ１とステップＳ２とが順に行われるが、逆（即ち、ステップＳ２、ステップＳ１の順）に行われてもよい。
【００９４】
詳しくは、演算制御部５０は、測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘの前記特定の位置（測定波照射領域）に照射し、被測定試料Ｘで反射された測定波を検出部３０によって検出し、この検出結果を検出部３０から受信する。さらにより詳細には、演算制御部５０の制御に従って測定波生成部２１は、測定波を生成し、この生成された測定波は、サーキュレータ２２の第１端子に入射する。第１端子から入射した測定波は、サーキュレータ２２の第２端子から射出されて導波管２３に入射し、導波管２３内を伝播する。この導波管２３内を伝播する測定波は、被測定試料Ｘの測定波照射領域を照射するべく、導波管アンテナ２４の開口部２４ａから前記測定波照射領域に向けて放射される。そして、被測定試料Ｘで反射した測定波（反射測定波）は、導波管アンテナ２４の開口部２４ａから入射して導波管アンテナ２４で受信される。この反射測定波は、導波管２３内を伝播し、サーキュレータ２２の第２端子に入射する。この第２端子から入射した反射測定波は、サーキュレータ２２の第３端子から射出されて検出部３０に入射し、検出部３０の測定波検出部３１でその強度が検出される。この検出された反射測定波の強度は、検出部３０の測定波検出部３１から演算制御部５０の演算部５１へ出力される。
【００９５】
一方、演算制御部５０は、光照射部１０によって第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２が時分割で被測定試料Ｘの前記特定の位置である光照射領域（測定波照射領域）に照射される。具体的には、まず第１に、演算制御部５０は、第１光源部１１−１によってパルスレーザ光の第１光Ｌ１を射出し、この射出された第１光Ｌ１は、第１ミラー１２−１で光路が屈曲され、導波管アンテナ２４の開口部２４ｂに入射する。この第１光Ｌ１は、導波管アンテナ２４内を伝播し、被測定試料Ｘの光照射領域を照射するべく、導波管アンテナ２４の開口部２４ａから前記光照射領域に向けて射出される。また、続いて第２に、演算制御部５０は、第２光源部１１−２によってパルスレーザ光の第２光Ｌ２を射出し、この射出された第２光Ｌ２は、第２ミラー１２−２で光路が屈曲され、導波管アンテナ２４の開口部２４ｂに入射する。この第２光Ｌ２は、導波管アンテナ２４内を伝播し、被測定試料Ｘの光照射領域を照射するべく、導波管アンテナ２４の開口部２４ａから前記光照射領域に向けて射出される。
【００９６】
これによって第１光Ｌ１を被測定試料Ｘに照射している場合に測定波を被測定試料Ｘに照射していれば、第１光Ｌ１による反射測定波強度の変化が測定波検出部３１を介して演算部５１に取り込まれ、また、第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射している場合に測定波を被測定試料Ｘに照射していれば、第２光Ｌ２による反射測定波強度の変化が測定波検出部３１を介して演算部５１に取り込まれる。通常では、測定波が被測定試料Ｘに照射され、測定波を被測定試料Ｘに照射しながらパルスレーザ光の第１光Ｌ１（又は第２光Ｌ２）を照射することによって、パルスレーザ光の第１光Ｌ１（又は第２光Ｌ２）の照射直後（消灯直後）における反射測定波強度の変化が測定され、また、測定波を被測定試料Ｘに照射しながらパルスレーザ光の第２光Ｌ２（又は第１光Ｌ１）を照射することによって、パルスレーザ光の第２光Ｌ２（又は第１光Ｌ１）の照射直後（消灯直後）における反射測定波強度の変化が測定される。そして、第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の波長が互いに異なることで、被測定試料Ｘに対するそれらの浸透長も互いに異なり、この結果、浸透長が互いに異なる第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２の照射による各反射測定波の強度がそれぞれ得られる。
【００９７】
演算制御部５０は、照射範囲が第１照射範囲となるビーム径で第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を照射することにより検出された第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化と第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化とから第１演算部５２１によって第１の１次モードライフタイムτ１−１を求めると共に第１差演算部５３２によって第１差δ１を求める（ステップＳ３）。
【００９８】
<３次元拡散測定モードでの測定>
光照射面における特定の位置での１次元拡散測定モードでの測定が終わると、次に、演算制御部５０は、同じ位置（前記特定の位置）で３次元拡散測定モードでの測定を行う。即ち、演算制御部５０は、照射範囲が第２照射範囲となるように第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、反射測定波強度の変化を検出することによって、第２の１次モードライフタイムτ１−２を求めると共に第２差δ２を求める。
【００９９】
具体的に、演算制御部５０は、光照射部１０から射出される光が第１光Ｌ１となるように光源切換部１３の切換部１３−２によって遮光部材１３−１の位置を第２位置に切り換えると共に、第１光Ｌ１の被測定試料Ｘにおける照射範囲が第２範囲となる（即ち、第１光Ｌ１のビーム径が小さくなる）ようにビーム径切換部１４の切換部１４−２によって拡散部材１４−１の位置を退避位置に切り換える。この状態で、演算制御部５０は、光照射部１０によって第１光Ｌ１を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出（詳しくは、反射測定波の強度の時間的な相対変化を検出）する（ステップＳ４）。
【０１００】
また、演算制御部５０は、光照射部１０から射出される光を第１光Ｌ１から第２光Ｌ２に切り換えるために、光源切換部１３の切換部１３−２によって遮光部材１３−１の位置を第１位置に切り換える。この状態で、演算制御部５０は、光照射部１０によって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出（詳しくは、反射測定波の強度の時間的な相対変化を検出）する（ステップＳ５）。尚、本実施形態では、ステップＳ４とステップＳ５とが順に行われるが、逆（即ち、ステップＳ５、ステップＳ４の順）に行われてもよい。
【０１０１】
演算制御部５０は、照射範囲が第２照射範囲となるビーム径で第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を照射することにより検出された第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の相対変化と第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の相対変化とから第２演算部５２２によって第２の１次モードライフタイムτ１−２を求めると共に第２差演算部５３３によって第２差δ２を求める（ステップＳ６）。
【０１０２】
<補正係数の導出>
光照射面における特定の位置での１次元拡散測定モードによる測定と３次元拡散測定モードによる測定とがそれぞれ終わると、演算制御部５０は、第１演算部５２１で求められた第１の１次モードライフタイムτ１−１、第２演算部５２２で求められた第２の１次モードライフタイムτ１−２、第１差演算部５３２で求められた第１差δ１、及び第２差演算部５３３で求められた第２差δ２から、第１補正係数導出部５２３及び第２補正係数導出部５３４によって第１補正係数Ａ及び第２補正係数Ｂをそれぞれ求め、これらを第１補正係数導出部５２３と第２補正係数導出部５３４とに格納する（ステップＳ７）。
【０１０３】
<被測定試料Ｘの各部位での３次元拡散測定モードでの測定>
次に、演算制御部５０は、光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードによる測定を行う。具体的に、演算制御部５０は、第１測定演算部５２４によってステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させることで、光照射面の複数の部位において第１光Ｌ１による３次元拡散測定モードでそれぞれ測定することにより、前記複数の部位における各部位での第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化を検出する（ステップＳ８）。また、演算制御部５０は、第１測定演算部５２４によってステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させることで、光照射面の前記複数の部位において第２光Ｌ２による３次元拡散測定モードでそれぞれ測定することにより、前記複数の部位における各部位での第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化を検出する（ステップＳ９）。尚、ステップＳ８とステップＳ９とにおいて第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２が照射される光照射面における各部位は、それぞれ共通の部位である。また、ステップＳ８とステップＳ９とは順に行われてもよく、逆に（即ち、ステップＳ９、ステップＳ８の順に）行われてもよい。
【０１０４】
そして、演算制御部５０は、このとき検出部３０によって検出された前記各部位での第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化と、前記各部位での第２光Ｌ２に対応する反射測定波強度の変化とから、第１測定演算部５２４によって前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎをそれぞれ導出すると共に、第２測定演算部５３５によって前記各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ導出する（ステップＳ１０）。
【０１０５】
<キャリア寿命の導出>
このように前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと前記各部位での第２差δ２ｎとがそれぞれ求められると、演算制御部５０は、これら前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと前記各部位での第２差δ２ｎとを第１補正部５２５及び第２補正部５３６において補正係数Ａ、Ｂを用いてそれぞれ補正する（ステップＳ１１）。
【０１０６】
演算制御部５０は、寿命演算部５２６と再結合速度演算部５３７とによって、これら補正後の第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと補正後の第２差δ２ｎとから前記各部位でのキャリア寿命と表面再結合速度をそれぞれ求め、これらに基づいて被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂと表面再結合速度Ｓとを求める（ステップＳ１２）。
【０１０７】
演算制御部５０は、求めた被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂと表面再結合速度Ｓとを出力部６０に出力し、これらを出力部６０の表示部６１に表示させる。尚、演算制御部５０は、前記各部位でのキャリア寿命と表面再結合速度とを出力部６０に表示させるように構成されてもよい。
【０１０８】
本実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ及びこれに実装された半導体キャリア寿命測定方法によれば、半導体ウェハ等の被測定試料Ｘの表面（光照射面）における光（パルスレーザ光）の照射範囲を小さくすることによってこの照射で生じたキャリアの拡散における前記表面でのキャリアの再結合（表面再結合）の割合を増やし、このとき検出した反射測定波強度の変化を利用することで、表面再結合の影響を除いた半導体内部のキャリア寿命τｂをより精度よく測定することができる。しかも、光（パルスレーザ光）の照射範囲を小さくして検出した反射測定波強度の変化を補正係数Ａを用いて変換して、これを光（パルスレーザ光）の照射範囲を大きくして検出した反射測定波強度の変化と擬制することにより測定結果の解析における演算等を簡素化することができ、これにより、測定結果からキャリア寿命τｂを求めることが可能となる。
【０１０９】
詳しくは、従来の方法においては、互いに波長が異なる２種類の光（パルスレーザ光）の被測定試料Ｘへの浸透長が異なることに起因する反射測定波強度の変化をそれぞれ検出し、表面でのキャリア消滅と被測定試料Ｘの内部（バルク）でのキャリア消滅とを解析的に分けて測定結果からバルクのキャリア寿命を抽出していた。
【０１１０】
この方法では、キャリアの消滅に起因する反射測定波強度の変化を測定するときに、光（パルスレーザ光）の照射により励起されたキャリアの被測定試料Ｘでの拡散において表面再結合の割合が大きいと、演算等が複雑となるため表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることができず、これにより、２波長測定（第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２を用いた測定）での測定結果からバルクのキャリア寿命τｂを求めることができなかった。そのため、従来の方法においては、被測定試料Ｘの表面における光（パルスレーザ光）の照射範囲を大きくして被測定試料Ｘでのキャリアの拡散における表面再結合の割合を小さくすることにより、キャリアの拡散を浸透長方向への１次元的な拡散と擬制していた。このようにキャリアの拡散を擬似的な１次元拡散とすることで表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることが可能となり、これにより、２波長測定での測定結果からバルクのキャリア寿命を求めることができた。
【０１１１】
しかし、近年の半導体ウェハの表面に設けられる膜の成膜技術の進歩によって、図４に示されるように、２波長測定での測定結果の差が小さくなり、そのため、前記測定結果から半導体ウェハ表面でのキャリア消滅とバルクでのキャリア消滅とを解析的に分けることが困難となっていた。ここで、図４は被測定試料Ｘのキャリア密度の時間変化（反射測定波の相対出力の時間変化）と、互いに波長の異なる２種類の各光における反射測定波の相対出力の時間変化及び相対出力の差（各光の反射測定波の比の自然対数値）の時間変化とを示す図である。この図４の横軸は、マイクロ秒単位で表す経過時間であり、その縦軸は、キャリア密度（反射測定波の相対強度に対応）と各光における反射測定波の相対出力差δとである。
【０１１２】
そこで、本実施形態においては、光（パルスレーザ光）の照射範囲を小さくすることにより半導体ウェハ等の被測定試料Ｘでのキャリアの拡散における表面再結合の割合を大きくして反射測定波強度の変化を測定する（３次元拡散測定モードで測定する）ことによって、測定結果に含まれる表面再結合の成分を多くし、これにより、図５に示されるように、２波長測定での測定結果の差を大きくすることができた。その結果、表面再結合の影響を除いた半導体内部のキャリア寿命τｂを精度よく測定することが可能となった。しかも、被測定試料Ｘ表面の特定の位置（１箇所）における２波長測定での測定結果から補正係数Ａ、Ｂを求め、被測定試料Ｘの表面における各部位での３次元拡散測定モードでの測定結果τ１−２ｎ、δ２ｎをこの補正係数Ａ、Ｂによってそれぞれ補正（変換）することにより、測定結果の解析においてこれら補正後の３次元拡散測定モードでの測定結果τ１−２ｎ、δ２ｎをそれぞれ１次元拡散測定モードでの測定結果τ１−１ｎ、δ１ｎと擬制することができ、その結果、３次元拡散測定モードでの測定結果を用いた高精度なキャリア寿命の導出を可能とした。
【０１１３】
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。図６は、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１の構成を示す図であり、図７は、半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１における演算制御部５０Ａの機能ブロック図である。
【０１１４】
本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１は、図６に示されるように、光照射部１０Ａと、測定波入出力部２０と、検出部３０と、ステージ４０と、演算制御部５０Ａと、出力部６０と、を備える。
【０１１５】
光照射部１０Ａは、第２光源部１１−２と、第２光学系１２−２と、ビーム径切換部（切換部）１４と、を備える。即ち、第１実施形態の光照射部１０には、射出する光の波長が互いに異なる第１光源部１１−１と第２光源部１１−２との２個の光源部が設けられているが、当該実施形態の光照射部１０Ａには、１個の光源部（第２光源部１１−２）のみが設けられている。
【０１１６】
従って、光照射部１０Ａは、１種類の波長の光（第２光Ｌ２）しか射出（照射）できず、当該光照射部１０Ａには、図６に示すような第１光学系１２−１や光源切換部１３も設けられていない。
【０１１７】
尚、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１のように、互いに波長が異なる２種類の光（第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２）を照射せずに１種類の光（第２光Ｌ２）しか照射しない場合には、浸透長の長いパルス光（即ち、短い波長を有する光）を用いて検出した反射測定波強度の変化から、浸透長の短い光（即ち、長い波長を有する光）を用いて検出した反射測定波強度の変化を推測するため、第２光Ｌ２は、可視光領域の波長又は紫外線領域の波長を有することが好ましい。
【０１１８】
演算制御部５０Ａは、図７にも示されるように、キャリア寿命を演算する演算部５１を備え、この演算部５１は、例えば、測定波検出部３１で検出した反射測定波の強度に基づいてキャリア寿命を演算するキャリア寿命演算プログラムを実行することにより、機能的に、キャリア寿命導出部５２Ａと、表面再結合速度導出部５３とを備える。
【０１１９】
キャリア寿命導出部５２Ａは、第１実施形態のキャリア寿命導出部５２と異なり、第２光Ｌ２を照射することにより検出される反射測定波のみから被測定試料Ｘのキャリア寿命を求めることができる。このキャリア寿命導出部５２Ａは、機能的に、第１演算部５２１Ａと、第２演算部５２２Ａと、第１補正係数導出部５２３と、第１測定演算部５２４Ａと、第１補正部５２５と、寿命演算部（キャリア寿命導出部）５２６と、を備える。
【０１２０】
第１演算部５２１Ａは、第１推測部５５と、第１導出部５６とを有し、１次元拡散測定モードでの測定を行い、即ち、照射範囲が第１照射範囲となるように光照射部１０Ａによって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、これにより検出部３０によって検出された反射測定波強度の変化を利用して第１の１次モードライフタイムτ１−１を求める。
【０１２１】
第１推測部５５は、第２光Ｌ２のみを用いた１次元拡散測定モード（光の照射範囲が第１照射範囲となる測定モード）での測定により検出された反射測定波強度の変化を利用して、第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化を推測する。具体的に、第１推測部５５では、以下のようにして推測する。
【０１２２】
波長の大きな第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度の変化は、照射直後から所定の時間が経過した後では第１実施形態の式（１）のような挙動を示し、この挙動は、表面再結合速度Ｓが十分小さい場合には下記の式（７）によって近似できる。一方、第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度の変化は、照射直後から所定の時間が経過した後では、前記第１光Ｌ１と同様に、第１実施形態の式（１）のような挙動を示す。但し、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とでは、τ１の値は一致するが、ｂの値は互いに異なる。
【０１２３】
そこで、第１推測部５５は、第２光Ｌ２のみを用いた１次元拡散測定モードでの測定により検出した反射測定波強度の変化のうちの前記所定の時間が経過した後の部分を利用することにより、第１光Ｌ１を用いて検出する場合の反射測定波強度の変化を推測する。詳しくは、第１推測部５５は、第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度の変化に上記の式（１）でフィッティングを行い、τ１を求める。そして、第１推測部５５は、このτ１を下記の式（７）に代入し、この代入したものを第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化であると擬制する。
【数３】
0005568496.tif 000004
【０１２４】
第１導出部５６は、第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化と、第１推測部５５によって推測した反射測定波強度の変化とから、第１実施形態における第１演算部５２１と同様にして、第１の１次モードライフタイムτ１−１を求める。
【０１２５】
第２演算部５２２Ａは、第２推測部５７と、第２導出部５８とを有し、３次元拡散測定モード（光の照射範囲が第２照射範囲となる測定モード）での測定を行い、即ち、照射範囲が第２照射範囲となるように光照射部１０Ａによって第２光Ｌ２を被測定試料Ｘに照射すると共に測定波を被測定試料Ｘに照射し、これにより検出部３０によって検出された反射測定波強度の変化を利用して第２の１次モードライフタイムτ１−２を求める。
【０１２６】
第２推測部５７は、第２光Ｌ２のみを用いた３次元拡散測定モードでの測定により検出された反射測定波強度の変化を利用して、第１光Ｌ１に対応する反射測定波強度の変化を推測する。具体的に、第２推測部５７は、第１推測部５５と同様に、第２光Ｌ２のみを用いた３次元拡散測定モードでの測定により検出した反射測定波強度の変化のうちの前記所定の時間が経過した後の部分を利用することにより、第１光Ｌ１を用いて検出する場合の反射測定波強度の変化を推測する。より具体的には、第２推測部５７は、第１推測部５５と同様に、第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度の変化に上記の式（１）でフィッティングを行うことによって第１光Ｌ１を用いて検出した場合の反射測定波強度の変化を推測する。
【０１２７】
第２導出部５８は、第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の時間的な変化と、第２推測部５７によって推測した反射測定波強度の時間的な変化とから、第１実施形態における第２演算部５２２と同様にして、第２の１次モードライフタイムτ１−２を求める。
【０１２８】
第１補正係数導出部５２３は、第１実施形態と同様に、第１の１次モードライフタイムτ１−１と第２の１次モードライフタイムτ１−２と、から第１補正係数Ａを求め、これを格納（記憶）する。
【０１２９】
第１測定演算部５２４Ａは、第１実施形態と同様に、ステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させて光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードでそれぞれ測定し、前記複数の部位における各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２をそれぞれ求め、これらを格納する。但し、本実施形態の光照射部１０Ａは、第２光Ｌ２しか射出できないため、第１測定演算部５２４Ａでは、光照射面の複数の部位における各部位において、第２光Ｌ２を用いて検出した反射測定波強度の変化から、第１光Ｌ１を用いて検出する反射測定波強度の変化を推測している。即ち、第１測定演算部５２４Ａは、前記各部位において第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化から第１光Ｌ１を用いて検出する反射測定波強度の変化を推測し、この推測した反射測定波強度の変化と前記の第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化とから、前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎをそれぞれ導出する。
【０１３０】
表面再結合速度導出部５３は、第２光Ｌ２を照射することにより検出される反射測定波に基づいて被測定試料Ｘの表面再結合速度Ｓを求め、機能的に、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部５３１と、第１差演算部５３２と、第２差演算部５３３と、第２補正係数導出部（差補正係数導出部）５３４と、第２測定演算部５３５と、第２補正部５３６と、再結合速度演算部５３７と、を備える。
【０１３１】
第１差演算部５３２は、第１推測部５５で推測された反射測定波強度の変化と、第２光Ｌ２を用いた１次元拡散測定モードでの測定により実際に検出された反射測定波強度の変化とから、第１実施形態と同様にして、第１差δ１を導出する。
【０１３２】
第２差演算部５３３は、第２推測部５７で推測された反射測定波強度の変化と、第２光Ｌ２を用いた３次元拡散測定モードでの測定により実際に検出された反射測定波強度の変化とから、第１実施形態と同様にして、第２差δ２を導出する。
【０１３３】
第２測定演算部５３５は、第１実施形態と同様に、ステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させて光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードでそれぞれ測定し、前記複数の部位における各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ求め、これらを格納する。但し、本実施形態の光照射部１０Ａは、第２光Ｌ２しか射出できないため、第２測定演算部５３５では、第１測定演算部５２４Ａにおいて推測された前記各部位での反射測定波強度の変化と、第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化と、から、第１実施形態と同様にして、前記各部位での第２差δ２ｎをそれぞれ導出する。
【０１３４】
以上のような構成の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１では、例えば、以下のようにして被測定試料Ｘ（例えば半導体）のバルクのキャリア寿命τｂが測定される。図８は、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１の動作の一例を示すフローチャートである。
【０１３５】
<１次元拡散測定モードでの測定>
被測定試料Ｘが所定の位置に配置されると、演算制御部５０Ａは、光照射面における特定の位置での１次元拡散測定モードでの測定を行う。即ち、演算制御部５０Ａは、ビーム径切換部１４の切換部１４−２によって拡散部材１４−１の位置を拡散位置に切り換えて光照射部１０Ａによる照射範囲が第１照射範囲となるようにする。この状態で、演算制御部５０Ａは、第２光Ｌ２を被測定試料Ｘにおける特定の位置に照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出する（ステップＳ２０）。そして、演算制御部５０Ａは、この実際に検出した反射測定波強度の変化に基づいて、第１光Ｌ１を用いて検出する反射測定波強度の変化を推測し（ステップＳ２１）、この推測した反射測定波強度の変化と前記の第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化とから第１の１次モードライフタイムτ１−１と第１差δ１とをそれぞれ求める（ステップＳ２２）。
【０１３６】
<３次元拡散測定モードでの測定>
１次元拡散測定モードでの測定が終わると、次に、演算制御部５０Ａは、光照射面における前記特定の位置での３次元拡散測定モードでの測定を行う。即ち、演算制御部５０は、ビーム径切換部１４の切換部１４−２によって拡散部材１４−１の位置を退避位置に切り換えて光照射部１０Ａによる照射範囲が第２照射範囲となるようにする。この状態で、演算制御部５０Ａは、第２光Ｌ２を被測定試料Ｘにおける特定の位置に照射すると共に測定波入出力部２０によって測定波を被測定試料Ｘに照射し、検出部３０によって反射測定波強度の変化を検出する（ステップＳ２３）。そして、演算制御部５０Ａは、この検出した反射測定波強度の変化に基づいて、第１光Ｌ１を用いて検出する反射測定波強度の変化を推測し（ステップＳ２４）、この推測した反射測定波強度の変化と前記の第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化とから第２の１次モードライフタイムτ１−２と第２差δ２とをそれぞれ求める（ステップＳ２５）。
【０１３７】
<補正係数の導出>
光照射面における前記特定の位置での１次元拡散測定モードによる測定と３次元拡散測定モードによる測定とが終わると、演算制御部５０は、第１の１次モードライフタイムτ１−１、第２の１次モードライフタイムτ１−２、第１差δ１、及び第２差δ２から、第１補正係数導出部５２３及び第２補正係数導出部５３４によって第１補正係数Ａ及び第２補正係数Ｂをそれぞれ求め、これらを第１補正係数導出部５２３と第２補正係数導出部５３４とに格納する（ステップＳ２６）。
【０１３８】
<被測定試料Ｘの各部位での３次元拡散測定モードでの測定>
次に、演算制御部５０は、光照射面の複数の部位において３次元拡散測定モードによる測定を行う。具体的に、演算制御部５０は、第１測定演算部５２４Ａによってステージ４０を制御して被測定試料Ｘを移動させることで光照射面の複数の部位において第２光Ｌ２を用いて反射測定波強度の変化をそれぞれ検出する（ステップＳ２７）。そして、演算制御部５０Ａは、これら第２光Ｌ２を用いて実際に検出した前記各部での反射測定波強度の変化に基づいて、第１光Ｌ１を用いて検出する前記各部での反射測定波強度の変化をそれぞれ推測し（ステップＳ２８）、この推測した前記各部での反射測定波強度の変化と前記の第２光Ｌ２を用いて実際に検出した前記各部での反射測定波強度の変化とから前記各部での第２の１次モードライフタイムτ１−２と第２差δ２とをそれぞれ求める（ステップＳ２９）。
【０１３９】
<キャリア寿命の導出>
このように前記各部位での第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと前記各部位での第２差δ２ｎとがそれぞれ求められると、演算制御部５０Ａは、これら第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと第２差δ２ｎとを第１補正部５２５及び第２補正部５３６において補正係数Ａ、Ｂを用いてそれぞれ補正する（ステップＳ３０）。
【０１４０】
演算制御部５０Ａは、寿命演算部５２６と再結合速度演算部５３７とによって、これら補正後の第２の１次モードライフタイムτ１−２ｎと補正後の第２差δ２ｎとから前記各部位でのキャリア寿命と表面再結合速度をそれぞれ求め、これらに基づいて被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂと表面再結合速度Ｓとを求める（ステップＳ３１）。
【０１４１】
演算制御部５０は、求めた被測定試料Ｘのキャリア寿命τｂと表面再結合速度Ｓとを出力部６０に出力し、これらを出力部６０の表示部６１に表示させる。
【０１４２】
本実施形態に係る半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１及びこれに実装された半導体キャリア寿命測定方法によれば、第２光Ｌ２を用いた反射測定波強度の変化しか検出しなくても、第２光Ｌ２を用いて実際に検出した反射測定波強度の変化と、この反射測定波強度の変化から推測した反射測定波強度の変化（第１実施形態において第１光Ｌ１を用いて検出した反射測定波強度の変化に相当）と、から半導体のキャリア寿命τｂを精度よく求めることができる。
【０１４３】
また、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１によれば、第２光Ｌ２を射出する光源部（第２光源部１１−２）のみが設けられていればよく、即ち、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡのように２つの光源部（第１及び第２光源部１１−１、１１−２）を設ける必要がないことから当該測定装置ＭＡに比べて光源部の数を減らすことができる。そのため、装置の小型化及び省コスト化等を図ることが可能となる。
【０１４４】
尚、本発明の半導体キャリア寿命測定方法、及びこの方法を用いたキャリア寿命測定装置は、上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１４５】
上記第１及び第２実施形態では、励起されたキャリアの消滅に起因する被測定試料Ｘの導電率変化を測定波の光照射面での反射波の強度変化として検出しているが、これに限定されず、光照射面から被測定試料Ｘを透過した測定波の透過波の強度変化として検出してもよい。
【０１４６】
また、上記第１及び第２実施形態では、互いに波長が異なる２種類の光（第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２）だけで被測定試料Ｘのキャリア寿命を測定しているが、これに限定されない。即ち、前記２種類の光（第１及び第２光Ｌ１、Ｌ２）を含む３種類以上の光を用いて（換言すると、互いに波長が異なる少なくとも２種類の光を用いて）測定することにより、被測定試料Ｘのキャリア寿命を精度よく測定することができる。
【０１４７】
また、上記第１及び第２実施形態では、ビーム径切換部１４が設けられることによって、被測定試料Ｘの光照射面における光（励起光）の照射範囲が第１照射範囲と第２照射範囲との間で切り換え可能となっているが、これに限定されない。例えば、半導体キャリア寿命測定装置に各照射範囲に対応した光源部がそれぞれ設けられてもよい。具体的には、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡであれば、第１照射範囲に対応したビーム径の第１光Ｌ１を射出する光源部、第１照射範囲に対応したビーム径の第２光Ｌ２を射出する光源部、第２照射範囲に対応したビーム径の第１光Ｌ１を射出する光源部、及び、第２照射範囲に対応したビーム径の第２光Ｌ１を射出する光源部、の４つの光源部が設けられてもよい。また、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置ＭＡ１であれば、第１照射範囲に対応したビーム径の第２光Ｌ２を射出する光源部、及び第２照射範囲に対応したビーム径の第２光Ｌ２を射出する光源部、の２つの光源部が設けられてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１０、１０Ａ  光照射部
２０   測定波入出力部（測定波射出部）
３０   検出部
５０、５０Ａ  演算制御部
５２、５２Ａ  キャリア寿命導出部
５２１、５２１Ａ     第１演算部
５２２、５２２Ａ     第２演算部
５２３ 第１補正係数導出部
５２４ 第１測定演算部
５２５ 第１補正部
５２６ 寿命演算部（キャリア寿命導出部）
Ａ、Ｂ 補正係数
Ｄ     拡散係数
Ｌ１   第１光
Ｌ２   第２光
ＭＡ、ＭＡ１  半導体キャリア寿命測定装置
Ｓ     表面再結合速度
Ｘ     被測定試料
τ１−１      第１の１次モードライフタイム（第１の１次モードキャリア寿命）
τ１−２      第２の１次モードライフタイム（第１の１次モードキャリア寿命）
τｂ   キャリア寿命
【図１】
0005568496.tif 000005
【図２】
0005568496.tif 000006
【図３】
0005568496.tif 000007
【図６】
0005568496.tif 000008
【図７】
0005568496.tif 000009
【図８】
0005568496.tif 000010
【図４】
0005568496.tif 000011
【図５】
0005568496.tif 000012