(57)【要約】      （修正有）【課題】測定の高精度化、高空間分解能化が可能な半導体評価装置および半導体評価方法を提供する。【解決手段】評価対象である半導体Ｓの評価表面Ｓ０に励起光Ｌ１を第１方向に沿った線状で照射する励起光照射部１０と、前記励起光Ｌ１に起因して前記半導体Ｓから放射されたフォトルミネッセンス光Ｌ２を検出する光検出部２０と、前記光検出部が検出した前記フォトルミネッセンス光Ｌ２の強度に基づいて、前記半導体Ｓの結晶性に関する所定の評価指標を求める評価部３０とを備える半導体評価装置１００とする。【選択図】図１
2014183208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象である半導体の評価表面に励起光を第１方向に沿った線状で照射する励起光照射部と、
前記励起光に起因して前記半導体から放射されたフォトルミネッセンス光を検出する光検出部と、
前記光検出部が検出した前記フォトルミネッセンス光の強度に基づいて、前記半導体の結晶性に関する所定の評価指標を求める評価部と
を備える半導体評価装置。
【請求項２】
前記光検出部は、前記第１方向に沿って配列された複数の検出素子を有し、
前記複数の検出素子は、それぞれ、前記第１方向に直交する第２方向に長い形状の受光面を有し、
前記評価部は、前記複数の検出素子が検出した前記フォトルミネッセンス光の各強度に基づいて、前記半導体の前記評価表面における前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標をそれぞれ求める
請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項３】
前記光検出部は、前記第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の２方向に２次元アレイ状に配列された複数の検出素子を有し、
前記評価部は、前記第２方向に配列された各検出素子が検出した前記フォトルミネッセンス光の強度の和である加算強度を、前記第１方向に沿った各位置についてそれぞれ求め、前記各加算強度に基づいて、前記半導体の前記評価表面における前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標をそれぞれ求める
請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項４】
前記光検出部は、前記フォトルミネッセンス光を受光するための受光光学系を有し、前記半導体の前記評価表面を臨む前記受光光学系の光軸と前記半導体の前記評価表面における法線との間で角度を有するように、配置される
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体評価装置。
【請求項５】
前記励起光を第１方向に沿った線状で照射する照射位置と、前記半導体の前記評価表面とを、前記第１方向に直交する第２方向に相対的に移動させる移動部をさらに備える
請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体評価装置。
【請求項６】
前記励起光を第１方向に沿った線状で照射する照射位置と、前記半導体の前記評価表面とを、前記第２方向に相対的に移動させる移動部をさらに備え、
前記評価部は、前記移動に伴って前記第２方向に沿った各位置についてそれぞれ求められた前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標を、前記第２方向に沿って連結することによって、前記第１方向および前記第２方向の２次元分布で前記所定の評価指標を求める
請求項２〜４の何れか一項に記載の半導体評価装置。
【請求項７】
評価対象である半導体の評価表面に励起光を第１方向に沿った線状で照射する励起光照射工程と、
前記励起光に起因して前記半導体から放射されたフォトルミネッセンス光を検出する光検出工程と、
前記光検出工程において検出された前記フォトルミネッセンス光の強度に基づいて、前記半導体の結晶性に関する所定の評価指標を求める評価工程と
を備える半導体評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の評価を行う半導体評価装置および半導体評価方法に関する。
【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。この半導体ウェハの品質を評価する指標の一つとして、例えば半導体の結晶性が挙げられる。
【０００３】
一方、近年、クリーンなエネルギー源として太陽電池（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キャリアの寿命（ライフタイム）を評価することが必要である。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用半導体ウェハが製造工程で選別されることよって、太陽電池の歩留まりが向上する。
【０００４】
これら半導体を評価する手法の一つとして、フォトルミネッセンス法（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＰＬ法とも呼ぶ）が知られている。ＰＬ法の原理は、次のとおりである。測定試料である半導体に向けて、励起光として前記半導体のバンドギャップ幅以上のエネルギーを有する波長の光が光源から照射され、半導体試料に非平衡な電子と正孔の対（以下、単に非平衡電子正孔対と呼ぶ）が発生する。測定試料の物性によって決まる非平衡電子正孔対の寿命（以下、単に寿命とも呼ぶ）に至って当該非平衡電子正孔対が再結合して消滅する際に、半導体のバンドギャップ幅に相当するエネルギーが放出される。このエネルギーの一部は光（フォトルミネッセンス光：ＰＬ光とも呼ぶ）として放射される。このＰＬ光を測定することにより、測定試料における寿命を評価することができ、半導体材料の不純物や欠陥の同定、結晶性の評価、混晶組成比の評価、超格子構造の評価などをすることができる。
【０００５】
上記のようにＰＬ法は、非平衡電子正孔対を発生させる励起光の照射と、上記再結合の際に放射されたＰＬ光の測定を行う手法なので、測定試料を破壊せず、また測定試料に非接触で測定できる利点を有する。例えば、ＰＬ法はＰＶ用半導体ウェハの製造工程におけるインライン評価装置として実用化されている。特許文献１には、以下のＰＬ法を利用した検査システムが開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示の検査システムでは、光源から測定試料の測定面の全面に励起光が照射され、その際に放射されたＰＬ光が、測定試料の励起光を照射した側からカメラで撮像される。一般に寿命が長い場合、バンドギャップ幅に相当する波長のＰＬ光が強く放射される。半導体がシリコンである場合、放射されるＰＬ光の波長は１〜１．２μｍ程度であるので、特許文献１の検査システムは、この波長のＰＬ光を撮像することにより、測定面の全面における寿命を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５１２１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１記載の従来技術は、測定面の全面に励起光を照射し、その際に測定面全面から放射されたＰＬ光をカメラで撮像するため、以下のような課題が存在する。
【０００９】
太陽電池で使用されている半導体ウエハにおけるＰＬ光は比較的微弱な光量であるので、従来技術の検査システムが実用的な範囲の強度（例えば数１００ｍＷ/ｃｍ２）の励起光の照射によって放射されるＰＬ光を測定面全面で撮像するために、例えば１秒程度の露光時間が必要となる（測定時間の確保）。よって、従来技術の検査システムでは、例えばＰＶ用半導体ウェハの製造工程において、半導体ウエハのＰＬ光を撮像するために製造ライン上の半導体ウエハの搬送を一旦停止させねばならず、製造ラインの制御が複雑となる。
【００１０】
また、従来技術の検査システムは、半導体ウエハの測定面全面に励起光を照射し、該測定面全面から放射されたＰＬ光をカメラで撮像するため、測定面上の各位置の間で、励起光の測定面への照射条件およびＰＬ光の撮像素子での受光条件等が異なる。よって、それら条件が異なったことのみに起因して、ＰＬ光の測定結果に差が生じ精度の低下のおそれがある。
【００１１】
さらに、励起光により発生した非平衡電子正孔対は、半導体ウエハの深さ方向や、濃度勾配によって測定面方向に拡散することから、従来技術の検査システムのように半導体ウエハの測定面全面に励起光を照射した場合、測定面の各部において発生し拡散した非平衡電子正孔対同士が重なり合うこととなり（干渉）、その重なり合う影響により、測定面においてＰＬ光を分析する際の空間分解能が低下する。
【００１２】
そこで、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、測定の高精度化、高空間分解能化が可能な半導体評価装置および半導体評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明の一態様に係る半導体評価装置は、評価対象である半導体の評価表面に励起光を第１方向に沿った線状で照射する励起光照射部と、前記励起光に起因して前記半導体から放射されたフォトルミネッセンス光を検出する光検出部と、前記光検出部が検出した前記フォトルミネッセンス光の強度に基づいて、前記半導体の結晶性に関する所定の評価指標を求める評価部とを備える。
【００１５】
また、本発明の他の一態様に係る半導体評価方法は、評価対象である半導体の評価表面に励起光を第１方向に沿った線状で照射する励起光照射工程と、前記励起光に起因して前記半導体から放射されたフォトルミネッセンス光を検出する光検出工程と、前記光検出工程において検出された前記フォトルミネッセンス光の強度に基づいて、前記半導体の結晶性に関する所定の評価指標を求める評価工程とを備える。
【００１６】
上記の構成では、前記励起光が前記第１方向に沿った線状で照射される。このことにより、この半導体評価装置は、例えば試料を搬送させて走査させつつフォトルミネッセンス光を撮像することで、測定毎に試料の搬送を停止させることなく、試料全面のフォトルミネッセンス光を撮像することができる。また、従来技術と比べて、前記評価表面に線状で照射され、線状に発光するＰＬ光を前記光検出部で受光するので、この半導体評価装置は、従来技術の様に面で照射し、面で受光する場合と比べて照射条件および受光条件等が異なるおそれを低減させることができ、より精度よく評価することができる。さらに、励起光を線状に照射するので、この半導体評価装置は、従来技術の様に面で照射する場合と比べて空間分解能をより高くすることができる。また、前記干渉の発生も低減できる。
【００１７】
また他の一態様では、上述の半導体評価装置において、前記光検出部は、前記第１方向に沿って配列された複数の検出素子を有し、前記複数の検出素子は、それぞれ、前記第１方向に直交する第２方向に長い形状の受光面を有し、前記評価部は、前記複数の検出素子が検出した前記フォトルミネッセンス光の各強度に基づいて、前記半導体の前記評価表面における前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標をそれぞれ求めることが好ましい。
【００１８】
上記の構成により、前記検出素子が前記第２方向に長い受光面を有していることから、線状のフォトルミネッセンス光が幅を有している場合（例えば帯状および太線状等）や、線状のフォトルミネッセンス光が前記受光面の前記第２方向における本来の照射位置（設計位置）からずれている場合でも、前記受光面がフォトルミネッセンス光を受光することができる。
【００１９】
また他の一態様では、これら上述の半導体評価装置において、前記光検出部は、前記第１方向および前記第１方向に直交する第２方向の２方向に２次元アレイ状に配列された複数の検出素子を有し、前記評価部は、前記第２方向に配列された各検出素子が検出した前記フォトルミネッセンス光の強度の和である加算強度を、前記第１方向に沿った各位置についてそれぞれ求め、前記各加算強度に基づいて、前記半導体の前記評価表面における前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標をそれぞれ求めることが好ましい。
【００２０】
上記の構成により、前記光検出部は前記第２方向に複数の素子を有するから、線状のフォトルミネッセンス光が幅を有している場合（例えば帯状および太線状等）や、線状のフォトルミネッセンス光が前記第２方向における本来の照射位置から前記第２方向にずれている場合でも、前記光検出部はフォトルミネッセンス光を受光することができる。また、上記の構成の汎用検出部品を採用することができる。
【００２１】
また他の一態様では、これら上述の半導体評価装置において、前記光検出部は、前記フォトルミネッセンス光を受光するための受光光学系を有し、前記半導体の前記評価表面を臨む前記受光光学系の光軸と前記半導体の前記評価表面における法線との間で角度を有するように、配置されることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、前記評価表面を臨む前記受光光学系の光軸を前記評価表面における法線からずらすことにより、このような半導体評価装置は、前記光検出部が前記光検出部自身の像を検出することを防ぐことができる。
【００２３】
また他の一態様では、これら上述の半導体評価装置において、前記励起光を第１方向に沿った線状で照射する照射位置と、前記半導体の前記評価表面とを、前記第１方向に直交する第２方向に相対的に移動させる移動部をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
上記の構成により、前記光検出部は、前記移動部が前記半導体を移動させる間に、前記評価表面の所望の箇所において、前記半導体から放射されたフォトルミネッセンス光を検出することができる。なお、前記照射位置と前記評価表面とを前記第２方向に相対的に移動させるので、このような半導体評価装置は、前記フォトルミネッセンス光を前記半導体の前記評価表面において２次元で検出することが可能となる。この場合、このような半導体評価装置は、後述のように、前記半導体の測定面からのフォトルミネッセンス光を同時に撮像する従来技術と比べて、測定の高精度化、高空間分解能化が可能となる一方で、従来技術のように前記半導体において前記フォトルミネッセンス光を２次元で検出することができる。
【００２５】
また他の一態様では、これら上述の半導体評価装置において、前記励起光を第１方向に沿った線状で照射する照射位置と、前記半導体の前記評価表面とを、前記第２方向に相対的に移動させる移動部をさらに備え、前記評価部は、前記移動に伴って前記第２方向に沿った各位置についてそれぞれ求められた前記第１方向に沿った各位置の前記所定の評価指標を、前記第２方向に沿って連結することによって、前記第１方向および前記第２方向の２次元分布で前記所定の評価指標を求めることが好ましい。
【００２６】
上記の構成により、前記強度の２次元分布を作成できるので、このような半導体評価装置は、前記半導体の結晶性に関する所定の評価指標を前記２次元で求めることができる。よって、前記半導体の測定面からのフォトルミネッセンス光を同時に撮像する従来技術と比べて、このような半導体評価装置は、測定の高精度化、高空間分解能化が可能とできる一方で、従来技術のように前記半導体において前記フォトルミネッセンス光を２次元で検出する（面で検出する）ことができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上により、本発明に係る半導体評価装置および半導体評価方法は、測定の高精度化、高空間分解能化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係る半導体評価装置の構成を示す全体構成図および一部斜視図である。
【図２】実施形態に係る複数の検出素子における複数の検出素子の構成を主に説明する図である。
【図３】従来の半導体評価装置における動作と実施形態に係る半導体評価装置の効果とを説明する図である。
【図４】実施形態に係る評価装置による半導体ウエハの評価表面の２次元方向におけるＰＬ光の強度の２次元分布を平面画像化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、特段変更等の説明がない限り、適宜その説明を省略する。
【００３０】
図１は、本実施形態にかかる半導体評価装置１００（以下、評価装置１００とも呼ぶ）の構成を示す図である。図１（ａ）は全体構成図であり、図１（ｂ）は励起光Ｌ１の照射を受けている半導体ウエハＳの表面（評価表面Ｓ０）から線状に放射される放射光（以下、ＰＬ光とも呼ぶ）のうちの上記線上の１点（図中の点α）から放射されるＰＬ光Ｌ２の光路に着目した評価装置１００の構成の一部を示す一部斜視図である。半導体ウエハＳは、例えば１２５ｍｍ×１２５ｍｍ角の大きさのシリコンウエハ等である。なお、評価表面Ｓ０は、シリコンウエハ全面でもよいし、その一部であってもよい。評価装置１００は、所謂フォトルミネッセンス法（ＰＬ法）を使用して半導体の結晶性に関する所定の評価を行う装置である。評価装置１００は、例えば図１に示すように、少なくとも励起光照射部１０、光検出部２０、および評価部３０を備える。
【００３１】
励起光照射部１０は、半導体ウエハＳに非平衡電子正孔対を励起させるための励起光Ｌ１を評価対象である半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に第１方向Ｄ１に沿った線状で照射する。第1方向は、本実施形態では図１（ａ）に示すように紙面奥行き方向であり、図１（ｂ）において矢印Ｄ１で示す方向である。なお、ここでいう線状は、第１方向Ｄ１の長さが第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の長さよりも長いことを言い、帯状、太線状であってもよい。また、励起光照射部１０が励起光を半導体ウエハＳにおいて第１方向Ｄ１に沿って照射する方式は、スポット状の光を第１方向Ｄ１に沿って走査して半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０において直線形状とする方式と、直線形状の光を照射する方式とがとりうるが、本実施形態では、直線形状の光を照射する方式である。本実施形態では、励起光照射部１０は、直線形状の光、より具体的には直線形状のレーザ光を半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に照射する。これにより、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０の直線形状のレーザ光が照射された直線状の領域Ｓ１には、非平衡電子正孔対が励起される。本実施形態の励起光照射部１０は、例えば光源部１１、光ファイバケーブル１３、および照射光学系１５を備える。光源部１１と光ファイバケーブル１３は接続され、照射光学系１５は、光ファイバケーブル１３と半導体ウエハＳとの間に配置される。
【００３２】
光源部１１は、励起光Ｌ１の元となる光を発光する光源である。光源部１１は、例えばランプと波長フィルタとを有する光源であってもよいが、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である。当該レーザ光は、スポット状の単色光であり、その波長は評価対象に応じて適宜に選択され、本実施形態では評価対象がシリコンウエハであることから波長８０８ｎｍの近赤外光である。光ファイバケーブル１３は、光源部１１で発光された光を照射光学系１５まで案内するためのものである。光ファイバケーブル１３は、光源部１１が発光した光を所望の経路に案内できるので、光源部１１の配置位置の自由度が増し、装置全体の寸法削減やコンパクト性向上に資する。光ファイバケーブル１３は、複数本の光ファイバを１つに束ねて構成される。光ファイバには、レーザ光耐力、近赤外領域における低減衰の面から石英系の光ファイバが使用される。
【００３３】
照射光学系１５は、光ファイバケーブル１３からの光（すなわち光源部１１からの光）を半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０において上述の直線形状の励起光Ｌ１に整形するために使用される。照射光学系１５は、例えばコリメータ１５ａ、ビーム整形器１５ｂ、およびフィルタ１５ｃを有する。コリメータ１５ａ、ビーム整形器１５ｂ、およびフィルタ１５ｃは、この順に、光ファイバケーブル１３から半導体ウエハＳに向けて配列される。
【００３４】
コリメータ１５ａは、光ファイバケーブル１３から拡散して放射される光を平行光線へと整形する。コリメータ１５ａは、例えば凸レンズである。ビーム整形器１５ｂは、前記平行光線を光の進行方向に対して直交する面内において線状に集光させることで、平行光線を線状の光へと整形する。ビーム整形器１５ｂは、例えばシリンドリカルレンズである。ビーム整形器１５ｂは、本実施形態では半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０においてその幅が略１ｍｍである直線状の励起光Ｌ１に整形する。フィルタ１５ｃは、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に照射する光の波長において所望の波長以外を除去するバンドパスフィルタである。本実施形態では、８０８ｎｍの波長の光以外はフィルタ１５ｃにより除去される。
【００３５】
以上の構成により、照射光学系１５は、非平衡電子正孔対を励起させるための波長８０８ｎｍの励起光Ｌ１を、評価対象である半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０において、第１方向Ｄ１に沿った幅１ｍｍとなる直線状で照射する。
【００３６】
光検出部２０は、励起光照射部１０からの励起光Ｌ１に起因して半導体ウエハＳから放射されたＰＬ光Ｌ２を検出する。本実施形態では、光検出部２０は、励起光照射部１０から照射された励起光Ｌ１に起因して直線領域Ｓ１（励起光Ｌ１が直線形状で照射された評価表面Ｓ０上の領域）に励起された非平衡電子正孔対の再結合により、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０から放射された放射光Ｌ２を検出する。なお、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に照射された励起光Ｌ１の直線形状に対応して、光検出部２０の受光部分（例えば、複数の検出素子２１の受光面全体）は、第２方向Ｄ２に沿った長さに対して第１方向Ｄ１に沿った長さの方が長い。本実施形態では、波長８０８ｎｍの励起光の照射に対して、シリコンウエハである半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０から、波長が１．０〜１．２μｍ程度である近赤外線のＰＬ光Ｌ２が放射される。本実施形態の光検出部２０は、例えば複数の検出素子２１を有する撮像器２３および受光光学系２５を備える。受光光学系２５は、半導体ウエハＳと撮像器２３との間に配置される。
【００３７】
先述のように半導体ウエハにおけるＰＬ光は比較的微弱な光量であるので、検出素子２１ａおよび検出素子２１ｂがＰＬ光Ｌ２を感度良く検出するために、撮像器２３は、マイナス１０度以下に冷却される。撮像器２３から、後段の画像取込ユニット３３に向けてアナログの検出信号が出力される。撮像器２３は、例えば複数の検出素子２１および後述の受光光学系２５に含まれるレンズ２５ａを内部に有している。
【００３８】
複数の検出素子２１は、放射光Ｌ２を検出する撮像素子である。図２は、複数の検出素子２１の構成を主に説明する図である。図２（ａ）は、複数の検出素子が前記第１方向に沿って配列された態様を示し、図２（ｂ）は、複数の検出素子が２次元アレイ状に配列された態様を示す。なお、図２（ｃ）は、図２（ａ）または図２（ｂ）に示す複数の検出素子２１の受光面全体に結像される、帯状のＰＬ光Ｌ２または略楕円形状のＰＬ光Ｌ２を示す図である。図２（ｃ）において、ＰＬ光Ｌ２の光量が多い部分ほど白い（輝度が高い）。なお、複数の検出素子２１は所定の露光時間で放射光Ｌ２を検出する。
【００３９】
複数の検出素子２１は、それぞれ、受光光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子であり、例えば、シリコンフォトダイオードやＩｎＧａＡｓフォトダイオード等のフォトダイオードである。
【００４０】
複数の検出素子２１は、例えば図２（ａ）に示す第１態様と、図２（ｂ）に示す第２態様とがある。
【００４１】
第１態様における複数の検出素子２１ａは、図２（ａ）に示すように、第１方向Ｄ１に沿って配列され、それぞれ、それぞれ第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に長い矩形形状の受光面２１ａ１を備えている。第１方向Ｄ１は、図２（ａ）中において矢印Ｄ１で示され、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２は、図２（ａ）中において矢印Ｄ２で示されている。なお、複数の検出素子２１ａは、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０において第１方向Ｄ１に沿った線状で照射された励起光Ｌ１を受けて半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０から放射された放射光Ｌ２を、第１方向Ｄ１に沿って検出する。すなわち、励起光照射部１０から半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に照射されたレーザ光Ｌ１の形状（第１方向Ｄ１に沿った線状）に対応して、放射光Ｌ２は直線状の形状となるので、複数の検出素子２１ａは、第１方向Ｄ１に沿って配列されており、その直線状の放射光Ｌ２を第１方向Ｄ１に沿って受光して検出する。複数の検出素子２１ａは、例えば、第１方向Ｄ１に沿って１次元方向に隣り合って並んでいる１０２４個（画素）の素子を備える。
【００４２】
この第１態様では、第２方向Ｄ２に長い検出素子２１ａが用いられていることから、線状のＰＬ光Ｌ２が幅を有している場合（例えば帯状および太線状等）や、線状のＰＬ光Ｌ２が複数の検出素子２１の前記受光面で第２方向Ｄ２における本来の照射位置（設計位置）からずれている場合でも、前記受光面がフォトルミネッセンス光を受光することができる。
【００４３】
第２態様における複数の検出素子２１ｂは、図２（ｂ）に示すように、第１方向Ｄ１および第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２の２方向に２次元アレイ状に配列される。本実施形態では、検出素子２１ｂの受光面２１ｂ１は正方形形状である。なお、複数の検出素子２１ｂは、図２（ａ）の場合と同様に、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０において第１方向Ｄ１に沿った線状で照射された励起光Ｌ１を受けて半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０から放射された放射光Ｌ２を、主に第１方向Ｄ１に沿って検出する。すなわち、励起光照射部１０から半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に照射されたレーザ光Ｌ１の形状（第１方向Ｄ１に沿った線状）に対応して、放射光Ｌ２は直線状の形状となるので、複数の検出素子２１ｂは、その放射光Ｌ２を第１方向Ｄ１に沿って受光して検出する。複数の検出素子２１ｂでは、例えば、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に沿って２次元方向に隣り合って並んでいる１０２４×１１２の素子を備える。すなわち、複数の検出素子２１ｂは、第１方向Ｄ１方向に１０２４個（画素）、第２方向Ｄ２方向に１１２個（画素）並んでいる。
【００４４】
この第２態様では、２次元アレイ状に配列された複数の検出素子２１ｂが用いられていることから、線状のＰＬ光Ｌ２が幅を有している場合（例えば帯状および太線状等）や、線状のＰＬ光Ｌ２が第２方向Ｄ２における本来の照射位置から第２方向Ｄ２にずれている場合でも、第２方向Ｄ２に複数存在する検出素子２１ｂでＰＬ光Ｌ２を受光することができる。
【００４５】
このような第２態様において、評価表面における第１方向Ｄ１に沿った各位置におけるＰＬ光Ｌ２の強度は、第２方向Ｄ２に配列された各検出素子２１ｂが検出したＰＬ光の各強度の和（後述の加算強度）で表わされる。
【００４６】
複数の検出素子２１は、例えば所謂リニア（ライン）イメージセンサまたはエリアイメージセンサである。なお、イメージセンサは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型である。複数の検出素子２１から、例えば、それら光電変換素子から出力されたアナログの検出信号（撮像データとも呼ぶ）が出力される。なお、この検出信号の値が、ＰＬ光の強度を表わしている。
【００４７】
受光光学系２５は、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０（例えば直線領域Ｓ１）から放射された放射光Ｌ２を複数の検出素子２１の受光面に結像させるための光学系である。受光光学系２５は、本実施形態では例えば、光フィルタ２５ｂとレンズ２５ａとを有する。光フィルタ２５ｂとレンズ２５ａとは、半導体ウエハＳと複数の検出素子２１との間で、この順に半導体ウエハＳから複数の検出素子２１に向けて配列される。レンズ２５ａは、放射光Ｌ２を集光して複数の検出素子２１に結像させる。レンズ２５ａは、本実施形態では撮像器２３の中に存在する。レンズ２５ａにより、比較的微弱な光量であるＰＬ光を効率よく複数の検出素子２１に集光することができる。
【００４８】
光フィルタ２５ｂは、ＰＬ光Ｌ２以外の光が複数の検出素子２１に到達しないために、ＰＬ光Ｌ２以外の光を除去するフィルタである。例えば光フィルタ２５ｂは、波長が１μｍ以上の光のみ透過させるハイパスフィルタである。本実施例では光フィルタ２５ｂは、波長８５０ｎｍ以上の光を透過させる赤外透過フィルタである。よって、波長が８０８ｎｍである励起光Ｌ１は、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０で反射されて光フィルタ２５ｂまで至ったとしても、光フィルタ２５ｂによって除去され、複数の検出素子２１まで到達しない。
【００４９】
なお、光検出部２０は、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０を臨む受光光学系２５の光軸と半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０における法線との間で角度を有するように、配置されることが好ましい。本実施形態では、光検出部２０は、こうした角度を有するように配置されている。また本実施形態では、光フィルタ２５ｂ、レンズ２５ａおよび複数の検出素子２１の受光面は、一直線状の光軸Ｄ４となるように配置されているので、評価表面Ｓ０を臨む受光光学系２５の光軸は、光フィルタ２５ｂの光軸、レンズ２５ａの光軸または複数の検出素子２１の受光面の光軸である。なお、光フィルタ２５ｂ、レンズ２５ａおよび複数の検出素子２１の受光面の何れかの間に、ミラーやプリズム等の光路を曲げる屈曲光学系がある場合には、評価表面からこの屈曲光学系に至るまでの光軸が、評価表面Ｓ０を臨む受光光学系２５の光軸となる。この構成により例えば、半導体の表面は鏡面であることが多いが、光検出部２０が半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に映り込んでも、光検出部２０が光検出部２０自身の像を撮像することを防ぐことができる。
【００５０】
評価部３０は、光検出部２０が検出したＰＬ光Ｌ２の強度に基づいて、半導体ウエハＳの結晶性に関する所定の評価指標Ｈを求める。ここで、半導体ウエハＳの結晶性に関する評価は、半導体ウエハＳにおける結晶性に依存して定まる諸特性についての評価のことであり、所謂半導体ウエハＳにおける品質の評価が含まれる。半導体ウエハＳの結晶性に関する評価の評価項目に、例えば、半導体ウエハＳにおける寿命の評価、半導体材料の不純物や欠陥の同定、結晶性の評価、混晶組成比の評価、超格子構造の評価等が含まれる。本実施形態では、一例として、半導体ウエハＳにおける結晶性に関する評価は、半導体ウエハＳにおける寿命の評価であるとして説明を行う。結晶性に関する所定の評価指標Ｈは、結晶性の良否の度合いを表わすものであり、例えば上で述べた結晶性に関する評価項目のうちの何れか一つについて評価を行った場合、評価表面Ｓ０上の当該評価を行った個所における評価レベルで示される。例えば、結晶性に関する所定の評価指標Ｈは、上記評価箇所について得られた上述のアナログ検出信号のデジタル値（以下、評価値と呼ぶ）を正規化した値（点数）を評価レベルとすることで求まる。また例えば、所定の評価指標Ｈは、所定の閾値に対する当該評価値の相対的な位置付けを評価レベルとすることで求まる（例えば所定の閾値以上では評価レベルを良とし、所定の閾値未満では評価レベルを不良などとする）。また例えば、所定の評価指標Ｈは、複数の閾値と当該評価値との比較によってグループ分けし、当該評価値がどの範囲（グループ）に属するかを評価レベルとすることで求まる。本実施形態では、結晶性に関する所定の評価指標Ｈは、複数の評価箇所における評価値を、例えば表示画素値の範囲である０〜２５５の範囲に各々正規化して結晶性に関する評価レベルとすることで求まる。
【００５１】
本実施形態の評価部３０は、例えば画像取込ユニット３３、評価演算部３１、入力部３１ａ、および出力部３１ｂを備える。なお、撮像器２３の出力が、画像取込ユニット３３に入力される。画像取込ユニット３３の出力は、評価演算部３１に入力される。入力部３１ａ、および出力部３１ｂは、評価演算部３１に接続される。
【００５２】
画像取込ユニット３３は、評価演算部３１の制御によって撮像器２３で撮像された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データを評価演算部３１で処理が可能なデータ形式に変換して評価演算部３１へ出力する。
【００５３】
入力部３１ａは、所謂キーボードやマウス等の評価演算部３１へ情報を入力するための手段である。出力部３１ｂは、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やプリンタ等の評価演算部３１から情報を出力するための手段である。評価演算部３１、入力部３１ａ、および出力部３１ｂは、所謂ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）によって実現できる。
【００５４】
評価演算部３１は、半導体ウエハＳの結晶性に関する所定の評価指標Ｈの算出を行う。評価演算部３１は、マイ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、およびＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）を有する。マイクロプロセッサは、例えば後で述べる半導体ウエハＳにおける評価指標を算出するソフトウエアや、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０におけるＰＬ光強度の２次元分布のデータを算出するソフトウエアを実行する。こうした評価指標や２次元分布データは、記憶される。
【００５５】
本実施形態では、所定の評価指標Ｈは、例えば、複数の検出素子２１ａ（または複数の検出素子２１ｂ）で受光された放射光Ｌ２の強度（デジタル値）に基づいて、出力部３１ｂにおいて直線状の放射光Ｌ２を可視化するために作成されたデータである。評価演算部３１は、上記評価指標を算出するソフトウエアと上記ＰＬ光強度の２次元分布のデータを算出するソフトウエアを実行することにより、機能的に評価指標算出部３１１と２次元分布算出部３１２を備える。２次元分布算出部３１２は、後述の２次元分布の算出を行う。評価指標算出部３１１は、上記の直線状の放射光Ｌ２を可視化するためのデータを算出する。この直線状の放射光Ｌ２を可視化するためのデータは、例えばＬＣＤなどの表示デバイスの画素への指示値（画素値）である。当該画素値を用いた出力部３１ｂにおける可視化の方法は、例えば次で説明するとおりである。
【００５６】
評価指標算出部３１１は、例えば、画像取込ユニット３３から出力されたデジタルデータ形式である撮像データの値に従って輝度値を割り当てる。これによって、直線状の放射光Ｌ２の画像は、所謂モノクロ画像とされ、可視化される。直線状の放射光Ｌ２の画像では、ＰＬ光強度が強い領域ほどより白色に近い色で表わされる。なお、ＰＬ光強度が強いことは、非平衡電子正孔対の寿命が長いことを示しており、半導体ウエハＳにおいて半導体の結晶性が良いことを示している。ここで、結晶性が良い半導体は、例えば格子欠陥が少ない半導体、不純物が少ない半導体等のことである。
【００５７】
一方、直線状の放射光Ｌ２の画像において、ＰＬ光強度が弱い領域ほどより黒色に近い色で表わされる。なお、ＰＬ光強度が弱いことは、非平衡電子正孔対の寿命が短いことを示しており、半導体ウエハＳにおいて半導体の結晶性が悪いことを示している。ここで、結晶性が悪い半導体は、例えば格子欠陥が多い半導体、不純物が多い半導体等のことである。
【００５８】
なお、画像取込ユニット３３から出力されたデジタル信号値に従って色情報が割り当てられてもよい。撮像データのデジタル信号に従って色情報が割り当てられた場合、直線状のＰＬ光Ｌ２の画像はカラー画像となる。例えばカラー画像では、ＰＬ光強度が強い領域ほどより赤色に近い色で表わされ、ＰＬ光強度が弱まるに連れて、色が赤から橙色、黄色、緑色、青色と変化し、ＰＬ光強度が弱い領域ほどより紫色に近い色で表わされる。また、評価装置１００は、評価レベルの区分の数を切り換えるために、それらモノクロ画像、カラー画像において、階調を切り換えることができるように構成されてもよい。
【００５９】
光検出部２０における複数の検出素子２１が第１態様である場合、評価指標算出部３１１は、複数の検出素子２１ａが検出したＰＬ光Ｌ２の各強度に基づいて、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０における第１方向Ｄ１に沿った各位置の所定の評価指標Ｈをそれぞれ求める。
【００６０】
光検出部２０における複数の検出素子２１が第２態様である場合、評価指標算出部３１１は、第２方向Ｄ２に配列された各検出素子２１ｂが検出したＰＬ光Ｌ２の強度の和である加算強度を、第１方向Ｄ１に沿った各位置についてそれぞれ求める。そして評価指標算出部３１１は、前記加算強度に基づいて、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０における第１方向Ｄ１に沿った各位置の所定の評価指標Ｈをそれぞれ求める。
【００６１】
このように、評価対象である半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に対して励起光照射部１０が当該半導体ウエハＳに非平衡電子正孔対を励起させるための直線状の励起光Ｌ１を照射し、複数の検出素子２１ａ（または複数の検出素子２１ｂ）が直線状の放射光Ｌ２を受光する。そして、画像取込ユニット３３が当該各強度をデジタル値化し、評価演算部３１内の評価指標算出部３１１が、当該デジタル値に基づいて当該放射光Ｌ２の第１方向Ｄ１に対する放射光の各強度（または加算強度）を求め、直線状の放射光Ｌ２を出力部３１ｂで可視化するための画素値を算出する。この画素値の算出が半導体ウエハＳの結晶性に関する所定の評価指標Ｈの算出であり、本実施形態の半導体評価装置１００は、所定の評価指標Ｈにより結晶性に関する評価（本実施形態では寿命の評価）を求めることができる。さらに、評価装置１００のユーザは、当該可視化された直線状の放射光Ｌ２の画像を目視して、半導体ウエハＳの結晶性に関する所定の評価指標Ｈの算出すなわち寿命を評価することができる。
【００６２】
次に、従来の半導体評価装置と本実施形態の半導体評価装置１００との比較を行う。
【００６３】
本実施形態の半導体評価装置１００は、測定面の全面に励起光を照射してその際に測定面全面から放射されたＰＬ光をカメラで撮像する従来の半導体評価装置に対して、以下で説明するような効果を奏する。
【００６４】
図３は、従来の半導体評価装置と、本実施形態の半導体評価装置１００との効果の相違を説明する図である。図３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、従来技術の場合を示し、図３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、本実施形態の半導体評価装置１００の場合を示す。図３（ａ）、（ｂ）は、照射条件および受光条件の相違による検出精度の相違を説明するための図である。図３（ｃ）、（ｄ）は、分解能の相違を説明するための図である。図３（ｅ）、（ｆ）は、映り込みの相違を説明するための図である。
【００６５】
図３（ａ）は、例えば励起光が面で半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に向けて放射状に照射されている場合に、その中に含まれる照射側に近い一方端に位置する線状の励起光Ｌ１ａ、当該一方端に対向する他方端に位置する線状の励起光Ｌ１ｃ、励起光Ｌ１ａと励起光Ｌ１ｃの間に存在する線状の励起光Ｌ１ｂに注目した図である。図３（ａ）によると、それら励起光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃがそれぞれ照射された評価表面Ｓ０上のＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の各部分間について励起光の照射条件が異なっている。なお、Ａ部分、Ｂ部分、Ｃ部分は評価表面Ｓ０において線状となる。また、図３（ａ）は、それらＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の各部分から放射されたＰＬ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの各々が結像する検出素子ＡＡ、ＢＢ、ＣＣの各素子間で受光条件が異なっている場合を示している。なお、検出素子ＣＣ、検出素子ＢＢ、検出素子ＡＡは、複数の検出素子２１’において、照射側に近い一方端から当該一方端に対向する他方端に向けてこの順で位置している。励起光Ｌ１ａがＡ部分に照射されたときの評価表面Ｓ０に対する角（以下、入射角と呼ぶ）をθａ、励起光Ｌ１ｂがＢ部分に照射されたときの入射角をθｂ、励起光Ｌ１ｃがＣ部分に照射されたときの入射角をθｃとすると、上述のＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の並ぶ順番により、それら入射角の間は、θａ＞θｂ＞θｃの関係となっている。このように、Ａ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の各部分間で入射角が異なり、これによって励起光の照射条件が異なることとなる。その結果、Ａ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の各半導体に与えられた単位面積当たりのエネルギーに差が生じることとなる。よって、評価表面Ｓ０において、Ａ部分、Ｂ部分、Ｃ部分が同質だった場合に、この照射条件が異なったことのみに起因して、ＰＬ光の測定結果に差が生じ精度が低下する。
【００６６】
また例えば、Ａ部分から放射されたＰＬ光Ｌ２ａが結像する撮像面の一方端の検出素子ＡＡ、Ｂ部分から放射されたＰＬ光Ｌ２ｂが結像する撮像面の中央付近の検出素子ＢＢ、Ｃ部分から放射されたＰＬ光Ｌ２ｃが結像する撮像面の他方端の検出素子ＣＣにおいて、ＰＬ光Ｌ２ａ、ＰＬ光Ｌ２ｂ、ＰＬ光Ｌ２ｃの各光路が異なることから、各素子間で励起光の受光条件が異なることとなる。よって、評価表面Ｓ０におけるＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分が同質だった場合に、この受光条件が異なったことのみに起因して、ＰＬ光の測定結果に差が生じ精度が低下する。
【００６７】
一方、本実施形態の半導体評価装置１００では、図３（ｂ）に示すように、評価表面Ｓ０に対し、励起光Ｌ１を線状に照射しているので、また、ＰＬ光Ｌ２が複数の検出素子２１上において直線状に受光されることから、当該直線に直交する方向における励起光の照射条件および放射光の受光条件に差がほとんどなく、従来技術の様にＰＬ光の測定結果に差が生じるおそれは低い。従って、本実施形態の半導体評価装置１００は、従来技術に比べて高精度にＰＬ光Ｌ２を検出することができる。
【００６８】
また、図３（ｃ）に示す従来技術では、励起光Ｌ１を面で照射する場合、ＰＬ光は、面で放射されることになる。このＰＬ光Ｌ２の放射面を、第１方向に延びる長尺な帯状の領域で第２方向に複数に区切った場合（不図示）、非平衡電子正孔対は、濃度勾配によって拡散するので、その一つの領域Ｒｃには、この領域Ｒｃに隣接する両隣の領域から非平衡電子正孔対が流れ込むこととなる。この結果、領域Ｒｃで生じるＰＬ光Ｌ２は、この領域Ｒｃで生じた非平衡電子正孔対に起因するＰＬ光Ｌ２に、両隣の領域から流れ込んだ非平衡電子正孔対に起因するＰＬ光Ｌ２が重畳された光となる。このため、従来技術では、領域ＲｃのＰＬ光Ｌ２として検出した検出結果に誤差が含まれ、精度が低下する。
【００６９】
一方、本実施形態の評価装置１００は、図３（ｄ）に示すように、評価表面Ｓ０に対し、励起光Ｌ１を線状に照射することで領域Ｒｃのみに励起光Ｌ１を照射するので、従来技術の様に励起光を面で照射する場合と比べて、第２方向の空間分解能を高くすることができる。従って、本実施形態の半導体評価装置１００は、従来技術に比べて高精度にＰＬ光Ｌ２を検出することができる。
【００７０】
また、図３（ｅ）に示す従来技術では、測定域全面で焦点を合致させる必要があることから、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０における法線方向に撮像器２３’の光軸（図３（ｅ）に示す場合では結像レンズ２５ａ’の光軸）が一致（平行）している必要がある。この場合、撮像器２３’が半導体ウエハ表面に形成された撮像器２３’自身の像を撮像することとなり（例えば、図３（ｅ）中のＬ２ｂ光）、撮像器２３’によって撮像された画像には、撮像器２３’自身が映り込むこととなる。一般に、半導体ウエハの表面は鏡面であることが多いため、半導体ウエハに撮像器２３’を向けると半導体ウエハの表面に撮像器２３’の像ができる可能性が高い。そのため、撮像器２３’によって撮像された画像に、撮像器２３’自身が映り込む可能性も高い。
【００７１】
一方、本実施形態の評価装置１００は、図３（ｆ）に示すように、評価表面Ｓ０を臨む前記受光光学系２５の光軸Ｄ４と半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０における法線との間で角度を有するように配置することができる。これにより、撮像器２３は、評価表面Ｓ０に形成された撮像器２３自身を撮像することが無くなり、撮像器２３によって撮像された画像に、撮像器２３自身が映り込むことを防ぐことができる。
【００７２】
なお、評価装置１００は、さらに移動部４０を備えてもよい（図１）。
【００７３】
移動部４０は、励起光Ｌ１を第１方向Ｄ１に沿った線状で照射する照射位置（直線領域Ｓ１）と、半導体Ｓの評価表面Ｓ０とを、第２方向Ｄ２に相対的に移動させる。すなわち、移動部４０は、例えば励起光照射部１０および光検出部２０、半導体ウエハＳ、上記照射位置（直線領域Ｓ１）の少なくとも一つを移動させる駆動機構（不図示）を有する。移動部４０は、例えば上記の相対的な移動をさせるために、半導体ウエハＳを励起光照射部１０および光検出部２０に対して移動させる（本実施形態は、この例で説明を行う）。
【００７４】
具体的には、移動部４０は、例えばＰＶ用の半導体ウェハの製造工程において、半導体ウエハを搬送する製造ラインにおけるコンベアのベルトである。この場合、第２方向Ｄ２はコンベアのベルトの移動方向すなわち半導体ウエハの搬送方向であり、第１方向Ｄ１は、半導体ウエハＳを搬送する方向と直交する方向である（図１（ａ）および（ｂ）で矢印Ｄ１で示す方向）。
【００７５】
以上の構成により、光検出部２０は、移動部４０が半導体ウエハＳを移動させる間に、評価表面Ｓ０の所望の箇所において、半導体ウエハＳから放射されたＰＬ光Ｌ２を検出することができる。なお、前記照射位置と評価表面Ｓ０とを第２方向Ｄ２に相対的に移動させるので、評価装置１００は、ＰＬ光Ｌ２を評価表面Ｓ０において２次元で検出することが可能となる。
【００７６】
評価部３０は、上述の照射位置（直線領域Ｓ１）と評価表面Ｓ０とを第２方向Ｄ２に相対的に移動させる場合において、前記移動に伴って第２方向Ｄ２に沿った各位置についてそれぞれ求められた第１方向Ｄ１に沿った各位置の所定の評価指標Ｈを、第２方向Ｄ２に沿って連結することによって、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の２次元分布で所定の評価指標Ｈを求める。なお、具体的には、２次元分布算出部３１２が、この２次元分布で所定の評価指標Ｈの算出を行う。２次元分布算出部３１２は、例えば直線状のＰＬ光強度分布画像を時間方向において順番に並べて結合させ、所定の評価指標Ｈとして、一つの平面画像データ（画素値）を求める。
【００７７】
すなわち、半導体ウエハＳの第２方向Ｄ２に沿った各位置における直線領域Ｓ１から放射されたＰＬ光Ｌ２について、前記移動の間に光検出部２０が検出した各強度に基づいて、評価指標算出部３１１が直線状の放射光Ｌ２を可視化するためのデータを各々算出する。その後、２次元分布算出部３１２は、この各データに基づいて第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で表わされる２次元方向におけるＰＬ光の強度の分布に関するデータを作成する（２次元分布の評価指標Ｈの算出）。例えばＰＬ光の強度の分布に関するデータは、搬送方向とその直交する方向とで表わされる２次元方向における各所のＰＬ光の強度についてテーブル形式で表わされた２次元分布のデータである。
【００７８】
図４は、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０に対し、本実施形態の評価装置１００によって求められた第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のＰＬ光強度の２次元分布を表わす画像（モノクロ画像）を示す。先述のように、半導体ウエハＳの大きさは１２５ｍｍ×１２５ｍｍ角であり、移動部４０が半導体ウエハＳを２００ｍｍ／ｓで搬送する間に、複数の検出素子２１が露光時間１０ｍｓにて連続的に撮像することで半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０が第２方向Ｄ２について走査される。これにより、６０ライン分の直線状のＰＬ光強度分布画像が取得され（１２５ｍｍ÷２００ｍｍ／ｓ÷１０ｍｓ≒６３ライン）、これら６３ライン分の直線状のＰＬ光強度分布画像が、２次元分布算出部３１２において、時間方向において順番に結合されることで半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０全面のＰＬ光強度の画像（平面画像）が得られる。図４のＰＬ光強度の画像における明暗の部分は、当該平面画像が直線状のＰＬ光Ｌ２の強度画像を結合させて作成されたものであるから、先述の直線状のＰＬ光Ｌ２の強度画像と同様に、白い部分はＰＬ光強度の強い領域（長い寿命に相当し、結晶性の良い部分）、黒い部分はＰＬ光強度の弱い領域（短い寿命に相当し、結晶性の悪い部分）である。当該ＰＬ光の強度が画素値に反映された平面画像により、半導体ウエハＳ全面について評価を行うことができる。
【００７９】
このように、半導体評価装置１００では、ＰＬ光Ｌ２の検出を時間的に連続して行った場合、受光された放射光Ｌ２の第１方向Ｄ１に対する放射光の強度のデジタル値が、時間方向において順次に得られる。こうすることで、例えば半導体ウエハＳの評価表面について面でＰＬ光Ｌ２の検出を行うことができる。すなわち、２次元分布算出部３１２において当該デジタル値に基づいて直線状の放射光Ｌ２を時間方向において順番に結合されることで、上記平面画像が作成されて出力部３１ｂに出力される。半導体評価装置１００のユーザは、当該可視化された平面画像である放射光Ｌ２の画像を目視することで、半導体ウエハＳの結晶性に関する所定の評価指標Ｈを目視で評価することができ、半導体ウエハＳの評価を行うことができる。
【００８０】
この半導体ウエハＳ全面の評価を行った結果を例えばＰＶ用半導体ウェハの製造工程に対してフィードバックさせることで、当該製造工程における歩留まりが向上する。
【００８１】
上記の構成により、前記強度の２次元分布を作成できるので、このような半導体評価装置１００は、所定の評価指標Ｈを２次元で求めることができる。よって、半導体ウエハＳの評価表面Ｓ０からのＰＬ光Ｌ２を同時に撮像する従来技術と比べて、このような半導体評価装置１００は、測定の高精度化、高空間分解能化が可能とできる一方で、従来技術のように測定毎にウエハの搬送を停止させる必要が無く、（製造ライン制御を容易化させて）半導体ウエハＳにおいてＰＬ光Ｌ２を２次元で検出する（面で検出する）ことができる。
【００８２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００８３】
１０  励起光照射部
２０  光検出部
２１、２１ａ、２１ｂ  検出素子
２１ａ１、２１ｂ１  受光面
２５  受光光学系
３０  評価部
３１  評価演算部
３１ｂ  出力部
３１１  評価指標算出部
３１２  ２次元分布算出部
４０  移動部
１００  半導体評価装置
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
Ｄ４  光軸
Ｌ１  励起光
Ｌ２  ＰＬ光
Ｓ  半導体ウエハ
Ｓ０  評価表面
Ｓ１  直線領域
【図１】
2014183208.tif 000003
【図３】
2014183208.tif 000004
【図２】
2014183208.tif 000005
【図４】
2014183208.tif 000006