(57)【要約】      （修正有）【課題】口径の異なるインゴットに対しても複雑な光学系の調整が不要で、インゴットのフォトルミネッセンススペクトルの分布を求め得る半導体の特性評価装置を提供する。【解決手段】インゴット１の半導体結晶を保持するインゴット保持機構６と、ウェハ９の半導体結晶を保持するウェハ保持機構９とを備え、インゴット保持機構６とウェハ保持機構９とが交換可能に設けられる。インゴット１の口径が異なっても半導体結晶への励起光としてのレーザ光の照射及びフォトルミネッセンス光ＰＬ１の集光を行う光学系の調整をしないでインゴット１を保持できる。半導体インゴットやウェハのキャリア濃度やその一次元及び二次元の分布測定を、容易に、高速で、かつ、高精度で行うことができる。【選択図】図１
2006108186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネッセンス法を用いた半導体の特性評価装置において、
インゴットの半導体結晶を保持するインゴット保持機構と、
ウェハの半導体結晶を保持するウェハ保持機構と、を備え、
上記インゴット保持機構と上記ウェハ保持機構とが交換可能に設けられることを特徴とする、半導体の特性評価装置。
【請求項２】
前記インゴット保持機構は、フォトルミネッセンス光の集光焦点位置と励起光の照射位置とがインゴットの口径によらず一致するように、インゴットを保持することを特徴とする、請求項１に記載の半導体の特性評価装置。
【請求項３】
前記インゴット保持機構は、二本以上の平行棒と、これらの平行棒の両端が各貫通孔に貫通されて上記平行棒を支持する一対の保持側板と、を備え、
フォトルミネッセンス光の集光焦点位置と励起光の照射位置とがインゴットの口径によらず一致するように、インゴットの口径に対応して上記各貫通孔が上記一対の保持側板に複数穿設されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体の特性評価装置。
【請求項４】
前記インゴット保持機構を搭載するステージが、前記インゴット保持機構を走査可能な走査機構を備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の半導体の特性評価装置。
【請求項５】
前記ステージに搭載されているインゴット保持機構をウェハ保持機構に交換した場合に、励起光軸から光路切換ミラーを退避させると共にフォトルミネッセンス光集光軸へミラー及びレンズを挿入することで、上記ウェハ保持機構に保持されるウェハの表面の励起光照射位置とフォトルミネッセンス光の集光焦点位置とが一致するように、インゴット及びウェハに励起光を照射する励起光照射系と、フォトルミネッセンス光を検出する検出系と、が構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の半導体の特性評価装置。
【請求項６】
前記ステージは、前記ウェハ保持機構を二垂直方向に走査可能な走査機構を備えることを特徴とする、請求項５に記載の半導体の特性評価装置。
【請求項７】
前記半導体の特性評価装置は、データ処理部を備えていること特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の半導体の特性評価装置。
【請求項８】
前記データ処理部は、検出したフォトルミネッセンススペクトルに基づいてピーク波長、半値幅及び高エネルギー側半値波長のうち一以上を算出すると共に、この算出した結果と半導体結晶の電気的特性との相関関係式を用いて電気特性の一次元又は二次元的な分布を出力することを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の半導体の特性評価装置。
【請求項９】
前記相関関係式は、２次以上の多項近似式であることを特徴とする、請求項８に記載の半導体の特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶の形状がインゴットであってもウェハであっても、各形状に対応して光学特性の分布評価を非破壊で行える、半導体の特性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの電気特性、例えばキャリア濃度、移動度、抵抗率などは、製造するデバイスの用途や構造により仕様範囲が規定されている。この電気特性は、一般に、ホール効果測定や二端子法や四端子法やＣＶ法などを用いて測定評価がなされている（例えば、非特許文献１参照）。
ホール効果測定では、キャリア濃度、移動度、抵抗率を同時に測定できるのに対して、二端子法や四端子法では抵抗率の測定のみ可能であり、キャリア濃度や移動度の測定評価はできない。また、ＣＶ法は、半導体ウェハ断片にショットキー接合又はＰＮ接合を形成してダイオードを作製し、その静電容量―電圧（Ｃ―Ｖ）特性を測定し、それからキャリア濃度を評価する方法である。
【０００３】
しかしながら、直接的に電気特性を評価するこれらの方法では、単結晶インゴットから薄片状のサンプルを切り出し、方法によっては矩形形状などの断片に電極付けを行って評価用サンプルを調整する必要があった。そのため、キャリア濃度や抵抗率などの特性値は、インゴットからウェハにスライスした後に評価せざるを得ず、インゴットの状態ではキャリア濃度などの電気特性を評価することは困難であった。
【０００４】
ところで、一般に、単結晶インゴット内のキャリア濃度などの電気特性値の分布範囲は、製造するデバイスによって決定されている仕様範囲よりも広いため、製品仕様毎に選別加工を行う必要がある。従来は、ウェハ状に加工する前にインゴット内のキャリア濃度を事前に評価する手段がなかった。このため、キャリア濃度を正確に評価することは困難であった。そこで、予めドーピング量や成長条件から予測される位置でスライス加工する条件を変更して、加工選別を行っていた。
【０００５】
しかしながら、偏析現象によってインゴット内の不純物濃度が部位によって変化したり、成長バッチ間でのバラツキ幅が重奏するため、特性値が予想値と異なる場合がある。このため、規格外ウェハが発生し材料の損失が生じるのに加え、キャリア濃度の要求範囲を再確認する必要があるため、追加のサンプル損失や手間の増大という問題があった。また、インゴットの結晶特性値は迅速に結晶製造工程にフィードバックすべきであるが、工業的生産ではウェハの加工仕様も含めた製品特性範囲が定まってからスライス加工を行うことも多いため、逆にフィードバック期間が長くなってしまうという問題もあった。
【０００６】
ところで、半導体のウェハを非破壊で測定評価する方法として、光吸収法やフォトルミネセンス（ＰＬ）法でのマッピング評価法がある。
光吸収法は、特定の波長における光吸収係数と結晶中のキャリア濃度との関係を利用する方法である。この方法では、式１に示すＬａｍｂｅｒｔ―Ｂｅｅｒの式から吸収係数αを求め、式２に示すように、換算係数ｍとの積によってキャリア濃度を求める。
Ｉ＝Ｉｏ・ｅｘｐ（−α×ｔ）        （式１）
（キャリア濃度）＝α×ｍ              （式２）
ここで、Ｉは所定の波長における透過光の強度、Ｉｏは測定サンプルが光路にない場合の光源の強度、t は評価サンプルの厚みである。
【０００７】
しかしながら、光吸収法においては、キャリア濃度が低い場合には光吸収が少なく、吸収係数αを求める際に誤差が生じるので所定の厚みが必要となる。逆に、キャリア濃度が高く光吸収が大きい場合には光が透過しなくなるため、評価サンプルの厚みを薄くする必要がある。即ち、光吸収法によるキャリア濃度の測定においては、ウェハ状態ですらキャリア濃度に応じてサンプルの厚みを適正化しなければならない。
したがって、実際工業的に用いられている半導体ウェハの厚みですら、広範囲にわたるキャリア濃度を測定することは困難であり、ましてや光吸収法を用いて、インゴットの状態でしかもキャリア濃度を広範囲にわたって評価を行うことは不可能といえる。
【０００８】
一方、フォトルミネッセンス法は、不純物又は欠陥が形成するエネルギー準位の電子遷移過程に着目する方法である。
半導体の禁制帯幅（バンドギャップ：Ｅｇ）よりも大きなエネルギーの光を半導体ウェハ表面に照射すると、伝導帯と価電子帯とにそれぞれ過剰な電子又は正孔が形成される。その後、この過剰な電子又は正孔は、さまざまな素過程を経て再結合して熱平衡状態に戻る。この際、発光性再結合過程をとった場合には、フォトルミネッセンス光が放出される。そこで、フォトルミネッセンス法は、不純物又は欠陥の種類や濃度によって、フォトルミネッセンス光のスペクトル形状が変化することに注目し、ピーク波長やピーク強度や半値幅などからサンプルの特性を評価するものである。
【０００９】
本発明者らによる特許文献１には、前述の各種の特性評価方法の特徴及び問題点に鑑み、フォトルミネッセンス法を利用し、ウェハ状にスライスする前のインゴット状態のままで物性評価でき、各種の加工仕様に応じて選別してスライス加工できるようにした半導体の特性評価方法及びその装置が開示されている。
【００１０】
また、従来のフォトルミネッセンス法を用いた測定装置として、ウェハを評価対象としたフォトルミネッセンスマッピング装置がある。
図１４は、従来のフォトルミネッセンスマッピング装置の構成図である。従来のフォトルミネッセンスマッピング装置は、励起光をウェハ９０に照射する励起光照射系９１と、ウェハ９０を保持するウェハ保持機構９２と、フォトルミネッセンス光集光検出系９３とを備える。
【００１１】
励起光照射系９１は、レーザ光源９１ａ、波長フィルタ９１ｂ、減光フィルタ９１ｃ、ミラー９１ｄ，９１ｅ、レンズ９１ｆ、チョッパー９１ｇなどから構成され、所定の波長で所定のエネルギーのレーザ光をウェハ９０に対して斜めに照射する。
ウェハ保持機構９２は、内部が真空引き可能で真空ポンプ接続用ポート９２ａが設けられたウェハステージ９２ｂなどから構成され、ウェハステージ９２ｂにウェハ９０が載せられ、真空ポンプ接続用ポート９２ａから真空引きされることでウェハ９０が保持される。このウェハ保持機構は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ移動するＸステージ部９２ｃ、Ｙステージ部９２ｄ、Ｚステージ部９２ｅを備えるＸＹＺステージ９２Ａ上に設置される。
フォトルミネッセンス光集光検出系９３は、フォトルミネッセンス光ＰＬを集光する集光レンズ９３ａ、両矢印方向に移動可能なミラー９３ｂ、焦点合わせ用カメラモニター９３ｃ、レンズ９３ｄ、波長フィルタ９３ｅ、分光器９３ｆ、検出器９３ｇなどを備え、フォトルミネッセンス光ＰＬを集光して、分光、検出する。
制御データ処理部９４は、励起光照射系９１の制御を行うと共に検出されたデータの処理を行う。
【００１２】
この従来のフォトルミネッセンスマッピング装置を用いてフォトルミネッセンス光を測定する場合には、先ず、サンプルとしてのウェハ９０をウェハステージ９２ｂにセットし、Ｚステージ部９２ｅの高さ微調整や励起光照射系９１及びフォトルミネッセンス光集光検出系９３の光学系の各レンズ位置の微調整を行って、ウェハ９０と光学系との焦点合わせを行った後に、ＸＹＺステージ９２Ａを所定の方向に走査しながら各測定点においてスペクトル情報を採取する。なお、ウェハ保持機構は、ＸＹＺステージ９２Ａに搭載される必要は必ずしもない。
図１５は、ウェハ保持機構が搭載される別の形態を模式的に示した図である。図１５では光学系を省略している。この別の形態では、ステージ９２Ｂは、Ｘステージ部９２ｃと回転ステージ部９２ｆとを備え、光ディスクのようにウェハ１０を回転させたり、Ｘ方向にウェハ９０を走査させたりする。この別の形態の場合には、光学系のレンズ位置の微調整によって光学系の焦点合わせを行う。
【００１３】
なお、市販されているＡ社やＢ社のフォトルミネッセンスマッピング装置では、何れもウェハを評価対象とし、ピーク波長、ピーク強度、半値幅、積分強度がマッピング評価できるようになっている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２―１４８１９１（図５、段落００４５など）
【非特許文献１】河東田隆  編著、「半導体評価技術」、産業図書、１９８９年、ｐｐ．２２１〜２３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来のフォトルミネッセンスマッピング装置においては、ウェハの評価を行う場合には、ＸＹＺステージ９２Ａやステージ９２Ｂの数ｍｍ〜数ｃｍの調整余裕しか有していないのが現状である。そのため、例えば１２インチのＳｉや６インチのＧａＡｓといった大口径の結晶インゴットを、図１４及び図１５に示す従来のフォトルミネッセンスマッピング装置のウェハ保持機構に搭載するには、高さ方向の調整機構が過大なものとなる、という課題がある。
【００１６】
即ち、従来のフォトルミネッセンスマッピング装置においては、半導体結晶の形状がウェハであれば、波長情報や強度情報の分布評価は可能であるが、半導体結晶の形状がインゴットの場合を前提とせず、インゴットでのキャリア濃度の分布評価を行えない、という課題がある。
【００１７】
また、測定対象のインゴットの口径は常に同一であるとは限らず、励起光照射位置やフォトルミネッセンス光集光系の位置が、被測定物であるインゴットを換えると大幅に変化してしまうので、その都度、光学系を調整する必要があることから煩雑となり、測定に多大の時間を要するという課題がある。
【００１８】
また、前述した、市販されているフォトルミネッセンスマッピング装置では、ピーク波長、ピーク強度、半値幅、積分強度がマッピング評価できるが、あくまでも波長情報と強度情報とに限定されており、ウェハの電気特性値と直ちに直結した結果は得られない、という課題がある。
【００１９】
本発明は、上記課題に鑑み、口径の異なるインゴットに対しても複雑な光学系の調整が不要で、インゴット状態でフォトルミネッセンススペクトルの分布状態の評価が可能であると共に、その波長情報と電気特性の相関関係から、キャリア濃度などの電気特性の分布評価が行え、しかも、装置のコストパフォーマンスの面にも配慮して、ウェハ状態のマッピング評価も可能とする、半導体の特性評価装置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】
【００２０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、インゴットの口径が変わった場合でも、評価対象のインゴットの側面表面がフォトルミネッセンス装置の光学系との位置関係が一定となるようなインゴット保持機構をＸ−Ｙ（左右及び前後）方向に走査可能なステージ上に設置することで、インゴットの長手方向の分布評価を行うことを可能とした。これと共に、当該保持機構を取り外し、ステージ上にウェハ状の評価対象試料を設置し、光学系のミラーレンズ系を光路に挿入もしくは退避することで、簡単にウェハ状態の評価試料の面内分布評価が可能な半導体の特性評価装置とした。
さらに、キャリア濃度などの電気特性とフォトルミネッセンススペクトルの波長情報との相関関係式を半導体の特性評価装置に具備させることで、直接的にキャリア濃度などの電気特性の分布評価結果を行えるようにして、本発明を完成させるに至った。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明は、フォトルミネッセンス法を用いた半導体の特性評価装置において、インゴットの半導体結晶を保持するインゴット保持機構と、ウェハの半導体結晶を保持するウェハ保持機構とを備え、インゴット保持機構と上記ウェハ保持機構とが交換可能に設けられることを特徴とする。上記構成によれば、被測定物がインゴットであっても、ウェハであっても、フォトルミネッセンス光による半導体の特性評価を行うことができる。
【００２２】
上記構成において、インゴット保持機構は、好ましくは、フォトルミネッセンス光の集光焦点位置と励起光の照射位置とがインゴットの口径によらず一致するように、インゴットを保持する。
また、インゴット保持機構は、好ましくは、二本以上の平行棒と、これらの平行棒の両端が各貫通孔に貫通されて上記平行棒を支持する一対の保持側板と、を備え、フォトルミネッセンス光の集光焦点位置と励起光の照射位置とがインゴットの口径によらず一致するように、インゴットの口径に対応して各貫通孔が一対の保持側板に複数穿設される。上記構成によれば、被測定物がインゴットでその口径が異なっても、インゴットの側面と光学系との位置関係が一定となるようなインゴット保持機構でインゴットを保持するので、口径の異なるインゴットを測定する場合でも、インゴットの口径に応じて光学系を調整する必要がない。
【００２３】
上記構成において、インゴット保持機構を搭載するステージは、好ましくは、インゴット保持機構を走査可能な走査機構を備える。この構成によれば、インゴット保持機構は、例えば、左右方向及び前後方向に走査可能なステージ上に設置されるので、インゴットの成長方向の分布評価を行うことができる。
【００２４】
上記構成において、好ましくは、ステージに搭載されているインゴット保持機構をウェハ保持機構に交換した場合に、励起光軸から光路切換ミラーを退避させると共にフォトルミネッセンス光集光軸へミラー及びレンズを挿入することで、ウェハ保持機構に保持されるウェハの表面の励起光照射位置と、フォトルミネッセンス光の集光焦点位置と、が一致するように、インゴット及びウェハに励起光を照射する励起光照射系と、フォトルミネッセンス光を検出する検出系とが構成される。この構成によれば、インゴット保持機構を取り外し、ステージ上にウェハ保持機構を搭載してウェハ保持機構にウェハを設置し、光学系のミラーやレンズを光軸に挿入したり退避したりするだけの操作で、ウェハの半導体の特性評価を簡単に行うことができる。
【００２５】
上記構成において、ステージは、好ましくは、ウェハ保持機構を二垂直方向に走査可能な走査機構を備える。この構成によれば、インゴット保持機構は、例えば、左右方向及び前後方向に走査可能なステージ上に設置されるので、インゴットの成長方向の分布評価を行うことができる。
【００２６】
上記半導体の特性評価装置は、好ましくは、データ処理部を備える。また、好ましくは、データ処理部が、検出したフォトルミネッセンススペクトルに基づいてピーク波長、半値幅及び高エネルギー側半値波長のうち一以上を算出すると共に、この算出した結果と半導体結晶の電気的特性との相関関係式を用いて電気特性の一次元又は二次元的な分布を出力する。この構成によれば、キャリア濃度などの電気特性とフォトルミネッセンススペクトルの波長情報との相関関係式を評価装置システムに具備させることで、直接的にキャリア濃度などの電気特性の一次元や二次元分布の測定を行うことができる。
【００２７】
上記構成において、相関関係式は、好ましくは２次以上の多項近似式である。この構成によれば、フォトルミネッセンススペクトル測定において、高精度でキャリア濃度やキャリア濃度分布の測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の半導体の特性評価装置によれば、半導体インゴット及びウェハの両方をフォトルミネッセンス測定できる半導体特性評価装置を提供することができる。また、本発明の半導体特性評価装置によれば、口径の異なるインゴットやウェハを、それぞれの保持機構を切り換えて測定することができる。また、それらの保持機構の切り換えをした場合であっても、その都度、光学系の調整をすることなく、フォトルミネッセンス測定を行い、キャリア濃度の成長方向分布などが簡単に評価できる。
また、ウェハのキャリア濃度分布評価についても、インゴット保持機構をウェハ保持機構に交換し、一部の光学部品により光路の変更を行うだけで、光学系の調整無しに直ちに実施することができる。
また、本発明の半導体の特性評価装置によれば、従来のフォトルミネッセンスデータのマッピングだけでなく、キャリア濃度の分布を直接的に得ることができる。また、ウェハ加工実施前にキャリア密度分布を測定できるので、選別加工の歩留りを向上させることができると共に、結晶成長工程に対し早期のフィードバックが可能となる。
これにより、従来の半導体特性評価装置ではウェハのみを対象としていたが、本発明の半導体特性評価装置においては、被測定物がウェハでもインゴットでも対象とすることができ、非測定物によらず兼用できるので、低コストで特性評価性能の高い装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材には同一の符号を付して説明する。
図１は、本発明に係る半導体の特性評価装置１０の構成を示す模式的な図である。図１に示すように、本発明に係る半導体の特性評価装置１０においてインゴット１の特性評価をする際の構成は、インゴット１に励起光としてのレーザ光を照射する励起光照射系２と、インゴット１を保持するインゴット保持機構６と、インゴット保持機構６を搭載するステージ７と、インゴット１から出射されたフォトルミネッセンス光ＰＬ１を集光するフォトルミネッセンス光集光系３と、集光したフォトルミネッセンス光ＰＬ１を検出する検出系４と、検出した結果のデータ処理などを行うダータ処理部５と、を備える。
インゴット１に換えてウェハ９の特性評価をする際の構成は、インゴット保持機構６をステージ７から取り外して、ウェハ９を保持するウェハ保持機構８に交換する。また、励起光照射系２からの励起光照射光路が光路Ｌ１から光路Ｌ２に変更され、フォトルミネッセンス光集光系３の光路がフォトルミネッセンス光ＰＬ１を集光する光路から、フォトルミネッセンス光ＰＬ２を集光する光路に変更される。
【００３０】
最初に、本発明の特徴である、インゴットとウェハを切り替え可能に特性評価できる励起光照射系２とフォトルミネッセンス光集光系３について説明する。
初めに、インゴットの特性評価について説明する。
図２は、本発明に係る半導体の特性評価装置１０において、インゴット１の特性評価を行う場合の構成を示した構成図である。励起光照射系２は、レーザ光源（図示せず）と第１ミラー２ａと第１レンズ２ｂと第２ミラー２ｃと第２レンズ２ｄと光路切換ミラー２ｅとを備える。インゴット１の特性評価を行う場合の光路は、第１ミラー２ａと第１レンズ２ｂとを結ぶ光路Ｌ１となるように、光路切換ミラー２ｅが図２の矢印Ａの方向に移動して配置される。レーザ光Ｌがインゴット１に照射され、ＰＬ光ＰＬ１が発生する。なお、図において、レーザ光Ｌのインゴット１からの反射光をＬ１’で示している。
【００３１】
フォトルミネッセンス光集光系３は、第３レンズ３ａと第３ミラー３ｂとを備える。ここで、第３ミラー３ｂは、インゴット１を特性評価する際には、手動又はデータ処理部５により図２の矢印Ｂの方向に退避させてあり、ウェハ９の特性評価を行う際には、所定の位置に移動するように、手動又はデータ処理部５により駆動制御される。インゴット１の特性評価を行う場合には、インゴット１からのフォトルミネッセンス光ＰＬ１を第３レンズ３ａにより集光して、検出系４に入射させる。
【００３２】
次に、ウェハの特性評価について説明する。
図３は、本発明に係る半導体の特性評価装置１０において、ウェハ９の特性評価を行う場合の構成を示した構成図である。ウェハ９の特性評価を行う場合の光路は、第２ミラー２ｃと第２レンズ２ｄとを結ぶ光路Ｌ２となるように、光路切換ミラー２ｅが図３の矢印Ｄの方向に移動して退避され、レーザ光Ｌがウェハ９に照射される。なお、図において、レーザ光Ｌのウェハ９からの反射光をＬ２’で示している。上記光路切換ミラー２ｅは、被測定物がインゴット１からウェハ９に又はウェハ９からインゴット１に換わる毎に、手動又はデータ処理部５により移動可能に駆動制御される。さらに、励起光照射系２内には、連続波の光源を交流信号とするためのチョッパーなどを配置して構成してもよい。
これにより、励起光照射系２は、インゴット１とウェハ９のそれぞれの場合に対応して光路が切り換えられて照射される。
【００３３】
一方、フォトルミネッセンス光集光系においては、ウェハ９からのフォトルミネッセンス光ＰＬ２が第３レンズ３ａにより集光されて、検出系４にフォトルミネッセンス光ＰＬ２（図３参照）として入射する。
インゴット１からウェハ９の特性評価の切換えの際に、第３レンズ３ａは、手動又はデータ処理部５の制御により図３の矢印Ｅの方向に回転してウェハ９の上方に配置されると共に、図３の矢印Ｆに示すようにウェハ９から所定の高さＨの位置に第３ミラー３ｂが挿入される。ここで、所定の高さＨとは、ウェハ９をセットする位置から分光器４ａのフォトルミネッセンス光ＰＬ２導入口までの高さであり、被測定物のインゴット１の最大口径に基づいて設計される値である。
【００３４】
これにより、フォトルミネッセンス光集光系３も励起光照射系２と同様に、インゴット１とウェハ９のそれぞれの場合に対応して、フォトルミネッセンス光ＰＬ１，ＰＬ２を第３レンズ３ａで集光して、検出系４に導入できる。
【００３５】
次に、本発明の特徴である、インゴット１とウェハ９を切り替え可能に特性評価できるインゴット及びウェハの保持機構について説明する。
先ず、インゴット１を保持するインゴット保持機構６とステージ７について説明する。図４は、インゴット保持機構の基本構造を示した側面図であり、図５はインゴット保持機構の基本構造の外観を示す斜視図である。インゴット保持機構６は、剛性のある平行棒６１を２本以上備えている。インゴット保持機構６は、後述するステージに搭載されていて、レーザ光Ｌがインゴット１のＪ点に入射し、インゴット１からのフォトルミネッセンス光ＰＬ１が、フォトルミネッセンス光集光系３の第３レンズ３ａに入射されるように、ステージの走査機構により位置が調整される。
図４に示すように、インゴット１ａは、インゴット１ａの左下側の第１平行棒６１ａと、インゴット１の右下側の第２平行棒６１ｂと、インゴット１の上側の第３平行棒６１ｃにより保持される。上記の平行棒６１ａ〜６１ｃを配置することで、成長方向にインゴット１を走査する際に、インゴット１ａの位置ずれや万一の場合の落下防止用の押さえとして機能する。
【００３６】
インゴット１ａよりも口径の大きなインゴット１ｂ，１ｃを保持する場合には保持するインゴット１ｂ，１ｃの口径に応じて、図４に示すように平行棒６１の配置位置が切り換えられるので、インゴット１に励起光としてのレーザ光Ｌを照射する励起光照射系２から見た場合に、インゴット１の右最外面Ｊは常に同じ位置にある。即ち、インゴット１の口径が異なっても、インゴット１の右最外表面Ｊに常にレーザ光Ｌが照射し、かつ、図４のＪ点が第３レンズ３ａから焦点距離ｆ離れた位置になるように、各平行棒６１ａ，６１ｂ，６１ｃの配置位置が切り換えられる。
これにより、インゴット１の口径が異なっても、励起光としてのレーザ光Ｌの照射位置と第３レンズ３ａの焦点位置とを図４のＪ点に一致させることが可能になる。したがって、インゴット１の口径が異なっても、励起光照射系２とフォトルミネッセンス光集光系３の各光学系の調整を行う必要がなくなる。
【００３７】
次に、インゴット保持機構とそれを搭載するステージの構成例について説明する。
図６〜図８は、インゴット保持機構とステージの構成例を示す図である。図６は、インゴット保持機構とステージの構成例を示す正面図であり、レーザ光Ｌの照射側とは反対側から見た正面図である。図７は図６の側面図である。
インゴット保持機構６はステージ７に搭載されている。そして、インゴット保持機構６は、インゴット１を支持する３本の平行棒６１ａ〜６１ｃと、複数の貫通孔６２ａが穿設された一対の保持側板６２と、一対の保持側板６２を所定の距離に離隔して支持する保持底板６３と、を備えている。
【００３８】
図７に示すように、インゴット保持機構６の各平行棒６１ａ〜６１ｃは、所定の貫通孔６２ａに貫通され、ナットやローレットネジなどの固定具６２ｃで左右の保持板６２に固定される。ここで、各平行棒６１ａ〜６１ｃを保持側板６２に固定するのに支障のない範囲で、各貫通孔６２ａが連結孔６２ｂで繋げられることが好ましい（図７のＫ参照）。
【００３９】
図８は、図６の平行棒６１の構造を示す斜視図である。平行棒６１の両端部６１ｆはローレット加工されている。さらに、好ましくは、所定の箇所にインゴット保持用の駒６１ｄと、ストッパー駒６１ｅと、配設すればよい。複数の樹脂製の駒６１ｄが、平行棒６１の長手方向の所定の間隔で配置されている。このため、インゴット１の口径が大きく重量がある場合でも、インゴット１が平行棒６１に接触する時に、インゴット１に割れ（チッピング）が入ることを防止できる。また、ストッパー駒６１ｅは、インゴット１のズレ防止や、成長方向の分布測定を決めるためのガイドとなる。
【００４０】
ここで、図７ではインゴット１ａの口径がインゴット保持機構６に取り付け可能な最小の口径である場合を示しているが、インゴット１の口径が大きくなると、図７のＫで示すように、平行棒６１ａ〜６１ｃは、夫々の貫通孔６２ａ〜６２ｃに移動し、保持される。ここで、貫通孔６２ａが穿設される所定の位置は、前述したように、インゴット１の口径が異なっても、インゴット１の一側面Ｊが常に一致し、かつ、この一側面Ｊが第３レンズ３ａから焦点距離ｆ離れた位置になるように、インゴット１を各平行棒６１ａ〜６１ｃで保持できる位置である。
【００４１】
保持底板６３は、一対の保持側板６２を挟んで支持する底板であり、後述するようにステージ７に固着するために、ネジ７ａ用の貫通孔が所定の位置に穿設されている。インゴット保持機構６は、その保持底板６３の貫通孔にネジ７ａが貫通されステージ７のネジ孔に固着される。
【００４２】
ステージ７は、例えばＸＹＺステージであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ移動するＸステージ部７１、Ｙステージ部７２及びＺステージ部７３からなる走査機構を備えている。このステージ７の走査機構は、手動又はデータ処理部５により駆動される。これにより、インゴット１の所望の位置、例えば、結晶成長方向にフォトルミネッセンス光が照射されるように、インゴット保持機構６をステージ７の走査機構により移動、即ち、走査させることができる。
【００４３】
次に、ウェハ９を保持するウェハ保持機構８とそれを搭載するステージについて説明する。図９は、ステージにウェハ保持機構を搭載したときの構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。ステージ７に搭載されているインゴット保持機構６のネジ７ａ（図６参照）をはずして、インゴット保持機構６を取り外し、図９に示すウェハ保持機構８に交換し、ネジ７ｂにより、ステージ７に搭載する。
ウェハ保持機構８は、ウェハ９を吸着できるウェハステージ８１を備えている。ウェハステージ８１は、内部が真空引き可能な構造であり、真空ポンプ（図示せず）接続用ポート８２とウェハ９の載置部分に真空吸着用孔（図示せず）を備えている。これにより、ウェハ９が、ウェハ保持機構８に真空吸着により固定され、励起光照射系２とフォトルミネッセンス光集光系３の各光学系をウェハ特性評価位置に切り替えをすることにより、ウェハ９が特性評価可能な状態となる（図３参照）。
なお、ウェハ保持機構８は、真空吸引による固定に限定されず、他の方法であってもよい。例えば、静電チャック方式やガイドピン方式であってもよい。
【００４４】
次に、検出系について説明する。
検出系４の第１の構成は、分光器４ａ内の回折格子を走査して所定波長区間で、それぞれ、分光して検出器４ｂで検出する構成である。この構成によれば、レーザ光照射中にフォトルミネッセンス光が経時変化しないサンプルを測定する場合や、波長分解能を高くして、精密な測定を行う場合に好適である。このように、波長分解能を高くすることができるが、回折格子の回転による波長走査に時間を要するため（走査速度条件にもよるが各測定点で数〜数十秒）、多数の測定点の評価では、測定時間が長くなる。
【００４５】
検出系の第２の構成は、ピーク波長近傍に分光器４ａ内の回折格子を所定の位置に固定し、光を分散させて、分光器４ａの出力スリット側に、分散位置毎に約千個のＣＣＤなどからなる固体撮像素子の一次元ラインセンサを設置し、分散波長である、例えば波長１００〜１２０ｎｍ程度を一括して検出する構成である。この構成によれば、非常に短時間、例えば各点１秒以内の測定が必要な場合、レーザ光照射中にフォトルミネッセンス光が経時変化するサンプルを測定する場合、測定点が多い場合、広い波長領域で測定したい場合などに好適である。
上記の検出器４ｂには、さらに、増幅器とＡ／Ｄ変換器を接続して、後述するデータ処理部５へ信号を出力すればよい。
【００４６】
検出系４の構成は、半導体のインゴットやウェアの特性評価に応じて、上記第１の構成又は第２の構成とすればよい。また、上記第１の構成と第２の構成とを選択可能に切り替えできるように構成してもよい。さらに、図示してはいないが、上記分光器の光路に挿入及び退避可能なミラーを設け、ＣＣＤカメラなどの検出器側との切換えを行なうようにすれば、レーザー光照射位置の確認や微調整を、より容易に行なうことができる。
【００４７】
次にデータ処理部について説明する。
データ処理部５は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータに加えて、検出系４の検出器４ｂとの信号をインターフェースする信号用インターフェース回路、ディスプレー装置やプリンタなどの出力装置などから構成されている。
【００４８】
データ処理部５は、検出系４で取得されたフォトルミネッセンス光のスペクトルデータをデータ処理部５のコンピュータでプログラムを実行して、次に示すデータ処理を行う。  データ処理の第１ステップとして、検出系４で測定されたスペクトルを、各波長における強度データとしてデータ処理部５に格納集約する。データ処理の第２ステップとして、その格納集約された各強度データに基づいて、ピーク波長とか半値幅とか高エネルギー側の半値波長などの項目を算出する。データ処理の第３ステップとして、スペクトルから算出された各項目の値から、多項式近似法などを用いてキャリア濃度に換算する。
【００４９】
ここで、予めホール効果測定などによってキャリア濃度が判っているサンプル（後述するが、ここでのサンプルはウェハでよい。）に対して、本発明の半導体の特性評価装置を用いてフォトルミネッセンススペクトル評価を実施して同様に各項目を算出し、ピーク波長とキャリア濃度との相関、半値幅とキャリア濃度との相関、高エネルギー側半値波長とキャリア濃度との相関を求めておく。
【００５０】
この場合、相関式としては累乗、対数、指数、多項式などの近似式を用いることができる。上記各相関式を比較したところ、フォトルミネッセンススペクトル情報から、成長方向のキャリア濃度などを自動算出する場合には、２次式以上の多項近似式を好適に使用することができる。さらに、好ましくは、３次又は４次の多項近似式が適切である。
なお、キャリア濃度が分かっているサンプルの上記フォトルミネッセンス測定項目とキャリア濃度に関するデータは、較正用データとして、予め、データ処理部のコンピュータのメモリに記憶させておけばよい。
【００５１】
本発明に係る半導体の特性評価装置は、以上のように構成されており、半導体のインゴット１とウェハ９のフォトルミネッセンス特性評価を行うことができる。
初めに、インゴット１のフォトルミネッセンス特性評価を行う手順について説明する。手順１として、インゴット１をインゴット保持機構６に保持する。手順２として、図２の実線で光路Ｌ１を示すように、レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌは、光路切換ミラー２ｅと第１ミラー２ａとにより方向転換されて、第１レンズ２ｂによりレーザビーム口径の調整がなされてインゴット１の所定の場所（以下、「測定点」と呼ぶ）に照射される。手順３として、レーザ光Ｌの照射によりインゴット１から出力されたフォトルミネッセンス光ＰＬ１を、第３レンズ３ａにより集光し、この集光したフォトルミネッセンス光ＰＬ１を直接分光器４ａに導入し、検出系４に入射させる。
【００５２】
手順４として、フォトルミネッセンス光ＰＬ１のデータを得る。フォトルミネッセンスのスペクトルデータをデータ処理部５のコンピュータでプログラムを実行して、データ処理を行い、キャリア濃度が計算されると共に、ディスプレーなどに表示させる。この際、フォトルミネッセンススペクトルの形状は、結晶素材種やキャリア濃度などにより変化する。一般にキャリア濃度が高くなるにつれフォトルミネッセンススペクトルはブロードとなり、半値幅は広くなり、ピーク波長位置も変化する。
Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓを例にとると、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3から４×１０18ｃｍ-3の間では、半値幅は約４０ｎｍから８０ｎｍの間で変化する。そのために、フォトルミネッセンススペクトルから半値幅を求めるためには少なくともそれらよりも広い波長範囲を測定する必要がある。
【００５３】
手順５として、ステージ７をインゴット１の成長方向に走査し、手順４により走査点毎のキャリア濃度の測定を繰り返し行い、メモリに記憶させて、図やグラフをコンピュータで作成し、ディスプレーなどに表示することで、インゴット１の成長方向のキャリア濃度分布などを測定できる。これにより、非破壊で、半導体のインゴット１のフォトルミネッセンス特性評価を行うことができ、キャリア濃度分布などを直接に、かつ、高速で測定ができる。
【００５４】
次に、ウェハ９のフォトルミネッセンス特性評価を行う手順について説明する。
手順１としてインゴット１の代わりにウェハ９をウェハ保持機構８にセットする。手順２として、図３の実線で光路を示すように、レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌが、第２ミラー２ｃとにより方向転換されて、第２レンズ２ｄによりレーザビーム口径の調整がなされてウェハ９の測定点に照射される。
【００５５】
手順３として、レーザ光Ｌの照射によりウェハ９から出力されたフォトルミネッセンス光ＰＬ２を、第３レンズ３ａにより集光し、この集光したフォトルミネッセンス光ＰＬ２を分光器４ａに導入し、検出系４に入射させる。
手順４及び手順５は、インゴット１の場合と同様に行うことで、ウェハ９の測定点（図９のＭ点）毎のキャリア濃度の特性評価を、ステージ７の走査により行うことができる。ここで、ウェハ９の特性評価としては、一次元や二次元のキャリア濃度分布などが可能である。これにより、非破壊で、半導体のウェハ９のフォトルミネッセンス特性評価を行い、キャリア濃度を直接に、かつ、高速で測定できる。
【００５６】
以上説明したように、本発明の半導体の特性評価装置においては、従来は、被測定物がウェハ９の場合に限定されていたが、被測定物がインゴット１の場合でも、励起光としてのレーザ光Ｌを照射でき、フォトルミネッセンス光ＰＬ１を集光して検出できる。
また、インゴット保持機構６やウェハ保持機構８を搭載するステージ７を用いて、インゴット保持機構６やウェハ保持機構８を走査させることで、結晶成長方向などの、インゴット１及びウェハ９の面内の各点におけるフォトルミネッセンススペクトルを測定することができる。そして、その測定した結果から、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長や半値幅やピーク強度などの情報を求め、キャリア濃度分布を得ることができる。
【００５７】
なお、レーザ光Ｌは、例えば図２に示すように、第１ミラー２ａにより反射して第１レンズ２ｂにより集光されるようにしたが、第１ミラー２ａと第１レンズ２ｂとの配置順序は逆であってもよい。また、各ミラーや各レンズの数は図示した数に限定されたものではない。さらに、同様の機能を発揮する他の光学部品の組合せで励起光照射系２やフォトルミネッセンス光集光系３を構成してもよい。
また、測定波長の選定に際しては、波長フィルタや光強度を調整するための減光フィルタなどの光学部品を適宜、必要な光軸上に設けてもよい。
【実施例１】
【００５８】
次に、本発明の半導体の特性評価を用いた特性評価についての実施例を示す。
実施例１として、口径の異なるインゴット１を二本測定した。一本目のインゴット１は、縦型ボート法により成長した直径が８２〜８４ｍｍ、直胴有効長２００ｍｍのＳｉドープＧａＡｓ単結晶を円筒研削機械加工により、直径を約３インチ（７９ｍｍ）に定径加工し、インゴット表面の機械研削ダメージ層を除去して得たものである。
この一本目のインゴット１を、インゴット保持機構６に保持し、インゴット１の側面にビームスポット直径が１００μｍの励起光レーザ（Ａｒガスレーザ、５１４．５ｎｍ、２００ｍＷ）を照射し、5 ｍｍピッチでステージ７を走査させることで成長方向のキャリア濃度分布評価を実施した。得られたフォトルミネッセンススペクトル情報から、成長方向のキャリア濃度分布を自動算出した。キャリア濃度の計算には、４次近似式を用いた。
【００５９】
図１０は、実施例１の直径７９ｍｍＳｉドープＧａＡｓインゴットにおける、成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。図の横軸は成長方向位置（ｍｍ）を、縦軸はフォトルミネッセンススペクトル情報から自動算出したキャリア濃度（ｃｍ-3）を示している。図から明らかなように、例えば成長方向位置０ｍｍ，５０ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍでのキャリア濃度は、それぞれ、７．１０×１０17ｃｍ-3，８．９０×１０17ｃｍ-3，１．８１×１０18ｃｍ-3，３．２０×１０18ｃｍ-3であることが分かる。
上記測定の後で、インゴット１をウェハに切断するスライス加工を行い、同じ測定箇所について、破壊検査であるホール効果測定を実施し、両者の測定値の差異を調べた。この測定差違は、（本発明による測定値−ホール効果測定値）／ホール効果測定値（％）で評価した。
上記成長方向位置に対応するウェハのホール効果測定値は、それぞれ、７．２３×１０17ｃｍ-3，８．７１×１０17ｃｍ-3，１．８６×１０18ｃｍ-3，３．３６×１０18ｃｍ-3であった。このときの測定差違は、それぞれ、−１．８％，２．２％，２．７％，−４．８％であり、測定差違の絶対値は、最大４．８％であった。
【００６０】
その後、二本目のインゴット１の特性評価を行った。
二本目のインゴット１は、縦型ボート法により成長した直径が５４〜５６ｍｍ、直胴有効長が２５０ｍｍのＳｉドープＧａＡｓ単結晶を、円筒機械研削によって直径を約２インチ（５２ｍｍ）に定径加工した後に、インゴット表面の機械研削ダメージを除去して得たものである。
先ず、一本目のインゴット１をインゴット保持機構６からはずして、インゴット保持機構６の各平行棒６１ａ〜６１ｃを、連結孔６２ｂを介して直径５２ｍｍ用の貫通孔６２ａにずらした。次に、二本目のインゴット１を各平行棒６１ａ〜６１ｃの内部に挿入して、各平行棒６１ａ〜６１ｃの両端を保持側板６２に固定具６２ｃにより固定することで、二本目のインゴット１をインゴット保持機構６に保持した（図６及び図７参照）。この際、レーザ光Ｌの照射位置Ｊ及びフォトルミネッセンス光ＰＬ１の集光レンズ３ａの焦点位置は、前述のように位置ズレが生じないので、直ちに測定を開始できた。そして、データ処理部５にて検出したフォトルミネッセンススペクトルデータからキャリア濃度分布を求めた。
【００６１】
図１１は、実施例１の直径５２ｍｍＳｉドープＧａＡｓインゴットにおける、成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。図の横軸及び縦軸は図１０と同じである。図から明らかなように、例えば、成長方向位置０ｍｍ，８０ｍｍ，１４０ｍｍ，２００ｍｍ，２５０ｍｍでのキャリア濃度は、それぞれ、６．７７×１０17ｃｍ-3，９．１１×１０17ｃｍ-3，１．１６×１０18ｃｍ-3，１．７２×１０18ｃｍ-3，２．３８×１０18ｃｍ-3であることが分かる。
上記測定の後で、上記実施例と同様にして、ウェハのホール効果測定を行った。上記成長方向位置に対応するウェハのホール効果測定値は、それぞれ、６．８１×１０17ｃｍ-3，９．３１×１０17ｃｍ-3，１．２１×１０18ｃｍ-3，１．６９×１０18ｃｍ-3，２．４８×１０18ｃｍ-3であった。このときの測定差違は、それぞれ、０．６％，２．１％，３．８％，−１．８％，４．０％であり、測定差違の絶対値は、最大４．０％であった。
【実施例２】
【００６２】
実施例１の終了後、引き続き、実施例２の特性評価を行った。
実施例２として、直径３インチのＳｉドープＧａＡｓのウェハ９の直径方向のキャリア濃度分布評価を行った。この際、実施例１の終了時には、ステージ７にはインゴット保持機構６がセットされているので、インゴット保持機構６を取り外し、ウェハ保持機構８に交換した。
次に、励起光照射系２を、インゴット用（図２参照）からウェハ用（図３参照）に切換えを行うため、光路切換ミラー２ｅをレーザ光Ｌの光軸から図３の矢印Ｄの方向に退避させた。それと相前後して、フォトルミネッセンス光集光系の第３レンズ３ａを図３の矢印Ｅの方向に約９０°回転させてウェハ９の上方に位置するようにし、第３ミラー３ｂを図３のＦの方向に移動して、ウェハ９から所定の高さＨの位置に挿入した。この一連の切換え作業は約１分で行うことができた。このとき、ウェハ保持機構８上のウェハ９のレーザ光照射位置及びフォトルミネッセンス光ＰＬを集光する第３レンズ３ａの焦点に関する調整は不要であるので、直ちに測定を開始できた。ウェハ９の直径方向のキャリア濃度分布は、ステージ７を５ｍｍピッチで移動させる毎にフォトルミネッセンス光ＰＬ２を測定し、データ処理部５にて検出したフォトルミネッセンススペクトルデータからキャリア濃度を計算することで、キャリア濃度分布を求めた。
【００６３】
図１２は、実施例２の直径３インチＳｉドープＧａＡｓウェハにおける、直径方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。図の横軸はオリエンテーションフラットからの直径方向位置（ｍｍ）を示し、縦軸はフォトルミネッセンススペクトル情報から自動算出したキャリア濃度（ｃｍ-3）を示している。図から明らかなように、直径方向でのキャリア濃度は、約８．２×１０17ｃｍ-3〜８．６×１０17ｃｍ-3の範囲にあることが分かる。
【実施例３】
【００６４】
実施例２の測定終了後、直ちに、実施例３の測定を行った。
実施例３の被測定物は、ＬＥＣ法で成長した直径５４〜５８ｍｍのＳドープＩｎＰインゴットであった。このインゴット１は、円筒機械研削によって直径約２インチ（５２ｍｍ）に定径加工を行い、インゴット表面の機械研削ダメージを除去したものである。
実施例３は実施例２の直後に行ったので、ステージ７にはウェハ保持機構８が搭載されていたので、インゴット保持機構６に交換し、さらに、励起光照射系２とフォトルミネッセンス光集光系３の構成を、インゴット用（図２参照）に切り換えた。この切り換えは、約１分で完了した。
次に、インゴット保持機構６の各平行棒６１ａ，６１ｂ，６１ｃをインゴット１の直径５２ｍｍに対応するように配置調整して、インゴット１をインゴット保持機構６にセットした（図６及び図７参照）。
次に、直ちに５ｍｍピッチの測定間隔でインゴット１の結晶成長方向のキャリア濃度分布測定を開始した。そして、データ処理部５にて検出したフォトルミネッセンススペクトルデータからキャリア濃度分布を求めた。
【００６５】
図１３は、実施例３の直径５２ｍｍＳドープＩｎＰインゴットにおける成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。図の横軸及び縦軸は図１０と同じである。図から明らかなように、例えば、成長方向位置０ｍｍ，４０ｍｍ，８０ｍｍ，１２０ｍｍでのキャリア濃度は、それぞれ、９．８１×１０17ｃｍ-3，１．１２×１０18ｃｍ-3，１．３５×１０18ｃｍ-3，２．１７×１０18ｃｍ-3であることが分かる。
上記測定の後で、実施例１と同様にして、ウェハのホール効果測定を行った。上記成長方向位置に対応するウェハのホール効果測定値は、それぞれ、９．７１×１０17ｃｍ-3，１．１４×１０18ｃｍ-3，１．３９×１０18ｃｍ-3，２．２８×１０18ｃｍ-3であった。このときの測定差違は、それぞれ、−０．９％，１．９％，２．６％，５．３％であり、測定差違の絶対値は、最大５．３％であった。
【００６６】
（比較例）
次に、比較例を示す。
既存の市販装置の代表的な装置として、Ｃ社製のフォトルミネッセンスマッピング装置を用いた。本装置はウェハ口径が４インチまでのフォトルミネッセンス強度やピーク波長や半値幅のウェハ面内分布の評価が行える。しかしながら、キャリア濃度に変換したマッピング表示機能を有していない。また、ウェハステージ上にセットできる最大サンプル厚みは、集光レンズの可動距離の関係で最大５ｍｍとなっている。したがって、上述した実施例で示した半導体インゴットのサンプル評価はできなかった。
【００６７】
上記実施例１乃至３の測定結果から明らかなように、本発明の半導体特性評価装置１０においては、ステージ７に搭載されるインゴット保持機構６とウェハ保持機構８とを適宜に交換することで、被測定物がインゴット１でもウェハ９でも測定対象とすることができる。
しかしながら、比較例では、被測定物がインゴットの場合には測定対象とすることができなかった。さらに、ウェハ及びインゴットの場合に、キャリア濃度に変換してマッピングできなかった。
また、本発明の半導体特性評価装置１０によれば、測定したフォトルミネッセンススペクトルデータから所定の項目を求めて、その各項目からキャリア密度を求めることができる。この際、キャリア濃度を多項式による近似計算で求めた測定値は、同一箇所のホール測定値に対して、測定差違が約５％以内の高精度であることが分かる。
しかしながら、比較例では、ウェハ及びインゴットの場合に、キャリア濃度に変換してマッピングできなかった。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内において種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。また、実施例では、主に化合物半導体の測定について説明したが、光源、検出系の波長を適宜変えることにより他の半導体結晶、例えばＳｉなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る半導体の特性評価装置の構成を示す模式的な図である。
【図２】本発明に係る半導体の特性評価装置において、インゴットの特性評価を行う場合の構成を示した構成図である。
【図３】本発明に係る半導体の特性評価装置において、ウェハの特性評価を行う場合の構成を示した構成図である。
【図４】インゴット保持機構の基本構造を示した側面図である。
【図５】インゴット保持機構の基本構造の外観を示す斜視図である。
【図６】インゴット保持機構とステージの構成例を示す正面図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】図６の平行棒の構造を示す斜視図である。
【図９】ＸＹＺステージにウェハ保持機構を搭載したときの構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】実施例１の直径７９ｍｍＳｉドープＧａＡｓインゴットにおける、成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。
【図１１】実施例１の直径５２ｍｍＳｉドープＧａＡｓインゴットにおける、成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。
【図１２】実施例２の直径３インチＳｉドープＧａＡｓウェハにおける、直径方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。
【図１３】実施例３の直径５２ｍｍＳｉドープＩｎＰインゴットにおける、成長方向のキャリア濃度分布の自動測定結果を示す図である。
【図１４】従来のフォトルミネッセンスマッピング評価装置の構成図である。
【図１５】ウェハ保持機構が搭載される別の形態を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：  インゴット
２：  励起光照射系
２ａ：第１ミラー
２ｂ：第１レンズ
２ｃ：第２ミラー
２ｄ：第１レンズ
２ｅ：光路切換ミラー
３：  フォトルミネッセンス光集光系
３ａ：第３レンズ
３ｂ：第３ミラー
４：  検出系
４ａ：分光器
４ｂ：検出器
５：  データ処理部
６：  インゴット保持機構
６１：平行棒
６１ａ：第１平行棒
６１ｂ：第２平行棒
６１ｃ：第３平行棒
６１ｄ：駒
６１ｅ：ストッパー駒
６２：  保持側板
６２ａ：貫通孔
６２ｂ：連結孔
６２ｃ：固定具
６３：  保持底板
７：    ステージ
７１：  Ｘステージ部
７２：  Ｙステージ部
７３：  Ｚステージ部
７ａ：  ネジ
８：    ウェハ保持機構
８１：  ウェハステージ
８２：  真空ポンプ接続用ポート
９：    ウェハ
１０：  半導体特性評価装置
【図１】
2006108186.tif 000003
【図２】
2006108186.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006108186.tif 000008
【図７】
2006108186.tif 000009
【図８】
2006108186.tif 000010
【図９】
2006108186.tif 000011
【図１０】
2006108186.tif 000012
【図１１】
2006108186.tif 000013
【図１２】
2006108186.tif 000014
【図１３】
2006108186.tif 000015
【図１４】
2006108186.tif 000016
【図１５】
2006108186.tif 000017