(57)【要約】【課題】本発明は、キャリア寿命をより精度よく測定し得る半導体キャリア寿命測定装置および該方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、波長の異なる第１および第２光を、被測定試料ＳＷの半導体における互いに異なる第１および第２領域に照射する光照射部１と、第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射するとともに、第１領域での測定波の第１反射波または第１透過波と第２領域での測定波の第２反射波または第２透過波との差である差測定波を、第１反射波または第１透過波のままで用いるとともに第２反射波または第２透過波のままで用いることによって生成する測定波入出力部２と、測定波入出力部２の差測定波を検出する検出部３と、検出部３の検出結果に基づいて被測定試料ＳＷの半導体におけるキャリア寿命を求める演算制御部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、測定対象の半導体における互いに異なる第１および第２領域に照射する光照射部と、
前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射する測定波照射部と、
前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する差測定波生成部と、
前記差測定波生成部で生成された差測定波を検出する検出部と、
前記検出部で検出された検出結果に基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求める演算部とを備えること
を特徴とする半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項２】
前記少なくとも２種類の光は、赤外線領域の波長を持つ第１光、可視光領域の波長を持つ第２光および紫外線領域の波長を持つ第３光の中から選択される２つの光であること
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装置。
【請求項３】
波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、前記第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量を互いに等しくするように、前記少なくとも２種類の光のうちの少なくとも１つの光強度を制御する光強度制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項４】
前記測定対象の半導体における表面再結合速度状態を変化させる表面再結合速度状態変更部をさらに備え、
前記演算部は、前記測定対象の半導体が第１表面再結合速度状態である場合において前記検出部で検出された第１検出結果と、前記測定対象の半導体が前記第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態である場合において前記検出部で検出された第２検出結果とに基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求めること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項５】
前記表面再結合速度変更部は、前記測定波照射部によって測定波が照射される半導体の測定波照射領域にコロナ放電を付与するコロナ放電付与部であること
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装置。
【請求項６】
前記測定対象の半導体は、前記第１表面再結合速度状態として自然酸化膜が付与された状態であること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項７】
前記測定対象の半導体に発電用の光を照射する発電光照射部をさらに備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
【請求項８】
波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、測定対象の半導体における互いに異なる第１および第２領域に照射する光照射工程と、
前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射する測定波照射工程と、
前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する差測定波生成工程と、
前記差測定波生成工程で生成された差測定波を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された検出結果に基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求める演算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。
【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装置および半導体キャリア寿命測定方法に関する。
【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。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】
この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また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は、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は、その反射率または透過率が過剰キャリアの密度に対応して変化する。この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り、そして、前記半導体ウェハの品質管理には、特に、バルクのキャリア寿命の測定が重要となる。
【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および／または他方の面に光線または電子線を照射し、この光線また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およ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、波長が異なって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に開示の方法では、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って、キャリア寿命を測定する方法である。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装置および半導体キャリア寿命測定方法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、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる半導体キャリア寿命測定装置は、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、測定対象の半導体における互いに異なる第１および第２領域に照射する光照射部と、前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する差測定波生成部と、前記差測定波生成部で生成された差測定波を検出する検出部と、前記検出部で検出された検出結果に基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求める演算部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方法は、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、測定対象の半導体における互いに異なる第１および第２領域に照射する光照射工程と、前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射する測定波照射工程と、前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する差測定波生成工程と、前記差測定波生成工程で生成された差測定波を検出する検出工程と、前記検出工程で検出された検出結果に基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求める演算工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成の半導体キャリア寿命測定装置および該方法では、第１領域で反射された測定波の第１反射波または第１領域を透過した測定波の第１透過波と第２領域で反射された測定波の第２反射波または第２領域を透過した測定波の第２透過波との差である差測定波が、第１反射波または第１透過波のままで用いられるとともに第２反射波または第２透過波のままで用いられることによって生成され、この差測定波が検出器で検出され、この検出結果に基づいてキャリア寿命が求められる。このため、第１反射波または第１透過波を所定の検出器で測定することによって得られた第１測定結果と、第２反射波または第２透過波を前記検出器で測定することによって得られた第２測定結果との差を求めることによって演算された各測定結果間の差における有効桁数よりも、前記差測定波自体を直接前記検出器で測定することによって得られた前記各測定結果間の差に相当する検出結果の有効桁数の方が、前記検出器におけるダイナミックレンジの全体を用いて前記差測定波を直接的に検出することになるので、より多くなる。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置および該方法は、キャリア寿命をより精度よく測定することができる。
【００１５】
また、他の一態様では、上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記少なくとも２種類の光は、赤外線領域の波長を持つ第１光、可視光領域の波長を持つ第２光および紫外線領域の波長を持つ第３光の中から選択される２つの光であることを特徴とする。
【００１６】
半導体に光を照射した場合にこの光（入射光）は、前記半導体内へ浸透するが、その浸透長は、入射光の波長に依存する。この構成によれば、前記少なくとも２種類の光の波長差が大きいので、それらの浸透長差も大きくなり、その結果、前記少なくとも２種類の光のそれぞれによる測定波の反射波または測定波の透過波に含まれる、表面再結合による影響の割合を大きく異ならせることが可能となる。したがって、この構成によれば、キャリア寿命を従来に較べてより精度よく測定することができる。
【００１７】
ここで、浸透長とは、光が照射される表面から、その光の光強度が入射強度の１／ｅとなる地点までの距離（深さ）であり、通常、光の波長が長いほど浸透長も長くなる（大きくなる、深くなる）。
【００１８】
また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、前記第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量を互いに等しくするように、前記少なくとも２種類の光のうちの少なくとも１つの光強度を制御する光強度制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、前記少なくとも２種類の光を、前記第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量が互いに略等しくなるので、例えば、表面再結合速度が零である場合における検出器の出力信号レベルを零とすることができ、より精度よくキャリア寿命を測定することができる。
【００２０】
また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記測定対象の半導体における表面再結合速度状態を変化させる表面再結合速度状態変更部をさらに備え、前記演算部は、前記測定対象の半導体が第１表面再結合速度状態である場合において前記検出部で検出された第１検出結果と、前記測定対象の半導体が前記第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態である場合において前記検出部で検出された第２検出結果とに基づいて前記測定対象の半導体におけるキャリア寿命を求めることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、測定対象の半導体が第１表面再結合速度状態である場合において検出部で第１検出結果が検出され、前記測定対象の半導体が前記第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態である場合において前記検出部で第２検出結果が測定され、そして、これら第１および第２検出結果に基づいて測定対象の半導体におけるキャリア寿命が求められる。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、このように第１および第２検出結果が求められればよいので、測定対象の半導体における拡散係数の値を仮定または測定する必要がなく、キャリア寿命を従来に較べてより簡易に、また、より精度よく測定することができる。
【００２２】
また、他の一態様では、上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記表面再結合速度変更部は、前記測定波照射部によって測定波が照射される半導体の測定波照射領域にコロナ放電を付与するコロナ放電付与部であることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、コロナ放電によって第２再結合速度状態を実現することができる。そして、コロナ放電によって第２表面再結合速度状態を実現するため、コロナ放電の付与を終了することで測定対象の半導体における物理化学的な性状を元に戻すことができる。このため、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、製造ライン中に用いることができ、要求される仕様（スペック）に達しない半導体ウェハを製造工程で選別することによって、製品の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００２４】
また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記測定対象の半導体は、前記第１表面再結合速度状態として自然酸化膜が付与された状態であることを特徴とする。
【００２５】
半導体ウェハは、使用前に、通常、その汚れ等の汚染を除去する洗浄処理を通して自然酸化膜がその表面に生成された状態となる。この構成によれば、この洗浄処理によって露出された自然酸化膜が第１表面再結合速度状態とされるので、第１表面再結合速度状態を実現する処理をこの洗浄処理と兼用することができ、工数を削減することが可能となる。
【００２６】
また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記測定対象の半導体に発電用の光を照射する発電光照射部をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、発電光照射部を備えるので、発電すべく光を照射されている状態での前記測定対象の半導体の実特性をより精度よく測定することができる。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、例えば、ＰＶ用半導体ウェハのキャリア寿命の測定に好適である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法は、キャリア寿命をより精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態におけ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】第１実施形態における半導体キャリア寿命測定装置に用いられるマジックＴの構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置における光の照射に関する部分の構成を示す図である。
【図４】測定波の反射波における時間的な相対出力の変化を示す図である。
【図５】半導体に赤外光と紫外光とをそれぞれ照射した場合に得られる測定波の反射波の相対出力差（差測定波）の時間変化を示す図である。
【図６】第２実施形態におけ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】第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置における演算制御部４の構成を示す図である。
【図８】第２実施形態の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９】拡散係数を求める場合における第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】Ｓ／Ｄ＝４０００の場合における拡散係数とバルクのキャリア寿命との関係を示す図である。
【図１１】第３実施形態における半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけ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は、第１実施形態における半導体キャリア寿命測定装置に用いられるマジックＴの構成を示す斜視図である。図３は、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置における光の照射に関する部分の構成を示す図である。
【００３２】
第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、いわゆるマイクロ波光導電減衰法によって半導体のキャリア寿命を測定する装置であって、前記半導体における互いに異なる第１および第２領域に対し、過剰キャリアを生成すべく、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を照射するとともに、前記過剰キャリアの消滅過程を検出すべく、例えばマイクロ波等の測定波を照射し、これによって得られた第１領域からの測定波の反射波またはその透過波と第２領域からの測定波の反射波またはその透過波との差（差測定波）を直接的に生成し、この直接的に生成された前記差（差測定波）自体を検出器でそのダイナミックレンジの全体を用いて測定し、この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装置である。
【００３３】
このような第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、例えば、図１に示すように、光照射部１（１Ａ、１Ｂ）と、測定波入出力部２と、検出部３と、演算制御部４とを備えて構成され、さらに、測定箇所を移動するべく、移動部５を備えている。
【００３４】
光照射部１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）ＳＷにおける互いに異なる第１および第２領域に、互いに浸透波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種類の光を照射するための装置である。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、光照射部１は、第１波長の第１光を被測定試料ＳＷの第１領域に照射するとともに前記第１波長と異なる第２波長の第２光を被測定試料ＳＷにおける前記第１領域と異なる第２領域に照射するために、図１に示すように、例えば、第１光照射部１Ａと、第２光照射部１Ｂとを備えている。
【００３５】
これら第１および第２領域は、当該半導体キャリア寿命測定装置Ｘａによって測定される測定範囲を規定するものであり、第１領域の中心位置（例えば、第１領域に照射される第１光の光強度の重心位置）と第２領域の中心位置（例えば、第２領域に照射される第２光の光強度の重心位置）との間の距離は、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａの空間分解能を規定するものである。したがって、第１および第２領域は、互いに隣接するように設定され、前記距離は、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａの空間分解能に関する仕様等によって適宜に設定される所定の長さであるが、前記空間分解能を高分解能とするために、第１および第２領域が近接するように短いほど好ましい。前記距離は、測定波入出力部２における後述の第１導波管アンテナ２４ａおよび第２導波管アンテナ２５ａのサイズにも制約されるため、例えば、数ミリメートルである。
【００３６】
第１光照射部１Ａは、演算制御部４の制御に従って第１波長の第１光を発光する第１光源部１０Ａと、第１光源部１０Ａから射出された第１光を被測定試料ＳＷへ向けてその光路を約９０度曲げる第１ミラー１２Ａと、第１ミラー１２Ａで反射された第１光に、被測定試料ＳＷ面上での光照射径および光強度分布を調整するレンズ作用を与える第１レンズ１３Ａとを備えて構成され、第１レンズ１３Ａでレンズ作用を受けた第１光は、後述するように、第３導波管２４を通して被測定試料ＳＷの第１領域に照射される。
【００３７】
同様に、第２光照射部１Ｂは、演算制御部４の制御に従って第２波長の第２光を発光する第２光源部１０Ｂと、第２光源部１０Ｂから射出された第２光を被測定試料ＳＷへ向けてその光路を約９０度曲げる第２ミラー１２Ｂと、第２ミラー１２Ｂで反射された第２光に前記レンズ作用を与える第２レンズ１３Ｂとを備えて構成され、第２レンズ１３Ｂでレンズ作用を受けた第２光は、後述するように、第４導波管２５を通して被測定試料ＳＷの第２領域に照射される。
【００３８】
第１および第２光源部１０Ａ、１０Ｂ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例えば半導体レーザやＹＡＧレーザ等のレーザ光源装置を備えて構成される。第１光と第２光は、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）が好ましく、例えば、第１光源部１０Ａは、赤外線領域における所定波長のレーザ光、すなわち、赤外線レーザ光(ＩＲレーザ光）を発光する装置であり、第２光源部１０Ｂは、紫外線領域における所定波長のレーザ光、すなわち、紫外線レーザ光（ＵＶレーザ光）を発光する装置である。なお、第１および第２光源部１０Ａ、１０Ｂのうちのいずれか一方は、可視光領域における所定波長のレーザ光、すなわち、可視光レーザ光を発光する装置であってもよい。第１および第２光源部１０Ａ、１０Ｂの各波長は、例えば、被測定試料ＳＷの種類に応じて適宜に選択される。例えば、被測定試料ＳＷ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１０（１０Ａ、１０Ｂ）の低コスト化の観点から、第１および第２光源部１０Ａ、１０Ｂの各波長は、９０４ｎｍと３４９ｎｍとの組合せ、あるいは、９０４ｎｍと５２３ｎｍとの組合せが好ましい。第１および第２光は、被測定試料ＳＷ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ＳＷに生じさせ、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、この生じたキャリアの寿命（キャリア寿命）を測定する装置であるから、第１および第２光は、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。
【００３９】
そして、本実施形態では、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａの光照射部１は、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、前記被測定試料ＳＷにおける第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量を互いに等しくするために、第１光照射部１Ａに第１光強度調整器１１Ａをさらに備え、第２光照射部１Ｂに第２光強度調整器１１Ｂをさらに備えている。
【００４０】
第１光強度調整器１１Ａは、例えば、入射した光の光強度を減衰して射出する光減衰器（光アッテネータ）を備えて構成され、第１光源部１０Ａから被測定試料ＳＷの第１領域面上に至る光路中に、図１に示す例では、第１光源部１０Ａと第１ミラー１２Ａとの間における光路中に配置（介挿）される。同様に、第２光強度調整器１１Ｂは、例えば光減衰器を備えて構成され、第２光源部１０Ｂから被測定試料ＳＷの第２領域面上に至る光路中に、図１に示す例では、第２光源部１０Ｂと第２ミラー１２Ｂとの間における光路中に配置（介挿）される。
【００４１】
測定波入出力部２は、被測定試料ＳＷにおける前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射するとともに、前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する装置である。このように第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、被測定試料ＳＷにおける前記第１および第２領域のそれぞれに所定の測定波を照射する測定波照射部としての機能と、前記第１領域で反射された前記測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と前記第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する差測定波生成部としての機能とは、測定波入出力部２として一体に構成されて実現されている。
【００４２】
このような測定波入出力部２は、図１に示すように、例えば、測定波生成部２０と、分岐部２１と、第１ないし第５導波管２２〜２６と、分岐合成部２７とを備えている。
【００４３】
測定波生成部２０は、演算制御部４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Ｘａでは、過剰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、前記所定の測定波は、電磁波であればよいが、本実施形態では、マイクロ波であり、測定波生成部２０は、例えば２６ＧＨｚのガンダイオード等を備えて構成される、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備えている。測定波生成部２０は、分岐部２１に接続される。
【００４４】
分岐部２１は、入射された測定波を２つに分岐（分配）する装置であり、例えば１０ｄＢカプラ等の方向性結合器を備えて構成される。この方向性結合器は、例えば、３個の第１ないし第３ポートを持つ導波管であり、第１ポートに入射されたマイクロ波は、一定の強度比で第３および第４ポートのそれぞれから射出される。分岐部２１は、第１導波管２２を介して分岐合成部２７に接続されるとともに第２導波管２３を介して検出部３に接続される。
【００４５】
第１ないし第５導波管２２〜２６は、測定波を導く伝播路を形成する部材であり、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、第１ないし第５導波管２２〜２６は、マイクロ波導波管である。
【００４６】
分岐合成部２７は、測定波を被測定試料ＳＷにおける第１および第２領域のそれぞれへ放射するために、第１導波管２２を介して分岐部２１から入射された測定波（前記一方の測定波）を２つに分岐（分配）するとともに、被測定試料ＳＷにおける第１領域で反射された測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波と被測定試料ＳＷにおける第２領域で反射された前記測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いることによって生成する装置である。本実施形態では、より少ない部品点数で分岐合成部２７を構成するべく、本実施形態の分岐合成部２７は、測定波を被測定試料ＳＷにおける第１および第２領域のそれぞれへ放射するために、第１導波管２２を介して分岐部２１から入射された測定波（前記一方の測定波）を２つに分岐（分配）するとともに、被測定試料ＳＷにおける第１領域で反射された測定波の第１反射波と被測定試料ＳＷにおける第２領域で反射された前記測定波の第２反射波との差である差測定波を、前記第１反射波のままで用いるとともに前記第２反射波のままで用いることによって生成する装置である。このような分岐合成部２７は、複数の分岐導波管を組み合わせて構成してもよいが、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、例えば、マジックＴ型導波管２７である。このマジックＴ型導波管２７は、例えば、図２に示すように、４個の第１ないし第４ポート２７ａ〜２７ｄを持つ４開口素子であり、Ｅ面Ｔ分岐導波管とＨ面Ｔ分岐導波管とが組み合わされた構造である。第２ポート２７ｂに入射されたマイクロ波は、第３および第４ポート２７ｃ、２７ｄのそれぞれから逆相で等電力に分配されて射出され、そして、逆に、第３および第４ポート２７ｃ、２７ｄに入射された各マイクロ波は、これら各マイクロ波間の差が第２ポート２７ｂから射出され、これらの和が第１ポート２７ａから射出される。このようにマジックＴ型導波管２７は、マイクロ波の状態（マイクロ波のまま）で、各マイクロ波間の差のマイクロ波を生成することができる。マジックＴ型導波管２７の第１ポート２７ａには、第１導波管２２が接続され、第２ポート２７ｂには、第５導波管２６が接続され、第３ポート２７ｃには、第３導波管２４が接続され、第４ポート２７ｄには、第４導波管２５が接続される。
【００４７】
第３導波管２４は、分岐合成部２７で分岐された一方の測定波を被測定試料ＳＷの第１領域へ放射（送信）するために前記一方の測定波を導波するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波、本実施形態では、被測定試料ＳＷの第１領域で反射された測定波の第１反射波を受波（受信）し、この受波した測定波の第１反射波または第１透過波を再び分岐合成部２７へ導波するものである。このため、第３導波管２４の端部には、第１導波管アンテナ２４ａを有している。この第１導波管アンテナ２４ａは、第３導波管２４を伝播して来た前記一方の測定波を被測定試料ＳＷへ放射するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波を受波して第３導波管２４へ導くアンテナである。第１導波管アンテナ２４ａは、図３に示すように、被測定試料ＳＷの法線方向に沿って配設されており、一方端部の側面には第３導波管２４が延設され、他方端部に開口部２４ｂを備えている。この開口部２４ｂは、前記一方の測定波を被測定試料ＳＷへ放射（送信）するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波を受波するための開口である。そして、被測定試料ＳＷの第１領域に前記一方の測定波とともに第１光照射部１Ａから放射された第１光を導くために、第１導波管アンテナ２４ａの前記一方端部には、第１光照射部１Ａから放射された第１光を第１導波管アンテナ２４ａ内に案内するための開口部２４ｃを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、第１導波管アンテナ２４ａは、マイクロ波アンテナである。
【００４８】
同様に、第４導波管２５は、分岐合成部２７で分岐された他方の測定波を被測定試料ＳＷの第２領域へ放射（送信）するために前記他方の測定波を導波するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波、本実施形態では、被測定試料ＳＷの第２領域で反射された測定波の第２反射波を受波（受信）し、この受波した測定波の第２反射波または第２透過波を再び分岐合成部２７へ導波するものである。このため、第４導波管２５の端部には、第２導波管アンテナ２５ａを有している。この第２導波管アンテナ２５ａは、第４導波管２５を伝播して来た前記他方の測定波を被測定試料ＳＷへ放射するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波を受波して第４導波管２５へ導くアンテナである。第２導波管アンテナ２５ａは、第１導波管アンテナ２４ａと同様に、被測定試料ＳＷの法線方向に沿って配設されており、一方端部の側面には第４導波管２５が延設され、他方端部に開口部２５ｂを備えている。この開口部２５ｂは、前記他方の測定波を被測定試料ＳＷへ放射（送信）するとともに、被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波を受波するための開口である。そして、被測定試料ＳＷの第２領域に前記他方の測定波とともに第２光照射部１Ｂから放射された第２光を導くために、第２導波管アンテナ２５ａの前記一方端部には、第２光照射部１Ｂから放射された第２光を第２導波管アンテナ２５ａ内に案内するための開口部２５ｃを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、第２導波管アンテナ２５ａは、マイクロ波アンテナである。
【００４９】
第５導波管２６は、分岐合成部２７、本実施形態では、マジックＴ型導波管２７の第２ポート２７ｂに接続されており、第３導波管２４および第４導波管２５からの反射マイクロ波の前記差測定波を検出部３へ導波するものである。
【００５０】
検出部３は、測定波入出力部２で生成された前記差測定波を検出する装置であり、例えば、ミキサ３０と、検出器３１とを備えて構成されている。検出部３で検出された前記差測定波の検出結果（前記差測定波の強度）は、演算制御部４へ出力される。
【００５１】
ミキサ３０は、第２導波管２３を介して分岐部２１に接続されるとともに、第５導波管２６を介して分岐合成部２７に接続され、第２導波管２３によって導波された測定波生成部２０からの測定波と第５導波管２６によって導波された前記差測定波とを混合（乗算、合波）することによって、前記差測定波を前記測定波で検波するものである。検出器３１は、ミキサ３０に接続され、ミキサ３０によって検波された検波信号の強度を検出するものである。これによって前記差測定波の強度が検出される。検出器３１は、この検出結果を演算制御部４へ出力する。
【００５２】
演算制御部４は、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａの各部を当該部の機能に応じて制御することにより、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａ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て構成される。そして、演算制御部４は、検出部３で検出された検出結果に基づいて被測定試料ＳＷにおけるキャリア寿命を求めるものである。
【００５３】
移動部５は、測定箇所を移動するべく、演算制御部４の制御に従って被測定試料ＳＷをＸＹ平面（水平面）内で移動させる装置であり、例えば、ステージ５０と、ステージ制御部５１とを備えて構成されている。ステージ５０は、被測定試料ＳＷが載置され、被測定試料ＳＷをＸＹ平面内で移動させる機構であり、ステージ制御部５１は、演算制御部４の制御に従って被測定試料ＳＷにおける所定の位置が測定されるように、ステージ５０を駆動制御するものである。
【００５４】
なお、第１導波管アンテナ２４ａの開口部２４ｂに、被測定試料ＳＷを介して対向する位置に、前記第１領域を透過した前記測定波の第１透過波を受波（受信）する第３導波管アンテナを設け、第２導波管アンテナ２５ａの開口部２５ｂに、被測定試料ＳＷを介して対向する位置に、前記第２領域を透過した前記測定波の第２透過波を受波（受信）する第４導波管アンテナを設け、この第３導波管アンテナで受波した前記測定波の第１透過波と第４導波管アンテナで受波した前記測定波の第２透過波との差である差測定波を、前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２透過波のままで用いることによって生成する合成部を設けて、この合成部で合成した差測定波を検出部３のミキサ３０へ導波するように構成されてもよい。
【００５５】
このような構成の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、例えば、次のように動作することによって半導体のキャリア寿命を測定する。まず、測定したい半導体ウェハの表面の汚れや表面ダメージ等が、事前に例えばいわゆる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。そして、この洗浄処理後の半導体ウェハが被測定試料ＳＷとしてステージ５０に配置される。
【００５６】
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Ｘａ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Ｘａによる被測定試料ＳＷのキャリア寿命の測定が開始され、所定の測定箇所を測定するべく、演算制御部４の制御に従ってステージ制御部５１によってステージ５０が駆動制御され、被測定試料ＳＷが所定の位置に移動される。
【００５７】
続いて、移動部５によって被測定試料ＳＷが所定の位置に移動されると、演算制御部４の制御に従って測定波入出力部２によって測定波が被測定試料ＳＷの第１および第２領域のそれぞれに放射され、演算制御部４の制御に従って第１および第２光照射部１Ａ、１Ｂのそれぞれによって第１および第２光が被測定試料Ｘの前記第１および第２領域のそれぞれに照射され、前記第１領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波とその前記第２領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波との差である差測定波が直接的に生成され、この差測定波が検出部３で検出され、この検出結果が検出部３から演算制御部４へ出力される。
【００５８】
より具体的には、測定波入出力部２において、演算制御部４の制御に従って測定波生成部２０によって測定波が生成され、この生成された測定波は、測定波生成部２０から分岐部２１へ射出される。この測定波は、分岐部２１で２つに分岐され、その一方の測定波（第１１測定波）は、第１導波管２２を介して分岐合成部２７へ射出され、その他方の測定波（第１２測定波）は、第２導波管２３を介して検出部３のミキサ３０へ射出される。分岐部２１から第１導波管２２を介して分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第１ポート２７ａ）に入射された測定波（第１１測定波）は、同相で等電力に分岐され、この分岐された一方の測定波（第２１測定波）は、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第３ポート２７ｃ）から第３導波管２４へ射出され、この分岐された他方の測定波（第２２測定波）は、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第４ポート２７ｄ）から第４導波管２５へ射出される。分岐合成部２７で分岐された前記一方の測定波（第２１測定波）は、第３導波管２４によって導波され、第１導波管アンテナ２４ａから被測定試料ＳＷの第１領域へ放射され、分岐合成部２７で分岐された前記他方の測定波（第２２測定波）は、第４導波管２５によって導波され、第２導波管アンテナ２５ａから被測定試料ＳＷの第２領域へ放射される。
【００５９】
この第１領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波、図１に示す構成では、第１領域で反射された測定波の第１反射波は、第１導波管アンテナ２４ａで受波され、第３導波管２４によって導波され、再び、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第３ポート２７ｃ）に入射される。この第２領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波、図１に示す構成では、第２領域で反射された測定波の第２反射波は、第２導波管アンテナ２５ａで受波され、第４導波管２５によって導波され、再び、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第４ポート２７ｄ）に入射される。そして、第１反射波と第２反射波とは、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７）で、マイクロ波の状態のままで合成され、第１反射波と第２反射波との差である差測定波が分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７の第２ポート２７ｂ）から第５導波管２６を介して検出部３のミキサ３０へ射出される。
【００６０】
そして、検出部３において、第２導波管２３によって導波された測定波生成部２０からの測定波（第１２測定波）と第５導波管２６によって導波された前記差測定波とがミキサ３０で混合（乗算、合波）され、前記差測定波が前記測定波で検波される。このミキサ３０で検波された検波信号は、検出器３１へ射出され、その強度（レベル）が検出される。これによって前記差測定波の強度（レベル）が検出される。この検出器３１によって検出された前記差測定波の強度（検出結果）は、演算制御部４へ出力される。
【００６１】
一方、光照射部１において、その第１光照射部１Ａでは、演算制御部４の制御に従って第１光源部１０Ａによって第１光が生成され、この生成された第１光は、第１光源部１０Ａから第１光強度調整器１１Ａへ射出される。この第１光は、第１光の照射による初期の第１過剰キャリア量が第２光の照射による初期の第２過剰キャリア量に等しくなるように、第１光強度調整器１１Ａによってその光強度（レベル）が所定の光強度に調整され、この調整された第１光は、第１光強度調整器１１Ａから第１ミラー１２Ａへ射出される。この第１光は、第１ミラー１２Ａによってその光路が被測定試料ＳＷへ向けて略９０度折り曲げられて反射され、この反射された第１光は、第１ミラー１２Ａから第１レンズ１３Ａへ射出される。この第１光は、第１レンズ１３Ａによってレンズ作用を受け、このレンズ作用を受けた第１光は、第３導波管２４の第１導波管アンテナ２４ａを通して被測定試料ＳＷの第１領域に照射される。第１レンズ１３Ａのレンズ作用によって、被測定試料ＳＷの第１領域は、略均一に、かつ、略広域照射で第１光によって照射される。このため、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、面内方向における過剰キャリアの拡散を低減することができる。
【００６２】
同様に、その第２光照射部１Ｂでは、演算制御部４の制御に従って第２光源部１０Ｂによって第２光が生成され、この生成された第２光は、第２光源部１０Ｂから第２光強度調整器１１Ｂへ射出される。この第２光は、第２光の照射による初期の第２過剰キャリア量が第１光の照射による初期の第１過剰キャリア量に等しくなるように、第２光強度調整器１１Ｂによってその光強度（レベル）が所定の光強度に調整され、この調整された第２光は、第２光強度調整器１１Ｂから第２ミラー１２Ｂへ射出される。この第２光は、第２ミラー１２Ｂによってその光路が被測定試料ＳＷへ向けて略９０度折り曲げられて反射され、この反射された第２光は、第２ミラー１２Ｂから第２レンズ１３Ｂへ射出される。この第２光は、第２レンズ１３Ｂによってレンズ作用を受け、このレンズ作用を受けた第２光は、第４導波管２５の第２導波管アンテナ２５ａを通して被測定試料ＳＷの第２領域に照射される。第２レンズ１３Ｂのレンズ作用によって、被測定試料ＳＷの第２領域は、略均一に、かつ、略広域照射で第１光によって照射される。このため、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、面内方向における過剰キャリアの拡散を低減することができる。
【００６３】
なお、第１光強度調整器１１Ａおよび第２光強度調整器１１Ｂは、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光を、被測定試料ＳＷにおける第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量が互いに等しくなるように、実際に被測定試料ＳＷに第１光および第２光を照射すること等によって、測定前に予め調整される。
【００６４】
これによって第１および第２光のそれぞれを被測定試料ＳＷの第１および第２領域に照射している場合に測定波を被測定試料ＳＷに照射していれば、第１光による第１領域での測定波の第１反射波が第３導波管２４の第１導波管アンテナ２４ａに受波され、第３導波管２４を介して分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７）へ導波されるとともに、第２光による第２領域での測定波の第２反射波が第４導波管２５の第２導波管アンテナ２５ａに受波され、第４導波管２５を介して分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７）へ導波される。そして、分岐合成部２７（マジックＴ型導波管２７）によって、被測定試料ＳＷの第１および第２領域に第１および第２光をそれぞれ照射した場合における測定波の第１反射波と第２反射波とは、マイクロ波の状態のままで、測定波の第１反射波と第２反射波との差である差測定波に合成される。この差測定波は、第５導波管２６を介して検出部３へ射出され、検出部３で検出され、この検出された差測定波の強度が演算制御部４に取り込まれる。通常では、測定波が被測定試料ＳＷに照射され、測定波を被測定試料ＳＷの第１および第２領域にそれぞれ照射しながらパルスレーザ光の第１および第２光をそれぞれ照射することによって、パルスレーザ光の第１および第２光の照射消灯直後（照射して消灯した直後）から前記差測定波の強度変化が測定される。
【００６５】
続いて、演算制御部４によって、前記差測定波に基づいて公知の常套手段によって被測定対象のキャリア寿命が演算され、求められる。これによって被測定試料ＳＷにおける前記所定箇所におけるキャリア寿命が測定され、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、被測定試料ＳＷにおける次の所定箇所でのキャリア寿命を測定すべく、演算制御部４の制御に従ってステージ制御部５１によってステージ５０が駆動制御され、被測定試料ＳＷが次の所定の位置に移動され、上述の動作が繰り返される。これによって半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、被測定試料ＳＷの全面を所定の間隔でキャリア寿命を走査し、被測定試料ＳＷ全面に亘るキャリア寿命を測定する。このキャリア寿命は、第１および第２領域を含む領域の測定値である。
【００６６】
そして、半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、例えば表示装置や印刷装置等の図略の出力装置に、この求めたキャリア寿命を出力する。
【００６７】
図４は、測定波の反射波における時間的な相対出力の変化を示す図である。図４の横軸は、経過時間を示し、その縦軸は、対数目盛による相対出力の強度（レベル）を示す。図４において、実線は、半導体に赤外光を照射した場合における相対出力の時間変化を示し、破線は、半導体に紫外光を照射した場合における相対出力の時間変化を示す。図５は、半導体に赤外光と紫外光とをそれぞれ照射した場合に得られる測定波の反射波の相対出力差（差測定波）の時間変化を示す図である。図５の横軸は、経過時間を示し、その縦軸は、相対出力差（差測定波）の強度（レベル）を示す。
【００６８】
一般に、測定波の反射波の強度（相対出力）は、図４に示すように、光の照射消灯の略直後に最大となり、その後、時間の経過とともに減少し、やがて、キャリアが熱平衡状態となって略一定となる。そして、前記反射波強度の減少過程において、減少率（減少速度、単位時間あたりの減少量）は、初期では比較的大きく、時間の経過とともに小さくなる。また、第１光の赤外線レーザ光（ＩＲ、図４中実線）による前記反射波の時間的な強度変化は、第２光の紫外線レーザ光（ＵＶ、図４中破線）による前記反射波の時間的な強度変化よりも小さい。そして、図５に示すように、各時刻における、第１光の赤外線レーザ光（ＩＲ）による前記反射波の強度と第２光の紫外線レーザ光（ＵＶ）による前記反射波の強度との差（差測定波の強度）δは、時間の経過とともに減少し、やがて略一定となっている。なお、図４、図５は、光の照射消灯の略直後における最大値で規格化されている。
【００６９】
この差（差測定波の強度）δは、表面再結合速度Ｓに依存し、この差（差測定波の強度）δが大きいほど、表面再結合速度Ｓは、大きく、この差（差測定波の強度）δから表面再結合速度Ｓを求めることができる。より具体的には、一般に、この差（差測定波の強度）δと表面再結合速度Ｓを拡散速度Ｄで除算したＳ／Ｄとの関係（δ−Ｓ／Ｄテーブル）が予め求められ、δ値が上述のように略一定となった値が求められ、この略一定となったδ値に対応するＳ／Ｄが前記δ−Ｓ／Ｄテーブルから参照されてＳ／Ｄが求められ、これに予め求められた拡散係数Ｄ、例えばＤ＝３０ｃｍ２／ｓを乗算することで、表面再結合速度Ｓが求められ、そして、キャリア寿命が求められる。
【００７０】
従来では、検出器は、測定波の第１反射波を検出し、続いて、測定波の第２反射波を検出し、これら各検出結果の差から、前記δ値が求められていた。そのため、測定波の第１および第２反射波のそれぞれは、前記検出器のダイナミックレンジ全体で測定されることとなる。すなわち、測定波の第１反射波におけるその０のレベルからその最大値のレベルまでの範囲が前記検出器のダイナミックレンジ全体で測定されることになる。この結果、図４に示すように、測定波の第１および第２反射波のそれぞれが前記検出器のダイナミックレンジ全体における範囲Ｒ２で測定された場合に、これら各検出結果の差は、前記範囲Ｒ２よりも小さい（狭い）範囲Ｒ３（Ｒ３＜Ｒ２）となってしまい、前記検出器のダイナミックレンジ全体を有効に用いることができなかった。例えば、前記範囲Ｒ２が１０ビット（＝１０２４）である場合に、前記範囲Ｒ３は、その中の数ビット、例えば３ビット（＝８）であった。この前記範囲Ｒ３は、前記第１反射波の強度と前記第２反射波の強度との差が小さければ小さいほど、小さくなってしまい、前記検出器のダイナミックレンジ全体を有効に用いることができない。
【００７１】
一方、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、前記第１反射波と前記第２反射波との差である差測定波がマイクロ波のままで生成され、このマイクロ波の差測定波が前記検出器で検出される。すなわち、前記差測定波におけるその０のレベルからその最大値のレベルまでの範囲が前記検出器のダイナミックレンジ全体で測定されることになる。したがって、図５に示すように、この差測定波が前記検出器のダイナミックレンジ全体を用いて検出することができ、前記検出器のダイナミックレンジ全体における範囲Ｒ２と同等の範囲Ｒ１で検出することができる。すなわち、上記例と較べれば、この差測定波は、前記範囲Ｒ２と同等の１０ビット（＝１０２４）で検出されることになる。
【００７２】
このように本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、被測定試料ＳＷにおける第１領域で反射された測定波の第１反射波または前記第１領域を透過した測定波の第１透過波と被測定試料ＳＷにおける第２領域で反射された測定波の第２反射波または前記第２領域を透過した測定波の第２透過波との差である差測定波が、分岐合成部２７によって前記第１反射波または前記第１透過波のままで用いられるとともに前記第２反射波または前記第２透過波のままで用いられることによって生成され、この差測定波が検出部３で検出され、この検出結果に基づいてキャリア寿命が求められる。このため、前記第１反射波または前記第１透過波を所定の検出器で測定することによって得られた第１測定結果と、前記第２反射波または前記第２透過波を前記検出器で測定することによって得られた第２測定結果と、の差を求めることによって演算された各測定結果間の差における有効桁数よりも、前記差測定波自体を直接前記検出器で測定することによって得られた、前記各測定結果間の差に相当する検出結果の有効桁数の方が、上述したように、前記検出器におけるダイナミックレンジの全体を用いて前記差測定波を直接的に検出することになるので、より多くなる。したがって、このような本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、キャリア寿命をより精度よく測定することができる。
【００７３】
一般に、半導体に光を照射した場合にこの光（入射光）は、前記半導体内へ浸透するが、その浸透長は、入射光の波長に依存する。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、第１および第２光は、赤外線領域の波長を持つ赤外光、可視光領域の波長を持つ可視光および紫外線領域の波長を持つ紫外光の中から選択される２つの光である。このため、これら各光の波長差が大きいので、それらの浸透長差も大きくなり、その結果、測定波の前記第１および第２反射波に含まれる、表面再結合による影響の割合を大きく異ならせることが可能となる。あるいは、測定波の前記第１および第２透過波に含まれる、表面再結合による影響の割合を大きく異ならせることが可能となる。したがって、このような本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａは、キャリア寿命を従来に較べてより精度よく測定することができる。
【００７４】
また、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、第１および第２光を、前記第１および第２領域のそれぞれに照射した場合に生じる初期の第１および第２過剰キャリア量を互いに等しくするように、前記第１および第２光の各光強度が、第１および第２光強度調整器１１Ａ、１１Ｂによってそれぞれ調整される。このため、前記第１および第２過剰キャリア量がその初期において互いに略等しくなるので、例えば、表面再結合速度Ｓが零である場合における検出器３１の出力信号レベルを零とすることができ、より精度よくキャリア寿命を測定することができる。また、このような場合では、Ｒ＜＜△１、△２として、第１反射波の強度Ｒ１がＲ１＝Ｒ＋△１と表され、第２反射波の強度Ｒ２がＲ２＝Ｒ＋△２と表され、初期では、Ｒ１とＲ２とが略一致（Ｒ１〜Ｒ２）するから、δ＝ｌｎ（Ｒ１／Ｒ２）＝ｌｎ（（Ｒ＋△１）／（Ｒ＋△２））〜ｌｎ（Ｒ−△）、△＝△１−△２となり、差測定波の検出結果から直接的にδを算出することができる。なお、本段落における“〜”は、両者が数学的に近似していることを意味する。
【００７５】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７６】
（第２実施形態）
第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａでは、上述したように、前記求められたＳ／Ｄに拡散係数Ｄの既知な値、例えばＤ＝３０ｃｍ２／ｓを用いることによって、表面再結合速度Ｓが求められ、そして、キャリア寿命が求められている。しかしながら、必ずしも拡散係数Ｄが既知ではない場合もある。特に、拡散係数Ｄは、電子および正孔のキャリア濃度をそれぞれｎおよびｐとし、電子および正孔の拡散係数をそれぞれＤｎおよびＤｐとする場合に、実際には、Ｄ＝（ｎ＋ｐ）／（ｎ／Ｄｐ＋ｐ／Ｄｎ）で与えられ、キャリア濃度や伝導型に依存している。そこで、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、次のように構成され、拡散係数Ｄをも測定し、キャリア寿命をより高精度に求めるものである。
【００７７】
まず、本実施形態にかかるキャリア寿命測定装置Ｘｂにおける測定原理について説明する。マイクロ波光導電減衰法では、測定波の反射波における強度（相対出力）は、光照射の終了により過剰キャリアの減少により、上述した図４に示すように、時間経過に従って順次に減少する。そして、そのプロファイルは、被測定試料の半導体に照射される光の波長に依存し、さらに、表面再結合速度Ｓに依存するものである。マイクロ波光導電減衰法による測定で実際に観測されるキャリア寿命をτ１とし、バルクのキャリア寿命をτｂとし、拡散係数をＤとする場合に、式１が成り立つ。
１／τ１＝１／τｂ＋α２×Ｄ      ・・・（１）
ここで、αは、αを定義付ける特性方程式２の最低次の解として与えられる。なお、ｄは、光が照射される領域における半導体の厚みである。
（α×Ｄ／Ｓ）＝ｃｏｔ（α×ｄ／２）      ・・・（２）
【００７８】
そこで、表面再結合速度状態が異なる場合には、第１表面再結合速度状態において、測定で実際に観測されるキャリア寿命をτ１１とし、この場合におけるαをα１とし、この第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態において、測定で実際に観測されるキャリア寿命をτ１２とし、この場合におけるαをα２とする場合に、式１ａ、式１ｂが成り立つ。
１／τ１１＝１／τｂ＋α１２×Ｄ      ・・・（１ａ）
１／τ１２＝１／τｂ＋α２２×Ｄ      ・・・（１ｂ）
【００７９】
したがって、この２個の式１ａ、式１ｂから拡散係数Ｄを消去することによって、式３が得られ、拡散係数Ｄに依存することなく、バルクのキャリア寿命τｂが求められる。
τｂ＝（α１２−α２２）／（α１２／τ１２−α２２／τ１１）      ・・・（３）
【００８０】
このような測定原理によって、本実施形態にかかるキャリア寿命測定装置Ｘｂは、τ１１、τ１２、α１およびα２を求めることでバルクのキャリア寿命τｂを求めることができる。
【００８１】
ここで、前記τ１１、τ１２は、測定で実際に観測される値であり、一方、これらα１およびα２は、式２によって与えられる値である。式２によれば、半導体の厚みｄは、測定可能であるから、Ｄ／Ｓを求めることによって、α１およびα２が求められる。ところで、このＤ／Ｓの逆数であるＳ／Ｄは、各光における測定波の反射波の時間的な相対変化の差δと相関関係にある値であり、この時間的な相対変化の差δに基づいてＳ／Ｄを求めることが可能である。なお、その詳細は、式４等を用いて後述するように、２波長の励起測定により、Ｓ／Ｄが評価される。そして、この時間的な相対変化の差δは、表面再結合速度に依存するが、時間経過に従って略一定値となる。したがって、この時間的な相対変化の差δを求めることによって、これらα１およびα２も求めることが可能である。
【００８２】
また、半導体の評価において、バルクのキャリア寿命τｂ以外に、表面でのキャリア寿命を示す表面再結合速度Ｓの評価も重要である。この表面再結合速度Ｓは、上述したようにＳ／Ｄに拡散係数Ｄをかけることで求めることができる。
【００８３】
次に、より具体的に、この第２実施形態にかかるキャリア寿命測定装置Ｘｂについて説明する。図６は、第２実施形態におけ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６（Ａ）は、全体構成を示し、図６（Ｂ）は、導波管アンテナの先端部を示す部分拡大斜視図である。図７は、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置における演算制御部の構成を示す図である。
【００８４】
この第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、例えば、図６（Ａ）に示すように、光照射部１（１Ａ、１Ｂ）と、測定波入出力部２と、検出部３と、演算制御部４ｂと、放電部６とを備えて構成され、さらに、測定箇所を移動するべく、図６に不図示の移動部５を備えている。これら第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂにおける光照射部１（１Ａ、１Ｂ）、測定波入出力部２、検出部３および移動部５は、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａにおける光照射部１（１Ａ、１Ｂ）、測定波入出力部２、検出部３および移動部５と同様であるので、その説明を省略する。なお、移動部５は、第２実施形態のキャリア寿命測定装置Ｘｂでは、後述するように、被測定試料ＳＷの表面だけでなく裏面にもコロナワイヤ６２を配置するので、ステージ５は、被測定試料ＳＷの縁端部で被測定試料ＳＷを支持する構造であり、例えば、水平断面円形や矩形等の中空の筒状体を備えて構成される。
【００８５】
放電部６は、演算制御部４ｂの制御に従って被測定試料ＳＷの表面再結合速度を第１表面再結合速度状態から該第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態へ変化させるための装置であって、被測定試料ＳＷの表面を少なくとも２以上の異なる表面再結合速度状態にするための装置であり、表面再結合速度変更部の一例に相当する。放電部６は、本実施形態では、例えば、コロナ放電を発生させ、測定波入出力部２によって測定波が照射される被測定試料ＳＷの第１および第２領域にこのコロナ放電を付与するコロナ放電発生装置であり、コロナ放電付与部の一例に相当する。放電部６は、本実施形態では、第１および第２領域の２つの領域にコロナ放電を付与するために、被測定試料ＳＷの第１領域にコロナ放電を付与する第１コロナ放電部６Ａと、被測定試料ＳＷの第２領域にコロナ放電を付与する第２コロナ放電部６Ｂとを備えている。第１コロナ放電部６Ａは、例えば、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第３導波管アンテナ２４ａの開口部２４ｂの付近に、高電圧を印加することによってコロナ放電する第１電極である第１１コロナワイヤ６１Ａと、測定波が照射される被測定試料ＳＷの第１領域に対向する被測定試料ＳＷの裏面（裏面領域）の付近に、高電圧を印加することによってコロナ放電する第２電極である第１２コロナワイヤ６２Ａと、前記高電圧を第１１および第１２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａのそれぞれに供給するべく、前記高電圧を発生する電源部６３と、第１２コロナワイヤ６２Ａを前記裏面領域の付近に取り付ける取り付け部材６４Ａとを備えて構成される。同様に、第２コロナ放電部６Ｂは、図６（Ａ）に示すように、第４導波管アンテナ２５ａの開口部２５ｂの付近に、高電圧を印加することによってコロナ放電する第１電極である第２１コロナワイヤ６１Ｂと、測定波が照射される被測定試料ＳＷの第２領域に対向する被測定試料ＳＷの裏面（裏面領域）の付近に、高電圧を印加することによってコロナ放電する第２電極である第２２コロナワイヤ６２Ｂと、前記高電圧を第２１および第２２コロナワイヤ６１Ｂ、６２Ｂのそれぞれに供給するべく、前記高電圧を発生する電源部６３と、第２２コロナワイヤ６２Ｂを前記裏面領域の付近に取り付ける取り付け部材６４Ｂとを備えて構成される。
【００８６】
これら第１１、第１２、第２１および第２２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂは、例えば、線径０．１ｍｍのタングステンワイヤ等である。図６（Ｂ）において、導波管アンテナ２４ａは、例えば角型管であり、その開口部２４ｂの対向する２つの面それぞれの一部が切り欠かれ、この切り欠かれた部分それぞれに所定の絶縁体６１Ａａが設けられている。そして、第１１コロナワイヤ６１Ａは、これら対向する２つの前記絶縁体６１Ａａに渡らせて前記開口部２４ｂの中央を横断するように取り付けられている（図６（Ｂ）には、絶縁体６１Ａａの一方のみが図示されている）。また、第１１コロナワイヤ６１は、接続線６１Ａｂによって電源部６３に接続されており、これによって第１１コロナワイヤ６１と導波管アンテナ２４ａとが絶縁される。第１２コロナワイヤ６２Ａも同様に絶縁されて取り付け部材６４に取り付けられている。そして、第２１コロナワイヤ６１Ｂおよび第２２コロナワイヤ６２Ｂも同様である。また、第１１コロナワイヤ６１Ａと第１２コロナワイヤ６２Ａとの間であって第２１コロナワイヤ６１Ｂと第２２コロナワイヤ６２Ｂとの間に被測定試料ＳＷが配置されるように、被測定試料ＳＷを支持する図略の前記ステージ５が設けられている。このように構成することによって、被測定試料ＳＷに近接するように設けられた第１１および第１２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａの電極に、ならびに、被測定試料ＳＷに近接するように設けられた第２１および第２２コロナワイヤ６１Ｂ、６２Ｂの電極に電源部６３によって所定の電圧を印加することで発生したコロナ放電が被測定試料ＳＷに付与される。
【００８７】
演算制御部４ｂは、演算制御部４と同様に、半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂ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て構成される。そして、演算制御部４ｂは、図７に示すように、検出部３で検出した、被測定試料ＳＷで相互作用を受けた各測定波の差である差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４１を備えている。この演算部４１には、例えば、検出部３で検出した前記差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、第１状態演算部４１１と、第２状態演算部４１２と、寿命演算部４１３と、拡散係数記憶部４１４と、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部４１５とを備えている。
【００８８】
第１状態演算部４１１は、被測定試料ＳＷが第１表面再結合速度状態である場合において、光照射部１によって第１および第２光が被測定試料ＳＷの第１および第２領域にそれぞれ照射されるとともに測定波入出力部２によって測定波が被測定試料ＳＷの第１および第２領域にそれぞれ照射されて検出部３で検出された第１差測定波に基づいて第１表面再結合速度状態でのＳ／Ｄを求め、そして、この求めた第１表面再結合速度状態でのＳ／Ｄに基づいて拡散係数Ｄを求めるものである。この求めた拡散係数Ｄは、次に同種の被測定試料ＳＷを測定する場合に用いるために、拡散係数記憶部４１４に記憶される。
【００８９】
第２状態演算部４１２は、被測定試料ＳＷが第１表面再結合速度状態とは異なる第２表面再結合速度状態である場合において、光照射部１によって第１および第２光が被測定試料ＳＷの第１および第２領域にそれぞれ照射されるとともに測定波入出力部２によって測定波が被測定試料ＳＷの第１および第２領域に照射されて検出部３で検出された第２差測定波に基づいて第２表面再結合速度状態でのＳ／Ｄを求め、そして、この求めた第２表面再結合速度状態でのＳ／Ｄおよび第１状態演算部４１１で求めた拡散係数Ｄに基づいて、表面再結合速度Ｓを求めるものである。
【００９０】
寿命演算部４１３は、第２状態演算部４１２で求めた表面再結合速度Ｓに基づいてバルクのキャリア寿命τｂを求めるものである。
【００９１】
拡散係数記憶部４１４は、第１状態演算部４１２で求めた拡散係数Ｄを記憶するものである。
【００９２】
δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部４１５は、δ−Ｓ／Ｄテーブルを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て作成される。前記時間的な相対変化の差δは、式４で示すように、第２光（短波長光）の照射による反射波の強度に対する第１光（長波長光）の照射による反射波の強度の自然対数値である。
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））      ・・・（４）
【００９３】
このような構成の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、例えば、次のように動作することによって半導体のバルクのキャリア寿命τｂを測定する。図８は、第２実施形態の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９は、拡散係数を求める場合における第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置の動作を示すフローチャートである。図１０は、Ｓ／Ｄ＝４０００の場合における拡散係数とバルクのキャリア寿命との関係を示す図である。図１０の横軸は、拡散係数を示し、その縦軸は、バルクのライフタイムを示す。
【００９４】
図８において、まず、測定したい半導体ウェハが、事前に前記洗浄処理され、自然酸化膜が付与された状態とされる（Ｓ１１）。この自然酸化膜が付与された状態が第１表面再結合速度状態とされる。そして、この洗浄処理後の半導体ウェハが被測定試料ＳＷとして前記移動部５のステージ５０（図６に不図示）に配置され、第１１コロナワイヤ６１Ａと第１２コロナワイヤ６２Ａとの間に挟まれるとともに、第２１コロナワイヤ６１Ｂと第２２コロナワイヤ６２Ｂとの間に挟まれる所定の配置位置にセットされる。
【００９５】
そして、例えば、図略の前記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Ｘｂによる被測定試料ＳＷのキャリア寿命の測定が開始され、所定の測定箇所を測定するべく、演算制御部４ｂの制御に従ってステージ制御部５１によってステージ５０が駆動制御され、被測定試料ＳＷが所定の位置に移動される。
【００９６】
続いて、被測定試料ＳＷが第１表面再結合速度状態である場合におけるＳ／Ｄが求められ、この求めたＳ／Ｄに基づいて拡散係数Ｄが求められる（Ｓ１２）。
【００９７】
より具体的には、移動部５によって被測定試料ＳＷが所定の位置に移動されると、図９に示すように、演算制御部４ｂの制御に従って測定波入出力部２によって測定波が被測定試料ＳＷの第１および第２領域のそれぞれに放射され（Ｓ２１）、演算制御部４ｂの制御に従って第１および第２光照射部１Ａ、１Ｂのそれぞれによって第１および第２光が被測定試料Ｘの前記第１および第２領域のそれぞれに照射され、前記第１領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波とその前記第２領域で被測定試料ＳＷと相互作用を受けた測定波との差である差測定波が直接的に生成され、この差測定波が検出部３で検出され（Ｓ２２）、この検出結果が検出部３から演算制御部４ｂへ出力される。
【００９８】
そして、演算部４１の第１状態演算部４１１は、検出部３の出力に基づいてδ値を求め、このδ値が上述のように略一定となった値を求め、そして、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部４１５のδ−Ｓ／Ｄテーブルを参照することによって、このδ値が略一定となった値に対応するＳ／Ｄを求める（Ｓ２３）。続いて、演算部４１の第１状態演算部４１１は、この求めたＳ／Ｄを式２に用いることによって、第１表面再結合状態におけるα１を求める（Ｓ２４）。続いて、演算部４１の第１状態演算部４１１は、式１を変形した式５で被測定試料ＳＷにおける拡散係数Ｄに対するバルクのキャリア寿命τｂを評価することによって、拡散係数Ｄを求め、この求めた拡散係数Ｄを拡散係数記憶部４１４に記憶する（Ｓ２５）。この処理において、式５のαは、α１である。
τｂ＝１／（（１／τ１）−α２×Ｄ）      ・・・（５）
【００９９】
ここで、バルクのキャリア寿命τｂが例えば１００μｓ、好ましくは１０００μｓ（＝１ｍｓ）等のように、比較的大きい値である場合には、拡散係数Ｄは、式５のピーク値に一致した値となる。
【０１００】
例えば、Ｓ／Ｄ＝４０００であり、測定結果τ１＝４μｓである場合には、式５によるバルクのキャリア寿命τｂは、拡散係数Ｄを、ピークを含むような所定の範囲、例えば０から３０までの範囲で振って計算すると、図１０に示すグラフとなり、式５によるバルクのキャリア寿命τｂは、一点でピークを持つ。このピークでの値（図１０の例では約１５．６）が拡散係数Ｄとなる。
【０１０１】
このような各処理によって、被測定試料ＳＷが第１表面再結合速度状態である場合におけるＳ／Ｄが求められ、この求めたＳ／Ｄに基づいて拡散係数Ｄが求められる。
【０１０２】
図８に戻って、続いて、この得られた拡散係数Ｄ（図１０の例では約１５．６）に基づいて被測定試料ＳＷの表面処理が行われる（Ｓ１３）。この表面処理は、好ましくは、例えば、コロナ放電処理、酸化処理、シリコンナイトライド、アモルファスシリコンおよびアルミナ膜を成膜することによるパッシベーション処理等が挙げられる。本実施形態では、測定に必要な時間だけ一時的に表面処理を行うことができて測定後に元の性状に戻ることができることから、被測定試料ＳＷの表面処理として、コロナ放電処理が採用される。より具体的には、演算制御部４ｂの制御に従って電源部６３は、第１１および第１２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａに互いに異なる極性の高電圧を印加するとともに、第２１および第２２コロナワイヤ６１Ｂ、６２Ｂに互いに異なる極性の高電圧を印加する。これによって第１１および第１２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａのそれぞれからコロナ放電が第１領域にかかる被測定試料ＳＷの両主面に与えられ、表面処理が為され、そして、第２１および第２２コロナワイヤ６１Ｂ、６２Ｂのそれぞれからコロナ放電が第２領域にかかる被測定試料ＳＷの両主面に与えられ、表面処理が為される。
【０１０３】
続いて、被測定試料ＳＷが第２表面再結合速度状態である場合におけるＳ／Ｄが求められ、この求めたＳ／Ｄに基づいて表面再結合速度Ｓが求められる（Ｓ１４）。
【０１０４】
より具体的には、電源部６３によって第１１および第１２ならびに第２１および第２２コロナワイヤ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂに高電圧を印加しながら、図９を用いて上述した処理Ｓ２１および処理Ｓ２２の各処理と同様の処理によって、第１および第２光による差測定波が検出部３によって検出され、演算制御部４ｂの演算部４１に取り込まれる。
【０１０５】
続いて、図９を用いて上述した処理Ｓ２３と同様の処理によって、演算部４１の第２状態演算部４１２は、検出部３の出力に基づいてδ値を求め、このδ値が略一定となった値を求め、そして、δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部４１５のδ−Ｓ／Ｄテーブルを参照することによって、このδ値が略一定となった値に対応するＳ／Ｄを求める。
【０１０６】
続いて、演算部４１の第２状態演算部４１２は、この求めたＳ／Ｄに上述で求めた拡散係数Ｄを乗じることによって表面再結合速度Ｓを求める。
【０１０７】
このような各処理によって、被測定試料ＳＷが第２表面再結合速度状態である場合におけるＳ／Ｄが求められ、この求めたＳ／Ｄに基づいて表面再結合速度Ｓが求められる。
【０１０８】
続いて、演算部４１の寿命演算部４１３は、この求めた表面再結合速度Ｓに基づき式１および式２を用いることによってバルクのキャリア寿命τｂを求める（Ｓ１５）。
【０１０９】
そして、半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、例えば表示装置や印刷装置等の図略の出力装置に、この求めたバルクのキャリア寿命τｂを出力する。
【０１１０】
なお、２回目以降の測定では、拡散係数記憶部４１４に記憶されている拡散係数Ｄを用いることで、処理Ｓ１１および処理Ｓ１２を省略し、処理Ｓ１３から測定が開始されてもよい。
【０１１１】
このように本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、被測定試料ＳＷの半導体が第１表面再結合速度状態である場合において、所定の測定波を被測定試料ＳＷの半導体に照射しながら、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光、本実施形態では第１および第２光を照射することによって、被測定試料ＳＷにおける第１領域での測定波の第１反射波または第１透過波と、被測定試料ＳＷにおける第２領域での測定波の第２反射波または第２透過波との差である第１差測定波を測定する第１差測定工程、被測定試料ＳＷの半導体における表面再結合速度をＳとし、拡散係数をＤとする場合に、前記第１差測定工程によって測定された第１差測定波に基づいて第１表面再結合速度状態でのＳ／Ｄを求める第１Ｓ／Ｄ演算工程、前記第１Ｓ／Ｄ演算工程で求めた第１表面再結合速度状態でのＳ／Ｄに基づいて拡散係数Ｄを求める拡散係数演算工程、前記第１表面再結合速度状態から前記第１表面再結合速度状態と異なる第２表面再結合速度状態へ前記測定対象の半導体を変化させる表面再結合速度状態変更工程、被測定試料ＳＷの半導体が第２表面再結合速度状態である場合において、所定の測定波を被測定試料ＳＷの半導体に照射しながら、波長が互いに異なる少なくとも２種類の光、本実施形態では第１および第２光を照射することによって、被測定試料ＳＷにおける第１領域での測定波の第１反射波または第１透過波と、被測定試料ＳＷにおける第２領域での測定波の第２反射波または第２透過波との差である第２差測定波を測定する第２差測定工程、前記第２差測定工程によって測定された第２差測定波に基づいて第２表面再結合速度状態でのＳ／Ｄを求める第２Ｓ／Ｄ演算工程、前記第２Ｓ／Ｄ演算工程で求めた第２表面再結合速度状態でのＳ／Ｄに基づいて表面再結合速度Ｓを求める表面再結合速度演算工程、前記表面再結合速度演算工程で求められた表面再結合速度Ｓに基づいて被測定試料ＳＷの半導体におけるキャリア寿命を求める寿命演算工程の各工程を実行するものである。
【０１１２】
このような本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、第１および第２表面再結合速度状態における各差測定波が得られればよいので、被測定試料ＳＷの半導体における拡散係数Ｄの値を仮定する必要がなく、キャリア寿命を従来に較べてより精度よく測定することができる。
【０１１３】
また、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂでは、被測定試料ＳＷの表面再結合速度状態を複数の状態間で変化させる表面再結合速度状態変更部の一例として、被測定試料ＳＷの第１および第２領域にコロナ放電を付与する放電部６を備えている。このため、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、この放電部６によって被測定試料ＳＷにおける表面再結合速度状態をその第１状態から第２状態へ変更することが可能となり、そして、コロナ放電によって第２再結合速度状態を実現することができる。また、コロナ放電によって第２表面再結合速度状態を実現するため、コロナ放電の付与を終了することで被測定試料ＳＷにおける物理化学的な性状を元に戻すことができる。表面再結合速度状態を変更するために、事前の処理を行う必要がなく、またキャリア寿命測定の前後において物理化学的な性状に略変化がないので、製造ライン中でキャリア寿命を測定することが可能となる。
【０１１４】
また、半導体ウェハは、使用前に、通常、その汚れ等の汚染を除去する洗浄処理を通して自然酸化膜がその表面に生成された状態となる。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂでは、この洗浄処理によって露出された自然酸化膜が第１表面再結合速度状態とされるので、第１表面再結合速度状態を実現する処理をこの洗浄処理と兼用することができ、被測定試料ＳＷが半導体ウェハである場合には、工数を削減することが可能となる。
【０１１５】
また、上述の図６に示す例の第２実施形態では、検出部３は、被測定試料ＳＷに照射した測定波の反射波を検出したが、被測定試料ＳＷに照射した測定波の第１および第２透過波を用いるように構成されてもよい。例えば、測定波が照射される被測定試料ＳＷの第１領域に対向する被測定試料ＳＷの裏面（裏面領域）の付近に、第１２コロナワイヤ６２Ａと干渉しないように、測定波の第１透過波を導波する導波管が設けられ、測定波が照射される被測定試料ＳＷの第２領域に対向する被測定試料ＳＷの裏面（裏面領域）の付近に、第２２コロナワイヤ６２Ｂと干渉しないように、測定波の第２透過波を導波する導波管が設けられ、これら各導波管によって導波された測定波の第１および第２透過波間の差である差測定波を前記第１透過波のままで用いるとともに前記第２透過波のままで用いることによって生成する合成部を設けて、この合成部で合成した差測定波を検出部３のミキサ３０へ導波するように構成されてもよい。このような構成によっても、半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂは、測定波の反射波を測定する場合と同様な各処理によって、バルクのキャリア寿命τｂを測定することができる。
【０１１６】
次に、別の実施形態について説明する。
【０１１７】
（第３実施形態）
被測定試料ＳＷが太陽電池用半導体ウェハ（ＰＶ用半導体ウェハ）である場合に、ＰＶ用半導体ウェハの特性は、発電すべく光を照射されている状態で測定した方がより実際的である。第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃは、上述の第１および第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａ、Ｘｂにおいて、発電すべく光を照射されている状態での太陽電池用半導体ウェハ（ＰＶ用半導体ウェハ）の実特性をより精度よく測定するために、被測定試料ＳＷに発電用の光を照射する発電光照射部７をさらに備えるものである。
【０１１８】
ここでは、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａにさらに発電光照射部７を備えた第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃについて説明するが、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂにさらに発電光照射部７を備えた第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃも同様に説明することができる。
【０１１９】
図１１は、第３実施形態におけ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１１において、第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃは、光照射部１（１Ａ、１Ｂ）と、測定波入出力部２と、検出部３と、演算制御部４と、移動部５と、発電光照射部７とを備えて構成される。これら第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃにおける光照射部１（１Ａ、１Ｂ）、測定波入出力部２、検出部３、演算制御部４および移動部５は、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘａにおける光照射部１（１Ａ、１Ｂ）、測定波入出力部２、検出部３、演算制御部４および移動部５と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２０】
発電光照射部７は、例えば、演算制御部４の制御に従って予め設定された所定の分光分布を持つ発電用の光（バイアス光）を放射する第３光源部７１と、第３光源部７１で放射されたバイアス光を被測定試料ＳＷの前記第１および第２領域に向けて導光する例えば光ファイバ等の導光部材７２とを備えて構成され、第３光源部７１で放射されたバイアス光が導光部材７２を介して被測定試料ＳＷの前記第１および第２領域に照射される。これによって被測定試料ＳＷとしてのＰＶ用半導体ウェハは、発電用の光によってバイアスされる。前記所定の分光分布は、測定したいＰＶ用半導体ウェハの光励起キャリア等に応じて適宜に決定される。太陽光でのＰＶ用半導体ウェハのキャリア寿命をより精度よく測定する観点から、第３光源部７１は、太陽光と同じ分光スペクトルおよび放射照度を模した光を照明する照明装置であってよい。また、第３光源部７１は、上記観点から、１ＳＵＮに相当する光であることが好ましく、擬似太陽光スペクトルを持つ光であることがより好ましい。キャリア寿命の測定では、発電光照射部７によって被測定試料ＳＷをバイアス光で照射しながら、上述の各処理が実行される。このような発電光照射部７をさらに備えることによって、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃは、発電すべく光を照射されている状態でのＰＶ用半導体ウェハの実特性をより精度よく測定することが可能となる。
【０１２１】
そして、ＰＶ用半導体ウェハは、比抵抗が比較的広範囲にばらついているとともに、実際の発電特性を評価する場合に、このようにＰＶ用半導体ウェハが光照射されるため、この光照射された状態における拡散係数が必要となり、ＰＶ用半導体ウェハの拡散係数を見積もることは、困難であるが、特に、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｂにさらに発電光照射部７を備える第３実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｘｃは、第２実施形態で説明したように動作するので、バルクのキャリア寿命τｂを従来に較べてより精度よく測定することができる。
【０１２２】
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】
【０１２３】
Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ  半導体キャリア寿命測定装置
１  光照射部
２  測定波入出力部
３  検出部
４、４ｂ  演算制御部
５  移動部
６  放電部
７  発電光照射部
６１、６２  コロナワイヤ
４１１  第１状態演算部
４１２  第２状態演算部
４１３  寿命演算部
４１４  拡散係数記憶部
４１５  δ−Ｓ／Ｄテーブル記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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