(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温赤外透過法によりシリコン単結晶を真空で測定する測定装置において、測定用の内部に真空かつ低温の状態でシリコン単結晶を保持するホルダーと、赤外光を測定用の内部に入れるための第１の窓と、赤外光を測定用の内部から出すための第２の窓と、可視光を測定用の内部に入れるための第３の窓とを設け、赤外光の光路に対してシリコン単結晶を垂直に配置し、前記第１の窓と第２の窓は赤外光の光路にほぼ垂直であり、第３の窓として、赤外光と１５°〜７５°の角度で可視光を照射し、かつ、前記第１の窓と第２の窓のいずれとも垂直を形成しない関係で少なくとも一つ設けられている可視光透過窓を備えた真空容器を有し、透過法によってバルク測定を行い、可視光照射無しでは検出できない少数不純物元素の電子遷移バンドを、可視光の照射により測定可能とする構成にしたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
低温赤外光透過法によりシリコン単結晶を真空で測定する測定装置において、測定用の内部に真空かつ低温の状態でシリコン単結晶を保持するホルダーと、赤外光を測定用の内部に入れるための第１の窓と、赤外光を測定用の内部から出すための第２の窓と、可視光を測定用の内部に入れるための第３の窓とを設け、赤外光の光路に対してシリコン単結晶を約１５゜〜７５゜の角度で傾斜して配置し、かつ、赤外光の光路と可視光の光路との成す角度が約１５゜〜９０゜になるように配置し、透過法によってバルク測定を行い、可視光照射無しでは検出できない少数不純物元素の電子遷移バンドを、可視光の照射により測定可能とする構成にしたことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
赤外光の光路に対するシリコン単結晶の傾斜角度がブリュースター角であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
赤外光の光路と可視光の光路との成す角度が約９０゜であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項５】
可視光の光路とシリコン単結晶との成す角度が約９０゜であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項６】
ホルダーで保持されたシリコン単結晶と、そのシリコン単結晶を収容した真空容器とを一緒に、赤外光に対して回動して、所定の方向に所定の角度だけシリコン単結晶の傾きを変える構成にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
真空容器を左右±２０゜以下、回動する構成にしたことを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温赤外光透過法によりシリコン単結晶を真空で測定する方法及び装置に関する。とくに、本発明は、Ｓｉ結晶中のドナーアクセプター不純物（たとえばリンやボロンなど）の検出や定量に適した測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス用のシリコン単結晶の比抵抗制御には、III族とＶ族のドーピ ングが重要であるが、その元素がどの程度含まれているかを調べる方法はかぎられている。一般には、フォトルミネッセンス法と、赤外吸収法が知られている。この後者の赤外吸収法は、伝導帯近傍（直下）のドナー原子の、電子エネルギー準位間の電子遷移や、価電子帯近傍（直上）のアクセプター原子の、ホールエネルギー準位間のホール（hole）遷移に対応するものである。この遷移を実現するために、サンプル（ウエハ）を約１５Ｋ以下に冷却し、かつ、不純物原子をシリコン単結晶中で中性化する。
【０００３】
サンプルを低温に冷やすと、多数ドーパント（たとえばボロンＢ）と、少数ドーパント（たとえばリンＰ）との差に相当する［Ｂ］−［Ｐ］だけの［Ｂ］は中性化するが、Ｐ（リン）のすべてと、濃度にして［Ｐ］だけのＢ（ボロン）は、補償（compensate）により、依然としてイオン化している。
【０００４】
これらのイオン化した不純物原子を中性化するために、通常、そのエネルギーギャップよりも高いエネルギーの光をサンプルに当てて、電子ホール対を生成させ、生成した電子とホールでイオン化したＰ（リン）とＢ（ボロン）をそれぞれうめて、中性化する方法がとられている。
【０００５】
図１は、従来の赤外光垂直入射方式の低温測定装置に使用する真空容器を示している。
【０００６】
図１において、真空容器１は、低温赤外光透過法によりシリコン単結晶のサンプル７を真空で測定する低温測定装置用の真空容器であり、真空かつ低温の状態に保持した測定用の内部２でシリコン単結晶のサンプル７を保持するホルダー３と、赤外光４を内部２に入れるための第１の窓５と、赤外光４を内部２から出すための第２の窓６とを有する。シリコン単結晶のサンプル７と赤外光４の光路との成す角度が垂直になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
赤外透過法による低温測定を行なうとき、従来は、図１に示すように垂直入射方式を用いていたので、従来のままでは赤外光４に加えてサンプル７に可視光を照射するのが困難である。遠赤外分光光度計の光路に近いところから赤外光を照射しなければならないので、可視光を入射できる場所的余裕が少ない。真空容器１内にサンプル７をいれ、かつ、低温にした上で赤外光４と可視光を照射しなければならないので、赤外光と可視光の入射光路の確保が大変である。
【０００８】
本発明の目的は、赤外光に加えて可視光の照射を行なううえで場所的な余裕を確保しやすい、低温赤外光透過法を使用してシリコン単結晶の測定を行なう装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【００２１】
（１）低温赤外透過法によりシリコン単結晶を真空で測定する測定装置において、測定用の内部に真空かつ低温の状態でシリコン単結晶を保持するホルダーと、赤外光を測定用の内部に入れるための第１の窓と、赤外光を測定用の内部から出すための第２の窓と、可視光を測定用の内部に入れるための第３の窓とを設け、赤外光の光路に対してシリコン単結晶を垂直に配置し、前記第１の窓と第２の窓は赤外光の光路にほぼ垂直であり、第３の窓として、赤外光と１５°〜７５°の角度で可視光を照射し、かつ、前記第１の窓と第２の窓のいずれとも垂直を形成しない関係で少なくとも一つ設けられている可視光透過窓を備えた真空容器を有し、透過法によってバルク測定を行い、可視光照射無しでは検出できない少数不純物元素の電子遷移バンドを、可視光の照射により測定可能とする構成にしたことを特徴とする測定装置。
【００２２】
（２）低温赤外光透過法によりシリコン単結晶を真空で測定する測定装置において、測定用の内部に真空かつ低温の状態でシリコン単結晶を保持するホルダーと、赤外光を測定用の内部に入れるための第１の窓と、赤外光を測定用の内部から出すための第２の窓と、可視光を測定用の内部に入れるための第３の窓とを設け、赤外光の光路に対してシリコン単結晶を約１５゜〜７５゜の角度で傾斜して配置し、かつ、赤外光の光路と可視光の光路との成す角度が約１５゜〜９０゜になるように配置し、透過法によってバルク測定を行い、可視光照射無しでは検出できない少数不純物元素の電子遷移バンドを、可視光の照射により測定可能とする構成にしたことを特徴とする測定装置。
【００２３】
（３）赤外光の光路に対するシリコン単結晶の傾斜角度がブリュースター角であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【００２４】
（４）赤外光の光路と可視光の光路との成す角度が約９０゜であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【００２５】
（５）可視光の光路とシリコン単結晶との成す角度が約９０゜であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【００２６】
（６）ホルダーで保持されたシリコン単結晶と、そのシリコン単結晶を収容した真空容器とを一緒に、赤外光に対して回動して、所定の方向に所定の角度だけシリコン単結晶の傾きを変える構成にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【００２７】
（７）真空容器を左右±２０゜以下、回動する構成にしたことを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【００２８】
（１７）真空容器を左右±２０゜以下、回動する構成にしたことを特徴とする前述の測定装置。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明では、シリコン単結晶へ赤外光を入射させる際に垂直入射方式または斜め入射方式を用い、かつ、可視光を赤外光とは別方向から照射する。そうすることにより、赤外光と可視光の照射を行なう上で場所的な余裕を確保することが容易になる。たとえば、赤外光の光路に直角の方向から可視光を照射することが可能である。従来の垂直入射では、これは不可能である。
【００３０】
斜め入射または垂直入射のどちらも効果はあるが、斜め入射の方が場所的余裕が大きい。
【００３１】
本発明は、低温測定を行なうことを前提としているので、低温測定用の真空容器に、可視光を照射するための窓を赤外光用の窓とは別に作れば、この可視光専用の窓から光照射が可能である。垂直入射では可視光をそのように照射することは困難である。
【００３２】
赤外光について説明すると、本発明においては、広義の赤外線であればよい。一般的には、赤外光として遠赤外線を使用するが、中赤外線との境目あたりも使うことができる。
【００３３】
本発明の赤外光の垂直入射は、可視光入射用の窓を特別に設けることにより実現する。その窓は赤外光用の窓と垂直にも平行にもならない関係で設けられ、赤外光と１５〜７５゜の角度で可視光が照射できるように設定される。１５゜未満では赤外光に近づきすぎ可視光を照射できなくなる。また７５゜より大きいと可視光をあてる効果が少なくなってしまう。
【００３４】
斜め入射の場合、測定した不純物元素の定量をどの程度正しく行なえるかということが問題になりうるが、入射角が０゜（垂直）から１５゜〜３０゜程度までは、反射率が垂直入射時の反射率である３０％の値に近い。たとえば１５゜で３０±数％、３０゜で３０±〜５％である。そのため、偏光入射を行なわなければ、平均としては〜０．３である。このため、斜め入射による測定結果への影響はあまり大きくないと考えてよい。
【００３５】
大きな角度で赤外光をサンプルへ入射すると、サンプル出射後の光路は、入射前と比べて若干（平行に）ズレを生じ、サンプル厚が厚いほどズレ幅が大きくなる。その結果、赤外光が検出器にうまく当たらなくなるので、サンプル厚が厚い場合には、あまり大きな角度での赤外光の入射は困難になりやすい。
【００３６】
本発明は、好ましくは、▲１▼Ｓｉ中の微量III族、Ｖ族元素の検出定量、▲２▼窒素 −酸素ドナーの検出定量による、ＣＺ−Ｓｉ中の窒素濃度の定量を行うものである。
【００３７】
ドナーが、Ｐ（リン）ではなく、サーマルドナーや、窒素−酸素複合体に由来する窒素−酸素ドナーの場合でも、可視光の照射により、Ｐ（リン）の場合と同じようにサーマルドナーや窒素−酸素ドナーを中性化し、全てのサーマルドナーや、窒素−酸素ドナーの電子遷移を遠赤外域で観測できる。
【００３８】
シリコン単結晶中のボロンやリン等のIII族、Ｖ族の不純物元素は、半導体材 料としてのシリコン単結晶に電気抵抗を与える上で欠くことのできないものであり、精密に制御する必要がある。これらの不純物の検出に赤外光透過法が使われる。
【００３９】
赤外光透過法は原理的にサンプルの抵抗の拘束をあまり受けず、高抵抗結晶のみならず１０Ωｃｍ程度までの結晶に適用可能であるといわれているが、透過法であるので、通例、バルク測定となる。
【００４０】
可視光照射無しでは検出できない少数不純物元素の電子（ホール）遷移バンドを、可視光の照射により測定可能とする。
【００４１】
分光装置は、回折格子等を用いた分散型でなく、ＦＴＩＲ（Fourier transform infrared spectrophotometer）タイプのものが好ましい。このＦＴＩＲタイプの場合には、光源としてｇｌｏｂａｒ灯を用いたとしても、ｇｌｏｂａｒ灯から出た可視光は干渉計内のフィルターやビームスプリッターで通過を妨げられるので、室内でのサンプルへの可視光照射が好ましい。
【００４２】
本発明の１つの実施態様においては、２７−２８ΩｃｍのダブルドープＣＺ−Ｓｉサンプル（ｎタイプ）の、可視光照射ｏｎ／ｏｆｆの場合の低温遠赤外透過スペクトルを測定する。
【００４３】
また、可視光照射量の最適値は、可視光照射に好都合な３０゜入射を用いると得やすい。サンプルの温度は約９−１０Ｋ以下であることが好ましい。
【００４４】
可視光を照射しない場合は、多数不純物元素（リン）の１ｓ→２ｐo電子遷移 バンド（２７５．５ｃｍ-1）と１ｓ→２ｐ±空電子遷移バンド（３１６ｃｍ-1）が強く観測されるのに対し、可視光を照射する場合は、これらの強い吸収帯の高波数側の脇に、少数不純物元素（ボロン）の１ｓ→２ｐ2ホール遷移バンド（２ ７８．５ｃｍ-1）と１ｓ→２ｐ4ホール遷移バンド（３２０ｃｍ-1）が弱く観測 される。このことから、可視光照射の効果として、少数不純物の検出を確認できることがわかる。また、最適可視光照射量を求めやすい。
【００４５】
シリコン単結晶中のボロンやリン等のIII族、Ｖ族の不純物元素は、水素原子 型の電子構造を持ち、価電子帯直上や伝導帯直下に浅い不純物準位を持つ。室温では価電子帯や伝導帯にキャリアが熱励起されて不純物自体はイオン化するが、極低温ではキャリアは不純物元素に束縛され（不純物元素の中性化）、基底不純物準位に位置（populate）する。約１５Ｋ以下にサンプルを冷却すれば、遠赤外吸収により基底状態からのホール遷移（III族）や電子遷移（Ｖ族）を観測でき る。この場合、選択律によって許容される１ｓ→２ｐのような遷移が赤外活性となる。
【００４６】
シリコン単結晶にIII族とＶ族が両方含まれるような場合には、Ｖ族元素とし てリン、III族としてボロンが含まれ、リンの方が多いとすると、補償（compensate）が起こり、低温においても、すべての不純物元素が中性化するわけではな い。この場合に赤外吸収スペクトルを測定すると、中性化している［Ｐ］−［Ｂ］ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のリンの電子遷移に相当する吸収バンドのみが観測される 。
【００４７】
このサンプルに可視光（正確には、バンドギャップよりも高エネルギーの光）を照射すると、電子ホール対が生成し、補償によりイオン化した不純物元素を電子ホールでうめて中性化され、その結果、すべての不純物元素が中性化する。赤外吸収スペクトルを測定すると、［Ｐ］ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のリンの電子遷移と 、［Ｂ］ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のボロンの電子遷移に相当する吸収バンドが観測さ れる。
【００４８】
シリコン（Ｓｉ）の場合、ハンドギャップ幅は、約１．１ｅＶである。
【００４９】
本発明の別の実施態様においては、検出や定量を遠赤外透過法を用いて行なう上で垂直入射を採用し、赤外光路と異なる方向から可視光照射を行なう。主に可視光照射用の専用窓が必要となるが、光学系の装置を配備しやすくなり、装置に余裕が生まれ測定が容易になる。
【００５０】
本発明のさらに別の実施態様においては、検出や定量を遠赤外透過法を用いて行なう上で、斜め入射を採用し、赤外光路の側面より可視光照射を行なう。これにより、可視光照射赤外透過法の、Ｓｉ中の浅い不純物準位の測定への適用は、垂直入射の場合に比べて、測定を大幅に容易にする。
【００５１】
【実施例】
図２〜３は、本発明の垂直入射及び斜め入射方式の説明図である。すなわち、図２〜３は、本発明による赤外光の垂直入射及び斜め入射方式の低温測定装置に使用する真空容器を示している。
【００５２】
図２〜３において、真空容器１は、低温赤外光透過法によりシリコン単結晶のサンプル又はウエハを真空で測定する測定装置に使用する真空容器であり、真空かつ低温の内部（室内）２でシリコン単結晶のサンプル又はウエハ１１を保持するホルダー１０と、赤外光４を内部２に入れるための第１の窓５と、赤外光４を測定用の内部２から出すための第２の窓６と、可視光１２を内部２に入れるための第３の窓１３、１４とを有する。
【００５３】
斜め入射である図２（ａ）、（ｂ）および図３では、赤外光の光路４に対してシリコン単結晶のサンプル１１を約１５゜〜７５゜の角度で傾斜して配置する。好ましくは、シリコン単結晶のサンプル１１と赤外光４の光路とのなす角度はブリュースター角とする。
【００５４】
赤外光の光路４と可視光の光路１２との成す角度が約１５゜〜９０゜である。
【００５５】
図２（ａ）の例では、赤外光の光路４と可視光の光路１２との成す角度が約９０゜である。赤外光の光路４とシリコン単結晶のサンプル１１との成す角度がブリュースター角（７３．７゜）である。
【００５６】
図２（ｂ）の例では、試料１１とホルダー１０とは別に真空容器自体も傾け、可視光量を増やすことにより、確度を上げるものである。たとえば、図２（ｂ）では、真空容器を１０゜右に傾ければ、ウェーハに対する可視光の入射角も１０゜増やせ、垂直に近づくことを意味する。
【００５７】
図２（ｂ）の例では、窓５、６に対する赤外光４の入射角は１０゜である（この影響は小さい）。サンプル１１に対する入射角は２５゜である。真空容器のみを傾ける（赤外光の、試料１１とホルダー１０への入射角は不変）と、可視光の試料への入射角を６５゜から５５゜にできる。また、可視光自身が移動して入射角を変えてもよい。
【００５８】
窓１３はガラス製であり、窓５、６はＫＲＳ−５製である。
【００５９】
図２（ｃ）は垂直入射の場合の例である。垂直入射であっても、可視光用の窓を特定の部位に設けることにより、斜め入射と同様に測定が可能となる。
【００６０】
図３の実施例においては、可視光の光路１２とシリコン単結晶のサンプル１１との成す角度が約９０゜である。
【００６１】
図１からわかるように、従来の垂直入射の場合には、可視光の照射のための窓を確保するのが困難であるが、図２〜３から明らかなように、本発明の斜め入射の場合には、光照射用窓１３、１４を確保するのが容易である。
【００６２】
サンプル厚さが３ｍｍ程度までは、Ｐ偏光でブリュースター角（７３．７゜）入射が可能であり、この場合には図２（ａ）に示すような赤外光の光路４と直角の方向からの可視光１２の照射がとくに容易である。Ｐ偏光を入射することにより、サンプル内での多重反射をほぼ完全に抑制できるので、非常に良好な測定が可能になる。
【００６３】
ＣＺ−Ｓｉ（ｎタイプ、２７〜２８Ωｍ）の両面鏡面研磨のものを測定する場合、濃度が薄いと、通常の厚みのウェーハではなく、インゴットから切り出したたとえば６．７ｍｍ厚のサンプルを測定して、濃度をかせぐのが好ましい。
【００６４】
好ましい形としては、約９〜１０Ｋの低温にて３０゜入射で透過遠赤外測定を実施する。そして、光源は水銀灯とする。ビームスプリッターは、Ｍｙｌａｒ  ３．５μｍを使用する。ポリエチレン窓付きＤＴＧＳ（ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ  ｔｒｉｇｌｙｃｉｍｅ  ｓｕｌｆａｔｅ）検出器を使用し、分解能２ｃｍ-1、積算２００回にて測定する。
【００６５】
最善の実施形態としては、可視光の照射は、図３に示す方式で行ない、１２０〜１３０Ｗのハロゲンランプで照射する。低温測定には、閉サイクル冷凍機を用い、真空容器の赤外光用窓板はＫＲＳ−５をはじめポリエチレンやシリコンで作る。
【００６６】
前述の通りの条件で、図４は、可視光を照射した場合と、しない場合に測定した透過率スペクトルを示す。（レファレンスは入射光を用いている）
図４と図５に、これらを吸光度で表示して、可視光を照射した場合の値から、しない場合の値を差し引いた差吸光度スペクトル（縦軸は、ｌｏｇ10表示の吸光度）を示す。図５には、可視光強度によるスペクトルの変化が示してある。（「目盛」が大きいほど可視光強度が強く、「１０」で最大となる。）
多重反射を考慮せずに、次のLambert-Beer則を用いて、αを求める。
【００６７】
Ａln＝ｌｎＴ-1＝αｄ
ただし、Ａln：ｌｎ表示の吸光度、Ｔ：透過率、α：吸収係数、ｄ：サンプル厚（単位ｃｍ-1）
ＤＩＮにしたがって、３２０ｃｍ-1のボロンバンドから、［Ｂ］を求めると、次のとおりである。
【００６８】
［Ｂ］＝γB×α＝５．５×１０13×α＝１．４６×１０13（ｃｍ-3）
ただし、ボリューム目盛９．２の場合の結果を得た。ただし、ＰＬ測定では、８．４×１０12ｃｍ-3である。
【００６９】
前述の実施例においては、実施状況によっては、照射した可視光の反射光や乱反射光が検出器に入ることもあり得る。２６０ｃｍ-1より低波数域まで測定すると、実施状況によっては、ノイズが入ることがある。これは、測定装置により測定状況が異なり、同じ測定装置でも可動鏡の走査速度にも依存しており、走査速度をかえると、ノイズの出るスペクトル上の位置が変わることがある。そのため、可視光が検出器に入ることを確実に防止することが好ましい。
【００７０】
照射（可視）光の反射光や乱反射光が検出器に入るのを防ぐための手段を以下に例示する。
【００７１】
▲１▼図６に示すように、試料７の傾きの向きを、反射光が直接検出器に入らない方向にし、さらに、この場合のサンプル７への赤外光の入射角はθ1である。
【００７２】
▲２▼図７に示すように、図６の配置の容器１とサンプル７を一緒に左へ角度θ2 だけ回動させて、可視光１２の試料７への相対的な照射角度を同じに保ったまま、より垂直入射に近い赤外入射角度（θ1−θ2）で測定を行う。こうすれば、さらに良い結果がえられる。
【００７３】
▲３▼図８に示すように、真空容器１のみを左にθ2だけ回動させて、同じ赤外光 入射角で可視光のみをより垂直に近い角度で照射する。この場合、前述の▲１▼や▲２▼よりも、垂直照射に近い形で、可視光を照射することができる。
【００７４】
▲４▼図１〜３、６〜９の赤外光用窓５、６に、ポリエチレンやＳｉを用いる。これらの窓材は可視光が透過しにくいものであるので、可視光カットフィルターとして用いることができる。
【００７５】
前述の▲２▼の方式は、可視光照射角は、▲１▼と同じであるが、赤外光入射角はより垂直入射に近く、より特性のよい測定が可能となる。斜め入射では、偏光子なしで測定すると、入射角が０゜（垂直入射）からズレるにつれ、Ｐ偏光とＳ偏光とで反射率の差が大きくなる。入射角３０゜ぐらいまではあまり影響が出ないと考えられるが、入射角は小さいにこしたことはない。
【００７６】
また、▲３▼の方式は、赤外光入射角は▲１▼と同じであるが、真空容器１のみが左に回動しており、より垂直照射に近い可視光照射が可能である。垂直照射に近いほど、有効な可視光照射が可能である。
【００７７】
また、図９は、赤外光のθ1入射の場合に、可視光垂直照射が可能な専用の可 視光照射ガラス窓１４をもつ真空容器１を示す。このようにすれば、もっとも有効に可視光照射が可能となる。同じ可視照射光量で、もっとも多く電子ホール対を作ることができる。
【００７８】
▲１▼〜▲４▼のいずれにおいても、可視光照射遠赤外透過法によるＳｉ結晶中のドナーアクセプター不純物の検出定量をさらに有用なものとし、かつ高精度化できる。
【００７９】
実験例
格子間酸素濃度［Ｏｉ］１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴ Ｍ）、比抵抗２２ΩｃｍのボロンドープＣＺＳｉ結晶Ａと、［Ｏｉ］１．２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ）、比抵抗１９Ωｃｍのボロンドー プＣＺＳｉ結晶Ｂ（どちらもサーマルドナー消去熱処理済）を、約３．５ｍｍ厚の両面鏡面研磨する。そして、約８Ｋにて、遠赤外透過測定する。θ1＝２０゜ 、θ2＝５゜とし、入射角θ1−θ2＝１５゜で測定する。測定には、ＦＴＩＲを 使用し、光源としてグローバー灯を使用し、ビームスプリッターとしてＭｙｌａｒ６μｍを使用し、ポリエチレン窓付きＤＴＧＳ検出器を使用し、分解能は２ｃｍ-1とし、アポダイゼイション関数はＮｏｒｔｏｎ−Ｂｅｅｒ（ｗｅａｋ）とし、積算は１００回とした。低温測定には、閉サイクル冷凍機を用い、真空容器の窓板が、ＫＲＳ−５である場合と、ポリエチレンである場合について比較した。ＫＲＳ−５を用いると、今回の測定条件で測定下限波数は約２２０ｃｍ-1、ポリエチレンでは約１７５ｃｍ-1である。各測定では、ハロゲンランプ（１５０Ｗ）による可視光照射ＯＮ、ＯＦＦの場合について実施した。
【００８０】
図１０は、試料ＡのＫＲＳ−５窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【００８１】
図１１は、試料Ａのポリエチレン窓板の場合の同様なスペクトルを示す。
【００８２】
図１２は、試料ＢのＫＲＳ−５窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【００８３】
図１３は、試料Ｂのポリエチレン窓板の場合の同様なスペクトルを示す。
【００８４】
試料ＡとＢのどちらの場合でも、可視光を通すＫＲＳ−５窓板を用いた場合は、２６０ｃｍ-1近傍に強いノイズが入る。この波数位置は、可動鏡の走査速度にも依存するが、ポリエチレン窓板にすれば、このようなノイズは大幅に小さくなる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、前に述べたように、低温（遠）赤外吸収により、次のような効果が得られる。
【００８６】
▲１▼垂直入射の場合、可視光を試料に斜め方向から照射することにより、その効果を得るのに、場所的な余裕が生まれる。
【００８７】
▲２▼可視光照射を行う際に、プローブ光である赤外光の斜め入射を行うと、可視光を照射するための場所的な余裕がさらに生まれ、可視光照射が非常に容易になる。
【００８８】
▲３▼シリコン単結晶中のIII族及びＶ族の不純物元素を検出できる。
【００８９】
▲４▼シリコン単結晶中の窒素−酸素ドナーの検出を行なうことができる。
【００９０】
なお、本発明は、前述の実施例や図面に限られるものではない。例えば、図２などの図面で赤外光軸４について線対称にしたものも、本発明の範囲に入ることは、もちろんである。また、可視光の照射の向きはどちらでもよい。すなわち試料の表面からあててもよいし、裏面からあててもよい。さらに、本発明の方向は、二次元的に説明したが、たとえば可視光は鉛直方向など三次元的に赤外光軸と斜め方向となってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の垂直入射方式の低温測定装置の概略を示す。
【図２】（ａ）は、本発明の１つの実施例による赤外光の斜め入射方式の低温測定装置の概略を示す。（ｂ）は、本発明の他の実施例による赤外光の斜め入射方式の低温測定装置の概略を示す。（ｃ）は、本発明の１つの実施例による赤外光の垂直入射方式の低温測定装置の概略を示す。
【図３】本発明のさらに他の実施例による赤外光を斜めに入射する方式の低温測定装置の概略を示す。
【図４】低温３０゜入射赤外透過スペクトルを示す。
【図５】低温３０゜入射赤外差吸光度スペクトルを示す。
【図６】赤外光θ1入射用低温測定真空容器を示す。赤外用窓には垂直入射している。 上から見た図である。
【図７】図６で示した真空容器を試料とともに左にθ2回転した図。赤外光はθ1−θ2 入射である。上から見た図である。
【図８】図６で示した真空容器を、真空容器のみ左にθ2回転した図である。赤外光は θ1入射である。上から見た図である。
【図９】赤外光θ1入射で、可視光が垂直照射可能な真空容器を示す。上から見た図で ある。
【図１０】試料ＡのＫＲＳ−５窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【図１１】試料Ａのポリエチレン窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【図１２】試料ＢのＫＲＳ−５窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【図１３】試料Ｂのポリエチレン窓板の場合の可視光ＯＮ、ＯＦＦの低温遠赤外透過スペクトルを示す。
【符号の説明】
１  真空容器
２  真空容器の内部
３  ホルダー
４  赤外光
５  第１の窓
６  第２の窓
７  サンプル
１０  ホルダー
１１  サンプル又はウエハ
１２  可視光
１３、１４  第３の窓（ガラス製）
【図１】
0004220167.tif 000002
【図２】
0004220167.tif 000003
【図３】
0004220167.tif 000004
【図４】
0004220167.tif 000005
【図５】
0004220167.tif 000006
【図６】
0004220167.tif 000007
【図７】
0004220167.tif 000008
【図８】
0004220167.tif 000009
【図９】
0004220167.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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