(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用電極を用いて半導体ウエハの電気的特性値を非接触で測定するための電気特性測定装置であって、
前記半導体ウエハの複数の第１の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的大きく保った状態で、前記半導体ウエハの第１の電気的特性値を第１の測定手法に従って測定する第１の非接触測定手段と、
前記複数の第１の測定点の中から選択された複数の第２の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的小さく保った状態で、前記半導体ウエハの前記第１の電気的特性値と異なる第２の電気的特性値を前記第１の測定手法と異なる第２の測定手法に従って測定する第２の非接触測定手段と、
前記複数の第２の測定点に関して得られた前記第１と第２の電気的特性値の相関関係に従って、前記複数の第１の測定点に関する前記第２の電気的特性値を前記第１の電気的特性値から推定する特性推定手段と、
を備えることを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気特性測定装置であって、
前記第１の測定手法は、
前記半導体ウエハに光を照射することにより変化する半導体ウエハの表面光電圧を前記第１の電気的特性値として測定する表面光電圧測定手法と、
前記半導体ウエハと前記測定用電極とのギャップを時間的に変化させつつ前記半導体ウエハの表面電位を前記第１の電気的特性値として測定する振動容量電位測定手法と、のうちの一方であり、
前記第２の測定手法は、
前記半導体ウエハのＣ−Ｖ特性から得られる電気的特性値を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−Ｖ特性測定手法と、
前記半導体ウエハのＣ−ｔ特性から得られる電気的特性値を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−ｔ特性測定手法と、のうちの一方である、電気特性測定装置。
【請求項３】
測定用電極を用いて半導体ウエハの電気的特性値を非接触で測定するための電気特性測定方法であって、
（ａ）前記半導体ウエハの複数の第１の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的大きく保った状態で、前記半導体ウエハの第１の電気的特性値を第１の測定手法に従って測定する工程と、
（ｂ）前記複数の第１の測定点の中から複数の第２の測定点を選択する工程と、
（ｃ）前記複数の第２の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的小さく保った状態で、前記半導体ウエハの前記第１の電気的特性値と異なる第２の電気的特性値を前記第１の測定手法と異なる第２の測定手法に従って測定する工程と、
（ｄ）前記複数の第２の測定点に関して得られた前記第１と第２の電気的特性値の相関関係に従って、前記複数の第１の測定点に関する前記第２の電気的特性値を前記第１の電気的特性値から推定する工程と、
を備えることを特徴とする電気特性測定方法。
【請求項４】
請求項３記載の電気特性測定方法であって、
前記工程（ａ）の前記第１の測定手法は、
前記半導体ウエハに光を照射することにより変化する半導体ウエハの表面光電圧を前記第１の電気的特性値として測定する表面光電圧測定手法と、
前記半導体ウエハと前記測定用電極とのギャップを時間的に変化させつつ前記半導体ウエハの表面電位を前記第１の電気的特性値として測定する振動容量電位測定手法と、のうちの一方であり、
前記工程（ｃ）の前記第２の測定手法は、
前記半導体ウエハのＣ−Ｖ特性を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−Ｖ特性測定手法と、
前記半導体ウエハのＣ−ｔ特性を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−ｔ特性測定手法と、のうちの一方である、電気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハの電気的特性を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスが完成するまでには、様々な工程、例えば、酸化膜を形成するための成膜工程、洗浄工程、不純物イオンを注入するためのイオン注入工程等を経る。これらの工程を経て完成する半導体デバイスの品質を管理するためには、完成までの各工程において、品質を管理することが必要である。各工程における評価は、非接触測定方法が望ましい。
【０００３】
品質管理のための評価方法としては、従来から、容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性測定や容量−時間（Ｃ−ｔ）特性測定などの定量的な測定が行われている。Ｃ−Ｖ特性やＣ−ｔ特性を非接触で測定する非接触測定装置としては、例えば、本出願人により開示された特開平４−１３２２３６号公報に記載されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｃ−Ｖ特性測定やＣ−ｔ特性測定を非接触で行う場合には、測定用電極を半導体ウエハ表面の極く近傍（１μｍ以下）に近づける必要がある。このため、測定用電極とウエハ表面とのギャップの調整に数分程度のかなり長い時間を要していた。このため、多数の測定点について測定したい場合には膨大な時間を要するという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハ上の複数の測定点における電気的特性値を短時間に、略定量的に測定することができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の電気特性測定装置は、測定用電極を用いて半導体ウエハの電気的特性値を非接触で測定するための電気特性測定装置であって、
前記半導体ウエハの複数の第１の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的大きく保った状態で、前記半導体ウエハの第１の電気的特性値を第１の測定手法に従って測定する第１の非接触測定手段と、
前記複数の第１の測定点の中から選択された複数の第２の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的小さく保った状態で、前記半導体ウエハの第２の電気的特性値を第２の測定手法に従って測定する第２の非接触測定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
この電気特性測定装置の第１の非接触測定手段では、測定用電極と半導体ウエハとのギャップを比較的大きく保って測定するため、比較的多数の第１の測定点について短時間に第１の電気的特性値を測定することができる。また、第２の非接触測定手段では、ギャップを比較的小さく保って測定するため、測定時間が長くかかる。しかし、第２の測定手段によって測定する測定点は、複数の第１の測定点のうちから選択された比較的少数の第２の測定点のみであるため、第１の測定点の全てについて第２の電気的特性値を測定する場合に比べて、測定時間を短くすることができる。また、複数の第２の測定点に関して得られた第１と第２の電気的特性値の相関関係に従って、複数の第１の測定点に関する第２の電気的特性値を第１の電気的特性値から推定すれば、半導体ウエハ上の複数の第１の測定点における第２の電気的特性値を短時間に、略定量的に測定することが可能となる。
【０００８】
さらに、上記電気特性測定装置において、
前記複数の第２の測定点に関して得られた前記第１と第２の電気的特性値の相関関係に従って、前記複数の第１の測定点に関する前記第２の電気的特性値を前記第１の電気的特性値から推定する特性推定手段を備えることが好ましい。
【０００９】
この測定装置においては、特性推定手段を備えているので、第１と第２の電気的特性の相関関係に従って、複数の第１の測定点に関する第２の電気的特性値を略定量的に自動的に推定することができる。
【００１０】
上記電気特性測定装置において、
前記第１の測定手法は、
前記半導体ウエハに光を照射することにより変化する半導体ウエハの表面光電圧を前記第１の電気的特性値として測定する表面光電圧測定手法と、
前記半導体ウエハと前記測定用電極とのギャップを時間的に変化させつつ前記半導体ウエハの表面電位を前記第１の電気的特性値として測定する振動容量電位測定手法と、のうちの一方であり、
前記第２の測定手法は、
前記半導体ウエハのＣ−Ｖ特性から得られる電気的特性値を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−Ｖ特性測定手法と、
前記半導体ウエハのＣ−ｔ特性から得られる電気的特性値を前記第２の電気的特性値として測定するＣ−ｔ特性測定手法と、のうちの一方であることが好ましい。
【００１１】
このように、第１の測定手法として表面光電圧測定手法や振動容量電位測定手法を採用すれば、複数の第１の測定点における第１の電気的特性値を短時間に得ることができる。また、複数の第２の測定手法としてＣ−Ｖ特性測定手法やＣ−ｔ特性測定手法を採用すれば、第２の測定点における第２の電気的特性値を定量的に得ることができる。
【００１２】
本発明の電気特性測定方法は、測定用電極を用いて半導体ウエハの電気的特性値を非接触で測定するための電気特性測定方法であって、
（ａ）前記半導体ウエハの複数の第１の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的大きく保った状態で、前記半導体ウエハの第１の電気的特性値を第１の測定手法に従って測定する工程と、
（ｂ）前記複数の第１の測定点の中から複数の第２の測定点を選択する工程と、
（ｃ）前記複数の第２の測定点において、前記測定用電極と前記半導体ウエハとのギャップを比較的小さく保った状態で、前記半導体ウエハの第２の電気的特性値を第２の測定手法に従って測定する工程と、
（ｄ）前記複数の第２の測定点に関して得られた前記第１と第２の電気的特性値の相関関係に従って、前記複数の第１の測定点に関する前記第２の電気的特性値を前記第１の電気的特性値から推定する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
この電気特性測定方法によっても、上記電気特性測定装置と同様に、比較的多数の第１の測定点について、第２の電気的特性値を短時間に略定量的に得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明による第１実施例としての電気特性測定装置ＭＤ１の構成を示す説明図である。この測定装置ＭＤ１は、半導体ウエハの表面光電圧（ＳＰＶ）、および、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）を非接触で測定するための装置である。本測定装置ＭＤ１は、ステッピングモータ１と、ステッピングモータ１の下部に設置された圧電アクチュエータ２と、圧電アクチュエータ２のさらに下部に設置された架台３とを備えている。架台３の底面にはプリズム４が設置されている。架台３の一方の斜面にはＧａＡｌＡｓレーザなどの発光素子５が固定され、他方の斜面には受光素子６が固定されている。
【００１５】
プリズム４の底面４ａは、半導体ウエハ１００を載置する試料台７の表面（ＸＹ平面と平行な平面）と平行に設置されている。プリズム４の底面４ａには、円形の測定用電極２０１が形成されている。プリズム４の下方には、ギャップＧを介して半導体ウエハ１００が金属製の試料台７上に保持されており、半導体ウエハ１００の表面１００ａがプリズム４の底面４ａとほぼ平行になるように設定されている。この測定装置ＭＤ１では、特開平４−１３２２３６号公報に詳述されているように、プリズム４の底面４ａで全反射されるレーザ光のトンネル効果を利用することによって、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定時のギャップＧの値を測定している。なお、半導体ウエハ１００は、試料台７を介して真空ポンプ８により吸着されて保持されている。また、試料台７は、ステージ９上に固定されている。
【００１６】
ステッピングモータ１、圧電アクチュエータ２および架台３の内部中央には、光源１０から出射される光を半導体ウエハ１００に導くための光ファイバ１８と、集光レンズ１９とが備えられている。光ファイバ１８の経路の途中には、光源から出射される光を単色光とするためのフィルタ１６、および、機械的に断続光を発生させるためのチョッパ１７が備えられている。チョッパ１７は、内部に遮光板を備えており、遮光板を軸１７ａを中心として回転させることにより断続光を生成する。
【００１７】
ステッピングモータ１および圧電アクチュエータ２には、Ｚ位置制御装置１１が接続されている。ステッピングモータ１と圧電アクチュエータ２は、Ｚ位置制御装置１１から入力される信号に応じて架台３をｚ方向（鉛直方向）に移動させ、これにより、測定用電極２０１と半導体ウエハ１００の表面１００ａとのギャップＧを調整する。ステッピングモータ１は比較的大きな距離の移動（粗動）に用いられ、圧電アクチュエータ２は、比較的小さな距離の移動（微動）に用いられる。受光素子６には光量測定器１２が接続されており、また、測定用電極２０１と金属製の試料台７には容量測定器１３がそれぞれ接続されている。容量測定器１３は、測定用電極２０１と試料台７との間の合成容量Ｃ、および、半導体ウエハ１００の表面１００ａの電圧を測定するための機器である。容量測定器１３には、ＳＰＶ測定時に使用される同期信号ＳＹＮＣ１がチョッパ１７から供給されている。ステージ９には、ＸΘ位置制御装置１５が接続されている、ステージ９は、ＸΘ位置制御装置１５から入力される信号に応じてＸ方向へ移動し、あるいは、試料台７の中心を中心軸として回転する。Ｚ位置制御装置１１、光量測定器１２、容量測定器１３およびＸΘ位置制御装置１５は、ホストコントローラ３０に接続されており、このホストコントローラ３０によって測定装置ＭＤ１全体の制御や、得られたデータの処理が行なわれる。なお、ホストコントローラ３０としては、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。
【００１８】
図２は、プリズム４の底面４ａの概略構成を示す説明図である。プリズム４の底面４ａには、測定用電極２０１と、ガードリング１２０と、３つの平行度調整用電極１１１〜１１３とが形成されている。なお、各電極２０１，１２０，１１１〜１１３の配線については図示が省略されている。
【００１９】
測定用電極２０１は、円形に形成された透明電極である。この電極は、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定時、およびＳＰＶ測定時に使用される。測定用電極２０１は透明電極であるため、集光レンズ１９（図１）により集光された光は、測定用電極２０１を透過して半導体ウエハ１００を照射する。なお、透明電極としてはＩＴＯ膜（Ｉｎ−Ｓｎ酸化膜）などを利用することができる。
【００２０】
３つの平行度調整用電極１１１〜１１３は、３つに等分割されたリング状の形状を有している。平行度調整用電極１１１〜１１３は、プリズム４（図１）の底面４ａと半導体ウエハ１００の表面１００ａとの平行度を調整する際に利用される電極である。すなわち、圧電アクチュエータ２のピエゾ素子の伸び量を調整してプリズム４の底面４ａの傾きを調整し、各電極１１１〜１１３の容量値を互いに等しくするようにすれば、プリズム４の底面４ａと半導体ウエハ１００の表面１００ａとを平行にすることができる。また、平行度調整用電極１１１〜１１３から得られる容量値は、測定用電極２０１を下降させる際に、電極２０１と表面１００ａとのギャップＧの概略の値を求めるためにも利用される。すなわち、これらの容量値を測定しながらＺ位置制御装置１１がステッピングモータ１および圧電アクチュエータ２を制御して、測定用電極２０１を半導体ウエハ１００と接触しないように表面１００ａに徐々に近づけることができる。
【００２１】
ガードリング１２０は、測定用電極２０１と平行度調整用電極１１１〜１１３との間に設けられたリング状の電極である。ガードリング１２０は所定の電位（例えば接地電位）に保たれており、４つの電極２０１、１１１〜１１３の間の相互作用を防止する役割を有する。このようなガードリング１２０を設けることによって、平行度調整用電極１１１〜１１３からの影響を受けずに測定用電極２０１の容量値を測定できるので、電気測定の測定精度を向上させることができるという利点がある。また、３つの平行度調整用電極１１１〜１１３の容量値も互いに影響されずに測定できるので、プリズム４の底面４ａと半導体ウエハ１００の表面１００ａとの間の平行度をより高精度で調整できるという利点がある。
【００２２】
図３は、この電気特性測定装置ＭＤ１における測定手順を示すフローチャートである。ステップＳ１ａにおいては、半導体ウエハ１００上の多数の測定点においてＳＰＶ信号を測定する。ＳＰＶ測定では、半導体ウエハ１００と測定用電極２０１とのギャップＧが、後述するＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定に比べて大きくても測定可能であるため、比較的短時間に多数の測定点で測定を行うことができる。
【００２３】
ＳＰＶ測定では、まず、図１に示すＸΘ位置制御装置１５が試料台７の位置を制御することにより、半導体ウエハ１００上の所定の測定点を測定用電極２０１の下に移動させる。次に、Ｚ位置制御装置１１が測定用電極２０１を下降させて半導体ウエハ１００の表面１００ａとのギャップＧが所定の値になるまで近づける。なお、ＳＰＶ測定においては、ギャップＧは０．２ｍｍ程度と比較的大きいので、Ｚ位置制御装置１１はステッピングモータ１のみを制御して測定用電極２０１を下降させる。
【００２４】
こうして測定用電極２０１の位置決めが終了すると、光源１０から照明光が出射される。光源１０からの光は、チョッパ１７によって単色の断続光となり測定用電極２０１（透明電極）を介して半導体ウエハ１００の表面１００ａに照射される。この光の照射によって、半導体ウエハ１００の表面付近に電子正孔対が発生する。このとき、半導体ウエハ１００の内部に空乏層が形成されていると、光の照射によって発生した電子正孔対が、空乏層内の電界により移動してウエハ表面の電圧を変化させる。この変化量が容量測定器１３によって、ＳＰＶ信号として測定される。なお、測定点１点あたりに要する表面光電圧の測定時間は数秒である。
【００２５】
１つの測定点における測定が終了すると、ＸΘ位置制御装置１５が再び試料台７を移動させて測定点を変更し、同様の測定を繰り返す。なお、ＳＰＶ測定では、前述したようにギャップＧが０．２ｍｍ程度と比較的大きいため、測定点の移動の際に測定用電極２０１のＺ位置を変更する必要はない。ＳＰＶ測定を行うときには、ＳＰＶ信号の測定に要する時間、および、位置決めに要する時間が短時間で済むため、多数の測定点における測定を比較的短時間で行うことができる。
【００２６】
このＳＰＶ測定の測定結果からは、半導体ウエハ１００の表面１００ａ近傍の電気的特性（例えば、酸化膜中の不純物イオンや少数キャリアのライフタイム）を定量的に示す値を直接得ることは難しいが、測定時間は比較的短い。一方、後述するＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）の測定結果からは、半導体ウエハ１００の表面１００ａ近傍の電気的特性を定量的に示す値が得られるが、Ｃ−Ｖ特性やＣ−ｔ特性を非接触で行う際に、ギャップＧを約１μｍ以下に調整しなければならないので測定時間が比較的長くかかる。そこで、本実施例では、以下に説明するように、ＳＰＶ測定とＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定とを組み合わせて使用することによって、多数の測定点に関する電気的特性値の略定量的に、かつ、比較的短時間で得られるように工夫している。
【００２７】
図３のステップＳ２ａにおいては、多数の測定点におけるＳＰＶ測定の測定結果に基づいて、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定を行う少数の測定点を選択する。例えば、ＳＰＶ測定の測定値（ＳＰＶ信号値）の最大値を示す１つの測定値と、最小値を示す１つの測定値と、最大値と最小値の中間の値を示すいくつかの測定点とが選択される。なお、これらの測定点の選択はホストコントローラ３０（図１）によって自動的に行われる。
【００２８】
ステップＳ３ａにおいては、ステップＳ２ａにおいて選択された少数の測定点において、半導体ウエハ１００のＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）を測定する。Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定では、まず、図１に示すＸΘ位置制御装置１５が試料台７を移動させて、ステップＳ２ａにおいて選択された所定の測定点を測定用電極２０１の下に移動させる。次に、Ｚ位置制御装置１１が測定用電極２０１を下降させて半導体ウエハ１００との間のギャップＧが所定の値（例えば０．３μｍ）となるまで近づける。Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定においては、ギャップＧは０．３μｍ程度と小さいため、Ｚ位置制御装置１１はステッピングモータ１および圧電アクチュエータ２の双方を制御することによって測定用電極２０１を下降させる。すなわち、測定用電極２０１を粗動させるときにはステッピングモータ１を制御し、微動させるときには圧電アクチュエータ２を制御する。これにより、測定用電極２０１を半導体ウエハ１００の表面１００ａに衝突させることなく、その近傍に近づけることができる。
【００２９】
測定用電極２０１を半導体ウエハ１００の表面１００ａ近傍に移動させた後、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）を測定する。なお、Ｃ−Ｖ特性測定においては、測定点１点について要する測定時間は５分程度である。
【００３０】
１つの測定点における測定が終了すると、Ｚ位置制御装置が、半導体ウエハ１００の表面１００ａと測定用電極２０１とのギャップＧが十分大きくなる位置まで電極２０１を上昇させる。この後、ＸΘ位置制御装置１５が試料台７を移動させることにより、測定点を変更し、同様の測定を繰り返す。このようなＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定においては、測定点１点あたりの測定および位置決めに計１０分程度の時間を要する。しかし、ステップＳ２ａにおいて少数の測定点が選択されているため、全体の測定時間も比較的短時間で済む。
【００３１】
図３のステップＳ４ａにおいては、ステップＳ１ａにおいて得られたＳＰＶ測定の測定結果（特性値）と、ステップＳ３ａにおいて得られたＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定の測定結果（特性値）との相関関係を求める。Ｃ−Ｖ特性測定の測定結果からは、フラットバンド電圧Ｖfbや、ウエハの総電荷量Ｎfb、酸化膜中の電荷量Ｎox、界面準位に起因する電荷量Ｎitなどの定量的な電気的特性値が得られる。また、Ｃ−ｔ測定の測定結果からは、少数キャリアのライフタイムτ、表面再結合速度Ｓなどの定量的な電気的特性値が得られる。したがって、これらの種々の電気的特性値とＳＰＶ信号値との相関関係を求めることができる。
【００３２】
図４は、ｎ型半導体ウエハのＣ−Ｖ特性とＳＰＶ信号値との関係を示す説明図である。図４（ａ）に示すように、Ｃ−Ｖ特性は、印加電圧Ｖのレベルに応じて、蓄積領域▲１▼と、空乏領域▲２▼と、反転領域▲３▼とに区分される。ただし、個々のウエハのＣ−Ｖ特性は、ウエハ表面近傍の電気的特性（絶縁膜中の不純物イオン量等）に応じて図４（ｂ），（ｃ）に示すように左右にシフトし、これに応じてフラットバンド電圧Ｖfbの値もシフトする。蓄積領域▲１▼ではウエハ表面近傍に空乏層はほとんど形成されず、空乏領域▲２▼では反転領域▲３▼に近づくほど空乏層が成長してゆく。そして、反転領域▲３▼では、一定の幅（深さ）の空乏層が形成される。ところで、ＳＰＶ測定において測定されるウエハ表面の電圧変化は、ウエハ表面を光で照射したときに発生する電子正孔対が空乏層の電界に応じて移動する、という現象によって生起されたものである。従って、ＳＰＶ測定で得られるＳＰＶ信号値は、空乏層の幅に依存する。
【００３３】
ここで、印加電圧が０Ｖの状態でＳＰＶ測定が行われると仮定すると、この状態におけるウエハ表面近傍の空乏層の幅がＳＰＶ信号値に影響する。例えば、図４（ｂ）のように、フラットバンド電圧Ｖfbが０Ｖに近いウエハに関してＳＰＶ測定を行った場合には、ウエハ表面近傍に空乏層があまり成長してないので、比較的小さなＳＰＶ信号値が得られるだけである。一方、図４（ｃ）のように、フラットバンド電圧Ｖfbが大幅にプラス側にシフトしたウエハに関してＳＰＶ測定を行うと、印加電圧が０Ｖでもウエハ表面近傍に大きな空乏層が成長しているので、比較的大きなＳＰＶ信号値が得られる。
【００３４】
このように、ｎ型半導体ウエハのフラットバンド電圧ＶfbとＳＰＶ信号値とは、フラットバンド電圧Ｖfbが大きいほど、ＳＰＶ信号値は大きくなるという関係を有しており、ＳＰＶ信号値は、フラットバンド電圧Ｖfbと正の相関があることが分かる。ｐ型半導体ウエハに関しては、逆にＳＰＶ信号値はフラットバンド電圧Ｖfbと負の相関がある。
【００３５】
図５は、図３のステップＳ４ａにおいて得られる相関関係の一例を示すグラフである。図５は、図４に示すｎ型半導体ウエハのフラットバンド電圧ＶfbとＳＰＶ信号値との相関関係、および、ｐ型半導体ウエハにおける同様の相関関係を示している。上述のように、ｎ型半導体ウエハにおいては、フラットバンド電圧Ｖfbが大きくなるとともに、ＳＰＶ信号値も大きくなっている。一方、ｐ型半導体ウエハについては、フラットバンド電圧が小さくなるとともにＳＰＶ信号値は大きくなっている。なお、図５に示す「○」印は、ｎ型半導体ウエハについては５点、ｐ型半導体ウエハについては６点の測定点が、ステップＳ２ａにおいて選択されていることを示している。なお、図５に示すような相関関係はホストコントローラ３０（図１）内部に備えられた特性推定手段３２において作成される。
【００３６】
このようにして、ＳＰＶ信号値と、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定から導き出される定量的な特性値とを関連付けることができる。したがって、ステップＳ１ａにおいて得られていた多数の測定点についてのＳＰＶ信号値と、図５に示す相関関係とから、多数の測定点についてのフラットバンド電圧Ｖfbの略定量的な値を推定することができる。なお、半導体ウエハの面内分布が得られるように第１の測定点を特定して第１の電気的特性値を測定すれば、半導体ウエハの第２の電気的特性値の面内分布を略定量的に知ることができる。
【００３７】
なお、以上の説明からも分かるように、図１に示す電気特性測定装置ＭＤ１が本発明における第１の非接触測定手段に相当し、光学系１０，１６，１７，１８，１９を除いた電気特性測定装置ＭＤ１が本発明における第２の非接触測定手段に相当する。
【００３８】
Ｂ．第２実施例：
図６は、本発明の第２実施例としての電気特性測定装置ＭＤ２の構成を示す説明図である。図６に示す測定装置ＭＤ２も、図１に示す測定装置ＭＤ１と同じように半導体ウエハ１００の表面光電圧（ＳＰＶ）、および、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）を非接触で測定する機能を有している。また、測定装置ＭＤ２は、測定装置ＭＤ１とほぼ同じ構成であるが、ＳＰＶ信号を測定するための測定系のうち、ウエハ表面に光を照射するための光学系が異なっている。
【００３９】
本実施例における測定装置ＭＤ２においては、第１実施例における測定装置ＭＤ１（図１）の光源１０、フィルタ１６、チョッパ１７に替えて、半導体レーザ２０およびレーザ制御装置２１が備えられている。半導体レーザ２０から出射される光は単色光であり、また、レーザ制御装置２１における制御により半導体レーザ２０を電気的にＯＮ／ＯＦＦさせることが可能であるため、測定装置ＭＤ１と同様の断続光を得ることができる。なお、容量測定器１３には、ＳＰＶ測定時に使用するために、第１実施例におけるチョッパ１７（図１）に替えてレーザ制御装置２１から同期信号ＳＹＮＣ２が入力されている。
【００４０】
本実施例における測定装置ＭＤ２を用いても、第１実施例における測定装置ＭＤ１と同様に、ＳＰＶ測定およびＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定を行うことができる。したがって、ＳＰＶ測定の測定結果と、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定の測定結果とから、図５に示すような相関関係を得ることができる。
【００４１】
なお、本実施例においては、電気特性測定装置ＭＤ２が本発明における第１の非接触測定手段に相当し、光学系１９，２０，２１を除いた電気特性測定装置ＭＤ１が本発明における第２の非接触測定手段に相当する。
【００４２】
Ｃ．第３実施例：
図７は、本発明の第３実施例としての電気特性測定装置ＭＤ３の構成を示す説明図である。図７に示す測定装置ＭＤ３は、半導体ウエハの表面電位、および、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）を非接触で測定するための装置である。本測定装置ＭＤ３は、図１に示す第１実施例の測定装置ＭＤ１から、いくつかの構成要素５，６，１０，１２，１６〜１９を省略し、振動容量電位測定器２２と、セレクタ２３とを追加した構成を有している。振動容量電位測定器２２は、半導体ウエハ１００の表面１００ａの電位を測定するための機器である。容量測定器１３と振動容量電位測定器２２との切換はセレクタ２３で行われる。
【００４３】
なお、本測定装置ＭＤ３には、図１の測定装置ＭＤ１においてギャップＧを測定するために用いられる発光素子５、受光素子６、光量測定器１２は備えられておらず、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定時のギャップＧは、プリズム４の底面４ａに形成されている平行度調整用電極１１１〜１１３によって得られる容量値によって決定される。
【００４４】
図８は、電気特性測定装置ＭＤ３における測定手順を示すフローチャートである。本測定装置ＭＤ３を用いたときの測定手順は、図３に示すフローチャートとほぼ同じ手順であり、最初のステップＳ１ｂにおいてＳＰＶ測定の代わりに、振動容量電位計法（ケルビン法）によるウエハの表面電位を測定する点が異なる。
【００４５】
図８に示すステップＳ１ｂにおいては、半導体ウエハ１００における比較的多くの点を測定点として、各測定点においてケルビン法を用いて半導体ウエハ１００の表面電位を測定する。ケルビン法を用いた測定においては、半導体ウエハ１００の表面１００ａと、測定用電極２０１とのギャップＧは、２ｍｍ程度と大きいので、ステッピングモータ１のみを制御することにより測定用電極２０１のＺ位置を決定することができる。また、測定点の変更の際には、ギャップＧが大きいため、Ｚ位置を変更しなくてもよい。ケルビン法を用いてウエハの表面電位を測定するときには、測定に要する時間、および、位置決めに要する時間が短時間であるため、多数の測定点における測定を比較的短時間で行うことができる。
【００４６】
半導体ウエハ１００の表面電位測定時には、測定用電極２０１をＺ方向に振動させて行う。測定用電極２０１の振動は、圧電アクチュエータ２によって行われる。
【００４７】
図９は、ケルビン法を用いた表面電位測定の概略を示す説明図である。半導体ウエハ１００と測定用電極２０１とをエアーギャップを介して対向させた際に、半導体ウエハ１００の表面１００ａでの電位をＶとすると、測定用電極２０１には半導体ウエハ１００と測定用電極２０１との間の容量Ｃｋに応じた電荷Ｑ’（＝Ｃk・Ｖ）が誘導される。このとき圧電アクチュエータ２（図７）により測定用電極２０１を振動させると、容量Ｃｋが変化するため、測定用電極２０１に誘導される電荷量Ｑ’も時間的に変化する。この結果、測定用電極２０１に出入りする電流ｉが発生し、電流ｉは、振動容量電位測定器２２の内部に備えられた電流計により検出される。このとき、振動容量電位測定器２２の内部に備えられた電圧発生器により、測定用電極２０１にバイアス電圧Ｖを加えて、測定用電極２０１と半導体ウエハ１００の表面１００ａとの電位差を０となるようにすれば電極２０１を振動させても電流ｉは発生しなくなる。そのときのバイアス電圧Ｖから半導体ウエハ１００の表面電位を知ることができる。なお、ケルビン法は、周知のものであり、Z.Physin,115,296(1940年)に所載のB.ギゼ(Gysae)及びS.ワーゲナー(Wagener)の論文に詳細に開示されている。
【００４８】
このケルビン法を用いた表面電位測定の測定結果からは、半導体ウエハ１００の表面１００ａ近傍の電気的特性（例えば、酸化膜中の不純物イオンや少数キャリアのライフタイム）を定量的に示す値を直接得ることは難しい。しかし、第１、第２実施例と同様にケルビン法を用いた表面電位測定とＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定とを組み合わせて使用することによって、多数の測定点に関する定量的な電気的特性値を得ることができる。なお、ステップＳ２ｂ〜Ｓ４ｂは、図３に示すステップＳ２ａ〜Ｓ４ａと実質的に同じなので説明を省略する。
【００４９】
なお、以上の説明からも分かるように、本実施例においては、容量測定器１３を除く電気特性測定装置ＭＤ３が第１の非接触測定手段に相当し、振動容量電位測定器２２を除く測定装置ＭＤ３が第２の非接触測定手段に相当する。
【００５０】
以上説明したように、上記実施例では、多数の測定点について、ＳＰＶ測定あるいはケルビン法による表面電位測定などのような簡易的な第１の測定を行い、また、少数の測定点については、Ｃ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定などのような特定の電気的特性に関する定量的な値が得られる第２の測定を行って、第１と第２の測定結果の相関関係を決定することによって、多数の測定点における電気的特性値の略定量的な値を比較的短時間で得ることができる。
【００５１】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
（１）上記実施例においては、比較的大きなギャップで行う第１の非接触測定として、ＳＰＶ測定あるいはケルビン法を用いた表面電位測定を行っているが、他の測定手法を用いて測定してもよい。すなわち、比較的大きなギャップで行う第１の測定手法としては、定量的な測定結果と相関のある測定結果が得られるような種々の測定手法を採用することができる。例えば、半導体表面に光を照射したときのマイクロ波の反射率を測定する光減衰法（μ−ＰＣＤ法）による測定手法を採用することも可能である。なお、μ−ＰＣＤ法による測定は、光照射により発生した半導体基板内部の少数キャリアの再結合過程を、基板表面おけるマイクロ波の反射率から測定するものである。
【００５３】
（２）上記第１および第２実施例においては、測定用電極２０１をＳＰＶ測定時およびＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定時の双方で用いているが、測定用電極はそれぞれ別個に準備してもよい。同様に、上記第３実施例においては、測定用電極２０１をケルビン法を用いた表面電位測定時およびＣ−Ｖ特性（またはＣ−ｔ特性）測定時の双方で用いているが、測定用電極はそれぞれ別個に準備してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例としての電気特性測定装置ＭＤ１の構成を示す説明図。
【図２】プリズム４の底面４ａの概略構成を示す説明図。
【図３】電気特性測定装置ＭＤ１における測定手順を示すフローチャート。
【図４】Ｃ−Ｖ特性とＳＰＶ信号との関係を示す説明図。
【図５】図３のステップＳ４ａにおいて得られる相関関係の一例を示すグラフ。
【図６】本発明の第２実施例としての電気特性測定装置ＭＤ２の構成を示す説明図。
【図７】本発明の第３実施例としての電気特性測定装置ＭＤ３の構成を示す説明図。
【図８】電気特性測定装置ＭＤ３における測定手順を示すフローチャート
【図９】ケルビン法を用いた表面電位測定の概略を示す説明図。
【符号の説明】
１…ステッピングモータ
２…圧電アクチュエータ
３…架台
４…プリズム
４ａ…プリズム底面
５…発光素子
６…受光素子
７…試料台
８…真空ポンプ
９…ステージ
１０…光源
１１…Ｚ位置制御装置
１２…光量測定器
１３…容量測定器
１５…ＸΘ位置制御装置
１６…フィルタ
１７…チョッパ
１７ａ…軸
１８…光ファイバ
１９…集光レンズ
２０…半導体レーザ
２１…レーザ制御装置
２２…振動容量電位測定器
２３…セレクタ
３０…ホストコントローラ
３２…特性推定手段
１００…半導体ウエハ
１００ａ…表面
１１１〜１１３…平行度調整用電極
１２０…ガードリング
２０１…測定用電極
Ｇ…ギャップ
ＭＤ１〜ＭＤ３…電気特性測定装置
【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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