JP2007043019A - 半導体評価装置および半導体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い感度で基板を評価可能な半導体評価装置を提供する。
【解決手段】 半導体評価装置は、半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザＰｂを含む。第１ハーフミラーＭｈ２は、第１プローブ光の一部の第２プローブ光を第１プローブ光から取り出す。光測定器Ｄは、第１プローブ光が半導体基板により反射されることにより得られる第１反射プローブ光と、第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体評価装置および半導体処理装置に関し、例えば、半導体装置製造の際の不純物導入工程、アニール工程時の評価に関する。

半導体ウェハ上に集積回路を形成する一連の製造工程には、通常、電荷を帯びた原子あるいは分子を半導体ウェハに打ち込むイオン注入工程が含まれる。イオン注入に伴い、注入イオンと半導体ウェハ中の結晶格子とが衝突し、半導体ウェハ内に格子間原子や原子空孔などの点欠陥が発生する。この現象を利用して、注入されたイオンのドーズ量を測定する方法が知られている。

この測定方法の１つとして、サーマルウェーブ法などの光を使った方法が使われている。サーマルウェーブ法は、半導体ウェハに光を照射して、半導体ウェハによって反射された光を分析することにより、半導体ウェハの状態を評価する。反射光は半導体内の微妙な構造も反映をしているために、半導体内に形成された欠陥などを検出することが可能である。この評価の際に、精度を向上させるために、入射光に強度変調をかけて、外乱による信号光の変化を取り除くなどの方法が採られる。また、入射光をハーフミラーで取り出して、光源の変調に対して補正を行っている。

しかしながら、現状では、反射光から得られる信号が非常に微少であるために、イオン注入の角度等の微妙な状態を評価することが難しい。

予め、サーマルウェーブ法で試料の光熱変位（Ｐａ値）と、欠陥密度および総周辺長とを測定して、両者の関係を求めておき、評価すべき試料のＰａ値と比較することにより、評価試料の欠陥密度および総周辺長を求める技術が知られている（例えば特許文献１）。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特許第3,290,352号公報

本発明は、高い感度で基板を評価可能な半導体評価装置および半導体処理装置を提供しようとするものである。

本発明の第１の視点による半導体評価装置は、半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、前記第１プローブ光が前記半導体基板により反射されることにより得られる第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、を具備することを特徴とする。

本発明の第２の視点による半導体処理装置は、半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、前記第１プローブ光が前記半導体基板により反射されることにより得られる第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、前記半導体基板にイオンビームを照射するイオン照射部と、を具備することを特徴とする。

本発明の第３の視点による半導体評価装置は、半導体処理装置内に配置された半導体基板を評価する半導体評価装置であって、前記半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、前記第１プローブ光を透過することにより前記第１プローブ光を前記半導体評価装置の外部へと送出する光出力部と、前記第１プローブ光が前記半導体基板に反射されることにより得られる第１反射プローブ光を透過することにより前記第１反射プローブ光を前記半導体評価装置内に取り込む光入力部と、前記第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、高い感度で基板を評価可能な半導体評価装置および半導体処理装置を提供できる。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１に示すように、半導体評価装置は、第１ポンプレーザＰｍ１、第２ポンプレーザＰｍ２、プロープレーザＰｂ、ハーフミラー（反射部材）Ｍｈ１乃至Ｍｈ６、ミラー（反射部材）Ｍ１、フィルタＦ１乃至Ｆ３、光測定器Ｄ等を有する。

シリコンからなる基板Ｓが、本実施形態に係る半導体評価装置が評価を行う対象である。参照サンプルＲに対しては、所定の条件下でイオン注入が予め行われており、所望の不純物濃度、濃度プロファイルを有する不純物領域が形成されている。

第１ポンプレーザＰｍ１は、基板Ｓの上方に設けられ、第１ポンプ光Ｌｍ１を生成する。第１ポンプ光Ｌｍ１は、例えば波長が８３０ｎｍのレーザ光であり、基板Ｓに向かって照射される。また、第１ポンプ光Ｌｍ１は、時間によらずに一定の直流成分に、一定の周期で時間的に変化する変調成分が重畳された特性を有する。第１ポンプ光Ｌｍ１は、基板Ｓ内に過剰キャリアを生成する機能を有する。

第２ポンプレーザＰｍ２は、参照サンプルＲの上方に設けられ、第２ポンプ光Ｌｍ２を生成する。第２ポンプ光Ｌｍ２は、参照サンプルＲに向かって照射され、後述のように、評価方法に応じて、第１ポンプ光Ｌｍ１と同じまたは異なる特性を有する。第２ポンプ光Ｌｍ２は、参照サンプルＲ内に過剰キャリアを生成する機能を有する。

プローブレーザＰｂは、基板Ｓの上方に設けられ、第１ポンプ光Ｌｍ１に向かってプローブ光Ｌｂを生成する。プローブ光は、時間的によらずに一定の強度を有し、例えば、波長が９８０ｎｍのレーザ光である。

ハーフミラーＭｈ１は、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂとが交わる位置に設けられる。ハーフミラーＭｈ１は、第１ポンプ光Ｌｍ１を透過させるとともに、プローブ光Ｌｂを反射させて、第１ポンプ光の光軸上へと誘導する。

ハーフミラーＭｈ２は、第１ポンプ光Ｌｍ１の光軸上に設けられる。ハーフミラーＭｈ２は、第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂの各一部を透過させるとともに、残りの一部を反射する。ハーフミラーＭｈ２により反射された第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂは、第２ポンプ光Ｌｍ２の光軸へと向かう。

第１ポンプ光Ｌｍ１の光軸上の、ハーフミラーＭｈ２と基板Ｓとの間には、ハーフミラーＭｈ３が設けられる。ハーフミラーＭｈ３は、ハーフミラーＭｈ２を透過した第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂを透過させる。ハーフミラーＭｈ３を透過した第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂは、基板Ｓによって反射される。基板Ｓによって反射された第１ポンプ光Ｌｍ１、および基板によって反射されたプローブ光（以下、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と称する）は、ハーフミラーＭｈ３により反射される。

フィルタＦ１は、ハーフミラーＭｈ３と対向し、ハーフミラーＭｈ３により反射された第１ポンプ光Ｌｍ１および第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光軸上に設けられる。フィルタＦ１は、ポンプ光Ｌｍ１を吸収し、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１を透過させる。

ハーフミラーＭｈ４は、ハーフミラーＭｈ３とフィルタＦ１とを結ぶ線の延長線上に設けられる。フィルタＦ１を透過した第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は、ハーフミラーＭｈ４を透過する。

フィルタＦ２は、ハーフミラーＭｈ２と第２ポンプ光Ｌｍ２の光軸との間に設けられ、ハーフミラーＭｈ２により反射された第１ポンプ光Ｌｍ１を吸収し、第１ハーフミラーにより反射されたプローブ光Ｌｂを透過させる。

ハーフミラーＭｈ５は、第２ポンプの光軸上でハーフミラーＭｈ２と面する位置に設けられる。ハーフミラーＭｈ５は、第２ポンプ光Ｌｍ２を透過させるとともに、フィルタＦ２を透過したプローブ光Ｌｂを反射して第２ポンプ光Ｌｍ２の光軸上に誘導する。

第２ポンプ光Ｌｍ２の光軸上で、ハーフミラーＭｈ５と参照サンプルＲとの間には、ハーフミラーＭｈ６が設けられる。ハーフミラーＭｈ６は、第２ポンプ光Ｌｍ２およびプローブ光Ｌｂを透過させる。ハーフミラーＭｈ６を透過した第２ポンプ光Ｌｍ２およびプローブ光Ｌｂは、参照サンプルＲによって反射される。参照サンプルＲによって反射された第２ポンプ光Ｌｍ２、および参照サンプルＲによって反射されたプローブ光Ｌｂ（以下、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２と称する）は、ハーフミラーＭｈ６により反射される。ハーフミラーＭｈ６は、垂直方向（第２ポンプレーザＰｍ２と参照サンプルＲとを結ぶ方向）に沿って可動とされている。

フィルタＦ３は、ハーフミラーＭｈ６と対向する位置に設けられ、ハーフミラーＭｈ６により反射された第２ポンプ光Ｌｍ２を吸収し、ハーフミラーＭｈ６により反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を透過させる。

ミラーＭ１は、ハーフミラーＭｈ６とフィルタＦ３とを結ぶ線の延長線上で、ハーフミラーＭｈ６と対向する位置に設けられる。ミラーＭ１は、フィルタＦ３を透過した第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を反射する。ミラーＭ１は、垂直方向（第１ポンプレーザＬｍ１と基板Ｓとを結ぶ方向）に沿って可動とされている。

ハーフミラーＭｈ３は、ミラーＭ１により反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を反射して、フィルタＦ１を透過した第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光軸上に誘導する。

第１反射プローブ光Ｌｂｒ１および第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の合成光は、光測定器Ｄに入射する。光測定器Ｄは、例えば、フォトディテクターのような、光の強度をアナログ的に検出する装置により実現される。光測定器Ｄは、入射した光を電気信号Ｓｇに変換して出力する。電気信号Ｓｇは、必要に応じて計算機Ｃに供給され、計算機Ｃは、電気信号Ｓｇを用いて所定の処理を行う。

第１ポンプ光Ｌｍ１の光子エネルギーをシリコンのバンドギャップエネルギーより大きくしておくことにより、基板Ｓに吸収される第１ポンプ光Ｌｍ１は、基板Ｓ中に１対の電子および正孔からなる過剰キャリア（以下、光キャリアと呼ぶ）を励起する。

光キャリアが消滅するまでの時間（ライフタイム）は、基板Ｓの結晶性に依存する。例えばイオン注入によって結晶構造が損傷を受けたり改質している領域では結晶性が悪い。よって、結晶性が悪い領域では、ライフタイムは比較的短く、過剰キャリアがすぐに再結合するために荷電子の量は少ない。そして、不純物が多く注入されていれば、結晶性もそれに連れて悪くなるので、不純物濃度と荷電子の量とは相互に関係を有する。同様の理由により、不純物濃度プロファイルと荷電子の量の分布も相互に関係を有する。

また、イオン注入後にアニール処理が行われた領域では、イオン注入よって変化した結晶構造が回復する。結晶性が良い領域では、ライフタイムは比較的長く、過剰キャリアの密度は高い。すなわち、荷電子の量は多い。

ある物質の反射率は、この物質内の荷電子の量に応じて変化する。よって、ある物質にポンプ光を照射して、このときの物質に照射されたプローブ光の反射光の強度を評価することにより、物質内の荷電子の量、すなわち、結晶性を評価できる。そして、各結晶状態と不純物の状態とを予め関係付けておくことにより、結晶性を評価することによって不純物の濃度、プロファイル、アニール後の基板の状態を評価できる。

しかしながら、このようにして観測された反射光の強度の変化は非常に小さい。そこで、過剰キャリアを生成するためのポンプ光の強度の時間的に一定な直流成分に時間的に変化する交流成分を加える。すると、過剰キャリアの生成も時間を追って変化する。この結果、反射プローブ光の強度も、ポンプ光の変調周期と同じ周期で変化する。

第１ポンプ光Ｌｍ１は、基板Ｓに到達し、ここで、光キャリアを励起する。

同様に、第２ポンプ光Ｌｍ２も、直流成分に交流成分が重畳されている。第２ポンプ光Ｌｍ２は、参照用サンプルに到達し、ここで、光キャリアを励起する。

プローブレーザが照射するプローブ光Ｌｂは、ハーフミラーＭｈ２により２つへと分岐され、それぞれが、以下に示す相互に異なる光路を取る。すなわち、一方のプローブ光Ｌｂは、ハーフミラーＭｈ３を透過し、基板Ｓにより反射される。基板Ｓにより反射されたプローブ光Ｌｂｒ、すなわち第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は、基板Ｓの、不純物濃度、不純物濃度プロファイル等（以下、内部状態）の情報を含んでいる。この内部状態の情報は、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１が有する、基板Ｓの結晶状態に応じた強度によって表現される。そして、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は、ハーフミラーＭｈ３により反射され、ハーフミラーＭｈ４を透過して光測定器Ｄに達する。

分岐したうちの他方のプローブ光Ｌｂは、ハーフミラーＭｈ５により反射され、ハーフミラーＭｈ６を透過して、参照サンプルＲにより反射される。参照サンプルＲにより反射されたプローブ光Ｌｂｒ、すなわち第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は、参照サンプルＲの内部状態の情報を含んでいる。この内部状態の情報は、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２が有する、参照サンプルＲの結晶状態に応じた強度によって表現される。そして、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は、ハーフミラーＭｈ６、ミラーＭ１、ハーフミラーＭｈ４により順次反射され、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と同じ光軸上で光測定器Ｄに入射する。

上記のように、光測定器Ｄには、第１反射プローブＬｂｒ１光と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２とが同じ光軸上で入射する。ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第１ポンプ光Ｌｍ１と第２ポンプ光Ｌｍ２との時間に対する変調周波数が同じであるとする。この場合、基板Ｓの内部状態が参照サンプルＲの内部状態と同じであれば、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２とは、同じ強度で、時間に対して同じ周波数を有する。このため、プローブレーザＰｂから第１反射プローブ光Ｌｂｒ１として光測定器Ｄに入射する光の光路（第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光路）と、プローブレーザＰｂから第２反射プローブ光Ｌｂｒ２として光測定器Ｄに入射する光の光路（第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路）と、の差がプローブ光Ｌｂの波長の整数倍のとき、２つの光は強め合う。よって、図２（ｃ）に示すように、光測定器Ｄに入射する、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光（以下、測定合成光）は、周波数がプローブ光と同じで、強度の振幅がプローブ光の２倍の光である。

また、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１および第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路差がプローブ光Ｌｂの波長の整数倍＋１／２のとき、２つの光が光測定器Ｄに到達した時点での位相がずれるので、２つの光は互いに打ち消しあう。このため、図３に示すように、光測定器Ｄに入射する測定合成光は、強度がゼロで、周波数もゼロである（消光位である）。このときの光路差を基準光路差と称する。なお、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路は、ハーフミラーＭｈ６およびミラーＭ１を共に同じ量、垂直移動させることにより、任意に変更できる。

一方、基板Ｓの内部状態が参照サンプルＲの内部状態と異なれば、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と強度が異なる。このため、２つの反射プローブ光の光路差が基準光路差であっても、測定合成光は最小ではない。この測定合成光の強度が最小となるように、ハーフミラーＭｈ６およびミラーＭ１を移動させることにより、２つの反射プローブ光の光路差を変更する。そして、測定合成光の強度が最小の時の光路差（測定光路差）と、基準光路差との差が求められる。図４に示す２つの同じ測定光路差の場合を例に取れば、実線の光路差が最小の強度の時の光路差となる。破線の波形から、実線の波形が得られるように、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光路差を調整する。

光路差の差が観測された場合は、基板Ｓの内部状態が参照サンプルＲの内部状態と異なる、すなわち、基板Ｓが所望の内部状態を有していないと判定できる。また、この光路差の差は、基板Ｓの状態に応じて変化する。このため、基準光路差と測定光路差の差を測定することにより、基板Ｓの内部状態の所望の状態からのずれの程度を知得することができる。

また、本実施形態では、第１ポンプ光Ｌｍ１源と第２ポンプ光Ｌｍ２源とが独立して設けられているので、２つのポンプ光の位相を調整することもできる。位相を調整することにより、ポンプ光の位相と同じ位相を有する２つのプローブ光に光路差を生じさせるのと同じ結果を得られる。

次に、第１ポンプ光Ｌｍ１と第２ポンプ光Ｌｍ２との変調周波数が異なる場合について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、第１ポンプ光Ｌｍ１と第２ポンプ光Ｌｍ２との変調周波数が異なる場合、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の変調周波数も異なる。このため、図５（ｃ）に示すように、光測定器Ｄにおいて、時間軸に対してうねりを有する測定合成光が観測される。このうねりを、その強度と時間のグラフによって表現すると、うねりの周波数と位相の情報が得られる。この情報を利用して、基板Ｓの所望の状態からの違いを検出できる。この場合、第１ポンプ光Ｌｍ１および第２ポンプ光Ｌｍ２の強度をそれぞれ適切に調整することにより、うねりが発生するようにする。２つのポンプ光の強度が違いすぎると、うねりが観測されないからである。

まず、基板Ｓとして、所望の状態を有するもの、または参照サンプルＲと同じものを用意する。この基板Ｓを用いた場合の、うねりの周波数と位相の情報を予め準備する。このときの情報を基準情報と称する。

次に、実際に評価すべき基板を用いて、うねりの周波数と位相の情報（評価情報と称する）を求める。そして、評価情報が、基準情報から予め設定された所定の範囲に収まっているか否かが判定される。この範囲に収まっている場合、基板が「良」として判定される。

本発明の第１実施形態に係る半導体評価装置によれば、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、電気信号に変換されたプローブ光を、ある基準の電気信号と比較する場合より、高い感度で基板Ｓの内部状態を評価できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整する機構が第１実施形態と異なる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図６に示すように、ハーフミラーＭｈ６とミラーＭ１との間に、ミラーＭ２が設けられる。ミラーＭ２と対向する位置にミラーＭ３が設けられ、ミラーＭ３と対向する位置にミラーＭ４が設けられ、ミラーＭ４と対向する位置にミラーＭ５が設けられる。

ミラーＭ２乃至ミラーＭ５は、ハーフミラーＭｈ６により反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２が、ミラーＭ２、ミラーＭ３、ミラーＭ４、ミラーＭ５により順次反射されてミラーＭ１に向かうように配置される。

ミラーＭ３およびミラーＭ４は、ある操作によって、垂直方向において同じ方向、同じ量、一括に移動可能なように構成されている。よって、ミラーＭ３およびミラーＭ４を適当な量、上下に動かすことにより、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整できる。

なお、ミラーＭ２乃至ミラーＭ５の位置は図６のものに限定されず、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整できる位置あれば、すなわち第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路上に配置されていればよい。

ミラーＭ３およびミラーＭ４を移動することによって第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整する。その他の構成、および基板Ｓの評価方法は、第１実施形態と同じである。

本発明の第２実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第２実施形態によれば、同じ方向、同じ量、一括に移動可能なように構成されているミラーＭ３およびミラーＭ４によって、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整できる。このため、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整が容易となる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、光学素子を用いることにより、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光路が調整される。

図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図７に示すように、ハーフミラーＭｈ６とミラーＭ１との間に、光学素子ＯＤが設けられている。ハーフミラーＭｈ６により反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は、光学素子ＯＤを通過してミラーＭ１に到達する。

光学素子ＯＤは、この光学素子ＯＤを通過する光の光路を、この光の１波長以上の範囲で任意に調整できる。または、入射光と出射光との位相を調整することによっても、同じ結果を得られる。このような光学素子ＯＤとして、電気光学効果、電気磁気効果、圧電効果によって光学素子を通過する光の屈折率を変化させるもの、または、重ね合わせられた２つ以上の光学結晶の重なり分の厚さを調整することによって光路を変化させるもの等を用いることができる。より具体的には、バビネソレイユ補償板等を用いることができる。

なお、光学素子ＯＤの位置は図７のものに限定されず、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路上に配置されていればよい。

光学素子ＯＤを用いることによって第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整する。その他の構成、および基板Ｓの評価方法は、第１実施形態と同じである。

本発明の第３実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第３実施形態によれば、光学素子ＯＤを用いて第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整する。このため、ミラーを物理的に移動する場合よりも、装置構成および光路の調整が容易になる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、基板Ｓに照射するポンプ光と同じものを参照サンプルＲに照射する。

図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図８に示すように、第４実施形態に係る半導体評価装置は、第１実施形態（図１）に係る半導体評価装置から、フィルタＦ２および第２ポンプレーザＰｍ２が除かれ、ハーフミラー５がミラーＭ６により置き換えられた構成を有する。よって、ハーフミラーＭｈ２により分岐された第１ポンプ光Ｌｍ１の一部は、ミラーＭ６により反射され、ハーフミラーＭｈ６を通過して参照サンプルＲに到達する。そして、参照サンプルＲ、ハーフミラーＭｈ６により反射された後に、フィルタＦ３により吸収される。

第１ポンプＬｍ１光によって参照サンプルＲ内で光キャリアが励起される。その他の構成、および基板Ｓの評価方法は、第１実施形態と同じである。

第４実施形態によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

なお、第４実施形態では、基板Ｓと参照サンプルＲに同じポンプレーザが照射されるため、第１実施形態の場合と異なり、基板Ｓ、参照サンプルＲに照射されるポンプ光の強度、変調周波数を、個別に設定することはできない。しかしながら、ポンプレーザが１つで済むため、第１実施形態より装置構成が簡単になるという利点を得られる。

また、第４実施形態を、第２、第３実施形態に組み合わせることも可能である。

（第５実施形態）
第５実施形態では、参照サンプルＲ制御用の光を用いることにより、第２プローブ光に変化を与える。

図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図９に示すように、第５実施形態に係る半導体評価装置は、第１実施形態（図１）の構成に加えて、参照サンプルＲ制御用の光源ＣＬを有する。

制御用光源ＣＬは、光Ｌｃを照射された参照サンプルＲの温度を上昇させる光Ｌｃを発する。より具体的には、光源として、例えば可視光線、赤外線等の電磁波を用いることができる。また、制御用光源ＣＬは、参照サンプルＲに光Ｌｃを照射可能で且つ第２ポンプ光Ｌｍ２およびプローブ光Ｌｂの光軸からずれた位置に配置される。

参照サンプルＲに光Ｌｃが照射されることにより、参照サンプルＲの不純物の状態が変化する。より具体的には、不純物が拡散することにより不純物拡散領域の形状が変化したり、光キャリアが生成されやすくなる。このため、光測定器Ｄによって測定される第２反射プローブ光Ｌｂｒ２が、光を照射されていない場合のものと異なる。よって、基板Ｓの内部状態が参照サンプルＲと同じであったとしても、第１反射プローブ光と第２反射プローブ光との合成光（測定合成光）に干渉パターンが生じる。この干渉パターンを基準状態として用いて、種々の基板Ｓを用いた場合の干渉パターンと、基準状態の干渉パターンとの違いを観測することにより、基板を評価できる。

本実施形態の第５実施形態に係る半導体評価装置によれば、参照サンプルＲに環境制御用の光が照射される。このような手法によっても、第１実施形態で２つのプローブ光に光路差を与えた場合と同様に、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光に干渉パターンを発生させることができる。この結果、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第５実施形態によれば、環境制御用の光Ｌｃによって、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の特性を調整する。このため、ミラーを物理的に移動する場合よりも、装置構成および光路の調整が容易になる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、参照サンプルＲ制御用のヒータを用いることにより、第２プローブ光に変化を与える。

図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１０に示すように、第６実施形態に係る半導体評価装置は、第１実施形態（図１）の構成に加えて、参照サンプルＲ制御用のヒータＨを有する。

ヒータＨは、典型例として、参照サンプルＲの下方に設けられる。ヒータＨは、制御によって所望の熱量を放出可能なように構成されている。ヒータＨが参照サンプルＲを加熱することにより、第５実施形態の場合と同様に、参照サンプルＲの内部状態が変化する。すなわち、不純物が拡散することにより不純物拡散領域の形状が変化したり、光キャリアが生成されやすくなる。

参照サンプルＲの状態が変化するため、基板Ｓの状態が参照サンプルＲと同じであったとしても、第１プローブ光と第２プローブ光との合成光に干渉パターンが生じる。この干渉パターンを基準状態として用いて、種々の基板Ｓを用いた場合の干渉パターンと、基準状態の干渉パターンとの違いを観測することにより、基板Ｓを評価できる。

本実施形態の第５実施形態に係る半導体評価装置によれば、参照サンプルＲを加熱するヒータＨが設けられる。このような手法によっても、第１実施形態で２つのプローブ光に光路差を与えた場合と同様に、第１プローブ光と第２プローブ光との合成光に干渉パターンを発生させることができる。この結果、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第６実施形態によれば、ヒータＨによって、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の特性を調整する。このため、ミラーを物理的に移動する場合よりも、装置構成および光路の調整が容易になる。

（第７実施形態）
第７実施形態では、ホログラフィー素子を用いて、第２反射プローブ光と同じ特徴を有する光が再現される。

図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１１に示すように、第７実施形態に係る半導体評価装置は、第１実施形態の構成から、参照サンプルＲ、参照サンプルＲに第２ポンプ光およびプローブ光を照射するための構成が省かれている。すなわち、第７実施形態に係る半導体評価装置は、第１ポンプレーザＰｍ１、プローブレーザＰｂ、ハーフミラーＭｈ１、Ｍｈ３、Ｍｈ４、フィルタＦ１、ミラーＭ１を有する。

また、この構成に加えて、第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂの光軸上で且つミラーＭ１と向き合う位置にハーフミラーＭｈ１１が設けられる。ハーフミラーＭｈ１１は、第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂの合成光の一部をミラーＭ１へと反射する。

ハーフミラーＭｈ１１とミラーＭ１との間には、フィルタＦ４が設けられる。フィルタＦ４とミラーＭ１との間には、ホログラフィー素子が設けられる。フィルタＦ４は、ハーフミラーＭｈ１１により反射された第１ポンプ光Ｌｍ１およびプローブ光Ｌｂのうち、プローブ光のみを透過させる。プローブ光Ｌｂは、次いで、ホログラフィー素子ＨＤに入射する。

ホログラフィー素子ＨＤは、ハーフミラーＭｈ１１により反射された光を利用して、第１実施形態の第２反射プローブ光Ｌｂｒ２と同じ特徴を有する光（参照光）Ｌｈｄを作り出す。よって、参照参照光Ｌｈｄは、参照サンプルＲの内部状態に応じた情報を含んでいる。

上記したようなホログラフィー素子ＨＤは、例えば以下の方法により予め作成される。すなわち、まず、第１実施形態と同様に参照サンプルＲが準備される。次に、この参照サンプルＲに、例えば第１実施形態と同様にしてプローブ光およびポンプ光を照射する。そして、参照サンプルＲにより反射されたプローブ光を新規に用意されたホログラフィー素子に入射させる。この状態を、ホログラフィー素子ＨＤに焼き付けることにより、ホログラフィー素子ＨＤは、光を照射された際に参照サンプルＲに反射されたプローブ光と同じ光を発する。

また、ホログラフィー素子ＨＤとして、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイに電場を印加する印加された電場印加部とから構成されたものを用いることもできる。電場印加部は、液晶ディスプレイに電場を印加することにより、液晶ディスプレイの液晶を、所望の光を再現可能な状態へと変化させる。そして、プローブ光Ｌｂは、制御された液晶ディスプレイを通過した結果、所望の特性を有する参照光Ｌｈｄへと変換される。

ホログラフィー素子ＨＤから発せられた参照光Ｌｈｄは、ミラーＭ１およびハーフミラーＭｈ４により反射された後、光測定器Ｄに入射する。そして、基板Ｓが所望の状態の時の第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と参照光Ｌｈｄとの合成光とが、例えば第１実施形態と同様に消光位となるようにホログラフィー素子ＨＤが設定される。この状態を基準状態とする。

そして、光測定器Ｄにおいて、消光位が観測されるように設定されたホログラフィー素子ＨＤからの参照光Ｌｈｄと基板Ｓとの合成光を観測した状態の、基準状態からのずれを観測することによって、基板Ｓの内部状態を評価できる。

本発明の第７実施形態に係る半導体評価装置によれば、ホログラフィー素子ＨＤによって再現された参照光Ｌｈｄと、第１プローブ光との合成光が観測される。このような手法によっても、第１実施形態で２つのプローブ光に光路差を与えた場合と同様に、第１プローブ光と第２プローブ光との合成光に干渉パターンを発生させることができる。この結果、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第７実施形態によれば、第１実施形態と比べて、第２ポンプレーザＰｍ２、第２ポンプ光Ｌｍ２を反射および遮断するための機構等が不要になるので、装置構成が簡略になる。

（第８実施形態）
第８実施形態では、基板Ｓの全面に一括でプローブレーザが照射される。

図１２は、本発明の第８実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１２に示すように、第８実施形態に係る半導体評価装置の第１ポンプレーザＰｍ１は基板Ｓの全面に亘って一括で照射可能な大きさの照射口を有し、第２ポンプレーザＰｍ２は参照サンプルＲの全面に亘って一括で照射可能な大きさの照射口を有する。また、プローブレーザＰｂは、基板Ｓおよび参照サンプルＲの全面に亘って一括で照射可能な大きさの照射口を有する。そして、このような第１ポンプレーザＰｍ１、第２ポンプレーザＰｍ２、プローブレーザＰｂから、基板Ｓおよび参照サンプルＲの全面に亘って第１ポンプ光Ｌｍ１、第２ポンプ光Ｌｍ２、プローブ光Ｌｂが照射される。

第８実施形態において、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は基板Ｓの全面に亘る内部状態に関する情報を含み、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は参照サンプルＲの全面に亘る内部状態に関する情報を含む。

また、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１および第２反射プローブ光Ｌｂｒ２は広範囲に亘る波面を有する。このため、光測定器Ｄは広範囲に亘る第１反射プローブ光Ｌｂｒ１および第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を一括して捕捉できる必要がある。このような光測定器Ｄとして、例えばＣＣＤ（charge-coupled device）を用いることができる。

なお、光測定器Ｄの光入射部が大口径を有していない場合は、例えば、ハーフミラーＭｈ３と光測定器Ｄとの間に、レンズＬＮを設けることができる。こうすることにより、広い波面を有する第１反射プローブ光Ｌｂｒ１を、狭い波面を有する光へと変換することができる。レンズＬＮの位置は例であり、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１が取る、基板Ｓから光測定器Ｄに至るまでの光路上に設けられていればよい。

光測定器Ｄに入射した測定合成光を電気信号による測定信号に変換し、この測定信号を計算機Ｃによってデコンボリュートすることにより、測定信号の特徴をより明確に抽出することも可能である。

本発明の第８実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同様に、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第８実施形態よれば、基板Ｓの全面に渡る波面を有するプローブ光Ｌｂが用いられる。このため、基板Ｓの表面の各部の位置における内部情報を短時間で取得できるため、基板Ｓの評価を短時間で完了することができる。

（第９実施形態）
第９実施形態では、複数の参照サンプルＲと、各参照サンプルＲに対してポンプレーザおよびミラーが設けられる。

図１３は、本発明の第９実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１３に示すように、第１実施形態の構成に加えて、複数の参照サンプルＲ２、Ｒ３が並んで設けられている。各参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３は並んで配置されている。また、各参照サンプルＲ２、Ｒ３の上方には、第３ポンプレーザＰｍ３、第４ポンプレーザＰｍ４がそれぞれ設けられている。第３ポンプレーザＰｍ３、第４ポンプレーザＰｍ４は、第２ポンプレーザＰｍ２と同じ特徴および構成を有し、第３ポンプ光Ｌｍ３、第４ポンプ光Ｌｍ４をそれぞれ照射する。

ハーフミラーＭｈ２とハーフミラーＭｈ５とを結ぶ仮想線の延長線上であって、第３ポンプレーザＰｍ３と参照サンプルＲ２との間、および第４ポンプレーザＰｍ４と参照サンプルＲ３との間に、ハーフミラーＭｈ７、ハーフミラーＭｈ９がそれぞれ設けられる。

また、ミラーＭ１とハーフミラーＭｈ６とを結ぶ仮想線の延長線上であって、第３ポンプレーザＰｍ３と参照サンプルＲ２との間、および第４ポンプレーザＰｍ４と参照サンプルＲ３との間に、ハーフミラーＭｈ８、ハーフミラーＭｈ１０がそれぞれ設けられる。

例えば、参照サンプルＲ、参照サンプルＲ２、参照サンプルＲ３のいずれか１つが、基準状態の反射プローブ光Ｌｂｒ２を得るために用いられる。そして、選択された参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３にポンプ光を照射するポンプレーザが選択される。また、同時に、選択された参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３のみにプローブ光Ｌｂが入射するように、他のハーフミラーは機械的な移動によって退避させられる。すなわち、例えば参照サンプルＲ３が用いられる場合、ハーフミラーＭｈ５、Ｍｈ６、Ｍｈ７、Ｍｈ８が、プローブ光Ｌｂを遮断しない位置に移動させられる。この結果、プローブ光Ｌｂは、ハーフミラーＭｈ９、参照サンプルＲ３、ハーフミラーＭｈ１０、ミラーＭ１、ハーフミラーＭｈ４により順次反射されて、光測定器Ｄに入射する。

各参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３は、相互に異なる内部状態を有している。典型的な例として、２つの参照サンプルが、基板Ｓの状態が収まるべき範囲の上限と、下限に対応する内部状態をそれぞれ有する。そして、基板Ｓの内部状態がこれら上限および下限により特定される範囲に収まっているか否かを、基板Ｓの評価の基準とする。

本発明の第９実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第９実施形態の半導体評価装置は、プローブ光Ｌｂを反射する参照サンプルを、複数の参照サンプルＲ，Ｒ２、Ｒ３から選択することができる。よって、参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３の内部状態に違いを持たせておくことにより、種々の評価方法を実現できる。

（第１０実施形態）
第１０実施形態では、複数の参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３が設けられ、ポンプレーザＰｍ２およびハーフミラーＭｈ５、Ｍｈ６は、各参照サンプルＲに共通である。

図１４は、本発明の第１０実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。図１４に示すように、第９実施形態と同様に、複数の参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３が並んで設けられる。各参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３は、１つのウェハステージＳＴ上に設けられる。ウェハステージＳＴは、任意に可動であり、自身の位置を適切に変更することによって、基準状態の第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を得るために用いられる任意の１つの参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３を第２ポンプレーザＰｍ２の下方に位置させる。そして、選択された参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３によって反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２を用いて、基板Ｓの内部状態が評価される。この評価の方法は、第１実施形態と同じである。また、第９実施形態と同様にして、複数の参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３を用いて、基板Ｓの内部状態が、任意の範囲に収まっているか否かを判定することもできる。

本発明の第１０実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同様に、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第１０実施形態によれば、第９実施形態と同様に、複数の参照サンプルＲ、Ｒ２、Ｒ３が用いられる。このため、第９実施形態と同じ効果を得られる。

（第１１実施形態）
第１１実施形態では、プローブ光Ｌｂと、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１との合成光が観察される。

図１５は、本発明の第１１実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。第１１実施形態に係る半導体評価装置は、図１５に示すように、第７実施形態（図１３）から、ホログラフィー素子ＨＤが除かれた構成を有する。よって、プローブＬｂ光および第１ポンプ光Ｌｍ１の一部は、ハーフミラーＭｈ２により反射され、フィルタＦ４に入射する。そして、プローブ光Ｌｂのみが、フィルタＦ４を透過し、ミラーＭ１、ハーフミラーＭｈ４により反射されて、光測定器Ｄに入射する。このプローブ光Ｌｂの光路は、ハーフミラーＭｈ１１およびミラーＭ１を共に同じ量、垂直移動させることにより、任意に変更できる。その他の構成は、第１実施形態、第１１実施形態と同じである。

ハーフミラーＭｈ１１により分岐したプローブ光Ｌｂのうち、一方はそのまま光測定器Ｄに入射する。これに対して、他方のもの、すなわち第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は基板Ｓによって反射されたため、基板Ｓの内部状態に応じた特性を有する。よって、プローブ光Ｌｂおよび第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は相互に干渉し、２つの光の特性の違いに応じた光が光測定器Ｄにおいて観測される。

第１１実施形態に係る半導体評価装置による評価方法は、例えば、以下の方法で行うことができる。まず、予め用意された所望の内部状態を有する基板（参照サンプル）を用意する。参照サンプルを、基板として用いて、ハーフミラーＭｈ１１により反射されたプローブ光が光測定器Ｄまでに取る光路を調整する。この調整は、プローブ光Ｌｂと第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の合成光の強度が光測定器Ｄにおいて、例えば最小となるように行われる。この際の合成光の状態を基準状態、基準状態のときのプローブ光ＬＢと第１反射プローブ光の光路の光路差を基準光路差と称する。

次に、実際に測定したい基板Ｓを用いて、光測定器Ｄにおける観測合成光を観測する。この観測合成光が、基準状態の合成光と一致すれば、基板Ｓの内部状態は所望の状態と一致していると評価される。一方、基準状態と異なっていれば、基板Ｓは、所望の状態から外れているとして評価される。そして、ハーフミラー１１およびＭ１を調整することにより、測定合成光の強度を最小にする第１反射プローブ光Ｌｂｒ１の光路を見出す。この時のプローブ光ＬＢと第１反射プローブ光の光路の光路差と基準光路差との差を測定することにより、基板Ｓの内部状態の所望の状態からのずれの程度を知得することができる。

本発明の第１１実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同様に、２つに分岐したプローブ光Ｌｂの一方と、基板Ｓの内部状態の情報を持った他方との合成光の干渉を観察することにより、基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

（第１２実施形態）
第１２実施形態では、第１乃至第１１実施形態に係る半導体評価装置と、半導体処理装置とが一体に構成されている。

図１６は、本発明の第１２実施形態に係る半導体処理装置の主要部を概略的に示す図である。第１２実施形態に係る半導体処理装置ＳＥ１２は、図１６に示すように、イオン照射部ＩＲを有する。イオン照射部ＩＲは、基板Ｓに対する注入角度が所定の値とされた軌道を有するイオンビームＩｎを基板Ｓに向けて照射する。すなわち、イオン照射部ＩＲは、イオンビームを発生し、イオンビームを所定の領域を処理できる大きさまで拡散し、拡散されたイオンビームの中に存在する個々のイオンの軌道を平行にし、平行にされたイオンビームの軌道を処理基板１２に向かって変化させる。より具体的には、イオン照射部ＩＲは、例えば、イオンビーム発生部ＩＧ、コリメータマグネットＣＭ等を有する。

第１２実施形態に係る半導体処理装置は、さらに、第１乃至第１１実施形態に係る半導体評価装置によって実現される評価方法を行うための要素を有している。すなわち、基板Ｓの内部状態に関する情報を含む第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、プローブ光Ｌｂまたは基板Ｓに望まれる所望の内部状態に関する情報を含む第２反射プローブ光Ｌｂｒ２とが光測定器Ｄに入射することが実現されればよい。

図１６は、第１実施形態を実現するための半導体評価装置を用いた場合を例示している。図１６に示すように、プローブ光Ｌｂ、第１ポンプ光Ｌｍ１、第２ポンプ光Ｌｍ２は、基板および参照サンプルＲに斜め上方（図では左上）から入射し、反射されて、斜め上方（図では右上）に進行し、光測定器Ｄに入射する。

より具体的には、以下の構成となっている。第１ポンプレーザＰｍ１と基板Ｓとの間には、ハーフミラーＭｈ１、ハーフミラーＭｈ２が設けられる。プローブ光源Ｐｂは、ハーフミラーＭｈ１に向かってプローブ光Ｌｂを照射し、プローブ光Ｌｂは、ハーフミラーＭｈ２に反射され、第１ポンプ光Ｌｍ１と共に基板Ｓに向かって進行する。

プローブ光Ｌｂと第１ポンプ光Ｌｍ１とは基板Ｓによって反射される。そして、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第１ポンプ光Ｌｍ１は、フィルタＦ１に向かって進行する。プローブ光ＬｂのみがフィルタＦ１を透過し、次いで、ハーフミラーＭｈ４を透過する。

プローブ光Ｌｂおよび第１ポンプ光Ｌｍ１の一部はハーフミラーＭｈ２によって反射される。ハーフミラーＭｈ２によって反射されたプローブ光Ｌｂおよび第１ポンプ光Ｌｍ１はフィルタＦ２に向かって進行し、プローブ光ＬｂのみがフィルタＦ２を透過してハーフミラーＭｈ５によって反射される。

第２ポンプレーザＰｍ２は、ハーフミラーＭｈ５に向かって第２ポンプ光Ｌｍ２を照射する。ハーフミラーＭｈを透過した第２ポンプ光Ｌｍ２と、ハーフミラーＭｈ５によって反射されたプローブ光Ｌｂが参照サンプルＲに向かって進行する。

プローブ光Ｌｂと第２ポンプ光Ｌｍ２とは参照サンプルＲによって反射される。次に、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２と第２ポンプ光Ｌｍ２は、第２実施形態と同様に、順次向き合って配置されたミラーＭ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５により反射され、ミラーＭ１に向かう。ミラーＭ３およびミラーＭ４を移動することによって第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の光路を調整する。

ミラーＭ５により反射された第２反射プローブ光Ｌｂｒ２と第２ポンプ光Ｌｍ２は、ミラーＭ１により反射された後、フィルタＦ３に向かって進行する。プローブ光ＬｂのみがフィルタＦ３を透過し、次いで、ハーフミラーＭｈ４に反射される。そして、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１および第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の合成光が光測定器Ｄに入射する。

なお、図１６では、半導体評価装置とイオン注入装置とが一体に構成されている例を示している。しかしながら、これに限られず、例えばアニール装置、ＣＭＰ装置、成膜装置とともに設けることも可能である。

さらに、第１実施形態に係る半導体評価装置と同様の構成を設けた例を示しているが、第２乃至第１１実施形態に係る半導体評価装置と同様の構成を設けることも可能である。

本発明の第１２実施形態に係る半導体処理装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第１２実施形態に係る半導体処理装置によれば、半導体処理装置と半導体処理装置とが一体に構成されている。このため、基板Ｓの処理後、基板Ｓを装置から取り出さずに続けて基板Ｓの評価を行える。このため、基板Ｓの処理および評価を効率的に行える。

（第１３実施形態）
第１３実施形態では、半導体処理装置内に設けられた基板Ｓを処理装置の外部から評価する。

図１７は、本発明の第１３実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。第１３実施形態に係る半導体評価装置ＳＥ１３は、図１７に示すように、第１２実施形態からイオン照射部ＩＲおよび基板Ｓが除かれた構成を有する。

半導体処理装置ＳＰ１３は、イオン照射部ＩＲを有し、その内部に処理基板（基板）Ｓが配置される。半導体処理装置ＳＰ１３は、例えば石英からなる窓Ｗ１、Ｗ２を有する。

半導体評価装置ＳＥ１３は、窓Ｗ１、Ｗ２とそれぞれ対向し、例えば石英からなる窓Ｗ３、Ｗ４を有する。半導体評価装置ＳＥ１３は、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂの合成光を窓Ｗ３、Ｗ１を介して基板Ｓに照射する。基板Ｓにより反射された、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光の合成光は、窓Ｗ２を介して半導体処理装置ＳＰ１３の外部へと出て、窓Ｗ４を介して半導体評価装置ＳＥ１３に進入し、半導体評価装置内のフィルタＦ１に入射する。フィルタＦ１は、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１のみを透過し、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１は光測定器Ｄに入射する。

半導体評価装置ＳＥ１３内では、第１実施形態および第１２実施形態と同様に、第２ポンプ光Ｌｍ２とプローブ光の合成光が参照サンプルＲによって反射され、この合成光のうち、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２が光測定器Ｄに入射する。この結果、第１実施形態と同じ原理により、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の合成光の干渉を利用して、基板Ｓの内部状態を評価できる。

本発明の第１３実施形態に係る半導体処理装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第１３実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光の合成光を半導体処理装置ＳＰ１３内の基板Ｓに照射し、基板Ｓにより反射された第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光の合成光を取り込んで、基板Ｓの評価を行う。このため基板Ｓを半導体処理装置ＳＰ１３から取り出すこと無く、基板Ｓの評価を行える。よって、効率的に基板Ｓを評価できると共に、半導体評価装置ＳＥ１３の構成が簡単になる。

（第１４実施形態）
第１４実施形態は、第１３実施形態の応用例に係り、半導体評価装置と半導体処理装置との間の光の授受が光ファイバーにより行われる。

図１８は、本発明の第１４実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図である。第１４実施形態に係る半導体評価装置は、図１８に示すように、第１３実施形態に加えて、光ファイバＯＦを接続するためのコネクタＣ３、Ｃ４を有する。コネクタ（光出力用コネクタ）Ｃ４には、半導体評価装置ＳＥ１４の内部から、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂとの合成光が入射する。

コネクタ（光入力用コネクタ）Ｃ３には、半導体処理装置ＳＰ１４内の基板Ｓにより反射された、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂとの合成光が、半導体評価装置ＳＥ１４の外部から進入する。半導体評価装置ＳＥ１４のその他の構成は、第１３実施形態と同じである。

第１４実施形態に係る半導体評価装置ＳＥ１４とともに用いられる半導体処理装置ＳＰ１４は、光ファイバＯＦを接続するためのコネクタＣ１、Ｃ２を有する。コネクタ（光入力用コネクタ）Ｃ１には、半導体処理装置ＳＰ１４の外部から進入し、基板Ｓに向かう光が入射する。コネクタ（光出力用コネクタ）Ｃ２には、半導体処理装置ＳＰ１４内の基板Ｓによって反射された光が入射する。半導体処理装置ＳＰ１４のその他の構成は、第１３実施形態と同じである。

光出力用コネクタＣ４と光入力用コネクタＣ１とは、光ファイバＯＦにより相互に接続される。また、光出力用コネクタＣ２と光入力用コネクタＣ３とは、光ファイバＯＦにより相互に接続される。

半導体評価装置ＳＥ１４から照射された第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂとの合成光は、光ファイバＯＦを介して半導体処理装置ＳＰ１４内の基板Ｓに向かって進行し、次いで反射される。反射された第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂとの合成光は、光ファイバＯＦを介して半導体評価装置ＳＥ１４内のフィルタＦ１に入射する。そして、フィルタＦ１を透過した第１反射プローブ光Ｌｂｒ１が、光測定器Ｄに入射する。

半導体評価装置ＳＥ１４内では、第１実施形態および第１２実施形態と同様に、第２反射プローブ光Ｌｂｒ２が光測定器Ｄに入射する。この結果、第１実施形態と同じ原理により、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と第２反射プローブ光Ｌｂｒ２の合成光の干渉を利用して、基板Ｓの内部状態を評価できる。

本発明の第１４実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１実施形態と同じく、基板Ｓによって反射された第１反射プローブ光Ｌｂｒ１と、第１反射プローブ光Ｌｂｒ１に近い第２反射プローブ光Ｌｂｒ２との合成光の干渉を用いて基板Ｓを評価する。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。

また、第１４実施形態に係る半導体評価装置によれば、第１３実施形態と同様に、第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂの合成光を半導体処理装置ＳＰ１４内の基板Ｓに照射し、基板Ｓにより反射された第１ポンプ光Ｌｍ１とプローブ光Ｌｂの合成光を取り込んで、基板の評価を行う。このため第１３実施形態と同じ効果を得られる。

また、第１４実施形態によれば、半導体処理装置ＳＰ１４と半導体評価装置ＳＥ１４とが、光ファイバＯＦを介して光を授受できるように構成されている。このため、半導体処理装置ＳＰ１４と半導体評価装置ＳＥ１４を、これらの相対的な位置を気にすること無く設置し、光ファイバＯＦで相互に接続することにより、基板Ｓの内部状態の評価を行うことができる。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明の第１実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 反射プローブ光の強度を例示する図。 反射プローブ光の強度を例示する図。 反射プローブ光の強度を例示する図。 反射プローブ光の強度を例示する図。 本発明の第２実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第３実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第４実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第５実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第６実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第７実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第８実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第９実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第１０実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第１１実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第１２実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第１３実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。 本発明の第１４実施形態に係る半導体評価装置の主要部を概略的に示す図。

符号の説明

Ｓ…基板、Ｒ…参照サンプル、Ｐｍ１…第１ポンプレーザ、Ｐｍ２…第２ポンプレーザ、Ｐｂ…プロープレーザ、Ｌｍ１…第１ポンプ光、Ｌｍ２…第２ポンプ光、Ｌｂ…プロープ光、Ｌｂｒ１…第１反射プローブ光Ｌｂｒ１、Ｌｂｒ２…第２反射プローブ光Ｌｂｒ２、Ｍｈ１乃至Ｍｈ１１…ハーフミラー、Ｍ１乃至Ｍ５…ミラー、Ｆ１乃至Ｆ４…フィルタ、Ｄ…光測定器。

Claims (5)

1. 半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、
   前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、
   前記第１プローブ光が前記半導体基板により反射されることにより得られる第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、
   を具備することを特徴とする半導体評価装置。
2. 前記第２プローブ光を前記第１参照サンプルに向けて反射する第１反射部材と、
   前記第２反射プローブ光を反射する第２反射部材と、
   前記第２反射部材により反射された前記第２反射プローブ光を反射する第３反射部材と、
   前記第１反射プローブ光を透過し、前記第３反射部材により反射された前記第２反射プローブ光を前記第１反射プローブ光の光軸上へと反射する第２ハーフミラーと、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体評価装置。
3. 前記第１プローブ光と同じ光軸上で前記半導体基板に向かって進行する第１ポンプ光を照射する第１ポンプレーザと、
   前記第１反射部材によって反射された前記第２プローブ光と同じ光軸上で前記第１参照サンプルに向かって進行する第２ポンプ光を照射する第２ポンプレーザと、
   をさらに具備し、
   前記第１ハーフミラーは前記第１ポンプ光を透過し、
   前記第１反射部材は前記第２ポンプ光を透過するハーフミラーであって、
   前記第２反射部材は前記第２ポンプ光および前記第１反射部材によって反射された前記第２プローブ光を透過するハーフミラーである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体評価装置。
4. 半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、
   前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、
   前記第１プローブ光が前記半導体基板により反射されることにより得られる第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、
   前記半導体基板にイオンビームを照射するイオン照射部と、
   を具備することを特徴とする半導体処理装置。
5. 半導体処理装置内に配置された半導体基板を評価する半導体評価装置であって、
   前記半導体基板に向かって進行する第１プローブ光を照射するプローブレーザと、
   前記第１プローブ光の一部の第２プローブ光を前記第１プローブ光から取り出す第１ハーフミラーと、
   前記第１プローブ光を透過することにより前記第１プローブ光を前記半導体評価装置の外部へと送出する光出力部と、
   前記第１プローブ光が前記半導体基板に反射されることにより得られる第１反射プローブ光を透過することにより前記第１反射プローブ光を前記半導体評価装置内に取り込む光入力部と、
   前記第１反射プローブ光と、前記第２プローブ光が参照用の内部状態を有する第１参照サンプルにより反射されることにより得られる第２反射プローブ光と、を同じ光軸上で取り込む光測定器と、
   を具備することを特徴とする半導体評価装置。

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