JP4043660B2 - 化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デバイス，電子デバイスなどの半導体デバイスの製造に用いられる化合物半導体内のＺｎ等の特定元素の組成比あるいは濃度を非破壊でマッピング化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から化合物半導体ウェハの評価を行うためにウェハの透過率の変化を利用して、ウェハ内の不純物濃度の分布を測定するために、例えば波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用い、非接触，非破壊，非汚染という特性を備える装置が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いた装置は、測定時間に比較的長時間を要するという難点を有し、また非常に高価であり化合物半導体ウェハのコスト高を招くという問題を抱えていた。
【０００４】
即ち、例えば波長分散型分光器の一種としての差分散型フィルタ分光器を用いる場合には、通過帯域を信号光の帯域幅と同じにするために主分光器の波長と差分散型フィルタ分光器の波長を同期させる必要があり、そのために複雑かつ精密な駆動機構を要し、製造コストが嵩むため一般的に４００〜５００万円もの高額な価格帯となるのが通例であった。
【０００５】
また、微弱光を観察するために高感度の光検出器を使用する場合などには、レーザ光の主分光器への入射は光検出器の飽和あるいは損傷を伴う危険性があるため差分散型フィルタ分光器の駆動に際しては細心の注意を払う必要があり、さらに干渉フィルターを使用する場合にはレーザ光の波長に合わせたフィルタを用意しなければならないなど操作が煩雑であり、例えば７５０〜１０５０ｎｍの範囲のスペクトルの１回の測定を行うのに２〜３分もの時間を要していた。したがって、測定の精度を上げるために数回の測定を行う場合には１箇所の評価に１０分以上もの時間が必要となり製造ラインにおけるスループットを大きく低下させるという問題があった。
【０００６】
一方のＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）法を用いた評価方法は半導体ウェハによる赤外線の透過または反射スペクトルを分析する方法の一つとして多用され、例えば７５０〜１０５０ｎｍの範囲のスペクトルの１回の測定を行うのに要する時間は数秒〜数十秒と上記波長分散型分光器を用いる場合よりも高速な評価が可能となっている。
【０００７】
しかしながら、ＦＴＩＲ法による評価を行うためには、フーリエ変換赤外分光器と回転検光子型偏光解析装置、あるいは分散型赤外分光器と位相変調偏光解析装置等の高精度の装置の組み合わせが必要となり、装置一式で５００〜１０００万円と非常に高価であり、化合物半導体（例えばＣｄＺｎＴｅ）のコスト高を招来する一因ともなっていた。
【０００８】
本発明は上述のような問題を解決すべく案出されたものであり、ＣｄＺｎＴｅウェハ等の化合物半導体ウェハについてＺｎ等の特定元素の組成比あるいは濃度を高速かつ低コストで評価することのできるマッピング装置を提供することを主目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比を算出し、その算出結果をマッピング表示するマッピング装置であって、上記化合物半導体ウェハの基礎吸収端の波長を含む光源と、上記化合物半導体ウェハを載置して該ウェハ内の測定位置を順次移動させるウェハ移動手段と、上記光源から照射され上記化合物半導体ウェハ内の所定の測定位置を透過して来る透過光を受光するダイオードアレイ型分光器と、該ダイオードアレイ型分光器の制御を司る制御手段と、上記ダイオードアレイ型分光器から出力される各測定位置の透過率に対応する信号に基づいて特定元素の組成比を算出する演算手段と、該演算手段の算出結果に基づいて上記化合物半導体ウェハの組成分布をマッピング表示する表示手段と、を少なくとも備え、上記演算手段は、記憶手段を備え、
該記憶手段の所定記憶領域には、
（１）上記基礎吸収端の波長を含む任意の波長範囲でその透過率の最大値をＴmax ，吸収係数をα，ウェハの厚さをｔとした場合の透過率Ｔ（％）を示す式
Ｔ（％）＝Ｔmax ｅｘｐ（-αｔ） ・・・式１と、
（２）上記波長範囲における化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比（Ｄ（％））と上記式１にて透過率Ｔ（％）となるように選択される波長λ（α）（但し、αは吸収係数）との関係式
Ｄ（％）＝ａ−ｂ×λ（α） ・・・式２と、
を表すデータを格納し、上記ダイオードアレイ型分光器によって被測定対象の化合物半導体ウェハの複数の測定位置において上記波長範囲の透過率を測定し、各波長と透過率の相関関係を示す透過率曲線のデータを上記記憶手段の所定領域に一旦記憶し、上記演算手段は、各測定位置について、上記化合物半導体ウェハの所定の吸収係数αと厚さｔに基づいて上記式１から上記測定位置における透過率Ｔ（％）を算出し、上記透過率Ｔ（％）と上記記憶手段に記憶されている上記透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を算定し、該波長λ（α）を上記式２に代入すると共に、上記化合物半導体ウェハの表面状態によって上記式２中の定数ａと係数ｂを、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合と、表面をエッチング液でエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合とで、それぞれ異なる値に設定して上記特定元素の組成比を算出し、上記表示手段は、上記算出された各測定位置における上記特定元素の組成比に基づいて、化合物半導体ウェハに含まれる上記特定元素の組成比をマッピング表示するようにしたものである。
【００１０】
これにより、特定元素の組成比あるいは濃度によって化合物半導体ウェハの格子定数が変化し、それに伴ってバンドギャップが変化するという原理を用いて高速な評価を行うことができる。本発明者の試算によれば、本発明に係るマッピング装置を１００〜２００万円程度で構成することができ、従来の波長分散型分光器やＦＴＩＲ法を用いた装置よりも大幅に低価格で供給することが可能である。
【００１１】
また、本発明において用いるダイオードアレイ型分光器は、複数波長の透過率を同時に測定できるという特性を有するため、１つの測定位置のスペクトル情報を取得するのに１０ｍ秒〜数百ｍ秒しか要せず極めて高速に評価を行うことができる。特に、ウェハ内の１つの測定位置について、スペクトルのノイズを十分に除去するためには２０回程測定を繰り返すことが望ましく、しかもウェハ全体の濃度分布を知るためには、そのような測定を４インチウェハの場合で７０箇所近くの測定位置で繰り返し実行する必要がある。しかし、本発明に従うと上記のように１回の測定時間が短くて済むため、全体の所要時間も従来装置に比して大幅に短縮することができ、製造ラインにおけるスループットを大きく改善し、ＣｄＺｎＴｅウェハ等の化合物半導体ウェハの低廉化に貢献することが期待できる。
【００１２】
さらに、本発明に係るマッピング装置は、Ｔ（％）＝Ｔｍａｘ ｅｘｐ（−αｔ）の式を満たす透過率Ｔ（％）に対応する波長と他の分析手法によって得られた組成比の関係点（Ｃ（％）＝ａ−ｂ×λ（α））をウエハの表面状態に応じて測定できるという利点がある。これは、本発明者が、例えば化合物半導体ウェハの一種であるＣｄＺｎＴｅウェハ切断後にBr−MeOHエッチングしたものと鏡面研磨まで行ったものとで波長と、特定元素としてのＺｎの組成比（濃度）の相関式にずれがあり、ウェハの表面状態による依存性があるとの知見に基づくものである。
【００１３】
また、上記式２における定数ａおよび係数ｂは、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合の方が、表面をエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合よりも大きい値に設定することが望ましい（図４参照）。
【００１４】
なお、上記式２における定数ａおよび係数ｂは、化学的分析等により予め特定元素の組成比（濃度）が知得されているｎ種類（ｎは２以上の整数）の試料について、上記ダイオードアレイ型分光器によって任意の波長範囲における透過率Ｔs（％）をそれぞれ測定して透過率曲線を取得し、上記各試料の厚さｔnと所定の吸収係数αを上記式１に代入して、所定組成比（濃度）の試料における各透過率Ｔn（％）を算出し、該各透過率Ｔn（％）に対応する波長λnを上記各透過率曲線から取得し、上記ｎ種類の試料の予め知得された特定元素の組成比（濃度）と、上記波長λnを、縦軸（ｙ軸）が特定元素の濃度、横軸（ｘ軸）が波長を示すグラフにそれぞれプロットし、そのプロット結果の直線的関係からｙ切片を定数ａ，傾きを係数ｂとして算定することができる。
【００１５】
また、上記化合物半導体ウェハは、ウェハ内の測定位置に対応する格子を形成したサンプル台を介して上記ウェハ移動手段を構成するＸ−Ｙテーブル上に載置するようにしてもよい。
【００１６】
また、上記化合物半導体ウェハは、エピタキシャル成長方法により製造されるエピタキシャルウェハであってもよいし、また、上記化合物半導体ウェハは、ＣｄＺｎＴｅウェハであり、上記特定元素はＺｎとしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置の構成例を示す概略構成図である。
【００１９】
図１において、符号１は化合物半導体ウェハの一種としてのＣｄＺｎＴｅウェハＷを載置するＸ−Ｙテーブルである。Ｘ−Ｙテーブル１は、直交するＸ方向とＹ方向の移動を独立して制御可能なアクチュエータ（図示せず）を備えており、演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣからの制御信号に基づいてＣｄＺｎＴｅウェハＷの測定位置の移動を制御するようになっている。
【００２０】
なお、本実施形態では、ＣｄＺｎＴｅウェハＷは、ウェハ内の測定位置に対応する格子２ａ，２ａ・・・を予め形成した格子状のサンプル台２を介してＸ−Ｙテーブル１に載置されるようになっている。
【００２１】
Ｘ−Ｙテーブル１の下方には、ハロゲンランプ等からなる赤外域の光源３が配置されている。
【００２２】
一方、Ｘ−Ｙテーブル１の上方には、ＣｄＺｎＴｅウェハＷ内の所定の測定位置を透過して来る透過光Ｌ２を受光するダイオードアレイ型分光器４が配置されている。ダイオードアレイ型分光器４には制御回路５が接続され、ダイオードアレイ型分光器４の動作の制御およびダイオードアレイから出力される信号を前記パーソナルコンピュータＰＣへ送出するなどの役割を果たすようになっている。
【００２３】
ここで、図２を参照してダイオードアレイ型分光器４の構成について説明する。
【００２４】
図２はダイオードアレイ型分光器の概略構成図である。
【００２５】
本実施形態においては、ダイオードアレイ型分光器４としてカールツァイス社製の分光器「ＭＭＳ１」を採用した。
【００２６】
ダイオードアレイ１０へのスペクトル照射は、導光手段としての光ファイバ１１と、該光ファイバ１１の端部に設けられるスリット１２と、グレーティング（格子）１３を介して行われるようになっている。
【００２７】
グレーティング１３は、上記光ファイバ１１のスリット１２と対向する位置に配置され、３６６本の格子が形成されブレーズ波長が３４０ｎｍのフラットフィールドグレーティングとして構成されている。
【００２８】
なお、ダイオードアレイ１０から出力される信号を制御回路５へ送出したり、制御回路５からの制御信号を受信するための入出力インターフェース１４が設けられている。
【００２９】
上記演算手段を構成するパーソナルコンピュータＰＣは、ＣＰＵ，メモリ，入出力インタフェース等からなる演算部と、ＣＲＴや液晶表示装置あるいはプリンタ等からなる表示部（表示手段Ｄ）と、キーボードやマウス等の入力部等から構成され、所定のＯＳやデータの演算処理および表示部へのマッピング表示等を制御する所定のソフトウェアがハードディスク等の外部記憶装置にインストールされている。
【００３０】
また、パーソナルコンピュータＰＣの上記外部記憶装置の所定記憶領域を使用して、あるいは別途設けられるＲＯＭやＲＡＭ等によって記憶手段Ｍが形成され、この記憶手段Ｍの所定記憶領域には、
（１）７５０〜１０００ｎｍの波長範囲の透過率の最大値をＴmax，吸収係数をα，ウェハの厚さをｔとした場合の透過率Ｔ（％）を示す式
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ） ・・・式１と、
（２）７５０〜１０００ｎｍの波長範囲におけるＣｄＺｎＴｅウェハに含まれる特定元素（Ｚｎ）の組成比（Ｚｎ（％））と上記式１にて透過率Ｔ（％）となるように選択される波長λ（α）（但し、αは吸収係数）との関係式
Ｚｎ（％）＝ａ−ｂ×λ（α） ・・・式２と、
を表すデータ、透過率と波長の相関関係のデータおよび波長とＺｎ濃度の相関関係を示すデータ等が例えばテーブル（表）データとして格納されている。
【００３１】
なお、ＣｄＺｎＴｅウェハについての近赤外線（ＮＩＲ：Near Infrared）のＴmax（最大透過率）と、α（吸収係数）と、ｔ（ウェハの厚さ）の関係は、C.D.Maxey等の文献（Journal of Crystal Growth 197(1999)427-434）によって、上記式１
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ） によって表せることが示されている。
【００３２】
ここで、上記式２における定数ａと係数ｂの算定方法を図６，図７を参照して説明する。
【００３３】
図６は、Ｚｎ濃度の異なるＣｄＺｎＴｅの３種類のサンプル（Ａ〜Ｃ）における透過率と波長の関係を示す透過率曲線（ａ）〜（ｃ）であり、図７はＣｄＺｎＴｅサンプルのＺｎ濃度と波長との関係を示すグラフである。
【００３４】
まず、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ発光分析法)や各種化学的分析法によって予めＺｎ濃度が知得されたＺｎ濃度の異なるＣｄＺｎＴｅの３種類のサンプル（Ａ〜Ｃ）を用意する。本実施形態では、サンプルＡとしてＺｎ濃度３．０％，サンプルＢとしてＺｎ濃度４．０％，サンプルＣとしてＺｎ濃度５．０％のＣｄＺｎＴｅを用いた。
【００３５】
次いで、各サンプル（Ａ〜Ｃ）について、Ｚｎ濃度マッピング装置のダイオードアレイ型分光器４を用いて７５０〜１０００ｎｍの波長範囲におけるそれぞれの透過率Ｔs（％）を測定する。そして、その測定結果に基づいて、図６に示すように、各サンプル（Ａ〜Ｃ）毎に透過率と波長の相関関係を示す透過率曲線をグラフ表示する。
【００３６】
続いて、各サンプル（Ａ〜Ｃ）の厚さｔa〜ｔcと所定の吸収係数α（例えば１０ｃｍ-1）を上記式１に代入して、透過率Ｔ（％）（例えば、Ｔmax＝６３％，ｔ＝１０００μｍ＝１０-1ｃｍの場合に、Ｔ（％）＝６３ｅｘｐ（-１０×１０-1））を求める。
【００３７】
次いで、上記のようにして算出した透過率Ｔ（％）に対応する波長（λA，λB，λC）を図６の（ａ）〜（ｃ）の透過率曲線から取得する。
【００３８】
そして、上記のように予め知得されているサンプル（Ａ〜Ｃ）のＺｎ濃度と波長（λA，λB，λC）を対応させて、図７のように縦軸にＺｎ濃度（％），横軸に波長（ｎｍ）をとったグラフにプロットし、そのプロット結果から直線Ｌで表せる直線的関係を見出し、その直線Ｌからｙ切片を定数ａ，傾きを係数ｂとして算定する。
【００３９】
したがって、ＣｄＺｎＴｅについてＺｎ濃度と波長の関係は、上記式２の通り、Ｚｎ（％）＝ａ−ｂ×λ（α）と表すことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＣｄＺｎＴｅのサンプルとして３種類のＺｎ濃度の異なるものを用いたが、これに限定されるものではなく、２種類あるいは４種類以上のサンプルを用いる場合であってもよい。
【００４１】
以上が本実施形態に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置の構成例の概要であるが、試算によれば上記装置を約１００〜２００万円で構築可能であり、従来装置よりかなり安価にウェハの評価を行うことができる。したがって、ＣｄＺｎＴｅウェハの製造コストを低減することができ、ＣｄＺｎＴｅを用いた半導体デバイスの低廉化に貢献することが期待できる。
【００４２】
次に、上記実施形態に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置によるＣｄＺｎＴｅウェハの具体的な評価手順を説明する。
【００４３】
本発明において各測定位置のＺｎ濃度を取得する手順は、
１）ＣｄＺｎＴｅウェハの各測定位置の透過率曲線を７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定し、そのデータを記憶手段に一時的に記憶する。
２）ＣｄＺｎＴｅウェハの所定の吸収係数αと厚さｔに基づいて上記式１から各測定位置における透過率Ｔ（％）を算出する。
３）上記透過率Ｔ（％）と記憶手段に記憶されている透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を算定する。
４）上記波長λ（α）を上記式２に代入してＺｎ（％）（Ｚｎ濃度）を算出する。
５）上記Ｚｎ濃度を各測定位置と対応させて表示手段Ｄに出力する。
【００４４】
というものである。
【００４５】
まず、上記手順１）において、図１のＸ−Ｙテーブル１上にサンプル台２を介して測定対象として例えば直径４インチ，厚さ１０００μｍのＣｄＺｎＴｅウェハＷを載置する。
【００４６】
次いで、光源３をオンすると共に、制御回路５および演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣを稼働させる。そして、パーソナルコンピュータＰＣによりＸ−Ｙテーブル１のアクチュエータを駆動させて光源３からの照射光Ｌ１の直上にウェハＷの所望の測定位置が来るように制御する。これにより、光源３からの照射光Ｌ１はウェハＷ内の所定の測定位置を透過し、ある透過率の透過光Ｌ２としてダイオードアレイ型分光器４の光ファイバ１１に入射する。透過光Ｌ２は光ファイバ１１内を伝播してスリット１２を介してグレーティング１３に照射される。さらに、グレーティング１３で反射された反射光はダイオードアレイ１０に入射し、ダイオードアレイ１０は入射光の光度（ウェハＷの透過率）に対応する出力信号を出力する。出力信号は、入出力インタフェース１４を介して制御回路５に入力され、制御回路５はその出力信号を演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣに入力する。そして、パーソナルコンピュータＰＣは、ＣｄＺｎＴｅウェハＷについて、図３に示すような縦軸に透過率（％），横軸に波長（ｎｍ）をとった透過率曲線を作成し、そのデータを離散的なテーブルデータとして上記記憶手段Ｍの所定領域に一時的に格納する。
【００４７】
次いで、上記手順２）として、ＣｄＺｎＴｅウェハの所定の吸収係数αと厚さｔを上記式１に代入する。
【００４８】
例えば、吸収係数αを１０ｃｍ-1，厚さｔが１０００μｍ（＝１０-1ｃｍ），最大透過率Ｔmaxが６０％である場合には、
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ）＝６０ｅｘｐ（-１０×１０-1）≒２２．１％と算出できる。
【００４９】
そして、手順３）において、透過率Ｔ（％）≒２２．１％と、記憶手段Ｍに記憶されている透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を８４１ｎｍと算定する（図３に基づけば、透過率曲線において、透過率２２．１％に対応する波長λの位置（８４１ｎｍ）を特定する作業，操作に相当する）。
【００５０】
次いで、手順４）において、上記波長λ（α）（８４１ｎｍ）を上記式２に代入してＺｎ（％）（Ｚｎ濃度）を算出し、その算出結果をレジスタに一旦格納する。
【００５１】
そして、上記手順５）において「各測定位置とＺｎ濃度を対応させてマッピング表示を得る」ために、パーソナルコンピュータＰＣのＣＰＵは上記レジスタの所定領域に格納したＺｎ濃度（％）に対応する値を各測定位置と対応付けしたグラフィック画像としてＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示手段Ｄに出力する。
【００５２】
本発明者が用いた装置構成によれば、ウェハＷ内の一つの測定位置について上記手順１）〜５）を１回実行するのに要した時間は、従来の波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いた装置より大幅に短縮することができる。
【００５３】
そして、上記手順１）〜５）を例えばウェハＷ内で一辺が１０ｍｍの６９箇所の複数の正方形状に分割した測定位置の全てにおいて行う（図５参照）。
【００５４】
なお、本実施形態ではスペクトルのノイズを除去するために１つの測定位置について２０回の測定を行い、その平均値を最終的なＺｎ濃度（％）として画像出力するようにした。
【００５５】
図５は上記画像出力によって得られるウェハＷのＺｎ濃度のマッピング表示の例を示す概略図である。図５（ａ）は比較的Ｚｎ濃度のばらつきの少ないウェハにおけるマッピング表示を例示し、（ｂ）は比較的Ｚｎ濃度のばらつきが多いウェハにおけるマッピング表示を示す。
【００５６】
なお、図５では便宜上モノクロの濃度差（最大４段階）で所定範囲のＺｎ濃度を表したが、これに限られるものではなく、カラー表示によって濃度差を示すようにしてもよいし、また濃度差をより細かな段階で表すようにしてもよい。また、いうまでもないが、ウェハ内の測定位置の数は６９箇所に限定されることなく任意の数の測定位置を設定することができる。また、各測定位置の形状や大きさも１辺が１０ｍｍの場合に限定されるものではなく、任意の形状，面積の測定位置を設定することが可能である。
【００５７】
また、ＣｄＺｎＴｅウェハにおいてＺｎ濃度によって格子定数が変化し、それに伴って透過率カーブが変化するという原理から、図４に示すようなＺｎ濃度（％）と波長（ｎｍ）の相関関係を示すグラフを得ることもできる。図４には、例えば、鏡面研磨を施したＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（Ｚｎ（％）＝289.36−0.33804λ（α））を示す特性直線Ａ１と、表面をBr−MeＯＨでエッチングしたＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（Ｚｎ（％）＝259.19−0.31468λ（α））を示す特性直線Ａ２を示した。これらの特性直線Ａ１，Ａ２から鏡面研磨を施した場合と、エッチングした場合とでは波長とＺｎ濃度の相関関係にずれがあり、Ｚｎ濃度とλ（α＝１０）の関係式についてウェハの表面状態の依存性があることが分かった。かかる知見に基づいて、ウェハの表面状態に応じてＺｎ濃度とλ（α＝１０）の関係式を設定し、その関係式に基づいて上記ＣｄＺｎＴｅウェハについて波長からＺｎ濃度を求めることも可能である。
【００５８】
また、本実施形態では、４インチのＣｄＺｎＴｅウェハの評価を行う場合について述べたが、これ以外のウェハサイズについても同様に評価できることは勿論である。
【００５９】
さらに、本実施形態では、化合物半導体ウェハとしてＣｄＺｎＴｅウェハを用い、特定元素としてＺｎの組成比（濃度）の分布をマッピング表示する場合を示したが、これに限らず、ＩｎＰウェハ，ＩｎＧａＡｓＰウェハ等のその他の化合物半導体ウェハあるいはエピタキシャル基板についても同様の手法により特定元素の組成比をマッピング表示することが可能である。
【００６０】
即ち、化合物半導体ウェハやエピタキシャルウェハに含まれる特定の元素の組成比（濃度）の変化によって、格子定数が変化し、バンドギャップが変化をし、それにより透過率測定をした際の吸収端波長が変化する場合であれば本発明に係るマッピング装置を適用することができる。なお、その場合に、光源としては、吸収端付近の波長を含むものを用い、また、ダイオードアレイ型分光器としては吸収端付近の波長域の透過率の変化を検知することができるものを選択する必要がある。
【００６１】
例えば、ＩｎＰ基板上に格子整合させたＩｎＧａＡｓＰをエピタキシャル成長する場合には、組成比を変えることでＩｎＰからＩｎＧａＡｓまで変化させることが可能であるが、これはバンドギャップで１．３５〜０．７５ｅＶ，波長で９２０〜１６５０ｎｍに相当する。
【００６２】
従って、この場合には、上記実施形態においてＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度分布を調べるのに用いたダイオードアレイ分光器（波長域８００〜１１００ｎｍ）に代えて、検出波長が上記波長に近いダイオードアレイ分光器（例えば、カールツァイス社製ＭＭＳ−ＮＩＲ，波長域：９００〜１７００ｎｍ）を採用することにより、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウェハの組成比のマッピング表示を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、特定元素の組成比あるいは濃度によって化合物半導体ウェハの格子定数が変化し、それに伴ってバンドギャップが変化するという原理を用いて高速な評価を行うことができるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置の構成例を示す概略構成図である。
【図２】ダイオードアレイ型分光器の概略構成図である。
【図３】ＣｄＺｎＴｅウェハの透過率と波長の相関関係を示すグラフである。
【図４】ＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（％）と波長の相関関係を示すグラフである。
【図５】ＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度のマッピング表示例を示す概略図である。
【図６】ＣｄＺｎＴｅサンプル（Ａ〜Ｃ）における透過率と波長の関係を示す透過率曲線を示すグラフである。
【図７】ＣｄＺｎＴｅサンプルのＺｎ濃度と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ Ｘ−Ｙテーブル
２ サンプル台
３ 光源
４ ダイオードアレイ型分光器
５ 制御回路
ＰＣ 演算手段（パーソナルコンピュータ）
Ｄ 表示手段
Ｍ１ 第１の記憶手段
Ｍ２ 第２の記憶手段
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 透過光
１０ ダイオードアレイ
１１ 光ファイバ
１２ スリット
１３ グレーティング
１４ 入出力インタフェース
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デバイス，電子デバイスなどの半導体デバイスの製造に用いられる化合物半導体内のＺｎ等の特定元素の組成比あるいは濃度を非破壊でマッピング化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から化合物半導体ウェハの評価を行うためにウェハの透過率の変化を利用して、ウェハ内の不純物濃度の分布を測定するために、例えば波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用い、非接触，非破壊，非汚染という特性を備える装置が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いた装置は、測定時間に比較的長時間を要するという難点を有し、また非常に高価であり化合物半導体ウェハのコスト高を招くという問題を抱えていた。
【０００４】
即ち、例えば波長分散型分光器の一種としての差分散型フィルタ分光器を用いる場合には、通過帯域を信号光の帯域幅と同じにするために主分光器の波長と差分散型フィルタ分光器の波長を同期させる必要があり、そのために複雑かつ精密な駆動機構を要し、製造コストが嵩むため一般的に４００〜５００万円もの高額な価格帯となるのが通例であった。
【０００５】
また、微弱光を観察するために高感度の光検出器を使用する場合などには、レーザ光の主分光器への入射は光検出器の飽和あるいは損傷を伴う危険性があるため差分散型フィルタ分光器の駆動に際しては細心の注意を払う必要があり、さらに干渉フィルターを使用する場合にはレーザ光の波長に合わせたフィルタを用意しなければならないなど操作が煩雑であり、例えば７５０〜１０５０ｎｍの範囲のスペクトルの１回の測定を行うのに２〜３分もの時間を要していた。したがって、測定の精度を上げるために数回の測定を行う場合には１箇所の評価に１０分以上もの時間が必要となり製造ラインにおけるスループットを大きく低下させるという問題があった。
【０００６】
一方のＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）法を用いた評価方法は半導体ウェハによる赤外線の透過または反射スペクトルを分析する方法の一つとして多用され、例えば７５０〜１０５０ｎｍの範囲のスペクトルの１回の測定を行うのに要する時間は数秒〜数十秒と上記波長分散型分光器を用いる場合よりも高速な評価が可能となっている。
【０００７】
しかしながら、ＦＴＩＲ法による評価を行うためには、フーリエ変換赤外分光器と回転検光子型偏光解析装置、あるいは分散型赤外分光器と位相変調偏光解析装置等の高精度の装置の組み合わせが必要となり、装置一式で５００〜１０００万円と非常に高価であり、化合物半導体（例えばＣｄＺｎＴｅ）のコスト高を招来する一因ともなっていた。
【０００８】
本発明は上述のような問題を解決すべく案出されたものであり、ＣｄＺｎＴｅウェハ等の化合物半導体ウェハについてＺｎ等の特定元素の組成比あるいは濃度を高速かつ低コストで評価することのできるマッピング装置を提供することを主目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比を算出し、その算出結果をマッピング表示するマッピング装置であって、上記化合物半導体ウェハの基礎吸収端の波長を含む光源と、上記化合物半導体ウェハを載置して該ウェハ内の測定位置を順次移動させるウェハ移動手段と、上記光源から照射され上記化合物半導体ウェハ内の所定の測定位置を透過して来る透過光を受光するダイオードアレイ型分光器と、該ダイオードアレイ型分光器の制御を司る制御手段と、上記ダイオードアレイ型分光器から出力される各測定位置の透過率に対応する信号に基づいて特定元素の組成比を算出する演算手段と、該演算手段の算出結果に基づいて上記化合物半導体ウェハの組成分布をマッピング表示する表示手段と、を少なくとも備え、上記演算手段は、記憶手段を備え、
該記憶手段の所定記憶領域には、
（１）上記基礎吸収端の波長を含む任意の波長範囲でその透過率の最大値をＴmax ，吸収係数をα，ウェハの厚さをｔとした場合の透過率Ｔ（％）を示す式
Ｔ（％）＝Ｔmax ｅｘｐ（-αｔ） ・・・式１と、
（２）上記波長範囲における化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比（Ｄ（％））と上記式１にて透過率Ｔ（％）となるように選択される波長λ（α）（但し、αは吸収係数）との関係式
Ｄ（％）＝ａ−ｂ×λ（α） ・・・式２と、
を表すデータを格納し、上記ダイオードアレイ型分光器によって被測定対象の化合物半導体ウェハの複数の測定位置において上記波長範囲の透過率を測定し、各波長と透過率の相関関係を示す透過率曲線のデータを上記記憶手段の所定領域に一旦記憶し、上記演算手段は、各測定位置について、上記化合物半導体ウェハの所定の吸収係数αと厚さｔに基づいて上記式１から上記測定位置における透過率Ｔ（％）を算出し、上記透過率Ｔ（％）と上記記憶手段に記憶されている上記透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を算定し、該波長λ（α）を上記式２に代入すると共に、上記化合物半導体ウェハの表面状態によって上記式２中の定数ａと係数ｂを、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合と、表面をエッチング液でエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合とで、それぞれ異なる値に設定して上記特定元素の組成比を算出し、上記表示手段は、上記算出された各測定位置における上記特定元素の組成比に基づいて、化合物半導体ウェハに含まれる上記特定元素の組成比をマッピング表示するようにしたものである。
【００１０】
これにより、特定元素の組成比あるいは濃度によって化合物半導体ウェハの格子定数が変化し、それに伴ってバンドギャップが変化するという原理を用いて高速な評価を行うことができる。本発明者の試算によれば、本発明に係るマッピング装置を１００〜２００万円程度で構成することができ、従来の波長分散型分光器やＦＴＩＲ法を用いた装置よりも大幅に低価格で供給することが可能である。
【００１１】
また、本発明において用いるダイオードアレイ型分光器は、複数波長の透過率を同時に測定できるという特性を有するため、１つの測定位置のスペクトル情報を取得するのに１０ｍ秒〜数百ｍ秒しか要せず極めて高速に評価を行うことができる。特に、ウェハ内の１つの測定位置について、スペクトルのノイズを十分に除去するためには２０回程測定を繰り返すことが望ましく、しかもウェハ全体の濃度分布を知るためには、そのような測定を４インチウェハの場合で７０箇所近くの測定位置で繰り返し実行する必要がある。しかし、本発明に従うと上記のように１回の測定時間が短くて済むため、全体の所要時間も従来装置に比して大幅に短縮することができ、製造ラインにおけるスループットを大きく改善し、ＣｄＺｎＴｅウェハ等の化合物半導体ウェハの低廉化に貢献することが期待できる。
【００１２】
さらに、本発明に係るマッピング装置は、Ｔ（％）＝Ｔｍａｘ ｅｘｐ（−αｔ）の式を満たす透過率Ｔ（％）に対応する波長と他の分析手法によって得られた組成比の関係点（Ｃ（％）＝ａ−ｂ×λ（α））をウエハの表面状態に応じて測定できるという利点がある。これは、本発明者が、例えば化合物半導体ウェハの一種であるＣｄＺｎＴｅウェハ切断後にBr−MeOHエッチングしたものと鏡面研磨まで行ったものとで波長と、特定元素としてのＺｎの組成比（濃度）の相関式にずれがあり、ウェハの表面状態による依存性があるとの知見に基づくものである。
【００１３】
また、上記式２における定数ａおよび係数ｂは、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合の方が、表面をエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合よりも大きい値に設定することが望ましい（図４参照）。
【００１４】
なお、上記式２における定数ａおよび係数ｂは、化学的分析等により予め特定元素の組成比（濃度）が知得されているｎ種類（ｎは２以上の整数）の試料について、上記ダイオードアレイ型分光器によって任意の波長範囲における透過率Ｔs（％）をそれぞれ測定して透過率曲線を取得し、上記各試料の厚さｔnと所定の吸収係数αを上記式１に代入して、所定組成比（濃度）の試料における各透過率Ｔn（％）を算出し、該各透過率Ｔn（％）に対応する波長λnを上記各透過率曲線から取得し、上記ｎ種類の試料の予め知得された特定元素の組成比（濃度）と、上記波長λnを、縦軸（ｙ軸）が特定元素の濃度、横軸（ｘ軸）が波長を示すグラフにそれぞれプロットし、そのプロット結果の直線的関係からｙ切片を定数ａ，傾きを係数ｂとして算定することができる。
【００１５】
また、上記化合物半導体ウェハは、ウェハ内の測定位置に対応する格子を形成したサンプル台を介して上記ウェハ移動手段を構成するＸ−Ｙテーブル上に載置するようにしてもよい。
【００１６】
また、上記化合物半導体ウェハは、エピタキシャル成長方法により製造されるエピタキシャルウェハであってもよいし、また、上記化合物半導体ウェハは、ＣｄＺｎＴｅウェハであり、上記特定元素はＺｎとしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置の構成例を示す概略構成図である。
【００１９】
図１において、符号１は化合物半導体ウェハの一種としてのＣｄＺｎＴｅウェハＷを載置するＸ−Ｙテーブルである。Ｘ−Ｙテーブル１は、直交するＸ方向とＹ方向の移動を独立して制御可能なアクチュエータ（図示せず）を備えており、演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣからの制御信号に基づいてＣｄＺｎＴｅウェハＷの測定位置の移動を制御するようになっている。
【００２０】
なお、本実施形態では、ＣｄＺｎＴｅウェハＷは、ウェハ内の測定位置に対応する格子２ａ，２ａ・・・を予め形成した格子状のサンプル台２を介してＸ−Ｙテーブル１に載置されるようになっている。
【００２１】
Ｘ−Ｙテーブル１の下方には、ハロゲンランプ等からなる赤外域の光源３が配置されている。
【００２２】
一方、Ｘ−Ｙテーブル１の上方には、ＣｄＺｎＴｅウェハＷ内の所定の測定位置を透過して来る透過光Ｌ２を受光するダイオードアレイ型分光器４が配置されている。ダイオードアレイ型分光器４には制御回路５が接続され、ダイオードアレイ型分光器４の動作の制御およびダイオードアレイから出力される信号を前記パーソナルコンピュータＰＣへ送出するなどの役割を果たすようになっている。
【００２３】
ここで、図２を参照してダイオードアレイ型分光器４の構成について説明する。
【００２４】
図２はダイオードアレイ型分光器の概略構成図である。
【００２５】
本実施形態においては、ダイオードアレイ型分光器４としてカールツァイス社製の分光器「ＭＭＳ１」を採用した。
【００２６】
ダイオードアレイ１０へのスペクトル照射は、導光手段としての光ファイバ１１と、該光ファイバ１１の端部に設けられるスリット１２と、グレーティング（格子）１３を介して行われるようになっている。
【００２７】
グレーティング１３は、上記光ファイバ１１のスリット１２と対向する位置に配置され、３６６本の格子が形成されブレーズ波長が３４０ｎｍのフラットフィールドグレーティングとして構成されている。
【００２８】
なお、ダイオードアレイ１０から出力される信号を制御回路５へ送出したり、制御回路５からの制御信号を受信するための入出力インターフェース１４が設けられている。
【００２９】
上記演算手段を構成するパーソナルコンピュータＰＣは、ＣＰＵ，メモリ，入出力インタフェース等からなる演算部と、ＣＲＴや液晶表示装置あるいはプリンタ等からなる表示部（表示手段Ｄ）と、キーボードやマウス等の入力部等から構成され、所定のＯＳやデータの演算処理および表示部へのマッピング表示等を制御する所定のソフトウェアがハードディスク等の外部記憶装置にインストールされている。
【００３０】
また、パーソナルコンピュータＰＣの上記外部記憶装置の所定記憶領域を使用して、あるいは別途設けられるＲＯＭやＲＡＭ等によって記憶手段Ｍが形成され、この記憶手段Ｍの所定記憶領域には、
（１）７５０〜１０００ｎｍの波長範囲の透過率の最大値をＴmax，吸収係数をα，ウェハの厚さをｔとした場合の透過率Ｔ（％）を示す式
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ） ・・・式１と、
（２）７５０〜１０００ｎｍの波長範囲におけるＣｄＺｎＴｅウェハに含まれる特定元素（Ｚｎ）の組成比（Ｚｎ（％））と上記式１にて透過率Ｔ（％）となるように選択される波長λ（α）（但し、αは吸収係数）との関係式
Ｚｎ（％）＝ａ−ｂ×λ（α） ・・・式２と、
を表すデータ、透過率と波長の相関関係のデータおよび波長とＺｎ濃度の相関関係を示すデータ等が例えばテーブル（表）データとして格納されている。
【００３１】
なお、ＣｄＺｎＴｅウェハについての近赤外線（ＮＩＲ：Near Infrared）のＴmax（最大透過率）と、α（吸収係数）と、ｔ（ウェハの厚さ）の関係は、C.D.Maxey等の文献（Journal of Crystal Growth 197(1999)427-434）によって、上記式１
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ） によって表せることが示されている。
【００３２】
ここで、上記式２における定数ａと係数ｂの算定方法を図６，図７を参照して説明する。
【００３３】
図６は、Ｚｎ濃度の異なるＣｄＺｎＴｅの３種類のサンプル（Ａ〜Ｃ）における透過率と波長の関係を示す透過率曲線（ａ）〜（ｃ）であり、図７はＣｄＺｎＴｅサンプルのＺｎ濃度と波長との関係を示すグラフである。
【００３４】
まず、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ発光分析法)や各種化学的分析法によって予めＺｎ濃度が知得されたＺｎ濃度の異なるＣｄＺｎＴｅの３種類のサンプル（Ａ〜Ｃ）を用意する。本実施形態では、サンプルＡとしてＺｎ濃度３．０％，サンプルＢとしてＺｎ濃度４．０％，サンプルＣとしてＺｎ濃度５．０％のＣｄＺｎＴｅを用いた。
【００３５】
次いで、各サンプル（Ａ〜Ｃ）について、Ｚｎ濃度マッピング装置のダイオードアレイ型分光器４を用いて７５０〜１０００ｎｍの波長範囲におけるそれぞれの透過率Ｔs（％）を測定する。そして、その測定結果に基づいて、図６に示すように、各サンプル（Ａ〜Ｃ）毎に透過率と波長の相関関係を示す透過率曲線をグラフ表示する。
【００３６】
続いて、各サンプル（Ａ〜Ｃ）の厚さｔa〜ｔcと所定の吸収係数α（例えば１０ｃｍ-1）を上記式１に代入して、透過率Ｔ（％）（例えば、Ｔmax＝６３％，ｔ＝１０００μｍ＝１０-1ｃｍの場合に、Ｔ（％）＝６３ｅｘｐ（-１０×１０-1））を求める。
【００３７】
次いで、上記のようにして算出した透過率Ｔ（％）に対応する波長（λA，λB，λC）を図６の（ａ）〜（ｃ）の透過率曲線から取得する。
【００３８】
そして、上記のように予め知得されているサンプル（Ａ〜Ｃ）のＺｎ濃度と波長（λA，λB，λC）を対応させて、図７のように縦軸にＺｎ濃度（％），横軸に波長（ｎｍ）をとったグラフにプロットし、そのプロット結果から直線Ｌで表せる直線的関係を見出し、その直線Ｌからｙ切片を定数ａ，傾きを係数ｂとして算定する。
【００３９】
したがって、ＣｄＺｎＴｅについてＺｎ濃度と波長の関係は、上記式２の通り、Ｚｎ（％）＝ａ−ｂ×λ（α）と表すことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＣｄＺｎＴｅのサンプルとして３種類のＺｎ濃度の異なるものを用いたが、これに限定されるものではなく、２種類あるいは４種類以上のサンプルを用いる場合であってもよい。
【００４１】
以上が本実施形態に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置の構成例の概要であるが、試算によれば上記装置を約１００〜２００万円で構築可能であり、従来装置よりかなり安価にウェハの評価を行うことができる。したがって、ＣｄＺｎＴｅウェハの製造コストを低減することができ、ＣｄＺｎＴｅを用いた半導体デバイスの低廉化に貢献することが期待できる。
【００４２】
次に、上記実施形態に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置によるＣｄＺｎＴｅウェハの具体的な評価手順を説明する。
【００４３】
本発明において各測定位置のＺｎ濃度を取得する手順は、
１）ＣｄＺｎＴｅウェハの各測定位置の透過率曲線を７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定し、そのデータを記憶手段に一時的に記憶する。
２）ＣｄＺｎＴｅウェハの所定の吸収係数αと厚さｔに基づいて上記式１から各測定位置における透過率Ｔ（％）を算出する。
３）上記透過率Ｔ（％）と記憶手段に記憶されている透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を算定する。
４）上記波長λ（α）を上記式２に代入してＺｎ（％）（Ｚｎ濃度）を算出する。
５）上記Ｚｎ濃度を各測定位置と対応させて表示手段Ｄに出力する。
【００４４】
というものである。
【００４５】
まず、上記手順１）において、図１のＸ−Ｙテーブル１上にサンプル台２を介して測定対象として例えば直径４インチ，厚さ１０００μｍのＣｄＺｎＴｅウェハＷを載置する。
【００４６】
次いで、光源３をオンすると共に、制御回路５および演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣを稼働させる。そして、パーソナルコンピュータＰＣによりＸ−Ｙテーブル１のアクチュエータを駆動させて光源３からの照射光Ｌ１の直上にウェハＷの所望の測定位置が来るように制御する。これにより、光源３からの照射光Ｌ１はウェハＷ内の所定の測定位置を透過し、ある透過率の透過光Ｌ２としてダイオードアレイ型分光器４の光ファイバ１１に入射する。透過光Ｌ２は光ファイバ１１内を伝播してスリット１２を介してグレーティング１３に照射される。さらに、グレーティング１３で反射された反射光はダイオードアレイ１０に入射し、ダイオードアレイ１０は入射光の光度（ウェハＷの透過率）に対応する出力信号を出力する。出力信号は、入出力インタフェース１４を介して制御回路５に入力され、制御回路５はその出力信号を演算手段としてのパーソナルコンピュータＰＣに入力する。そして、パーソナルコンピュータＰＣは、ＣｄＺｎＴｅウェハＷについて、図３に示すような縦軸に透過率（％），横軸に波長（ｎｍ）をとった透過率曲線を作成し、そのデータを離散的なテーブルデータとして上記記憶手段Ｍの所定領域に一時的に格納する。
【００４７】
次いで、上記手順２）として、ＣｄＺｎＴｅウェハの所定の吸収係数αと厚さｔを上記式１に代入する。
【００４８】
例えば、吸収係数αを１０ｃｍ-1，厚さｔが１０００μｍ（＝１０-1ｃｍ），最大透過率Ｔmaxが６０％である場合には、
Ｔ（％）＝Ｔmaxｅｘｐ（-αｔ）＝６０ｅｘｐ（-１０×１０-1）≒２２．１％と算出できる。
【００４９】
そして、手順３）において、透過率Ｔ（％）≒２２．１％と、記憶手段Ｍに記憶されている透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を８４１ｎｍと算定する（図３に基づけば、透過率曲線において、透過率２２．１％に対応する波長λの位置（８４１ｎｍ）を特定する作業，操作に相当する）。
【００５０】
次いで、手順４）において、上記波長λ（α）（８４１ｎｍ）を上記式２に代入してＺｎ（％）（Ｚｎ濃度）を算出し、その算出結果をレジスタに一旦格納する。
【００５１】
そして、上記手順５）において「各測定位置とＺｎ濃度を対応させてマッピング表示を得る」ために、パーソナルコンピュータＰＣのＣＰＵは上記レジスタの所定領域に格納したＺｎ濃度（％）に対応する値を各測定位置と対応付けしたグラフィック画像としてＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示手段Ｄに出力する。
【００５２】
本発明者が用いた装置構成によれば、ウェハＷ内の一つの測定位置について上記手順１）〜５）を１回実行するのに要した時間は、従来の波長分散型分光器やＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いた装置より大幅に短縮することができる。
【００５３】
そして、上記手順１）〜５）を例えばウェハＷ内で一辺が１０ｍｍの６９箇所の複数の正方形状に分割した測定位置の全てにおいて行う（図５参照）。
【００５４】
なお、本実施形態ではスペクトルのノイズを除去するために１つの測定位置について２０回の測定を行い、その平均値を最終的なＺｎ濃度（％）として画像出力するようにした。
【００５５】
図５は上記画像出力によって得られるウェハＷのＺｎ濃度のマッピング表示の例を示す概略図である。図５（ａ）は比較的Ｚｎ濃度のばらつきの少ないウェハにおけるマッピング表示を例示し、（ｂ）は比較的Ｚｎ濃度のばらつきが多いウェハにおけるマッピング表示を示す。
【００５６】
なお、図５では便宜上モノクロの濃度差（最大４段階）で所定範囲のＺｎ濃度を表したが、これに限られるものではなく、カラー表示によって濃度差を示すようにしてもよいし、また濃度差をより細かな段階で表すようにしてもよい。また、いうまでもないが、ウェハ内の測定位置の数は６９箇所に限定されることなく任意の数の測定位置を設定することができる。また、各測定位置の形状や大きさも１辺が１０ｍｍの場合に限定されるものではなく、任意の形状，面積の測定位置を設定することが可能である。
【００５７】
また、ＣｄＺｎＴｅウェハにおいてＺｎ濃度によって格子定数が変化し、それに伴って透過率カーブが変化するという原理から、図４に示すようなＺｎ濃度（％）と波長（ｎｍ）の相関関係を示すグラフを得ることもできる。図４には、例えば、鏡面研磨を施したＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（Ｚｎ（％）＝289.36−0.33804λ（α））を示す特性直線Ａ１と、表面をBr−MeＯＨでエッチングしたＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（Ｚｎ（％）＝259.19−0.31468λ（α））を示す特性直線Ａ２を示した。これらの特性直線Ａ１，Ａ２から鏡面研磨を施した場合と、エッチングした場合とでは波長とＺｎ濃度の相関関係にずれがあり、Ｚｎ濃度とλ（α＝１０）の関係式についてウェハの表面状態の依存性があることが分かった。かかる知見に基づいて、ウェハの表面状態に応じてＺｎ濃度とλ（α＝１０）の関係式を設定し、その関係式に基づいて上記ＣｄＺｎＴｅウェハについて波長からＺｎ濃度を求めることも可能である。
【００５８】
また、本実施形態では、４インチのＣｄＺｎＴｅウェハの評価を行う場合について述べたが、これ以外のウェハサイズについても同様に評価できることは勿論である。
【００５９】
さらに、本実施形態では、化合物半導体ウェハとしてＣｄＺｎＴｅウェハを用い、特定元素としてＺｎの組成比（濃度）の分布をマッピング表示する場合を示したが、これに限らず、ＩｎＰウェハ，ＩｎＧａＡｓＰウェハ等のその他の化合物半導体ウェハあるいはエピタキシャル基板についても同様の手法により特定元素の組成比をマッピング表示することが可能である。
【００６０】
即ち、化合物半導体ウェハやエピタキシャルウェハに含まれる特定の元素の組成比（濃度）の変化によって、格子定数が変化し、バンドギャップが変化をし、それにより透過率測定をした際の吸収端波長が変化する場合であれば本発明に係るマッピング装置を適用することができる。なお、その場合に、光源としては、吸収端付近の波長を含むものを用い、また、ダイオードアレイ型分光器としては吸収端付近の波長域の透過率の変化を検知することができるものを選択する必要がある。
【００６１】
例えば、ＩｎＰ基板上に格子整合させたＩｎＧａＡｓＰをエピタキシャル成長する場合には、組成比を変えることでＩｎＰからＩｎＧａＡｓまで変化させることが可能であるが、これはバンドギャップで１．３５〜０．７５ｅＶ，波長で９２０〜１６５０ｎｍに相当する。
【００６２】
従って、この場合には、上記実施形態においてＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度分布を調べるのに用いたダイオードアレイ分光器（波長域８００〜１１００ｎｍ）に代えて、検出波長が上記波長に近いダイオードアレイ分光器（例えば、カールツァイス社製ＭＭＳ−ＮＩＲ，波長域：９００〜１７００ｎｍ）を採用することにより、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウェハの組成比のマッピング表示を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、特定元素の組成比あるいは濃度によって化合物半導体ウェハの格子定数が変化し、それに伴ってバンドギャップが変化するという原理を用いて高速な評価を行うことができるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度マッピング装置の構成例を示す概略構成図である。
【図２】ダイオードアレイ型分光器の概略構成図である。
【図３】ＣｄＺｎＴｅウェハの透過率と波長の相関関係を示すグラフである。
【図４】ＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度（％）と波長の相関関係を示すグラフである。
【図５】ＣｄＺｎＴｅウェハのＺｎ濃度のマッピング表示例を示す概略図である。
【図６】ＣｄＺｎＴｅサンプル（Ａ〜Ｃ）における透過率と波長の関係を示す透過率曲線を示すグラフである。
【図７】ＣｄＺｎＴｅサンプルのＺｎ濃度と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ Ｘ−Ｙテーブル
２ サンプル台
３ 光源
４ ダイオードアレイ型分光器
５ 制御回路
ＰＣ 演算手段（パーソナルコンピュータ）
Ｄ 表示手段
Ｍ１ 第１の記憶手段
Ｍ２ 第２の記憶手段
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 透過光
１０ ダイオードアレイ
１１ 光ファイバ
１２ スリット
１３ グレーティング
１４ 入出力インタフェース
Claims (5)
- 化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比を算出し、その算出結果をマッピング表示するマッピング装置であって、
上記化合物半導体ウェハの基礎吸収端の波長を含む光源と、
上記化合物半導体ウェハを載置して該ウェハ内の測定位置を順次移動させるウェハ移動手段と、
上記光源から照射され上記化合物半導体ウェハ内の所定の測定位置を透過して来る透過光を受光するダイオードアレイ型分光器と、
該ダイオードアレイ型分光器の制御を司る制御手段と、
上記ダイオードアレイ型分光器から出力される各測定位置の透過率に対応する信号に基づいて特定元素の組成比を算出する演算手段と、
該演算手段の算出結果に基づいて上記化合物半導体ウェハの組成分布をマッピング表示する表示手段と、
を少なくとも備え、
上記演算手段は、記憶手段を備え、
該記憶手段の所定記憶領域には、
（１）上記基礎吸収端の波長を含む任意の波長範囲でその透過率の最大値をＴmax ，吸収係数をα，ウェハの厚さをｔとした場合の透過率Ｔ（％）を示す式
Ｔ（％）＝Ｔmax ｅｘｐ（-αｔ） ・・・式１と、
（２）上記波長範囲における化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比（Ｄ（％））と上記式１にて透過率Ｔ（％）となるように選択される波長λ（α）（但し、αは吸収係数）との関係式
Ｄ（％）＝ａ−ｂ×λ（α） ・・・式２と、
を表すデータを格納し、
上記ダイオードアレイ型分光器によって被測定対象の化合物半導体ウェハの複数の測定位置において上記波長範囲の透過率を測定し、各波長と透過率の相関関係を示す透過率曲線のデータを上記記憶手段の所定領域に一旦記憶し、
上記演算手段は、各測定位置について、上記化合物半導体ウェハの所定の吸収係数αと厚さｔに基づいて上記式１から上記測定位置における透過率Ｔ（％）を算出し、
上記透過率Ｔ（％）と上記記憶手段に記憶されている上記透過率曲線のデータに基づいて、上記透過率Ｔ（％）に対応する波長λ（α）を算定し、
該波長λ（α）を上記式２に代入すると共に、上記化合物半導体ウェハの表面状態によって上記式２中の定数ａと係数ｂを、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合と、表面をエッチング液でエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合とで、それぞれ異なる値に設定して上記特定元素の組成比を算出し、
上記表示手段は、上記算出された各測定位置における上記特定元素の組成比に基づいて、化合物半導体ウェハに含まれる上記特定元素の組成比をマッピング表示することを特徴とする化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置。 - 上記エッチング液は Br − Me ＯＨであり、上記式２における定数ａおよび係数ｂは、表面が鏡面研磨された化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合の方が、表面をBr − Me ＯＨでエッチングした化合物半導体ウェハの特定元素の組成比を算出する場合よりも大きい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置。
- 化学的分析等により予め特定元素の組成比（濃度）が知得されているｎ種類（ｎは２以上の整数）の試料について、上記ダイオードアレイ型分光器によって任意の波長範囲における透過率Ｔs（％）をそれぞれ測定して上記透過率曲線を取得し、
上記各試料の厚さｔnと所定の吸収係数αを上記式１に代入して、所定組成比（濃度）の試料における各透過率Ｔn（％）を算出し、
該各透過率Ｔn（％）に対応する波長λnを上記各透過率曲線から取得し、
上記ｎ種類の試料の予め知得された特定元素の組成比（濃度）と、上記取得した波長λnを、縦軸（ｙ軸）が特定元素の濃度、横軸（ｘ軸）が波長を示すグラフにそれぞれプロットし、
そのプロットされた点を、鏡面研磨された化合物半導体ウェハとエッチング液でエッチングされた化合物半導体ウェハごとに、直線で結んだときのｙ切片と傾きを求め、ｙ切片を上記式２における定数ａ，傾きを係数ｂとして決定することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置。 - 上記化合物半導体ウェハは、エピタキシャル成長方法により製造されるエピタキシャルウェハであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置。
- 上記化合物半導体ウェハは、ＣｄＺｎＴｅウェハであり、上記特定元素はＺｎであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の化合物半導体ウェハに含まれる特定元素の組成比のマッピング装置。
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