イオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法
【課題】本発明は、イオン注入された表層よりも深層の影響をより低減し、イオン注入量をより精度よく測定し得るイオン注入量測定装置および該方法を提供する。
【解決手段】本発明のイオン注入量測定装置Ｄａは、光源部１ａおよび変調部２ａによってイオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射し、測定波生成部６で生成された測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射し、検出部１０ａによってイオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波を検出し、イオン注入量演算部１４２ａによって、検出部１０ａの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【解決手段】本発明のイオン注入量測定装置Ｄａは、光源部１ａおよび変調部２ａによってイオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射し、測定波生成部６で生成された測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射し、検出部１０ａによってイオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波を検出し、イオン注入量演算部１４２ａによって、検出部１０ａの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の表層にイオン注入された物質の総量であるイオン注入量を測定するイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスの進展により、半導体は、製品に適った適宜な特性が与えられ、様々な製品に応用されている。半導体には、導電型（ｎ型、ｐ型）や電気抵抗率等の特性を変えるために、一般に、所定の物質がイオン注入される。例えば、半導体がシリコン（Ｓｉ）である場合には、シリコンには、ドーパントとして、例えば、ボロン（ホウ素、Ｂ）、リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）等がイオン注入される。このイオン注入は、通常、ドーパントをイオン化し、このイオン化されたドーパントを電気的に加速し、この加速したドーパントのイオンを半導体に打ち込むことによって行われ、半導体の表層にドーパントがイオン注入される。そして、このイオン注入された物質の総量であるイオン注入量が半導体の特性に影響するため、このイオン注入量の測定は、半導体の品質管理上、重要である。
【０００３】
このイオン注入量を測定するイオン注入量測定装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示のイオン注入量測定装置は、表層にイオン注入がなされた半導体であるイオン注入物におけるイオン注入量の測定を行うイオン注入量測定装置であって、前記イオン注入物の測定部に対し電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記イオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く、かつ前記イオン注入物のバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を前記測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により変化する、前記イオン注入物からの前記電磁波の反射波の強度を検出する電磁波強度検出手段と、前記電磁波強度検出手段による検出強度に基づいて前記測定部における光励起キャリアの寿命の指標値を検出する光励起キャリア寿命指標値検出手段と、前記光励起キャリアの寿命の指標値と前記イオン注入量との対応関係が予め設定された指標値・イオン注入量対応情報と前記光励起キャリア寿命指標値検出手段の検出値とに基づいて前記イオン注入物におけるイオン注入量を導出するイオン注入量導出手段とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１２３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に開示のイオン注入量測定装置のように、反射電磁波の強度に基づいて光励起キャリアの寿命を測定することによって、光励起キャリアの寿命と相関関係にあるイオン注入量を測定する方法は、電磁波（マイクロ波）の波長が数ミリ以上と長いため、イオン注入された表層のみを選択的に照射することができない。したがって、前記反射電磁波は、イオン注入された表層のみの影響を受けるだけではなく、それよりも深層の影響も受けてしまう。このため、前記特許文献１に開示のイオン注入量測定装置では、イオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短い励起光が用いられている。
【０００６】
しかしながら、このようにイオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短い励起光が用いられても、光励起キャリアは、深さ方向にも拡散するため、この観点による前記深層の影響を、前記反射電磁波は、まだ含んでいる。
【０００７】
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、イオン注入された表層よりも深層の影響をより低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができるイオン注入量測定装置およびイオン注入量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】
【０００８】
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イオン注入量測定装置は、イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射部と、前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出部と、前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
そして、本発明の他の一態様にかかるイオン注入量測定方法は、イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射工程と、前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射工程と、前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出工程と、前記反射波検出工程の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
測定対象のイオン注入半導体に励起光が照射されると、光励起キャリアが発生し、この光励起キャリアは、再結合によって消滅する。この光励起キャリアの寿命（ライフタイム）は、イオン注入量と相関し、イオン注入量が多いほど、光励起キャリアの寿命は、短くなる。また、光励起キャリアは、フリーキャリアの吸収効果によって例えばマイクロ波等の電磁波と相互作用し、イオン注入半導体で反射された電磁波の反射波は、光励起キャリアの寿命と相関し、光励起キャリアの寿命が短いほど、前記励起光の照射によって変化する前記反射波の強度におけるピークが小さくなる、あるいは、光励起キャリアの寿命が短いほど、前記反射波の強度がピーク値から所定値まで減衰する減衰時間が短くなる。したがって、イオン注入量は、光励起キャリアの寿命を介して、前記反射波と相関することになる。
【００１１】
ここで、この光励起キャリアの寿命は、その発生から消滅までの時間であり、光励起キャリアは、再結合によって消滅するから、光励起キャリアの寿命は、再結合速度によって表すことができる。この再結合速度は、半導体の表層において生じる表面再結合速度Ｓと半導体の表層より深層において生じるバルク再結合速度とに分けることができる。一方、イオン注入半導体において、イオン注入によって注入されるイオンの表面からの平均的な到達距離であるイオン注入深さ（イオン注入されている領域の平均的な深さ）は、通常、約１０ｎｍないし約１μｍ程度である。したがって、イオン注入量は、表層での光励起キャリアの寿命を表す表面再結合速度Ｓと高い相関を示すと考えられ、イオン注入量は、表面再結合速度Ｓを測定することによって測定され得る。
【００１２】
また、光励起キャリアの拡散は、深さ方向（Ｚ方向）の一次元拡散であると仮定した場合には、拡散方程式は、次の式１となる。
ｄＮ／ｄｔ＝−Ｎ／τ
＋Ｄ・ｄ（２Ｎ）／ｄ（ｚ２）
＋ｇ・ｅｘｐ（−α・ｚ）ｅｘｐ（ｊωｔ） ・・・（１）
前記式１において、Ｎは、光励起キャリアのキャリア密度であり、Ｄは、光励起キャリアの拡散係数であり、ωは、変調角周波数であり、τは、光励起キャリアのライフタイム（キャリア寿命）であり、αは、励起光の吸収係数であり、そして、ｇは、励起光条件（強度）に依存する定数である。
【００１３】
前記式１より、光励起キャリアの拡散長Ｌは、次の式２によって与えられ、角周波数ωに依存するものである。すなわち、深さ方向の拡散長Ｌは、角周波数ωによって変化させることができる。例えば、シリコンである場合、拡散係数Ｄ＝１０ｃｍ／Ｓ２かつτ＝１００μＳとすると、周波数ｆ＝１００ｋＨｚである場合（ω＝２πｆ）には、深さ方向の拡散長Ｌ＝約１００μｍであり、周波数ｆ＝１ＭＨｚである場合（ω＝２πｆ）には、深さ方向の拡散長Ｌ＝約２０μｍである。このように角周波数ωを制御することによって、深さ方向の拡散領域を制御することが可能である。
Ｌ＝（Ｄ／（ｊω＋１／τ））１／２ ・・・（２）
前記表面再結合速度Ｓは、表層での光励起キャリアの寿命に相関するから、光励起キャリアの拡散長Ｌと関係すると考えられ、この光励起キャリアの拡散長Ｌは、角周波数ω、すなわち変調周波数ｆによって制御される。したがって、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓと相関すると考えられる。このため、表面再結合速度Ｓを介して、イオン注入量は、前記反射波の変調周波数依存特性と相関することとなる。そして、前記反射波の変調周波数依存特性は、前記励起光の変調周波数ｆを変化させることによって、すなわち、光励起キャリアの拡散長Ｌを制御することによって求めているので、前記拡散長Ｌよりも深層の影響が低減されていると考えられる。このため、前記反射波の変調周波数依存特性との相関を利用して、前記反射波の変調周波数依存特性に基づいて求めたイオン注入量は、イオン注入された表層よりも深層の影響がより低減され、より精度の高い測定値となる。
【００１４】
以上より、上記構成のイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法は、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量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、上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記イオン注入量演算部は、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【００１６】
この構成によれば、例えば変調周波数を走査することによって互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度を測定する場合には、これによって多数の測定結果が得られるので、測定結果に最も適合する前記反射波の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００１７】
また、前記反射波の変調周波数依存特性は、後述するように、前記変調周波数ｆの角周波数をω（＝２πｆ）とし、光励起キャリアの寿命（ライフタイム）をτとする場合に、ωτ＝１に相当する変調周波数ｆで屈曲する比較的単純なプロファイルである。このため、変調周波数を走査しなくても比較的少ない複数の変調周波数に対する反射波の強度を測定することによって、前記反射波の変調周波数依存特性を特定することが可能である。したがって、この構成によれば、比較的少数、例えば、２、３個の変調周波数に対する反射波の強度を測定することによって前記反射波の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置は、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００１８】
また、他の一態様では、これら上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記励起光照射部は、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、前記反射波検出部は、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出する。
【００１９】
このような構成では、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光が測定対象のイオン注入半導体へ一度に照射され、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度が検出される。このため、このような構成のイオン注入量測定装置は、一度の照射で実質的に、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度が得られるから、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００２０】
また、他の一態様では、これら上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記励起光照射部は、前記測定対象のイオン注入半導体に対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射し、前記イオン注入量演算部は、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【００２１】
このような構成では、相対的に短い浸透長の励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射することによって、比較的表層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られるとともに、相対的に長い浸透長の励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射することによって、比較的深層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られる。このため、両者の比の変調周波数依存特性を求めることによって、表層の情報と深層の情報とを弁別することができ、このような構成のイオン注入量測定装置は、より精度よくイオン注入量を測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかるイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法は、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量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】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のイオン注入量測定装置における励起光および反射波の各強度の変化を説明するための図である。
【図３】イオン注入量と信号強度との関係を示す図である。
【図４】変調周波数と光励起キャリア数との関係を示す図である。
【図５】第２実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】所定波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数との関係を示す図である。
【図８】２波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数比との関係を示す図である。
【図９】光励起キャリアの寿命の相違による、２波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄは、所定のイオンをイオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体（測定試料）ＳＭにおけるイオン注入量を測定する装置である。このイオン注入量測定装置Ｄは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光をイオン注入半導体ＳＭに励起光照射部によって照射するとともに、このイオン注入半導体ＳＭに所定の測定波を測定波照射部によって照射する。そして、このイオン注入量測定装置Ｄは、このイオン注入半導体ＳＭで反射された前記測定波の反射波を反射波検出部によって検出し、イオン注入量演算部によって、前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるものである。このように本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄおよびこれに実装されたイオン注入量測定方法は、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができる。このようなイオン注入量測定装置Ｄおよびこれに実装されたイオン注入量測定方法の実施の一形態を第１ないし第３実施形態として以下により詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
まず、本実施形態の構成について説明する。第１実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄａは、例えば、図１に示すように、光源部１ａと、変調部２ａと、反射鏡３ａと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部（ミキサ）９と、検出部１０ａと、同期信号生成部１１ａと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ａと、記憶部１５ａと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００２７】
光源部１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を放射するための装置である。光源部１ａは、イオン注入半導体ＳＭに励起光を照射す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）、光励起キャリア）をイオン注入半導体ＳＭに生じさせる。光源部１ａ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レーザ光源装置を備えて構成される。光源部１ａは、例えば、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ装置、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置、および、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ光装置等である。光源部１ａの波長は、例えば、測定対象であるイオン注入半導体ＳＭの種類に応じて適宜に選択される。光源部１ａから射出された励起光は、変調部２ａに入射される。
【００２８】
測定対象のイオン注入半導体ＳＭは、所定のイオンをイオン注入された例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハである。半導体ウェハにおける例えば導電型（ｎ型、ｐ型）や電気抵抗率等の特性を変えるために、例えば前記半導体ウェハがシリコン（Ｓｉ）である場合には、ドーパントとして、例えばボロン（ホウ素、Ｂ）、リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）等のイオンが前記所定のイオンとして適宜に選択される。イオン注入は、例えば、厚さ０．８ｍｍ〜１ｍｍ程度のシリコンウェハに、その表面から約１０ｎｍないし約１μｍ程度の深さで行われる。ここで、イオン注入の深さは、注入されるイオンの種類、イオン注入の際のイオンの加速エネルギー、イオン注入角度およびイオン注入する半導体の種類を主因として決定される。イオン注入の深さは、例えば、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）等によって測定することができる。
【００２９】
変調部２ａは、同期信号生成部１１ａを介して演算制御部１４ａの制御に従って、光源部１ａから入射された励起光の強度を周期的に変調するための装置である。変調部２ａは、例えば、入射光の光強度を変調する種々の方式の光変調器のうちのいずれかの光変調器を備えて構成される。光源部１ａから射出された励起光は、変調部２ａによって強度変調されるので、光源部１ａは、連続光（ＣＷ光）を射出する光源装置であってよい。
【００３０】
同期信号生成部１１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度）の同期信号を生成するための装置であり、例えば、発振器等を備えて構成される。同期信号生成部１１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って生成した同期信号を変調部２ａおよび検出部１０ａへそれぞれ出力する。したがって、変調部２ａでは、光源部１ａから射出された励起光は、この同期信号に同期するように強度変調される。
【００３１】
反射鏡３ａは、変調部２ａから射出された強度変調が施された励起光（強度変調励起光）を反射することによって、前記強度変調励起光をイオン注入半導体ＳＭへ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。なお、変調部２ａから射出された強度変調励起光が直接イオン注入半導体ＳＭへ照射されるように、光源部１ａおよび変調部２ａが配置される場合には、反射鏡３ａは、省略することができる。
【００３２】
このような光源部１ａ、変調部２ａ、反射鏡３ａ、同期信号生成部１１ａおよび演算制御部１４ａを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光（強度変調励起光）をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。より具体的には、光源部１ａから放射された所定波長の励起光は、変調部２ａに入射され、図２の上段に示すように、同期信号生成部１１ａから変調部２ａに入力された同期信号に同期した周波数ｆで強度変調される。この強度変調が施された周波数ｆのパルス状の強度変調励起光は、変調部２ａから射出され、反射鏡３ａによってその光路が約９０度曲げられて後述するように導波管アンテナ４を通過して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。前記周波数ｆは、演算制御部１４ａが同期信号生成部１１ａで生成される同期信号の周波数を制御することによって調整され、所定値に制御される。なお、図２の上段は、励起光を示し、その下段は、反射マイクロ波を示す。図２の横軸は、時間軸であり、上段の縦軸は、光強度であり、下段の縦軸は、反射マイクロ波の強度である。
【００３３】
このように光源部１ａ、変調部２ａ、反射鏡３ａ、同期信号生成部１１ａおよび演算制御部１４ａは、前記励起光照射部の一例に相当する。
【００３４】
測定波生成部６は、演算制御部１４ａの制御に従って、所定の測定波を生成する装置である。本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、光励起キャリアの寿命に基づいてイオン注入量を求めるものであって、前記光励起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。本実施形態では、前記所定の測定波は、マイクロ波であり、測定波生成部６は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備えて構成される。このマイクロ波発振器は、例えば、周波数２６ＧＨｚのガンダイオード等である。測定波生成部６は、分岐部７を介してサーキュレータ８の１個の端子に接続され、測定波生成部６から放射された測定波は、分岐部７を介してサーキュレータ８に入射される。
【００３５】
分岐部７は、測定波生成部６で生成された測定波の一部を分岐して分岐波として射出する装置であり、例えば、分岐導波管である。分岐部７の入力端子は、測定波生成部６に接続され、分岐部７の一方の出力端子は、合波部９に接続され、分岐部７の他方の出力端子は、サーキュレータ８の一の端子に接続される。測定波生成部６で生成された測定波は、この分岐部７でその一部が分岐されて分岐波として合波部９へ射出され、残余の測定波がサーキュレータ８へ射出される。
【００３６】
サーキュレータ８は、３つ以上の端子（ポート）を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力するものであり、本実施形態では、３個の第１ないし第３端子を備え、第１端子に入射された測定波を第２端子へ射出し、第２端子に入射された後述の測定波の反射波を第３端子へ射出する光学素子である。サーキュレータ８の第１端子は、上述したように、分岐部７の他方の出力端子に接続され、その第２端子は、導波管１８に接続され、そして、その第３端子は、合波部９に接続される。
【００３７】
導波管１８は、測定波および測定波の反射波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ８の第２端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ４が接続される。
【００３８】
導波管アンテナ４は、導波管１８を伝播して来た測定波をイオン注入半導体ＳＭへ放射するとともに、イオン注入半導体ＳＭと相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を受信して導波管１８へ導くアンテナである。導波管アンテナ４は、イオン注入半導体ウェハＳＭの法線方向に沿って配設されており、一方端部が導波管１８に接続され、他方端部に開口部４ａを備えている。この開口部４ａは、測定波をイオン注入半導体ＳＭへ放射するとともに、イオン注入半導体ＳＭと相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を受信するための開口である。そして、導波管アンテナ４の一方端部には、反射鏡３ａから来た強度変調励起光を導波管アンテナ４内に案内するための開口部４ｂ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、導波管アンテナ４は、マイクロ波アンテナである。
【００３９】
Ｅ−Ｈチューナ５は、サーキュレータ８と導波管アンテナ４との間における導波管１８に介設され、イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を検出部１０ａでより良好に検出することができるように、測定波の磁界と電界とを調整するインピーダンス整合装置である。
【００４０】
これら分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、導波管アンテナ４およびＥ−Ｈチューナ５は、本実施形態では測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波用の各装置であり、例えば、それぞれ、マイクロ波分岐導波管（マイクロ波導波管分配器）、マイクロ波用サーキュレータ、マイクロ波導波管、マイクロ波アンテナ、マイクロ波用Ｅ−Ｈチューナ等である。
【００４１】
合波部（ミキサ）９は、検出部１０ａに接続され、分岐部７で分岐された測定波の分岐波と、イオン注入半導体ウェハＳＭで反射された測定波の反射波とを合波して検出波として射出する装置である。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、合波部９は、マイクロ波合波導波管（マイクロ波導波管合波器）である。図２の上段に示すように、イオン注入半導体ＳＭに照射される励起光が所定の周波数ｆで強度変調している場合には、合波部９により検出される測定波の反射波における強度も、図２の下段に示すように、前記励起光の強度変調に同期して、すなわち、同じ周波数ｆで変化する。なお、図２には、方形波状（矩形波状）に強度変調した励起光の例が示されているが、励起光の波形は、これに限定されるものではなく、例えば正弦波状等の他の波形形状であってもよい。
【００４２】
検出部１０ａは、演算制御部１４ａに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出する装置である。検出部１０ａは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ａで生成された前記同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａに入力される。なお、検出部１０ａは、必要に応じて検出結果の信号を増幅する増幅器を備えてもよい。
【００４３】
このような測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５および導波管アンテナ４を備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定波を、本実施形態ではマイクロ波をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。また、このような分岐部７を備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射する前に前記測定波の一部を分岐して分岐波として合波部９へ射出することができる。また、導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、導波管１８、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ａを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができる。より具体的には、測定波生成部６で生成された測定波は、分岐部７に入射され、２つに分配されて分岐する。この一方の測定波は、分岐波として合波部９に入射される。そして、他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、検出波として検出部１０ａへ射出される。そして、検出部１０ａでは、同期信号生成部１１ａから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａに入力される。
【００４４】
このように測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５および導波管アンテナ４は、前記測定波照射部の一例に相当する。そして、このように導波管アンテナ４、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ａは、前記反射波検出部の一例に相当する。
【００４５】
入力部１２は、演算制御部１４ａに接続され、外部から当該イオン注入量測定装置Ｄａにコマンド（命令）やデータ等を入力するための装置であり、出力部１３は、演算制御部１４ａに接続され、入力部１２から入力されたコマンドやデータおよび演算制御部１４ａの演算結果（例えばイオン注入量等）等を出力するための装置である。
【００４６】
記憶部１５ａは、イオン注入量測定装置Ｄａの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムやイオン注入量を検出部１０ａの検出結果に基づいて求めるイオン注入量演算プログラム等の各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶するものである。記憶部１５ａは、機能的に、特性情報記憶部１５１ａを備えている。
【００４７】
特性情報記憶部１５１ａは、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶するものである。前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係は、例えば、複数のサンプルを予め実測することによって予め求められ、特性情報記憶部１５１ａに予め記憶される。
【００４８】
演算制御部１４ａは、イオン注入量測定装置Ｄａの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、そして、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるイオン注入量を検出部１０ａの検出結果に基づいて求めるものである。演算制御部１４ａは、例えば、記憶部１５ａに記憶されている所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の制御処理や所定の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）およびこの周辺回路を備えて構成される。演算制御部１４ａは、機能的に、測定波制御部１４１と、イオン注入量演算部１４２ａと、変調周波数制御部１４３と、ステージ制御部１４４とを備えている。
【００４９】
測定波制御部１４１は、測定波生成部６の駆動を制御するものである。イオン注入量演算部１４２ａは、検出部１０ａの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいて、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を参照することで、イオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を求めるものである。変調周波数制御部１４３は、同期信号生成部１１ａで生成される同期信号の周波数を制御することによって、変調部２ａで強度変調される励起光の変調周波数ｆを制御するものである。ステージ制御部１４４は、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける所定の測定箇所を測定するために、測定対象のイオン注入半導体ＳＭが厚さ方向に直交する水平方向に移動するように、ステージ部１７を駆動するステージ駆動部１６の動作を制御するものである。
【００５０】
ステージ駆動部１６は、ステージ部１７を駆動するものである。ステージ部１７は、演算制御部１４ａによって制御されるステージ駆動部１６によって駆動され、測定箇所を変更するために、水平方向に測定対象のイオン注入半導体ＳＭを移動する装置である。ステージ部１７は、例えば、ＸＹステージ等を備えて構成される。イオン注入半導体ＳＭは、ステージ部１７上に直接的に載置されてもよく、また後述するように図１に破線で図示される導体部材２１を介してステージ上に間接的に載置されてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、測定したいイオン注入半導体ＳＭが測定対象の被測定試料としてステージ部１７上に配置される。
【００５２】
そして、演算制御部１４ａの制御に従って光源部１ａは、連続光（ＣＷ光）の励起光を射出し、この射出された励起光は、変調部２ａに入射される。演算制御部１４ａの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ａに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ａおよび変調部２ａに入力される。この同期信号によって変調部２ａでは、光源部１ａからの励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（強度変調励起光）となる。この強度変調された強度変調励起光は、反射鏡３ａおよび導波管アンテナ４を介して前記光照射領域に向けて射出される。
【００５３】
また、演算制御部１４ａにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ａへ射出される。検出部１０ａでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ａからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａに入力される。
【００５４】
これによって励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、励起光による検出波の強度が検出部１０ａで検出され、演算制御部１４ａに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００５５】
ここで、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）、例えば図２の下段に示すピーク値△Ｉは、図３に示すように、イオン注入量の増大に従って単調に減少するプロファイルとなる。これは、イオン注入によって半導体表層に化学的な変化や構造的な変化が生じるが、これら変化（総称して「ダメージ」と称する）は、イオン注入量の増大に伴って増大し、その結果、表面再結合速度Ｓが大きくなるためである。この図３によって、イオン注入量は、検出波の信号強度に基づいて検出可能であることが理解される。なお、図３は、変調周波数ｆ＝１０ｋＨｚの場合である。図３の横軸は、／ｃｍ２で表される単位面積あたりのイオン注入量であり、その縦軸は、反射波の信号強度である。１ＥＸは、１×１０Ｘを意味する。
【００５６】
そして、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、図４に示すように、初めは変調周波数ｆが増大するように変化しても変化しない所定の一定値であるが、変調周波数ｆが或る所定値になると、変調周波数ｆの増大に従って単調に減少する。なお、図４では、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、光励起キャリアのトータル数で表されている。つまり、或る関数Ｈとすると、（トータル光励起キャリア数）＝Ｈ（反射波の強度）であり、検出波の信号強度が大きければ、光励起キャリアのトータル数は、多く、逆に、検出波の信号強度が小さければ、光励起キャリアのトータル数は、少ない。この図４に示すように、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度（図４ではトータル光励起キャリア数）の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、変調周波数ｆの所定値で屈曲するプロファイルとなる。この変調周波数ｆの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）が減少し始める変調周波数ｆの前記所定値は、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当するものである。そして、図４に示すように、この前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存しており、表面再結合速度Ｓの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、小さくなる。なお、図４は、励起光として赤外線領域の光を用いた場合における結果を示し、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図４の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、その縦軸は、光励起キャリアのトータル数である。
【００５７】
したがって、特性情報記憶部１５１ａに、図４に示す前記反射波の変調周波数依存特性および前記反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶させ、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ａによって複数の検出波の信号強度を求め、これら変調周波数ｆと検出波の信号強度との複数の組に対応する前記反射波の変調周波数依存特性を、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性から検索し、この探索した前記反射波の変調周波数特性に対応するイオン注入量を、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係から検索して求めることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、イオン注入量を求めることができる。
【００５８】
なお、特性情報記憶部１５１ａには、例えば、図４に示すような、予め求めた前記反射波の変調周波数依存特性の曲線（特性曲線）のうち、複数のサンプリング点について、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組がそれぞれ求められ、これら求められた複数の組が前記反射波の変調周波数依存特性として記憶されてもよく、また例えば、前記特性曲線があるいは前記特性曲線を近似した近似式が前記反射波の変調周波数依存特性として記憶されてもよい。
【００５９】
ここで、イオン注入量を求める場合において、イオン注入量演算部１４２ａは、変調周波数ｆを走査することで互いに異なる複数の変調周波数ｆに対して検出部１０ａで検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてよい。このように変調周波数ｆを走査することによって変調周波数ｆと前記反射波の強度との組が多数求められるので、測定結果に最も適合する前記反射波の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００６０】
あるいは、イオン注入量演算部１４２ａは、互いに異なる複数の変調周波数ｆ、例えば数個、より具体的には比較的少数の２個または３個等の変調周波数ｆに対して検出部１０ａで検出された複数（この例では２個または３個等）の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてもよい。前記反射波の変調周波数依存特性は、図４に示すように、ωτ＝１に相当する変調周波数ｆで屈曲する比較的単純なプロファイルである。このため、変調周波数ｆを上述のように走査しなくても比較的少ない複数の変調周波数ｆに対する反射波の強度を測定することによって、前記反射波の変調周波数依存特性を特定することが可能である。したがって、このような構成では、比較的少数、例えば、２、３個等の変調周波数ｆに対する反射波の強度を測定することによって前記反射波の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄａは、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００６１】
なお、この場合において、前記反射波の変調周波数依存特性は、上述のようにωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当する変調周波数ｆで屈曲するプロファイルであることから、この屈曲点の前後に前記２個の変調周波数ｆが設定されてもよい。あるいは、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当する変調周波数ｆより大きい値で前記２個の変調周波数ｆが設定されてもよい。
【００６２】
以上より、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができる。
【００６３】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６４】
（第２実施形態）
第２実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄｂは、例えば、図５に示すように、光源部１ａと、変調部２ｂと、ミラ３ａと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部（ミキサ）９と、検出部１０ｂと、同期信号生成部１１ｂと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ａと、記憶部１５ａと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００６５】
第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組を複数測定するために、測定ごとに変調周波数ｆを変えて前記反射波の強度を測定したが、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂは、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、前記互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出することによって、１回の測定で変調周波数ｆと前記反射波の強度との組を複数測定するものである。例えば、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組をｋ個測定する場合には、第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａでは、測定ごとに変調周波数ｆｎを、変調周波数ｆ１、変調周波数ｆ２、・・・、変調周波数ｆｋのように変えた各励起光で、前記反射波の強度をそれぞれ測定することになるが、第２イオン注入量測定装置Ｄｂでは、フーリエ変換した場合にｋ個の変調周波数成分ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｋ）を含む変調周波数ｆで変調した１個の励起光で、前記反射波の強度をそれぞれ測定することになる。なお、ｋは、２以上の整数である。
【００６６】
このため、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、このような変調を行う変調部１ｂ、このような同期信号を生成する同期信号生成部１１ｂおよびこのような反射波の強度を検出する検出部１０ｂが第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａと異なり、他の構成は、同様である。このため、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂにおける光源部１ａ、ミラ３ａ、導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、合波部（ミキサ）、入力部１２、出力部１３、演算制御部１４ａ、記憶部１５ａ、ステージ駆動部１６、ステージ部１７および導波管１８は、第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａとそれぞれ対応する構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００６７】
同期信号生成部１１ｂは、演算制御部１４ａの制御に従って、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎに対応する互いに異なる複数の周波数成分ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｋ）を含む同期信号を生成するための装置である。同期信号生成部１１ｎは、演算制御部１４ａの制御に従って生成したこの同期信号を変調部２ｂおよび検出部１０ｂへそれぞれ出力する。
【００６８】
変調部２ｂは、変調部２ａと同様に光変調器等を備えて構成され、同期信号生成部１１ｂを介して演算制御部１４ａの制御に従って、光源部１ａから入射された励起光の強度を変調するための装置である。
【００６９】
そして、検出部１０ｂは、第１実施形態の検出部１０ａと同様に、演算制御部１４ａに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記複数の周波数成分ｆｎに同期した各信号成分の振幅（変化幅）をそれぞれ検出する装置である。検出部１０ｂは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ｂで生成された同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記励起光に含まれる複数の光成分の各強度変調にそれぞれ同期した各信号成分の振幅がこのロックインアンプによってそれぞれ検出される。これら各検出結果は、検出部１０ｂから演算制御部１４ａに入力される。なお、検出部１０ｂは、必要に応じて各検出結果の信号をそれぞれ増幅する増幅器を備えてもよい。
【００７０】
このような構成の第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、１回の測定で、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分を含む励起光がイオン注入半導体ＳＭへ照射され、前記互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度が検出部１０ｂで検出され、これら各検出結果が検出部１０ｂから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａへ入力される。上記例では、１回の測定で、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）でそれぞれ変調されている光成分を含む励起光がイオン注入半導体ＳＭへ照射され、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）でそれぞれ変調されている光成分のそれぞれに対応する反射波の各強度が検出部１０ｂでそれぞれ検出され、これら各検出結果が検出部１０ｂから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａへ入力される。そして、イオン注入量演算部１４２ａでは、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）に対して検出部１０ｂで検出された反射波のｋ個の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性が求められ、この求められた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量が求められる。
【００７１】
このように第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、一度の照射で実質的に、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎに対して検出部１０ｂで検出された複数の反射波の強度が得られるから、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００７２】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７３】
（第３実施形態）
まず、本実施形態の構成について説明する。第３実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄｃは、例えば、図６に示すように、光源部１ｃと、変調部２ｃと、ミラ３ｃと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部９と、検出部１０ｃと、同期信号生成部１１ｃと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ｂと、記憶部１５ｃと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００７４】
第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、１個の周波数（波長）の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射することによってイオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を測定したが、第３実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭに対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光をイオン注入半導体ＳＭへ照射し、前記第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるものである。
【００７５】
このため、例えば互いに浸透長の異なる第１および第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭへ照射するために、この第３実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃでは、前記光源部１ｃは、例えば第１光源部１ｃ−１および第２光源部１ｃ−２を備え、前記変調部２ｃは、例えば第１変調部２ｃ−１および第２変調部２ｃ−２を備え、そして、ミラ３ｂは、ダイクロイックミラ３ｃ−２と、反射鏡３ｃ−１、３ｃ−３とを備えている。ここでは、第１実施形態と異なる構成について以下に説明し、同様の構成については、その説明を省略する。
【００７６】
第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、第１実施形態の光源部１ａと同様に、演算制御部１４ｃの制御に従って、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を放射するための装置である。そして、第３実施形態では、第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、それぞれ、互いに浸透長が異なる励起光を放射する。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）。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。このため、より具体的には、第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、それぞれ、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有し、互いに異なる波長（周波数）の光を放射する。例えば、第１光源部１ｃ−１は、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置である。あるいは、第１光源部１ｃ−１は、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置である。あるいは、第１光源部１ｃ−１は、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ光装置等である。本実施形態では、第１光源部１ｃ−１は、紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、赤外線レーザ光装置等である。第１光源部１ｃ−１から射出された第１励起光は、第１変調部２ｃ−１に入射され、第２光源部１ｃ−２から射出された第２励起光は、第２変調部２ｃ−２に入射される。
【００７７】
第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２は、第１実施形態の変調部２ａと同様であり、同期信号生成部１１ｃを介して演算制御部１４ｃの制御に従って、光源部１ｃから入射された各励起光の強度を周期的にそれぞれ変調するための装置である。より具体的には、第１変調部２ｃ−１は、第１光源部１ｃ−１からの第１励起光を変調周波数ｆでその強度を変調し、第２変調部２ｃ−２は、第２光源部１ｃ−２からの第２励起光を変調周波数ｆでその強度を変調する。第１変調部２ｃ−１から射出された強度変調された第１励起光は、反射鏡３ｃ−１およびダイクロイックミラ３ｃ−２を介して反射鏡３ｃ−３へ入射され、第２変調部２ｃ−２から射出された強度変調された第２励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−１を介して反射鏡３ｃ−２へ入射される。
【００７８】
同期信号生成部１１ｃは、第１実施形態の同期信号生成部１１ａと同様であり、演算制御部１４ｃの制御に従って、所定の周波数の同期信号を生成するための装置である。そして、本実施形態では、第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２で第１および第２励起光をそれぞれ強度変調するべく、同期信号生成部１１ｃは、前記生成した同期信号を第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２のそれぞれへ出力する。
【００７９】
ミラ３ｃの反射鏡３ｃ−１は、第１変調部２ｃ−１から射出された強度変調が施された励起光（第１強度変調励起光）を反射することによって、前記第１強度変調励起光をダイクロイックミラ３ｃ−２へ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。ミラ３ｃのダイクロイックミラ３ｃ−２は、特定波長の光を反射するとともに、その特定波長を除く他の波長の光を透過する光学素子であり、前記特定波長は、本実施形態では、第１光源部１ｃ−１によって放射される第１励起光の波長に設定される。このため、ダイクロイックミラ３ｃ−１は、反射鏡３ｃ−１からの第１強度変調励起光を反射することによって、前記第１強度変調励起光を反射鏡３ｃ−３へ向けてその光路を約９０度曲げるとともに、第２変調部２ｃ−２から射出された強度変調が施された励起光（第２強度変調励起光）をそのまま透過させて反射鏡３ｃ−３へ進行させる。ミラ３ｃの反射鏡３ｃ−３は、ダイクロイックミラ３ｃ−２で反射された第１強度変調励起光およびダイクロイックミラ３ｃ−２を透過した第２強度変調励起光を反射することによって、前記第１および第２強度変調励起光をイオン注入半導体ＳＭへ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。
【００８０】
このような光源部１ｃ、変調部２ｃ、ミラ３ｃ、同期信号生成部１１ｃおよび演算制御部１４ｃを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、前記イオン注入半導体ＳＭに対する互いに浸透長の異なる第１および第２励起光をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。より具体的には、第１光源部１ｃ−１から放射された所定波長の第１励起光（本実施形態では紫外光）は、第１変調部２ｃ−１に入射され、同期信号生成部１１ｃから第１変調部２ｃ−１に入力された同期信号に同期した変調周波数ｆで強度変調され、この強度変調が施された変調周波数ｆのパルス状の第１強度変調励起光は、反射鏡３ｃ−１、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。一方、第２光源部１ｃ−２から放射された所定波長の第２励起光（本実施形態では赤外光）は、第２変調部２ｃ−２に入射され、同期信号生成部１１ｃから第２変調部２ｃ−２に入力された同期信号に同期した変調周波数ｆで強度変調され、この強度変調が施された変調周波数ｆのパルス状の第２強度変調励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。
【００８１】
このように光源部１ｃ、変調部２ｃ、ミラ３ｃ、同期信号生成部１１ｃおよび演算制御部１４ｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭに対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射する励起光照射部の一例に相当する。
【００８２】
検出部１０ｃは、第１実施形態の検出部１０ａと同様であり、演算制御部１４ｃに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記第１および第２励起光の強度変調に同期した各信号成分の振幅（変化幅）をそれぞれ検出する装置である。検出部１０ｃは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記第１および第２励起光の強度変調に同期した各信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ｃで生成された同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記第１励起光の強度変調にそれぞれ同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出され、また、前記第２励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出される。検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃに入力される。なお、検出部１０ｃは、必要に応じて検出結果の信号をそれぞれ増幅する増幅器を備えてもよい。
【００８３】
このような導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、導波管１８、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ｃを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合において、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができ、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合において、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができる。より具体的には、測定波生成部６で生成された測定波は、分岐部７に入射され、２つに分配されて分岐する。この一方の測定波は、分岐波として合波部９に入射される。そして、他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、検出波として検出部１０ｃへ射出される。そして、検出部１０ｃでは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合では、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出され、また、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合では、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第２励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。より具体的には、上述の例では、検出部１０ｃでは、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第１強度変調励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出されるとともに、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第２強度変調励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。これら各検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃに入力される。
【００８４】
そして、記憶部１５ｃは、機能的に、特性情報記憶部１５１ｃを備える点を除き、第１実施形態の記憶部１５ａと同様である。特性情報記憶部１５１ｃは、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における前記検出部ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における前記検出部ｃで検出した反射波の第２強度との比であって、前記第１および第２励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である前記比の変調周波数依存特性およびこの比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶するものである。前記比の変調周波数依存特性およびこの比変調周波数依存特性とイオン注入量との関係は、例えば、複数のサンプルを予め実測することによって予め求められ、特性情報記憶部１５１ｃに予め記憶される。
【００８５】
演算制御部１４ｃは、イオン注入量演算部１４２ａに代えてイオン注入量演算部１４２ｃを備える点を除き、第１実施形態の演算制御部１４ａと同様である。イオン注入量演算部１４２ｃは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量第１実施形態のイオン注入量演算部１４２ａと同様に、検出部１０ｃの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいて、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性およびこの比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を参照することで、イオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を求めるものである。
【００８６】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、測定したいイオン注入半導体ＳＭが測定対象の被測定試料としてステージ部１７上に配置される。
【００８７】
前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における反射波の第１強度を測定する場合には、次のように動作する。すなわち、演算制御部１４ｃの制御に従って第１光源部１ｃ−１は、連続光（ＣＷ光）の第１励起光を射出し、この射出された第１励起光は、第１変調部２ｃ−１に入射される。演算制御部１４ｃの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ｃに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ｃおよび第１変調部２ｃ−１に入力される。この同期信号によって第１変調部２ｃ−１では、第１光源部１ｃ−１からの第１励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（第１強度変調励起光）となる。この強度変調された第１強度変調励起光は、反射鏡３ｃ−１、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、前記光照射領域に向けて射出される。また、演算制御部１４ｃにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ｃへ射出される。検出部１０ｃでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ｃからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃのイオン注入量演算部１４２ｃに入力される。これによって第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、第１励起光による検出波の強度が検出部１０ｃで検出され、演算制御部１４ｃに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された第１強度変調励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００８８】
また、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における反射波の第２強度を測定する場合には、次のように動作する。すなわち、演算制御部１４ｃの制御に従って第２光源部１ｃ−２は、連続光（ＣＷ光）の第２励起光を射出し、この射出された第２励起光は、第２変調部２ｃ−２に入射される。演算制御部１４ｃの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ｃに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ｃおよび第２変調部２ｃ−２に入力される。この同期信号によって第２変調部２ｃ−２では、第２光源部１ｃ−２からの第２励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（第２強度変調励起光）となる。この強度変調された第２強度変調励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、前記光照射領域に向けて射出される。また、演算制御部１４ｃにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ｃへ射出される。検出部１０ｃでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ｃからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃのイオン注入量演算部１４２ｃに入力される。これによって第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、第２励起光による検出波の強度が検出部１０ｃで検出され、演算制御部１４ｃに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された第２強度変調励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００８９】
そして、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）、例えば図２の下段に示すピーク値△Ｉは、図７に示すように、励起光が紫外光（例えば波長３７５ｎｍ）である場合も励起光が赤外光（例えば波長９０３ｎｍ）である場合もともに、初めは変調周波数ｆが増大するように変化しても変化しない所定の一定値であるが、変調周波数ｆが或る所定値になると、変調周波数ｆの増大に従って単調に減少する。なお、図７は、図４と同様に、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、光励起キャリアのトータル数で表されている。この図７に示すように、第１励起光および第２励起光ともに、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度（図７ではトータル光励起キャリア数）の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、変調周波数ｆの所定値で屈曲するプロファイルとなる。この変調周波数ｆの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）が減少し始める変調周波数ｆの前記所定値は、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当するものである。そして、図７に示すように、第１励起光および第２励起光ともに、この前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存しており、表面再結合速度Ｓの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、小さくなる。なお、図７において、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図７（Ａ）は、励起光が紫外光（ＵＶ光）である場合を示し、図７（Ｂ）は、励起光が赤外光（ＩＲ光）である場合を示す。図７の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、その縦軸は、光励起キャリアのトータル数である。
【００９０】
そして、浸透長は、紫外光の方が赤外光よりも短い。例えば、上記波長３７５ｎｍの紫外光の浸透長は、約１０ｎｍであり、波長９０３ｎｍの赤外光の浸透長は、約５０μｍである。このため、励起光として紫外光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合に得られる反射波は、表層のイオン注入量により敏感であると考えられ、比較的表層の情報を主に含むものである。また、励起光として赤外光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合に得られる反射波は、比較的深層の情報を主に含むものである。そこで、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、同一の変調周波数ｆにおいて、前記第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比について、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である比の変調周波数依存特性を求め、この求められた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めている。例えば、図８には、赤外光の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度に対する紫外光の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度の比（＝（ＵＶ光での第１強度）／（ＩＲ光での第２強度））について、それらの変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である比の変調周波数依存特性が示されている。なお、図８は、図７に示す測定結果から得られた前記比の変調周波数依存特性である。前記比の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存していることが図８から理解される。なお、図８において、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図８の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、それらの縦軸は、各光励起キャリア間でのトータル数の比である。後述の図９も同様である。
【００９１】
したがって、特性情報記憶部１５１ｃに、図８に示す前記比の変調周波数依存特性および前記比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶させ、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ｃによって複数の検出波の第１信号強度を求めるとともに、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ｃによって複数の検出波の第２信号強度を求め、これら変調周波数ｆと検出波の第１および第２信号強度との複数の組に対応する前記比の変調周波数依存特性を、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性から検索し、この探索した前記比の変調周波数特性に対応するイオン注入量を、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係から検索して求めることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、イオン注入量を求めることができる。
【００９２】
なお、特性情報記憶部１５１ｃには、例えば、図８に示すような、予め求めた前記比の変調周波数依存特性の曲線（特性曲線）のうち、複数のサンプリング点について、変調周波数ｆと前記比との組がそれぞれ求められ、これら求められた複数の組が前記比の変調周波数依存特性として記憶されてもよく、また例えば、前記特性曲線があるいは前記特性曲線を近似した近似式が前記比の変調周波数依存特性として記憶されてもよい。
【００９３】
また、イオン注入量を求める場合において、イオン注入量演算部１４２ｃは、変調周波数ｆを走査することで互いに異なる複数の変調周波数ｆに対して検出部１０ｃで検出された複数の反射波の第１および第２強度に基づいて前記比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてよい。このように変調周波数ｆを走査することによって変調周波数ｆと前記反射波の第１および第２強度との組が多数求められるので、測定結果に最も適合する前記比の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００９４】
あるいは、イオン注入量演算部１４２ｃは、互いに異なる複数の変調周波数ｆ、例えば数個、より具体的には比較的少数の２個または３個等の変調周波数ｆに対して検出部１０ｃで検出された複数（この例では２個または３個等）の反射波の第１および第２強度に基づいて前記比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてもよい。このような構成では、比較的少数、例えば、２、３個等の変調周波数ｆに対する反射波の第１および第２強度を測定することによって前記比の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄｃは、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００９５】
ここで、前記比の変調周波数依存特性は、図９に示すように、光励起キャリアの寿命τにも依存するが、変調周波数ｆが例えば約１００００Ｈｚ以上の高周波では光励起キャリアの寿命τに依存しないので、変調周波数ｆは、このような前記比の変調周波数依存特性が光励起キャリアの寿命τに依存しないような高周波数に設定されてもよい。
【００９６】
以上より、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃでは、相対的に短い浸透長の第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射することによって、比較的表層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られるとともに、相対的に長い浸透長の第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射することによって、比較的深層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られる。このため、両者の比の変調周波数依存特性を求めることによって、表層の情報と深層の情報とを弁別することができ、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、より精度よくイオン注入量を測定することができる。
【００９７】
また、上述の第１ないし第３実施形態において、信号強度を大きくするために、図１、図５および図６に破線で示すように、イオン注入量測定装置Ｄ（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）は、測定対象のイオン注入半導体ＳＭとステージ部１７との間に配置される導体部材２１をさらに備えてもよい。導体部材２１は、例えばアルミニウム、ステンレスおよび鉄等の金属またはその他の導体で形成される板状部材である。このようにイオン注入半導体ＳＭにおける測定波が照射される側とは反対側に配置される導体部材２１をさらに備えることによって、イオン注入半導体ＳＭにおける前記反対側の面（イオン注入半導体ＳＭにおける測定波が照射される面を表面とすればその裏面）では電場がゼロとなるような定在波が形成される。そして、イオン注入半導体ＳＭにおける測定したい測定箇所の表面と、導体部材２１の表面との間には、前記測定箇所に前記定在波のいわゆる節を一致させない距離だけ空けられる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄは、測定波が照射される側の面（表面）近傍で反射する測定波の反射波の強度を、イオン注入半導体ＳＭの前記反対側の面（裏面）近傍で反射する測定波の反射波の強度よりも大きくすることができ、測定感度をより向上させることができる。そして、より好ましくは、イオン注入半導体ＳＭにおける測定箇所の表面と、導体部材２１の表面との距離は、その間の媒質における測定波の波長の略１／４の距離またはその距離に前記測定波の波長の整数倍を加えた距離である。このように構成することによって、前記測定箇所に前記定在波のいわゆる腹を略一致させることができ、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄは、測定感度をさらにより向上させることができる。
【００９８】
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】
【００９９】
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ イオン注入量測定装置
１ａ、１ｃ 光源部
２ａ、２ｂ、２ｃ 変調部
４ 導波管アンテナ
６ 測定波生成部
７ 分岐部
９ 合波部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 検出部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 同期信号生成部
１４ａ、１４ｃ 演算制御部
１５ａ、１５ｃ 記憶部
１４２ａ、１４２ｃ イオン注入量演算部
１５１ａ、１５１ｃ 特性情報記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の表層にイオン注入された物質の総量であるイオン注入量を測定するイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスの進展により、半導体は、製品に適った適宜な特性が与えられ、様々な製品に応用されている。半導体には、導電型（ｎ型、ｐ型）や電気抵抗率等の特性を変えるために、一般に、所定の物質がイオン注入される。例えば、半導体がシリコン（Ｓｉ）である場合には、シリコンには、ドーパントとして、例えば、ボロン（ホウ素、Ｂ）、リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）等がイオン注入される。このイオン注入は、通常、ドーパントをイオン化し、このイオン化されたドーパントを電気的に加速し、この加速したドーパントのイオンを半導体に打ち込むことによって行われ、半導体の表層にドーパントがイオン注入される。そして、このイオン注入された物質の総量であるイオン注入量が半導体の特性に影響するため、このイオン注入量の測定は、半導体の品質管理上、重要である。
【０００３】
このイオン注入量を測定するイオン注入量測定装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示のイオン注入量測定装置は、表層にイオン注入がなされた半導体であるイオン注入物におけるイオン注入量の測定を行うイオン注入量測定装置であって、前記イオン注入物の測定部に対し電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記イオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短く、かつ前記イオン注入物のバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を前記測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により変化する、前記イオン注入物からの前記電磁波の反射波の強度を検出する電磁波強度検出手段と、前記電磁波強度検出手段による検出強度に基づいて前記測定部における光励起キャリアの寿命の指標値を検出する光励起キャリア寿命指標値検出手段と、前記光励起キャリアの寿命の指標値と前記イオン注入量との対応関係が予め設定された指標値・イオン注入量対応情報と前記光励起キャリア寿命指標値検出手段の検出値とに基づいて前記イオン注入物におけるイオン注入量を導出するイオン注入量導出手段とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１２３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に開示のイオン注入量測定装置のように、反射電磁波の強度に基づいて光励起キャリアの寿命を測定することによって、光励起キャリアの寿命と相関関係にあるイオン注入量を測定する方法は、電磁波（マイクロ波）の波長が数ミリ以上と長いため、イオン注入された表層のみを選択的に照射することができない。したがって、前記反射電磁波は、イオン注入された表層のみの影響を受けるだけではなく、それよりも深層の影響も受けてしまう。このため、前記特許文献１に開示のイオン注入量測定装置では、イオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短い励起光が用いられている。
【０００６】
しかしながら、このようにイオン注入物に対する浸透長が該イオン注入物の表層におけるイオン注入深さよりも短い励起光が用いられても、光励起キャリアは、深さ方向にも拡散するため、この観点による前記深層の影響を、前記反射電磁波は、まだ含んでいる。
【０００７】
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、イオン注入された表層よりも深層の影響をより低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができるイオン注入量測定装置およびイオン注入量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】
【０００８】
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イオン注入量測定装置は、イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射部と、前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出部と、前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
そして、本発明の他の一態様にかかるイオン注入量測定方法は、イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射工程と、前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射工程と、前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出工程と、前記反射波検出工程の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
測定対象のイオン注入半導体に励起光が照射されると、光励起キャリアが発生し、この光励起キャリアは、再結合によって消滅する。この光励起キャリアの寿命（ライフタイム）は、イオン注入量と相関し、イオン注入量が多いほど、光励起キャリアの寿命は、短くなる。また、光励起キャリアは、フリーキャリアの吸収効果によって例えばマイクロ波等の電磁波と相互作用し、イオン注入半導体で反射された電磁波の反射波は、光励起キャリアの寿命と相関し、光励起キャリアの寿命が短いほど、前記励起光の照射によって変化する前記反射波の強度におけるピークが小さくなる、あるいは、光励起キャリアの寿命が短いほど、前記反射波の強度がピーク値から所定値まで減衰する減衰時間が短くなる。したがって、イオン注入量は、光励起キャリアの寿命を介して、前記反射波と相関することになる。
【００１１】
ここで、この光励起キャリアの寿命は、その発生から消滅までの時間であり、光励起キャリアは、再結合によって消滅するから、光励起キャリアの寿命は、再結合速度によって表すことができる。この再結合速度は、半導体の表層において生じる表面再結合速度Ｓと半導体の表層より深層において生じるバルク再結合速度とに分けることができる。一方、イオン注入半導体において、イオン注入によって注入されるイオンの表面からの平均的な到達距離であるイオン注入深さ（イオン注入されている領域の平均的な深さ）は、通常、約１０ｎｍないし約１μｍ程度である。したがって、イオン注入量は、表層での光励起キャリアの寿命を表す表面再結合速度Ｓと高い相関を示すと考えられ、イオン注入量は、表面再結合速度Ｓを測定することによって測定され得る。
【００１２】
また、光励起キャリアの拡散は、深さ方向（Ｚ方向）の一次元拡散であると仮定した場合には、拡散方程式は、次の式１となる。
ｄＮ／ｄｔ＝−Ｎ／τ
＋Ｄ・ｄ（２Ｎ）／ｄ（ｚ２）
＋ｇ・ｅｘｐ（−α・ｚ）ｅｘｐ（ｊωｔ） ・・・（１）
前記式１において、Ｎは、光励起キャリアのキャリア密度であり、Ｄは、光励起キャリアの拡散係数であり、ωは、変調角周波数であり、τは、光励起キャリアのライフタイム（キャリア寿命）であり、αは、励起光の吸収係数であり、そして、ｇは、励起光条件（強度）に依存する定数である。
【００１３】
前記式１より、光励起キャリアの拡散長Ｌは、次の式２によって与えられ、角周波数ωに依存するものである。すなわち、深さ方向の拡散長Ｌは、角周波数ωによって変化させることができる。例えば、シリコンである場合、拡散係数Ｄ＝１０ｃｍ／Ｓ２かつτ＝１００μＳとすると、周波数ｆ＝１００ｋＨｚである場合（ω＝２πｆ）には、深さ方向の拡散長Ｌ＝約１００μｍであり、周波数ｆ＝１ＭＨｚである場合（ω＝２πｆ）には、深さ方向の拡散長Ｌ＝約２０μｍである。このように角周波数ωを制御することによって、深さ方向の拡散領域を制御することが可能である。
Ｌ＝（Ｄ／（ｊω＋１／τ））１／２ ・・・（２）
前記表面再結合速度Ｓは、表層での光励起キャリアの寿命に相関するから、光励起キャリアの拡散長Ｌと関係すると考えられ、この光励起キャリアの拡散長Ｌは、角周波数ω、すなわち変調周波数ｆによって制御される。したがって、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓと相関すると考えられる。このため、表面再結合速度Ｓを介して、イオン注入量は、前記反射波の変調周波数依存特性と相関することとなる。そして、前記反射波の変調周波数依存特性は、前記励起光の変調周波数ｆを変化させることによって、すなわち、光励起キャリアの拡散長Ｌを制御することによって求めているので、前記拡散長Ｌよりも深層の影響が低減されていると考えられる。このため、前記反射波の変調周波数依存特性との相関を利用して、前記反射波の変調周波数依存特性に基づいて求めたイオン注入量は、イオン注入された表層よりも深層の影響がより低減され、より精度の高い測定値となる。
【００１４】
以上より、上記構成のイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法は、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量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、上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記イオン注入量演算部は、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【００１６】
この構成によれば、例えば変調周波数を走査することによって互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度を測定する場合には、これによって多数の測定結果が得られるので、測定結果に最も適合する前記反射波の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００１７】
また、前記反射波の変調周波数依存特性は、後述するように、前記変調周波数ｆの角周波数をω（＝２πｆ）とし、光励起キャリアの寿命（ライフタイム）をτとする場合に、ωτ＝１に相当する変調周波数ｆで屈曲する比較的単純なプロファイルである。このため、変調周波数を走査しなくても比較的少ない複数の変調周波数に対する反射波の強度を測定することによって、前記反射波の変調周波数依存特性を特定することが可能である。したがって、この構成によれば、比較的少数、例えば、２、３個の変調周波数に対する反射波の強度を測定することによって前記反射波の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置は、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００１８】
また、他の一態様では、これら上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記励起光照射部は、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、前記反射波検出部は、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出する。
【００１９】
このような構成では、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光が測定対象のイオン注入半導体へ一度に照射され、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度が検出される。このため、このような構成のイオン注入量測定装置は、一度の照射で実質的に、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度が得られるから、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００２０】
また、他の一態様では、これら上述のイオン注入量測定装置において、好ましくは、前記励起光照射部は、前記測定対象のイオン注入半導体に対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射し、前記イオン注入量演算部は、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求める。
【００２１】
このような構成では、相対的に短い浸透長の励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射することによって、比較的表層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られるとともに、相対的に長い浸透長の励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射することによって、比較的深層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られる。このため、両者の比の変調周波数依存特性を求めることによって、表層の情報と深層の情報とを弁別することができ、このような構成のイオン注入量測定装置は、より精度よくイオン注入量を測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかるイオン注入量測定装置およびイオン注入量測定方法は、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量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】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のイオン注入量測定装置における励起光および反射波の各強度の変化を説明するための図である。
【図３】イオン注入量と信号強度との関係を示す図である。
【図４】変調周波数と光励起キャリア数との関係を示す図である。
【図５】第２実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態におけるイオン注入量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】所定波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数との関係を示す図である。
【図８】２波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数比との関係を示す図である。
【図９】光励起キャリアの寿命の相違による、２波長の励起光における変調周波数と光励起キャリア数比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄは、所定のイオンをイオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体（測定試料）ＳＭにおけるイオン注入量を測定する装置である。このイオン注入量測定装置Ｄは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光をイオン注入半導体ＳＭに励起光照射部によって照射するとともに、このイオン注入半導体ＳＭに所定の測定波を測定波照射部によって照射する。そして、このイオン注入量測定装置Ｄは、このイオン注入半導体ＳＭで反射された前記測定波の反射波を反射波検出部によって検出し、イオン注入量演算部によって、前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるものである。このように本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄおよびこれに実装されたイオン注入量測定方法は、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができる。このようなイオン注入量測定装置Ｄおよびこれに実装されたイオン注入量測定方法の実施の一形態を第１ないし第３実施形態として以下により詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
まず、本実施形態の構成について説明する。第１実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄａは、例えば、図１に示すように、光源部１ａと、変調部２ａと、反射鏡３ａと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部（ミキサ）９と、検出部１０ａと、同期信号生成部１１ａと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ａと、記憶部１５ａと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００２７】
光源部１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を放射するための装置である。光源部１ａは、イオン注入半導体ＳＭに励起光を照射す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）、光励起キャリア）をイオン注入半導体ＳＭに生じさせる。光源部１ａ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レーザ光源装置を備えて構成される。光源部１ａは、例えば、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ装置、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置、および、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ光装置等である。光源部１ａの波長は、例えば、測定対象であるイオン注入半導体ＳＭの種類に応じて適宜に選択される。光源部１ａから射出された励起光は、変調部２ａに入射される。
【００２８】
測定対象のイオン注入半導体ＳＭは、所定のイオンをイオン注入された例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハである。半導体ウェハにおける例えば導電型（ｎ型、ｐ型）や電気抵抗率等の特性を変えるために、例えば前記半導体ウェハがシリコン（Ｓｉ）である場合には、ドーパントとして、例えばボロン（ホウ素、Ｂ）、リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）等のイオンが前記所定のイオンとして適宜に選択される。イオン注入は、例えば、厚さ０．８ｍｍ〜１ｍｍ程度のシリコンウェハに、その表面から約１０ｎｍないし約１μｍ程度の深さで行われる。ここで、イオン注入の深さは、注入されるイオンの種類、イオン注入の際のイオンの加速エネルギー、イオン注入角度およびイオン注入する半導体の種類を主因として決定される。イオン注入の深さは、例えば、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）等によって測定することができる。
【００２９】
変調部２ａは、同期信号生成部１１ａを介して演算制御部１４ａの制御に従って、光源部１ａから入射された励起光の強度を周期的に変調するための装置である。変調部２ａは、例えば、入射光の光強度を変調する種々の方式の光変調器のうちのいずれかの光変調器を備えて構成される。光源部１ａから射出された励起光は、変調部２ａによって強度変調されるので、光源部１ａは、連続光（ＣＷ光）を射出する光源装置であってよい。
【００３０】
同期信号生成部１１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度）の同期信号を生成するための装置であり、例えば、発振器等を備えて構成される。同期信号生成部１１ａは、演算制御部１４ａの制御に従って生成した同期信号を変調部２ａおよび検出部１０ａへそれぞれ出力する。したがって、変調部２ａでは、光源部１ａから射出された励起光は、この同期信号に同期するように強度変調される。
【００３１】
反射鏡３ａは、変調部２ａから射出された強度変調が施された励起光（強度変調励起光）を反射することによって、前記強度変調励起光をイオン注入半導体ＳＭへ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。なお、変調部２ａから射出された強度変調励起光が直接イオン注入半導体ＳＭへ照射されるように、光源部１ａおよび変調部２ａが配置される場合には、反射鏡３ａは、省略することができる。
【００３２】
このような光源部１ａ、変調部２ａ、反射鏡３ａ、同期信号生成部１１ａおよび演算制御部１４ａを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光（強度変調励起光）をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。より具体的には、光源部１ａから放射された所定波長の励起光は、変調部２ａに入射され、図２の上段に示すように、同期信号生成部１１ａから変調部２ａに入力された同期信号に同期した周波数ｆで強度変調される。この強度変調が施された周波数ｆのパルス状の強度変調励起光は、変調部２ａから射出され、反射鏡３ａによってその光路が約９０度曲げられて後述するように導波管アンテナ４を通過して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。前記周波数ｆは、演算制御部１４ａが同期信号生成部１１ａで生成される同期信号の周波数を制御することによって調整され、所定値に制御される。なお、図２の上段は、励起光を示し、その下段は、反射マイクロ波を示す。図２の横軸は、時間軸であり、上段の縦軸は、光強度であり、下段の縦軸は、反射マイクロ波の強度である。
【００３３】
このように光源部１ａ、変調部２ａ、反射鏡３ａ、同期信号生成部１１ａおよび演算制御部１４ａは、前記励起光照射部の一例に相当する。
【００３４】
測定波生成部６は、演算制御部１４ａの制御に従って、所定の測定波を生成する装置である。本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、光励起キャリアの寿命に基づいてイオン注入量を求めるものであって、前記光励起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。本実施形態では、前記所定の測定波は、マイクロ波であり、測定波生成部６は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備えて構成される。このマイクロ波発振器は、例えば、周波数２６ＧＨｚのガンダイオード等である。測定波生成部６は、分岐部７を介してサーキュレータ８の１個の端子に接続され、測定波生成部６から放射された測定波は、分岐部７を介してサーキュレータ８に入射される。
【００３５】
分岐部７は、測定波生成部６で生成された測定波の一部を分岐して分岐波として射出する装置であり、例えば、分岐導波管である。分岐部７の入力端子は、測定波生成部６に接続され、分岐部７の一方の出力端子は、合波部９に接続され、分岐部７の他方の出力端子は、サーキュレータ８の一の端子に接続される。測定波生成部６で生成された測定波は、この分岐部７でその一部が分岐されて分岐波として合波部９へ射出され、残余の測定波がサーキュレータ８へ射出される。
【００３６】
サーキュレータ８は、３つ以上の端子（ポート）を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力するものであり、本実施形態では、３個の第１ないし第３端子を備え、第１端子に入射された測定波を第２端子へ射出し、第２端子に入射された後述の測定波の反射波を第３端子へ射出する光学素子である。サーキュレータ８の第１端子は、上述したように、分岐部７の他方の出力端子に接続され、その第２端子は、導波管１８に接続され、そして、その第３端子は、合波部９に接続される。
【００３７】
導波管１８は、測定波および測定波の反射波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ８の第２端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ４が接続される。
【００３８】
導波管アンテナ４は、導波管１８を伝播して来た測定波をイオン注入半導体ＳＭへ放射するとともに、イオン注入半導体ＳＭと相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を受信して導波管１８へ導くアンテナである。導波管アンテナ４は、イオン注入半導体ウェハＳＭの法線方向に沿って配設されており、一方端部が導波管１８に接続され、他方端部に開口部４ａを備えている。この開口部４ａは、測定波をイオン注入半導体ＳＭへ放射するとともに、イオン注入半導体ＳＭと相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を受信するための開口である。そして、導波管アンテナ４の一方端部には、反射鏡３ａから来た強度変調励起光を導波管アンテナ４内に案内するための開口部４ｂ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、導波管アンテナ４は、マイクロ波アンテナである。
【００３９】
Ｅ−Ｈチューナ５は、サーキュレータ８と導波管アンテナ４との間における導波管１８に介設され、イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）を検出部１０ａでより良好に検出することができるように、測定波の磁界と電界とを調整するインピーダンス整合装置である。
【００４０】
これら分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、導波管アンテナ４およびＥ−Ｈチューナ５は、本実施形態では測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波用の各装置であり、例えば、それぞれ、マイクロ波分岐導波管（マイクロ波導波管分配器）、マイクロ波用サーキュレータ、マイクロ波導波管、マイクロ波アンテナ、マイクロ波用Ｅ−Ｈチューナ等である。
【００４１】
合波部（ミキサ）９は、検出部１０ａに接続され、分岐部７で分岐された測定波の分岐波と、イオン注入半導体ウェハＳＭで反射された測定波の反射波とを合波して検出波として射出する装置である。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、合波部９は、マイクロ波合波導波管（マイクロ波導波管合波器）である。図２の上段に示すように、イオン注入半導体ＳＭに照射される励起光が所定の周波数ｆで強度変調している場合には、合波部９により検出される測定波の反射波における強度も、図２の下段に示すように、前記励起光の強度変調に同期して、すなわち、同じ周波数ｆで変化する。なお、図２には、方形波状（矩形波状）に強度変調した励起光の例が示されているが、励起光の波形は、これに限定されるものではなく、例えば正弦波状等の他の波形形状であってもよい。
【００４２】
検出部１０ａは、演算制御部１４ａに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出する装置である。検出部１０ａは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ａで生成された前記同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａに入力される。なお、検出部１０ａは、必要に応じて検出結果の信号を増幅する増幅器を備えてもよい。
【００４３】
このような測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５および導波管アンテナ４を備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定波を、本実施形態ではマイクロ波をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。また、このような分岐部７を備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射する前に前記測定波の一部を分岐して分岐波として合波部９へ射出することができる。また、導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、導波管１８、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ａを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができる。より具体的には、測定波生成部６で生成された測定波は、分岐部７に入射され、２つに分配されて分岐する。この一方の測定波は、分岐波として合波部９に入射される。そして、他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、検出波として検出部１０ａへ射出される。そして、検出部１０ａでは、同期信号生成部１１ａから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａに入力される。
【００４４】
このように測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５および導波管アンテナ４は、前記測定波照射部の一例に相当する。そして、このように導波管アンテナ４、導波管１８、Ｅ−Ｈチューナ５、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ａは、前記反射波検出部の一例に相当する。
【００４５】
入力部１２は、演算制御部１４ａに接続され、外部から当該イオン注入量測定装置Ｄａにコマンド（命令）やデータ等を入力するための装置であり、出力部１３は、演算制御部１４ａに接続され、入力部１２から入力されたコマンドやデータおよび演算制御部１４ａの演算結果（例えばイオン注入量等）等を出力するための装置である。
【００４６】
記憶部１５ａは、イオン注入量測定装置Ｄａの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムやイオン注入量を検出部１０ａの検出結果に基づいて求めるイオン注入量演算プログラム等の各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶するものである。記憶部１５ａは、機能的に、特性情報記憶部１５１ａを備えている。
【００４７】
特性情報記憶部１５１ａは、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶するものである。前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係は、例えば、複数のサンプルを予め実測することによって予め求められ、特性情報記憶部１５１ａに予め記憶される。
【００４８】
演算制御部１４ａは、イオン注入量測定装置Ｄａの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、そして、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるイオン注入量を検出部１０ａの検出結果に基づいて求めるものである。演算制御部１４ａは、例えば、記憶部１５ａに記憶されている所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の制御処理や所定の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）およびこの周辺回路を備えて構成される。演算制御部１４ａは、機能的に、測定波制御部１４１と、イオン注入量演算部１４２ａと、変調周波数制御部１４３と、ステージ制御部１４４とを備えている。
【００４９】
測定波制御部１４１は、測定波生成部６の駆動を制御するものである。イオン注入量演算部１４２ａは、検出部１０ａの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいて、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性およびこの反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を参照することで、イオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を求めるものである。変調周波数制御部１４３は、同期信号生成部１１ａで生成される同期信号の周波数を制御することによって、変調部２ａで強度変調される励起光の変調周波数ｆを制御するものである。ステージ制御部１４４は、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける所定の測定箇所を測定するために、測定対象のイオン注入半導体ＳＭが厚さ方向に直交する水平方向に移動するように、ステージ部１７を駆動するステージ駆動部１６の動作を制御するものである。
【００５０】
ステージ駆動部１６は、ステージ部１７を駆動するものである。ステージ部１７は、演算制御部１４ａによって制御されるステージ駆動部１６によって駆動され、測定箇所を変更するために、水平方向に測定対象のイオン注入半導体ＳＭを移動する装置である。ステージ部１７は、例えば、ＸＹステージ等を備えて構成される。イオン注入半導体ＳＭは、ステージ部１７上に直接的に載置されてもよく、また後述するように図１に破線で図示される導体部材２１を介してステージ上に間接的に載置されてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、測定したいイオン注入半導体ＳＭが測定対象の被測定試料としてステージ部１７上に配置される。
【００５２】
そして、演算制御部１４ａの制御に従って光源部１ａは、連続光（ＣＷ光）の励起光を射出し、この射出された励起光は、変調部２ａに入射される。演算制御部１４ａの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ａに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ａおよび変調部２ａに入力される。この同期信号によって変調部２ａでは、光源部１ａからの励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（強度変調励起光）となる。この強度変調された強度変調励起光は、反射鏡３ａおよび導波管アンテナ４を介して前記光照射領域に向けて射出される。
【００５３】
また、演算制御部１４ａにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ａへ射出される。検出部１０ａでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ａからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ａから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａに入力される。
【００５４】
これによって励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、励起光による検出波の強度が検出部１０ａで検出され、演算制御部１４ａに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００５５】
ここで、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）、例えば図２の下段に示すピーク値△Ｉは、図３に示すように、イオン注入量の増大に従って単調に減少するプロファイルとなる。これは、イオン注入によって半導体表層に化学的な変化や構造的な変化が生じるが、これら変化（総称して「ダメージ」と称する）は、イオン注入量の増大に伴って増大し、その結果、表面再結合速度Ｓが大きくなるためである。この図３によって、イオン注入量は、検出波の信号強度に基づいて検出可能であることが理解される。なお、図３は、変調周波数ｆ＝１０ｋＨｚの場合である。図３の横軸は、／ｃｍ２で表される単位面積あたりのイオン注入量であり、その縦軸は、反射波の信号強度である。１ＥＸは、１×１０Ｘを意味する。
【００５６】
そして、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、図４に示すように、初めは変調周波数ｆが増大するように変化しても変化しない所定の一定値であるが、変調周波数ｆが或る所定値になると、変調周波数ｆの増大に従って単調に減少する。なお、図４では、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、光励起キャリアのトータル数で表されている。つまり、或る関数Ｈとすると、（トータル光励起キャリア数）＝Ｈ（反射波の強度）であり、検出波の信号強度が大きければ、光励起キャリアのトータル数は、多く、逆に、検出波の信号強度が小さければ、光励起キャリアのトータル数は、少ない。この図４に示すように、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度（図４ではトータル光励起キャリア数）の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、変調周波数ｆの所定値で屈曲するプロファイルとなる。この変調周波数ｆの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）が減少し始める変調周波数ｆの前記所定値は、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当するものである。そして、図４に示すように、この前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存しており、表面再結合速度Ｓの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、小さくなる。なお、図４は、励起光として赤外線領域の光を用いた場合における結果を示し、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図４の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、その縦軸は、光励起キャリアのトータル数である。
【００５７】
したがって、特性情報記憶部１５１ａに、図４に示す前記反射波の変調周波数依存特性および前記反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶させ、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ａによって複数の検出波の信号強度を求め、これら変調周波数ｆと検出波の信号強度との複数の組に対応する前記反射波の変調周波数依存特性を、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性から検索し、この探索した前記反射波の変調周波数特性に対応するイオン注入量を、特性情報記憶部１５１ａに記憶されている前記反射波の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係から検索して求めることによって、イオン注入量測定装置Ｄａは、イオン注入量を求めることができる。
【００５８】
なお、特性情報記憶部１５１ａには、例えば、図４に示すような、予め求めた前記反射波の変調周波数依存特性の曲線（特性曲線）のうち、複数のサンプリング点について、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組がそれぞれ求められ、これら求められた複数の組が前記反射波の変調周波数依存特性として記憶されてもよく、また例えば、前記特性曲線があるいは前記特性曲線を近似した近似式が前記反射波の変調周波数依存特性として記憶されてもよい。
【００５９】
ここで、イオン注入量を求める場合において、イオン注入量演算部１４２ａは、変調周波数ｆを走査することで互いに異なる複数の変調周波数ｆに対して検出部１０ａで検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてよい。このように変調周波数ｆを走査することによって変調周波数ｆと前記反射波の強度との組が多数求められるので、測定結果に最も適合する前記反射波の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００６０】
あるいは、イオン注入量演算部１４２ａは、互いに異なる複数の変調周波数ｆ、例えば数個、より具体的には比較的少数の２個または３個等の変調周波数ｆに対して検出部１０ａで検出された複数（この例では２個または３個等）の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてもよい。前記反射波の変調周波数依存特性は、図４に示すように、ωτ＝１に相当する変調周波数ｆで屈曲する比較的単純なプロファイルである。このため、変調周波数ｆを上述のように走査しなくても比較的少ない複数の変調周波数ｆに対する反射波の強度を測定することによって、前記反射波の変調周波数依存特性を特定することが可能である。したがって、このような構成では、比較的少数、例えば、２、３個等の変調周波数ｆに対する反射波の強度を測定することによって前記反射波の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄａは、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００６１】
なお、この場合において、前記反射波の変調周波数依存特性は、上述のようにωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当する変調周波数ｆで屈曲するプロファイルであることから、この屈曲点の前後に前記２個の変調周波数ｆが設定されてもよい。あるいは、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当する変調周波数ｆより大きい値で前記２個の変調周波数ｆが設定されてもよい。
【００６２】
以上より、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるので、イオン注入された表層よりも深層の影響を低減し、イオン注入量をより精度よく測定することができる。
【００６３】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６４】
（第２実施形態）
第２実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄｂは、例えば、図５に示すように、光源部１ａと、変調部２ｂと、ミラ３ａと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部（ミキサ）９と、検出部１０ｂと、同期信号生成部１１ｂと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ａと、記憶部１５ａと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００６５】
第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組を複数測定するために、測定ごとに変調周波数ｆを変えて前記反射波の強度を測定したが、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂは、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、前記互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出することによって、１回の測定で変調周波数ｆと前記反射波の強度との組を複数測定するものである。例えば、変調周波数ｆと前記反射波の強度との組をｋ個測定する場合には、第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａでは、測定ごとに変調周波数ｆｎを、変調周波数ｆ１、変調周波数ｆ２、・・・、変調周波数ｆｋのように変えた各励起光で、前記反射波の強度をそれぞれ測定することになるが、第２イオン注入量測定装置Ｄｂでは、フーリエ変換した場合にｋ個の変調周波数成分ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｋ）を含む変調周波数ｆで変調した１個の励起光で、前記反射波の強度をそれぞれ測定することになる。なお、ｋは、２以上の整数である。
【００６６】
このため、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、このような変調を行う変調部１ｂ、このような同期信号を生成する同期信号生成部１１ｂおよびこのような反射波の強度を検出する検出部１０ｂが第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａと異なり、他の構成は、同様である。このため、第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂにおける光源部１ａ、ミラ３ａ、導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、測定波生成部６、分岐部７、サーキュレータ８、合波部（ミキサ）、入力部１２、出力部１３、演算制御部１４ａ、記憶部１５ａ、ステージ駆動部１６、ステージ部１７および導波管１８は、第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａとそれぞれ対応する構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００６７】
同期信号生成部１１ｂは、演算制御部１４ａの制御に従って、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎに対応する互いに異なる複数の周波数成分ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｋ）を含む同期信号を生成するための装置である。同期信号生成部１１ｎは、演算制御部１４ａの制御に従って生成したこの同期信号を変調部２ｂおよび検出部１０ｂへそれぞれ出力する。
【００６８】
変調部２ｂは、変調部２ａと同様に光変調器等を備えて構成され、同期信号生成部１１ｂを介して演算制御部１４ａの制御に従って、光源部１ａから入射された励起光の強度を変調するための装置である。
【００６９】
そして、検出部１０ｂは、第１実施形態の検出部１０ａと同様に、演算制御部１４ａに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記複数の周波数成分ｆｎに同期した各信号成分の振幅（変化幅）をそれぞれ検出する装置である。検出部１０ｂは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ｂで生成された同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記励起光に含まれる複数の光成分の各強度変調にそれぞれ同期した各信号成分の振幅がこのロックインアンプによってそれぞれ検出される。これら各検出結果は、検出部１０ｂから演算制御部１４ａに入力される。なお、検出部１０ｂは、必要に応じて各検出結果の信号をそれぞれ増幅する増幅器を備えてもよい。
【００７０】
このような構成の第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、１回の測定で、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分を含む励起光がイオン注入半導体ＳＭへ照射され、前記互いに異なる複数の変調周波数ｆｎで変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度が検出部１０ｂで検出され、これら各検出結果が検出部１０ｂから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａへ入力される。上記例では、１回の測定で、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）でそれぞれ変調されている光成分を含む励起光がイオン注入半導体ＳＭへ照射され、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）でそれぞれ変調されている光成分のそれぞれに対応する反射波の各強度が検出部１０ｂでそれぞれ検出され、これら各検出結果が検出部１０ｂから演算制御部１４ａのイオン注入量演算部１４２ａへ入力される。そして、イオン注入量演算部１４２ａでは、ｋ個の変調周波数ｆｎ（ｎ＝１，２、・・・、ｋ）に対して検出部１０ｂで検出された反射波のｋ個の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性が求められ、この求められた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量が求められる。
【００７１】
このように第２実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｂでは、一度の照射で実質的に、互いに異なる複数の変調周波数ｆｎに対して検出部１０ｂで検出された複数の反射波の強度が得られるから、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００７２】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７３】
（第３実施形態）
まず、本実施形態の構成について説明する。第３実施形態におけるイオン注入量測定装置Ｄｃは、例えば、図６に示すように、光源部１ｃと、変調部２ｃと、ミラ３ｃと、導波管アンテナ４と、Ｅ−Ｈチューナ５と、測定波生成部６と、分岐部７と、サーキュレータ８と、合波部９と、検出部１０ｃと、同期信号生成部１１ｃと、入力部１２と、出力部１３と、演算制御部１４ｂと、記憶部１５ｃと、ステージ駆動部１６と、ステージ部１７と、導波管１８とを備えて構成される。
【００７４】
第１実施形態のイオン注入量測定装置Ｄａは、１個の周波数（波長）の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射することによってイオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を測定したが、第３実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭに対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光をイオン注入半導体ＳＭへ照射し、前記第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるものである。
【００７５】
このため、例えば互いに浸透長の異なる第１および第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭへ照射するために、この第３実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃでは、前記光源部１ｃは、例えば第１光源部１ｃ−１および第２光源部１ｃ−２を備え、前記変調部２ｃは、例えば第１変調部２ｃ−１および第２変調部２ｃ−２を備え、そして、ミラ３ｂは、ダイクロイックミラ３ｃ−２と、反射鏡３ｃ−１、３ｃ−３とを備えている。ここでは、第１実施形態と異なる構成について以下に説明し、同様の構成については、その説明を省略する。
【００７６】
第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、第１実施形態の光源部１ａと同様に、演算制御部１４ｃの制御に従って、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を放射するための装置である。そして、第３実施形態では、第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、それぞれ、互いに浸透長が異なる励起光を放射する。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）。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。このため、より具体的には、第１および第２光源部１ｃ−１、１ｃ−２は、それぞれ、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有し、互いに異なる波長（周波数）の光を放射する。例えば、第１光源部１ｃ−１は、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置である。あるいは、第１光源部１ｃ−１は、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、可視光領域における所定波長のレーザ光を放射する可視光レーザ装置である。あるいは、第１光源部１ｃ−１は、紫外線領域における所定波長のレーザ光を放射する紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、赤外線領域における所定波長のレーザ光を放射する赤外線レーザ光装置等である。本実施形態では、第１光源部１ｃ−１は、紫外線レーザ装置であり、第２光源部１ｃ−２は、赤外線レーザ光装置等である。第１光源部１ｃ−１から射出された第１励起光は、第１変調部２ｃ−１に入射され、第２光源部１ｃ−２から射出された第２励起光は、第２変調部２ｃ−２に入射される。
【００７７】
第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２は、第１実施形態の変調部２ａと同様であり、同期信号生成部１１ｃを介して演算制御部１４ｃの制御に従って、光源部１ｃから入射された各励起光の強度を周期的にそれぞれ変調するための装置である。より具体的には、第１変調部２ｃ−１は、第１光源部１ｃ−１からの第１励起光を変調周波数ｆでその強度を変調し、第２変調部２ｃ−２は、第２光源部１ｃ−２からの第２励起光を変調周波数ｆでその強度を変調する。第１変調部２ｃ−１から射出された強度変調された第１励起光は、反射鏡３ｃ−１およびダイクロイックミラ３ｃ−２を介して反射鏡３ｃ−３へ入射され、第２変調部２ｃ−２から射出された強度変調された第２励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−１を介して反射鏡３ｃ−２へ入射される。
【００７８】
同期信号生成部１１ｃは、第１実施形態の同期信号生成部１１ａと同様であり、演算制御部１４ｃの制御に従って、所定の周波数の同期信号を生成するための装置である。そして、本実施形態では、第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２で第１および第２励起光をそれぞれ強度変調するべく、同期信号生成部１１ｃは、前記生成した同期信号を第１および第２変調部２ｃ−１、２ｃ−２のそれぞれへ出力する。
【００７９】
ミラ３ｃの反射鏡３ｃ−１は、第１変調部２ｃ−１から射出された強度変調が施された励起光（第１強度変調励起光）を反射することによって、前記第１強度変調励起光をダイクロイックミラ３ｃ−２へ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。ミラ３ｃのダイクロイックミラ３ｃ−２は、特定波長の光を反射するとともに、その特定波長を除く他の波長の光を透過する光学素子であり、前記特定波長は、本実施形態では、第１光源部１ｃ−１によって放射される第１励起光の波長に設定される。このため、ダイクロイックミラ３ｃ−１は、反射鏡３ｃ−１からの第１強度変調励起光を反射することによって、前記第１強度変調励起光を反射鏡３ｃ−３へ向けてその光路を約９０度曲げるとともに、第２変調部２ｃ−２から射出された強度変調が施された励起光（第２強度変調励起光）をそのまま透過させて反射鏡３ｃ−３へ進行させる。ミラ３ｃの反射鏡３ｃ−３は、ダイクロイックミラ３ｃ−２で反射された第１強度変調励起光およびダイクロイックミラ３ｃ−２を透過した第２強度変調励起光を反射することによって、前記第１および第２強度変調励起光をイオン注入半導体ＳＭへ向けてその光路を約９０度曲げる光学素子である。
【００８０】
このような光源部１ｃ、変調部２ｃ、ミラ３ｃ、同期信号生成部１１ｃおよび演算制御部１４ｃを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、前記イオン注入半導体ＳＭに対する互いに浸透長の異なる第１および第２励起光をイオン注入半導体ＳＭへ照射することができる。より具体的には、第１光源部１ｃ−１から放射された所定波長の第１励起光（本実施形態では紫外光）は、第１変調部２ｃ−１に入射され、同期信号生成部１１ｃから第１変調部２ｃ−１に入力された同期信号に同期した変調周波数ｆで強度変調され、この強度変調が施された変調周波数ｆのパルス状の第１強度変調励起光は、反射鏡３ｃ−１、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。一方、第２光源部１ｃ−２から放射された所定波長の第２励起光（本実施形態では赤外光）は、第２変調部２ｃ−２に入射され、同期信号生成部１１ｃから第２変調部２ｃ−２に入力された同期信号に同期した変調周波数ｆで強度変調され、この強度変調が施された変調周波数ｆのパルス状の第２強度変調励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、イオン注入半導体ＳＭへ照射される。
【００８１】
このように光源部１ｃ、変調部２ｃ、ミラ３ｃ、同期信号生成部１１ｃおよび演算制御部１４ｃは、測定対象のイオン注入半導体ＳＭに対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射する励起光照射部の一例に相当する。
【００８２】
検出部１０ｃは、第１実施形態の検出部１０ａと同様であり、演算制御部１４ｃに接続され、検出波の強度を検出する装置であって、検出波から前記第１および第２励起光の強度変調に同期した各信号成分の振幅（変化幅）をそれぞれ検出する装置である。検出部１０ｃは、本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、マイクロ波検出器を備えるとともに、検出波から前記第１および第２励起光の強度変調に同期した各信号成分の振幅（変化幅）を検出するために、ロックインアンプをさらに備えている。このロックインアンプには、同期信号生成部１１ｃで生成された同期信号が入力され、この同期信号を参照信号として、マイクロ波検出器によって検出された検出波の検出信号（電気信号）から、前記第１励起光の強度変調にそれぞれ同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出され、また、前記第２励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅がこのロックインアンプによって検出される。検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃに入力される。なお、検出部１０ｃは、必要に応じて検出結果の信号をそれぞれ増幅する増幅器を備えてもよい。
【００８３】
このような導波管アンテナ４、Ｅ−Ｈチューナ５、導波管１８、サーキュレータ８、合波部９および検出部１０ｃを備えることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合において、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができ、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合において、イオン注入半導体ＳＭで反射された測定波の反射波（イオン注入半導体ＳＭで相互作用を受けた測定波）を検出することができる。より具体的には、測定波生成部６で生成された測定波は、分岐部７に入射され、２つに分配されて分岐する。この一方の測定波は、分岐波として合波部９に入射される。そして、他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、検出波として検出部１０ｃへ射出される。そして、検出部１０ｃでは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合では、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出され、また、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合では、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第２励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。より具体的には、上述の例では、検出部１０ｃでは、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第１強度変調励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出されるとともに、同期信号生成部１１ｃから入力された同期信号を参照信号として、検出波から前記第２強度変調励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。これら各検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃに入力される。
【００８４】
そして、記憶部１５ｃは、機能的に、特性情報記憶部１５１ｃを備える点を除き、第１実施形態の記憶部１５ａと同様である。特性情報記憶部１５１ｃは、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における前記検出部ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における前記検出部ｃで検出した反射波の第２強度との比であって、前記第１および第２励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である前記比の変調周波数依存特性およびこの比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶するものである。前記比の変調周波数依存特性およびこの比変調周波数依存特性とイオン注入量との関係は、例えば、複数のサンプルを予め実測することによって予め求められ、特性情報記憶部１５１ｃに予め記憶される。
【００８５】
演算制御部１４ｃは、イオン注入量演算部１４２ａに代えてイオン注入量演算部１４２ｃを備える点を除き、第１実施形態の演算制御部１４ａと同様である。イオン注入量演算部１４２ｃは、前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量第１実施形態のイオン注入量演算部１４２ａと同様に、検出部１０ｃの検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいて、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性およびこの比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を参照することで、イオン注入半導体ＳＭのイオン注入量を求めるものである。
【００８６】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、測定したいイオン注入半導体ＳＭが測定対象の被測定試料としてステージ部１７上に配置される。
【００８７】
前記第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における反射波の第１強度を測定する場合には、次のように動作する。すなわち、演算制御部１４ｃの制御に従って第１光源部１ｃ−１は、連続光（ＣＷ光）の第１励起光を射出し、この射出された第１励起光は、第１変調部２ｃ−１に入射される。演算制御部１４ｃの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ｃに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ｃおよび第１変調部２ｃ−１に入力される。この同期信号によって第１変調部２ｃ−１では、第１光源部１ｃ−１からの第１励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（第１強度変調励起光）となる。この強度変調された第１強度変調励起光は、反射鏡３ｃ−１、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、前記光照射領域に向けて射出される。また、演算制御部１４ｃにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ｃへ射出される。検出部１０ｃでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ｃからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃのイオン注入量演算部１４２ｃに入力される。これによって第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、第１励起光による検出波の強度が検出部１０ｃで検出され、演算制御部１４ｃに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された第１強度変調励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００８８】
また、前記第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における反射波の第２強度を測定する場合には、次のように動作する。すなわち、演算制御部１４ｃの制御に従って第２光源部１ｃ−２は、連続光（ＣＷ光）の第２励起光を射出し、この射出された第２励起光は、第２変調部２ｃ−２に入射される。演算制御部１４ｃの変調周波数制御部１４３は、所定周波数の同期信号を同期信号生成部１１ｃに生成させ、この生成された同期信号は、検出部１０ｃおよび第２変調部２ｃ−２に入力される。この同期信号によって第２変調部２ｃ−２では、第２光源部１ｃ−２からの第２励起光が、同期信号に同期して変調周波数ｆで強度変調され、例えば図２の上段に示す変調周波数ｆの方形波状の励起光（第２強度変調励起光）となる。この強度変調された第２強度変調励起光は、ダイクロイックミラ３ｃ−２、反射鏡３ｃ−３および導波管アンテナ４を介して、前記光照射領域に向けて射出される。また、演算制御部１４ｃにおける測定波制御部１４１の制御に従って測定波生成部６によって測定波が生成され、この生成された測定波は、分岐部７に入射され、分岐部７で分岐される。分岐された一方の測定波は、分岐波として合波部９へ入射される。一方、前記分岐された他方の測定波は、サーキュレータ８、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）および導波管アンテナ４を介して、測定対象のイオン注入半導体ＳＭにおける測定波照射領域（光照射領域）に照射される。イオン注入半導体ＳＭで反射した測定波（反射波）は、導波管アンテナ４、導波管１８（Ｅ−Ｈチューナ５を含む）およびサーキュレータ８を介して合波部９に入射される。合波部９では、前記分岐波と前記反射波とが合波され、例えば図２の下段に示すような検出波が検出部１０ｃへ射出される。検出部１０ｃでは、検出波の強度が検出される。すなわち、同期信号生成部１１ｃからの同期信号を参照信号として、検出波の検出信号から、前記第１励起光の強度変調に同期した信号成分の振幅が検出される。この検出結果は、検出部１０ｃから演算制御部１４ｃのイオン注入量演算部１４２ｃに入力される。これによって第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射している場合に測定波をこのイオン注入半導体ＳＭに照射していれば、変調周波数ｆに対応する、第２励起光による検出波の強度が検出部１０ｃで検出され、演算制御部１４ｃに取り込まれる。通常では、測定波が測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射され、測定波をイオン注入半導体ＳＭに照射しながら変調周波数ｆで強度変調された第２強度変調励起光を照射することによって、検出波の強度変化が測定される。
【００８９】
そして、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）、例えば図２の下段に示すピーク値△Ｉは、図７に示すように、励起光が紫外光（例えば波長３７５ｎｍ）である場合も励起光が赤外光（例えば波長９０３ｎｍ）である場合もともに、初めは変調周波数ｆが増大するように変化しても変化しない所定の一定値であるが、変調周波数ｆが或る所定値になると、変調周波数ｆの増大に従って単調に減少する。なお、図７は、図４と同様に、検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、光励起キャリアのトータル数で表されている。この図７に示すように、第１励起光および第２励起光ともに、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記反射波の強度（図７ではトータル光励起キャリア数）の変化である前記反射波の変調周波数依存特性は、変調周波数ｆの所定値で屈曲するプロファイルとなる。この変調周波数ｆの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）が減少し始める変調周波数ｆの前記所定値は、ωτ＝１（ω＝２πｆ）に相当するものである。そして、図７に示すように、第１励起光および第２励起光ともに、この前記反射波の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存しており、表面再結合速度Ｓの増大に従って検出波の信号強度（すなわち反射波の強度）は、小さくなる。なお、図７において、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図７（Ａ）は、励起光が紫外光（ＵＶ光）である場合を示し、図７（Ｂ）は、励起光が赤外光（ＩＲ光）である場合を示す。図７の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、その縦軸は、光励起キャリアのトータル数である。
【００９０】
そして、浸透長は、紫外光の方が赤外光よりも短い。例えば、上記波長３７５ｎｍの紫外光の浸透長は、約１０ｎｍであり、波長９０３ｎｍの赤外光の浸透長は、約５０μｍである。このため、励起光として紫外光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合に得られる反射波は、表層のイオン注入量により敏感であると考えられ、比較的表層の情報を主に含むものである。また、励起光として赤外光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合に得られる反射波は、比較的深層の情報を主に含むものである。そこで、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、同一の変調周波数ｆにおいて、前記第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度と前記第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度との比について、前記励起光の変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である比の変調周波数依存特性を求め、この求められた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めている。例えば、図８には、赤外光の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第２強度に対する紫外光の励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射した場合における検出部１０ｃで検出した反射波の第１強度の比（＝（ＵＶ光での第１強度）／（ＩＲ光での第２強度））について、それらの変調周波数ｆの変化に対する前記比の変化である比の変調周波数依存特性が示されている。なお、図８は、図７に示す測定結果から得られた前記比の変調周波数依存特性である。前記比の変調周波数依存特性は、表面再結合速度Ｓに依存していることが図８から理解される。なお、図８において、細い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１の場合の結果であり、破線は、表面再結合速度Ｓ＝１０の場合の結果であり、一点鎖線は、表面再結合速度Ｓ＝１００の場合の結果であり、二点差線は、表面再結合速度Ｓ＝１０００の場合の結果であり、そして、太い実線は、表面再結合速度Ｓ＝１００００の場合の結果である。なお、図８の横軸は、Ｈｚで表される変調周波数ｆであり、それらの縦軸は、各光励起キャリア間でのトータル数の比である。後述の図９も同様である。
【００９１】
したがって、特性情報記憶部１５１ｃに、図８に示す前記比の変調周波数依存特性および前記比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係を予め記憶させ、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの第１励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ｃによって複数の検出波の第１信号強度を求めるとともに、変調周波数制御部１４３によって複数の変調周波数ｆの第２励起光をイオン注入半導体ＳＭに照射させ、その反射波から検出部１０ｃによって複数の検出波の第２信号強度を求め、これら変調周波数ｆと検出波の第１および第２信号強度との複数の組に対応する前記比の変調周波数依存特性を、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性から検索し、この探索した前記比の変調周波数特性に対応するイオン注入量を、特性情報記憶部１５１ｃに記憶されている前記比の変調周波数依存特性とイオン注入量との関係から検索して求めることによって、イオン注入量測定装置Ｄｃは、イオン注入量を求めることができる。
【００９２】
なお、特性情報記憶部１５１ｃには、例えば、図８に示すような、予め求めた前記比の変調周波数依存特性の曲線（特性曲線）のうち、複数のサンプリング点について、変調周波数ｆと前記比との組がそれぞれ求められ、これら求められた複数の組が前記比の変調周波数依存特性として記憶されてもよく、また例えば、前記特性曲線があるいは前記特性曲線を近似した近似式が前記比の変調周波数依存特性として記憶されてもよい。
【００９３】
また、イオン注入量を求める場合において、イオン注入量演算部１４２ｃは、変調周波数ｆを走査することで互いに異なる複数の変調周波数ｆに対して検出部１０ｃで検出された複数の反射波の第１および第２強度に基づいて前記比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてよい。このように変調周波数ｆを走査することによって変調周波数ｆと前記反射波の第１および第２強度との組が多数求められるので、測定結果に最も適合する前記比の変調周波数依存特性がより適確に求められるから、より精度よくイオン注入量が求められる。
【００９４】
あるいは、イオン注入量演算部１４２ｃは、互いに異なる複数の変調周波数ｆ、例えば数個、より具体的には比較的少数の２個または３個等の変調周波数ｆに対して検出部１０ｃで検出された複数（この例では２個または３個等）の反射波の第１および第２強度に基づいて前記比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めてもよい。このような構成では、比較的少数、例えば、２、３個等の変調周波数ｆに対する反射波の第１および第２強度を測定することによって前記比の変調周波数依存特性を特定することができ、この特定した前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めることができる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄｃは、より短い測定時間でイオン注入量を測定することができる。
【００９５】
ここで、前記比の変調周波数依存特性は、図９に示すように、光励起キャリアの寿命τにも依存するが、変調周波数ｆが例えば約１００００Ｈｚ以上の高周波では光励起キャリアの寿命τに依存しないので、変調周波数ｆは、このような前記比の変調周波数依存特性が光励起キャリアの寿命τに依存しないような高周波数に設定されてもよい。
【００９６】
以上より、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃでは、相対的に短い浸透長の第１励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射することによって、比較的表層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られるとともに、相対的に長い浸透長の第２励起光を測定対象のイオン注入半導体ＳＭに照射することによって、比較的深層の情報を主に含む反射波の検出結果が得られる。このため、両者の比の変調周波数依存特性を求めることによって、表層の情報と深層の情報とを弁別することができ、本実施形態のイオン注入量測定装置Ｄｃは、より精度よくイオン注入量を測定することができる。
【００９７】
また、上述の第１ないし第３実施形態において、信号強度を大きくするために、図１、図５および図６に破線で示すように、イオン注入量測定装置Ｄ（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）は、測定対象のイオン注入半導体ＳＭとステージ部１７との間に配置される導体部材２１をさらに備えてもよい。導体部材２１は、例えばアルミニウム、ステンレスおよび鉄等の金属またはその他の導体で形成される板状部材である。このようにイオン注入半導体ＳＭにおける測定波が照射される側とは反対側に配置される導体部材２１をさらに備えることによって、イオン注入半導体ＳＭにおける前記反対側の面（イオン注入半導体ＳＭにおける測定波が照射される面を表面とすればその裏面）では電場がゼロとなるような定在波が形成される。そして、イオン注入半導体ＳＭにおける測定したい測定箇所の表面と、導体部材２１の表面との間には、前記測定箇所に前記定在波のいわゆる節を一致させない距離だけ空けられる。このため、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄは、測定波が照射される側の面（表面）近傍で反射する測定波の反射波の強度を、イオン注入半導体ＳＭの前記反対側の面（裏面）近傍で反射する測定波の反射波の強度よりも大きくすることができ、測定感度をより向上させることができる。そして、より好ましくは、イオン注入半導体ＳＭにおける測定箇所の表面と、導体部材２１の表面との距離は、その間の媒質における測定波の波長の略１／４の距離またはその距離に前記測定波の波長の整数倍を加えた距離である。このように構成することによって、前記測定箇所に前記定在波のいわゆる腹を略一致させることができ、このような構成のイオン注入量測定装置Ｄは、測定感度をさらにより向上させることができる。
【００９８】
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】
【００９９】
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ イオン注入量測定装置
１ａ、１ｃ 光源部
２ａ、２ｂ、２ｃ 変調部
４ 導波管アンテナ
６ 測定波生成部
７ 分岐部
９ 合波部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 検出部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 同期信号生成部
１４ａ、１４ｃ 演算制御部
１５ａ、１５ｃ 記憶部
１４２ａ、１４２ｃ イオン注入量演算部
１５１ａ、１５１ｃ 特性情報記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射部と、
前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射部と、
前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出部と、
前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算部とを備えること
を特徴とするイオン注入量測定装置。
【請求項２】
前記イオン注入量演算部は、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めること
を特徴とする請求項１に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項３】
前記励起光照射部は、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、
前記反射波検出部は、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項４】
前記励起光照射部は、前記測定対象のイオン注入半導体に対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射し、
前記イオン注入量演算部は、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項５】
イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射工程と、
前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射工程と、
前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出工程と、
前記反射波検出工程の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算工程とを備えること
を特徴とするイオン注入量測定方法。
【請求項１】
イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射部と、
前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射部と、
前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出部と、
前記反射波検出部の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算部とを備えること
を特徴とするイオン注入量測定装置。
【請求項２】
前記イオン注入量演算部は、互いに異なる複数の変調周波数に対して前記測定波検出部で検出された複数の反射波の強度に基づいて前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めること
を特徴とする請求項１に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項３】
前記励起光照射部は、互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分を含む励起光を照射し、
前記反射波検出部は、前記互いに異なる複数の変調周波数で変調されている複数の光成分のそれぞれに対応する複数の反射波の強度を検出すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項４】
前記励起光照射部は、前記測定対象のイオン注入半導体に対する浸透長が互いに異なる２個の第１および第２励起光を照射し、
前記イオン注入量演算部は、前記第１励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第１強度と前記第２励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射した場合における前記反射波検出部で検出した反射波の第２強度との比の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記比の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のイオン注入量測定装置。
【請求項５】
イオン注入された半導体である測定対象のイオン注入半導体におけるバンドギャップ以上のエネルギーを有するとともに、強度を周期的に変調した励起光を前記測定対象のイオン注入半導体に照射する励起光照射工程と、
前記測定対象のイオン注入半導体に所定の測定波を照射する測定波照射工程と、
前記測定対象のイオン注入半導体で反射された前記測定波の反射波を検出する反射波検出工程と、
前記反射波検出工程の検出結果に基づいて、前記励起光の変調周波数の変化に対する前記反射波の強度の変化である前記反射波の変調周波数依存特性を求め、この求めた前記反射波の変調周波数依存特性に基づいてイオン注入量を求めるイオン注入量演算工程とを備えること
を特徴とするイオン注入量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２６４４３（Ｐ２０１３−２６４４３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９９４４（Ｐ２０１１−１５９９４４）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
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