マイクロ波-レーザ計測技術の開発とシリコンウェーハの局所的導電率の非接触計測

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555192
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 巨 陽 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60312609)
• 研究分担者: 庄子 哲雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80091700) ; 坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918) ; 笹川 和彦 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50250676) ; 小倉 幸夫 日立エンジニアリング(株), 検査部門, 技師長(研究職)
• キーワード: マイクロ波 / レーザ / シリコンウェーハ / 導電率 / 電気光学効果 / 定量計測 / 非接触 / 高分解能

研究概要

本研究はレーザの波長が短かく空間分解能が高いという特徴を利用して,材料の電磁物性値分布により変化するマイクロ波の応答をレーザ光により局所的に高分解能で検出するというマイクロ波-レーザ計測なる新技術の開発と,シリコンウェーハの局所的導電率の高感度な非接触計測の実現を目指したものである。本年度は以下の実績を得た。
1.マイクロ波-レーザ計測システムの開発
マイクロ波ビームを電気光学結晶に印加し、電気光学効果によって同結晶に入力されたレーザ光に生じる位相変化を検出する計測システムを構築した。周波数の高いマイクロ波(ミリ波)をサンプリングするために必要なフェムト秒パルスレーザ光の、電気工学効果により生じた偏光変化を検出した。現在システムの最適化を実施中である。
2.厚さに無関係なシリコンウェーハ導電率の非接触計測
シリコンウェーハの導電率の計測において,従来の四探針法やコイル法等のウェーハの厚さを知らなければならないという問題を一挙に解消し,ウェーハの厚さに無関係な導電率計測手法を開発した。シリコンウェーハに周波数の高いマイクロ波を照射することにより,ウェーハ表面を透過したマイクロ波成分はシリコンウェーハ内部で大きく減衰し,ウェーハ底面からセンサに反射する量は無視できるほど小さくなるので,ウェーハの厚さに無関係な表面反射測定法を実現した。また反射波の振幅及び位相を同時に測定することにより,ウェーハの誘電率も評価可能な導電率の定量評価モデルを構築した。さらにマイクロ波同軸ケーブルセンサを用いて,シリコンウェーハの導電率の分布を高分解能かつ高感度に計測することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ju, K.Inoue, M.Saka, H.Abe: "Contactless Measurement of Electrical Conductivity of Semiconductor Wafers Using the Reflection of Millimeter Waves"Applied Physics Letters. 81・19. 3585-3587 (2002)
• [文献書誌] M.Saka, Y.Ju, D.Luo, H.Abe: "A Method for Sizing Small Fatigue Cracks in Stainless Steel Using Microwaves"JSME International Journal (A). 45・4. 573-578 (2002)
• [文献書誌] M.Saka, Y.Ju, Y.Uchimura, H.Abe: "NDE of Small 3-D Surface Fatigue Cracks in Metals by Microwaves"Review of Quantitative Nondestructive Evaluation. Vol.21. 476-482 (2002)
• [文献書誌] Y.Ju, K.Saruta, M.Saka, H.Abe: "Development of a Microwave Focusing Sensor for Nondestructive Evaluation of Materials"Electromagnetic Nondestructive Evaluation (VI). 269-275 (2002)
• [文献書誌] Y.Ju, M.Saka, T.Hiroshima: "Nondestructive Detection of Small Cracks in Polycrystalline Silicon Substrates Using Millimeter Waves"Proc. 6th Far-East Conf. on Nondestructive Testing (FENDT '02). 535-539 (2002)
• [文献書誌] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka: "Microwave Measurement of the Conductivity of Conducting Thin Films"Proc. Int. Symp. on Precision Engineering and MEMS. 79-82 (2002)
• [文献書誌] 巨 陽, 坂 真澄: "シリコンウェーハの導電率の非接触計測手法の開発"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 157-158 (2002)
• [文献書誌] 広沢 容, 巨 陽, 坂 真澄: "ミリ波コンパクト装置による導電薄膜の導電率の非接触計測"日本機械学会東北支部八戸地方講演会講演論文集. 215-216 (2002)
• [文献書誌] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka, H.Abe: "Contactless Measurement of Thin Film Conductivity by a Microwave Compact Equipment"International Journal of Modern Physics B. 17・3/4. 737-742 (2003)
• [文献書誌] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka, H.Abe: "Development of a Millimeter Wave Compact Equipment for NDT of Materials"International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 24・3(印刷中). (2003)