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発明の名称 結晶欠陥検査装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−124990
公開日 平成6年(1994)5月6日
出願番号 特願平4−272627
出願日 平成4年(1992)10月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 太田 裕之 / 岡本 紀明
要約 目的
半導体基板の結晶欠陥の発生する限界応力を測定する装置及び方法において、試験片の取り付けチャックの影響の無い、精度の高い測定方法を提供する。

構成
半導体基板の表面に局所的に既知の応力分布を形成するために、半導体基板の表面上に圧子をのせてから所定の温度に加熱し、転位の発生の有無をその場観察あるいは冷却後観察する。
特許請求の範囲
【請求項1】半導体基板の結晶欠陥の発生する限界応力の測定装置において、圧子をおいたまま加熱して結晶欠陥の発生の有無を検出することを特徴とする結晶欠陥の検査装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶中に転位が導入されると不良を引き起こす製品、たとえば半導体素子等の信頼性確保に用いる測定機に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで半導体単結晶材料の機械的特性を測定する方法として、多結晶材料で行われてきたのと同様に、丸棒や角柱を引っ張る、あるいは曲げるという手段が用いられてきた。たとえば、フィロソフィカル マガジン 1962年 7号(Phil. Mag.,7(1962))1825頁から1845頁に示されているように、試験片のチャック部に過大な応力をかかりにくくして転位が導入されることの少ないように考慮した試験方法が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在では半導体単結晶中には、その製造技術の向上から結晶欠陥(転位)はほとんど存在しない。そこでこれらの材料の機械的強度を測定するには、一般材料の強度試験のように材料中にすでに導入されている転位の増殖をもって材料強度とすることはできず、新しい評価方法が必要となってくる。
【0004】従来の技術による問題点を以下に列挙する。
【0005】■ チャック部において応力集中が起き易く、この点から転位が発生,伝播,増殖するため、みかけ上実際より低い応力で転位が観察されてしまうことがある。
【0006】■ 大きな試験片全体に応力が負荷されるため、この中に加工時の損傷等が含まれる可能性が多く、みかけ上、実際より低い応力で転位が観察されてしまうことがある(試験片のサイズ効果)。
【0007】■ 転位そのものを観察せず変形を計測するため、転位の個数がある程度増加しないと検出できない。
【0008】本発明の目的はチャック部の影響や、試験片のサイズ効果の影響が少なく、転位の検出感度の高い計測装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するには、試験片の表面に局所的に既知の応力分布を形成できるシステムが必要である。つまり、試験片の表面上に圧子をのせてから所定の温度に加熱し、転位の発生の有無をその場で観察あるいは冷却後に観察することが必要である。
【0010】
【作用】本発明はこのように構成されるため、負荷応力,温度に対して転位の発生が定量的にわかることから、転位の発生限界応力,限界温度をより正確に求めることができる。
【0011】
【実施例】図1に本発明における一実施例として装置の説明図を示す。本装置は圧子1,加熱炉2,おもり3,試験片4,アルゴンガスボンベ5,ガイド9より構成される。圧子1は高温に耐えるように、また、試験片と反応しないように石英ガラスや各種セラミックが望ましく、また、圧子1の表面は加工傷,孔等が無いものが望ましい。また、圧子1は球状,円筒状等、応力集中場を試験片に与え、その応力場が解析可能であるものが望ましい。さらに加熱炉2は加熱時に金属蒸気などがわずかでも発生しないものが望ましい。まず、加熱炉2の中に置かれた試験片の上面に圧子1を乗せ、さらに圧子1に荷重を負荷できるようにおもりを乗せる。この状態のまま加熱炉2により試験片4を加熱し、試験温度で一定時間保持したのち、室温まで冷却する。試験片の冷却後、選択性のあるエッチャント、例えば、Seccoエッチング液(HF:K2Cr23(0.15M)=2:1)を用いてエッチングを行い、試験片4の圧子1の付近を顕微鏡を用いてエッチピットの有無を確認する。この動作を加熱温度,負荷荷重を変えて行うことにより、転位発生限界温度,転位発生限界応力が求められる。その一例を図2に示す。本方法によれば、チャックの部分が存在しないために、チャックの影響がなく、また、応力場の既知な微小部分を人工的に作ることができるため、試験片の加工傷が存在しても、それを避けて試験を行うことができる。また、応力負荷部が小さいため、転位の観察が容易であり、発生した転位の個数が少なくても検出できるので感度が高い。
【0012】図3に本発明における第二の実施例を示す。図3に示す装置はX線源6,モノクロメータ結晶7,フィルム8,圧子1,加熱炉2,おもり3,ガイド9より構成されている。まず、加熱炉2の中に置かれた試験片4の上面に圧子1を乗せ、さらに圧子1に荷重を負荷できるようにおもりを乗せる。この状態のまま加熱炉2により試験片4を加熱し、試験温度で一定時間保持したのち、X線源6からX線を発射し、モノクロメータ結晶7で平行性を高めた後、試験片4で回折され、フィルム8に入射させる。このとき、X線源6,モノクロメータ8を回転させ、ブラッグ角の近傍となるようにする。結晶欠陥の部分では回折強度が低下するため、結晶欠陥が発生している場合はフィルム8の上にコントラストとして記録されるので結晶欠陥の有無の判断をすることができる。本方法では、第一の実施例で示した利点の他に、フィルムの取扱いに手間がかかる点を除けば、基本的にはその場観察が可能である。よって圧子1をおいたまま基板の温度を上昇させ、結晶欠陥の発生した温度を検出することが可能であり、これにより結晶欠陥の発生する限界の応力を測定することができる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、負荷応力,温度に対して転位の発生が定量的にわかることから、転位の発生限界応力,限界温度をより正確に求めることができる。
【0014】また、応力を負荷するのにチャックを用いていないことから、チャックを取り付けることによる応力集中場の発生や機械的損傷の発生がなく、転位の発生限界応力,限界温度をより正確に求めることができる。




 

 


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