JP6859157B2 - 六方晶化合物半導体の歪評価方法 - Google Patents

Description

本開示は、六方晶化合物半導体の歪評価方法に関する。

特開２０１３−２０３６５３号公報には、光弾性法を用いて化合物半導体基板の残留歪を評価することが開示されている。

特開２０１３−２０３６５３号公報

特開２０１３−２０３６５３号公報では、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体について開示しているが、六方晶化合物半導体よりなる基板がいわゆるオフ角度を有する場合など、基板の条件に応じて歪を正確に評価する手法について特に言及されていない。上述したＧａＮや炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）といった六方晶化合物半導体では、残留歪の影響により基板の割れといった問題が発生しており、歪を正確に評価する評価方法が求められている。

本開示の目的は、歪を正確に評価することが可能な六方晶化合物半導体の歪評価方法を提供することである。

本発明の一態様に係る六方晶化合物半導体の歪評価方法は、六方晶化合物半導体の基板を準備する工程と、基板に光を透過させる工程と、位相差を算出する工程とを備える。基板を準備する工程では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第１主面と当該第１主面と反対側の第２主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。基板に光を透過させる工程では、第１主面に基板を透過する光を照射し、基板中の＜０００１＞方向に沿って基板に光を透過させる。位相差を算出する工程では、複屈折により生じる位相差を算出する。

本開示によれば、六方晶の結晶構造を備える六方晶化合物半導体について、当該六方晶化合物半導体中を＜０００１＞方向に沿って光が透過することにより、六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響を低減し、歪に起因した光弾性効果による複屈折の位相差を測定することができる。このため、六方晶化合物半導体の歪を正確に評価できる。

図１は、化合物半導体の歪評価方法を示すフローチャートである。 図２は、評価装置の基本構成を説明するための模式図である。 図３は、評価装置の構成例を説明するための模式図である。 図４は、化合物半導体中を透過する光の方向を説明するための模式図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１） 本発明の一態様に係る六方晶化合物半導体の歪評価方法は、六方晶化合物半導体の基板を準備する工程と、基板に光を透過させる工程と、位相差を算出する工程とを備える。基板を準備する工程では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第１主面と当該第１主面と反対側の第２主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。基板に光を透過させる工程では、第１主面に基板を透過する光を照射し、基板中の＜０００１＞方向に沿って基板に光を透過させる。位相差を算出する工程では、複屈折により生じる位相差を算出する。

このようにすれば、六方晶化合物半導体中を＜０００１＞方向に沿って光が透過する状態での複屈折による位相差を算出するので、六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減されたデータを得ることができる。このため、六方晶化合物半導体について、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差により歪を評価できる。

（２） 上記六方晶化合物半導体の歪評価方法において、第１主面に基板を透過する光を照射し、基板中の＜０００１＞方向に沿って基板に光を透過させる工程では、第１主面の複数個所に対して光を照射する。複屈折により生じる位相差を算出する工程では、複数個所における位相差を算出する。

この場合、基板の第１主面の複数個所について位相差を算出することにより、基板における歪の大きさおよびばらつきに位相差の大きさおよびばらつきが相関しているため、化合物半導体基板の面内での歪の分布状態を評価することができる。つまり、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差により基板の面内における歪の分布状況を評価できる。

（３） 上記六方晶化合物半導体の歪評価方法において、基板は、第１主面が{０００１}面に対して傾斜している。この場合、基板がいわゆるオフ基板であるため、単に第１主面に対して垂直な方向から光を照射しても基板内部での＜０００１＞方向に沿って光を透過させることは難しい。そのため、事前に基板の第１主面が｛０００１｝面に対してなす傾斜角度（オフ角度）および傾斜方向（オフ方向）を測定しておくことで、第１主面と周囲の空気との界面での光の屈折などを考慮して当該基板内部での光の透過方向を＜０００１＞方向にすることが可能な本実施形態に係る歪評価方法が有効である。

（４） 上記六方晶化合物半導体の歪評価方法において、第１主面に基板を透過する光を照射し、基板中の＜０００１＞方向に沿って基板に前記光を透過させる工程では、予め測定された第１主面の｛０００１｝面に対する傾斜角度（オフ角度）および傾斜方向（オフ方向）の情報に基づき、光の第１主面に対する入射角度が決定されている。

この場合、基板に反りが発生しているなど、基板の形状が平坦でないときでも、予め基板のオフ角度およびオフ方向といった情報を得ておくことで、結果的に化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。

（５） 上記六方晶化合物半導体の歪評価方法において、基板は、化合物半導体基板と、化合物半導体基板上にホモエピタキシャル成長された化合物半導体層とを含む。この場合、化合物半導体層が形成された化合物半導体基板（エピタキシャル層付基板）での歪の発生状況を確認できる。

（６） 上記化六方晶合物半導体の歪評価方法において、六方晶化合物半導体は炭化珪素単結晶である。炭化珪素（ＳｉＣ）では、熱処理プロセスなどにおいて、歪による基板の割れなどが問題となっていることから、上述した歪評価方法を適用することが好ましい。

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態（以降、本実施形態と称する）の詳細について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

＜評価方法の概略＞
図１に示すように、本実施形態に係る炭化珪素基板の評価方法は、六方晶化合物半導体の歪評価方法の一例であって、準備工程（Ｓ１０）と、評価工程（Ｓ２０）とを備える。準備工程（Ｓ１０）は、六方晶化合物半導体の基板を準備する工程である。準備工程（Ｓ１０）では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有する六方晶化合物半導体からなる基板を準備する。基板は、第１主面と、当該第１主面と反対側の第２主面と、側面とを含む。基板として、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶からなる炭化珪素基板を測定装置のステージ上に設置する。なお、基板としてはＧａＮ基板やＡｌＮ基板を用いてもよい。ここで準備する基板としては、表面が（０００１）面に対して傾斜しているオフ基板を用いることができる。また、基板の直径は１００ｍｍ以上としてもよく、１５０ｍｍ以上としてもよく、２００ｍｍ以上としてもよい。基板の直径は４００ｍｍ以下としてもよく、３００ｍｍ以下としてもよい。また、基板として、ベース基板と当該ベース基板表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャル層付基板を用いてもよい。あるいは、基板として、エピタキシャル層が形成されていない化合物半導体からなる基板を用いてもよい。以下では、基板として炭化珪素基板を用いた場合を代表例として説明する。

次に、評価工程（Ｓ２０）を実施する。基板に光を透過させる工程および位相差を算出する工程に対応する評価工程（Ｓ２０）では、光弾性効果を利用して基板の歪を評価する。具体的には、評価工程（Ｓ２０）では、基板の表面に光を照射し、基板の内部を＜０００１＞方向に沿って当該光が透過することにより、自然複屈折の影響を低減した状態で光弾性を利用して歪を評価する。異なる観点から言えば、評価工程（Ｓ２０）に含まれる基板に光を透過させる工程では、第１主面に基板を透過する光を照射し、基板中の＜０００１＞方向に沿って基板に光を透過させる。位相差を算出する工程では、複屈折により生じる位相差を算出する。当該位相差は歪の評価に利用される。

また、評価工程（Ｓ２０）では、炭化珪素基板の表面の複数個所に対して光を照射することにより、炭化珪素基板の複数個所における歪を評価する。なお、光弾性を利用した歪の具体的な評価方法は任意の手法を採用できるが、具体的な評価方法の一例については後述する。

＜評価装置の構成＞
上述した評価方法を実施するための測定装置の基本構成を図２に示す。図２に示すように、測定装置１００は、制御用コントローラ１０と、入射側光学系４１と、受光側光学系４２と、サンプルである炭化珪素基板１を搭載するステージ２４と、光軸調整部４３〜４５とを備える。入射側光学系４１は、光源２１と、レンズ２２と、偏光子２３とを含む。受光側光学系４２は、検光子２５と、レンズ２６と、受光器２７とを含む。光源２１と受光器２７との間で、光源２１側からレンズ２２、偏光子２３、ステージ２４、検光子２５、レンズ２６がこの順番で配置されている。

光軸調整部４３は、入射側光学系４１から炭化珪素基板１に入射した光が炭化珪素基板１中を透過するときの光軸を調整するため、入射側光学系４１から炭化珪素基板１への入射光が炭化珪素基板１の表面に対してなす角度（入射角）を変更する。たとえば、光軸調整部４３は、入射側光学系４１をステージ２４に対して移動させるように構成されていてもよい。光軸調整部４４は、ステージ２４に保持された炭化珪素基板１を透過した光の光軸と、受光側光学系４２が受光するように設定された光軸とが重なるように、受光側光学系４２をステージ２４に対して移動させる。光軸調整部４５は、炭化珪素基板１中を透過するときの光軸を調整するためステージ２４を移動させる。たとえば、光軸調整部４５は、上記入射角を変更するためにステージ２４を入射側光学系４１に対して移動させてもよい。光軸調整部４３〜４５は制御用コントローラ１０に接続され、当該制御用コントローラ１０からの制御信号により制御される。

なお、測定装置１００では、上記光軸調整部４３、４４の組と、光軸調整部４５とのいずれか一方のみを設置してもよい。これらの光軸調整部４３〜４５を用いてステージ２４に搭載された炭化珪素基板１への光の入射角を変化させることにより、炭化珪素基板１中を透過する光の光軸の方向を変更できる。このため、結果的に炭化珪素基板１の内部を透過する光の進行方向を＜０００１＞方向に沿った方向とすることが可能になる。

光軸調整部４３〜４５は任意の構成を採用できる。たとえば、流体圧力により駆動するシリンダや電導モータなどを光軸調整部４３〜４５として用いることができる。たとえば光軸調整部４３として、入射側光学系４１が搭載された架台のステージ２４に対する傾き角を変更するように、架台に接続された油圧シリンダを用いてもよい。同様に、光軸調整部４４として、受光側光学系４２が搭載された架台のステージ２４に対する傾き角を変更するように、架台に接続された油圧シリンダを用いてもよい。光軸調整部４３として、偏光子２３とステージ２４との間に配置され光の進行方向を変更するミラーと、光の進行方向を変更するため当該ミラーの配置を調整するモータなどの駆動部とを含む光学モジュールを用いてもよい。光軸調整部４４として、上記光軸調整部４３と同様にステージ２４と検光子２５との間に配置されたミラーと駆動部とを含む光学モジュールを用いてもよい。

また、光軸調整部４５として、たとえば入射側光学系４１からの入射光に対するステージ２４の傾き角度を変更するモータを用いてもよい。この場合、ステージ２４の上記入射光に対する傾き角度を互いに交差する２方向について変更できるように、当該モータは２つ配置されてもよい。具体的には、ステージ２４を第１軸周りに回転させる第１のモータと、当該第１のモータの回転軸に接続されたステージ２４とが第１基体上に搭載され、当該第１基体を上記第１軸と異なる方向に延びる第２軸周りに回転させる第２のモータが第１基体に接続されている、といった構成を採用してもよい。

光源２１、偏光子２３および検光子２５は、光源２１からステージ２４上の炭化珪素基板を透過して受光器２７に到達する評価用の光の光軸に対して交差する方向（好ましくは垂直な方向）において、回転可能に構成されている。偏光子２３および検光子２５の当該回転角度は、制御用コントローラ１０により制御可能になっている。たとえば、偏光子２３および検光子２５を回転させるモータなどの駆動装置は制御用コントローラ１０により制御される。

光源２１は制御用コントローラ１０からの制御信号に応じて評価用の光を出射する。光源２１としては任意の光源を用いることができるが、たとえばレーザダイオードなどの光源を用いることができる。ステージ２４は、上記光の光軸に対して交差する方向において移動可能に構成されている。ステージ２４の移動は制御用コントローラ１０により制御される。たとえば、ステージ２４を移動させるためリニアガイドなどの従来周知の駆動装置を用いることができ、当該駆動装置は制御用コントローラ１０により制御される。たとえば、当該駆動装置は、上述した光軸調整部４５とステージ２４との両方を光の光軸に対して交差する方向に移動可能に構成されていてもよい。

受光器２７は、レンズ２２、偏光子２３、炭化珪素基板１、検光子２５およびレンズ２６を透過した光を受光する。受光器２７での光の検出データは、制御用コントローラ１０に送信される。制御用コントローラ１０では、光源２１からの光の発光強度、受光器２７からの光の検出データ（受光強度のデータ）、偏光子２３および検光子２５の回転角度などのデータから、炭化珪素基板１において光が照射された位置での歪を評価する。

図２に示した測定装置の構成例を図３に示す。図３に示すように、測定装置の構成例では、制御用コントローラ１０は制御ＩＯバス１１および駆動回路３１、３３、３４、３５を介して、光源２１、偏光子２３、ステージ２４、検光子２５と接続されている。また、制御用コントローラ１０は制御ＩＯバス１１、ＡＤ変換器３８、可変ゲイン増幅器３７、ＩＶ（電流−電圧）変換器３６を介して受光器２７と接続されている。また、制御用コントローラ１０は制御ＩＯバス１１および駆動回路３９を介して光軸調整部４３〜４５と接続されている。入射側光学系４１は架台に搭載される。当該架台のステージ２４に対する傾き角を変更するように油圧シリンダを含む光軸調整部４３が当該架台に接続されている。また、受光側光学系４２も別の架台に搭載される。当該別の架台のステージに対する傾き角を変更するように油圧シリンダを含む光軸調整部４４が当該別の架台に接続されている。また、上述のように２つのモータを含む光軸調整部４５がステージ２４に接続されている。光源２１は任意の光源を利用できるが、たとえばレーザダイオードである。受光器２７は任意の構成を採用できるが、たとえばフォトダイオードである。

ステージ２４は図３の紙面に垂直なＸ軸方向および紙面の上下方向に沿うＹ軸方向において移動可能になっている。また、上述のように光軸調整部４３〜４５によりステージ２４は光の光軸に対して相対的に傾斜可能に構成されている。偏光子２３および検光子２５はたとえばパルスモータ（図示せず）を駆動回路３３、３５により制御することで回転可能になっている。制御用コントローラ１０には、たとえばデータなどを表示する表示用ディスプレイや、測定データを記録するための記憶装置などが接続されていてもよい。

＜評価方法の詳細＞
以下、図３に示した測定装置を用いた炭化珪素基板の評価方法の一例の詳細を説明する。

準備工程（Ｓ１０）：
まず、評価対象である炭化珪素基板１を図３に示した測定装置のステージ２４上に設置する。炭化珪素基板１としては、図４に示すように点線２で示される（０００１）面に対して表面４がオフ角だけ傾斜しているオフ基板を用いる。なお、炭化珪素基板１として表面４が（０００１）面に対して傾斜していない基板を用いてもよい。

炭化珪素基板に対する光の入射方向を調整する工程（Ｓ３０）：
次に、評価用の光が炭化珪素基板１に入射する方向が、図４において矢印３で示すように、炭化珪素基板１の内部を透過する光の進行方向が（０００１）面に対して垂直な＜０００１＞方向となった状態における測定データを得るべく、予め決定された条件を満足するように、入射側光学系４１、ステージ２４、受光側光学系４２の相対的な配置を決定する。なお、この工程では、ステージ２４を固定して入射側光学系４１を移動させてもよいし、入射側光学系４１を固定してステージ２４を移動させてもよい。

測定工程（Ｓ２１）：
ステージ２４にセットされた炭化珪素基板１に対して、光源２１から光を照射する。照射する光としては、たとえば赤外線を用いることができる。このとき、偏光子２３と検光子２５との方位を平行状態として同期回転させ、炭化珪素基板１での透過光強度を偏光角Φの関数として測定する。さらに、偏光子２３と検光子２５との方位を直交させた状態で同期回転させ、炭化珪素基板１での透過光強度を偏光角Φの関数として測定する。

複屈折の位相差と主振動方位角の評価工程（Ｓ２２）：
複屈折により生じる位相差を算出する工程としての上記工程（Ｓ２２）では、複屈折の位相差δ（単位：ラジアン）と、主振動方位角Ψとを、上述した測定点でのデータから算出する。算出方法は任意の方法を用いることができるが、たとえば以下のような方法を用いる。

偏光子２３と検光子２５の方位が直交状態および平行状態での試料の透過光強度をそれぞれＩ_⊥（Φ）、Ｉ_||（Φ）とする。また、上述のように偏光子２３と検光子２５とを同期回転させるときの偏光角をΦとする。このとき、試料としての炭化珪素基板１の複屈折の位相差δと、主振動方位角Ψに対して次の数式（１）に示す関係が成り立つ。

Ｉ_ｒ（Φ）＝Ｉ_⊥（Φ）／｛Ｉ_⊥（Φ）＋Ｉ_||（Φ）｝＝sin^２｛２（Φ―Ψ）｝{sin^２（δ／２）} 数式（１）
上記の式で示されるＩ_ｒ（Φ）をｓｉｎｅ、ｃｏｓｉｎｅ変換することにより、複屈折の位相差δと、主振動方位角Ψとを求める。たとえば、以下のような数式（２）〜（５）に基づき測定点での位相差δと主振動方位角Ψとを求めることができる。

δ＝２sin^-1｛１６（Ｉ_sin ^２＋Ｉ_cos ^２）｝^1/4 数式（２）
Ψ＝（１／４）tan^-1（Ｉ_sin／Ｉ_cos） 数式（３）
Ｉ_sin＝（−１／４）sin４Ψ｛sin²（δ／２）} 数式（４）
Ｉ_cos＝（−１／４）cos４Ψ｛sin²（δ／２）} 数式（５）
炭化珪素基板１中での光の進行方向が、図４に示すように炭化珪素基板１の＜０００１＞方向に沿う方向にセットされた状態では、炭化珪素の結晶構造に起因する自然複屈折を低減できるので、上述の位相差の値が相対的に小さくなる。そして、上記のように自然複屈折が抑制された条件で測定を行っているため、光弾性を利用して、複屈折により生じる位相差により歪を高精度で評価することができる。一方、炭化珪素基板１中での光の進行方向が上記＜０００１＞方向に沿っていない場合には、上記自然複屈折の影響が相対的に大きくなり、上述した位相差の値が相対的に大きくなって歪の正確な測定も難しくなる。

このように炭化珪素基板１中での光の進行方向を＜０００１＞方向に沿った方向とするためには、炭化珪素基板１の周囲の大気と炭化珪素基板１との屈折率差を考慮する必要がある。すなわち、大気側から炭化珪素基板１中へ光が侵入するときに光が屈折する。当該大気と炭化珪素基板１との界面での光の屈折は、たとえばスネルの法則に基づき検討することができる。

ここで、炭化珪素基板１のような化合物半導体基板では、基板に反りなどの形状不良が発生している場合がある。そのような場合、ステージ２４に搭載された炭化珪素基板１の主面内の位置により、ステージ２４の基準面に対する当該主面の傾きが異なる。したがって、上記スネルの法則を用いて炭化珪素基板１中での光の進行方向が＜０００１＞方向になるように、入射側光学系４１からの光の炭化珪素基板１に対する入射方向を予め決定しても、実際の炭化珪素基板１中での光の進行方向が＜０００１＞方向からずれる場合がある。

そこで、本実施形態では、炭化珪素基板１の主面における１つの測定点に対して、予め炭化珪素基板１の主面の各位置での（０００１）面からのオフ方向およびオフ角度を調べる。炭化珪素基板１中での光の進行方向が＜０００１＞方向になるように入射光の入射角を決定し、上記工程（Ｓ３０）、工程（Ｓ２１）、工程（Ｓ２２）を実施する。炭化珪素基板１の主面の各位置での（０００１）面からのオフ方向およびオフ角度の測定は、たとえばＸ線回折法などにより行うことができる。このようにすれば、炭化珪素基板１の形状が平坦ではない場合であっても、炭化珪素基板１の表面における測定点で自然複屈折の影響が低減された位相差δと主振動方位角Ψとのデータを得ることができる。

たとえば、オフ角が４°である炭化珪素基板に対して、波長が９５０ｎｍの光を照射する場合を考える。この場合、たとえば入射側の空気の屈折率ｎ１を１とし、出射側の炭化珪素の屈折率ｎ２を２．２と考える。これらの条件をスネルの法則に適用すると、上記炭化珪素基板１の主面の法線に対して９°傾いた方向から光を炭化珪素基板１の主面に照射した場合に、炭化珪素中の光の進行方向がほぼ＜０００１＞方向と平行になると考えられる。なお、炭化珪素基板１の主面における複数の測定点のそれぞれについて、ステージ２４上に搭載された炭化珪素基板１の反り等の形状を考慮して光の照射方向を予め決定しておく。

上述した２種類の透過光強度のデータを、炭化珪素基板１の表面における複数測定点において測定する。測定点は、たとえば炭化珪素基板１の表面において格子状に配置されていてもよい。測定点の間の間隔はたとえば０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下としてもよく、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下としてもよく、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下としてもよい。

上記のようにして各測定点につき複屈折の位相差δを求めることで、基板全体の複数の測定点に関して当該位相差δの最大値と標準偏差とを求めることができる。

残留歪の評価工程（Ｓ２３）：
次に、炭化珪素基板１の残留歪を評価する。評価方法としては、任意の方法を採用できるが、たとえば日本国特許第３１５６３８２号（特開平５−３３９１００号公報）に開示された方法を用いることができる。具体的には、炭化珪素基板の残留歪は、半径方向の歪Ｓｒと接線方向の歪Ｓｔとの差の絶対値|Ｓｒ−Ｓｔ|によって算定できる。この算定において、|Ｓｒ−Ｓｔ|は以下の数式（６）、（７）に示すように算定できる。

|Ｓｒ−Ｓｔ|＝ｋδ[｛cos２Ψ／（Ｐ₁₁−Ｐ₁₂）}²＋｛（sin２Ψ）／Ｐ₄₄}^1/2 数式（６）
ただし、上記数式（６）において、
ｋ＝λ／（πｄｎ_０ ^３） 数式（７）
である。ここで、測定に用いる光の波長をλとし、測定に用いる炭化珪素基板１の厚さをｄとし、炭化珪素基板１の屈折率をｎ_０とし、炭化珪素基板１の光弾性定数をＰ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₄₄とした。ここで、屈折率ｎ_０は、光を＜０００１＞方向に沿って透過させた場合の屈折率である。

このように、光弾性法を用いて、炭化珪素基板１の複屈折によって生じる位相差δと主振動方位角Ψを求めることにより、炭化珪素基板１の歪を求めることができる。なお、上述した測定工程（Ｓ２１）から残留歪の評価工程（Ｓ２３）までが図１に示した評価工程（Ｓ２０）に対応する。

＜評価方法の作用効果＞
上記のような評価方法によれば、炭化珪素基板１中を＜０００１＞方向に沿って評価用の光が透過したときのデータを測定結果として得ることができるので、炭化珪素基板１の結晶構造に起因する自然複屈折の影響を低減した状態で、歪（残留歪）を評価できる。

ここで、立方晶の化合物半導体結晶は、光学的に等方である。よって、屈折率の異方性は存在しない。そのため、どのような方向から光を透過させても自然複屈折は生じず、結晶の歪みを正確に測定することが容易である。

一方、六方晶の化合物半導体では、上述した炭化珪素のように、光が＜０００１＞方向と平行に透過した場合と、＜０００１＞方向と交差する方向に沿って透過した場合との屈折率は異なる。その結果、六方晶の化合物半導体中を透過する光の光軸が＜０００１＞方向から一定の角度以上外れている場合には、自然複屈折の影響が無視できなくなり、結晶の歪みを正確に評価することが容易ではない。六方晶の化合物半導体中において光を透過させる方向は、＜０００１＞方向から±３°以内が好ましく、±２°以内がより好ましく、±１°以内がさらに好ましい。

また、上記評価方法では、評価工程（Ｓ２０）において、炭化珪素基板１の表面の複数個所の測定点に対して光を照射することにより、炭化珪素基板１の複数個所における歪を評価する。具体的には、評価工程（Ｓ２０）は、上記複数個所において複屈折によって生じる位相差δを求める工程と、複数個所における位相差δについて最大値と標準偏差とを算出する工程とを含む。また異なる観点から言えば、基板に光を透過させる工程（Ｓ２１）では、第１主面の複数個所に対して光を照射する。複屈折により生じる位相差を算出する工程（Ｓ２２）では、複数個所における位相差を算出する。なお、評価工程（Ｓ２０）は上記複数個所において主振動方位角Ψを求める工程を含んでいてもよい。この場合、炭化珪素基板１の表面における歪の分布状態を評価することができる。

上記評価方法において、炭化珪素基板１は、第１主面としての表面４が{０００１}面に対して傾斜しているオフ基板であってもよい。この場合、評価工程（Ｓ２０）では、図４に示すように表面４が{０００１}面に対して傾斜する角度であるオフ角に対応し、炭化珪素基板１中を光が表面４に対して傾いた方向（矢印３に示される方向）である＜０００１＞方向に沿って透過する。上記評価方法は、図４の矢印３に示すように炭化珪素基板１中を光が＜０００１＞方向に沿って透過するように、炭化珪素基板１の表面４に対して、光の照射方向を傾いた方向にセットする工程（Ｓ３０）を含んでいてもよい。この場合、オフ基板である炭化珪素基板１に対して、自然複屈折の影響を低減した条件で歪の評価を行うことができる。

異なる観点から言えば、上記歪評価方法では、評価工程（Ｓ２０）において、主面の各測定点について、予め測定された主面の｛０００１｝面に対する傾斜角度（オフ角度）および傾斜方向（オフ方向）の情報に基づき、光の主面に対する入射角度が決定されている。この場合、炭化珪素基板１に反りが発生しているなど、当該炭化珪素基板１の形状が平坦でないときでも、各測定点について当該形状も考慮したオフ角度およびオフ方向（見かけのオフ角度およびオフ方向）を予め得ておくことで、結果的に炭化珪素の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。

上記評価方法において、評価対象である基板は、化合物半導体基板としての炭化珪素基板１と、炭化珪素基板上にホモエピタキシャル成長された化合物半導体層としての炭化珪素エピタキシャル層とを含んでいもてよい。この場合、エピタキシャル層が形成された炭化珪素基板（エピタキシャル層付炭化珪素基板）での歪の発生状況を確認できる。

（実施例）
上述した評価方法の効果を検証するため、以下のような実験を行った。

＜炭化珪素基板＞
評価対象として、直径１５０ｍｍ、（０００１）面に対する表面のオフ角が４°であるポリタイプ４Ｈの炭化珪素基板を準備した。炭化珪素基板の厚さは３５０μｍとした。

また、後述するように歪の評価工程を行ってから、当該炭化珪素基板に対して以下の条件で炭化珪素エピタキシャル層を形成した。

シラン（ＳｉＨ₄）およびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）を原料ガスとし、窒素（Ｎ₂）あるいはアンモニア（ＮＨ₃）をドーパントガスとし、水素（Ｈ₂）をキャリアガスとして用いたＣＶＤ法によってエピタキシャル膜を成長する。上記のように主面は（０００１）面に対してオフしているため、エピタキシャル膜はステップフロー成長により形成されている。そのため、エピタキシャル膜は炭化珪素基板と同様に４Ｈ型の炭化珪素からなり、異種ポリタイプの混在が抑制されたものとなっている。エピタキシャル膜の厚さは、たとえば１０μｍ以上５０μｍ以下程度である。

上述したエピタキシャル膜の成長工程では、Ｃ／Ｓｉ比が１未満の原料ガスを用いて、炭化珪素基板の主面上にエピタキシャル成長させる。先ず、成膜装置において炭化珪素基板が内部に配置されたチャネル内をガス置換する。その後、キャリアガスを流しながら、チャネル内を所定の圧力、たとえば６０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒ（６ｋＰａ〜１０ｋＰａ）に調整する。キャリアガスは、たとえば水素（Ｈ₂）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等でよい。キャリアガス流量は、たとえば５０ｓｌｍ〜２００ｓｌｍ程度でよい。ここで流量の単位「ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）」は、標準状態（０℃、１０１．３ｋＰａ）における「Ｌ／ｍｉｎ」を示している。

次にチャネルを囲むように配置された誘導加熱コイルに所定の交流電流を供給することにより、当該チャネルの周囲に配置された発熱体６を誘導加熱する。チャネル内部にはサセプタが配置されている。サセプタ上には炭化珪素基板が載置される。これにより、チャネルおよび炭化珪素基板が載置されるサセプタが所定の反応温度にまで加熱される。このときサセプタは、たとえば１５００℃〜１７５０℃程度まで加熱される。

＜評価方法＞
上記炭化珪素基板に対して、上述のように炭化珪素エピタキシャル層を形成する前と後とのそれぞれのタイミングで、本実施形態に係る評価方法を用いて歪の評価を行った。評価方法では、図３に示した構成の測定装置を用い、波長が９５０ｎｍの光を炭化珪素基板に照射して測定を行った。このとき、各測定点について、予めオフ角度およびオフ方向をＸ線回折法を用いて測定しておいた。測定は、一例として、直径が１５０ｍｍの炭化珪素基板の表面において、１０ｍｍ間隔の格子状に配置された複数の測定点に対して実施した。なお、測定点の数は約１７０点である。そして、位相差δについて、最大値と平均値、および標準偏差を算出した。

＜評価結果＞
エピタキシャル成長前：
複屈折の位相差δ（単位：ラジアン）について、最大値は０．４２５、平均値は０．１４９、標準偏差は０．０６５であった。

エピタキシャル成長後：
複屈折の位相差δについて、最大値は０．３９５、平均値は０．１４０、標準偏差は０．０６０であった。

上記のエピタキシャル成長を行う前後のデータより、当該エピタキシャル成長を実施したことによる上記位相差δの最大値の変化量は０．０３０、平均値の変化量は０．００９、標準偏差の変化量は０．００５であった。上記データよりエピタキシャル成長前後での歪の変化は充分小さいことがわかる。このように、本実施形態に係る評価方法を用いて、炭化珪素基板についてエピタキシャル成長前後での歪の状態を評価することができた。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 炭化珪素基板
２ 点線
３ 矢印
４ 表面
１０ 制御用コントローラ
１１ 制御ＩＯバス
２１ 光源
２２，２６ レンズ
２３ 偏光子
２４ ステージ
２５ 検光子
２７ 受光器
３１〜３５，３９ 駆動回路
３６ ＩＶ変換器
３７ 可変ゲイン増幅器
３８ ＡＤ変換器
４１ 入射側光学系
４２ 受光側光学系
４３〜４５ 光軸調整部
１００ 測定装置

Claims (3)

1. 六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第１主面と前記第１主面と反対側の第２主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する工程と、
   前記第１主面に前記基板を透過する光を照射し、前記基板中の＜０００１＞方向に沿って前記基板に前記光を透過させる工程と、
   前記複屈折により生じる位相差を算出する工程と、を備え、
   前記基板は、前記第１主面が{０００１}面に対して傾斜し、
   前記第１主面に前記基板を透過する光を照射し、前記基板中の＜０００１＞方向に沿って前記基板に前記光を透過させる工程では、予め測定された前記第１主面の｛０００１｝面に対する傾斜角度および傾斜方向の情報に基づき、前記光の前記第１主面に対する入射角度が決定されており、
   前記六方晶化合物半導体は炭化珪素単結晶である、六方晶化合物半導体の歪評価方法。
2. 前記第１主面に前記基板を透過する光を照射し、前記基板中の＜０００１＞方向に沿って前記基板に前記光を透過させる工程では、前記第１主面の複数個所に対して前記光を照射し、
   前記複屈折により生じる位相差を算出する工程では、前記複数個所における前記位相差を算出する、請求項１に記載の六方晶化合物半導体の歪評価方法。
3. 前記基板は、化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板上にホモエピタキシャル成長された化合物半導体層とを含む、請求項１または請求項２に記載の六方晶化合物半導体の歪評価方法。

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