JPH02268256A - 半導体試料の螢光特性検査装置 - Google Patents
半導体試料の螢光特性検査装置Info
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- JPH02268256A JPH02268256A JP8948089A JP8948089A JPH02268256A JP H02268256 A JPH02268256 A JP H02268256A JP 8948089 A JP8948089 A JP 8948089A JP 8948089 A JP8948089 A JP 8948089A JP H02268256 A JPH02268256 A JP H02268256A
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Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、試料の螢光特性を検査するための装置に係り
、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード
（ＬＤ） 、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ） 、フォ
トダイオード（ＰＤ）、光学電気集積素子（ＯＥＩＧ）
、集積素子（ＩＣ）等に使用されるＱａ ＡＳウェハ等
の半導体ウェハの品質を評価する際に用いるのに好適な
、試料から発生するフォトルミネッセンスの空間的な強
度分布像及び寿命分布像又はその相関分布像を得ること
が可能な螢光特性検査装置に関するものである。 ［従来の技術Ｉ ＬＥＤ、ＬＤ、ＦＥＴ、ＰＤ、ＯＥ ＩＣ，ＩＣ等の製
造に用いられるＧａＡｓウェハの品質は、これらの製造
業者にとって最大の問題であり、現状では決して安心で
きるものではない。 一般に、半導体結晶に禁止帯幅よりも大きなエネルギー
を持つ光ビームを照射して価電子帯から電子を励起する
と、励起された電子が再結合でエネルギーを失う過程で
螢光が観測され、この発光がフォトルミネッセンスと呼
ばれている。このフォトルミネッセンスにおける螢光の
寿命は、結晶の品質、表面処理、表面の歪、疵等によっ
ても決まる。従って、研磨→エツチングと加工工程が進
むに従って、表面の再結合中心が減少し、螢光寿命が長
くなる場合もある。これは、表面再結合速度を見ている
ことに相当する。一般的には、螢光寿命が変化するのは
、結晶の品質、結晶欠陥、表面状態、表面処理等の影響
のためであり、これらの状況が良好な、即ち品質の良い
ウェハは、第７図に実線Ａで示す如く螢光寿命が長くな
るのに対して、品質の低いウェハは、同じく第７図に実
線Ｂで示す如く、螢光寿命が短くなっている。従って、
Ｇａ Ａｓウェハの品質評価に際しては、その螢光寿命
を測定することが重要である。 又、Ｇａ Ａｓウェハの品質は、螢光寿命だけでなく、
螢光効率（量子効率、螢光の絶対値即ち螢光強度）も重
要である。通常は、第７図に示すように、螢光効率と寿
命は相関があるが、そうでない場合もあり得るので、螢
光強度を測ることも重要である。
、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード
（ＬＤ） 、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ） 、フォ
トダイオード（ＰＤ）、光学電気集積素子（ＯＥＩＧ）
、集積素子（ＩＣ）等に使用されるＱａ ＡＳウェハ等
の半導体ウェハの品質を評価する際に用いるのに好適な
、試料から発生するフォトルミネッセンスの空間的な強
度分布像及び寿命分布像又はその相関分布像を得ること
が可能な螢光特性検査装置に関するものである。 ［従来の技術Ｉ ＬＥＤ、ＬＤ、ＦＥＴ、ＰＤ、ＯＥ ＩＣ，ＩＣ等の製
造に用いられるＧａＡｓウェハの品質は、これらの製造
業者にとって最大の問題であり、現状では決して安心で
きるものではない。 一般に、半導体結晶に禁止帯幅よりも大きなエネルギー
を持つ光ビームを照射して価電子帯から電子を励起する
と、励起された電子が再結合でエネルギーを失う過程で
螢光が観測され、この発光がフォトルミネッセンスと呼
ばれている。このフォトルミネッセンスにおける螢光の
寿命は、結晶の品質、表面処理、表面の歪、疵等によっ
ても決まる。従って、研磨→エツチングと加工工程が進
むに従って、表面の再結合中心が減少し、螢光寿命が長
くなる場合もある。これは、表面再結合速度を見ている
ことに相当する。一般的には、螢光寿命が変化するのは
、結晶の品質、結晶欠陥、表面状態、表面処理等の影響
のためであり、これらの状況が良好な、即ち品質の良い
ウェハは、第７図に実線Ａで示す如く螢光寿命が長くな
るのに対して、品質の低いウェハは、同じく第７図に実
線Ｂで示す如く、螢光寿命が短くなっている。従って、
Ｇａ Ａｓウェハの品質評価に際しては、その螢光寿命
を測定することが重要である。 又、Ｇａ Ａｓウェハの品質は、螢光寿命だけでなく、
螢光効率（量子効率、螢光の絶対値即ち螢光強度）も重
要である。通常は、第７図に示すように、螢光効率と寿
命は相関があるが、そうでない場合もあり得るので、螢
光強度を測ることも重要である。
しかしながら、フォトルミネッセンスを利用して結晶の
品質を調べるための従来の装置は、試料に波長λ１の連
続光（ＤＣ光）を照射し、発生する波長λ２（〉λ１）
のフォトルミネッセンスの強度分布から、試料の評価を
行うものであった。 又、モード同期パルスレーザ又は半導体レーザのパルス
光を試料に当て、サンプリング型ストリークカメラを用
いて、発生したフォトルミネッセンスの螢光寿命を測定
する技術も提案されている。 しかしながら、測定結果は単一の測定点についてのみし
か得られないので、局所的な欠陥の検出が困難である等
の問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、試料から発生するフォトルミネッセンスの螢光強
度及び螢光寿命、又はその相関の空間的な分布像を高速
で得ることが可能な螢光特性検査装置を提供することを
課題とする。 （課題を達成するための手段１ 本発明は、螢光特性検査装置において、第１図にその基
本構成を例示する如く、試料１０を励起するための強度
変調された光源１２と、該光源１２の光を試料１０に照
射する照射光学系１４と、試料１０の測定位置を移動す
るための移動手段（図ではＸ−Ｙステージ１６）と、試
料１０から発生するフォトルミネッセンスを抽出して検
出器に導く集光光学系１８と、前記フォトルミネッセン
スを検出するための高速光検出器２０と、光源１２の発
光の位相と高速光検出器２０の出力信号の位相差を求め
る位相比較器２１と、試料測定位置を移動しながら、各
測定点における前記位相差を解析、処理して、フォトル
ミネッセンスの空間的な強度分布及び寿命分布、又はそ
の相関分布を求める信号処理装置２２とを備えることに
より、前記課題を達成したものである。 又、前記高速光検出器２０を、高速フォトダイオードや
光電子増倍管としたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動す
るものとしたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、前記光源からの光を走
査するものとしたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動し
、且つ、光源からの光を走査するものとしたものである
。 又、前記高速光検出器の前に分光手段を設け、波長毎の
空間的な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布が求
められるようにしたものである。 又、前記高速光検出器又は分光手段の入力結像面にアパ
ーチャを設け、試料深さ方向の分解能を有するようにし
たものである。
品質を調べるための従来の装置は、試料に波長λ１の連
続光（ＤＣ光）を照射し、発生する波長λ２（〉λ１）
のフォトルミネッセンスの強度分布から、試料の評価を
行うものであった。 又、モード同期パルスレーザ又は半導体レーザのパルス
光を試料に当て、サンプリング型ストリークカメラを用
いて、発生したフォトルミネッセンスの螢光寿命を測定
する技術も提案されている。 しかしながら、測定結果は単一の測定点についてのみし
か得られないので、局所的な欠陥の検出が困難である等
の問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、試料から発生するフォトルミネッセンスの螢光強
度及び螢光寿命、又はその相関の空間的な分布像を高速
で得ることが可能な螢光特性検査装置を提供することを
課題とする。 （課題を達成するための手段１ 本発明は、螢光特性検査装置において、第１図にその基
本構成を例示する如く、試料１０を励起するための強度
変調された光源１２と、該光源１２の光を試料１０に照
射する照射光学系１４と、試料１０の測定位置を移動す
るための移動手段（図ではＸ−Ｙステージ１６）と、試
料１０から発生するフォトルミネッセンスを抽出して検
出器に導く集光光学系１８と、前記フォトルミネッセン
スを検出するための高速光検出器２０と、光源１２の発
光の位相と高速光検出器２０の出力信号の位相差を求め
る位相比較器２１と、試料測定位置を移動しながら、各
測定点における前記位相差を解析、処理して、フォトル
ミネッセンスの空間的な強度分布及び寿命分布、又はそ
の相関分布を求める信号処理装置２２とを備えることに
より、前記課題を達成したものである。 又、前記高速光検出器２０を、高速フォトダイオードや
光電子増倍管としたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動す
るものとしたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、前記光源からの光を走
査するものとしたものである。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動し
、且つ、光源からの光を走査するものとしたものである
。 又、前記高速光検出器の前に分光手段を設け、波長毎の
空間的な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布が求
められるようにしたものである。 又、前記高速光検出器又は分光手段の入力結像面にアパ
ーチャを設け、試料深さ方向の分解能を有するようにし
たものである。
【作用及び効果］
本発明にかかる螢光特性検査装置では、強度変調された
光源１２を用いて試料１０を励起し、該光ａｉ１２の発
光の位相と高速光検出器２０の出力信号の位相差を求め
、試料測定位置を移動しながら、各測定点における前記
位相差を解析、処理して、フォトルミネッセンスの空間
的な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布を求める
ようにしている。従って、試料の螢光強度及び寿命を同
時に高速で測定することができ、ＧａＡｓウェハ等の品
質を正確に評価することが可能となる。更に、該螢光強
度及び寿命、又はその相関の空間的な分布像が得られる
ので、局所的な欠陥等も容易に検査することができる。 又、前記高速光検出器２０を高速フォトダイオードや光
電子増倍管とした場合には、構成が簡略である。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動す
るものとした場合には、光学系を走査する必要がなく、
光学系に最も有利な条件で測定することができる。 又、前記測定位置の移動手段を、光源からの光を走査す
るものとした場合には、試料を移動する必要がなく、高
速走査が可能である。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動し
、且つ、光源からの光を走査するものとした場合には、
例えば、それぞれを互いに直交する１次元方向に走査す
ることによって、２次元方向の走査が可能となる。 又、前記高速光検出器２０の直前に分光手段を設けた場
合には、フォトルミネッセンスの波長毎の空間的な強度
分布及び寿命分布、又はその相関分布を得ることが可能
となり、特に、波長によって螢光寿命が異なる試料を検
査する際に好適である。 又、前記高速光検出器２０又は分光手段の入力結像面に
アパーチャを設けた場合には、共焦点系となり、合焦点
面の情報だけ得られるので、試料深さ方向についても分
解能が得られる。 【実施例】 以下図面を参照して、半導体ウェハ評価装置に適用した
、本発明に係る螢光特性検査装置の実施例を詳細に説明
する。 本発明の第１実施例は、第１図に示した如く、ＧａＡｓ
半導体ウェハ等の試料１０を励起するための強度変調さ
れた光源１２と、該光源１２の光を試料１０に照射する
照射光学系１４と、前記光源１２に対する試料１０の位
置を２次元方向に移動させることによって、試料１０の
測定位置（光照射位置）を２次元方向に移動するための
Ｘ−Ｙステージ１６と、試料１０から発生するフォトル
ミネッセンスを抽出して検出器に導くための、ビームス
プリッタ１８Ａ１フオトルミネツセンスの波長成分を抽
出するためのフィルタ１８Ｂ及びレンズ１８Ｇを含む集
光光学系１８と、前記フォトルミネッセンスを検出する
ための高速光検出器２０と、前記光１１１１２の発光の
位相と高速光検出器の出力信号の位相差を求める位相比
較器２１と、前記Ｘ−Ｙステージ１′６を移動すること
によって、試料測定位置を移動しながら、例えば格子状
の各測定点く第２図参照）における前記位相差を解析、
処理して、フォトルミネッセンスの空間的な強度分布及
び寿命分布、又はその相関分布を求める信号処理袋！２
２と、該信号処理装置２２によって得られた空間的な強
度分布像及び寿命分布像、又はその相関分布像を表示す
る表示装置２４とから構成されている。 前記光源１２としては、例えば波長６００〜６８Ｑｎｍ
程度の強度変調された光を安定して発振可能なレーザダ
イオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い
ることができる。眼光１Ｉｉ１２の発光を検出する方法
としては、例えば光源１２からの光を分岐し、その一方
の光をアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）等の高
速フォトダイオードで電気信号に変換することができる
。 前記高速光検出器２０としては、例えば高速フォトダイ
オードや光電子増倍管を用いることができる。 前記信号処理装置２２における螢光波形に関する情報の
解析及び処理は、次のようにして行われる。 励起光を正弦波で変調することによって、試料１０を次
式で示される正弦波λ（１）で励起すると、その螢光波
形ｆ（ｔ）は、位相がφ−ｔ ａ ｎ ’（ωτ）だけ
ずれた正弦波となる。又、フォトルミネッセンスの強度
も螢光波形ｒ（ｔ）の平均パワーから求められる。 Ｊ２＝ （ｔ ）−Ｌｌｓｉｒｒ（ωｔ ） ＋ Ｌ
ｏ −（１）このようにして求められた螢光寿命及び螢
光強度が、前記表示装置２４に空間的分布像として表示
される。螢光寿命の表示像の一例を第３図に示す。この
第３図においては、螢光寿命τの分布が、例えば濃淡に
よって表わされている。 なお、螢光強度及び寿命を画像化するに際しては、白黒
濃度で表示する他、カラー画像で色を変えて表示したり
、あるいは３次元表示を行うことも可能である。又、螢
光寿命に、第２機成分τ２、第３火成分τ３もある場合
には、例えば１次式分τ１のみを緑でマツピングし、１
次及び２次式分τ１、τ２を赤でマツピングし、１次、
２次及び３次式分τ１、τ２、τ３を黄でマツピングす
ることができる。又、１次式分τ１を赤とし、２次式分
τ２を緑とし、３次式分τ３を青とし、順次重ねること
によって、結果的に、１次式分τ１を赤、２次式分τ２
を黄、３次式分τ３を白で表示することも可能である。 更に、画像表示に際しては、適宜スムージング処理を行
って、見易くすることも可能である。 又、信号処理装置２２は、異なる強度分布像及び寿命分
布像の間での相関、例えば比を求める等の演算を行い、
演算結果（即ち相関分布像）につき表示することもでき
る。 次に、第４図を参照して、本発明の第２実施例を詳細に
説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様の、光源１２
と、照射光学系１４と、Ｘ−Ｙステージ１６と、集光光
学系１８と、高速光検出器２ｏと、位相比較器２１と、
信号処理装置２２と、表示装置２４とを備えた半導体ウ
ェハ評価装置において、更に、前記高速光検出器２０の
直前に、試料１０から発生するフォトルミネッセンスを
分光する分光器６０を設け、高速光検出器２０で、波長
毎の螢光波形を検出して、波長毎の空間的な強度分布像
及び寿命分布像、又はその相関分布像が得られるように
したものである。 この第２実施例によれば、波長情報も同時に測定するこ
とができ、例えば第５図に示す如く、波長によって螢光
寿命が異なる場合であっても、波長毎の螢光寿命τ１、
τ２を正確に求めることができる。 なお、前記実施例においては、いずれも、試料１０の測
定位置を移動するための移動手段として、Ｘ−Ｙステー
ジ１６が用いられていたが、試料測定位置を移動するた
めの移動手段はこれに限定されない。例えば、試料１０
がベルトコンベア等の上を流れている場合には、光源１
２を該ベルトコンベアの流れ方向と直交する１次元方向
に移動する手段とすることができる。又、機械的な走査
手段によらず、光束を電気光学的に偏向して走査する構
成としたり、光束走査と試料移動を組合わせたりしても
よい。 更に、前記高速光検出器２０又は分光器６０の入力結像
面に、第１図や第４図に破線で示す如く、アパーチャ６
２を設けて共焦点系とすることにより、合焦点面毎の情
報を得るようにして、走査方向（２次元方向）だけでな
く、試料の深さ方向にも分解能を持たせることができる
。 又、第６図に示す第３実施例の如く、前記変調光の光５
！１２とは別に落射照明光源８０を設けて、例えばレン
ズ８０Ａを介して試料１０を照射し、この反射光をミラ
ー８２Ａ及びレンズ８２ＣでＴＶカメラ８４に導き、該
ＴＶカメラ８４で反射画像を撮像し、Ａ／Ｄ変換器８６
でＡ／Ｄ変換後、信号処理装置２２に入力し、これを画
像メモリ〈図示省略〉に記憶し、表示装置２４上に画像
を表示して試料１０上の変調光の位置の確認や、測定領
域の状態をモニタすることもできる。 又、この反射画像とフォトルミネッセンスの寿命分布画
像、強度分布画像等を重ねて表示することも可能である
。 又、前記落射照明光源８０に、試料１０の吸収波長に合
わせた波長フィルタ８０Ｂを設け、試料１０を全面照射
して、その時発生するフォトルミネッセンス像を所定の
波長フィルタ８２Ｂを介して、前記ＴＶカメラ８４によ
り撮像し、２次元のフォトルミネッセンス強度分布を求
めることも可能である。 更に、試料１０の裏面側に透過照明のための光源９０、
レンズ９０Ａ、９０Ｃ及び波長フィルタ９０Ｂを設け、
試料１０の透過光による画像を前記ＴＶカメラ８４又は
高速光検出器２０により取得して、フォトルミネッセン
スの寿命、強度分布画像と比較することも可能である。 この時、高速光検出器２０の前に設けられた分光手段６
０により、試料１ｏの非線形性による第２高調波（ＳＨ
Ｇ）成分を抽出し、試料１０を走査して非線形光学特性
画像を得ることもできる。 又、前記実施例においては、いずれも、本発明が半導体
ウェハの欠陥を検査するための半導体ウェハ評価装置に
適用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定され
ず、誘電体、螢光面、薬剤、組、生体検査等、他の螢光
特性を検査するための装置にも同様に通用できることは
明らかである。
光源１２を用いて試料１０を励起し、該光ａｉ１２の発
光の位相と高速光検出器２０の出力信号の位相差を求め
、試料測定位置を移動しながら、各測定点における前記
位相差を解析、処理して、フォトルミネッセンスの空間
的な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布を求める
ようにしている。従って、試料の螢光強度及び寿命を同
時に高速で測定することができ、ＧａＡｓウェハ等の品
質を正確に評価することが可能となる。更に、該螢光強
度及び寿命、又はその相関の空間的な分布像が得られる
ので、局所的な欠陥等も容易に検査することができる。 又、前記高速光検出器２０を高速フォトダイオードや光
電子増倍管とした場合には、構成が簡略である。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動す
るものとした場合には、光学系を走査する必要がなく、
光学系に最も有利な条件で測定することができる。 又、前記測定位置の移動手段を、光源からの光を走査す
るものとした場合には、試料を移動する必要がなく、高
速走査が可能である。 又、前記測定位置の移動手段を、試料を機械的に移動し
、且つ、光源からの光を走査するものとした場合には、
例えば、それぞれを互いに直交する１次元方向に走査す
ることによって、２次元方向の走査が可能となる。 又、前記高速光検出器２０の直前に分光手段を設けた場
合には、フォトルミネッセンスの波長毎の空間的な強度
分布及び寿命分布、又はその相関分布を得ることが可能
となり、特に、波長によって螢光寿命が異なる試料を検
査する際に好適である。 又、前記高速光検出器２０又は分光手段の入力結像面に
アパーチャを設けた場合には、共焦点系となり、合焦点
面の情報だけ得られるので、試料深さ方向についても分
解能が得られる。 【実施例】 以下図面を参照して、半導体ウェハ評価装置に適用した
、本発明に係る螢光特性検査装置の実施例を詳細に説明
する。 本発明の第１実施例は、第１図に示した如く、ＧａＡｓ
半導体ウェハ等の試料１０を励起するための強度変調さ
れた光源１２と、該光源１２の光を試料１０に照射する
照射光学系１４と、前記光源１２に対する試料１０の位
置を２次元方向に移動させることによって、試料１０の
測定位置（光照射位置）を２次元方向に移動するための
Ｘ−Ｙステージ１６と、試料１０から発生するフォトル
ミネッセンスを抽出して検出器に導くための、ビームス
プリッタ１８Ａ１フオトルミネツセンスの波長成分を抽
出するためのフィルタ１８Ｂ及びレンズ１８Ｇを含む集
光光学系１８と、前記フォトルミネッセンスを検出する
ための高速光検出器２０と、前記光１１１１２の発光の
位相と高速光検出器の出力信号の位相差を求める位相比
較器２１と、前記Ｘ−Ｙステージ１′６を移動すること
によって、試料測定位置を移動しながら、例えば格子状
の各測定点く第２図参照）における前記位相差を解析、
処理して、フォトルミネッセンスの空間的な強度分布及
び寿命分布、又はその相関分布を求める信号処理袋！２
２と、該信号処理装置２２によって得られた空間的な強
度分布像及び寿命分布像、又はその相関分布像を表示す
る表示装置２４とから構成されている。 前記光源１２としては、例えば波長６００〜６８Ｑｎｍ
程度の強度変調された光を安定して発振可能なレーザダ
イオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い
ることができる。眼光１Ｉｉ１２の発光を検出する方法
としては、例えば光源１２からの光を分岐し、その一方
の光をアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）等の高
速フォトダイオードで電気信号に変換することができる
。 前記高速光検出器２０としては、例えば高速フォトダイ
オードや光電子増倍管を用いることができる。 前記信号処理装置２２における螢光波形に関する情報の
解析及び処理は、次のようにして行われる。 励起光を正弦波で変調することによって、試料１０を次
式で示される正弦波λ（１）で励起すると、その螢光波
形ｆ（ｔ）は、位相がφ−ｔ ａ ｎ ’（ωτ）だけ
ずれた正弦波となる。又、フォトルミネッセンスの強度
も螢光波形ｒ（ｔ）の平均パワーから求められる。 Ｊ２＝ （ｔ ）−Ｌｌｓｉｒｒ（ωｔ ） ＋ Ｌ
ｏ −（１）このようにして求められた螢光寿命及び螢
光強度が、前記表示装置２４に空間的分布像として表示
される。螢光寿命の表示像の一例を第３図に示す。この
第３図においては、螢光寿命τの分布が、例えば濃淡に
よって表わされている。 なお、螢光強度及び寿命を画像化するに際しては、白黒
濃度で表示する他、カラー画像で色を変えて表示したり
、あるいは３次元表示を行うことも可能である。又、螢
光寿命に、第２機成分τ２、第３火成分τ３もある場合
には、例えば１次式分τ１のみを緑でマツピングし、１
次及び２次式分τ１、τ２を赤でマツピングし、１次、
２次及び３次式分τ１、τ２、τ３を黄でマツピングす
ることができる。又、１次式分τ１を赤とし、２次式分
τ２を緑とし、３次式分τ３を青とし、順次重ねること
によって、結果的に、１次式分τ１を赤、２次式分τ２
を黄、３次式分τ３を白で表示することも可能である。 更に、画像表示に際しては、適宜スムージング処理を行
って、見易くすることも可能である。 又、信号処理装置２２は、異なる強度分布像及び寿命分
布像の間での相関、例えば比を求める等の演算を行い、
演算結果（即ち相関分布像）につき表示することもでき
る。 次に、第４図を参照して、本発明の第２実施例を詳細に
説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様の、光源１２
と、照射光学系１４と、Ｘ−Ｙステージ１６と、集光光
学系１８と、高速光検出器２ｏと、位相比較器２１と、
信号処理装置２２と、表示装置２４とを備えた半導体ウ
ェハ評価装置において、更に、前記高速光検出器２０の
直前に、試料１０から発生するフォトルミネッセンスを
分光する分光器６０を設け、高速光検出器２０で、波長
毎の螢光波形を検出して、波長毎の空間的な強度分布像
及び寿命分布像、又はその相関分布像が得られるように
したものである。 この第２実施例によれば、波長情報も同時に測定するこ
とができ、例えば第５図に示す如く、波長によって螢光
寿命が異なる場合であっても、波長毎の螢光寿命τ１、
τ２を正確に求めることができる。 なお、前記実施例においては、いずれも、試料１０の測
定位置を移動するための移動手段として、Ｘ−Ｙステー
ジ１６が用いられていたが、試料測定位置を移動するた
めの移動手段はこれに限定されない。例えば、試料１０
がベルトコンベア等の上を流れている場合には、光源１
２を該ベルトコンベアの流れ方向と直交する１次元方向
に移動する手段とすることができる。又、機械的な走査
手段によらず、光束を電気光学的に偏向して走査する構
成としたり、光束走査と試料移動を組合わせたりしても
よい。 更に、前記高速光検出器２０又は分光器６０の入力結像
面に、第１図や第４図に破線で示す如く、アパーチャ６
２を設けて共焦点系とすることにより、合焦点面毎の情
報を得るようにして、走査方向（２次元方向）だけでな
く、試料の深さ方向にも分解能を持たせることができる
。 又、第６図に示す第３実施例の如く、前記変調光の光５
！１２とは別に落射照明光源８０を設けて、例えばレン
ズ８０Ａを介して試料１０を照射し、この反射光をミラ
ー８２Ａ及びレンズ８２ＣでＴＶカメラ８４に導き、該
ＴＶカメラ８４で反射画像を撮像し、Ａ／Ｄ変換器８６
でＡ／Ｄ変換後、信号処理装置２２に入力し、これを画
像メモリ〈図示省略〉に記憶し、表示装置２４上に画像
を表示して試料１０上の変調光の位置の確認や、測定領
域の状態をモニタすることもできる。 又、この反射画像とフォトルミネッセンスの寿命分布画
像、強度分布画像等を重ねて表示することも可能である
。 又、前記落射照明光源８０に、試料１０の吸収波長に合
わせた波長フィルタ８０Ｂを設け、試料１０を全面照射
して、その時発生するフォトルミネッセンス像を所定の
波長フィルタ８２Ｂを介して、前記ＴＶカメラ８４によ
り撮像し、２次元のフォトルミネッセンス強度分布を求
めることも可能である。 更に、試料１０の裏面側に透過照明のための光源９０、
レンズ９０Ａ、９０Ｃ及び波長フィルタ９０Ｂを設け、
試料１０の透過光による画像を前記ＴＶカメラ８４又は
高速光検出器２０により取得して、フォトルミネッセン
スの寿命、強度分布画像と比較することも可能である。 この時、高速光検出器２０の前に設けられた分光手段６
０により、試料１ｏの非線形性による第２高調波（ＳＨ
Ｇ）成分を抽出し、試料１０を走査して非線形光学特性
画像を得ることもできる。 又、前記実施例においては、いずれも、本発明が半導体
ウェハの欠陥を検査するための半導体ウェハ評価装置に
適用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定され
ず、誘電体、螢光面、薬剤、組、生体検査等、他の螢光
特性を検査するための装置にも同様に通用できることは
明らかである。
第１図は、本発明に係る螢光特性検査装置の第１実施例
の構成を示すブロック線図、 第２図は、第１実施例における試料表面上の測定点の一
例を示す平面図、 第３図は、螢光寿命の空間的な分布の表示例を示す平面
図、 第４図は、本発明の第２実施例の構成を示すブロック線
図、 第５図は、第２実施例によって測定可能な螢光寿命の波
長依存性の例を示す線図、 第６図は、本発明の第３実施例の構成を示すブロック線
図、 第７図は、半導体ウェハの品質と螢光波形の関係の例を
示す線図である。 １０・・・試料、 １２・・・光源、 １４・・・照射光学系、 １６・・・Ｘ−Ｙステージ、 １８・・・集光光学系、 １８Ｂ・・・フィルタ、 ２０・・・高速光検出器、 ２１・・・位相比較器、 ２２・・・信号処理装置、 ６０・・・分光器、 ６２・・・アパーチャ。
の構成を示すブロック線図、 第２図は、第１実施例における試料表面上の測定点の一
例を示す平面図、 第３図は、螢光寿命の空間的な分布の表示例を示す平面
図、 第４図は、本発明の第２実施例の構成を示すブロック線
図、 第５図は、第２実施例によって測定可能な螢光寿命の波
長依存性の例を示す線図、 第６図は、本発明の第３実施例の構成を示すブロック線
図、 第７図は、半導体ウェハの品質と螢光波形の関係の例を
示す線図である。 １０・・・試料、 １２・・・光源、 １４・・・照射光学系、 １６・・・Ｘ−Ｙステージ、 １８・・・集光光学系、 １８Ｂ・・・フィルタ、 ２０・・・高速光検出器、 ２１・・・位相比較器、 ２２・・・信号処理装置、 ６０・・・分光器、 ６２・・・アパーチャ。
Claims (7)
- （１）試料を励起するための強度変調された光源と、 該光源の光を試料に照射する照射光学系と、試料の測定
位置を移動するための移動手段と、試料から発生するフ
ォトルミネッセンスを抽出して検出器に導く集光光学系
と、 前記フォトルミネッセンスを検出するための高速光検出
器と、 前記光源の発光の位相と高速光検出器の出力信号の位相
差を求める位相比較器と、 試料測定位置を移動しながら、各測定点における前記位
相差を解析、処理して、フォトルミネッセンスの空間的
な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布を求める信
号処理装置と、 を含むことを特徴とする螢光特性検査装置。 - （２）請求項１において、前記高速光検出器が高速フォ
トダイオードや光電子増倍管であることを特徴とする螢
光特性検査装置。 - （３）請求項１において、前記測定位置の移動手段が、
試料を機械的に移動するものであることを特徴とする螢
光特性検査装置。 - （４）請求項１において、前記測定位置の移動手段が、
前記光源からの光を走査するものであることを特徴とす
る螢光特性検査装置。 - （５）請求項１において、前記測定位置の移動手段が、
試料を機械的に移動し、且つ、光源からの光を走査する
ものであることを特徴とする螢光特性検査装置。 - （６）請求項１において、前記高速光検出器の前に分光
手段が設けられ、波長毎の空間的な強度分布及び寿命分
布、又はその相関分布が求められることを特徴とする螢
光特性検査装置。 - （７）請求項１又は６において、前記高速光検出器又は
分光手段の入力結像面にアパーチャが設けられ、試料深
さ方向の分解能を有することを特徴とする螢光特性検査
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089480A JP2525894B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 半導体試料の螢光特性検査装置 |
| GB9007810A GB2231958A (en) | 1989-04-07 | 1990-04-06 | Measuring fluorescence characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089480A JP2525894B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 半導体試料の螢光特性検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02268256A true JPH02268256A (ja) | 1990-11-01 |
| JP2525894B2 JP2525894B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=13971903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1089480A Expired - Fee Related JP2525894B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 半導体試料の螢光特性検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2525894B2 (ja) |
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| WO2025056311A1 (de) * | 2023-09-11 | 2025-03-20 | Becker & Hickl Gmbh | Farbeindringverfahren zur zerstörungsfreien prüfung eines prüflings und prüfvorrichtung |
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| JPS63312649A (ja) * | 1987-06-16 | 1988-12-21 | Kawasaki Steel Corp | 半導体中の不純物準位およびキャリヤ寿命同時測定方法 |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP1089480A patent/JP2525894B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| AT527504A3 (de) * | 2023-09-11 | 2025-05-15 | Becker & Hickl Gmbh | Farbeindringverfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings und Prüfvorrichtung |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2525894B2 (ja) | 1996-08-21 |
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