JPH0254149A - 光ルミネセンスによる半導体試料の特性表示デバイス - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、高い空間分解能を持つ光ルミネセンスにより
かつ低温において半導体材料のウェハーの特性を表示す
るデバイス（ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｚｉｎｇ　ｗａｆｅｒｓ）に関連し、このデバイス
が、少な（とも ａ）ウェハーの受け入れに適用された冷却試料キャリア
を備え、かつ光ルミネセンスプロセスに含まれた光ビー
ムを透過する少なくとも１つの窓を備える低温真空チャ
ンバー（ｃｒｙｏｓｔａｔｊｃｖａｃｕｕｍ　ｃｈａｍ
ｂｅｒ）、 ｂ）レーザービームからウェハー上に輝点（ｌｕｍｉｎ
ｏｕｓ　５ｐｏｔ）を形成し、かつ検出器に再発出光ル
ミネセンスビーム（ｒｅ−ｅ＋５ｉｔｔｅｄ　ｐｈｏｔ
ｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｂｅａｍ）を透過する光
学的手段、を具えている。

本発明はドープされない半導体結晶の固有欠陥の分布お
よび転移に関連する不純物の分布の検査と、ドープされ
た半導体結晶中のドーパントの一様性と濃度の検査に使
用されている。

（背景技術） 高い空間分解能を持つ光ルミネセンスによる試料の特性
表示用デバイスはラブル・シラカワ等の「高い分解能を
持つガリウム・ひ素の光ルミネセンス測定（Ｐｈｏｔｏ
ｌｕａｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　
ｉｎ　ＧａＡｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　５ｐａｔｉａｌ
　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）Ｊ　、日本応用物理学会誌（
Ｊａｎ−Ｊ、　ＡＰＩ）Ｉ）１．　Ｐｈｙｓ、）第２４
巻、１９８５年、第１１号、頁１５６５−１５６６から
既知である。

高い空間分解能を持つ光ルミネセンスによる試料の特性
表示用の別のデバイスはケー・ボーム（Ｋ。

ｕｂｈｍ）とビー・フィッシャー（Ｂ、　Ｐｉｓｃｈｅ
ｒ）の「ガリウム・ひ素およびインジウム・りんの転移
における光ルミネセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃ
ｅｎｃｅ　ａｔ　ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｇ
ａＡｓ　ａｎｄ　ＩｎＰ）Ｊ　、ジャーナルφオブ・ア
プライド・フィジクス（Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、
）、第５０巻８号、１９７９年８月、１９７９年米国物
理学会（１９７９Ａｓｅｒｉｃａｎ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔ
ｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）　、頁５４５３−５４６０
からまた既知である。

これらの既知のデバイスの１つあるいは他のものによる
と、特性を表示すべき試料は小型の低温真空チャンバー
に保持され、これは単一の窓を備えている。

顕微鏡が２回使用されている。すなわち、最初は、低温
チャンバー中に配設された冷却された試料の検査すべき
表面上にレーザービームを集束する場合であり、そして
第２回目は、入射ビームとは異なる波長で試料によって
再発出された光ルミネセンスビームを平行ビームに変形
する場合である。

顕微鏡は低温真空チャンバーの外に置かれ、入射ビーム
と再発出されたビームの双方はそれが上記の低温チャン
バーの窓を横切る場合に収束される。

入射レーザービームは半反射板（ｓｅ＋５ｉ−ｒｅｒｌ
ｅｃｔ　ｉｎｇ　ｐｌａｔｅ）を用いて顕微鏡の軸に配
設され、かつ顕微鏡を横切った後、再発出されたビーム
は顕微鏡の軸にある再発出されたビームの光路で半反射
板の先に位置された反射板を用いてモノクロメータ−に
配設される。

モノクロメータ−の出力において、検出器はデータ処理
系に情報を伝達する。

試料ウェハーが入射レーザービームにより走査されるこ
とを許容するために、低温槽アセンブリはＸ−Ｙ変位プ
ラットホーム（Ｘ−Ｙ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｐ！
ａｔｒｏｒ＋＋＋）上に置かれる。このように、低温槽
の窓の寸法と試料ウェハーの寸法は同じ程度の大きさで
なければならない。

他方、低温槽の窓を横切るビームが収束されるように見
えるから、平行面を有する平板であるこの窓の厚さは、
これらの収束ビームができる限り小さい広がりで分布す
るようにできる限り小さくなければならない。

しかし、真空チャンバーを閉じ込めると言う事実により
この窓には別の条件が課せられている。

真空状態を維持するために、この窓の厚さはその直径が
大きいほど大きくなければならない。

従って、低温真空チャンバーの窓を横切るビームが収束
するように従前の技術によるデバイスが設計されている
と言う事実により、このデバイスは以下のような欠点を
有している。すなわち、窓は小さい厚さを有し、これは
それが小さい直径を有すると言う結果となり、このこと
はこのデバイスを用いて特性表示できる試料の最大直径
もまた小さくなければならないことを含んでいる。

他方、低温槽アセンブリが輝点により試料を走査するた
めに変位されなければならず、かつ入射ビームによる輝
点が小さいと言う事実により、測定が遂行される速度は
低い。

しかし、これらの欠点にさらに重大な欠点が付加されて
おり、これは光ルミネセンス像形成の原理自身と関連し
ている。

既に上に述べたように、はぼ平行なレーザービームから
、顕微鏡は検査すべき表面上に小さい集束光点（ｒｏｃ
ｕｓｅｄ　５ｐｏｔ）を形成しなければならない。

引き続いて、顕微鏡はこの小さい光点により再発出され
た光を再び受け取る。従ってデバイスの空間分解能は、
検査すべきウェハー中の少数電荷キャリアの拡散長より
も大きい寸法を上記の光点が有する時には常にこの光点
の直径に依存する。

この顕微鏡はレンズ顕微鏡であるから、輝点は２μ陶よ
り小さ（なれない。それは拡散長と同じ程度であり、そ
れ故、分解能を制限する。従って、このデバイスは最大
分解能が達成されない。

最後に、そのようなレンズ顕微鏡は大きいスペクトル範
囲しか開けない。事実、顕微鏡が回折限界（ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｏｎ　１１ｍ１ｔ）のレベルで動作すればずれ
ほど、ガラスの分散率（波長の関数として変化する）に
よりそれが動作するスペクトル範囲は狭（なる。

さて、その波長が０．５１μｍから１．０６μｍの矩形
波範囲にあり得るレーザー光源を用いる半導体材料の検
査に対して、光ルミネセンスの波長は０．８μｍと１．
６μｍの間で変わり得る。事実、光ルミネセンスの波長
は検査された化合物、ドーパント、不純物等に依存して
いる。従って、考慮された半導体材料の検査に対して大
きいスペクトル範囲が利用可能であることが必要であり
、かつ明らかに従前の技術から既知のデバイスは高い分
解能と太いスペクトル範囲の双方の問題を解決できない
。

さらに、高い分−解能を持つ光ルミネセンスによる半導
体材料の検査は、もし試料が真空中に、そして非常に低
温（１０°に程度の）に配設されているなら、期待され
た結果を得ることができる。

（発明の開示） 本発明の目的はこれらすべての問題の解決を許容する、
光ルミネセンスにより試料の特性を表示するデバイスを
与えることである。

さらに特定すると、本発明の目的は、１０°Ｋまでの温
度における所要の真空度での測定と、少なくとも［２イ
ンチＪ（’５ｃｍ）から「４インチ」（＝　ｆＯｃｓ）
までの大きな試料の測定を遂行するデバイスを与えるこ
とである。

本発明の目的はまた良好な空間分解能でこれらの測定を
許容するデバイスを与えることである。

本発明の別の目的はこれらの測定を高速で遂行すること
を許容するデバイスを与えることである。

本発明はさらに回折限界で、そして広いスペクトル範囲
にわたって動作するデバイスを与えることである。

本発明によると、これらの目的はクレーム１の前文で述
べられた要素を備えるデバイスを用いて達成され、かつ
さらに 光学手段がレーザービームからウェハー上に集束されな
い広い輝点を形成する第１光学手段と検出器の受光面（
ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　５ｕｒｆａｃｅ）上に１を超える
倍率で輝点の面の光ルミネセンス像を形成する高い分解
能を持つ第２光学手段を具え、かつ検出器がそのディジ
タル化された影像を適切に与えること、 を特徴としている。

有利な実施例において、上記の第１光学手段は入射レー
ザービームの光路に配設された平坦なミラー系を具え、
従ってこの集束されないレーザービームが真空チャンバ
ーの上記の第１窓を通してウェハーの表面に斜め入射で
透過され、かつ広い輝点がこのように形成されている。

好ましい実施例において、上記の第２光学手段が光ルミ
ネセンスビームの光路に配設された大きな開口数を有し
、かつ回折限界で動作するミラーを具えるカタディオプ
トリック（ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ　：光の反射と屈
折の双方を含む）光学系から構成され、従って表面の大
中央ゾーンから対物（０１）ｊｅｃｔ）として考慮され
た輝点に向かって、大きな倍率で光ルミネセンスの波長
で準平行に影像ビームが形成されている。

この好ましい実施例において、このデバイスはミラーを
具えるカタディオプトリック光学系が真空チャンバー内
に配設され、かつ真空チャンバーの上記の第２窓を通し
て検出器の受光面に光ルミネセンスの準平行ビームが透
過されている。

本発明を容易に実行するために、添付の第１図を参照し
てさらに十分説明する。

（実施例） 最初の参照は光ルミネセンス像を形成する原理について
なされている。

半導体材料の表面を照射するレーザービームであるポン
プビームが吸収され、電子・ホールベアーを発生する。

各ペアーは材料内に僅かばかり拡散され、僅かのエネル
ギを失うが、しかし光子を生成するために再結合される
零に等しくない確率を有している。

次に光ルミネセンスビームの発出があり、その波長λは
再結合の前の拡散によるエネルギの損失によるレーザー
ビームの波長λ。から異なっている。

材料のエネルギ損失は微々たるものであり、そして最終
再結合エネルギはこの材料の特性であるが、また不純物
、そのドーピング、それを構成する合金等の特性でもあ
る。

材料の温度が減少すると、光ルミネセンス効率は増大す
る。特に、もし周囲温度における波長の関数としての光
ルミネセンスビームの強度の値が考慮されると、半値強
度（ｈａｔｆ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）におけるその値が
大きい最大値を示す曲線が得られる。

反対に、低温ではこの曲線は例えば材料の不純物あるい
は所与の構成要素に対応する狭いピークを示す。

従って光ルミネセンス法による低温における特性表示は
例えば材料の化学分析を許容する。

光ルミネセンスによる特性表示の２つのタイプを得るこ
とができる。最初のものは検査すべき試料の一般マッピ
ング（ｇｅｎｅｒａｌ　ｍａｐｐｉｎｇ）からなり１こ
のマツピングは低い分解能をもって実現される。

このマツピング方法は例えばマサミラ・ヨコガヮによる
［光ルミネセンス強度の計算機制御マツピング（Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ−Ｃｏｎｔｒｏｌ！ｅｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　
ｏｆ　Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　Ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｉｅｓ）Ｊ　、日本応用物理学会誌（Ｊｐｎ、
　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、）　、第２３巻、１９
８４年、第５号、頁６６３から既知である。

高い分解能を持つ特性表示の第２のタイプは、試料の相
対的に小さい表面のみが各測定の間に考慮されることに
ある。

冒頭の記事における従前の技術で述べられた２つの刊行
物によると、レーザービームにより２μｍ程度の非常に
小さい輝点を形成することさえも試みられており、上記
の輝点の寸法は分解能の限界を定める。

これとは反対に、本発明によると大きい輝点がレーザー
ビームによって形成されよう。この太きい輝点は試料の
上に斜めに入射する集束しないレーザービームが導かれ
ることで得られている。このように形成された輝点は２
ｍｍＸ　５ｍｍの程度のものである。上記の輝点の中心
の近傍において、３００μ１１ｘ３００μｍなる寸法を
有するゾーンが選ばれている。

この３００μ、ｘ３００μ園のゾーンは高分解能光学系
の対象として役立ち、これはディジタル化された影像を
供給することのできるカメラの感光面（ｓｅｎｓｉｔｉ
ｖｅ　５ｕｒｆａｃｅ）にその影像を投影する。

この高分解能光学系は回折限界で動作する大きい開口数
を有するカタディオプトリック光学ミラー系である。

さらに、この光学系は光学系と試料との間にガラス窓が
存在しないように配設されている。

事実、もし回折の限界で動作する光学系がガラスレンズ
を含むか、あるいはガラス窓により試料から分離されて
いるなら、光学系が動作できるスペクトル範囲はガラス
の分散率により非常に狭くなる。

本発明によると、試料は上述の材料の要素の特性表示の
利点を得るために試料が冷却されることを許容するよう
低温真空チャンバーに配設され、かつビームがガラス窓
を横切ることを回避するために、従前の技術から知られ
たように、一方では光学系はミラーを具えるタイプのも
のであり、そして他方では光学系は低温真空チャンバー
それ自身の内部に配設される。

このように、検査すべき物理系に依存してその波長が０
．５１μｎ（Ａｒ）であるかあるいは１．６μｍ（ＹＡ
Ｇ）であり得るレーザー放射を使用することは可能とな
り、これは半導体に対して、その波長が合金に依存して
０．８μＩから１．６μＩに変わり得る光ルミネセンス
放射を得ることを導いている。本発明によると、このよ
うに大きなスづクトル範囲で動作することができる。

低温真空チャンバーの内部に光学系が配設されていると
言う事実は、光学系から出てかつ低温真空チャンバーの
窓を横切るビームがこの領域で実際的に平行であると言
う結果となる。従って、ガラス窓の通過によって妨害さ
れないことになる。

これまで分かっていたように、これは既知のデバイスと
は全く異なっており、ここで窓は強く発散する光ルミネ
センスビームならびに照射レーザービーム（これもまた
この領域で発散される）に挿入された。

本発明によると、試料の３００μｍｘ　３００μｍの領
域は例えばＣＣＤタイプのようなカメラ、あるいは並列
情報の処理ができる他の任意の検出器のような約２５ｓ
ｍ（１インチ）の直径を有する感光面上にこの光学系を
用いて投影される。この方法は表面が２μ履の点を用い
て走査されなければならない従前の技術によるものより
もっと早く特性表示が遂行されることを許容する。

ここで、光学系により投影された影像の品質は１μｍの
分解能を有している。カメラの感光面のレヘルで得られ
た倍率は約６０である。このカメラはディジタル化され
た影像を供給し、これは最適には１０２４点Ｘ１０２４
点であり得る。

従って、３００μｍのライン上では、光ルミネセンスは
Ｑ、３μ量毎に収集される。

これまで述べられたように、ミラーを具える光学系は１
μｍのデイテールを識別するのみである。

０．３μｍ毎に光ルミネセンスを収集することにより、
「オーバーサンプリング」が得られる。このように、通
常の信号処理の観点から必要なもの以上の多くの点が収
集される。この方法はそれが「雑音」をさらに満足する
ように抑制されることを許容する。

他方、光発生電荷キャリア（ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔ
ｅｄｃｈａｒｇｅ　ｃａｒｒｏｅｒｓ）、すなわち電子
Φホーペア一対の拡散により（この拡散は１μＩより高
い）、半導体の局部妨害（例えば、不純物、ドーパント
等）は光ルミネセンス信号を生成し、これはまた１μｍ
以上にわたって延在している。従って、光学系の分解能
は光ルミネセンス像の分解能を限定しないであろう。

さらに、光学系のそのような高い分解能は半導体試料の
表面に存在する技術パターンを可視化するために使用さ
れ、いくつかのこれらのパターンはサブミクロン範囲に
ある。従って１μｍまでの分解能は過剰ではない。

図面を用いて本発明の好ましい実施例をこれから説明す
る。

第１図に示されたように、本発明によるデバイスはまず
下側ベース板７と上側ベース板８を備える真空チャンバ
ー１を具えている。真空チャンバー１は好ましくは円筒
であり、かつ気密ジヨイント（ｖａｃｕｕｍ−ｔｉｇｈ
ｔ　ｊｏｉｎｔ）を備えるその下側ベース板７により支
持体６の上に支えられている。

真空チャンバーは２つの横窓（ｌａｔｅｒａｌ　ｗｉｎ
ｄｏｗ）９と９′を具え、すなわち入射レーザービーム
４０の導入を許容する第１窓９と試料２０１により反射
されたレーザービーム４０’が出ることを許す第２窓９
′を具えている。

真空チャンバーは支持体６に備えられた開口１０をさら
に具えている。この間口１０を通して、低温槽２に接続
された試料２０１を備える試料キャリア１０１が導入で
きる。低温槽２は内部蛇行体（ｉｎｎｅｒｓｅｒｐｅｎ
ｔ　１ｎｅ）を具え、これは入口（ｉｎｌｅｔ）　４を
通して液体ヘリウムを供給できる。示されていないポン
プが蛇行体中の液体ヘリウムの循環を許容している。こ
の液体ヘリウムは図面には示されていない第２ノズルを
通して低温槽から出る。試料キャリアが銅からなること
が好ましい。その温度を測定するために、示されていな
いサーモカップルがさらに備えられている。半導体材料
の試料あるいは試料キャリアの表面の２０１に配設され
た集積回路ウェハーさえも従ってこの系によって約１０
’Ｋまで冷却することができる。

本発明を実行するために、例えばＳＭＣ７８７社（Ｃｏ
ｍｐａｎｙ　ＳＭＣＴＢＴ）　（フランス）の「ヘリウ
ムタイプ・ビドン（ｈｅｌｉｕｍ　ｔｙｐｅ　Ｂｉｄｏ
ｎ）Ｊ低温槽のような商用の低温槽が使用できる。窓９
と９′を形成するために、ＳＶＴ社（Ｃｏｌｐａｎｙ　
５ＶＴ）（フランス）の「基準ＨＶ　４０５（ｒｅｆｅ
ｒｅｎｃｅ　ＢＹ　４０　　Ｓ）Ｊのような直径４０Ｉ
ｌ１１を有する［溶接観測ポー）　（ｓｏｌｄｅｒｉｎ
ｇｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｐｏｒｔｓ）Ｊが使用できる
。

レーザービーム４０の入射角が７０°程度であるような
態様で観測ボート９と９′が真空チャンバー１の側面に
配設されている。

真空チャンバーおよび低温槽の支持体６は固定メンバー
１１を用いて光学ベンチあるいは表面板上に固定できる
。低温槽は順次支持体６上に気密な態様で取り付けられ
ている。

図面を明確にするために真空チャンバー１で真空を設定
する手段は第１図には示されていない。

真空チャンバー１は上側ベース板８に備えられた開口！
０９をさらに有している。この間口１０９は以下に述べ
るようにＸ、Ｙ変位を許容するため十分大きくされ（こ
れについては後で述べる）対物キャリア（ｏｂｊｅｃｔ
ｉｖｅ　ｃａｒｒｉｅｒ）として役立つ中空管１０３′
の通過を許容し、その下端でカタディオプトリック光学
系１０３が固定され、かつこのようにして試料２０１の
上に保持された。対物キャリア１０３’の上側部分は支
持体Ｉ３と一体にされている。

金属製ベローズ１０５が気密に支持体１３をベース板８
に接続している。支持体１３の真空チャンバーに対する
気密性は窓１０８を通して得られ、これは光学系１０３
により運ばれたビームの通過を許容している。

支持体１２は固定メンバー１１′により支持体６と一体
にされている。この支持体１２の上には、３つの自由度
Ｘ、Ｙ、Ｚを有するマイクロマニュブレーターが固定さ
れ、運動Ｚを行う最終プラットホーム７４が支持体１３
と一体にされている。これらの状態において、支持体１
３はプラットホーム７３によりＸに平行な運動を受ける
ことができ、そしてプラットホーム７２により運動Ｙに
、最終プラットホーム７４により運動Ｚを受けることが
できる。これらの運動は支持体１３と光学系１０３に対
する対物キャリア１０３′により伝達され、これは試料
２０１の平板に平行なＸおよびＹ方向に、そして位置決
めのためにＺ方向に変位できる。その上側部分が同時に
同じ方向にかつ同じ距離にわたって変位されるベローズ
！０５は、光学系が試料に対して変位される場合に真空
チャンバー１の真空を維持することを許容する。この目
的で、６０波の金属製気密ベローズはカロルスタット社
（Ｃｏｍｐｓｎｙ　ＣＡＬＯＲ８ＴＡＴ）（フランス）
から得ることができる。

平行移動ｘ、ｙ、ｚは商用のデバイスを用いて得ること
ができる。特に、平行移動ＸとＹはマイクロコントロー
ル社（Ｃｏｍｐａｎｙ　ＭＩＣＲＯＣＯＮＴＲＯＬＥ）
（フランス）の２つの基準プラットホームｒＵＴ　１０
０　ＰＰＪを用いて得ることができ、そして垂直方向の
平行移動Ｚはマイクロコントロール社（フランス）のプ
ラットホームｒＭＶ　８０Ｊ　　を用いて得ることがで
きる。

本発明によると、光ルミネセンスビーム４１を伝送する
光学系１０３は試料に対して変位され、従前の技術の場
合とは反対に、試料と真空チャンバーは固定されている
。

これらの変位により、光学系は観測された各表面がレー
ザービームによって励起される程度までその表面の任意
の領域で試料を適切に観測している。この目的で、レー
ザービーム４０はミラー２０と２１の２回の反射の後で
試料２０１に伝えられる。固定手段８゜Ｋよって第１ミ
ラー２０をプラットホーム７２の運動Ｙに接続すること
により、そして固定手段８１によって他のミラー２１を
プラットホーム７３の運動Ｘに接続することにより、試
料の表面におけるレーザービームにより生成された輝点
が同じ方向に正確に変位されかっカタディオプトリック
光学系１０３の対物と比例するようにこれらのミラーが
配設されている。

これらの状態でレーザービーム４ｏは集束されないこと
が分かる。それは試料の上に広いスポット（２開ｘ　５
ｍｍ）を形成する。

カタディオプトリック光学系１０３は上記の輝点＜７）
　３００８ｍＸ３００μｍの表面領域が観測されるよう
に配設されている。ミラーを具えるカタディオプトリッ
ク光学系が大きな開口数を有するから、例えばツァイス
社（Ｃｏｍｐａｎｙ　ＺＥＩＳＳ）の「プラノボクロマ
ート４Ｇ１０．５、焦点距離６．３＋ａｍ、カタディオ
プトリック（Ｐｌａｎｏｐｏｃｈｒｏｍａｔ　４０１０
．５．　ｆｏｃｕｓ　６．３ｍｍ。

ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ）　Ｊのような商用の光学系
が使用できる。それは１μｍの分解能を与える 光学系１０３を出る光ルミネセンスビーム４１は窓１０
８を横切り、一方、上記の窓のガラスによって妨害され
ぬようそれは実際上平行である。従ってそれは十分大き
な直径を持つことができ、特に真空を維持するよう十分
の厚さを持つことができる。

窓１０８を通して真空チャンバーを出ると、光ルミネセ
ンスビームはさらにレーザービームの波長を有する光を
カットするのに役立ち、かつ光ルミネセンスの波長を有
する光のみを透過するフィルタ１９をさらに横切る。

引き続いて、光ルミネセンスビーム４１はミラー２２を
用いてカメラ７５の感光面７６に向けられ、そこで約１
８ｍｍＸ　１８ｍｍの影像を形成する。このミラー２２
は固定手段８２により支持体１３と一体となり、かつそ
れがこの支持体１３の運動に従うように配設される。試
料上の光学系により観測された領域の影像が表面７６上
に固定して形成されるために、カメラ７５はまた第１図
に示されていないデバイスによる運動Ｘ、Ｙ、Ｚに従う
。

前に既に述べたように、光ルミネセンスビームからディ
ジタル化された影像を生成するよう光ルミネセンスビー
ムを適切に取り扱うディジタルカメラは、ハママツ社（
Ｃｏｍｐａｎｙ　ＨＡＭＡＭＡＴＳＵ）　（日本）のｒ
Ｃ１０００，ｔｙｐｅ　Ｑ２Ｊのような商用のカメラで
あり得る。

一方では、直接メモリアクセス（ＤＭＡ　：　Ｄｉｒｅ
ｃｔ滅ｅｍｏｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ）モードで計算機（例
えばディジタル・イクイップメント社［Ｃｏｍｐａｎｙ
　ＤｆＧ！ＴＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｃ０ＲＰＯＲ
ＡＴＩＯＮ］のＰＤＰ　１１．７３）に、他方では、ビ
デオスクリーンに制御ユニットを用いてデータが伝送さ
れる。１０２４Ｘ　１０２４点の影像の捕捉のために必
要な代表的期間は３０秒である。

最後に、運動Ｘ、Ｙ、Ｚは記録を自動化するためにモー
ター化できる。

レーザー源は、例えば スペクトラ・フィジクス（ＳＰＥＣＴＲＡ　ＰＩ（ＹＳ
ＩＣ３）の「モデル１６５Ｊからのアルゴンレーザーマ
イクロコントロール社のモデルｒＹＡＧ　９０４Ｊ（フ
ランスの会社）からのＹＡＧレーザーである。

Ｈｅ　Ｎ　ｅレーザーは輝点を同時に変位する目的を達
成するために光学系のアセンブリの予備整列を得るため
に使用でき、その位置はミラー２０．２１と光学系１０
３とミラー２２とカメラ７５の方位と位置に依存し、そ
の上にカメラ７５の表面７６の影像の不変性が依存して
いる。

レーザー光源の選択は特性表示を受ける試料に依存して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す。 １　・・・真空チャンバー　　２・・・低温槽４　・・
・人口　　　　　　　６・・・支持体７・・・下側ベー
ス板　　　８・・・上側ベース板９・・・第１横窓　　
　　　９′・・・第２横窓１０・・・開口 １１、．１１’・・・固定メンバー　１２．１３・・・
支持体１９・・・　フィルタ　　　　　　２０．２１．
２２・・・　ミラー４０・・・入射レーザービーム ４０′・・・反射レーザービーム ４１・・・光ルミネセンスビーム ７２、７３・・・プラットホーム ７４・・・最終プラットホーム ７５・・・カメラ　　　　　　７６・・・感光面８０、
８１．８２・・・固定手段　　１０１・・・試料キャリ
ア１０３・・・カタディオプトリック光学系１０３′・
・・中空管あるいは対物キャリア１０５・・・金属製ベ
ローズ　１０８・・・窓１０９・・・開口　　　　　　
２０１・・・試料ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高い空間分解能を持つ光ルミネセンスによりかつ低
   温において半導体材料のウェハーの特性を表示するデバ
   イスであって、このデバイスが、少なくとも ａ）ウェハーの受け入れに適用された冷却試料キャリア
   を備え、かつ光ルミネセンスプ ロセスに含まれた光ビームを透過する少な くとも１つの窓を備える低温真空チャンバーｂ）レーザ
   ービームからウェハー上に輝点を形成し、かつ検出器に
   再発出光ルミネセン スビームを透過する光学手段、 を具えるものにおいて、 光学手段がレーザービームからウェハー上 に集束されない広い輝点を形成する第１光学手段と検出
   器の受光面上に１を超える倍率で輝点の面の光ルミネセ
   ンス像を形成する高い分解能を持つ第２光学手段を具え
   、かつ 検出器がそのディジタル化された影像を適 切に与えること、 を特徴とするデバイス。 ２、上記の第１光学手段が入射レーザービームの光路に
   配設された平坦なミラー系を具え、従ってこの集束され
   ないレーザービームが真空チャンバーの上記の第１窓を
   通してウェハーの表面に斜め入射で透過され、かつこの
   ようにして広い輝点が形成されることを特徴とする請求
   項１記載のデバイス。 ３、上記の第２光学手段が光ルミネセンスビームの光路
   に配設された大きな開口数を有し、かつ回折限界で動作
   するミラーを具えるカタディオプトリック光学系から構
   成され、従って表面の大中央ゾーンから対物として考慮
   された輝点に向かって、大きな倍率で光ルミネセンスの
   波長で準平行影像ビームが形成されること、 を特徴とする請求項２記載のデバイス。 ４、ミラーを具えるカタディオプトリック光学系が真空
   チャンバー内に配設され、かつ 真空チャンバーの上記の第２窓を通して検 出器の受光面に光ルミネセンスの準平行ビームが透過さ
   れ、この窓が上記の支持体に固定されていること、 を特徴とする請求項３記載のデバイス。 ５、上記の第２光学手段は、低温真空チャンバーから一
   度発出されると、検出器の受光面に光ルミネセンスのビ
   ームを透過するためにビームの光路に配設された平坦ミ
   ラー系をさらに具えることを特徴とする請求項４記載の
   デバイス。 ６、上記の第２光学手段は、光ルミネセンスの波長とは
   異なる波長を有する放射を除去するために低温真空チャ
   ンバーと検出器との間のビームの光路に配設されたフィ
   ルタをさらに具えることを特徴とする請求項５記載のデ
   バイス。 ７、ウェハーの相対変位を遂行する機械手段と光学手段
   とを具えることを特徴とする請求項６記載のデバイス。 ８、機械変位手段が光学手段ならびに検出器に適用され
   、デバイスの他の部分が固定されたままであることを特
   徴とする請求項７記載のデバイス。 ９、試料ウェハーの平面に平行なＸとＹの２つの方向の
   第１および第２光学手段の距離と方向の同時変位と検出
   器の変位とを得るために機械手段がお互いに協働するこ
   とを特徴とする請求項８記載のデバイス。 １０、ウェハーの平面に直角であるＺ方向の上記の第２
   光学手段の変位と検出器の変位を許容するために、上記
   の機械手段がお互いに協働することを特徴とする請求項
   ９記載のデバイス。 １１、上記の第２窓の支持体に固定された３つの自由度
   を有するプラットホームを光学手段が具えることを特徴
   とする請求項１０記載のデバイス。 １２、第２窓の支持体と一体となっている対物キャリア
   を用いて真空チャンバー内のカタ ディオプトリック光学系に変位の運動が伝達され、かつ 変位の間に真空に維持するために、気密ベ ローズが低温真空チャンバーの胴体に第２窓の上記の支
   持体を接続すること、 を特徴とする請求項１１記載のデバイス。 １３、第１および第２光学手段の同時変位を得るために
   、上記の第１光学手段は入射レーザービームの光路に配
   設された２つの平坦ミラーにより構成され、これらのミ
   ラーの各々は３つの自由度を有するプラットホームの機
   械部分と一体になっており、従ってＸあるいはＹ方向の
   所与の距離にわたってウェハーの表面で輝点の変位を得
   るために各ＸあるいはＹ方向の１つに平行な運動と結合
   されるように なっていること、 を特徴とする請求項１２記載のデバイス。 １４、上記の第２光学手段において、光ルミネセンスビ
   ームを戻す系が平坦ミラーによって構成され、かつ 上記の第２光学手段と検出器が第２窓の上 記の支持体に接続され、それを通してＸとＹの運動が輝
   点の変位に従うようにそれに伝達され、かつＺの運動が
   カタディオプトリック光学系の位置決めを許容するよう
   に伝達されること、 を特徴とする請求項１３記載のデバイス。 １５、ウェハーキャリアの冷却を許容する低温槽に試料
   キャリアが接続され、この低温槽は上記のチャンバーで
   真空を維持するために真空チャンバーと一体となってい
   ること、 を特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の
   デバイス。 １６、低温槽が液体ヘリウムで動作し、かつ１０゜Ｋ程
   度の試料ウェハーの温度を得ることを許容することを特
   徴とする請求項１５記載のデバイス。 １７、液体ヘリウムによる試料キャリアの冷却と試料の
   冷却を得るために、低温槽は蛇行体を具え、ここで液体
   ヘリウムの循環はポンプを用いて得られること、 を特徴とする請求項１６記載のデバイス。 １８、試料の温度を制御するために、試料キャリアがサ
   ーモカップルを備えることを特徴とする請求項１から１
   ７のいずれか１つに記載のデバイス。 １９、試料キャリアが銅からなることを特徴とする請求
   項１から１８のいずれか１つに記載のデバイス。 ２０、検出器がＣＣＤタイプのディジタルカメラであり
   、そのデータが計算機とビデオスクリーンに伝達される
   ことを特徴とする請求項１から１９のいずれか１つに記
   載のデバイス。 ２１、機械手段がモーター化されていることを特徴とす
   る請求項７から２０のいずれか１つに記載のデバイス。 ２２、入射レーザービームが、それぞれ波長０．５１μ
   ｍおよび１．０６μｍを有する入射放射を得ることを許
   容するアルゴンレーザーあるいは ＹＡＧレーザーの間から選ばれた光源より発生されるこ
   とを特徴とする請求項１から２１のいずれか１つに記載
   のデバイス。 ２３、光整列を得るために使用された光源がヘリウム・
   ネオンレーザーであることを特徴とする請求項１から２
   ２のいずれか１つに記載のデバイス。