JPH0428284B2 - - Google Patents

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JPH0428284B2
JPH0428284B2 JP58139428A JP13942883A JPH0428284B2 JP H0428284 B2 JPH0428284 B2 JP H0428284B2 JP 58139428 A JP58139428 A JP 58139428A JP 13942883 A JP13942883 A JP 13942883A JP H0428284 B2 JPH0428284 B2 JP H0428284B2
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JP
Japan
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scanning
light spot
signal
oscillator
sample
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JP58139428A
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JPS6031112A (ja
Inventor
Kanji Koname
Tadasuke Munakata
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は輝度変調された光スポツトで半導体ウ
エーハのような試料の表面を間欠的に走査するこ
とによつて試料に発生される交流電気信号を検出
して試料の特性分布を画像表示する特性測定装
置、すなわち走査光子顕微鏡の改良に関し、特
に、この種の顕微鏡における画像の質向上に関す
るものである。
〔発明の背景〕
従来、例えば半導体ウエーハにおける小数キヤ
リアの寿命時間、拡散長あるいは表面電位等の電
気的特性の分布を非接触、非破壊で計測、検査
し、その結果を画像表示する装置として、交流信
号で輝度変調された光スポツトで半導体ウエーハ
を走査し、この際に発生する交流光電圧を空隙の
静電容量を介して検出する構成が提案されている
(特開昭56−155543号など)。この場合、測定点の
位置精度を確保し、装置を簡単にするためには光
スポツトの走査を半導体ウエーハ上で間欠的に行
なうことが必要である。
しかしながら、このための特性測定装置を試作
した結果、電気的特性分布の表示画像に周期的な
縞状の画像ノイズが重畳し、その結果、画像品質
が著しく損なわれるという問題のあることがわか
り、何らかの対策が望まれている。
〔発明の目的〕
したがつて、本発明の目的は高品質の画像が得
られる走査光子顕微鏡を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため本発明においては、所
定の周波数で輝度変調された光スポツトを発生さ
せる光スポツト発生手段と、光スポツトを光電効
果を有する試料の表面に集束させる光スポツト集
束手段と、光スポツトを試料の表面上で間欠的に
走査させる光スポツト間欠走査手段と、光スポツ
トの走査によつて試料に発生される交流電気信号
を検出する信号検出手段と、検出された交流電気
信号の位置的な出力の変化を画像に表示する画像
表示手段と、光スポツト発生手段と光スポツト間
欠走査手段とを同期して動作させる同期動作手段
とから走査光子顕微鏡を構成したことを特徴とし
ている。
かかる本発明の特徴的な構成によつて特性分布
を表示する画像における縞状の画像ノイズの除去
ができるようになり、その結果、高品質の画像が
得られる走査光子顕微鏡の提供が可能となつた。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図にもとづいて詳述する。
第1図は本発明に先だつて試作された走査光子
顕微鏡の基本構成を示したものである。この顕微
鏡の構成・動作を第2図a〜fに示した各部の信
号波形を用いて説明する。
第1図において、陰極線管1の画面上の光スポ
ツトは、集束レンズ2によつて、試料(半導体ウ
エハ)3上に結像される。この光スポツトは、交
流発振器4からの交流信号(第2図dの波形2
1)を基本に、輝度変調回路5及び陰極線管1と
によつて輝度変調され、断続光となり、この結
果、試料3には交流光電圧が誘起される。この交
流光電圧は、試料3の上に空隙を隔てて配置され
た透明電極6及び金属電極7によつて構成される
静電容量を介して取出され、ロツクイン増幅器8
によつて、交流発振器4の交流信号を参照信号と
して同期整流され、アナログ−デイジタル変換器
9によつてデイジタル化され、画像メモリ10へ
と書込まれる。また、光スポツトは、陰極線管1
の画面上で間欠的に走査されるが、これは以下の
方法による。パルス発振器11からのクロツク信
号(第2図aの波形18)を計数器12により計
数し、その計数結果をデイジタル−アナログ変換
器13によつてアナログ量に変換し、(第2図b
の波形19)、陰極線管1の例えば水平偏向信号
とする。そして、計数器12の桁上り信号は、計
数器14によつて計数され、その計数結果をデイ
ジタル−アナログ変換器15によつてアナログ量
に変換し、陰極線管1の例えば垂直偏向信号とす
る。発振器11の出力信号は、遅延回路16によ
つて遅延(第2図cの波形20)し、アナログ−
デイジタル変換器9の始動信号とする。画像メモ
リ10は計数器12及び計数器14の出力信号を
アドレス信号として、アナログ−デイジタル変換
器9の変換結果そ書込み、その内容をモニタテレ
ビ17に濃淡画像として表示する。
上述の試作装置において、発振器4及び発振器
11は相互に独立していて、このために、光スポ
ツトの走査信号(第2図bの波形19)と光スポ
ツトの輝度変調信号(第2図dの波形21)とは
相互に非同期である。すなわち、波形19と波形
21との比較によつて明らかなように光スポツト
を静止させているそれぞれの時間内における光ス
ポツトの輝度変化の状態は光スポツトの静止点ご
とに異なる。一方、試料3は半導体ウエハであ
り、光スポツトの時間的な輝度変化に対して交流
光電圧は時間遅れをもつて追従する。その結果、
ロツクイン増幅器8の入力信号は、試料3が均一
な特性を備えていても例えば第2図eの波形22
のように交流光電圧は走査位置によつてその振幅
が異なる。ロツクイン増幅器8の出力は、波形2
2の信号を波形21を参照信号として同期検波し
たものであり、第2図fの波形23のように、低
周波変動成分を含むことになる。従つて、モニタ
ーテレビ17の画像には、上述の低周波変動に対
応する縞状の画像ノイズが重量し、画像品質が著
しく損なわれるという結果となる。当然のことな
がら、光スポツトの走査速度を変えると上述の低
周波変動成分は変化し、従つて画像上の縞状ノイ
ズのピツチは変化する。
そこで、モニタテレビ17の画像に重量する縞
状のノイズを除去するために種々の実験を行なつ
た結果、次のようにすれば良いことがわかつた。
すなわち、第1図におけるロツクイン増幅器8
の出力信号(第2図fの波形23)に含まれる上
述の低周波変動成分の周波数Δは、交流発振器
4の出力(第2図dの波形21)の周波数をm、
パルス発振器11によるクロツク信号(第2図a
の波形18)の周期Tsとして、 Δ|n/〔n・Ts〕−1/Ts| で与えられる。ただし、ここで〔n・Ts〕は、
n・Tsに最も近い整数値の意味である。低周波
変動成分を除去し、縞状画像ノイズをなくする条
件は、Δ=0であつて、これは、上の式におい
て、 〔n・Ts〕=、n・Ts である場合に成立する。換言すれば、光スポツト
の走査に用いるクロツク信号の周期Tsが、光ス
ポツトの輝度変調に用いる交流信号の周期(1/
n)の正確な整数倍であるときに、Δ=0とな
り、縞状画像ノイズを除去することができる。す
なわち、光スポツトの走査を、光スポツトの輝度
変調と同期させることによつて、縞状画像ノイズ
の除去が可能となる。
次に、本発明の一実施例を第3図および第4図
a〜eにより説明する。本実施例は、第1図に示
した走査光子顕微鏡の構成における光スポツト走
査用のパルス発振器11を、輝度変調用の交流発
振器4の出力信号を整形する波形整形器24及び
その出力を分周する分周器25の組合わせに置き
換えたものである。すなわち、第3図において、
交流発振器4の出力信号(第2図d及び第4図a
の波形21)を波形整形器24によつて、第4図
bの波形26のように整形し、これを分周器(一
種のブリセツトカウンタ)25を通すことによつ
て、輝度変調信号の周期の整数倍の周期をもつ信
号(第4図cの波形27)に変換し、これをクロ
ツク信号として、第1図で述べた走査光子顕微鏡
と同一の方法で、光スポツトの走査を行うことに
より、光スポツトの走査を、光スポツトの輝度変
調に正確に同期させ、その結果として縞状画像ノ
イズを除去することが可能となる。
一実施例によると、この画像ノイズ除去効果は
以下のとおりである。第1図において、走査用の
パルス発振器11の発振周波数を1kHz(光スポ
ツトを走査する時間間隔で1ms)、また、変調用
の交流発振器4の周波数を2.01kHzとし、光スポ
ツトの走査点数を縦横共に512点とした場合、酸
化膜付シリコンウエハに対する観察画像には、明
暗比2:1の縞が一画面に10本前後現れた。さら
に、この縞の現われ方は、交流発振器4の周波数
をわずかに(例:1Hz)変化させただけでも、微
妙に変化する。この縞は明らかに画像品質を低下
させ、さらに、画像観察結果の解釈を誤らせるも
のである。これに対して、本発明による第3図に
おいては、交流発振器4の発振周波数を2.0kHzあ
るいは2.01kHzとしても、上記の縞はまつたく現
われず、良質な画像を得ることができた。
なお、試料として半導体ウエーハを例に上げて
述べてきたが、半導体ウエーハに限らず光電効果
を有する物質ならば他の試料であつてもよい。ま
た、光スポツト発生手段および光スポツト間欠走
査手段としては上述した陰極線管を使用して構成
する他に半導体レーザ源、気体レーザ源を使用し
て構成してもよいことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べた如く本発明によれば、輝度変調され
た光スポツトを間欠走査して試料の特性分布を画
像表示する走査光子顕微鏡において、輝度変調信
号と間欠走査信号との相互作用によつて発生する
縞状画像ノイズを除去することができるようにな
つた。その結果、良質な画像が得られる走査光子
顕微鏡の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に先だつて試作された走査光
子顕微鏡の基本構成図、第2図は、第1図の各構
成要素の出力信号波形図、第3図は本発明の一実
施例を示す走査光子顕微鏡の基本構成図、第4図
は第3図の実施例の各構成要素の出力信号波形図
である。 1……陰極線管、2……集束レンズ、3……試
料、4……交流発振器、5……輝度変調回路、6
……透明電極、7……金属電極、8……ロツクイ
ン増幅器、9……アナログ−デイジタル変換器、
10……画像メモリ、11……パルス発振器、1
2……計数器、13……デイジタル−アナログ変
換器、14……計数器、15……デイジタル−ア
ナログ変換器、16……遅延回路、17……モニ
タテレビ、18……光スポツト走査用クロツク信
号波形、19……光スポツト走査信号波形、20
……アナログ−デイジタル変換器始動信号波形、
21……輝度変調信号波形、22……ロツクイン
増幅器入力信号波形、23……ロツクイン増幅器
出力信号波形、24……波形整形器、25……分
周器、26……基本クロツク信号波形、27……
分周されたクロツク信号波形。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の周波数で輝度変調された光スポツトを
    発生させる光スポツト発生手段と、上記光スポツ
    トを光電効果を有する試料の表面に集束させる光
    スポツト集束手段と、上記光スポツトを上記試料
    の表面上で間欠的に走査させる光スポツト間欠走
    査手段と、上記光スポツトの走査によつて上記試
    料に発生される交流電気信号を検出する信号検出
    手段と、検出された上記交流電気信号の位置的な
    出力の変化を画像として表示する画像表示手段
    と、上記光スポツト発生手段と上記光スポツト間
    欠走査手段とを同期して動作させる同期動作手段
    とを備えてなることを特徴とする走査光子顕微
    鏡。 2 上記光スポツト発生手段が交流発振器と、上
    記交流発振器の出力信号を基に輝度変調信号を発
    生する輝度変調回路と、発生された上記輝度変調
    信号を入力とする陰極線管とからなることを特徴
    とする第1項の走査光子顕微鏡。 3 上記光スポツト間欠走査手段が交流発振器
    と、上記交流発振器の出力信号をパルスに整形す
    る波形整形器と、上記パルスの繰返し周波数を分
    周する分周器と、分周された上記パルスを計数す
    る第1計数器と、上記第1計数器からの桁上り信
    号を計数する第2計数器と、上記第1,2計数器
    からの出力信号をそれぞれデイジタル信号に変換
    する第1,2D/A変換器と、上記第1,2D/A
    変換器の出力信号をそれぞれ水平、垂直偏向信号
    とする陰極線管とからなることを特徴とする第1
    項の走査光子顕微鏡。 4 上記信号検出手段が上記試料に対して容量結
    合するように配置された透明電極および金属電極
    と、上記電極に接続され、かつ、上記光スポツト
    発生手段における輝度変調周波数を参照入力とす
    るロツクイン増幅器とからなることを特徴とする
    第1項の走査光子顕微鏡。 5 上記画像表示手段が上記信号検出手段からの
    出力信号をデイジタル信号に変換するA/D変換
    器と、上記間欠走査手段からの走査信号をアドレ
    ス信号として上記A/D変換器からの出力信号を
    記憶する画像メモリと、上記画像メモリからの出
    力信号を濃淡画像として表示するモニタテレビと
    からなることを特徴とする第1項の走査光子顕微
    鏡。 6 上記同期動作手段が上記光スポツト発生手段
    と上記光スポツト間欠走査手段とが共有する交流
    発振器からなることを特徴とする第1項の走査光
    子顕微鏡。
JP58139428A 1983-08-01 1983-08-01 走査光子顕微鏡 Granted JPS6031112A (ja)

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Families Citing this family (6)

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