JPH0810176B2 - 赤外線検出素子測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷却及び赤外光照射を必要とする赤外線検
出素子の測定装置に関する。

（従来の技術） 従来、動作温度が室温より極めて低い赤外線検出素
子、例べばInSbpn接合ダイオードやショットキバリア型
赤外線イメージセンサのような素子のペレット状態ある
いはウエハ状態での評価には、第３図に示すような赤外
線検出素子測定装置が用いられてきた。同図は模式的構
造図である。被測定物をウエハとして説明する。被測定
ウエハ17はコールドステージ８上に固定されている。コ
ールドステージ８は、Ｘ−Ｙステージ10上に搭載された
容器９内に固定されている。測定針11を具備するプロー
ブカード12は、天板14から断熱材を介して突き出たプロ
ーブカード支持部13に備え付けられている。天板14は上
下動機構によって支持されている。天板14中央には透明
な窓15があり、測定針11の位置調整の際に内部を覗いた
り、赤外光を入射させることができる。黒体炉等の赤外
光源７は支持機構に備え付けられており、被測定素子の
赤外光入射時の評価を行なう場合に窓15上に光軸を持っ
てくることができる。黒体炉等の赤外光源７の開口部前
面に、赤外光を変調するチョッパー及び赤外光を遮断す
るシャッターが備え付けられている。

前記コールドステージ８は前記容器９内に満たした冷
媒16、例えば液体窒素などにより冷却される。コールド
ステージ８は加熱用のヒータを内蔵しており、冷媒16の
供給量との兼ね合いによりコールドステージ８上面温度
を冷媒16の温度以上で任意に設定可能としている。容器
９内部は水分を除去した窒素ガス等で満たし、併せてそ
の領域が常に陽圧となるように窒素ガス等を供給するこ
とで、被測定ウエハ17,コールドステージ8,プローブカ
ード12,天板14の窓15等の表面に水分が凝固するのを防
止している。

測定に際しては、図中天板14上方にセットされている
装置群の支持機構を操作してその装置群を移動させ、別
に天板14上方に付加された顕微鏡で覗きながら前記Ｘ−
Ｙステージ10の操作により前記被測定ウエハ17の位置調
整をし、被測定素子を任意に選択した後、前記天板14が
取り付けられている上下動機構を操作することによって
前記プローブカード12に配された測定針11を被測定素子
の電極に接触させ、被測定素子を動作させる。前記装置
群を移動させて再び第３図の状態にし、赤外光を照射し
た場合、照射しない場合について評価する。

上述したペレットあるいはウエハの表面から赤外光を
入射させるタイプの赤外線検出素子測定装置が主流であ
るが、本出願人は裏面照射型赤外線検出素子の評価を考
慮した裏面入射タイプの赤外線検出素子測定装置も開発
した。第４図に模式的構造図を示す。表面入射タイプと
はコールドステージと容器28の構造に大きな相違があ
り、赤外光を裏面から入射させることができる。コール
ドステージは、コールドステージ透明上下板25及び26と
冷媒管27とから構成されている。コールドステージ透明
上下板25及び26は冷媒管27によって周囲を固定されてい
る。見方を換えると、コールドステージはコールドステ
ージ透明上下板25及び26により冷媒管27を挟み込んだ構
造をしている。前記冷媒管27に液体窒素等の冷媒36を満
たし、さらに、コールドステージ透明上下板25及び26の
間に形成された空間に液体窒素等の冷媒を気化させた低
温ガス37を送り込むことにより、コールドステージ透明
上下板25及び26が冷却される。被測定ペレットあるいは
ウエハ38は、コールドステージ透明上板25上に固定さ
れ、冷却される。コールドステージは容器28内に固定さ
れているが、この容器28の底面には透明底蓋29が設けら
れている。黒体炉等の赤外光源24が透明底蓋29下方に備
え付けられており、赤外光は透明底蓋29及びコールドス
テージ透明上下板25及び26を通して被測定素子に入射す
る。

（発明が解決しようとする課題） 赤外線検出素子の特性を引き出すためには、室温の外
部を見込む視野を制限して背景輻射による雑音を低減す
る必要がある。実装においては、これを行なうのに赤外
線検出素子と同程度に冷却されたコールドアパーチャが
用いられるが、赤外線検出素子測定装置上のペレット状
態あるいはウエハ状態の赤外線検出素子にコールドアパ
ーチャを装着することはできない。第３図に示したよう
な従来の表面入射タイプの赤外線検出素子測定装置で
は、視野は天板の窓で限定されるが、赤外線検出素子と
測定針との位置調整を行えるように窓の開口は大きく取
られている。一方、第４図に示したような裏面入射タイ
プの赤外線検出素子測定装置では、天板の窓を完全に塞
いだとしても容器底に透明底蓋があり、しかも、ウエハ
等のどの位置へも赤外光を入射させられるように透明底
蓋の開口は大きく取られているので、これらも非常に視
野が広い。第3,第４図の装置は両方ともコールドアパー
チャに相当するような背景輻射低減手段を有していない
ため、赤外線検出素子の評価において背景輻射の影響を
大きく受けてしまうという欠点がある。特に、蓄積モー
ドで動作させる赤外線イメージセンサを評価する場合に
は、背景輻射によってセンサが飽和あるいはそれに近い
状態になり、全く評価不能が評価できてもダイナミック
レンジが僅かしかない状態での特性しか得られない。さ
らに、背景輻射の効果を独立に測定することができない
という欠点もある。

また、黒体炉等の赤外光源7,24の開口部を除くコール
ドステージ対向面、チョッパーの回転羽根39,41のコー
ルドステージ対向面大びシャッター板40,42のコールド
ステージ対向面は、周囲の物体からの赤外光等の反射を
避けるため、低反射率面になっているが、これは同時に
良好な室温の黒体光源になってしまうという欠点があ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の赤外線検出素子測定装置は、赤外光源とコー
ルドステージとの間に位置し内壁表面が高反射率面であ
る遮光管と、前記赤外光源の少なくとも最大開口状態に
おける開口部以外をカバーし両面とも高反射率面である
遮光板とを有し、前記赤外光源の赤外光を変調するチョ
ッパーの回転羽根両面及び赤外光を遮断するシャッター
板両面が高反射率面であることを特徴とする。

（作用） 高反射率面は室温においても赤外線の輻射が極めて少
ない。従って、本発明の赤外線検出素子測定装置におい
ては、前記遮光管と遮光板とで赤外線検出素子の前記視
野を塞ぐことによって、背景輻射の入射をほとんど零に
することができる。この状態で前記シャッターを閉じる
ことにより赤外線検出素子が高反射率面で覆われた状
態、すなわち暗状態を作ることができ、逆に前記シャッ
ターを開くことにより黒体炉等の赤外光源の開口以外か
らは赤外光の入射がほとんどなく、開口のみからの赤外
光入射状態を実現できる。これは同時に、開口のみから
の背景輻射状態も造りだすこともできることを意味す
る。このように本発明の赤外線検出素子測定装置では、
背景輻射の影響なしに、ペレット状態あるいはウエハ状
態での赤外線検出素子評価を行なうことができるととも
に、独立に背景輻射の効果を測定することもできる。

（実施例） 第１図は、本発明の第一の実施例を説明するための模
式的構造図である。本実施例は表面入射タイプである。

遮光板２は中央に赤外光源７の開口部と同寸法の穴を
有しており、シャッターよりコールドステージ８側に位
置し、赤外光源７に固定されている。遮光板２の材質と
しては、両面とも高反射率となるように滑らかに仕上げ
られた金属、あるいはそれを下地金属として金や銀など
のコーテイングを施したものとか、両面とも鏡面仕上げ
されたガラスや石英などに金，銀，アルミなどをコーテ
イングしたもの等である。

遮光管１は窓15より内径が大きい筒状のもので、遮光
板２と天板14との間に位置している。遮光管１の固定先
は赤外光源７でも天板14でもかまわないが、赤外線検出
素子と測定針11との位置調整の際に遮光管１を天板14上
から取り除けるようにした方が作業性が高いので、遮光
管１は赤外光源７側に固定されている方がより良い。遮
光管14の材質は遮光板２と同様である。

第１図では、模式図であるため遮光板２−遮光管１間
及び遮光管１−天板14間に隙間があるように描かれてい
るが、実際にはどちらも隙間がないよう密着している
か、あるいは隙間があっても極く僅かである。遮光板２
と遮光管１が一体になっていてもよい。これらは、他の
図も同様である。

なお、赤外光源は開口部をアパーチャで絞って開口面
積をいろいろ変えて使うことが多いが、アパーチャは高
反射率なので、遮光板としては最低限赤外光源の最大開
口状態における開口部以外をカバーできるものであれば
よい。

シャッター板５及びチョッパーの回転羽根３は両面と
も高反射率面になっており、赤外光源７の輻射による昇
温が少なく、かつ、自身の赤外輻射も僅かになってい
る。

赤外線検出素子の測定に際しての本装置の操作は従来
例とほとんど同様である。ただし、第１図に示すセット
状態でシャッターを閉じることにより完全暗状態での評
価をし、同様の状態でシャッターを開けることにより背
景輻射なしで赤外光照射状態での評価を行なうことがで
きる。

なお、本実施例で背景輻射の効果を調べるには、第１
図に示すセット状態でシャッター開とし、赤外光源をOF
Fにして測定すればよいが、背景輻射状態と室温より高
温の赤外光照射状態との両方の評価を必要とし、かつ、
赤外光源として黒体炉のように設定温度への到達に長時
間を要するものを使う場合、本実施例では赤外光源が室
温から設定温度へ、あるいは設定温度から室温へ到達す
るまで持たなくてはならないという欠点をもつ。この欠
点は、本実施例に従来例の具備するシャッターと同様の
赤外光源対向面が高反射率面でコールドステージ対向面
が低反射率面のシャッター板をシャッター板５とシリー
ズに付加することで補うことができ、これが第二の実施
例である。

第２図は、本発明の第三の実施例の模式的構造図であ
る。本実施例は裏面入射タイプである。

遮光板19、チョッパーの回転羽根20及びシャッター板
22は第一実施例と同様である。遮光管18はコールドステ
ージ側の内径が透明底蓋29の可動範囲を覆う大きさを持
ち、赤外光源24に固定されている。

第三実施例で遮光管18のコールドステージ側の内径を
透明底蓋29の開口と同径にして容器28に固定し、遮光板
19に遮光管18の可動範囲を覆う広さを持たせ、遮光管18
が遮光板19上を動き回る方式のものも実現可能である。
動き回るためには遮光管18と遮光板19の間に隙間が必要
であるが、僅かな隙間であって、そこからの赤外光の漏
め込みが許容範囲内であればかまわない。また、Ｘ−Ｙ
ステージ30と赤外光源24とが相対的に上下動するように
しておけば、隙間をなくすことができる。

なお、第三実施例で背景輻射の効果を調べるには、第
一実施例と同様であり、背景輻射状態と室温より高温の
赤外光照射状態との両方の評価を必要とし、かつ、赤外
光源が黒体炉のように設定温度への到達に長時間を要す
るものの場合、一時期に全ての評価が行なえないという
欠点も同様である。従って、第三実施例に、従来例の具
備するシャッターと同様の赤外光源対向面が高反射率面
でコールドステージ対向面が低反射率面のシャッター板
を有するシャッターを付加することで欠点をなくすこと
ができ、これが第四実施例となる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の赤外線検出素子測定装置
においては、完全暗状態、背景輻射をなして任意の開口
の赤外光輻射状態を実現でき、背景輻射の影響なしに、
ペレット状態あるいはウエア状態での赤外線検出素子評
価を行なうことができる効果があるとともに、任意の開
口の背景輻射の効果も調べられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例の模式的構造図である。
第２図は、本発明の第三実施例の模式的構造図である。
第３図は、従来の赤外線検出素子測定装置のうち表面入
射タイプの模式的構造図である。第４図は、従来の赤外
線検出素子測定装置のうち裏面入射タイプの模式的構造
図である。 1,18……遮光管、2,19……遮光板、3,20……両面とも光
反射率面の回転羽根、4,21……チョッパー駆動装置、5,
22……両面とも光反射率面のシャッター板、6,23……シ
ャッター駆動装置、7,24……赤外光源、８……コールド
ステージ、9,28……容器、10,30……Ｘ−Ｙステージ、1
1,31……測定針、12,32……プローブカード、13,33……
プローブカード支持部、14,34……天板、15,35……窓、
16,36……冷媒、17,38……被測定ペレットあるいはウエ
ハ、25……コールドステージ透明上板、26……コールド
ステージ透明下板、27……冷媒管、29……透明底蓋、37
……低温ガス、39,41……赤外光源対向面が高反射率面
でコールドステージ対向面が低反射率面の回転羽根、4
0,42……赤外光源対向面が高反射率面でコールドステー
ジ対向面が低反射率面のシャッター板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コールドステージを介して被測定赤外線検
   出素子あるいは被測定赤外線検出素子が複数形成ないし
   配置された基板を冷却し、前記赤外線検出素子上面に配
   置された電極に測定針を接触させる機構を有し、前記素
   子に赤外光を照射する赤外光源を備えた赤外線検出素子
   測定装置において、前記赤外光源とコールドステージと
   の間に位置し内壁表面が高反射率面である遮光管と、前
   記赤外光源の少なくとも最大開口の状態における開口部
   以外をカバーし両面とも高反射率面である斜光板とを有
   し、前記赤外光源の赤外光を変調するチョッパーの回転
   羽根両面及び赤外光を遮断するシャッター板両面が高反
   射率面であることを特徴とする赤外線検出素子測定装
   置。