JPH0478191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （概要〕 励起レーザ光の偏向状態を変化させ、効果的に
レーザ光を試料（サンプル）面へ導き、かつ、連
続的に試料面への到達光量を変化させることので
きる光ルミネセンス（Photo Luminescence，
PL）評価装置で、半導体レーザ、LEDなどの発
振波長をデバイスに組み込む前に予め評価するた
めの装置である。

〔産業上の利用分野〕

本発明はPL評価装置に係り、さらに詳しく言
えば、励起レーザ光を効果的に、かつ、連続的に
その強度を変化することができるPL評価方式に
関するものである。

〔従来の技術〕

ウエハである波長（例えばxμm）が出るとす
ると、ウエハをチツプに分離切断した段階でチツ
プからどの程度の波長が出るかの相関関係は判別
可能である。すなわち、ウエハ段階でチツプの発
振波長が所望の値になるか否かが判断可能である
からウエハでPL評価を行い所定の発振波長が得
られないウエハについてはPL評価後のプロセス
を行わないことにしている。

従来の垂直入射方式のPL評価装置は第４図に
示され、１１は励起レーザ光、１２はレンズ（受
光レンズ）、１３は45°ミラー（ハーフミラー）、
１４はレンズ（対物レンズ）、１５はサンプル
（例えば半導体ウエハ）、１６はルミネセンス光
（PL光）、１７は全反射ミラー、１９はフイルタ
ー、２０はチヨツパー、２１はモノクロメータ、
２２はデイテクター、２３はロツクインアンプ、
２４はプロツタである。図示の装置においてレン
ズ１２を含む点線で囲む部分は顕微鏡２５として
一体的に構成されている。

レンズ１２で集光された励起レーザ１１はハー
フミラー１３によつてレンズ１４を通つてウエハ
１５に照射され、そのときウエハから出される
PL光１６は、45°ミラー１３、全反射ミラー１
７、フイルター１９（PL光のみを通し、反射さ
れてくるレーザ光は通さないために設けられる）、
モノクロメータ２１、デイテクタ２２を経てロツ
クインアンプ２３に達し、その波長対強度の関係
がプロツタ２４上に図示の如く表示される。

ウエハ１５はInP／InGaAs／InPなる構造、す
なわちダブルヘテロ構造のPL素子である。

斜め入射方式のPL評価装置においては、45°ハ
ーフミラー１３を用いる代りにレーザ光１１を斜
めから直接ウエハ１５に照射する方式である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記問題点は、価装置としては垂直入射方式と
斜め入射方式とがあるが、前者は45°ミラーでの
励起光の減衰が大きいという欠点があり、また後
者は光軸調整が困難であるという欠点がある。ハ
ーフミラーは偏光特性をもつており、他方レーザ
光は直線偏光され、ある方向にだけ振動する。そ
こで、45°ミラーの特性がマツチング
（matching）しないとその反射率が異なり、反射
してウエハに達する光のエネルギーが小になる。

後者においては、45°ミラーにマツチングする
如くレーザ光の方向を変えて最適なレーザ光をみ
つけなければならないが、レーザ光の偏光方向を
回転することは容易でなく、複雑で高価な機構を
必要とする。

測定されるPL光の波長は試料に照射されるレ
ーザ光のエネルギーに依存し、レーザ光のエネル
ギーが変化するとPL光の評価に支障がある。そ
こでレーザ光を常に一定にする必要がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもの
で、励起レーザ光の偏光状態を変え、45°ミラー
部でのロスを小さくし、効果的にレーザ光を試料
面に導き、かつ、偏光状態を変えることにより連
続的に試料面に到達する光量を変化させることが
でき、PL光評価において有益な評価方式を提供
する装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、サンプルにレーザ光を照射し、
そのエネルギーにより発生するルミネセンス光の
評価を行うための45°ミラー、レンズ、全反射ミ
ラー、分光部、ロツクインアンプ、プロツタから
成る装置において、45°ミラーのレーザ光入射側
の前方に位置するレンズの前にλ／４波長板を配
置し、サンプル上の所定の位置にレーザ光を照射
して得られるルミネセンス光の波長に対する強度
の関係をプロツタでモニターする構成としたこと
を特徴とする光ルミネセンス評価装置を提供する
ことによつて解決される。

〔作用〕

45°ミラーに光が入射した場合、当然のことな
がら偏光現象が起きる。すなわち、入射面内の振
動部分（Ｐ−成分）と垂直な面内で振動する成分
（Ｓ成分）との反射率が異なる。励起レーザ光は
通常直線偏光されているので、45°ミラーとレー
ザ光のマツチングを適当にしないと多大なロス
（反射率の低下）を引き起こす。本発明は励起レ
ーザ光を円偏光もしくは楕円偏光に変換し、上記
のマツチングを考慮しなくとも一定の反射率を得
ることができるようにし、効果的にPL光評価を
行えるようにしたものである。また、偏光状態を
調整し、試料面に到達する光量を連続的に変化さ
せ、効果的なデータ取得を可能とするものであ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明実施例を詳細に説
明する。

第１図の本発明におけるPL光評価装置例を参
照すると、直線偏光されたレーザ光１１はλ／４
波長板２６にて、円偏光もしくは楕円偏光とな
り、45°ミラー１３に入射し、一定の反射率で試
料１５の面に反射される。λ／４波長板２６を調
整（回転）することにより、すなわち位相差を与
えることにより、試料面に到達する光量を連続的
に調整することができる。励起レーザ光１１によ
り試料１５から発生したPL光１６は全反射ミラ
ー１７にて分光部２１，２２へ導かれ、プロツタ
２４上には波長−強度曲線（PLスペクトル）が
描かれる。

λ／４波長板は一般に特定の波長の光のための
ものとして形成されているので、レーザ光を例え
ばYAGレーザで発振する場合、その波長は
1064μmであるので、それに対応するλ／４波長
板を用意することは可能であり、かかるλ／４波
長板を顕微鏡２５の入射光側に配置する。そし
て、ウエハ１５上の所定の位置において観測をな
しウエハの良否を判定する。

本装置例では、λ／４波長板２６の調整（回
転）により、迅速にPL光強度を適当な大きさに
調整でき、またPL波長、強度の励起強度依存性
等も簡単に計測できる。前以つて例えば波長
1.3μmでピーク強度が得られることが判明してい
る場合、プロツタ２４をみてピーク強度が得られ
たときの波長が1.2μmであつたとすると、ウエハ
１５は不良と判定され、それに対して以後の工程
を実施しないようにすると、プロセスの無駄が大
幅に節減される。

第２図、第３図に本発明の他の実施例が示さ
れ、第２図はPL光の積分強度を評価する装置例、
第３図はPL光の発光状態を評価する装置例であ
る。これらの場合、λ／４波長板を回転し、位相
ずれ角をずらすことにより、励起レーザ光パワー
を調整し、迅速かつ簡単に励起パワー密度対PL
光の積分強度（第２図）、励起パワー密度対PL光
の発光状態（第３図）の相関を得ることが可能で
ある。

第２図を参照すると、同図ｂの平面図に示され
る如く、ウエハ１５と基準試料（Ref.）２７とを
並べて配置し、走査線２８で示す如くにレーザ光
１１をRef.２７とウエハ１５の双方にわたつて走
査する。プロツタ２４には最初Ref.２７の積分強
度２８ａと次にウエハ１５の積分強度２８ｂが現
れる。相関関係によつて積分強度２８ａから許容
されるずれ量が判つているから、この許容範囲の
外の積分強度が観察されたとき当該ウエハは不良
と判定される。なお、同図ａのプロツタ２４内に
示す横軸ｘは、同図ｂの試料２７とウエハ１５の
位置ｘを表わす。第２図の実施例ではウエハがほ
ぼその全体にわたつて速やかに評価されうる利点
がある。

第３図ａの実施例においては、ウエハに欠陥が
存在するか否かを判定することが可能で、レーザ
光をλ／４波長板を通して試料１５に照射し、そ
のとき得られるPL光１６をビジコン３０を通し
例えばCRT３１でモニターすると、欠陥がある
と同図ｂに示される如く白く光つた面３２に欠陥
３３が黒点として現れる。そして、レーザ光を高
励起から低励起状態へとエネルギーを変えると、
例えば低励起状態で検知できなかつた欠陥が高励
起状態で現れることがあり、ウエハの欠陥検知に
有効である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、励起
光レーザを効果的に試料面に導き、かつ、波長板
の回転により試料面に到達する励起光レーザパワ
ーを簡単に調整することができるので、PL光評
価において所望のデータを迅速かつ的確に得るこ
とができる。また斜め入射系PL評価装置にみら
れるような複雑な光軸調整も必要とせず、つまみ
などを用いてλ／４波長板を回転する簡便な装置
構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例PL評価装置を示す図、
第２図ａは本発明の他の実施例PL評価装置の図、
同図ｂはウエハとRef.試料との配置を示す平面
図、第３図ａは本発明のさらに他の実施例PL評
価装置の図、同図ｂはウエハの欠陥を示す図、第
４図は従来例を示す図である。 第１図ないし第４図において、１１はレーザ
光、１２はレンズ、１３は45°ミラー、１４はレ
ンズ、１５はウエハ、１６はPL光、１７は全反
射ミラー、１８はレンズ、１９はフイルター、２
０はチヨツパー、２１はモノクロメータ、２２は
デイテクター、２３はロツクインアンプ、２４は
プロツタ、２５は顕微鏡、２６はλ／４波長板、
２７は基準試料、２８は走査線、２８ａ，２８ｂ
はプロツタに現れる積分強度を表す線、３０はビ
ジコン、３１はCRT、３２はウエハの反対面、
３３は欠陥を表す点、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サンプル１５にレーザ光１１を照射し、その
   エネルギーにより発生するルミネセンス光１６の
   評価を行うための45°ミラー１３、レンズ１２，
   １４，１８、全反射ミラー１７、分光部２１，２
   ２、ロツクインアンプ２３、プロツタ２４から成
   る装置において、 45°ミラー１３のレーザ光入射側の前方に位置
   するレンズ１２の前にλ／４波長板２６を配置
   し、 サンプル１５上の所定の位置にレーザ光１１を
   照射して得られるルミネセンス光１６の波長に対
   する強度の関係をプロツタ２４でモニターする構
   成としたことを特徴とする光ルミネセンス評価装
   置。 ２ サンプル１５をレーザ光１１に相対的に動か
   し、レーザ光１１の励起パワー密度に対するルミ
   ネセンス光１６の積分強度をモニターする構成と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の光ルミネセンス評価装置。 ３ レーザ光１１の励起パワー密度を変化し、そ
   れに対するルミネセンス光１６の発光状態をモニ
   ターしてサンプルの欠陥３３を検知する構成とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光ルミネセンス評価装置。