JPH0786460B2 - 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

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エハーの特性を表示す
るデバイス（device for characterizing wafers）に関
し、このデバイスが、少なくとも ａ）ウエ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
ムを通過する少なくとも１つの窓を備える低温真空チャ
ンバー（cryostatic vacuum chamber）、 ｂ）レーザービームからウエハー上に輝点（luminous s
pot）を形成しかつ検出器に再発出光ルミネセンスビー
ム（re−emitted photoluminescence 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
表示用デバイスはルグル・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（Photolumin
escence measurement in GaAs with high spatial reso
lution）」、日本応用物理学会誌（Jpn.J.Apppl.Phy
s.）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.Bhm）とビ
ー・フィッシャー（B.Fischer）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
（Photoluminescence at dislocations in GaAs and In
P）」、ジャーナル・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（1979American Institute 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
の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（semi−reflecting pla
te）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ーに配設される。

モノクロメーターの出力において、検出器はデータ処理
系に情報を伝達する。

試料ウエ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 displacement platform）上に置
かれる。このように、低温槽の窓の寸法と試料ウエハー
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り輝
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、ほ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光点（focuse
d spot）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、検査すべきウエハ
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
ｍより小さくなれない。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
囲した開けない。事実、顕微鏡が回折限界（diffractio
n limit）のレベルで動作すればすれほど、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くなる。

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
学物、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大きいス
ペクトル範囲の双方の問題を解決できない。

さらに、高い分解能を持つ高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゜Ｋ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」（5cm）から「４インチ」（10cm）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エ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 surface）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映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窓を通してウエ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（object）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・ホールペアーを発生する。
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
再結晶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_０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
（half−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、このマッピングは
低い分解能をもって実現される。このマッピング方法は
例えばマサミチ・ヨコガワによる「光ルミネセンス強度
の計算機制御マッピング（Computer−Controlled Mappi
ng of Photoluminescence Intensities）」、日本応用
物理学会誌（Jpn.J.Appl.Phys.）、第23巻、1984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。この大きい輝点は試料の
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2m
m×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、300μｍ×300μｍなる寸法を有するゾーンが選
ばれている。

この300μｍ×300μｍ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（sensitive surface）
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。

光学デバイスの分解能は、その光学デバイスの対象物と
考えられる２点間の最短距離によって与えられ、その２
点について、当該光学デバイスは、それぞれ別個の情報
を提供することができ、この２点対象物は当該光学手段
によって「分離」されたと称することができる。

例えば、光学デバイスの分解能が１μｍであれば、これ
は、１μｍ以下の距離を有する試料の２点は分離され
ず、この２点が形成する領域については、その光学デバ
イスは平均の情報を提供することを意味する。この場
合、１μｍに等しいかより大きい距離を有する各点のみ
が分離され、当該光学デバイスはその各点について別個
の情報を提供する。

しかしながら、２点間の距離が次第に小さくなると、回
折現象が起こり得る。これが高分解能光学システムが回
折限界内の領域で動作する理由である。

さて、ここで注目すべきことに、光学デバイスの分解能
は開口数の関数であり、特に開口数が大きくなれば分解
能がよくなる。

開口数は、対象物から放出されて光学デバイスに入射し
得る光線がなす角ｕの関数であり、光学デバイスの開口
数を与える光学式ｎ×sin uはつけに１より小さいが、
できるだけ１に近い大きい値にすれば、ｎは一定である
から、大きい開口数が得られる。

単一のレンズ、もしくは、単一のミラーからなる光学デ
バイスは大きい開口数を示し得ないことは、当業者の周
知するところである。したがって、大きい開口数を有
し、良好な分解能、すなわち、高い分解能で動作する光
学デバイスを構成するには、複数個のレンズの組合わ
せ、もしくは、複数個のミラーの組合わせが必要であ
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.
51μｍ（Ar）であるかあるいは1.6μｍ（YAG）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0.8μｍから
1.6μｍ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ペク
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300μｍ×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25mm（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２μｍ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投影の品質は１μｍの
分解能を有している。カメラの感光面のレベルで得られ
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×1024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0.3
μｍ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のディ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（photogenerated charge ca
rroers）、すなわち電子・ホーペアー対の拡散により
（この拡散は１μｍ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、かつ気密ジョイント（vacuum−tight 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 window）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。この開口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（inner serpentine）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エ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SMC TBT社（Company S
MC TBT）（フランス）の「ヘリウムタイプ・ビドン（he
lium type Bidon）」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（Compa
ny SVT）（フランス）の「基準HV40S（referece HV40
S）」のような直径40mmを有する「溶接観測ポート（sol
dering inspection ports）」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
で観測ポート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10
9をさらに有している。この開口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（objective 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、かつおの
ようにして試料201の上に保持された。対物キャリア10
3′の上側部分は支持体13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プ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13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105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 CALORSTAT）（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「UT100PP」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「MV80」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20
1に伝えられる。固定手段80によって第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
位されかつ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40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（2mm×5mm）を
形成する。

カタディオプトリック光学系103は上記の輝点の300μｍ
×300μｍ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 ZE
ISS）の「プラノポクロマート40/0.5、焦点距離6.3mm、
カタディオプトリック（Planopochromat40/0.5,focus6.
3mm,catadioptric）」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108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18mm×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、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「C1000,type02」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:Direct Memory Ac
cess）モードで計算機（例えばデイジタル・イクイップ
メント社［Company DIGITAL EQUIPMENT CORPORATION」
のPDP11.73）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。1024×1024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 PHYSICS）の「モ
デル165」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「YAG904」（フラン
スの会社）からのYAGレーザー、 である。

HeNe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プ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103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……入口、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−133339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−210551（ＪＰ，Ａ)

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低温におけるホトルミネセンスによる半導
   体材料ウエハの特性表示用デバイスにおいて、 ａ）前記ウエハを照射するための平行レーザビームを発
   生させるレーザ源、 ｂ）レーザ照射ウエハから再放出したルミネセンスビー
   ムを受入れる検出器、 ｃ）前記ウエハを受入れるのに適応した冷却試料キャリ
   アを備え、レーザビームを導入する第１光学窓およびホ
   トルミネセンス・ビームを導出する第２光学窓を有する
   低温真空チャンバ、 ｄ）前記ウエハ上に大きい照射スポットを形成するため
   に、焦点を結ばずに前記第１光学窓を介して前記ウエハ
   の表面に斜めに入射するレーザビームを導入する第１光
   学手段、 ｅ）前記第２光学窓を介して前記検出器に送られる準平
   行ホトルミネセンス像ビームを１より大きい倍率で形成
   するために、前記真空チャンバ内のホトルミネセンス・
   ビームの通路に配置した高分解能光学システムを備え
   て、前記大きい照射スポットのホトルミネセンス像を前
   記検出器の受光面上に形成する第２光学手段、 ｆ）前記ホトルミネセンス像からディジタル像を構成す
   るために前記検出器に適用する手段、および、 ｇ）前記真空チャンバおよび試料キャリアは固定したま
   まで、前記焦点を結ばないレーザビームにより前記ウエ
   ハの表面を走査するために、前記第１および前記第２の
   光学手段と前記検出器とに適用する機械的変位手段 を備えたことを特徴とする半導体材料ウエハ特性表示デ
   バイス。
2. 【請求項２】大きい開口数を有し、回折限界で動作し、
   対象物と考える前記大きい照射スポットから、ホトルミ
   ネセンス波長で高い倍率をもって、前記準平行ホトルミ
   ネセンス像ビームを形成するためにホトルミネセンス・
   ビームの通路に配置したカタディオプトリック・ミラー
   ・システムを前記高分解能光学システムとしたことを特
   徴とする請求項１記載の半導体材料ウエハ特性表示デバ
   イス。
3. 【請求項３】コンピュータおよびビデオスクリーンにデ
   ータを送るCCD型のディジタル・カメラを前記検出器と
   したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体材
   料ウエハ特性表示デバイス。
4. 【請求項４】ホトルミネセンスとは異なる波長の放射を
   消去するために、前記低温真空チャンバと前記検出器と
   の間のビームの通路に配置したフィルタを前記第２光学
   手段にさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の半導体材料ウエハ特性表示デバイス。
5. 【請求項５】前記第１光学手段に入射レーザビームの通
   路に配置した平坦ミラー系を備えて前記第１光学窓を透
   過させるとともに、前記第２光学手段に前記真空容器外
   のホトルミネセンス像ビームの通路に配置した平坦ミラ
   ー系を備えて当該ホトルミネセンス像ビームを前記検出
   器の受光面に送ることを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の半導体材料ウエハ特性表示デバイス。
6. 【請求項６】前記機械的変位手段が互いに協働して、距
   離および方向に関し、前記検出器の変位とともに、前記
   試料ウエハの平面に平行の２方向ＸおよびＹにおける前
   記第１および前記第２の光学手段の同時変位を得るとと
   もに、前記試料ウエハの平面に垂直の方向Ｚにおける前
   記第２光学手段の変位を得るようにしたことを特徴とす
   る請求項５記載の半導体材料ウエハ特性表示デバイス。
7. 【請求項７】前記第２光学窓に対して前記真空チャンバ
   の上部に配置した支持体に固定した３自由度を有するプ
   ラットホームを前記機械的変位手段に備えて、前記第２
   光学窓の支持体と一体にした対物キャリアより前記真空
   チャンバ内の高分解能光学系に変位の動きを伝えるとと
   もに、変位中の真空を保つために、気密ベローズにより
   前記第２光学窓の支持体を前記低温真空チャンバの胴体
   に接続したことを特徴とする請求項６記載の半導体材料
   ウエハ特性表示デバイス。
8. 【請求項８】前記第１および前記第２の光学手段の同時
   変位を得るために、前記第１光学手段を入射レーザビー
   ムの通路に配置した２枚の平坦ミラーにより構成し、当
   該平坦ミラーを、それぞれ、３自由度を有する前記プラ
   ットホームの機械的部分と一体にして、Ｘ方向もしくは
   Ｙ方向における所定の距離に亘り前記ウエハの表面上の
   輝度の変位を得るためにＸ方向もしくはＹ方向に平行な
   動きに結合されるようにし、前記第２光学手段において
   ホトルミネセンス・ビームを前記検出器に送る光学系を
   平坦ミラーにより構成するとともに、前記第２光学手段
   および前記検出器を前記第２光学窓の支持体に接続して
   Ｘ方向およびＹ方向の動きを伝え、照射スポットの変位
   およびＺ方向の動きに従って前記高分解能光学系の位置
   決めを行ない得るようにしたことを特徴とする請求項７
   記載の半導体材料ウエハ特性表示デバイス。
9. 【請求項９】試料キャリアを試料ウエハの冷却を行なう
   ための冷却槽に接続するとともに、当該冷却槽を前記真
   空チャンバと一体にして当該真空チャンバの気密性を達
   成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記
   載の半導体材料ウエハ特性表示デバイス。
10. 【請求項１０】前記冷却槽が液体ヘリウムにより動作し
    て、前記試料ウエハの温度を10゜Ｋ程度にすることを特
    徴とする請求項９記載の半導体材料ウエハ特性表示デバ
    イス。
11. 【請求項１１】前記試料キャリアおよび前記試料の液体
    ヘリウムによる冷却を行なうために、液体ヘリウムの循
    環をポンプにより行なう蛇行体を前記低温槽に備えたこ
    とを特徴とする請求項10記載の半導体材料ウエハ特性表
    示デバイス。
12. 【請求項１２】試料の温度を制御するために、試料キャ
    リアに熱電対を備えたことを特徴とする請求項１乃至11
    のいずれかに記載の半導体材料ウエハ特性表示デバイ
    ス。
13. 【請求項１３】前記試料キャリアを銅で形成したことを
    特徴とする請求項１乃至12のいずれかに記載の半導体材
    料ウエハ特性表示デバイス。
14. 【請求項１４】前記機械的変位手段をモータ駆動とした
    ことを特徴とする請求項１乃至13のいずれかに記載の半
    導体材料ウエハ特性表示デバイス。
15. 【請求項１５】0.51μｍもしくは1.06μｍの波長を有す
    る入射放射線をそれぞれ得るために、レーザビーム源を
    アルゴンレーザおよびYAGレーザの中から選んだことを
    特徴とする請求項１乃至14のいずれかに記載の半導体材
    料ウエハ特性表示デバイス。
16. 【請求項１６】レーザ源を、ヘリウム・ネオン・レーザ
    として、光学的調整に用いることを特徴とする請求項１
    乃至15のいずれかに記載の半導体材料ウエハ特性表示デ
    バイス。