JPS6031112A

JPS6031112A - 走査光子顕微鏡

Info

Publication number: JPS6031112A
Application number: JP58139428A
Authority: JP
Inventors: Kanji Koname; 木滑　寛治; Tadasuke Munakata; 忠輔棟方
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-08-01
Filing date: 1983-08-01
Publication date: 1985-02-16
Also published as: JPH0428284B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は輝度変調された光スポットで半導体ウェーハの
ような試料の表面を間欠的に走査することによって試料
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、例えば半導体ウェーハにおける小数キャリアの寿
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ット
で半導体ウェーハを走査し、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
光スホットの走査を半導体ウェ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〕、伺らかの対策が望まれて
いる。

〔発明の目的〕

したがって、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おる。

〔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ットを発止させる光スポツト
発生手段と、光スポッ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、光スポットを試料
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、光スポットの走査によっ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っ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
なシ、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った。

〔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図は本発明に先だっ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の画面上の光スポットは、
集束レンズ２によって、試料（半導体ウェハ）３上に結
像される。この光スポットは、交流発振器４からの交流
信号（第２図（ｄ）の波形２１）を基本に、輝度変調回
路５及び陰極線管１とによって輝度変調され、断続光と
なシ、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によって構成される静電容
量を介して取出され、ロックイン増幅器８によって、又
波発振器４の交流信号を参照信号として同期整流され、
アナログ−ディジタル変換器９によってディジクル化さ
れ、画像メモリ１０へと書込まれる。また、光スポット
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がらのクロック
信号（第２図伸）の波形１８）を計数器１２にょシ計赦
し、その計数結果をディジタル−アナログ変換器１３に
よってアナログ量に変換しく第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の桁上多信号は、計数器１４によっ
て計数され、その計数結果をディジタル−アナログ変換
器１５によっ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によって遅延（第２図（Ｃ）の波形２０　）　
Ｌ、アナログ−ディジタル変換器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−ディジタル変換器９
の変換結果を書込み、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け相
互に独立していて、このために、光スポットの走査信号
（第２図中）の波形１９）と光スポットの輝度変調信号
（餓２図（ｄ）の波形２１）とは相互に非四期である。

すなわち、波形１９と波形２１との比較によって明らか
なように光スポットを静止させているそれぞれの時間内
における光スポットの輝度変化の状態は光スポットの静
止点ごとに異なる。一方、試料３Ｆｉ半導体ウェハでＬ
Ｊ）、光スポットの時間的な輝度変化に対して交流光電
圧は時間遅れをもって追従する。その結果、ロックイン
増幅器８０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
は走査位置によってその振幅が異なる。ロックイン増幅
器８の出力は、波形２２の信号を波形２１を参照信号と
して同期検波したものでオシ、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。従って、
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畳し、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。

光スポッ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、従って画像上の縞状ノイズのピッチは変化す
る。

そこで、モニタテレビ１７の画像に重畳する縞状のノイ
ズを除去するために種々の実験を行なった結果、次のよ
うにすれば良いことがわかった。

すなわち、第１図におけるロックイン増幅器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Δｆは、交流発振器４の出力（第２図
（ｄ）の波形２１）の周波数をｆ、、。

パルス発振器１１によるクロック信号（第２図（ａ）の
波形１８）の周期をＴ、とじて、で与えられる。ただし、ここで〔ｆ、、・Ｔ、）は、ｆ
、、・Ｔ、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、Δｔ
＝０であって、これは、上の式において、〔ｆ−・Ｔ、：ｌ＝ｆ、・Ｔ１である場合に成立する。換言すれば、光スポットの走査
に用いるクロック信号の周期Ｔ、が、光スポットの輝度
変調に用いる交流信号の周期（１／ｆ、）の正確に整数
倍であるときに、Δｆ＝０となシ、縞状画像ノイズを除
去することができる。

（９）すなわち、光スポットの走査を、光スポットの輝度変調
と同期させることによって、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）によシ説明する。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及びその出力を分局する分局器
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によっ
て、第４図中）の波形２６のように整形し、これを分周
器（一種のプリセットカウンタ）２５を通すことによっ
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、これをクロック信号
として、第１図で述べた走査光子顕微鏡と同一の方法で
、光スホットの走査を行うことにより、光スポットの走
査を、光スポッ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（１０）ィ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１
１の発振周波数を１ｔ＜Ｈｚ（光スホットを走査する時
間間隔で１ｍａ）、また、変調用の交流発振器４の周波
数を２．０１ｋＨｚとし、光スポッ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ェハに対
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
４０周波数をわずかに（例：　ＩＨｚ　）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、
変流発振器４の発振周波数を２．０ｋＨｚｌるいは２．
０１ｋＨｚとしても、上記の縞はまったく現われず、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ェーハを例に上げて述べてき
たが、半導体ウェーハに限らす光電効果（１１）を有する物質ならば他の試料であってもよい。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ホ
ッ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
相互作用によっ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った。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、本発明に先たっ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図は舘３図の実施例の各構成要
素の出力信号波形図である。（１２１１・・・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・・・ロックイン増
幅器、９・・・アナログ−ディジタル変換器、１０・・
・画像メモリ、１１・・・パルス発振器、１２・・・計
数器、１３・・・ディジタル−アナログ変換器、１４・
・・計数器、１５・・・ディジタル−アナログ変換器、
１６・・・遅延回路。１７・・・モニタテＶビ、１８・・・光スポツト走査用
クロック信号波形、１９・・・光スポツト走査信号波形
、２０・・・アナログ−ディジタル変換器始動信号波形
、２１・・・輝度変調信号波形、２２・・・ロックイン
増幅器入力信号波形、２３・・・ロックイン増幅器出力
信号波形、２４・・・波形整形器、２５・・・分周器、
２６・・・基本クロック信号波形、２７・・・分周され
たクロ（１３）色　３　Ｓ　箋　［Ｆ］５．　．２　−一　＼ノ

Claims

【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ットを発生さ
せる光スポツト発生手段と、上記光スポットを光電効果
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
、上記光スホッ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、上記光スポットの走査
によっ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局器と、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
数器からの桁上多信号を計数する第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ィジタル信号
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ッ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
号をディ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Ｖ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。