JPS62133338A

JPS62133338A - ルミネツセンス測定装置

Info

Publication number: JPS62133338A
Application number: JP27438885A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Ikeda; 池田　幸介; Yoshiichi Ishii; 芳一石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1987-06-16
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0641915B2

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】（１）発明の属する分野の説明本発明は、半導体結晶に対して電子線およびレーザ光線
を照射し、その照射によって生ずる光（ルミネッセンス
）のスペクトルおよびその強度を測定し、そのスペクト
ルの成因である不純物、格子欠陥およびその複合体を固
定することによって半導体結晶の品質を解析するルミネ
ッセンス測定装置に関するものである。

（２）従来の技術の説明従来のルミネッセンス測定装置の主なものとして、フォ
トルミネッセンス装置とカソードルミネッセンス装置と
がある。

フォトルミネッセンス装置は極低温状態の試料にレーザ
光線を照射してルミネッセンスを測定するものであり、
これらは、レーザ発生装置、液体Ｈｅ冷却タライオスク
ット９分光器などから構成される装置的には試料を真空
内に設置する必要がないことから、上記構成部品の組み
合わせによって容易に組み立てることができる。

これに対して、カソードルミネッセンス装置は真空内に
試料を設置し、試料に電子線を照射してルミネッセンス
を測定するものであり、電子銃。

真空容器１分光器などから構成される装置的には真空内
に試料を設置すること、真空容器内で発生したルミネッ
センスを大気中に導出しなければならないことなどから
カソードルミネッセンス装置の組み立ては比較的困難で
ある。

カソードルミネッセンス装置は、電子ビームの収束が容
易なことからミクロ領域の測定が可能であり、かつ、電
子ビームの二次元スキャンによるカソードルミネッセン
ス像の測定が容易であるという特徴を有しているが、フ
ォトルミネッセンス装置の利用に比べてカソードルミネ
ッセンス装置の利用は装置的な制約のため非常に少ない
。また。

カソードルミネッセンス測定での試料温度は室温あるい
は液体窒素冷却が主である。

このような状況から、カソードルミネッセンス測定とフ
ォトルミネッセンス測定とを同一の装置で実現するため
には、レーザ発生装置、液体Ｈｅ冷却クライオスタンド
、電子銃、真空容器、ルミネッセンスを大気中に導出す
る光学系、および。

分光器などが必要であるが、従来のルミネッセンス装置
には上記構成部品を同時に具備した装置はない。

カソードルミネッセンス測定とフォトルミネッセンス測
定とから得られる半導体結晶品質の情報はかならずしも
一致せず、むしろカソードルミネッセンス測定のデータ
とフォトルミネッセンス測定のデータとは半導体結晶評
価において相補的な関係にある場合もある。このために
試料の同じ位置におけるカソードルミネッセンス測定と
フォトルミネッセンス測定とが要求されることがあり。

この場合、従来の装置では、カソードルミネッセンス測
定およびフォトルミネッセンス測定毎に試料を設置しな
おさなければならず、かつ試料の同じ位置の判別が煩雑
であるという欠点がある。また、電子線照射によって試
料が劣化する場合、従来の装置では、電子線照射下の試
料の劣化プロセスをフォトルミネッセンス測定でリアル
タイムに解析できないという欠点がある。

（３）発明の目的本発明はカソードルミネッセンス装置とフォトルミネッ
センス装置とを同一の装置で実現することを特徴とし、
その目的は同一試料の同一位置においてそれぞれのルミ
ネッセンスを独立に、あるいは、同時に測定することに
ある。

（４）発明の構成および作用の説明図は１本発明の一実施例装置構成図であり、１は真空容
器５２は排気系（ターボポンプ、イオンポンプなど）、
３は電子銃、４は電子線光学系。

５は対物レンズ、６は移動冷却台、７は試料、８はタラ
イオパネル、９は半導体レーザ、１０はレーザ素子冷却
装置、１）はレーザ光線集光系、１２はミラー、１３は
ルミネッセンス集光系、１４は光学用窓、１５は集光用
光学系、１６は分光器。

１７は検出器、１８はルミネッセンス信号処理系である
。

これらを動作するにあたって、真空容器１内をターボポ
ンプイオンポンプなどから構成される装気系２を用いて
高真空（５Ｘ　１Ｏ−９Ｔｏｒｒ〜５　Ｘ　１０−”Ｔ
ｏｒｒ　）にする。真空容器１内をより高真空にするた
めに、真空容器および内部はベーキング可能な構造とす
る。電子銃３から発射される電子線を電子線光学系４お
よび対物レンズ５によって集束して、試料移動ステージ
と冷却器と冷却器からの熱伝導で極低温に冷却される試
料台とから構成される移動冷却台６に置かれた試料７に
照射する。

このとき、試料周辺の真空度の向上、さらには。

試料温度の低温化をはかるため試料７の周辺にクライオ
パネル８を設置する。

真空中に配置された半導体レーザ９を用いてレーザ光線
を発生させ、レーザ素子冷却装置１０による半導体レー
ザの動作温度の制御と半導体レーザの注入電流の制御と
によって半導体レーザの発振波長を特定の波長に設定し
、レーザ光線集光系１）でレーザ光線を集光し、これを
ミラー１２を介して対物レンズ５の下を通し、電子線が
照射された位置と同一の試料７上に照射する。

電子線およびレーザ光線が照射された試料７から発生す
るルミネッセンスを対物レンズ５と試料７との空間に配
置されたルミネッセンス集光系１３および光学用窓１４
を介して大気中に導出する。

ここで、ルミネッセンス集光系１３は１回転楕円面ミラ
ーあるいは球面ミラーと平面ミラーとの組合わせから構
成され、電子線およびレーザ光線が通過しうる微細な孔
を有している。

ルミネッセンスを集光用光学系１５を介して分光器１６
に入射し、特定波長のルミネッセンスを検出器１７で検
出し、ルミネッセンス信号処理系１８を用いて、ルミネ
ッセンス強度の測定、およびデータ出力を行う。

このような構造になっているから、電子線照射で生ずる
カソードルミネッセンスとレーザ光線照射で生ずるフォ
トルミネッセンスとをそれぞれ独立に同一試料の同一位
置において測定することができる。また、カソードルミ
ネッセンスの測定に際してレーザ光を同時に照射し、レ
ーザ光の光量を変えてカソードルミネッセンスを測定す
ることができる。さらに、フォトルミネッセンスの測定
に際して電子線を同時に照射し、電子の加速エネルギー
を変えてフォトルミネッセンスを測定することができる
。

（５）効果の説明以上説明したように１本発明によれば、カソードルミネ
ッセンス装置とフォトルミネッセンス装置とを同一の装
置で実現するものであるから、電子線照射で生ずるカソ
ードルミネッセンスとレーザ光線照射で生ずるフォトル
ミネッセンスとをそれぞれ独立に同一試料の同一位置に
おいて測定することができる。またカソードルミネッセ
ンスの測定に際してレーザ光を同時に照射することによ
って、試料である半導体結晶中に過剰の電子・正孔を発
生させ、特に、半絶縁性結晶試料のカソードルミネッセ
ンス強度を増すことができるという利点があり、レーザ
光線の光量およびレーザ光線の発振波長を変えてカソー
ドルミネッセンスを測定することができるという利点が
ある。さらに。

レーザ光線の発振波長を変えてフォトルミネッセンス測
定ができるとともに、フォトルミネッセンスの測定に際
して電子線を同時に照射し、電子の加速エネルギーを変
えてフォトルミネッセンスを測定することによって、電
子線照射下の試料の劣化プロレスをリアルタイムが解析
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例装置構成図を示す。１・・・真空容器、２・・・排気系、３・・・電子銃、
４・・・電子線光学系、５・・・対物レンズ、６・・・
移動冷却台。７・・・試料、８・・・クライオパネル、９・・・半導
体レーザ、１０・・・レーザ素子冷却装置、１）・・・
レーザ光線集光系、１２・・・ミラー、１３・・・ルミ
ネッセンス集光系、１４・・・光学用窓、１５・・・集
光用光学系。１６・・・分光器、１７−・・検出器、１８・・・ルミ
ネッセンス信号処理系。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料をＸＹＺの３軸方向に駆動する試料移動ステ
ージと、冷却器と、該冷却器からの熱伝導で極低温に冷
却される試料台と、該試料台上の試料表面に集束電子線
を照射するＺ軸方向に置かれた電子銃と、該電子銃から
発射された電子線を集束する電子線光学系および対物レ
ンズと、電子線が照射されるのと同じ位置に集光レーザ
光線を照射するレーザ発生装置と、レンズとミラーとの
組み合わせからなる集光用光学系と、前記レーザ光を試
料表面に導くミラーと、前記集束電子線と前記集光レー
ザ光線とが照射される個所から発生するルミネッセンス
を集光するルミネッセンス集光系とが高真空容器内部に
配置されると共に、当該集光ルミネッセンスを真空容器
外に導く窓と、該窓に接して前記高真空容器の外側に設
けられた所の前記ルミネッセンスをスペクトルに分解す
る分光器と、該スペクトルの強度を測定する検出器と、
ルミネッセンス信号処理装置とをそなえたことを特徴と
するルミネッセンス測定装置。
（２）上記のレーザ光を試料表面に導くミラーは、電子
線を透過しうる微細な孔を有し、かつ該ミラーを電子線
の通過軸上に置くことによって電子線の軸とレーザ光線
の軸が一致するように配置したことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のルミネッセンス測定装置。
（３）上記レーザ発生装置が半導体レーザであることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のルミネッセ
ンス測定装置。