JPS62133339A

JPS62133339A - ルミネツセンス測定装置

Info

Publication number: JPS62133339A
Application number: JP27438985A
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: 2009-08-10
Also published as: JPH0660873B2

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
ルの成菌である不純物、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スペクトルおよびその強度を測定
する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冷却クライオスタ
ンド、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３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
。

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１
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第１図は９本発明の一実施例装置構成図であり。

１は真空容器、２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はクラ
イオパネル、９はレーザ光線発生装置、１０はレーザ光
線集光系、１１は光学用窓、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
ンプおよびイオンポンプなどから構成される排気系２を
用いて高真空（例えば５　Ｘ　１０”　’Ｔ。

ｒｒ〜５Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ　）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。−大気中に配置されたレ
ーザ光線発生袋Ｗ９を用いてレーザ光線を発生させ、レ
ーザ光線集光系１０および光学用窓１１を介してレーザ
光線を真空容器１内に導く。集光レーザ光線をミラー１
２を介して対物レンズ５の下を通し、斜入射で電子線が
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９回転槽円面ミラ
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、記憶。

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
。

第２図は、対物レンズ５と試料７との空間が狭く、ルミ
ネッセンス集光系１３を対物レンズ５の上に配置する場
合の他の実施例装置構成図であり。

５は対物レンズ、７は試料、１２はミラー、１３はルミ
ネッセンス集光系である。

第１図とはレーザ光線の光路が異なる。すなわち、集光
レーザ光線をミラー１２を介して対物レンズ５の間を通
し、斜入射で電子線が照射された位置と同一の試料上に
照射する。この時、レーザ光線は対物レンズ５とルミネ
ッセンス集光系１３との隙間、あるいは、ルミネッセン
ス集光系１３上の孔を通して試料に照射される。本構成
における動作および効果は第１図の場合と同じである。

第１図と第２図とはレーザ光線を斜入射で試料に照射す
る装置構成図であるのに対して、第３図はレーザ光線を
垂直入射で試料に照射する装置構成図の要部を示す。５
は対物レンズ、６は移動冷却台、７は試料、１２はミラ
ー、１３はルミネッセンス集光系、１９は試料傾斜機構
である。第３図の構成は、対物レンズ５と試料７との空
間が広い場合に適合する。

これらを動作するには、ミラー１２を電子線通過軸であ
ってルミネッセンス集光系１３の上、あるいは、その下
に置き、電子線とレーザ光線との軸を一致させ、レーザ
光線を垂直入射で試料７に照射する。次ぎに、試料７上
で反射されたレーザ光線の輝点の位置をレーザ光線発生
装置のレーザ光線出射点に一致するように試料傾斜機構
１９を調整する。そのほかの動作は第１図の場合と同じ
である。

本構成図における効果は第１図の場合と同じであるほか
、レーザ光線を垂直入射で試料に照射する構造になって
いるから、試料面のルミネッセンス光学系に対する傾斜
をなくすることができ、試料のＸ軸およびＹ軸方向への
移動に際して試料表面を常にルミネッセンス光学系の焦
点位置に配置することができる。

（５）効果の説明以上説明したように２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１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・正札を発
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
光綿の光量を変えてカソードルミネッセンスを測定する
ことができるという利点がある。

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によって、電子線照射下の
試料の劣化プロセスをリアルタイムで解析できる利点が
ある。

才た。レーザ光線を垂直入射で試料に照射することによ
って、試料のＸ軸およびＹ軸方向への移動に際して試料
表面を常にルミネッセンス光学系の焦点位置に配置する
ことができることから、フォトルミネッセンスおよびカ
ソードルミネッセンスの線分析測定において、試料面の
焦点位置からのずれに伴うルミネッセンス強度の補正が
不要であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は試料と対物レンズとの空間が広い場合でレーザ
光線を斜入射で試料に照射する一実施例装置構成図、第
２図は試料と対物レンズとの空間が狭い場合でレーザ光
線を斜入射で試料に照射する装置構成図の変形、第３図
はレーザ光線を垂直入射で試料に照射する装置構成図の
変形を示す。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・・・レー
ザ光線発生装置、１０・・・レーザ光線集光系、１１・
・・光学用窓、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、１９・・・試料傾斜機
構。濤２回　本、遺構八日の袈形峯３図　役遺構成図４変形

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、真空容器内にレーザ光を導入する窓と、真空容
器内に導入されたレーザ光を試料表面に導くミラーとが
配置されており、さらに該集束電子線と該集光レーザ光
線が照射される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、該集光ルミネッセンスを真
空容器外に導く窓とが高真空容器内部に設けられると共
に、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、レンズとミラーの組み合
わせからなる集光用光学系と、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前記高
真空容器外に設け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、該ミラーが電子線の通過
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。