JPS6244652A - Crystal defect analyzing device - Google Patents

Crystal defect analyzing device

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Publication number
JPS6244652A
JPS6244652A JP18475085A JP18475085A JPS6244652A JP S6244652 A JPS6244652 A JP S6244652A JP 18475085 A JP18475085 A JP 18475085A JP 18475085 A JP18475085 A JP 18475085A JP S6244652 A JPS6244652 A JP S6244652A
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JP
Japan
Prior art keywords
crystal defect
sample
thermal radiation
radiation
defect analysis
Prior art date
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Pending
Application number
JP18475085A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Mikoshiba
御子柴 宣夫
Kazuo Tsubouchi
和夫 坪内
Hiromichi Nakamura
弘通 中村
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Original Assignee
Individual
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PURPOSE:To analyze a crystal defect present in a sample by providing a radiation excitation source for exciting the sample and detecting heat radiation from the sample which is excited with radiation. CONSTITUTION:The excitation source 1 uses, for example, an electromagnetic wave beam such as a microwave, light, and X rays or radiation like an electron beam or particle beam, or their combination. The radiation from the excitation source 1 is made into a beam by using a chopper 2 and a lens 3 for an exciting beam to illuminate the surface of the sample 4. The sample 4 is fixed on a moving stage 5 so as to specify a position where a crystal defect distribution is measured, analyzed, and evaluated. The heat radiation from the sample 4 is passed through an optical lens 6 for heat radiation convergence and an optical filter 7 and detected by a heat radiation electric converting device 8. An electric signal obtained from the device 8 is processed to take the analysis which eliminates contacting and destruction, reduces the size, and provides fast response, high sensitivity, vibration resistance, determination, and operativity.

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、固体材料の結晶欠陥分析装置に関する。[Detailed description of the invention] A. Industrial application field The present invention relates to an apparatus for analyzing crystal defects in solid materials.

B0発明の概要 分析評価しようとする試料を放射線を用いて励起し1発
生する熱放射を分析することによって結晶欠陥が分析さ
れる。前記放射線は電磁波であることも電子線であるこ
とも粒子線であることもできる。
B0 Overview of the Invention Crystal defects are analyzed by exciting a sample to be evaluated using radiation and analyzing the generated thermal radiation. The radiation can be an electromagnetic wave, an electron beam, or a particle beam.

本発明による結晶欠陥分析装置は、基本的に。The crystal defect analyzer according to the present invention basically has the following features.

試料を励起するための励起源1分析評価しようとする試
料、試料から離して設けられた熱放射検出装置で構成さ
れる。熱放射検出装置は、熱放射集光装置、熱放射分光
装置、熱放射電気変換装置を含む。本発明の特徴は、分
析評価しようとする試料から離して設けられた熱放射検
出装置を備えている点であり、従来技術のように気体を
介する必要はなく、また音響電気変換固体装置を試料に
密着させる必要もない。
It consists of an excitation source for exciting a sample, a sample to be analyzed and evaluated, and a thermal radiation detection device installed away from the sample. The thermal radiation detection device includes a thermal radiation concentrator, a thermal radiation spectrometer, and a thermal radiation electrical conversion device. A feature of the present invention is that it is equipped with a thermal radiation detection device that is installed separately from the sample to be analyzed and evaluated, and there is no need to use gas as required in the prior art. There is no need to place it in close contact with the

C0従来の技術 この種の分析装置の一例として、1880年に、アレク
サンダーグラハムベルにより光音響効果が発見されてい
たが、その応用は近年急に見直され、光音響分光器とし
て知られている。従来、次のような原理にしたがって5
分析装置が製作されている。
C0 Prior Art As an example of this type of analytical device, the photoacoustic effect was discovered by Alexander Graham Bell in 1880, but its application has been suddenly reconsidered in recent years, and it is now known as a photoacoustic spectrometer. Traditionally, 5
An analytical device is being manufactured.

物質に光を当てると、物質はその光を吸収して励起され
る。励起エネルギは、i)光化学反応、…)発光、m)
非発光緩和1等を経て、基底準位に戻る。このとき■)
非発光緩和過程を経由すれば、エネルギの逃げ場がない
ため、物質内に熱変動が生じる。このとき、光が変調さ
れていると、この熱変動は、変調周波数に依存する周期
変動を示し。
When light shines on a substance, the substance absorbs the light and becomes excited. The excitation energy is i) photochemical reaction,...) luminescence, m)
It returns to the ground level through non-luminous relaxation 1st class. At this time ■)
If it goes through a non-radiative relaxation process, there is no place for energy to escape, so thermal fluctuations occur within the substance. At this time, when the light is modulated, this thermal fluctuation exhibits a periodic fluctuation that depends on the modulation frequency.

試料室内に密閉された気体に周期的な圧力変動が起り、
気体中に音波が生じ、また試料に歪・弾性波が生じる。
Periodic pressure fluctuations occur in the gas sealed in the sample chamber,
Sound waves are generated in the gas, and strain and elastic waves are generated in the sample.

この音波をマイクロフォンで検出し、もしくは試料に生
じた歪・弾性波を音響電気変換固体装置で検出して、試
料の結晶欠陥を分析評価するものである。
These sound waves are detected with a microphone, or the strain/elastic waves generated in the sample are detected with an acousto-electric transducer solid state device to analyze and evaluate crystal defects in the sample.

D0発明が解決しようとする問題点 前記従来技術の一つであるマイクロフォンを用今いた光
音響分光器は以下の欠点を持っている。
D0 Problems to be Solved by the Invention The photoacoustic spectrometer using a microphone, which is one of the prior art techniques, has the following drawbacks.

1)マイクロフォンを使用するために、検出周波数が1
0七〜2kHz程度の低い周波数の音波に限られる。こ
れは、固体中の励起状態からの緩和時間を測定するため
には不十分である。
1) In order to use the microphone, the detection frequency is 1
It is limited to low frequency sound waves of about 0.7 to 2kHz. This is insufficient for measuring relaxation times from excited states in solids.

2)マイクロフォンを使用するため、振動を極力)  
       避、すう7、要があ0、さら、。試料を
密閉、た試ゎ室中にセットしなければならない、したが
って操作上大きな難点がある。
2) Since a microphone is used, vibration should be minimized)
Avoid, sou 7, need 0, further. The sample must be placed in a sealed test chamber, which poses major operational difficulties.

3)マイクロフォンを使用するために、真空中では使用
できず、したがって励起源として電子線または粒子線を
用いることができない。
3) Because it uses a microphone, it cannot be used in a vacuum and therefore cannot use electron beams or particle beams as an excitation source.

また、前記従来技術の一つである音響電気変換固体装置
を用いた光音響分光器は、以下の欠点を持っている。
Furthermore, the photoacoustic spectrometer using an acoustoelectric conversion solid-state device, which is one of the prior art techniques, has the following drawbacks.

1)音響電気変換固体装置を使用するため、振動を極力
避ける必要があり、操作上大きな難点がある。
1) Since an acoustoelectric transducer solid-state device is used, it is necessary to avoid vibration as much as possible, which poses a major operational difficulty.

2)試料と音響電気変換固体装置を密着させる必要があ
り、その際試料を破壊する恐れがある。
2) It is necessary to bring the sample and the acoustoelectric transducer solid-state device into close contact, and there is a risk of destroying the sample.

3)信号が試料の形状および弾性的特性等にも依存し、
定量測定上大きな難点がある。
3) The signal also depends on the shape and elastic properties of the sample,
There are major difficulties in quantitative measurement.

本発明の目的は、分析評価しようとする試料から離して
設けられた励起源および熱放射検出装置を備えることに
より、上述の従来技術の欠点を除去し、非接蔽非破壊性
、高速応答、高感度、小型、耐振性、定量性、操作性に
優れた結晶欠陥分析装置を提供することである。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art by providing an excitation source and a thermal radiation detection device that are located apart from the sample to be analyzed, and to achieve non-contact, non-destructive, fast response, It is an object of the present invention to provide a crystal defect analyzer having high sensitivity, small size, vibration resistance, quantitative performance, and excellent operability.

D0問題点を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明による結晶欠陥分析
装置は、分析評価しようとする試料を励起するための放
射線を発生する励起源と、前記試料から離して設けられ
、前記放射線によって励起される試料から放射される熱
放射を検出するための熱放射検出装置を具備することを
要旨とする。
Means for Solving the D0 Problem In order to achieve the above object, the crystal defect analyzer according to the present invention includes an excitation source that generates radiation for exciting a sample to be analyzed and an excitation source that is separated from the sample. The object of the present invention is to include a thermal radiation detection device for detecting thermal radiation emitted from a sample which is provided and excited by the radiation.

前記放射線は電磁波であることも電子線であることも粒
子線であることもできるし、試料が半導体であるときに
はp−n接合から電子または正孔を注入して励起状態を
作ってもよい。
The radiation can be an electromagnetic wave, an electron beam, or a particle beam, and when the sample is a semiconductor, an excited state may be created by injecting electrons or holes from a pn junction.

本発明の有利な実施の態様においては、前記放射線は強
度変調されたビーム状に形成され、その中から予め定め
られたエネルギを有する成分のみが取り出して用いられ
る。そのビームを偏向することによって、試料面が走査
され、発生する熱放射が単素子熱放射検出器を1次元も
しくは2次元に並べた多配列素子型熱放射電気変換装置
を用いて分析される。
In an advantageous embodiment of the invention, the radiation is formed into an intensity-modulated beam, from which only a component having a predetermined energy is extracted and used. By deflecting the beam, the sample surface is scanned, and the generated thermal radiation is analyzed using a multi-element thermal radiation-electrical converter in which single-element thermal radiation detectors are arranged in one or two dimensions.

20作用 分析評価しようとする試料に結晶欠陥があると、ること
によって、その試料の中に存在する結晶欠陥を分析する
ことができる。
20 Effect Analysis If a sample to be evaluated has crystal defects, it is possible to analyze the crystal defects present in the sample.

G、実施例 第1図は、本発明の基本的な装置構成の一実施例を示す
、第1図(a)は分析評価しようとする試料を垂直に保
持したときの実施例、第1図(b)は分析評価しようと
する試料を水平に保持したときの実施例である。
G. Example FIG. 1 shows an example of the basic device configuration of the present invention. FIG. 1(a) shows an example when the sample to be analyzed and evaluated is held vertically. (b) is an example in which a sample to be analyzed and evaluated is held horizontally.

図中、1は励起源、2はチョッパ、3は励起ビーム用レ
ンズ、4は分析評価しようとする試料、5は移動ステー
ジ、6は熱放射集光用光学レンズ、7は熱放射選択用光
学フィルタである。
In the figure, 1 is an excitation source, 2 is a chopper, 3 is an excitation beam lens, 4 is a sample to be analyzed and evaluated, 5 is a moving stage, 6 is an optical lens for concentrating thermal radiation, and 7 is an optical lens for thermal radiation selection. It's a filter.

励起源1としては、例えばマイクロ波、光、X線等の電
磁波ビームまたは電子ビームまたは粒子ビームのような
あらゆる放射線、あるいはそれらの組合せを用いること
ができる。励起81はそれが放射する放射線から特定の
エネルンを持つ成分を選択する装置を含んでもよい、そ
の特定のエネルギを持つ成分を選択する装置には、光学
的、電気的、磁気的な手段等の如何なる手段を用いても
よく、励起ビームのエネルギが可変であればよい。
As excitation source 1 any radiation can be used, for example microwaves, light, electromagnetic beams such as X-rays or electron beams or particle beams, or combinations thereof. The excitation 81 may include a device for selecting a component with a particular energy from the radiation it emits, including optical, electrical, magnetic means, etc. Any means may be used as long as the energy of the excitation beam is variable.

光ビームによる励起源1としては、Wランプ、ハロゲン
ランプ、Xsランプ、Xs −Hgランプ、Hgランプ
、D2ランプ、エキシマ(ArF、 KrF、 XeC
1゜XaF等)レーザ、色素レーザ、窒素レーザ、Ar
イオンレーザ、Krイオンレーザ、 He −Cdレー
ザ、He −Neレーザ、ルビーレーザ、半導体レーザ
The excitation source 1 using a light beam includes a W lamp, a halogen lamp, an Xs lamp, an Xs-Hg lamp, an Hg lamp, a D2 lamp, and an excimer (ArF, KrF, XeC).
1゜XaF etc.) laser, dye laser, nitrogen laser, Ar
Ion laser, Kr ion laser, He-Cd laser, He-Ne laser, ruby laser, semiconductor laser.

YAGレーザ、 Nbニガラスレーザ、CO,レーザ、
シンクロトロン放射等が用いられる。これらのうちで、
小さなスポットに絞りやすく、かつエネルギが連続的に
可変で、十分な出力が得られる励起源としては色素レー
ザ、小型の装置を実現するためには半導体レーザが望ま
しい。
YAG laser, Nb Niglass laser, CO, laser,
Synchrotron radiation etc. are used. Of these,
A dye laser is preferred as an excitation source that is easy to narrow down to a small spot, has a continuously variable energy, and provides sufficient output, while a semiconductor laser is preferred for realizing a compact device.

第1図に示す実施例は、励起源1から放射される放射線
をチョッパ2によって断続させるものである。チョップ
する時間的間隔に対応するように。
In the embodiment shown in FIG. 1, radiation emitted from an excitation source 1 is interrupted by a chopper 2. In the embodiment shown in FIG. To correspond to the time interval to chop.

電気出力端子9から信号を取り出した。チョップするこ
とにより、感度増大、雑音の減少、さらに結晶欠陥にお
ける信号の時間応答性を調べることができる。
A signal was taken out from the electrical output terminal 9. By chopping, it is possible to increase sensitivity, reduce noise, and examine the time response of the signal at crystal defects.

チョッパ2は、励起ビーム用レンズ3の前後のどちら側
に挿入してもよい。
The chopper 2 may be inserted into either the front or the rear of the excitation beam lens 3.

チョップする手段は光学的、電気的、機械的等のいずれ
の手段であってもよい。従来技術のマイクロフォンまた
は音響電気変換固体装置を用いた結晶欠陥分析装置では
、機械的チョッパの使用が極力避けられていたが、本発
明の装置は振動に強く、機械的チョッパを用いても感度
よく信号を検出できた。また、チョッパは必ずしも励起
源を完全にオン−オフする必要はなく、強度変調できる
だけでもよい。
The chopping means may be optical, electrical, mechanical, or the like. In crystal defect analyzers using conventional microphones or acoustoelectric transducer solid-state devices, the use of mechanical choppers was avoided as much as possible, but the device of the present invention is resistant to vibration and has good sensitivity even when using mechanical choppers. A signal was detected. Furthermore, the chopper does not necessarily need to completely turn on and off the excitation source, but only needs to be able to modulate the intensity.

第1図に示す実施例は、励起源1から放射される放射線
を光学的レンズまたは電気(静電、静磁)的レンズであ
る励起ビーム用レンズ3を使ってビーム状にし、試料表
面に絞って照射したものである。光学的レンズの代りに
、光学釣鐘を用いてもよい、このようにビーム状にする
ことによって、空間分解能および感度のよい結晶欠陥分
析装置を得ることができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, radiation emitted from an excitation source 1 is converted into a beam using an excitation beam lens 3, which is an optical lens or an electric (electrostatic, magnetostatic) lens, and focused onto the sample surface. It was irradiated with An optical bell may be used instead of an optical lens.By forming the beam in this way, a crystal defect analyzer with good spatial resolution and sensitivity can be obtained.

分析評価しようとする試料は、結晶欠陥分布測定および
分析評価する位置の指定をするため、移動ステージに固
定された。試料の固定は、第1図(a)および(b)に
示すように、垂直または水平または斜めの何れの方向で
あってもよい。
The sample to be analyzed and evaluated was fixed on a moving stage in order to measure crystal defect distribution and specify the position for analysis and evaluation. The sample may be fixed in any direction, vertically, horizontally, or diagonally, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b).

熱放射集光装置は試料からの熱放射を効率よく集光する
ためのもので、第1図で示す実施例では、熱放射集光用
光学レンズ6を用いた。この光学レンズの材料としては
、例えばガラス、結晶石英、熔融石英、SL、 Ge、
 BaF、、 MgF、、 ZnS、 Zn5a。
The thermal radiation concentrator is for efficiently condensing thermal radiation from a sample, and in the embodiment shown in FIG. 1, an optical lens 6 for concentrating thermal radiation is used. Examples of materials for this optical lens include glass, crystalline quartz, fused silica, SL, Ge,
BaF, MgF, ZnS, Zn5a.

CdTe、サファイア、 LiF、ダイヤモンド、 N
aC1tCdS、 GaA、s、 AgC1,KCI、
 、KBr、 AgBr、 KH2−5,CsBr。
CdTe, sapphire, LiF, diamond, N
aC1tCdS, GaA,s, AgC1,KCI,
, KBr, AgBr, KH2-5, CsBr.

Cs工等を用いることができ、検出する熱放射の波長範
囲によって選択される。室温付近の物質からの熱放射を
集光するために、第1図に示す実施例では、無反射コー
ティングを施されたGeレンズを用いた。
A Cs technique or the like can be used, and is selected depending on the wavelength range of the thermal radiation to be detected. In order to focus thermal radiation from materials near room temperature, the embodiment shown in FIG. 1 uses a Ge lens with an anti-reflection coating.

熱放射分光装置は、分析評価に必要な波長範囲の熱放射
を選択する装置である。特定波長の熱放射を検出するこ
とにより、結晶欠陥だけでなく、例えば半導体中の自由
担体濃度、不純物濃度等も評価することができる。また
、熱放射分光装置は。
A thermal radiation spectrometer is a device that selects thermal radiation in a wavelength range necessary for analysis and evaluation. By detecting thermal radiation of a specific wavelength, it is possible to evaluate not only crystal defects but also, for example, free carrier concentration, impurity concentration, etc. in a semiconductor. Also, thermal emission spectroscopy equipment.

励起ビームを遮断するためにも必要である。熱放射分光
装置は5色ガラスフィルタ、干渉フィルタ、反射フィル
タ等の光学フィルタ、プリズム分光器、回折格子分光器
、フーリエ変換型干渉分光器等で構成される。第1図に
示す実施例では、熱放射選択用光学フィルタを用いた。
It is also necessary to block the excitation beam. The thermal radiation spectrometer is composed of optical filters such as a five-color glass filter, an interference filter, and a reflection filter, a prism spectrometer, a diffraction grating spectrometer, a Fourier transform interference spectrometer, and the like. In the embodiment shown in FIG. 1, an optical filter for selecting thermal radiation was used.

熱放射電気変換装置8は、熱放射エネルギを電気信号に
変換するためのもので、サーミスタ、ボロメータ、サー
モパイル、ゴーレイセル、焦電素子、半導体素子(光導
電型、光起電力型、5hottoky型等)、光電子倍
増管等であり、検出しようとする熱放射の波長範囲によ
って選択される。
The thermal radiation electrical conversion device 8 is for converting thermal radiation energy into an electrical signal, and includes a thermistor, bolometer, thermopile, Golay cell, pyroelectric element, semiconductor element (photoconductive type, photovoltaic type, 5hottoky type, etc.). , photomultiplier tube, etc., and are selected depending on the wavelength range of the thermal radiation to be detected.

これらのうち、室温近傍における熱放射に対する熱放射
電気変換装置としては、半導体素子、焦電素子が望まし
い。半導体素子は、焦電素子より感度および応答速度の
点で優れているが、液体N2j液体He等で冷却する必
要がある。半導体素子の材料として1例えば、PbS、
 Pb5a、 InSb。
Among these, semiconductor elements and pyroelectric elements are preferable as thermal radiation electrical conversion devices for thermal radiation near room temperature. Semiconductor elements are superior to pyroelectric elements in terms of sensitivity and response speed, but need to be cooled with liquid N2j, liquid He, or the like. As materials for semiconductor devices, for example, PbS,
Pb5a, InSb.

Hg−Cd Te、 Pb1−X5nXTs、不純物を
添加したGex  x およびSi等を用いることができる。焦電素子の材料と
しては、例えば、LiTa0.、 LiNb0.、 P
bTi0.。
Hg-Cd Te, Pb1-X5nXTs, Gex x and Si added with impurities, etc. can be used. Examples of materials for the pyroelectric element include LiTa0. , LiNb0. , P
bTi0. .

P、ZT、 TGS、 PVF、等を用いることができ
る。
P, ZT, TGS, PVF, etc. can be used.

前記熱放射電気変換装置は、単一素子であるが、後に実
施例を示すように、単一素子を1次元または2次元に並
べた多配列素子と固体電子走査素子を組み合わせた装置
や、焦電型ビジコン等を使用すれば、熱放射分光スペク
トルまたは熱放射像を高速度で得る装置を構成すること
ができる。
The thermal radiation electrical conversion device is a single element, but as shown in the examples later, it may be a device that combines a multi-array element in which single elements are arranged in one or two dimensions and a solid-state electronic scanning element, or a device that combines a solid-state electronic scanning element. If an electronic vidicon or the like is used, it is possible to construct a device that can obtain thermal radiation spectra or thermal radiation images at high speed.

第2図から第5図までは、第1図に示した実施不 例以外の、熱放射集光装置の部分の実施例を−す。 − 第2図は収差の影響を小さくするために、2個、)  
    の光学レンズ6を組み合せた実施例、第3図は
曲面鏡10を用いた実施例、第4図は2種類の鏡を組み
合わせたカセグレン型反射対物鏡11を用いた実施例、
第5図は光ファイバー2を用いた実施例である。第3図
で、曲面鏡10の軸が入射光軸および出射光軸となす角
度はあまり大きくないほうが望ましく、10@乃至15
@以内が適当である。鏡の表面蒸着物の材料としては、
例えば、 Al。
2 to 5 show embodiments of the thermal radiation condensing device other than the embodiment shown in FIG. 1. - In Figure 2, two pieces are used to reduce the influence of aberrations.)
3 shows an example in which a curved mirror 10 is used, and FIG. 4 shows an example in which a Cassegrain-type reflective objective mirror 11 is used in combination with two types of mirrors.
FIG. 5 shows an embodiment using an optical fiber 2. In FIG. 3, it is preferable that the angle between the axis of the curved mirror 10 and the input optical axis and the output optical axis is not too large, and is in the range of 10@ to 15
A value within @ is appropriate. The materials for the mirror surface deposits are:
For example, Al.

Ag、 Au、 Cu、 Rh等を用いることができ、
保護膜のコーティングを施してもよい。
Ag, Au, Cu, Rh, etc. can be used,
A protective film coating may be applied.

レンズを用いると集光装置の構成は簡単になるが、レン
ズの色収差が特に問題になる場合には色消しレンズ(ダ
ブレット、トリプレット等)のためのレンズ構成が複雑
になるため、鏡を用いて集光装置を構成したほうが望ま
しい。
Using a lens simplifies the configuration of the condensing device, but if the chromatic aberration of the lens is a particular problem, the lens configuration for an achromatic lens (doublet, triplet, etc.) becomes complicated, so using a mirror is recommended. It is preferable to configure a light condensing device.

第5図に示す実施例におけるように、光ファイバ12を
用いて、試料と熱放射電気変換装置8が離れた遠隔測定
装置を構成できた。第5図の光ファイバ12の材質とし
ては、例えば1石英、重金属酸化物ガラス(Gem、ガ
ラス等)、カルコゲンガラス(AsGaSeTeガラス
、 Gasガラス等)、ハロゲン化物ガラス、ハライド
結晶等を用いることができ、検出する熱放射波長範囲に
よって選択される。
As in the embodiment shown in FIG. 5, the optical fiber 12 was used to construct a remote measuring device in which the sample and the thermal radiation-electric conversion device 8 were separated. As the material of the optical fiber 12 in FIG. 5, for example, quartz, heavy metal oxide glass (Gem glass, etc.), chalcogen glass (AsGaSeTe glass, Gas glass, etc.), halide glass, halide crystal, etc. can be used. , is selected depending on the thermal radiation wavelength range to be detected.

また、第1図から第5図までに示された熱放射集光装置
は組み合わせて使用されることができる。
Also, the thermal radiation concentrators shown in FIGS. 1 to 5 can be used in combination.

第6図から第8図までは、第1図から第5図までに示さ
れた実施例以外の、熱放射分光装置の部分の実施例を示
す。
6 to 8 show embodiments of parts of the thermal emission spectrometer other than the embodiments shown in FIGS. 1 to 5.

第6図は、熱放射をカセグレン型反射対物鏡11と平面
鏡13で分光器14に導いて分光し、し 単一素子の熱放射電気変換装置8で検出≠た実施例であ
る。分光器には1例えばプリズム型分光器、回折格子型
分光器等を用いることができる。
FIG. 6 shows an embodiment in which thermal radiation is guided to a spectrometer 14 using a Cassegrain-type reflective objective mirror 11 and a plane mirror 13, separated into spectra, and detected by a single-element thermal radiation-electrical converter 8. For example, a prism type spectrometer, a diffraction grating type spectrometer, etc. can be used as the spectrometer.

第7図は、第6図に示す実施例の単一素子の代りに、単
一素子を1次元に並べた多配列素子型熱放射電気変換装
置15および固体電子走査素子16と、それらの駆動装
置17を用与いて、試料からの熱放射分光スペクトルを
より高速で測定した実施例である。図中の多配列素子型
熱放射電気変換装置15として、光導電型HgCdTe
赤外線検出素子を1次元に200  素子並べ多配列素
子を用いた。そのほかに、例えばInSb、 Ge、 
Si、 PbS。
FIG. 7 shows a multi-array element thermal radiation electric converter 15 and a solid-state electronic scanning element 16 in which single elements are arranged one-dimensionally instead of the single element in the embodiment shown in FIG. 6, and their driving. This is an example in which a thermal emission spectrum from a sample was measured at a higher speed using the apparatus 17. The multi-array element heat radiation electric converter 15 in the figure is made of photoconductive HgCdTe.
A multi-array element in which 200 infrared detection elements were arranged in one dimension was used. In addition, for example, InSb, Ge,
Si, PbS.

Pb5a等の多配列素子を用いることもできる。Multi-array elements such as Pb5a can also be used.

第8図は、熱放射分光装置としてフーリエ変換型分光器
18(日本電子社製、JIR−100)を用いた実施例
である。本実施例の装置で、波数範囲400〜4000
 as−’での励起ビーム照射部の熱放射分光スペクト
ルを高速で測定できた。図中、19はフーリエ変換型分
光器用コンピュータ、20はCRT、21 はプロッタ
、22はディスクドライブ。
FIG. 8 shows an example in which a Fourier transform spectrometer 18 (manufactured by JEOL Ltd., JIR-100) is used as a thermal radiation spectrometer. With the device of this example, the wave number range is 400 to 4000.
Thermal emission spectra of the excitation beam irradiation part at as-' could be measured at high speed. In the figure, 19 is a Fourier transform spectrometer computer, 20 is a CRT, 21 is a plotter, and 22 is a disk drive.

23は移動ステージ制御装置である。23 is a moving stage control device.

第9図から第11図までは、第1図で示した実施例以外
の、励起源の実施例を示す。
9 to 11 show embodiments of excitation sources other than the embodiment shown in FIG. 1.

第9図は、試料を挟んで熱放射検出装置と対向する位置
に励起源を設けた実施例、第10図は、熱放射に対して
は透明で、励起ビームに対しては高反射率を示す2色性
光学フィルタ24を用いて、熱放射光の光軸を一致させ
た実施例である。
Figure 9 shows an example in which the excitation source is placed opposite the thermal radiation detection device across the sample, and Figure 10 shows an example in which the excitation source is transparent to thermal radiation and has a high reflectance to the excitation beam. This is an example in which the optical axes of thermal radiation light are aligned using the dichroic optical filter 24 shown in FIG.

第11図は励起源に半導体レーザ25を用いた実施例で
あるa GaAs結晶を分析評価しようとする試料4と
した場合の励起源用に、約895 nmの波長で発振す
るGaAlAs/ GaAs系半導体レーザを用いた。
Figure 11 shows an example in which a semiconductor laser 25 is used as the excitation source. A laser was used.

また、  InGaAsP/ InP系、InAsP系
Also, InGaAsP/InP system, InAsP system.

InGaP/InP系、InGaP1GaAs系、AI
GaAsPl GaAs系、AlGaInAs/ In
P系等の半導体レーザを励起源に用いて、GaAs試料
だけではなく、SiおよびInP等の試料も分析評価で
きた。図中、24は、熱放射に対しては透過、励起光に
対しては高反射率を示す2色性フィルタ、26は半導体
レーザ用駆動装置、27はロックイン増幅器、28はボ
ックスカー積分器、29は前置増幅器である。
InGaP/InP system, InGaP1GaAs system, AI
GaAsPl GaAs-based, AlGaInAs/In
Using a P-based semiconductor laser as an excitation source, it was possible to analyze and evaluate not only GaAs samples but also Si and InP samples. In the figure, 24 is a dichroic filter that transmits thermal radiation and has a high reflectance for excitation light, 26 is a semiconductor laser driver, 27 is a lock-in amplifier, and 28 is a boxcar integrator. , 29 is a preamplifier.

第11図に示すように、半導体レーザを励起源に用いる
ことによって、結晶欠陥分析装置の小型化を実現でき、
また励起光の変調は半導体レーザ駆動装置を直接変調す
ることによって実現でき、チョッパは必要なくなる。
As shown in FIG. 11, by using a semiconductor laser as an excitation source, it is possible to downsize the crystal defect analyzer.
Furthermore, modulation of the excitation light can be achieved by directly modulating the semiconductor laser driving device, eliminating the need for a chopper.

第12図および第13図は、第1図で示した実施例以外
の、結晶欠陥の空間分布測定装置の実施例を示す。
FIGS. 12 and 13 show an embodiment of a crystal defect spatial distribution measuring device other than the embodiment shown in FIG. 1.

上に熱放射像が得られる。励起ビームの偏向は、機械的
、光学的、電気的、磁気的あるいはこれらの利合せのい
かなる手段によって行なわれてもよい。レーザ光の偏向
器としては、例えば、ガルバノメータ、多面鏡、音響光
学素子、電気光学素子等を用いることができる。図中、
31はCRT制御装置を示す。
A thermal radiation image is obtained above. Deflection of the excitation beam may be performed mechanically, optically, electrically, magnetically, or by any combination thereof. As the laser beam deflector, for example, a galvanometer, a polygon mirror, an acousto-optic device, an electro-optic device, etc. can be used. In the figure,
31 indicates a CRT control device.

また、@13図に示す実施例におけるように、SL、 
PbS、 Pb5e等の半導体、またはTGS、 1i
Ta0.。
Also, as in the example shown in Figure @13, SL,
Semiconductor such as PbS, Pb5e, or TGS, 1i
Ta0. .

PbTi0.、 PVF2等の焦電単一素子を、1次元
または2次元に並べた多配列素子32と電子ビームによ
る走査や電荷結合素子等の電子走査装置33を組み合せ
た装置を用いれば、より高速に試料の結晶欠陥分布を評
価することができる。
PbTi0. If a device is used that combines a multi-array element 32 in which single pyroelectric elements such as PVF2 are arranged in one or two dimensions, and an electron scanning device 33 such as scanning by an electron beam or a charge-coupled device, the sample can be scanned at higher speed. The crystal defect distribution of can be evaluated.

第1図に示す実施例においては、励起源1から1ま、 放射される放射鱈ンズ3によってビーム状にされ、試料
表面上に小さなスポットを形成する。移動ステージ5が
機械的に動かされ、静止するビームスポットが試料表面
を走査する。従来技術のマイクロフォンまたは音響電気
変換固体装置を用いる結晶欠陥分析装置は、振動を極力
避けなければならないため、機械的走査は好ましくなか
ったが。
In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation sources 1 to 1 are beam-shaped by the radiating radiation lens 3 to form a small spot on the sample surface. The moving stage 5 is mechanically moved and the stationary beam spot scans the sample surface. In prior art crystal defect analyzers using microphones or acoustoelectric transducer solid-state devices, mechanical scanning was not preferred because vibrations must be avoided as much as possible.

本発明による装置は振動に強いため、簡便な機械的走査
を有効に使うことができる。
Since the device according to the invention is vibration resistant, simple mechanical scanning can be used effectively.

第12図に示す実施例における偏向器30と、第13図
に示す実施例における多配列素子32と、第1図に示す
実施例における走査は併用されることができる。
The deflector 30 in the embodiment shown in FIG. 12, the multi-array element 32 in the embodiment shown in FIG. 13, and the scanning in the embodiment shown in FIG. 1 can be used together.

第14図は、第1図に示す実施例とは異なり。FIG. 14 differs from the embodiment shown in FIG.

チョッパ2′を分析評価しようとする試料4と熱放射集
光装置であるカセグレン型反射対物!11の間に入れた
実施例を示す0本実施例の装置でも、前置増幅器29お
よびロックイン増幅器27と組み合わせて、高感度測定
が可能である。チョッパ2′は、反射対物鏡11と光学
フィルタ7の間、または光学フィルタ7と熱放射電気変
換装置8の間に入れてもよい。
Sample 4 to analyze and evaluate chopper 2' and Cassegrain-type reflective objective, which is a thermal radiation concentrator! Even with the device of this embodiment, which shows the embodiment inserted between 11 and 11, high sensitivity measurement is possible in combination with the preamplifier 29 and the lock-in amplifier 27. The chopper 2' may be placed between the reflecting objective 11 and the optical filter 7 or between the optical filter 7 and the thermal radiation-electrical conversion device 8.

第15図は、第1図に示す実施例のチョッパ2と第14
図に示す実施例のチョッパ2′とを組み合わせた実施例
を示す。チョッパ2の断続周波数f2をチョッパ2′の
断続周波数f、、f、’(通常+ fz〉f2′とする
。)に設定して、独立にロックイン増幅器で同期検波し
て、f2に対応する信号からは結晶欠陥に関する情報が
、f、lに対応する信号からは試料の低周波の温度変化
に関する情報が得られた。
FIG. 15 shows the chopper 2 and the 14th embodiment of the embodiment shown in FIG.
An embodiment is shown in which the chopper 2' of the embodiment shown in the figure is combined. Set the intermittent frequency f2 of chopper 2 to the intermittent frequency f,,f,' of chopper 2' (normally +fz>f2'), and independently perform synchronous detection with a lock-in amplifier to correspond to f2. Information about crystal defects was obtained from the signals, and information about low-frequency temperature changes in the sample was obtained from the signals corresponding to f and l.

第16図は、試料からの熱放射の検出だけでなく、励起
ビーム照射部のフォトルミネッセンスおよび可視光像を
同時に測定する実施例を示す。図中、24は熱放射に対
しては透過で、可視光に対しては高反射率を示す2色性
フィルタ、35は可視光像観察とフォトルミネッセンス
amを切り換える光学ビームスプリッタ、36は可視光
像用光源、37は励起光遮断用光学フィルタ、38はフ
ォトルミネッセンス検出器、39は可視光像撮影装置ま
たは肉眼観察用接眼レンズである。
FIG. 16 shows an embodiment in which not only the thermal radiation from the sample is detected but also the photoluminescence and visible light image of the excitation beam irradiation area are simultaneously measured. In the figure, 24 is a dichroic filter that is transparent to thermal radiation and highly reflective to visible light, 35 is an optical beam splitter that switches between visible light image observation and photoluminescence AM, and 36 is visible light. An image light source, 37 an optical filter for blocking excitation light, 38 a photoluminescence detector, and 39 a visible light imaging device or an eyepiece for naked eye observation.

半導体材料の場合、フォトルミネッセンスは本発明の装
置で得られる熱放射信号と相補的な関係にあり、同時に
測定および比較できることは重要である。
In the case of semiconductor materials, photoluminescence is complementary to the thermal radiation signal obtained with the device of the invention, and it is important that it can be measured and compared simultaneously.

可視光像w4察装置は試料上の分析評価したい位置の指
定にも励起ビームの光軸合わせにも利用することができ
る。
The visible light image w4 detector can be used to specify the position on the sample to be analyzed and evaluated and to align the optical axis of the excitation beam.

第17図は、GaAs結晶の欠陥の分析評価に用いた、
本発明による結晶欠陥分析装置の実施例を示す。
FIG. 17 shows the samples used for the analysis and evaluation of defects in GaAs crystals.
An example of a crystal defect analyzer according to the present invention will be shown.

分析評価しようとする試料4の励起源としては、発振波
長676.4 nm、 647.1 n+++、出力約
5111のKrイオンレーザ40で励起した色素レーザ
41を用いた。色素には、通称HITCと呼ばれるシア
ニン色素を溶媒のジメチルスルホキシドに溶かし、エチ
レングリコールを加えたものを用いた。色素レーザの発
振波長範囲は850nm 〜920nn+で、ピーク出
力は約80111111である。色素レーザからのレー
ザビームは、Krイオンレーザ光遮断用光学フィルタ4
2を通り、機械的チョッパ2で約300 Hzの断続光
とされ、光学ビームスプリッタ43を通1     リ
、平面fi13およびレンズ3で試料表面上に直径約2
00μmのスポットに絞られた。試料の励起個所で発生
する熱放射は、熱放射集光装置のカセグレン型反射対物
鏡11で集光され、2色性光学フィルタであるGeフィ
ルタ24を通り、熱放射電気変換装置8である光伝導型
Hg0.8Cd、2Te赤外線検出器(NewEngl
and Re5earch Center社製、MPC
11−2−AD 1 )で電気信号に変換された。 H
gCdTe赤外線検出器で検出された光・熱放射信号(
以下本明細書においてはPTR信号と称する。)は、利
得60 dBの前置増幅器29を通して、ロックイン増
幅器27で同期検波され、コンピュータ19に入力され
た。
As an excitation source for the sample 4 to be analyzed and evaluated, a dye laser 41 excited by a Kr ion laser 40 with an oscillation wavelength of 676.4 nm, 647.1 n+++, and an output of about 5111 was used. As the dye, a cyanine dye commonly called HITC was dissolved in dimethyl sulfoxide as a solvent, and ethylene glycol was added to the solution. The oscillation wavelength range of the dye laser is 850 nm to 920 nn+, and the peak output is about 80111111. The laser beam from the dye laser is passed through an optical filter 4 for blocking Kr ion laser light.
2, the mechanical chopper 2 converts the light into an intermittent light of approximately 300 Hz, which passes through the optical beam splitter 43 and is applied onto the sample surface by the plane fi 13 and the lens 3 to a diameter of approximately 2 Hz.
The spot was narrowed down to 00 μm. Thermal radiation generated at the excitation point of the sample is collected by the Cassegrain reflective objective 11 of the thermal radiation collector, passes through the Ge filter 24 which is a dichroic optical filter, and is converted into light by the thermal radiation electrical converter 8. Conduction type Hg0.8Cd, 2Te infrared detector (NewEngl
and Research Center, MPC
11-2-AD 1 ) was converted into an electrical signal. H
Optical/thermal radiation signal detected by gCdTe infrared detector (
Hereinafter, this signal will be referred to as a PTR signal in this specification. ) was passed through a preamplifier 29 with a gain of 60 dB, synchronously detected by a lock-in amplifier 27, and input to the computer 19.

光学ビームスプッリタ43からの反射光は、Siフォト
ダイオード44で電気信号に変換された後。
After the reflected light from the optical beam splitter 43 is converted into an electrical signal by the Si photodiode 44.

ロックイン増幅器27で同期検波され、コンピュータ1
9に入力されて、PTR信号の光源強度補正に利用され
た。
Synchronous detection is performed by the lock-in amplifier 27, and the computer 1
9 and used for light source intensity correction of the PTR signal.

PTRスペクトル(PTR信号対励起光エネルギ)は、
色素レーザ41の発振波長を変化させなからPTR信号
を測定すれば得られる。PTR像は、試料4を移動ステ
ージ5をもちいて移動させながら、PTR信号を測定す
れば得られる。PTRスペクトルおよびPTR像は、C
RT20  またはプロッタ21である。
The PTR spectrum (PTR signal vs. excitation light energy) is
This can be obtained by measuring the PTR signal without changing the oscillation wavelength of the dye laser 41. The PTR image can be obtained by measuring the PTR signal while moving the sample 4 using the moving stage 5. The PTR spectrum and PTR image are C
RT20 or plotter 21.

PTRスペクトルからは結晶欠陥によって形成されたエ
ネルギ準位がわかり、PTR像からは結晶欠陥の空間分
布がわかる。
The energy levels formed by crystal defects can be seen from the PTR spectrum, and the spatial distribution of crystal defects can be seen from the PTR image.

また、本実施例の装置ではフォトルミネッセンス像も測
定でき、 PTR像と相補な情報も同時に得られる。フ
ォトルミネッセンス測定用励起源としては、発振波長6
76.4.647.1 nmのKrイオンレーザを用い
た。さらに、本実施例においてロックイン増幅器の代り
に、ボックスカー積分器をもちいれば、結晶欠陥のパル
ス応答も測定できる。
Furthermore, the apparatus of this embodiment can also measure photoluminescence images, and information complementary to PTR images can also be obtained at the same time. As an excitation source for photoluminescence measurement, the oscillation wavelength is 6.
A Kr ion laser of 76.4.647.1 nm was used. Furthermore, if a boxcar integrator is used in place of the lock-in amplifier in this embodiment, the pulse response of crystal defects can also be measured.

本実施例にもちいられた試料は、様々なエッチピット密
度(EPD )すなわち結晶欠陥秀−ケ手紗令斬世分密
度を有する、Si ドープのn型GaAsウェーハであ
る。第1表に、分析評価に用いたGaAsウェーハの特
性を示す。
The samples used in this example are Si-doped n-type GaAs wafers having various etch pit densities (EPDs), that is, crystal defect density. Table 1 shows the characteristics of the GaAs wafers used for analysis and evaluation.

第18図から第25図までは、本実施例の装置で測定し
た、エッチピット密度([EPD ) 、すなわち結晶
欠陥         密度が異なるGaAsウェーハ
の、光源強度補正後のPTRスペクトルを示す。Egは
GaAsの室温(〜21℃)でのエネルギギャップに相
当する波長(864nm )を示す。第18図から第2
5図までから明らかなように、EPDの大きなGaAs
のPTRスペクトルは、895nl11近傍にピークを
持ち、このピークのでいる。このPTRピークの半値幅
は約20 nmである。
18 to 25 show PTR spectra after light source intensity correction of GaAs wafers having different etch pit densities ([EPD), that is, crystal defect densities, measured by the apparatus of this example. Eg indicates a wavelength (864 nm) corresponding to the energy gap of GaAs at room temperature (~21°C). Figure 18 to 2
As is clear from Figure 5, GaAs with a large EPD
The PTR spectrum of has a peak near 895nl11, and this peak is present. The half width of this PTR peak is approximately 20 nm.

第26図は、PTRピークが観測された波長の励起光を
用いて測定したGaAsウェーハのPTR像を示す。こ
のPTR像の濃淡はPTR信号の強度を表面のフォトル
ミネッセンス像であり、同じく黒い所はど信号が強い。
FIG. 26 shows a PTR image of a GaAs wafer measured using excitation light having a wavelength at which a PTR peak was observed. The shading of this PTR image indicates the intensity of the PTR signal, which is a photoluminescence image of the surface, and similarly, black areas have strong signals.

第26図および第27図からPTR像とフォトルミネッ
センス像とが相補的な関係にあることがわかる。第26
図および第27図に示す表示は、勿論、カラー表示する
ことも可能であり、カラー表示を用いると、より明確に
結晶欠陥分布のamができる。
It can be seen from FIGS. 26 and 27 that the PTR image and the photoluminescence image have a complementary relationship. 26th
The displays shown in the figures and FIG. 27 can of course be displayed in color, and by using color display, the distribution of crystal defects can be more clearly seen.

同様に、第28図は、PTRピークが観測された波長の
励起光を用いて測定した。別のGaAsウェーハのPT
R像を示す。第29図は、同−試料表的に片寄って分布
してはいず、均一であることがわかる。なお、本実施例
の装置を用いてGaAsウェーハのEPDを5 x 1
0”〜1 x 10’ cm″″2の範囲で定量測定す
る場合には、励起光ビームの照射スポット径を約 1 
m1前後にするのが望ましく、また結晶欠陥の微視的な
空間分布を測定するためには、励起ビームのスポット径
を1μ層前後まで絞るのが望ましかった。
Similarly, in FIG. 28, measurement was performed using excitation light of the wavelength at which the PTR peak was observed. PT of another GaAs wafer
An R image is shown. In FIG. 29, it can be seen that the distribution is not lopsided on the surface of the same sample, but is uniform. Note that using the apparatus of this example, EPD of a GaAs wafer was performed at 5 x 1
When performing quantitative measurements in the range of 0" to 1 x 10'cm""2, the irradiation spot diameter of the excitation light beam should be set to about 1
It is desirable to set the diameter to around m1, and in order to measure the microscopic spatial distribution of crystal defects, it is desirable to narrow down the spot diameter of the excitation beam to around 1μ layer.

励起ビームの照射出力は、試料に損傷を与えない範囲内
で十分大きいのが望ましく、本実施例では約10 mw
から約300 mlまでの範囲を用いた。
It is desirable that the irradiation power of the excitation beam is sufficiently large without damaging the sample, and in this example it is approximately 10 mw.
A range from about 300 ml to about 300 ml was used.

通称HITCの色素の代りに通称IR−140の色素を
用いた色素レーザを励起源呻使用して、 GaAsだけ
でな(InPおよびSi等も分析評価できた。
By using a dye laser as an excitation source using a dye commonly known as IR-140 instead of a dye commonly known as HITC, not only GaAs (InP and Si, etc.) could also be analyzed and evaluated.

さらに、本実施例の色素レーザの代りに、第11図に示
す実施例におけるように、約895 nmで発振するG
aAlAs/GaAs系半導体レーザを用いて、小型の
GaAs結晶欠陥分析装置を組むことができた。
Furthermore, instead of the dye laser of this embodiment, a G laser oscillating at about 895 nm, as in the embodiment shown in FIG.
Using an aAlAs/GaAs semiconductor laser, we were able to construct a compact GaAs crystal defect analyzer.

第30図は、励起源に電子ビームを用いた実施例を示す
。本実施例では、励起源として走査型電子顕微鏡45(
日本電子社製、JSM −253)を改造して用いた。
FIG. 30 shows an embodiment using an electron beam as an excitation source. In this embodiment, a scanning electron microscope 45 (
A modified version of JSM-253 (manufactured by JEOL Ltd.) was used.

電子ビーム照射個所から発する熱放射は電子ビーム通過
用の孔がおいている曲面鏡46で集光され、第5図の実
施例で示したように、光ファイバ12で走査型電子顕微
鏡外部に設けられた熱放射電気変換装置8まで導かれる
。また、2色性光学フィルタ24の反射光を利用してカ
ソードルミネッセンス像も同時に測定できるようにした
。カソードルミネッセンス検出素子49には。
Thermal radiation emitted from the electron beam irradiation area is collected by a curved mirror 46 with a hole for the electron beam to pass through, and as shown in the embodiment of FIG. The heat radiation is guided to the electrical conversion device 8. Furthermore, a cathodoluminescence image can also be measured at the same time by using the reflected light from the dichroic optical filter 24. For the cathodoluminescence detection element 49.

電子増倍管等を用いた1図中、47はビームブランキン
グ装置、48は信号発生器である。本実施例では励起ビ
ームを非常に小さく絞れるので、高本発明が、第1図か
ら第34図までに示された熱放射変化を電気信号の変化
に変換する手段とお備えていれば、いかなる装置であっ
てもよい。
In the figure, 47 is a beam blanking device, and 48 is a signal generator, which uses an electron multiplier tube or the like. In this embodiment, the excitation beam can be narrowed down to a very small size, so that any device can be used as long as the present invention is equipped with a means for converting the thermal radiation changes shown in FIGS. 1 to 34 into electrical signal changes. It may be.

例えば、励起手段としては電磁波、電子、粒子でもよい
し、試料が半導体であるときにはp−n接合から電子ま
たは正孔を注入して励起状態を作ってもよい。
For example, the excitation means may be electromagnetic waves, electrons, or particles, or when the sample is a semiconductor, an excited state may be created by injecting electrons or holes from a pn junction.

シ 熱放射電気変換手段としては、高速熱放射検出素子を用
いたヘテロダイン検波等を用いてもよい。
As the heat radiation electrical conversion means, heterodyne detection using a high speed heat radiation detection element or the like may be used.

H0発明の効果 本発明の結晶欠陥分析装置は、従来にない非接触非破壊
性、高速応答、高感度、小型、耐振性、定量性、操作性
が得られる。したがって、その工業的価値は極めて高い
H0 Effects of the Invention The crystal defect analyzer of the present invention provides unprecedented non-contact, non-destructive properties, high-speed response, high sensitivity, small size, vibration resistance, quantitative performance, and operability. Therefore, its industrial value is extremely high6

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の基本的装置の実施例を示す図、第2図
から第5図までは第1図に示す装置の熱放射集光装置の
部分の実施例を示す図、第6図から第8図では第1図に
示す装置の熱放射分光装置の部分の実施例を示す図、第
9図および第10図は第1図に示す装置の励起源の部分
の実施例を示す図、第11図は励起源に半導体レーザを
用いた実施例を示す図、第12図は励起ビーム偏向器を
用いた実施例を示す図、第13図は熱放射電気変換装置
に多配列素子を用いた実施例を示す図、第14図および
第15図はチョッパ挿入の実施例を示す図、第16図は
フォトルミネッセンスおよび可視光像の同時観察装置を
設けた実施例を示す図、第17図はGaAsウェーへの
結晶欠陥分析に用い)   □ヨ。オ、。□、@18@
7!It1.□2.。 までは、第17図の装置で得られたいろいろな結晶欠陥
のエネルギ準位分布の例を示す図、第26図から第29
図までは、第17図の装置で得られたいろいろな結晶欠
陥の空間分布の例を示す図、第30図は励起源に電子ビ
ームを用いた実施例を示す図である。 1・・・・・・励起源、2.2’・・・・・・チョッパ
、3・・・・・・励起ビーム用レンズ、4・・・・・・
分析評価しようとする試料、5・・・・・・移動ステー
ジ、6・・・・・・光学レンズ。 7・・・・・・光学フィルタ、8・・・・・・熱放射電
気変換装置。 9・・・・・・電気出力端子、10・・・・・・曲面鏡
、11・・・・・・カセグレン型反射対物鏡、12・・
・・・・光ファイバ。 13・・・・・・平面鏡、14・・・・・・分光器、1
5・・・・・・1次元多配列素子、16・・・・・・固
体電子走査素子、17・・・・・・1次元多配列素子駆
動装置、18・・・・・・フーリエ変換型分光器、19
・・・・・・コンピュータ、20・・・・・・CRT、
21・・・・・・プロッタ、22・・・・・・ディスク
ドライブ、23・・・・・・移動ステージ制御装置、2
4・・・・・・2色性光学フィルタ、25・・・・・・
半導体レーザ。 26・・・・・・半導体レーザ用駆動装置、27・・・
・・・ロックイン増幅器、28・・・・・・ボックスカ
ー積分器。 29・・・・・・前置増幅器、30・・・・・・偏向器
、31・・・・・・CRT制御装置、32・・・・・・
多配列素子、33・・・・・・電子走査装置、34・・
・・・・多配列素子用駆動装置。 35・・・・・・可動型光学ビームスプリッタ、36・
・・・・・可視光像用光源、37・・・・・・励起光遮
断用光学フィルタ、38・・・・・・フォトルミネッセ
ンス検出器。 39・・・・・・可視光像撮像装置または肉眼観察用接
眼レンズ、40・・・・・・Krイオンレーザ、41・
・・・・・色素レーザ、42・・・・・・Krイオンレ
ーザ光遮断用光学フィルタ、43・・・・・・光学ビー
ムスプリッタ、44・・・・・・Siフォトダイオード
、45・・・・・・走査型電子顕微鏡、46・・・・・
・孔あき曲面鏡、47・・・・・・ビームブランキング
装置、48・・・・・・信号発生器、49・・・・・・
カソードルミネッセンス検出器。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the basic device of the present invention, FIGS. 2 to 5 are diagrams showing an embodiment of the thermal radiation concentrator portion of the device shown in FIG. 1, and FIG. 8 shows an embodiment of the thermal emission spectrometer part of the apparatus shown in FIG. 1, and FIGS. 9 and 10 show an example of the excitation source part of the apparatus shown in FIG. 1. , Fig. 11 shows an embodiment using a semiconductor laser as an excitation source, Fig. 12 shows an embodiment using an excitation beam deflector, and Fig. 13 shows an embodiment using a multi-array element in a thermal radiation electric converter. 14 and 15 are diagrams showing an example of chopper insertion, FIG. 16 is a diagram showing an example in which a simultaneous observation device for photoluminescence and visible light images is provided, and FIG. The figure is used for crystal defect analysis on GaAs wafers) □Yo. Oh,. □, @18@
7! It1. □2. . 26 to 29 are diagrams showing examples of energy level distributions of various crystal defects obtained with the apparatus shown in FIG. 17.
The figures up to this figure are diagrams showing examples of the spatial distribution of various crystal defects obtained with the apparatus shown in FIG. 17, and FIG. 30 is a diagram showing an example in which an electron beam is used as an excitation source. 1...Excitation source, 2.2'...Chopper, 3...Excitation beam lens, 4...
Sample to be analyzed and evaluated, 5...Movement stage, 6...Optical lens. 7... Optical filter, 8... Heat radiation electrical conversion device. 9... Electrical output terminal, 10... Curved mirror, 11... Cassegrain type reflective objective mirror, 12...
...Optical fiber. 13... Plane mirror, 14... Spectrometer, 1
5...One-dimensional multi-array element, 16... Solid-state electronic scanning element, 17... One-dimensional multi-array element drive device, 18... Fourier transform type Spectrometer, 19
... Computer, 20 ... CRT,
21... Plotter, 22... Disk drive, 23... Moving stage control device, 2
4...Dichroic optical filter, 25...
semiconductor laser. 26... Drive device for semiconductor laser, 27...
... Lock-in amplifier, 28 ... Boxcar integrator. 29...Preamplifier, 30...Deflector, 31...CRT control device, 32...
Multi-array element, 33...Electronic scanning device, 34...
・・・・Drive device for multiple array elements. 35...Movable optical beam splitter, 36.
. . . Light source for visible light images, 37 . . . Optical filter for blocking excitation light, 38 . . Photoluminescence detector. 39...Visible light imaging device or eyepiece for naked eye observation, 40...Kr ion laser, 41.
... Dye laser, 42 ... Optical filter for blocking Kr ion laser light, 43 ... Optical beam splitter, 44 ... Si photodiode, 45 ... ...scanning electron microscope, 46...
・Perforated curved mirror, 47... Beam blanking device, 48... Signal generator, 49...
Cathodoluminescence detector.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) (a)、分析評価しようとする試料を励起するための放
射線を発生する励起源、および (b)前記試料から離して設けられ、前記放射線によっ
て励起される試料から放射される熱放射を検出するため
の熱放射検出装置を具備することを特徴とする結晶欠陥
分析装置。
(1) (a) an excitation source that generates radiation for exciting a sample to be analyzed; and (b) thermal radiation emitted from the sample, which is provided at a distance from the sample and is excited by the radiation; A crystal defect analysis device comprising a thermal radiation detection device for detecting.
(2)さらに、前記励起源から放射される放射線から予
め定められたエネルギを有する成分のみを取り出す装置
を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第1項記
載の結晶欠陥分析装置。
(2) The crystal defect analysis apparatus according to claim 1, further comprising a device that extracts only a component having a predetermined energy from the radiation emitted from the excitation source.
(3)前記励起源から放射される放射線をビーム状にす
る手段を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第
1項および第2項のいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
装置。
(3) The crystal defect analysis apparatus according to any one of claims 1 and 2, further comprising means for converting the radiation emitted from the excitation source into a beam shape.
(4)さらに、前記励起源から放射される放射線を強度
変調する装置を具備することを特徴とする、特許請求の
範囲第1項から第3項までのいずれか一つに記載の結晶
欠陥分析装置。
(4) Crystal defect analysis according to any one of claims 1 to 3, further comprising a device that modulates the intensity of radiation emitted from the excitation source. Device.
(5)ビーム状に形成された放射線を偏向し、試料面を
走査することを特徴とする、特許請求の範囲第3項記載
の結晶欠陥分析装置。
(5) The crystal defect analysis apparatus according to claim 3, characterized in that the radiation beam formed in the form of a beam is deflected to scan the sample surface.
(6)前記試料の走査が機械的に行なわれることを特徴
とする、特許請求の範囲第5項記載の結晶欠陥分析装置
(6) The crystal defect analysis apparatus according to claim 5, wherein the scanning of the sample is performed mechanically.
(7)さらに、前記試料からの熱放射を集光する装置を
具備することを特徴とする、特許請求の範囲第1項から
第6項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(7) The crystal defect analysis apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a device for concentrating thermal radiation from the sample.
(8)前記試料から放射される特定波長範囲の熱放射を
選択する装置もしくは前記試料からの熱放射を分光する
装置を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第1
項から第7項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
装置。
(8) Claim 1, characterized by comprising a device for selecting thermal radiation in a specific wavelength range emitted from the sample or a device for spectrally dispersing the thermal radiation from the sample.
The crystal defect analyzer according to any one of Items 7 to 7.
(9)前記試料からの熱放射が強度変調されることを特
徴とする、特許請求の範囲第1項から第8項までのいず
れか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(9) The crystal defect analysis apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that thermal radiation from the sample is intensity-modulated.
(10)前記励起源として前記試料の結晶欠陥によって
形成されるエネルギ準位に相当する波長の光源を用いる
ことを特徴とする、特許請求の範囲第1項から第9項ま
でのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(10) Any one of claims 1 to 9, characterized in that a light source with a wavelength corresponding to an energy level formed by crystal defects in the sample is used as the excitation source. The crystal defect analyzer described in .
(11)前記励起源が色素レーザまたは半導体レーザで
あることを特徴とする、特許請求の範囲第1項から第1
0項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(11) Claims 1 to 1, characterized in that the excitation source is a dye laser or a semiconductor laser.
The crystal defect analyzer according to any one of items 0 to 0.
(12)さらに、前記試料の可視光像を得る装置を具備
することを特徴とする、特許請求の範囲第1項から第1
1項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(12) Claims 1 to 1 further include an apparatus for obtaining a visible light image of the sample.
The crystal defect analyzer according to any one of items 1 to 1 above.
(13)前記試料のフォトルミネッセンスを測定する装
置を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第1項
から第12項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
装置。
(13) The crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 12, characterized by comprising a device for measuring photoluminescence of the sample.
(14)前記熱放射検出装置が単素子熱放射検出器を1
次元もしくは2次元に並べた多配列素子型熱放射電気変
換装置であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項
から第13項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
装置。
(14) The thermal radiation detection device includes one single-element thermal radiation detector.
14. A crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is a multi-array element thermal radiation electrical conversion device arranged in one dimension or two dimensions.
(15)前記特定波長範囲が8〜13μmであることを
特徴とする、特許請求の範囲第8項記載の結晶欠陥分析
装置。
(15) The crystal defect analysis device according to claim 8, wherein the specific wavelength range is 8 to 13 μm.
(16)熱放射検出装置が液体N_2で冷却されたHg
_0_._8Cd_0_._2Te赤外線検出器である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第15項ま
でのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(16) Hg whose thermal radiation detection device was cooled with liquid N_2
_0_. _8Cd_0_. The crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 15, characterized in that it is a _2Te infrared detector.
(17)前記エネルギ準位が波長約885nm〜905
nmに対応することを特徴とする、特許請求の範囲第1
0項記載の結晶欠陥分析装置。
(17) The energy level has a wavelength of approximately 885 nm to 905 nm.
Claim 1, characterized in that it corresponds to nm.
Crystal defect analyzer according to item 0.
(18)前記励起の照射スポット径が約1μm〜1mm
であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項から第
17項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
(18) The excitation irradiation spot diameter is approximately 1 μm to 1 mm.
A crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 17, characterized in that:
(19)前記励起源の照射出力が約10mw〜300m
wであることを特徴とする、特許請求の範囲第1項から
第18項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置
(19) The irradiation output of the excitation source is about 10 mw to 300 m
The crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that: w.
(20)前記励起源がGaAlAs/GaAs系半導体
レーザであることを特徴とする、特許請求の範囲第11
項記載の結晶欠陥分析装置。
(20) Claim 11, wherein the excitation source is a GaAlAs/GaAs semiconductor laser.
The crystal defect analysis device described in Section 1.
(21)さらに、結晶欠陥分布をカラー表示する装置を
具備することを特徴とする、特許請求の範囲第1項から
第20項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置
(21) The crystal defect analysis device according to any one of claims 1 to 20, further comprising a device that displays crystal defect distribution in color.
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