TW202300859A - 測量裝置 - Google Patents

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鈴木健吾
池村賢一郎
井口和也
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
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Abstract

測量裝置1具備：激發光學系統3，其將激發光L1導光至測量物S；照明光學系統10，其將照明光L3之照明點Lb形成於測量物Lb；及攝像部11，其拍攝測量物S上之照明點Lb。照明光學系統10包含光透過構件而構成，該光透過構件包含具有第1色之中心區域51、及具有與第1色不同之第2色且包圍中心區域51之周邊區域52，激發光學系統3與照明光學系統10以於攝像部11之視野內，測量物S上之激發光L1之照射點La包含於通過中心區域51之照明光L3之中心點區域Lc，且由通過周邊區域52之照明光L3之周邊點區域Ld包圍之方式光學連接。

Description

測量裝置
本揭示係關於一種測量裝置。
作為用於半導體晶圓等測量物之檢查之測量方法，已知一種例如光致發光測量(以下記為「PL(photoluminescence)測量」)。PL測量係例如測量藉由通過對半導體測量照射具有高於能帶隙之能量之光而產生之電子與電洞之再耦合而釋放之光之方法。於PL測量中，可檢測晶體之構造缺陷之分佈，另一方面，基於半導體晶圓之品質擔保之觀點，要求提高缺陷之定量性或再現性。
作為另外之測定方法，已知有一種全方位光致發光測量(以下記為「ODPL(omnidirectional photoluminescence：全向光致發光)測量」)(例如參照非專利文獻1)。ODPL測量係一種使用積分球測量被測量物吸收之激發光之光子數及全方位之發光光子數之方法。於ODPL測量中，因可算出受包含雜質密度或點缺陷密度等之非輻射再耦合影響之帶端發光之發光量子效率，故可將缺陷定量化。 [先前技術文獻] [非專利文獻]
非專利文獻1："Demonstration of omnidirectional photoluminescence (ODPL) spectroscopy for precise determination of internal quantum efficiency of radiation in GaN single crystals" Kazunobu Kojima等人, Applied Physics Letter 111, 032111 (2017)。
[發明所欲解決之問題]
於如上述之PL測量或ODPL測量般將激發光照射於測量物之情形時，基於確保調整激發光之照射點之容易性等之觀點，較佳為可觀察視野內之測量物上之激發光之照射點。為了觀察激發光之照射點，例如可使用由相機等構成之攝像部。然而，於往向測量物之激發光之光軸相對於攝像軸傾斜之情形時，難以由攝像部直接觀察激發光之照射點。於攝像部之感測器對於激發光之波長或藉由照射激發光而於測量物產生之光之波長，不具有充分之感度之情形時，亦難以由攝像部直接觀察激發光之照射點。
又，考慮於激發光係如紫外光之具有較高之能量之光之情形時，因照射激發光而於測量物產生劣化。於該情形時，較佳為盡量減少對測量物照射激發光之機會，亦存在為了觀察激發光之照射點，而欲迴避與測量分開地對測量物照射激發光之事況。
本揭示係為解決上述問題而完成者，目的在於提供一種無需將激發光照射於測量物，而可觀察視野內之測量物上之激發光之照射點的測量裝置。 [解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之測量裝置具備：激發光學系統，其將激發光導光至測量物；照明光學系統，其將照明光之照明點形成於測量物；及攝像部，其拍攝測量物上之照明點；照明光學系統包含光透過構件而構成，該光透過構件包含具有第1色之中心區域、及具有與第1色不同之第2色且包圍中心區域之周邊區域，激發光學系統與照明光學系統以於攝像部之視野內，測量物上之激發光之照射點包含於通過中心區域之照明光之中心點區域，且由通過周邊區域之照明光之周邊點區域包圍之方式光學連接。
於該測量裝置中，藉由照明光學系統所包含之光透過構件，於被照射照明光之測量物中，於中心點區域之周圍以與第1色不同之第2色形成周邊點區域。因此，藉由預先將激發光之照射點對準照明光之中心點區域，則無需將激發光照射於測量物，亦可觀察視野內之測量物上之激發光之照射點。於該構成中，因減少對測量時以外之測量物照射激發光之機會，故於激發光係如紫外光之具有較高能量之光之情形時，亦可抑制因照射激發光引起之測量物之劣化。又，因包圍中心點區域之周邊點區域以與第1色不同之第2色形成，故亦容易觀察測量物之整體像。
亦可為，光透過構件係中心區域開口之著色針孔。於該情形時，於減小中心區域之尺寸之情形時，亦容易製造光透過構件。
亦可為，於光透過構件中，周邊區域環狀地設置於中心區域之周圍。於該情形時，提高測量物上之激發光之照射點之視認性。
亦可為，中心區域及周邊區域之形狀與攝像部之攝像區域之形狀一致。於該情形時，因中心區域之形狀與攝像部中之攝像圖像之形狀相同，故容易觀察攝像區域之整體。
亦可為，光透過構件進而包含具有與第2色不同之第3色且包圍周邊區域之周邊區域。於該情形時，更容易觀察測量物之整體像。 [發明之效果]
根據本揭示，無需將激發光照射於測量物，亦可觀察視野內之測量物上之激發光之照射點。
以下，一面參照圖式，一面對本揭示之一態樣之測量裝置之較佳實施形態詳細進行說明。 [測量裝置之概略]
圖1係顯示本揭示之一實施形態之測量裝置之構成之概略圖。該圖所示之測量裝置1例如作為進行測量物S之非破壞檢查之裝置而構成。於本實施形態中，作為測量物S，例示化合物半導體晶體。更具體而言，測量物S係氮化鎵(GaN)半導體晶體。GaN半導體係除可見/紫外之發光器件外，亦期待應用於高頻器件、功率器件之材料。已知使用GaN半導體之器件之特性因如貫通錯位之構造缺陷、點缺陷、微量雜質之混入而大幅受影響。測量裝置1係為了改善器件之良率，推進量產化，而作為檢查GaN半導體晶體之構造缺陷之分佈及缺陷之定量性之兩者之裝置構成。
於測量裝置1中，於檢查GaN半導體晶體之構造缺陷之分佈及缺陷之定量性之兩者時，對測量物實施全方位光致發光測量(以下記為「ODPL測量」)。於ODPL測量中，作為前段之步驟，實施使用積分球之測量物S之外部量子效率(EQE(External Quantum Efficiency))之測量。又，作為後段之步驟，實施使用測量物之標準光致發光光譜(以下記為「標準PL光譜」)之測量物S之內部量子效率(IQE(Internal Quantum Efficiency))之算出。
外部量子效率係釋放至測量物之外部之發光光子數相對於由測量物吸收之激發光之光子數之比例。圖2所示之圖表顯示如下之一例，即，於未將樣本配置於積分球之狀態下，將激發光輸入至積分球時自積分球輸出之被測量光之光譜(圖2係圖表A)、及將樣本配置於積分球之狀態下，將激發光輸入至積分球時自積分球輸出之被測量光之光譜(圖2係圖表B)。由測量物吸收之激發光之光子數相當於激發光之波長區域中圖表A之光譜與圖表B之光譜之差量(圖2之區域D1)。釋放至測量物之外部之發光光子數相當於被測量光之發光波長區域中圖表A之光譜與圖表B之光譜之差量(圖2之區域D2)。
內部量子效率係由測量物產生之發光光子數相對於由測量物吸收之激發光之光子數之比例。將考慮到自測量物之光提取效率對內部量子效率之影響者作為外部量子效率。自測量物之光提取效率係由該測量物之材料而定之已知之值。例如GaN晶體之光提取效率預估為2.55%("Determination of absolute value of quantum efficiency of radiation in high quality GaN single crystals using an integrating sphere" Kazunobu Kojima等人,參照Journal of Applied Physics 120, 015704 (2016))。
因此，若可獲得測量物之標準PL光譜與外部量子效率，則可導出測量物之內部量子效率。例如於GaN晶體中，可見結晶性越高，缺陷數越少之材料，內部量子效率越高之傾向(例如參照上述之非專利文獻1)。即，內部量子效率直接反應出其材料之晶體品質，藉由於晶圓製造時評估晶圓材料之晶體品質，可評估與器件之壽命或性能相關之因子。
為了算出內部量子效率，必須測量測量物之標準PL光譜。使用積分球之測量係檢測入射至該積分球之光及自測量物產生之全方位之光。於欲使用積分球實施標準PL光譜之測量之情形時，例如如圖3所示，為了檢測全方位之發光，除了標準PL光譜本來具有之峰值(圖3之峰值A)外，亦會產生光譜之峰值(圖3之峰值B)。因此，一般而言，於實施測量物之標準PL光譜之測量時，不可使用積分球。於此相對，於測量裝置1中，基於測量之便利性之觀點，對可於將測量物配置於積分球之狀態下，實施測量物之標準PL光譜之測量之構成下功夫。以下，對該測量裝置1之構成詳細進行說明。 [測量裝置之構成]
測量裝置1如圖1所示具備激發光源2、激發光學系統3、積分球4、XY平台5、光檢測器6、第1檢測光學系統7、第2檢測光學系統8、照明光源9、照明光學系統10、攝像部11、及運算部12而構成。於本實施形態中，於由金屬等構件構成之外殼13內收納有激發光學系統3、積分球4、光檢測器6、第1檢測光學系統7、第2檢測光學系統8、照明光源9、照明光學系統10、及攝像部11。激發光源2、XY平台5、及運算部12外裝於外殼13。
激發光源2係輸出對測量物S之激發光L1之裝置。激發光源2可為相干光源及非相干光源之任一者。作為相干光源，例如可使用準分子雷射(波長193 nm)、YAG(Yttrium Aluminum Garnet：釔鋁石榴石)雷射第2高頻波(波長532 nm)、YAG雷射第4高頻波(波長266 nm)、HeCd雷射(波長325 nm)、半導體激發全固體UV(ultraviolet：紫外光)雷射(波長320 nm)、半導體雷射(例如InGaN半導體雷射(波長375 nm~530 nm)、紅色半導體雷射、紅外半導體雷射)等。作為非相干光源，例如可使用水銀燈(波長365 nm)、LED(Light Emitting Diode：發光二極體)光源、SLD(Super Luminescent Diode：超冷光二極體)光源等。自激發光源2輸出之激發光L1可為脈衝光及CW(Continuous wave：等幅波)光之任一者。於測量物S為GaN半導體晶體之情形時，作為激發光源2，使用上述光中之例如YAG雷射第4高頻波、HeCd雷射、半導體激發全固體UV雷射。
激發光學系統3係將激發光L1導光至測量物S之光學系統。激發光學系統3例如包含可變衰減濾光片16、反射鏡17、分離光學元件18、及透鏡19而構成。可變衰減濾光片16係用以使照射於測量物S之激發光L1之強度變化之元件，調整往向測量物S之激發光L1之強度。
分離光學元件18係將往向積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與藉由照射激發光L1而於測量物S產生之被測量光L2之光軸分離之元件。於本實施形態中，分離光學元件18如圖4所示，由所謂開孔鏡構成，具有使激發光L1通過之開口部21、與反射後述之被測量光L2及照明光L3之反射面22。於反射面22中，被測量光L2於相對於開口部21偏移之位置反射。藉此，往向積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與自積分球4輸出朝向光檢測器6之被檢測光L2之光軸被分離。
透鏡19例如由凸透鏡構成。透鏡19將往向積分球4之激發光L1及照明光L3聚光於測量物S之表面。即，透鏡19於積分球4內之測量物S上形成激發光L1之照射點La及照明光L3之照明點Lb(參照圖8(a))。又，透鏡19將來自積分球4之被測量光L2及照明光L3平行光化。
積分球4係於被實施反射塗裝之球體內壁使光擴散反射並空間性積分之裝置。積分球4之形狀不限於球狀，亦可為半球狀。於積分球4之內部配置有測量物S。於本實施形態中，與XY平台5連接之臂23之前端部分延伸至積分球4之內部，於該臂23之前端部分保持有測量物S。藉此，測量物S於積分球4之內部可於XY面內方向掃描。
積分球4具有第1端口24及第2端口25。第1端口24於與XY平台5之測量物S之掃描面(XY面)正交之方向開口。第2端口25於與第1端口24之開口方向正交之方向(X方向或Y方向)開口。於本實施形態中，第1端口24為標準PL光譜測量用之端口，第2端口25為外部量子效率測量用之端口。於標準PL光譜測量中，藉由激發光學系統3往向測量物S之激發光L1、與於積分球4內之測量物S產生之被測量光L2皆通過積分球4之第1端口24。於外部量子效率測量中，藉由激發光學系統3往向測量物S之激發光L1通過第1端口24，於積分球4內擴散反射之被測量光L2通過第2端口25。
光檢測器6係檢測藉由照射激發光L1而於積分球4內之測量物產生之被測量光L2之裝置。光檢測器6經由切換部31光學連接於第1檢測光學系統7及第2檢測光學系統8之一者。作為光檢測器6，例如可使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)、CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合器件)、EM(Electron Multiplying：電子倍增)-CCD、光電子倍增管、SiPM(Silicon Photo Multiplier：矽光子倍增器)(MPPC(Multi Pixel Photon Counter：多像素光子計數器))、APD(Avalanche Photo Diode：雪崩光電二極體)(SPAD(Single Photon Avalanche Diode：單光子雪崩二極體))、光電二極體(亦包含陣列狀者)等。於本實施形態中，光檢測器6由BT(Back- Thinned：背照式薄型)-CCD(內置有背面入射型CCD之多通道光檢測器)構成。光檢測器6將基於檢測結果之信號輸出至運算部12。可於光檢測器6內藏用以抑制被測量光L2之飽和之元件(例如可變衰減濾光片)。
第1檢測光學系統7係於標準PL光譜測量中，將被測量光L2自積分球4導光至光檢測器6之光學系統。第1檢測光學系統7除與激發光學系3共通之透鏡19及分離光學元件18外，還包含分色鏡32、反射鏡33、及透鏡34而構成。自積分球4之第1端口24輸出之被測量光L2藉由第1檢測光學系統7導光，而經由光檢測器輸入端35輸入至光檢測器6。
圖5係顯示標準PL光譜測量之激發光學系統與第1檢測光學系統之光學連接狀態之模式圖。如該圖所示，於標準PL光譜測量中，當於積分球4配置有測量物S之狀態下實施標準PL光譜之測量時，往向測量物S之激發光L1之光軸、與藉由照射激發光L1而於測量物S產生之被測量光L2之光軸藉由上述之分離光學元件18分離。因此，於激發光學系統3中經由透鏡入射至積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與於第1檢測光學系統7中自積分球4出射之被測量光L2之光軸具有一定之角度而成為斜交之狀態。
於圖5之例中，入射至積分球4之激發光L1之光軸相對於測量物S之表面(XY面)傾斜，自積分球4出射之被測量光L2之光軸相對於測量物S之表面(XY面)垂直。如此，藉由激發光L1之光軸與被測量光L2之光軸斜交，可防止於積分球4內之測量物S反射之激發光L1被光檢測器6直接檢測出。
於第1檢測光學系統7設置有限制光檢測器6之被測量光L2之檢測範圍之開口部36。於本實施形態中，光檢測器6為光纖輸入型之檢測器。又，光檢測器輸入端35由將光纖之裸線捆束而成之光纖束37構成。因此，於本實施形態中，光纖束37之端面37a相當於限制光檢測器6之被測量光L2之檢測範圍之開口部36。
如圖5所示，往向測量物S之激發光L1藉由透鏡19聚光，成像於測量物S之表面。於藉由照射激發光L1而於測量物S產生之被測量光L2藉由透鏡19平行光化之後，由透鏡34聚光，成像於光纖束37之端面37a(開口部36)。即，測量物S上之激發光L1之照射點La與開口部36為光學共軛之關係。藉由使照射點La與開口部36成為光學共軛之關係，可抑制於積分球4內之多重散射之影響，可僅將藉由輸入激發光L1而於測量物S之表面產生之被測量光L2自積分球4提取並檢測。因此，於測量裝置1中，於可將測量物S配置於積分球4之狀態下，實施測量物S之標準PL光譜之測量。
第2檢測光學系統8係於外部量子效率測量中，將於積分球4內擴散反射之被測量光L2自積分球4導光至光檢測器6之光學系統。於第2檢測光學系統8中，自積分球4之第2端口25輸出之被測量光L2經由與第1檢測光學系統7不同之光檢測器輸入端38輸入至光檢測器6。光檢測器輸入端38例如與第1檢測光學系統7之光檢測器輸入端35相同，由將光纖之裸線捆束而成之光纖束39(參照圖6)構成。
切換部31係將第1檢測光學系統7及第2檢測光學系統8之一者光學連接於光檢測器6之部分。切換部31例如如圖6所示，包含一對光導41A、41B、及軸外拋物面鏡42而構成。於光導41A，光學連接有第1檢測光學系統7側之光檢測器輸入端35(光纖束37)。於光導41B，光學連接有第2檢測光學系統8側之光檢測器輸入端38(光纖束39)。軸外拋物面鏡42之反射面之方向例如藉由步進馬達等驅動機構可變。藉由軸外拋物面鏡42與光導41A、41B之一者光學耦合，僅將來自光導41A之激發光L1及來自光導41B之激發光L1之一者導光至光檢測器6。
測量裝置1作為用以觀察測量物S上之激發光L1之照射點之構成，如圖1所示，具備照明光源9、攝像部11、及照明光學系統10。照明光源9係輸出對測量物S之激發光L3之輸出裝置。作為照明光源9，例如可使用能輸出白色光之LED。攝像部11係拍攝照明光L3之測量物S上之照明點Lb(參照圖8(a)及(b))之部分。作為攝像部11，例如可使用對可見域具有感度之裝置。作為該裝置，例如列舉彩色COMS、彩色CCD相機等。
照明光學系統10除與第1檢測光學系統7共通之透鏡19、分離光學元件18、及分色鏡32外，還包含光透過構件45、分色鏡46、及透鏡47、48而構成。光透過構件45係用以對照明光L3附加用於識別激發光L1之照射點之顏色之構件。光透過構件45藉由壓克力或玻璃等具有光透過性之構件圓盤狀形成。
光透過構件45如圖7所示，包含具有第1色之圓形之中心區域51、與具有與第1色不同之第2色且包圍中心區域51之圓環狀之周邊區域52。此處，光透過構件45由中心區域51開口之著色針孔53構成，第1色為無色。周邊區域52之第2色可使用任意顏色，例如綠色。於經過光透過構件45之照明光L3中，通過中心區域51之部分之顏色仍為白色，通過周邊區域52之部分之顏色自白色變化為綠色。
圖8(a)係顯示激發光學系統與照明光學系統之光學連接狀態之模式圖。如該圖所示，經過光透過構件45之照明光L3藉由分色鏡32等導光至積分球4內之測量物S。照明光L3於藉由透鏡47平行光化之後，由透鏡19聚光，而成像於測量物S之表面。藉此，於測量物S之表面形成照明光L3之照明點Lb。
於圖8(a)及圖8(b)之例中，往向積分球4內之測量物S之照明光L3之光軸與自積分球4輸出之被測量光L2之光軸一致。因此，往向測量物S之激發光L1之光軸與往向測量物S之照明光L3之光軸斜交。此處，入射至測量物S之激發光L1之光軸如上所述相對於測量物S之表面(XY面)傾斜，照明光L3之光軸相對於測量物S之表面(XY面)垂直。於測量物S之表面反射之照明光L3藉由分色鏡32等導光至攝像部11。照明光L3於藉由透鏡19平行光化之後，由透鏡48聚光，而成像於攝像部11之攝像面。
激發光學系統3與照明光學系統10如圖8(b)所示，如下般光學連接，即，於攝像部11之視野內，測量物S上之激發光L1之照射點La包含於通過中心區域51之照明光L3之中心點區域Lc，且由通過周邊區域52之照明光L3之周邊點區域Ld包圍。於圖8(b)之例中，激發光L1之照射點La位於呈白色之圓形之中心點區域Lc之大致中心，呈綠色之圓環狀之周邊點區域Ld位於其周圍。
藉由於積分球4配置與測量物S同等之靶材，預先將激發光L1之照射點La對準照明光L3之中心點區域Lc，而於進行實際之標準PL光譜測量及外部量子效率測量時，可無需對測量物S照射激發光L1而觀察視野內之測量物S上之激發光L1之照射點La。又，藉由使包圍中心點區域Lc之周邊點區域Ld呈第2色，亦可以攝像部11觀察激發光L1之照射點La周邊之測量物S之構造。
於進行激發光L1之照射點La與照明光L3之中心點區域Lc之對位之情形時，例如於積分球4配置與測量物S同等之靶材治具。於靶材治具之中心例如預先附註圓形等印記。於該狀態下，調整分離光學元件18及分色鏡46之角度，將照射點La之位置及照明光L3之中心點區域Lc之位置分別對準靶材治具之印記，藉此可實施激發光L1之照射點La與照明光L3之中心點區域Lc之對位。
運算部12係基於自光檢測器6輸出之信號，算出測量物S之外部量子效率及內部量子效率之部分。且係實體上具備RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)等記憶體、CPU(central processing unit：中央處理器)等處理器(運算電路)、通信介面、硬碟等存儲部、顯示器等顯示部而構成之電腦系統。作為電腦系統，例如列舉個人電腦、雲伺服器、智慧型器件(智慧型手機、平板終端等)等。運算部12亦可由PLC(programmable logic controller：可程式化邏輯控制器)構成，亦可由FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)等集成電路構成。
運算部12於標準PL光譜測量中，基於自光檢測器6輸出之信號，產生標準PL光譜之測量資料，將該測量資料保存於存儲部。運算部12於外部量子效率測量中，基於自光檢測器6輸出之信號(測量信號及參考信號)算出測量物S之外部量子效率，將算出資料保存於存儲部。又，運算部12基於標準PL光譜之測量資料與外部量子效率之算出資料算出測量物S之內部量子效率，將算出資料保存於存儲部。運算部12亦可將獲得之標準PL光譜之測量資料、外部量子效率之算出資料、及內部量子效率之算出資料輸出至監視器等。 [使用測量裝置之ODPL測量之實施順序]
圖9係使用測定裝置之ODPL測量之流程圖。如該圖所示，於使用測量裝置1之ODPL測量中，依序實施準備步驟(步驟S01)、激發光照射點確認步驟(步驟S02)、標準PL光譜測量步驟(步驟S03)、外部量子效率測量步驟(步驟S04)、內部量子效率算出步驟(步驟S05)。
於準備步驟S01中，如圖10所示，首先，進行切換部31之設定(步驟S11)。於此，驅動切換部31之軸外拋物面鏡42，將第2檢測光學系統8光學連接於光檢測器6。接著，自激發光源2輸出激發光L1(步驟S12)，進行激發光L1之強度調整(步驟S13)。激發光L1之強度調整通過以藉由入射激發光L1而自積分球4輸出之光於光檢測器6中不飽和之方式，調整可變衰減濾光片16或內置於光檢測器6之可變衰減濾光片等而實施。調整激發光L1之強度後，停止激發光L1之輸出(步驟S14)。且，將XY平台5之臂23自積分球4卸除後保持測量物S，於保持於臂23之狀態下將測量物S配置於積分球4內(步驟S15)。
於激發光照射點確認步驟S02中，如圖11所示，首先，自照明光源9輸出照明光L3(步驟S21)。接著，藉由攝像部11拍攝藉由照射照明光L3而形成於積分球4內之測量物S上之照明光L3之照明點Lb(步驟S22)。藉由觀察視野內之測量物S上之照射點La之中心區域51及周邊區域52，可確認測量物S中之激發光L1之照射點La。於確認激發光L1之照射點La之後，根據需要，進行XY平台5之測量物S之位置調整(步驟S23)，停止照射光之輸出(步驟S24)。
於標準PL光譜測量步驟S03中，如圖12所示，首先，進行切換部31之設定(步驟S31)。此處，驅動切換部31之軸外拋物面鏡42，將第1檢測光學系統7光學連接於光檢測器6。接著，自激發光源2輸出激發光L1，將激發光L1入射至積分球4內之測量物S(步驟S32)，進行光檢測器6之曝光時間之設定(步驟S33)。於設定光檢測器6之曝光時間之後，將藉由照射激發光L1而自積分球4之第1端口24輸出之被測量光L2由第1檢測光學系統7導光至光檢測器6，實施測量物S之標準PL光譜測量(步驟S34)。測量結束後，停止激發光之輸出(步驟S35)，保存測量資料(步驟S36)。
於外部量子效率測量步驟S04中，如圖13所示，首先，進行切換部31之設定(步驟S41)。此處，驅動切換部31之軸外拋物面鏡42，將第2檢測光學系統8光學連接於光檢測器6。接著，自激發光源2輸出激發光L1，將激發光L1入射至積分球4內之測量物(步驟S42)，進行光檢測器6之曝光時間之設定(步驟S43)。於設定光檢測器6之曝光時間之後，將藉由照射激發光L1而自積分球4之第2端口25輸出之被測量光L2由第2檢測光學系統8導光至光檢測器6，實施擴散反射光之測量(步驟S44)。測量結束後，停止激發光L1之輸出(步驟S45)，自積分球4取出測量物S(步驟S46)。
於取出測量物S之後，再次開始激發光L1之輸出(步驟S46)，實施參考測量(步驟S47)。於參考測量中，於未將測量物S配置於積分球4之狀態下，將自積分球4之第2端口25輸出之被測量光L2藉由第2檢測光學系統8導光至光檢測器6，實施擴散反射光之測量(步驟S48)。測量結束後，停止激發光L1之輸出(步驟S49)。其後，基於步驟S44之測量結果與步驟S48之測量結果，算出釋放至測量物S之外部之發光光子數相對於由測量物S吸收之激發光L1之光子數之比例。藉此，算出測量物S之外部量子效率(步驟S50)，保存算出資料(步驟S51)。
於內部量子效率算出步驟S05中，如圖14所示，分別讀入步驟S36中保存之標準PL光譜測量之測量資料、與步驟S51中保存之外部量子效率之算出資料(步驟S61)。接著，基於進行讀入後之標準PL光譜測量之測量資料、外部量子效率之算出資料、及根據材料已知之測量物S之光提取效率，算出測量物S之內部量子效率(步驟S62)。保存算出資料，處理完成(步驟S63)。 [測量裝置之作用效果]
如以上所說明，於測量裝置1中，藉由照明光學系統10所包含之光透過構件45，於被照射照明光L3之測量物S中，於中心點區域Lc之周圍以與第1色不同之第2色形成周邊點區域Ld。因此，藉由預先將激發光L1之照射點La對準照明光L3之中心點區域Lc，可無需將激勵光L1照射至測量物S，而觀察視野內之測量物S上之激發光L1之照射點La。於該構成中，因減少對測量時以外之測量物S照射激發光L1之機會，故即使於激發光L1係如紫外光之具有較高能量之光之情形時，亦可抑制因照射激發光L1引起之測量物S之劣化。又，因包圍中心點區域Lc之周邊點區域Ld以與第1色不同之第2色形成，故亦容易觀察測量物S之整體像。
於本實施形態中，光透過構件45由中心區域51開口之著色針孔構成。於該情形時，於減小中心點區域Lc之尺寸之情形時，亦容易製造光透過構件。又，於光透過構件45中，因周邊區域52環狀設置於中心區域51之周圍，故可提高測量物S上之激發光L1之照射點La之視認性。 [變化例]
本揭示並非限於上述實施形態者。例如於上述實施形態中，已例示藉由ODPL測量檢查半導體晶圓之構造缺陷之分佈及缺陷之定量性之測量裝置1，但本揭示可應用於具備將激發光導光至測量物之激發光學系統之其他測量裝置應用。其他測量裝置未必限於具備積分球之裝置。作為該其他測量裝置，例如列舉螢光顯微鏡、光致發光測量裝置等。於上述實施形態中，如圖8(a)所示，形成往向積分球4之激發光L1之光軸與往向積分球4之照明光L3之光軸斜交之態樣，但於其他測量裝置中，例如亦可如圖15所示，藉由使用分色鏡55，使往向測量物S之激發光L1之光軸、與往向測量物S之照明光L3之光軸一致。
關於在測量物S上形成中心點區域Lc及周邊點區域Ld之光透過構件45，亦可採用各種變化。例如於圖7之例中，藉由中心區域51開口之著色針孔53構成光透過構件45，但中心區域51例如亦可由無色之壓克力形成，而非針孔之空間。於此種構成中，亦可無需將激發光L1照射於測量物S，而觀察視野內之測量物S上之激發光L1之照射點La。
光透過構件45之中心區域51及周邊區域52之配置圖案亦可採用各種變化。例如亦可如圖16(a)所示之光透過構件45A般，於呈第1色之圓形之中心區域51之周圍，配置呈第2色之圓環狀之周邊區域52。例如亦可如圖16(b)所示之光透過構件45B般，於呈第1色之圓形中心區域51之周圍，配置自該中心區域51朝徑向延伸之第2色之周邊區域52。於圖16(b)之例中，4個帶狀之周邊區域52具有90°之相位角地配置於中心區域51之周圍。根據該等構成，於觀察視野內之測量物S上之激發光L1之照射點La時，可充分確保照明光L3之照明點Lb之視認性。
又，例如亦可如圖16(c)所示之光透過構件45C，進而包含具有與第2色不同之第3色且包圍周邊區域52之周邊區域54。於該情形時，因周邊區域54進而擴展至周邊區域52之外側，故更容易觀察測量物S之整體像。賦予周邊區域52之第3色可與第1色相同，亦可與第1色不同。
例如亦可如圖17(a)所示之光透過構件45D，中心區域51及周邊區域52之形狀與攝像部11之攝像區域之形狀一致。於圖17(a)之例中，攝像部11之攝像區域(構成攝像部11之攝像元件之像素區域)為長方形。對應於此，中心區域51及周邊區域52之形狀皆為長方形。根據此種構成，因中心區域51之形狀與攝像部11中之攝像圖像之形狀相同，故容易觀察攝像區域之整體。
例如亦可如圖17(b)所示之光透過構件45E，周邊區域52僅配置於與中心區域51之邊界部分。又，例如亦可如圖17(c)所示之光透過構件45F，配置於與中心區域51之邊界部分之周邊區域52於周方向上不連續。於圖17(c)之例中，周邊區域52於光透過構件45F之周方向被分割為4個。於該等構成中，於觀察視野內之測量物S上之激發光L1之照射點La之時，亦可充分確保照明光L3之照明點Lb之視認性。
1:測量裝置 2:激發光源 3:激發光學系統 4:積分球 5: XY平台 6:光檢測器 7:第1檢測光學系統 8:第2檢測光學系統 9:照明光源 10:照明光學系統 11:攝像部 12:運算部 13:外殼 16:可變衰減濾光片 17:反射鏡 18:分離光學元件 19:透鏡 21:開口部 22:反射面 23:臂 24:端口 25:端口 31:切換部 32:分色鏡 33:反射鏡 34:透鏡 35:光檢測器輸入端 36:開口部 37:光纖束 37a:端面 38:光檢測器輸入端 39:光纖束 41A:光導 41B:光導 42:軸外拋物面鏡 45:光透過構件 45A~45F:光透過構件 46:分色鏡 47:透鏡 48:透鏡 51:中心區域 52:周邊區域 53:著色針孔 54:周邊區域 55:分色鏡 A:圖表 A:峰值 B:圖表 B:峰值 D1:區域 D2:區域 L1:激發光 L2:被測量光 L3:照明光 La:照射點 Lb:照射點 Lc:中心點區域 Ld:周邊點區域 S:測量物 S01～S05:步驟 S11～S15:步驟 S21～S24:步驟 S31～S36:步驟 S41～S53:步驟
圖1係顯示本揭示之一實施形態之測量裝置之構成之概略圖。 圖2係顯示外部量子效率之算出方法之圖。 圖3係顯示標準PL光譜一例之圖。 圖4係顯示分離光學元件之構成之一例之模式性圖。 圖5係顯示標準PL光譜測量之激發光學系統與第1檢測光學系統之光學連接狀態之模式圖。 圖6係顯示切換部之構成之一例之模式圖。 圖7係顯示照明光學系統之要部之模式圖。 圖8(a)係顯示激發光學系統與照明光學系統之光學連接狀態之模式圖，圖8(b)係顯示攝像部之視野中之測量物上之激發光之照射點與照明點之位置關係之模式圖。 圖9係使用圖1所示之測量裝置之ODPL測量之流程圖。 圖10係準備步驟之流程圖。 圖11係激發光照射點確認步驟之流程圖。 圖12係標準PL光譜測量步驟之流程圖。 圖13係外部量子效率測量步驟之流程圖。 圖14係內部量子效率算出步驟之流程圖。 圖15係顯示激發光學系統與照明光學系統之光學連接狀態之變化例之模式圖。 圖16(a)～(c)係顯示光透過構件之變化例之模式圖。 圖17(a)～(c)係顯示光透過構件之其他變化例之模式圖。
4:積分球
9:照明光源
10:照明光學系統
11:攝像部
19:透鏡
24:端口
25:端口
32:分色鏡
45:光透過構件
47:透鏡
48:透鏡
L1:激發光
L3:照明光
La:照射點
Lb:照射點
Lc:中心點區域
Ld:周邊點區域
S:測量物

Claims (5)

  1. 一種測量裝置，其具備： 激發光學系統，其將激發光導光至測量物； 照明光學系統，其將照明光之照明點形成於上述測量物；及 攝像部，其拍攝上述測量物上之上述照明點；且 上述照明光學系統包含光透過構件而構成，該光透過構件包含具有第1色之中心區域、及具有與第1色不同之第2色且包圍上述中心區域之周邊區域， 上述激發光學系統與上述照明光學系統如下般光學連接：於上述攝像部之視野內，上述測量物之上述激發光之照射點包含於通過上述中心區域之上述照明光之中心點區域，且由通過上述周邊區域之上述照明光之周邊點區域包圍。
  2. 如請求項1之測量裝置，其中上述光透過構件係上述中心區域開口之著色針孔。
  3. 如請求項1或2之測量裝置，其中上述周邊區域環狀地設置於上述中心區域之周圍。
  4. 如請求項1至3中任一項之測量裝置，其中上述中心區域及上述周邊區域之形狀與上述攝像部之攝像區域之形狀一致。
  5. 如請求項1至4中任一項之測量裝置，其中上述光透過構件進而包含具有與上述第2色不同之第3色，且包圍上述周邊區域之周邊區域。
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