JP3275022B2 - 結晶内のフォトルミネッセンス計測装置 - Google Patents
結晶内のフォトルミネッセンス計測装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンその他の結晶
からなる被検体結晶のフォトルミネッセンス計測装置に
関する。
からなる被検体結晶のフォトルミネッセンス計測装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被検体結晶内の欠陥の分布等を測
定をする方法としては、フォトルミネッセンス(photolu
minescence) 測定法がある。シリコン(Si)給晶の場合、
アルゴンＡｒ(488.514nm) あるいはヘリウムリオンＨｅ
−Ｎｅレーザ(633nm) を用いたフォトルミネッセンス法
が知られている。図１は、このようなＡｒまたはＨｅ−
Ｎｅレーザ光Ａを被検体結晶Ｂに上方から投射し、発生
する蛍光を顕微鏡下で分光測定する従来技術にかかるフ
ォトルミネッセンス測定器を示す。図１において、水平
方向から投射されたＡｒまたはＨｅ−Ｎｅレーザ光Ａは
ハーフミラーＣによって９０度方向を変えられ、対物レ
ンズＤによって被検体結晶Ｂ上に集光する。被検体結晶
Ｂに投射されたレーザ光Ａによって励起された発光セン
ターが発する蛍光はハーフミラーＣを上方に透過し、分
光器Ｅに設けられたピンホールまたはスリットＦに結像
レンズＧにより結像し、分光器Ｅ内に設けられた回折格
子Ｈによって回折した蛍光はピンホールまたはスリット
Ｎより受光素子Ｉに導かれ、その周波数分布に従って素
子上に分布する。制御コンピュータＪは受光素子Ｉの受
光像を解析するとともに、ステージコントローラＫを制
御し、被検体結晶Ｂを２次元的に動かして発生する蛍光
の分布を画像表示装置Ｌに表示する。Ｍはステージであ
る。フォトルミネッセンス法に関する他の先行技術とし
ては、レーザによって欠陥の散乱像あるいは蛍光像を得
るものとして、特開昭５４−１０９４８８号、特開昭６
２−１１９４４６号各公報等がある。また、ＹＡＧレー
ザによってシリコン結晶内の欠陥の散乱像を得るものと
して、特開昭６１−２１３６５号公報がある。また、関
連技術としてK. Moriya and T. ogawa, Jpn.J.Appl.Phy
s., 22(1983)L207、特開平１−１８２７３９号公報、特
開平２−２０３２５４号公報、特開平１−３１４９５３
号公報、特開昭６１−７６９３９号公報、特開昭６３−
２２１２３４号公報、特開平３−２６９３４７号公報、
特開平３−２９３３６号公報、特開昭５３−１２０３７
０号公報、特開昭６３−１８２５０号公報がある。
定をする方法としては、フォトルミネッセンス(photolu
minescence) 測定法がある。シリコン(Si)給晶の場合、
アルゴンＡｒ(488.514nm) あるいはヘリウムリオンＨｅ
−Ｎｅレーザ(633nm) を用いたフォトルミネッセンス法
が知られている。図１は、このようなＡｒまたはＨｅ−
Ｎｅレーザ光Ａを被検体結晶Ｂに上方から投射し、発生
する蛍光を顕微鏡下で分光測定する従来技術にかかるフ
ォトルミネッセンス測定器を示す。図１において、水平
方向から投射されたＡｒまたはＨｅ−Ｎｅレーザ光Ａは
ハーフミラーＣによって９０度方向を変えられ、対物レ
ンズＤによって被検体結晶Ｂ上に集光する。被検体結晶
Ｂに投射されたレーザ光Ａによって励起された発光セン
ターが発する蛍光はハーフミラーＣを上方に透過し、分
光器Ｅに設けられたピンホールまたはスリットＦに結像
レンズＧにより結像し、分光器Ｅ内に設けられた回折格
子Ｈによって回折した蛍光はピンホールまたはスリット
Ｎより受光素子Ｉに導かれ、その周波数分布に従って素
子上に分布する。制御コンピュータＪは受光素子Ｉの受
光像を解析するとともに、ステージコントローラＫを制
御し、被検体結晶Ｂを２次元的に動かして発生する蛍光
の分布を画像表示装置Ｌに表示する。Ｍはステージであ
る。フォトルミネッセンス法に関する他の先行技術とし
ては、レーザによって欠陥の散乱像あるいは蛍光像を得
るものとして、特開昭５４−１０９４８８号、特開昭６
２−１１９４４６号各公報等がある。また、ＹＡＧレー
ザによってシリコン結晶内の欠陥の散乱像を得るものと
して、特開昭６１−２１３６５号公報がある。また、関
連技術としてK. Moriya and T. ogawa, Jpn.J.Appl.Phy
s., 22(1983)L207、特開平１−１８２７３９号公報、特
開平２−２０３２５４号公報、特開平１−３１４９５３
号公報、特開昭６１−７６９３９号公報、特開昭６３−
２２１２３４号公報、特開平３−２６９３４７号公報、
特開平３−２９３３６号公報、特開昭５３−１２０３７
０号公報、特開昭６３−１８２５０号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記したシリコンのフ
ォトルミネッセンス計測法は、Ａｒ・Ｈｅ−Ｎｅレーザ
Ａを被検体結晶Ｂに上方から照射することによって行な
われているが、これらのレーザ光源は波長が比較的短
く、結晶内部に十分到達することができないため結晶表
面近傍（約１〜２μ）しか測定できない。また、結晶の
表面では表面再結合準位(Surface Recombination Cente
r)が生じており、本来の結晶内部構造とは異なる状態と
なっている。従って、表面近傍の測定しかできない従来
技術では正確な結晶内部物性の測定は期待できない。ま
た、被検体結晶Ｂがシリコン結晶であるときは、ＩＧ(I
ntrinsic Gettering) 処理等が施されているから、ウエ
ハの深さ方向に欠陥が分布している。このような深さ方
向の欠陥の分布測定は、結晶を劈開して断面形状を観察
しても、やはり断面の影響が出てしまい、正確な測定は
できない。そこで、本願発明は、結晶の内部まで測定で
きるフォトルミネッセンス計測装置を提供するものであ
る。また、前記フォトルミネッセンス計測法において
は、発光粒子の放射寿命（(Life Time) を測定すること
が重要である。放射寿命の測定は、通常は、図２に示す
ように、投射光としてパルスレーザあるいは、パルス光
源を用い、受光したパルス光の減衰状況を評価すること
によって行なわれるのが一般的である。また、放射寿命
の他の測定方法として、励起エネルギーとして半導体レ
ーザ光を入射し、マイクロウェーブによって励起子の減
衰を観察する方法もある。しかし、パルスレーザを用い
た測定系は複雑、高価である。また、結晶内部まで到達
するような吸収の少ない励起光によって発生する蛍光
は、極めて暗いので、測定可能な強度の蛍光を得ようと
すれば尖頭値（エネルギー強度）の高いパルスレーザを
使用せねばならず、結晶そのものにダメージを与えるお
それがある。そこで、本願発明は、パルスレーザ源を使
用せずに蛍光の寿命測定を行ない得る装置を提供するこ
とにある。また、図１に示す従来例では、観察用光学系
で波長分散型の分光器Ｅを使用しているが、分光器Ｅは
暗く、微弱な蛍光の測定には不向きである。また、光学
系としても高価で規模的に大きくなる。そこで、本願発
明は分光器Ｅを使用せず、簡略な光学系で測定可能なフ
ォトルミネッセンス測定器を提供することにある。
ォトルミネッセンス計測法は、Ａｒ・Ｈｅ−Ｎｅレーザ
Ａを被検体結晶Ｂに上方から照射することによって行な
われているが、これらのレーザ光源は波長が比較的短
く、結晶内部に十分到達することができないため結晶表
面近傍（約１〜２μ）しか測定できない。また、結晶の
表面では表面再結合準位(Surface Recombination Cente
r)が生じており、本来の結晶内部構造とは異なる状態と
なっている。従って、表面近傍の測定しかできない従来
技術では正確な結晶内部物性の測定は期待できない。ま
た、被検体結晶Ｂがシリコン結晶であるときは、ＩＧ(I
ntrinsic Gettering) 処理等が施されているから、ウエ
ハの深さ方向に欠陥が分布している。このような深さ方
向の欠陥の分布測定は、結晶を劈開して断面形状を観察
しても、やはり断面の影響が出てしまい、正確な測定は
できない。そこで、本願発明は、結晶の内部まで測定で
きるフォトルミネッセンス計測装置を提供するものであ
る。また、前記フォトルミネッセンス計測法において
は、発光粒子の放射寿命（(Life Time) を測定すること
が重要である。放射寿命の測定は、通常は、図２に示す
ように、投射光としてパルスレーザあるいは、パルス光
源を用い、受光したパルス光の減衰状況を評価すること
によって行なわれるのが一般的である。また、放射寿命
の他の測定方法として、励起エネルギーとして半導体レ
ーザ光を入射し、マイクロウェーブによって励起子の減
衰を観察する方法もある。しかし、パルスレーザを用い
た測定系は複雑、高価である。また、結晶内部まで到達
するような吸収の少ない励起光によって発生する蛍光
は、極めて暗いので、測定可能な強度の蛍光を得ようと
すれば尖頭値（エネルギー強度）の高いパルスレーザを
使用せねばならず、結晶そのものにダメージを与えるお
それがある。そこで、本願発明は、パルスレーザ源を使
用せずに蛍光の寿命測定を行ない得る装置を提供するこ
とにある。また、図１に示す従来例では、観察用光学系
で波長分散型の分光器Ｅを使用しているが、分光器Ｅは
暗く、微弱な蛍光の測定には不向きである。また、光学
系としても高価で規模的に大きくなる。そこで、本願発
明は分光器Ｅを使用せず、簡略な光学系で測定可能なフ
ォトルミネッセンス測定器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決する手段】よって、本発明は、結晶表面３
ａと該結晶表面３ａに対して交差方向の入射側面３ｂを
有する被検体結晶３と、該被検体結晶３に対して前記入
射側面３ｂから被検体結晶３内部に入射するか又は前記
結晶表面３ａに対して前記結晶表面３ａから斜めの角度
で被検体結晶３内部に入射し前記被検体結晶３内を透過
可能であってかつ前記被検体結晶３内のキャリアを励起
可能なエネルギー強度のレーザ光２を発生するレーザ投
射光学系１と、前記レーザ光２を所定の直径に絞る集光
レンズ４と、前記被検体結晶３内で前記レーザ光２によ
って励起されたキャリアが発生することにより前記被検
体結晶３内の発生光となる蛍光を受光する対物レンズ５
及び結像レンズ７及び撮像素子８からなる受光光学系９
と、前記対物レンズ５と前記結像レンズ７の間に設けら
れ前記励起されたキャリアが発生した蛍光のみを散乱光
から選択して透過させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域
透過フィルタ６と、前記撮像素子８からの励起されたキ
ャリアが発生した蛍光の広がりを含む画像情報を処理す
る画像処理装置１０と、必要な情報を制御するコンピュ
ータ１１とからなる結晶内のフォトルミネッセンス計測
装置としたものである。また、前記レーザ投射光学系１
を取付けたレーザ移動ステージ１３及び前記被検体結晶
３を取付けた被検物体移動ステージ１４と、該レーザ移
動ステージ１３及び該被検物体移動ステージ１４の移動
を制御するステージコントローラ１２とを設けた結晶内
のフォトルミネッセンス計測装置としたものである。ま
た、前記レーザ投射光学系１内には偏光素子１５を、前
記受光光学系９内には偏光素子１６を設けたフォトルミ
ネッセンス計測装置としたものである。
ａと該結晶表面３ａに対して交差方向の入射側面３ｂを
有する被検体結晶３と、該被検体結晶３に対して前記入
射側面３ｂから被検体結晶３内部に入射するか又は前記
結晶表面３ａに対して前記結晶表面３ａから斜めの角度
で被検体結晶３内部に入射し前記被検体結晶３内を透過
可能であってかつ前記被検体結晶３内のキャリアを励起
可能なエネルギー強度のレーザ光２を発生するレーザ投
射光学系１と、前記レーザ光２を所定の直径に絞る集光
レンズ４と、前記被検体結晶３内で前記レーザ光２によ
って励起されたキャリアが発生することにより前記被検
体結晶３内の発生光となる蛍光を受光する対物レンズ５
及び結像レンズ７及び撮像素子８からなる受光光学系９
と、前記対物レンズ５と前記結像レンズ７の間に設けら
れ前記励起されたキャリアが発生した蛍光のみを散乱光
から選択して透過させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域
透過フィルタ６と、前記撮像素子８からの励起されたキ
ャリアが発生した蛍光の広がりを含む画像情報を処理す
る画像処理装置１０と、必要な情報を制御するコンピュ
ータ１１とからなる結晶内のフォトルミネッセンス計測
装置としたものである。また、前記レーザ投射光学系１
を取付けたレーザ移動ステージ１３及び前記被検体結晶
３を取付けた被検物体移動ステージ１４と、該レーザ移
動ステージ１３及び該被検物体移動ステージ１４の移動
を制御するステージコントローラ１２とを設けた結晶内
のフォトルミネッセンス計測装置としたものである。ま
た、前記レーザ投射光学系１内には偏光素子１５を、前
記受光光学系９内には偏光素子１６を設けたフォトルミ
ネッセンス計測装置としたものである。
【０００５】
【実施例】図３は本願発明の第１実施例である。図３に
おいて、１はレーザ光２を水平に照射するレーザ投射光
学系であり、後述する偏光素子１５と集光レンズ４を有
する。３は被検体結晶、３ａは被検体結晶３の結晶表
面、３ｂはこれと直交する入射側面である。被検体結晶
３の結晶表面３ａ上には対物レンズ５を、間隔を置いて
結像レンズ７を設け、対物レンズ５と結像レンズ７の間
に帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ６と偏光素
子１６とを設け、結像レンズ７によって結像する位置に
撮像素子８を設ける。９は受光光学系、１０は撮像素子
８によってピックアップされた画像情報を処理する画像
処理装置、１１は必要な情報を制御するコンピュータで
ある。前記レーザ投射光学系１はレーザ移動ステージ１
３上に載置され、前記被検体結晶３は被検体結晶移動ス
テージ１４上に載置され、レーザ移動ステージ１３及び
被検体結晶移動ステージ１４はステージコントローラ１
２で制御される。
おいて、１はレーザ光２を水平に照射するレーザ投射光
学系であり、後述する偏光素子１５と集光レンズ４を有
する。３は被検体結晶、３ａは被検体結晶３の結晶表
面、３ｂはこれと直交する入射側面である。被検体結晶
３の結晶表面３ａ上には対物レンズ５を、間隔を置いて
結像レンズ７を設け、対物レンズ５と結像レンズ７の間
に帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ６と偏光素
子１６とを設け、結像レンズ７によって結像する位置に
撮像素子８を設ける。９は受光光学系、１０は撮像素子
８によってピックアップされた画像情報を処理する画像
処理装置、１１は必要な情報を制御するコンピュータで
ある。前記レーザ投射光学系１はレーザ移動ステージ１
３上に載置され、前記被検体結晶３は被検体結晶移動ス
テージ１４上に載置され、レーザ移動ステージ１３及び
被検体結晶移動ステージ１４はステージコントローラ１
２で制御される。
【０００６】図４は本願発明の第２実施例で、集光レン
ズ４、対物レンズ５、結像レンズ７、狭帯域透過フィル
タ６、撮像素子８、画像処理装置１０、コンピュータ１
１、レーザ移動ステージ１３、被検体結晶移動ステージ
１４、ステージコントローラ１２、偏光素子１５、１６
は図３と同様であるが、レーザ投射光学系１と被検体結
晶３は相違する。即ち、レーザ投射光学系１は被検体結
晶３に対して、結晶表面３ａから観測する場合の例で、
入射角６０〜７７度（θ＝１３〜３０度）で入射し、結
晶表面３ａで下方に屈折し、屈折角（α）１６度程度で
結晶内部に進入する。入射したレーザ光２の一部の成分
は結晶表面で反射するから、この反射光が撮像素子８に
入らないような方向（β＝１０〜３５度）から観察する
ように構成する。
ズ４、対物レンズ５、結像レンズ７、狭帯域透過フィル
タ６、撮像素子８、画像処理装置１０、コンピュータ１
１、レーザ移動ステージ１３、被検体結晶移動ステージ
１４、ステージコントローラ１２、偏光素子１５、１６
は図３と同様であるが、レーザ投射光学系１と被検体結
晶３は相違する。即ち、レーザ投射光学系１は被検体結
晶３に対して、結晶表面３ａから観測する場合の例で、
入射角６０〜７７度（θ＝１３〜３０度）で入射し、結
晶表面３ａで下方に屈折し、屈折角（α）１６度程度で
結晶内部に進入する。入射したレーザ光２の一部の成分
は結晶表面で反射するから、この反射光が撮像素子８に
入らないような方向（β＝１０〜３５度）から観察する
ように構成する。
【０００７】図３、図４の前記集光レンズ４は、レーザ
光２を直径３〜２０μに絞って集光する。前記狭帯域透
過フィルタ６は、被検体結晶３内で投射レーザ光２によ
って励起されたキャリアが発生する蛍光のみを散乱光か
ら選択、透過せしめる峡帯域特性を有する。シリコンの
場合、発生する蛍光の波長は０．９〜２ミクロンである
から、前記狭帯域透過フィルタ６はこの帯域に対して透
過特性を有していればよい。
光２を直径３〜２０μに絞って集光する。前記狭帯域透
過フィルタ６は、被検体結晶３内で投射レーザ光２によ
って励起されたキャリアが発生する蛍光のみを散乱光か
ら選択、透過せしめる峡帯域特性を有する。シリコンの
場合、発生する蛍光の波長は０．９〜２ミクロンである
から、前記狭帯域透過フィルタ６はこの帯域に対して透
過特性を有していればよい。
【０００８】１２は投射レーザの投射位置を変えるため
のレーザ移動ステージ１３、あるいは被検体結晶３を移
動させるための被検体結晶移動ステージ１４を制御する
ステージコントローラで、蛍光の発光状態を２次元的に
観察するためにステージコントローラ１２がレーザ光源
２と被検体結晶３の位置を２次元的に制御し、得られた
画像情報から２次元的な撮像情報を解析する。
のレーザ移動ステージ１３、あるいは被検体結晶３を移
動させるための被検体結晶移動ステージ１４を制御する
ステージコントローラで、蛍光の発光状態を２次元的に
観察するためにステージコントローラ１２がレーザ光源
２と被検体結晶３の位置を２次元的に制御し、得られた
画像情報から２次元的な撮像情報を解析する。
【０００９】しかして、投射レーザ光２の散乱光を偏光
させる前記偏光素子１５、あるいは受光される散乱光を
偏光させる前記偏光素子１６は、回転させて所要の偏光
状態を得ることによって発生する蛍光の偏光依存性を調
べることができる。偏光素子１５、１６を調整して散乱
強度の最も小さくなる方位に合わせれば、微弱な蛍光を
検出し易くすることができる。図３の例では、紙面に平
行な偏光方向（電界方向）のとき、微小析出物（直径＜
λ/10 ）からの散乱強度が小さくなる。なお、散乱光と
蛍光では偏光依存性が異なる。一般に、散乱光は方向依
存性が強いが、蛍光は方向依存性か低い傾向がある。従
って、蛍光を観察するときには散乱光の弱くなる偏光方
向に設定し、散乱光を観察するときには強くなる偏光方
向とすれば、適切な測定をすることができる。
させる前記偏光素子１５、あるいは受光される散乱光を
偏光させる前記偏光素子１６は、回転させて所要の偏光
状態を得ることによって発生する蛍光の偏光依存性を調
べることができる。偏光素子１５、１６を調整して散乱
強度の最も小さくなる方位に合わせれば、微弱な蛍光を
検出し易くすることができる。図３の例では、紙面に平
行な偏光方向（電界方向）のとき、微小析出物（直径＜
λ/10 ）からの散乱強度が小さくなる。なお、散乱光と
蛍光では偏光依存性が異なる。一般に、散乱光は方向依
存性が強いが、蛍光は方向依存性か低い傾向がある。従
って、蛍光を観察するときには散乱光の弱くなる偏光方
向に設定し、散乱光を観察するときには強くなる偏光方
向とすれば、適切な測定をすることができる。
【００１０】一般に、前記帯域透過狭帯域透過フィルタ
６の表面には、干渉膜が塗布されており、狭帯域透過フ
ィルタ６を適宜回転させれば、みかけ上干渉膜厚さが変
り、透過中心波長を可変とすることができる。従って、
狭帯域透過フィルタ６面と光軸との角度を変化させれ
ば、透過中心波長を変化させることができるので、蛍光
の発生状態の波長依存性を調べることができる。対物レ
ンズ５として、無限遠補正したものを用いれば、対物レ
ンズ５と結像レンズ７の間は平行ビームとなり（図４で
は省略）、干渉狭帯域透過フィルタ６を入れるのに都合
がよい。また、干渉狭帯域透過フィルタ６を傾けても、
像の横ずれは起こらない。図７は干渉狭帯域透過フィル
タ６を光軸に対して傾けた場合の透過光の中心波長の変
化を示す図、図８は中心波長を変化させた場合のピーク
透過率及び半値幅の変化の様子を示す図である。なお、
波長可変レーザを用いれば、容易に蛍光の波長依存佐を
測定できることは当然である。
６の表面には、干渉膜が塗布されており、狭帯域透過フ
ィルタ６を適宜回転させれば、みかけ上干渉膜厚さが変
り、透過中心波長を可変とすることができる。従って、
狭帯域透過フィルタ６面と光軸との角度を変化させれ
ば、透過中心波長を変化させることができるので、蛍光
の発生状態の波長依存性を調べることができる。対物レ
ンズ５として、無限遠補正したものを用いれば、対物レ
ンズ５と結像レンズ７の間は平行ビームとなり（図４で
は省略）、干渉狭帯域透過フィルタ６を入れるのに都合
がよい。また、干渉狭帯域透過フィルタ６を傾けても、
像の横ずれは起こらない。図７は干渉狭帯域透過フィル
タ６を光軸に対して傾けた場合の透過光の中心波長の変
化を示す図、図８は中心波長を変化させた場合のピーク
透過率及び半値幅の変化の様子を示す図である。なお、
波長可変レーザを用いれば、容易に蛍光の波長依存佐を
測定できることは当然である。
【００１１】図５は被検体結晶３に励起レーザを照射し
た際の、蛍光の発生状態を模式的に示した図である。図
６は発生した蛍光の広がり（Ｌ）及び蛍光の強度（Ｉ）
を、横軸に被検物表面からのレーザ光の進入深さを取っ
て示した図であり、このＬ、Ｉを結晶表面からの深さの
関数として求めることによって、励起キャリアの寿命(L
ife Time) を深さの関数として評価することができる。
ここで、蛍光像の広がり（Ｌ）は蛍光強度が１／ｅにな
る位置等によって計算する。
た際の、蛍光の発生状態を模式的に示した図である。図
６は発生した蛍光の広がり（Ｌ）及び蛍光の強度（Ｉ）
を、横軸に被検物表面からのレーザ光の進入深さを取っ
て示した図であり、このＬ、Ｉを結晶表面からの深さの
関数として求めることによって、励起キャリアの寿命(L
ife Time) を深さの関数として評価することができる。
ここで、蛍光像の広がり（Ｌ）は蛍光強度が１／ｅにな
る位置等によって計算する。
【００１２】一般に、励起されたキャリアの拡散計数
は、アインシュタインの関係式より、次のように表わさ
れる。 Dn＝μekBT/e， Dp＝μpkBT/e kBはボルツマン定数、Ｔは温度、ｅは電荷、μe は電子
の移動度、μp は正孔の移動度である。また、少数キャ
リアの再結合寿命（τ）は次式で与えられる。 τ-1＝Nr・S・vth ここに、Ｎｒは再結合中心の密度、Ｓは捕獲断面積、ｖ
thは少数キャリアの熱速度である。結論として、励起さ
れた少数キャリアが距離Ｒ進むとその存在確率は、 ＥＸＰ（−Ｒ／Ｍ） となる。ここで、キャリアの拡散距離（Ｍ）と再結合寿
命（τ）の間には、 Ｍ＝√（Ｄn τ） の関係があるから、蛍光強度分布の広がり（Ｌ）か測定
できればキャリアの拡散距離（Ｍ）が求まる。即ち、蛍
光強度が１／ｅになる位置がＭに相当する。
は、アインシュタインの関係式より、次のように表わさ
れる。 Dn＝μekBT/e， Dp＝μpkBT/e kBはボルツマン定数、Ｔは温度、ｅは電荷、μe は電子
の移動度、μp は正孔の移動度である。また、少数キャ
リアの再結合寿命（τ）は次式で与えられる。 τ-1＝Nr・S・vth ここに、Ｎｒは再結合中心の密度、Ｓは捕獲断面積、ｖ
thは少数キャリアの熱速度である。結論として、励起さ
れた少数キャリアが距離Ｒ進むとその存在確率は、 ＥＸＰ（−Ｒ／Ｍ） となる。ここで、キャリアの拡散距離（Ｍ）と再結合寿
命（τ）の間には、 Ｍ＝√（Ｄn τ） の関係があるから、蛍光強度分布の広がり（Ｌ）か測定
できればキャリアの拡散距離（Ｍ）が求まる。即ち、蛍
光強度が１／ｅになる位置がＭに相当する。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、結晶表面３ａと該結晶表面３
ａに対して交差方向の入射側面３ｂを有する被検体結晶
３と、該被検体結晶３に対して前記入射側面３ｂから被
検体結晶３内部に入射するか又は前記結晶表面３ａに対
して前記結晶表面３ａから斜めの角度で被検体結晶３内
部に入射し前記被検体結晶３内を透過可能であってかつ
前記被検体結晶３内のキャリアを励起可能なエネルギー
強度のレーザ光２を発生するレーザ投射光学系１と、前
記レーザ光２を所定の直径に絞る集光レンズ４と、前記
被検体結晶３内で前記レーザ光２によって励起されたキ
ャリアが発生することにより前記被検体結晶３内の発生
光となる蛍光を受光する対物レンズ５及び結像レンズ７
及び撮像素子８からなる受光光学系９と、前記対物レン
ズ５と前記結像レンズ７の間に設けられ前記励起された
キャリアが発生した蛍光のみを散乱光から選択して透過
させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ６
と、前記撮像素子８からの励起されたキャリアが発生し
た蛍光の広がりを含む画像情報を処理する画像処理装置
１０と、必要な情報を制御するコンピュータ１１とから
なる結晶内のフォトルミネッセンス計測装置としたか
ら、結晶表面３ａとこれと直交する入射側面３ｂから水
平に内部に入射させるか又は前記結晶表面３ａに対して
前記結晶表面３ａから斜めの角度で内部に入射させ、か
つ被検体結晶３内を透過可能であってかつ被検体結晶３
内のキャリアを励起可能なエネルギー強度のレーザ光２
を用いたので、結晶内への透過とキャリアの励起を両立
させて内部の蛍光観察が良好に行なえる。また、発生光
を受光する対物レンズ５と結像レンズ７の間に、励起さ
れたキャリアが発生した蛍光のみを散乱光から選択して
透過させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ
６を設けたから、蛍光を良好に観察できる。また、本発
明は、前記レーザ投射光学系１を取付けたレーザ移動ス
テージ１３及び前記被検体結晶３を取付けた被検物体移
動ステージ１４と、該レーザ移動ステージ１３及び該被
検物体移動ステージ１４の移動を制御するステージコン
トローラ１２とを設けた結晶内のフォトルミネッセンス
計測装置としたから、レーザ投射光学系１と被検体結晶
３を２次元に移動させることにより、２次元に観察でき
る。また、本発明は、レーザ投射光学系１内には偏光素
子１５を、前記受光光学系９内には偏光素子１６を設け
たから、偏光素子１５、１６を回転させて所要の偏光状
態を得ることによって発生する蛍光の偏光依存性を調べ
ることができる。
ａに対して交差方向の入射側面３ｂを有する被検体結晶
３と、該被検体結晶３に対して前記入射側面３ｂから被
検体結晶３内部に入射するか又は前記結晶表面３ａに対
して前記結晶表面３ａから斜めの角度で被検体結晶３内
部に入射し前記被検体結晶３内を透過可能であってかつ
前記被検体結晶３内のキャリアを励起可能なエネルギー
強度のレーザ光２を発生するレーザ投射光学系１と、前
記レーザ光２を所定の直径に絞る集光レンズ４と、前記
被検体結晶３内で前記レーザ光２によって励起されたキ
ャリアが発生することにより前記被検体結晶３内の発生
光となる蛍光を受光する対物レンズ５及び結像レンズ７
及び撮像素子８からなる受光光学系９と、前記対物レン
ズ５と前記結像レンズ７の間に設けられ前記励起された
キャリアが発生した蛍光のみを散乱光から選択して透過
させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ６
と、前記撮像素子８からの励起されたキャリアが発生し
た蛍光の広がりを含む画像情報を処理する画像処理装置
１０と、必要な情報を制御するコンピュータ１１とから
なる結晶内のフォトルミネッセンス計測装置としたか
ら、結晶表面３ａとこれと直交する入射側面３ｂから水
平に内部に入射させるか又は前記結晶表面３ａに対して
前記結晶表面３ａから斜めの角度で内部に入射させ、か
つ被検体結晶３内を透過可能であってかつ被検体結晶３
内のキャリアを励起可能なエネルギー強度のレーザ光２
を用いたので、結晶内への透過とキャリアの励起を両立
させて内部の蛍光観察が良好に行なえる。また、発生光
を受光する対物レンズ５と結像レンズ７の間に、励起さ
れたキャリアが発生した蛍光のみを散乱光から選択して
透過させる狭帯域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ
６を設けたから、蛍光を良好に観察できる。また、本発
明は、前記レーザ投射光学系１を取付けたレーザ移動ス
テージ１３及び前記被検体結晶３を取付けた被検物体移
動ステージ１４と、該レーザ移動ステージ１３及び該被
検物体移動ステージ１４の移動を制御するステージコン
トローラ１２とを設けた結晶内のフォトルミネッセンス
計測装置としたから、レーザ投射光学系１と被検体結晶
３を２次元に移動させることにより、２次元に観察でき
る。また、本発明は、レーザ投射光学系１内には偏光素
子１５を、前記受光光学系９内には偏光素子１６を設け
たから、偏光素子１５、１６を回転させて所要の偏光状
態を得ることによって発生する蛍光の偏光依存性を調べ
ることができる。
【図１】 公知の蛍光観察装置。
【図２】 パルスレーザにより発生した蛍光の発光寿命
を示す説明図。
を示す説明図。
【図３】 本発明の第１実施例のシステム図。
【図４】 本発明の第２実施例のシステム図。
【図５】 蛍光の発生状態の模式図。
【図６】 蛍光像の広がりと強度の相関図。
【図７】 フィルタを傾斜させた場合の透過中心波長の
変化を示す図。
変化を示す図。
【図８】 フィルタの回転角に対する中心波長、ピーク
透過率、半値幅の相関を示す図。
透過率、半値幅の相関を示す図。
１…レーザ投射光学系、２…レーザ光、３…被検体結
晶、３ａ…被検体結晶３の結晶表面、３ｂ…側面、４…
集光レンズ、５…対物レンズ、６…狭帯域透過フィル
タ、７…結像レンズ、８…撮像素子、９…受光光学系、
１０…画像処理装置、１１…コンピュータ、１２…ステ
ージコントローラ、１３…レーザ移動ステージ、１４…
被検体結晶移動ステージ、１５、１６…偏光素子。
晶、３ａ…被検体結晶３の結晶表面、３ｂ…側面、４…
集光レンズ、５…対物レンズ、６…狭帯域透過フィル
タ、７…結像レンズ、８…撮像素子、９…受光光学系、
１０…画像処理装置、１１…コンピュータ、１２…ステ
ージコントローラ、１３…レーザ移動ステージ、１４…
被検体結晶移動ステージ、１５、１６…偏光素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/62 - 21/74 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/88 G01N 21/94 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 結晶表面３ａと該結晶表面３ａに対して
交差方向の入射側面３ｂを有する被検体結晶３と、該被
検体結晶３に対して前記入射側面３ｂから被検体結晶３
内部に入射するか又は前記結晶表面３ａに対して前記結
晶表面３ａから斜めの角度で被検体結晶３内部に入射し
前記被検体結晶３内を透過可能であってかつ前記被検体
結晶３内のキャリアを励起可能なエネルギー強度のレー
ザ光２を発生するレーザ投射光学系１と、前記レーザ光
２を所定の直径に絞る集光レンズ４と、前記被検体結晶
３内で前記レーザ光２によって励起されたキャリアが発
生することにより前記被検体結晶３内の発生光となる蛍
光を受光する対物レンズ５及び結像レンズ７及び撮像素
子８からなる受光光学系９と、前記対物レンズ５と前記
結像レンズ７の間に設けられ前記励起されたキャリアが
発生した蛍光のみを散乱光から選択して透過させる狭帯
域透過特性を備えた狭帯域透過フィルタ６と、前記撮像
素子８からの励起されたキャリアが発生した蛍光の広が
りを含む画像情報を処理する画像処理装置１０と、必要
な情報を制御するコンピュータ１１とからなる結晶内の
フォトルミネッセンス計測装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記レーザ投射光学
系１を取付けたレーザ移動ステージ１３及び前記被検体
結晶３を取付けた被検物体移動ステージ１４と、該レー
ザ移動ステージ１３及び該被検物体移動ステージ１４の
移動を制御するステージコントローラ１２とを設けた結
晶内のフォトルミネッセンス計測装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
レーザ投射光学系１内には偏光素子１５を、前記受光光
学系９内には偏光素子１６を設けたフォトルミネッセン
ス計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37507698A JP3275022B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 結晶内のフォトルミネッセンス計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37507698A JP3275022B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 結晶内のフォトルミネッセンス計測装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4074723A Division JP2975476B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 結晶内のフォトルミネッセンス計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281576A JPH11281576A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3275022B2 true JP3275022B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=18504926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37507698A Expired - Fee Related JP3275022B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 結晶内のフォトルミネッセンス計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275022B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI662273B (zh) * | 2018-08-20 | 2019-06-11 | 友達晶材股份有限公司 | 缺陷檢測設備及缺陷檢測方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002181710A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-26 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 蛍光検出測定装置 |
| CN111504958B (zh) * | 2020-03-09 | 2022-12-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种软脆光学晶体加工表层荧光性缺陷检测方法 |
| CN113720773A (zh) * | 2020-07-30 | 2021-11-30 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 激光晶体的检测装置、***、方法及图像处理方法 |
| CN114235836A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 深圳市壹倍科技有限公司 | 一种用于半导体缺陷检测的*** |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP37507698A patent/JP3275022B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI662273B (zh) * | 2018-08-20 | 2019-06-11 | 友達晶材股份有限公司 | 缺陷檢測設備及缺陷檢測方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11281576A (ja) | 1999-10-15 |
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