JPH0835934A - 試料の内部欠陥評価装置 - Google Patents

試料の内部欠陥評価装置

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JPH0835934A
JPH0835934A JP17218494A JP17218494A JPH0835934A JP H0835934 A JPH0835934 A JP H0835934A JP 17218494 A JP17218494 A JP 17218494A JP 17218494 A JP17218494 A JP 17218494A JP H0835934 A JPH0835934 A JP H0835934A
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JP
Japan
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sample
lens
light
excitation light
evaluation apparatus
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Pending
Application number
JP17218494A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Yoshida
尚幸 吉田
Shingo Suminoe
伸吾 住江
Hiroyuki Takamatsu
弘行 高松
Tsutomu Morimoto
勉 森本
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はフォトルミネッセンス光(以下P
L)により試料の内部欠陥を評価する装置に係り,比較
的簡便に試料内部の特定深さ位置からのPLを測定し
て,該試料内部の欠陥を評価することのできる内部欠陥
評価装置の提供を目的とする。 【構成】 励起光源11からの励起光10が集光してP
Lが発生する試料16内部での焦点位置と,このPLを
集光して通過させる位置,すなわち,ピンホール19a
を設けた位置とが対応するため,この試料16の焦点位
置からのPLのみを確実に検出装置27に導いてその評
価をすることができる。そして,レンズ15(第1のレ
ンズ手段)と試料16の相対距離を変化させてその焦点
位置を変えることで,試料16における特定の深さ位置
からのPLのみを効率よく検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,例えば多層構造を有す
る半導体ウエハなどの試料の内部欠陥を評価する内部欠
陥評価装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にフォトルミネッセンス光(以下P
L)は,励起光源からの励起光が試料に照射されたとき
に,この試料内部で発生する電子・正孔対が再結合した
ときに観測される発光である。そして,このPLの波長
は,電子・正孔の試料中での状態を反映し,PLを分光
することによって試料の物性を詳細に調べることができ
る。そこで,試料内部からのPLによりその深さ方向に
かかる情報を得る従来の装置としては,例えば特開平5
−264468号公報に開示のものが知られている。上
記公報に開示の装置では,図6に示すごとく,試料50
の表面に対して角度βをなして図外のレーザ光源(励起
光源)からレーザ光51(励起光)が照射される。この
レーザ光51は,試料50内部に入射する際にその表面
において屈折角αで屈折し,この屈折したレーザ光によ
って発生する試料50内のPLが上記試料50の法線方
向に対してθの角度を持って配置されたレンズ52で集
光され,検出器53により検出される。発生した上記P
Lは,試料50内での深さ位置50a〜50dの違いに
よって異なり,上記検出器53内での視野54内の位置
54a〜54dが異なって検出されるので,試料50内
部からのPLによりその深さ位置に係る物性に関しての
情報を得ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが,このような
従来装置では,上述のごとく,レーザ光51を試料50
の表面に対して角度βで入射し,角度αで屈折したレー
ザ光によって発生するPLを試料50表面の法線方向に
対してθをなして配置されたレンズ52で集光する必要
があるため,これらの角度β,α,θを正確に設定ある
いは測定しなければならず,PLの測定に際して多大の
時間を要する。また,上記屈折角αはその対象となる試
料によって異なるため,これらの異なる試料についての
集光点までの深さ位置の絶対値を正確に求めることがで
きない。そこで,本発明は,上記事情に鑑みて創案され
たものであり,比較的簡便に試料内部の特定深さ位置か
らのPLを測定して試料の内部欠陥を評価することので
きる内部欠陥評価装置の提供を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に,本発明が採用する主たる手段は,その要旨とすると
ころが,励起光源からの励起光を試料に照射することに
より発生するフォトルミネッセンス光を検出装置により
検出し,上記試料の内部欠陥を評価する装置において,
上記試料からのフォトルミネッセンス光の光路上に試料
表面の法線方向に光軸を向けて配置される第1のレンズ
手段と,上記第1のレンズ手段を上記フォトルミネッセ
ンス光の光軸方向へ相対的に移動させる移動手段と,上
記第1のレンズ手段を通る光を集光する第2のレンズ手
段と,上記検出装置に併設され,上記第1のレンズ手段
の焦点位置からのフォトルミネッセンス光のみを該検出
装置に向けて通過させるマスク手段とを具備してなる点
に係る試料の内部欠陥評価装置である。
【0005】
【作用】上記構成に係る内部欠陥評価装置では,励起光
源からの励起光が集光してPLが発生する試料内部での
焦点位置とこのPLを集光して通過させる位置,すなわ
ちピンホールを設けた位置とが対応するため,この試料
の焦点位置からのPLのみを確実に検出装置に導いてそ
の評価をすることができる。そして,第1のレンズ手段
と試料の相対距離を変化させてその焦点位置を変えるこ
とで,試料における特定の深さ位置からのPLのみを効
率よく検出することができる。
【0006】
【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係る試料の内部欠陥評価
装置の概略構成を示すブロック図,図2は上記内部欠陥
評価装置の要部拡大図,図3は第1のレンズ手段と試料
の相対距離を変化させることにより試料内部における深
さ位置を変えて情報を得る場合の説明図,図4は上記内
部欠陥評価装置により観測されるPLの一例を示すブラ
フ,図5は本発明の他の実施例に係る内部欠陥評価装置
の要部構成を示す説明図である。この実施例に係る内部
欠陥評価装置では,図1及び図2に示すごとく,X−Y
ステージ17上に固定された試料16表面の法線方向
に,その上方から励起光源11,凹レンズ8,レンズ
9,ピンホール12aを備えたプレート12,レンズ1
3,ビームスプリッタ14,レンズ15(第1のレンズ
手段)が配設されている。上記励起光源11としては,
例えばArレーザが用いられ,この励起光源11からの
励起光10が上記試料16の表面に照射される。上記レ
ンズ15は,上記試料16内で上記励起光10を集光さ
せると共にその焦点位置からのフォトルミネッセンス光
(以下PL)を平行光となす作用をなし,上記試料16
に対して上記PLの光軸方向へレンズ駆動装置25(移
動手段)により移動駆動される。尚,このレンズ駆動装
置25は当該内部欠陥評価装置を統括するコンピュータ
を備えた制御装置22により制御される。この場合,上
記レンズ15を固定として上記X−Yステージ17をこ
のレンズ15に対して上記PLの光軸方向へ移動駆動
し,レンズ15と試料16の相対距離を変化させるよう
にしてもよい。このようにすると,上記X−Yステージ
17は上記制御装置22により3次元空間内において試
料16を移動調整可能となる。
【0007】上記ビームスプリッタ14の上記PLの光
軸と直交する方向には,帯域透過フィルタ26,レンズ
18(第2のレンズ手段),ピンホール19aを備えた
マスク19(マスク手段),検出装置27が配設されて
いる。上記レンズ18は,上記レンズ15を通るPL2
4を集光する作用をなし,上記レンズ15の焦点位置か
らのPLのみを上記検出装置27に通過させるべく,そ
の集光位置に上記ピンホール19aが位置するように上
記マスク19が取り付けられている(図2参照)。上記
マスク12に併設された上記検出装置27は,分光器2
0と検出器21とにより構成され,上記制御装置22に
接続されている。さらにこの制御装置22には,解析用
の画像出力装置23が接続されている。本実施例に係る
内部欠陥評価装置は上記したように構成されている。従
って,上記構成に係る評価装置では,励起光源11から
出射された励起光10は,凹レンズ8により光束を広げ
られてレンズ9により一旦収束され,プレート12のピ
ンホール12aを通過することによって試料16内で所
定のPLを発生させる励起光以外の光が除去される。そ
の後,レンズ13によって上記励起光10は平行光線と
される。上記のようにして平行光線とされた励起光10
は,さらにビームスプリッタ14を透過し,レンズ15
によって収束され,試料16の表面上で細く絞られる。
このようにして励起光10が照射され,試料16内部で
発生したPLは,上記レンズ15によって集光されて平
行光線となる。即ち,この平行光線は,上記試料16内
での焦点位置からのPLであって,ビームスプリッタ1
4によってその進路が変更される。そして,この平行光
線は帯域透過フィルタ26の作用で所定のPLのみが透
過された後,レンズ18によって収束される。上記レン
ズ18による集光位置には前述のごとくピンホール12
aが設けられていることから,上記試料16内での焦点
位置からのPLのみが分光器20に入射されて分光さ
れ,検出器21により検出される。
【0008】即ち,上記励起光源11からの励起光が集
光してPLが発生する試料16内部での焦点位置とこの
PLを集光して通過させる位置,換言すればピンホール
19aを設けた位置とが対応するため,レンズ15で平
行光線とならない試料16内での焦点位置以外で発生し
たPLはレンズ18により上記ピンホール19aの位置
で収束せず,上記分光器20へ導かれることはない。従
って,試料16の焦点位置からのPLのみを確実に検出
装置27に導いてその評価をすることができる。そし
て,上記レンズ駆動装置25によりレンズ15をPLの
光軸方向へ移動させて試料16に対する焦点位置を変化
させることにより,この試料16における特定の深さ位
置からのPLのみを効率よく検出することができる。そ
の結果,当該装置によれば,試料16内部からのPLに
よりその深さ方向にかかる所定位置に関しての情報を得
る場合には,従来装置の場合のように励起光の入射角,
屈折角あるいはPLを観察する方向角などを測定するこ
となく,試料内における所定の深さ位置からのPLのみ
を検出することができる。また,種類の異なる試料の場
合でも,該試料とレンズ15との相対距離を変化させる
ことのみにより上記の場合と同様にして所定の深さ位置
におけるPLを測定することができる。図3に試料16
の深さ位置を変えてPLを測定する状況を示す。さら
に,本実施例にかかる装置においては,試料16を支持
するX−Yステージ17を制御装置22により駆動制御
して,該試料16をX−Y平面内で移動させつつPLの
測定を行うことにより,所定の深さ位置での2次元方向
にかかるPLの測定をも容易に行うことができる。
【0009】ここで,測定対象となる試料として例えば
Si結晶の多層構造を用いた場合,励起光としては例え
ば400nmから1000nmの波形を用いることが望
ましい・即ち,400nmの波長の励起光を用いた場合
には試料へのこの励起光の侵入深さは0.1μmであ
り,これ以上短い波長の励起光では試料内部からのPL
を効率よく測定することが出来ない。また,波長が1μ
mより長い励起光を用いた場合には,この励起光のエネ
ルギが少ないことから十分な電子・正孔を試料内部にお
いて発生させることができないからである。このとき,
観測されるPLの一例を図4に示す。即ち,上記励起光
により試料内には波長が1000nmから1700nm
の範囲内でPLが発生するが,試料の結晶性を反映する
バンド端発光と,試料内の欠陥に起因する発光とが明瞭
に観測される。従って,このような発光の深さ位置を当
該装置により求めることで,試料内部における欠陥の深
さ位置を知ることができる。図5に本発明の他の実施例
に係る内部欠陥評価装置の要部構成を示す。即ち,前記
実施例においては励起光を試料16の表面に対してその
法線方向から入射しているが,図5に示すように,試料
16から発生するPLが減少しない範囲内においては該
試料16表面の法線方向に対して斜め方向から励起光1
0′を入射するようにしてもよい。更に,上記実施例に
おける分光器20に変えて,求めようとする波長のPL
を透過させるようないわゆる狭帯域透過フィルタを用い
てもよい。
【0010】
【発明の効果】本発明は,上記したように,励起光源か
らの励起光を試料に照射することにより発生するフォト
ルミネッセンス光を検出装置により検出し,上記試料の
内部欠陥を評価する装置において,上記試料からのフォ
トルミネッセンス光の光路上に試料表面の法線方向に光
軸を向けて配置される第1のレンズ手段と,上記第1の
レンズ手段を上記フォトルミネッセンス光の光軸方向へ
相対的に移動させる移動手段と,上記第1のレンズ手段
を通る光を集光する第2のレンズ手段と,上記検出装置
に併設され,上記第1のレンズ手段の焦点位置からのフ
ォトルミネッセンス光のみを該検出装置に向けて通過さ
せるマスク手段とを具備してなることを特徴とする試料
の内部欠陥評価装置であるから,比較的簡便に試料内部
の特定深さ位置からのPLを測定して該試料の内部欠陥
を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る試料の内部欠陥評価
装置の概略構成を示すブロック図。
【図2】 上記内部欠陥評価装置の要部拡大図。
【図3】 第1のレンズ手段と試料の相対距離を変化さ
せることにより試料内部における深さ位置を変えて情報
を得る場合の説明図。
【図4】 上記内部欠陥評価装置により観測されるPL
の一例を示すブラフ。
【図5】 本発明の他の実施例に係る内部欠陥評価装置
の要部構成を示す説明図。
【図6】 従来の内部欠陥評価装置の概略構成を示す要
部ブロック図。
【符号の説明】
10,10′…励起光 11…励起光源 14…ビームスプリッタ 15…レンズ(第1のレンズ手段) 16…試料 17…X−Yステージ 18…レンズ(第2のレンズ手段) 19…マスク(マスク手段) 19a…ピンホール 20…分光器 21…検出器 22…制御装置 24…PL 25…レンズ駆動装置(移動手段) 27…検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 勉 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光源からの励起光を試料に照射する
    ことにより発生するフォトルミネッセンス光を検出装置
    により検出し,上記試料の内部欠陥を評価する装置にお
    いて,上記試料からのフォトルミネッセンス光の光路上
    に試料表面の法線方向に光軸を向けて配置される第1の
    レンズ手段と,上記第1のレンズ手段を上記フォトルミ
    ネッセンス光の光軸方向へ相対的に移動させる移動手段
    と,上記第1のレンズ手段を通る光を集光する第2のレ
    ンズ手段と,上記検出装置に併設され,上記第1のレン
    ズ手段の焦点位置からのフォトルミネッセンス光のみを
    該検出装置に向けて通過させるマスク手段とを具備して
    なることを特徴とする試料の内部欠陥評価装置。
JP17218494A 1994-07-25 1994-07-25 試料の内部欠陥評価装置 Pending JPH0835934A (ja)

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