(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池に用いる間接バンドギャップ半導体構造の検査システムを提供する。【解決手段】光源１１０は間接バンドギャップ半導体構造１４０にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させる。ショートパスフィルタユニット１１４は、発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減する。コリメータ１１２は光をコリメートする。半導体構造１４０はコリメートされショートパス濾波された光で、略均一、かつ、同時に照明される。撮像デバイス１３０は半導体構造１４０に入射する略均一な同時照明によって誘起されるフォトルミネセンス像を同時に捕捉する。フォトルミネセンス像は、大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間的変動を用いて、半導体構造１４０の空間的に分解された特定の電子特性を定量化するために像処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
所定の照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域を照明し、前記照明に対応して前記材料からフォトルミネセンスを発生させる照明ステップと、
撮像デバイスによって前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
前記間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源によって前記材料を照明する照明ステップと、
撮像デバイスによって、前記照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含む方法。
【請求項３】
間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
所定の照明によって前記材料の領域を照明し、前記照明に対応して前記材料からフォトルミネセンスを発生させる照明ステップと、
撮像デバイスによって前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含み、
前記照明ステップと前記捕捉ステップは、約１秒以内に行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記画像内のルミネセンスの空間変動を判断するために前記画像を処理する処理ステップを更に含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記処理ステップが、前記画像内の空間変動を用いて前記間接バンドギャップ半導体材料の一つ以上の特性の空間変動を判断することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記照明が前記領域全体で均一である、請求項１〜５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記画像を捕捉する前に、前記照明及び／又は前記撮像デバイスへの入射光が濾過される、請求項１〜６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記照明及び／又は前記撮像デバイスへの入射光がショートパス濾過又はロングパス濾過され、所定の波長を選択的に除去する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記照明がショートパス濾過され、前記フォトルミネセンスの波長領域内の要素を除去する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記撮像デバイスへの入射光がロングパス濾過され、前記照明が画像化されることを防止する、請求項７〜９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
前記材料がロングパスフィルターの機能を果たし、前記照明が画像化されることを防止する、請求項１〜１０の何れかに記載の方法。
【請求項１２】
前記領域が１秒間まで照明される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記照明ステップ及び捕捉ステップが約１秒以内で行われる、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理ステップが約１秒以内で行われる、請求項４又は請求項５の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析する処理ステップを更に含み、
前記処理ステップが生産プロセスでインラインで行われる、請求項１〜１４の何れかに記載の方法。
【請求項１６】
前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析する処理ステップを更に含み、
前記処理ステップが生産プロセスからオフラインで行われる、請求項１〜１４の何れかに記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、シリコン構造、素地の又は部分的に加工されたウェハ、素地の又は部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造、十分に作られたシリコン装置、及び太陽電池からなる群から選択された間接バンドギャップ半導体材料に適用される、請求項１〜１６の何れかに記載の方法。
【請求項１８】
間接バンドギャップ半導体材料は、約１５０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズである、請求項１〜１７の何れかに記載の方法。
【請求項１９】
前記領域は、前記材料の片側全体を備える、請求項１〜１８の何れかに記載の方法。
【請求項２０】
前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記材料への電気的接触なしで行われる、請求項１〜１９の何れかに記載の方法。
【請求項２１】
フォトルミネセンス画像を発生させるための照明、及び／又はフォトルミネセンス画像の捕捉及び処理が所定時間内で行われる、請求項１〜２０の何れかに記載の方法。
【請求項２２】
前記一つ以上の特性が、欠陥密度、短絡、電流−電圧特性、拡散長さ、及び少数キャリヤ寿命からなる群から選ばれる、請求項５に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも前記照明ステップ及び捕捉ステップは、前記材料が室温に置かれている間に行われる、請求項１〜２２の何れかに記載の方法。
【請求項２４】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記プロセスの所定の生産ステップ内で行われる、方法。
【請求項２５】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源で前記材料を照明する照明ステップと、前記照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記プロセスの所定の生産ステップ内で行われる、方法。
【請求項２６】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ及び捕捉ステップが約１秒以内に行われる、方法。
【請求項２７】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうる、方法。
【請求項２８】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源で前記材料を照明する照明ステップと、前記照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうる、方法。
【請求項２９】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうると共に、前記照明ステップと前記捕捉ステップは、約１秒以内に行われることを特徴とする方法。
【請求項３０】
間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、  所定の照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域を照明し、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、を含むシステム。
【請求項３１】
間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、  前記材料にフォトルミネセンスを誘導するための光で前記材料を照明するための光源と、前記照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析するためのプロセッサとを含むシステム。
【請求項３２】
間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、  所定の照明によって前記材料の領域を照明し、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、を含み、
約１秒以内に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
前記画像内のルミネセンスの空間変動を判断するように構成されたプロセッサを更に含む、請求項３０〜３２の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記プロセッサは、前記画像内の空間変動を用いて前記間接バンドギャップ半導体材料の一つ以上の特性の空間変動を判断ように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記システムは、前記領域を均一に照明するように構成される、請求項３０〜３４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３６】
一つ以上のフィルターをさらに含み、前記照明及び／又は前記撮像デバイスへの入射光が捕捉される前に濾過される、請求項３０〜３５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記フィルターは、前記フォトルミネセンスの波長領域内の前記照明の要素を除去するための、前記光源と前記材料との間に設けられたショートパスフィルターを含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記フィルターは、前記照明が前記撮像デバイスに到達することを防止するための、前記材料と前記撮像デバイスとの間に設けられたロングパスフィルターを含む、請求項３６又は３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記照明が前記撮像デバイスに到達することを防止するために、前記材料が前記光源と前記撮像デバイスとの間に置かれた、請求項３０〜３８の何れかに記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムが、約１秒以内で前記領域を照明するのに適している、請求項３０又は３１に記載のシステム。
【請求項４１】
約１秒間に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とする、請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項４２】
前記システムは、生産プロセスでインラインで配置される、請求項３０〜４１の何れか１項に記載のシステム。
【請求項４３】
前記システムが、シリコン、素地の又は部分的に加工されたウェハ、素地の又は部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造、十分に作られたシリコン装置、及び太陽電池からなる群から選択された間接バンドギャップ半導体材料を分析するように適用される、請求項３０〜４２の何れかに記載のシステム。
【請求項４４】
前記システムが、約１５０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズの間接バンドギャップ半導体材料を分析するように適用される、請求項３０〜４３の何れかに記載のシステム。
【請求項４５】
前記システムが、前記材料の片側全体に対応する領域を分析するように適用される、請求項３０〜４４の何れかに記載のシステム。
【請求項４６】
前記システムが、欠陥密度、短絡、電流−電圧特性、拡散長さ、及び少数キャリヤ寿命からなる群から選ばれた一つ以上の特性を分析するように適用される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記撮像デバイスが、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイ、又は、ピクセル検出器を含む、請求項３０〜４６の何れかに記載のシステム。
【請求項４８】
前記焦点面アレイは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記焦点面アレイは、シリコン又はＩｎＧａＡｓから作られる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域を照明するための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含む、システム。
【請求項５１】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導する光で前記材料を照明するための光源と、前記照明によって前記材料の少なくとも１平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含む、システム。
【請求項５２】
間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明するための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含み、
約１秒以内に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とするシステム。
【請求項５３】
間接バンドギャップ半導体材料を生産するためのマルチステッププロセスラインであって、
前記プロセスライン内の１つ以上の地点に配置された請求項５０〜５２の何れか１項に記載の１つ以上のシステムを含む、マルチステッププロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体的に半導体試験に関し、さらに詳細には間接バンドギャップ半導体材料の試験に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池製造は典型的に年３０％を超える成長率で急速に拡大している市場である。太陽電池製造の主要分野は多結晶ウェハに基づく技術である。この産業において、総処理量の中の大きな割合が仕様を満たさずに廃却され、毎年、産業にとって大きな財政的な損失を招いている。太陽電池の製造はシリコンなどの素地の半導体ウェハから出発する高度に特殊な加工ステップの手順が関与する。
【０００３】
Ｂｅｌ’ｋｏｖ、ＶＶらの「ｎ−ＧａＡｓのマイクロウェーブ誘起パターンおよびそのフォトルミネセンス像形成（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎｓ
ｉｎ  ｎ−ＧａＡｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ、Ｖｏｌ．６１、Ｎｏ．２０、Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、２０００年５月１５日、１３６９８〜１３７０２ページは、ｎ−ＧａＡｓのフォトルミネセンス（ＰＬ）像形成の技術について記述している。フォトルミネセンスは、光励起に応答して半導体材料が放射する光である。フォトルミネセンス像形成を用いて、均一なマイクロウェーブ照射の下で、均一なｎ−ＧａＡｓ層中の高い電子密度の自己組織化された（ｓｅｌｆ−ｏｒｇａｎｉｚｅｄ）パターンが無接触的に研究された。ｎ−ＧａＡｓ無接触サンプルは矩形導波器中に収容され、これは観察用の金属網目窓を有し、マイクロウェーブ発生器に結合され、マイクロウェーブ照射を受ける。ｎ−ＧａＡｓサンプルを含むこの組み立て体は液体ヘリウムを含む浴クリオスタット中で４．２Ｋに冷却され、リング状に組織化されたいくつかの赤色（６２０ｎｍ）発光ダイオード（ＬＥＤ）で均一に照射される。クリオスタットは金属網目窓に整列された窓を有する。ビデオカメラがサンプルに面するように配列され、光学系と干渉８２０ｎｍ（ロングパス）フィルタが、その順序でクリオスタット窓とカメラの間に挿入される。カメラは３ｍｍ×４ｍｍの像を捕捉し、そのいくつかはマイクロウェーブ照射下でサンプルからのフォトルミネセンス中に黒点を形成する。
【０００４】
Ｂｅｌ’ｋｏｖのシステムは、直接バンドギャップ半導体であるｎ−ＧａＡｓの試験に用いることができる。そのような半導体におけるフォトルミネセンス効率の高さを考慮すれば、ｎ−ＧａＡｓサンプルは、フォトルミネセンスを誘起するために、照明源が発散する比較的低い出力のＬＥＤの使用を可能にする。また、導波器とクリオスタット窓の配置はカメラの視野を制限する。不利なことに、これは小さな面積（３ｍｍ×７ｍｍ）の試験しかできない。さらに、システムはサンプルをクリオスタットによって形成された低温での試験を必要とする。Ｂｅｌ’ｋｏｖの構造はＬＥＤからの照明源をビデオカメラで捕えることを可能にする。ロングパスフィルタは、ＬＥＤからの照明を遮断し８２０ｎｍを超えるフォトルミネセンスをカメラに伝達することが意図されるが、８２０ｎｍを超えるＬＥＤからの照明もカメラに伝達する。ｎ−ＧａＡｓサンプルでは、発生した高効率のフォトルミネセンスはＬＥＤからのあらゆる望ましくない照明を大きく超える。これらおよび他の制約を考慮すると、Ｂｅｌ’ｋｏｖのシステムは間接バンドギャップ半導体の試験には適さない。
【０００５】
Ｍａｓａｒｏｔｔｏらの「ＳｉＣ特性化のためのＵＶ走査フォトルミネセンス装置の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ＵＶ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ＳｉＣ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」、Ｅｕｒ  Ｊ  ＡＰ  ２０、１４１〜１４４、２００２は、適用されたＳｉＣ特性化のための走査ＰＬ装置について記載している。ＰＬマッピングは１μｍステップのｘ−ｙステージおよび顕微鏡対物によってスポット直径４μｍに合焦した二重Ａｒ+レーザビームを用いるサンプルの走査によって得られる。積分されたＰＬ強度またはスペクトル分解されたＰＬのいずれも得ることができる。このシステムは点から点へＰＬを走査する。そのようなシステムは、走査作業のため所与の時間で小さな面積、すなわち、点しか試験できず、不利である。大面積のサンプルのフォトルミネセンスは、半導体デバイスの動作条件により良好に近似するであろう大面積の均一な照明の下で同時に捕捉することができない。さらに不利なことに、そのようなシステムはシステムの走査作業のため遅い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、不良の太陽電池になり得る素地のまたは部分的に加工されたウェハを含む間接バンドギャップ半導体構造、特にシリコンのための検査システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、間接バンドギャップ半導体構造の検査方法が提供される。本方法は、間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させることと、光をショートパス濾波して、発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減することと、光をコリメートすることと、コリメートされショートパス濾波された光で大面積の間接バンドギャップ半導体構造を略均一かつ同時に照明することと、誘起されたフォトルミネセンスを同時に捕捉することのできる撮像デバイスを用いて、大面積の間接バンドギャップ半導体構造に入射する略均一な同時照明によって誘起されたフォトルミネセンス像を同時に捕捉することと、前記大面積に誘起された前記フォトルミネセンスの空間変動を用いて、間接バンドギャップ半導体構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化するフォトルミネセンス像の像処理を行うこととを含む。
【０００８】
間接バンドギャップ半導体はシリコンを含むことができる。構造は間接バンドギャップ半導体材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、少なくとも１つの部分的に形成された電子デバイス、または素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含むことができる。電子デバイスは光電池デバイスとすることができる。
【０００９】
ショートパス濾波ステップは、１つ以上のショートパスフィルタを用いて行うことができる。ショートパス濾波ステップは、用いられる短波長光を反射し不要な長波長成分を透過する誘電体ミラーを用いて行うことができる。ショートパス濾波ステップは、発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減することができ、長波長端は、光発生源の最も長い波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる。
【００１０】
間接バンドギャップ半導体構造の照明された面積は約１．０ｃｍ2またはそれ以上とすることができる。
【００１１】
本方法は発生した光を均一化することをさらに含むことができる。
【００１２】
本方法は室温で行うことができる。
【００１３】
発生した光は単色光または略単色光とすることができる。光は、レーザ、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、または高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）の少なくとも１つによって発生させることができる。あるいは、光は発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイまたは広スペクトルランプによって発生させることができ、光のスペクトルを制限するために濾波される。
【００１４】
光の総光学的出力は１ワットを超えることができる。
【００１５】
発生した光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスはその表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される。あるいは、発生した光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、撮像デバイスは反対側の表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために構造の反対側の表面に向かって配列される。
【００１６】
本方法は、シリコン構造に誘起されたフォトルミネセンスをロングパス濾波することをさらに含むことができる。構造は、フォトルミネセンスの励起に用いられる入射光のロングパスフィルタとして働くことができる。１つ以上のロングパスフィルタを撮像デバイスと組み合わせて用いることができる。撮像デバイスは、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイを含むことができる。光感受性電子素子の焦点面アレイは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含むことができる。焦点面アレイはシリコンから作ることができる。光感受性電子素子の焦点面アレイはＩｎＧａＡｓから作ることができる。焦点面アレイは冷却することができる。
【００１７】
撮像デバイスはピクセル検出器を含むことができる。ピクセル検出器は構造の表面に結合した接触ピクセル検出器とすることができる。
【００１８】
撮像デバイスはピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）とすることができ、構造の表面とピクセル検出器またはＣＣＤアレイの間にテーパ付きファイババンドルを結合することができる。
【００１９】
特定の電子特性は局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含む。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、間接バンドギャップ半導体構造の検査システムが提供される。システムは、間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させるための光源と、光源と間接バンドギャップ半導体構造の間に配置されて発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減するショートパスフィルタユニットと、光源と間接バンドギャップ半導体構造の間に配置され、コリメートされショートパス濾波された光が大面積の間接バンドギャップ半導体構造を略均一におよび同時に照明するコリメータと、大面積の間接バンドギャップ半導体構造に入射する入射光による前記略均一な同時照明によって誘起されたフォトルミネセンス像を捕捉するために、間接バンドギャップ半導体構造に向かって配列された撮像デバイスとを含む。
【００２１】
本システムは、間接バンドギャップ半導体構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化するためにフォトルミネセンス像の像処理を行う像プロセッサをさらに含むことができる。
【００２２】
間接バンドギャップ半導体はシリコンを含むことができる。構造は、間接バンドギャップ半導体材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、少なくとも１つの部分的に形成された電子デバイス、または素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含むことができる。電子デバイスは光電池デバイスとすることができる。
【００２３】
ショートパスフィルタユニットは１つ以上のショートパスフィルタを含むことができる。ショートパスフィルタユニットは、用いられる短波長光を反射し不要な長波長成分を透過する１つ以上の誘電体ミラーを含むことができる。ショートパスフィルタユニットは、発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減することができ、長波長端は、光発生源の最も長い波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる。
【００２４】
間接バンドギャップ半導体構造の照明された面積は約１．０ｃｍ2またはそれを超える ことができる。
【００２５】
本システムは入射光を照明された面積に均一化するビームホモジェナイザをさらに含むことができる。
【００２６】
本システムは間接バンドギャップ半導体サンプルを室温で試験することができる。
【００２７】
発生した光は単色光または略単色光とすることができる。
【００２８】
光源はレーザ、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、または高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ、または光のスペクトルを制限する１つ以上のフィルタと組み合わせた広スペクトルランプの少なくとも１つを含むことができる。
【００２９】
光の光学的総出力は約１ワットを超えることができる。
【００３０】
光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスはその表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される。あるいは、光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスは反対側の表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために構造の反対側の表面に向かって配列される。
【００３１】
構造はフォトルミネセンスの励起に用いられる入射光のロングパスフィルタとして働くことができる。
【００３２】
本システムは、撮像デバイスと組み合わせて用いる、１つ以上のロングパスフィルタをさらに含むことができる。撮像デバイスは、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイを含むことができる。光感受性電子素子の焦点面アレイは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含むことができる。焦点面アレイはシリコンから作ることができる。光感受性電子素子の焦点面アレイはＩｎＧａＡｓから作ることができる。焦点面アレイは冷却することができる。
【００３３】
撮像デバイスはピクセル検出器を含むことができる。ピクセル検出器は構造の表面に結合した接触ピクセル検出器とすることができる。
【００３４】
撮像デバイスはピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）とすることができ、構造の表面とピクセル検出器またはＣＣＤアレイの間に結合したテーパ付きファイババンドルをさらに含むことができる。
【００３５】
特定の電子特性は局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含むことができる。
【００３６】
本発明の他の態様によれば、シリコン構造の検査方法が提供される。本方法は、シリコン構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させることと、光をショートパス濾波して発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減することと、光をコリメートすることと、コリメートされショートパス濾波された光で大面積のシリコン構造の一方を略均一におよび同時に照明することと、前記誘起されたフォトルミネセンスを同時に捕捉することのできる撮像デバイスを用いて、前記大面積のシリコン構造に入射する略均一な同時照明によって前記誘起されたフォトルミネセンス像を同時に捕捉することとを含む。
【００３７】
本方法は、シリコン構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化するためにフォトルミネセンス像の像処理を行うことをさらに含むことができる。
【００３８】
構造はシリコン材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、シリコンから作られた少なくとも１つの部分的に形成された光電池デバイス、または素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含む。
【００３９】
ショートパス濾波ステップは、１つ以上のショートパスフィルタを用いて行うことができる。ショートパス濾波ステップは、用いられる短波長光を反射し不要な長波長成分を透過する誘電体ミラーを用いて行うことができる。
【００４０】
ショートパス濾波ステップは、発生した光の長波長端中の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減することができ、長波長端は、光発生源の最も長い波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる。
【００４１】
シリコン構造の照明された面積は約１．０ｃｍ2またはそれ以上とすることができる。
【００４２】
本方法は発生した光を均一化することをさらに含むことができる。
【００４３】
本方法は室温で行うことができる。
【００４４】
発生した光は単色光または略単色光とすることができる。光は少なくとも１つのレーザ、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイまたは広スペクトルランプによって発生させることができ、光のスペクトルを制限するために濾波される。
【００４５】
光の総光学的出力は１ワットを超えることができる。
【００４６】
発生した光の光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスはその表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される。あるいは、発生した光源は構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、撮像デバイスは反対側の表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために構造の反対側の表面に向かって配列される。
【００４７】
本方法は、シリコン構造に誘起されたフォトルミネセンスをロングパス濾波することをさらに含むことができる。構造は、フォトルミネセンスの励起に用いられる入射光のロングパスフィルタとして働くことができる。１つ以上のロングパスフィルタを撮像デバイスと組み合わせて用いることができる。撮像デバイスは、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイを含むことができる。光感受性電子素子の焦点面アレイは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含むことができる。焦点面アレイはシリコンから作ることができる。光感受性電子素子の焦点面アレイはＩｎＧａＡｓから作ることができる。焦点面アレイは冷却することができる。
【００４８】
撮像デバイスはピクセル検出器を含むことができる。ピクセル検出器は構造の表面に結合した接触ピクセル検出器とすることができる。
【００４９】
撮像デバイスはピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）とすることができ、構造の表面とピクセル検出器またはＣＣＤアレイの間にテーパ付きファイババンドルを結合することができる。
【００５０】
特定の電子特性は局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含む。
【００５１】
本発明の他の態様によれば、シリコン構造の検査システムが提供される。本システムは、シリコン構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させるための光源と、光源とシリコン構造の間に配置されて発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減するショートパスフィルタユニットと、コリメートされショートパス濾波された光が大面積のシリコン構造の１方の側を略均一かつ同時に照明する、光源とシリコン構造の間に配置されたコリメータと、大面積のシリコン構造に入射する入射光による前記略均一な同時照明によって均一に誘起されたフォトルミネセンス像を捕捉するための撮像デバイスとを含む。
【００５２】
本システムは、シリコン構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化するためにフォトルミネセンス像の像処理を行う像プロセッサをさらに含む。
【００５３】
構造は、シリコン材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、シリコンから作られた少なくとも部分的に形成された光電池デバイス、または素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含むことができる。
【００５４】
ショートパスフィルタユニットは１つ以上のショートパスフィルタを含むことができる。ショートパスフィルタユニットは、用いられる短波長光を反射し不要な長波長成分を透過する１つ以上の誘電体ミラーを含むことができる。
【００５５】
１つ以上のショートパスフィルタユニットは、発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減し、長波長端は、光発生源の最も長い波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる。
【００５６】
シリコン構造の照明された面積は約１．０ｃｍ2またはそれ以上とすることができる。
【００５７】
本システムは発生した光を均一化するホモジェナイザをさらに含むことができる。
【００５８】
本システムは室温でシリコン構造の試験を行うことができる。
【００５９】
発生した光は単色光または略単色光とすることができる。
【００６０】
光源は少なくとも１つのレーザ、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイまたは広スペクトルランプを含むことができ、光のスペクトルを制限するために濾波される。
【００６１】
光の光学的総出力は約１ワットを超えることができる。
【００６２】
光源はシリコン構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスはその表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される。あるいは、光源はシリコン構造の一方の側の表面に向かってその表面を照明するために配列することができ、撮像デバイスは反対側の表面からのフォトルミネセンス像を捕捉するために構造の反対側の表面に向かって配列される。
【００６３】
本システムは、撮像デバイスに入る光をロングパス濾波する１つ以上のロングパスフィルタをさらに含むことができる。
【００６４】
撮像デバイスは、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイを含むことができる。光感受性電子素子の焦点面アレイは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含むことができる。焦点面アレイはシリコンから作ることができる。光感受性電子素子の焦点面アレイはＩｎＧａＡｓから作ることができる。焦点面アレイは冷却することができる。
【００６５】
撮像デバイスはピクセル検出器を含むことができる。ピクセル検出器は構造の表面に結合した接触ピクセル検出器とすることができる。
【００６６】
撮像デバイスはピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）とすることができ、構造の表面とピクセル検出器またはＣＣＤアレイの間に結合したテーパ付きファイババンドルをさらに含むことができる。
【００６７】
特定の電子特性は局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含むことができる。
【００６８】
このシステムの他の態様は前述の方法の詳細に従って実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による間接バンドギャップ半導体構造を検査するシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
以下に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００７１】
間接バンドギャップ半導体構造を検査するための方法およびシステムが開示される。以下の説明において、間接バンドギャップ半導体材料、撮像デバイス等を含む多くの特定の詳細が記載される。しかし、当業者であれば、この開示から、本発明の範囲および精神から逸脱することなく修正および／または置換を行うことができることは明らかである。他の状況において、本発明を不明瞭にしないように特定の詳細は省略することができる。
【００７２】
ステップおよび／または特徴に対して、同じまたは同様の参照番号を有する、任意の１つ以上の添付図面を参照するとき、これらのステップおよび／または特徴は、反対の意図が示されないとき、この説明の目的のための同じ機能または作業を有する。
【００７３】
本明細書の文脈において、用語「含んで」は開放端の非排他的な意味を有し、「原理的に含むが必ずしも唯一ではない」が、「本質的にからなる」でも「からのみなる」でもない。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」など、用語「含んで」の変形は同じ意味を有する。
１．  導入
本発明の実施形態は素地のまたは部分的に加工されたウェハを含む間接バンドギャップ半導体構造の検査システムおよび方法を提供する。詳細には、システムおよび方法は、素地のまたは部分的に加工されたウェハ、部分的に製造されたシリコンデバイス、素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造、および完全に製造されたシリコンデバイスを含む、シリコン構造の試験に特に適している。システムおよび方法は、部分的に金属化されたデバイスを含む、加工前およびさまざまな製造段階を通して完成半導体デバイスまで、素地ウェハに存在する欠陥を無接触で検出することが可能である。無接触とは、電気的接触を必要としないことを意味する。例えば、本発明の実施形態は、不良の太陽電池または他の光電池デバイスになり得るシリコン構造を検査して欠陥を識別することができる。また、システムおよび方法は、さまざまな加工ステップの後に、局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間のキャリア寿命など、空間的に分解された材料のパラメータを無接触で求めることが可能である。本発明の実施形態は、間接バンドギャップ半導体構造の特性を求めるために大面積の間接バンドギャップ半導体構造に同時に誘起されたフォトルミネセンス（ＰＬ）を用いる。
【００７４】
本発明の実施形態において、フォトルミネセンスのスペクトル内容を解析する代わりに、フォトルミネセンス信号の空間的変動を用いて間接バンドギャップ半導体材料の品質に関する情報を得る。本発明の実施形態は特にシリコンと一緒に用いるのに十分適しているので、以下の説明はシリコンウェハを含むシリコン構造を参照する。しかし、この開示の観点から、当業者であれば、本発明の実施形態が、ゲルマニウムおよびシリコンとゲルマニウムの合金などの、他の間接バンドギャップ半導体で実施できることを理解するであろう。シリコン構造の試験システムおよび方法はウェハを産業的な用途のために適した速度（例えば、毎秒約１ウェハ）で検査することを可能にする。
【００７５】
本発明の実施形態において、シリコンにフォトルミネセンスを誘起するのに適した光が発生され、大面積のシリコンサンプルを略均一に照明するのに用いられる。用語「略（実質的に）均一な」は、実際の照明が完全に均一ではないので、「均一な」と同等に呼ぶことのできる光を記述するのに用いられる。例えば、単色光または略単色光（例えば、レーザまたはレーザダイオードからの）、または部分的に濾波された広スペクトル光源から（例えば、フラッシュランプ）の光はシリコンサンプルの照明に用いることができる。詳細には、発生した光にショートパスフィルタを適用して、特定の波長を超える光のスペクトル内容を大きく低減する。大面積のウェハを均一に照明するために、光源と一緒に光学系構成が用いられる。調査するウェハの全面積が均一に照明されるのが好ましい。略均一な同時入射光によってシリコン構造に同時に誘起されたフォトルミネセンスは、誘起されたフォトルミネセンスを同時に補足することのできる撮像（像捕捉）デバイスを用いて捕捉される。撮像デバイスは合焦素子と光感受性電子素子の焦点面アレイを含むのが好ましい。光感受性電子素子の焦点面アレイは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）アレイを含むことができる。焦点面アレイはシリコンから作ることができる。しかし、後に述べるように、ＣＣＤアレイ以外の他のデバイスは本発明の範囲および精神から逸脱することなく実施することができる。撮像デバイスは光学系像形成および／またはフィルタ構成と一緒に用いることができる。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態において、シリコンウェハは上記の光源を用いて一方の側から照明され、入射光によって大面積のウェハに誘起されたフォトルミネセンスはシリコンウェハの反対側から捕捉される。他の実施形態において、フォトルミネセンスは照明されたシリコンウェハの同じ側から捕捉される。次いで、像形成および像処理技術が捕捉されたＰＬ像に適用される。データの解析は、大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間的変動を用いてシリコン構造内の局部的材料パラメータを求めることを可能にする。これは、デバイス製造の早期段階で欠陥を有するシリコン構造を識別し、最終的に廃棄される構造を廃棄することができる。
【００７７】
本発明の実施形態は産業的用途に適しているが、方法およびシステムは科学研究に用いることができる。フォトルミネセンス像は、例えば、局部的欠陥の多い領域、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および／または局部的短時間キャリア寿命を求めるのに用いることができ、これは光電池だけでなくマイクロエレクトロニクスなどの他の分野において有益である。本発明の実施形態は、無接触モードで適用することができ、したがって、個々の加工ステップの後に局部的材料パラメータを検査するのに特に適している。以下に、本発明の実施形態をより詳細に説明する。
２．  間接バンドギャップ半導体構造の検査
図６は、間接バンドギャップ半導体構造検査の方法６００を示す高レベルのフロー図である。ステップ６１０において、処理が開始される。ステップ６１２において、間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光が発生される。ステップ６１４において、光はショートパス濾波されて、発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減する。ステップ６１６において、光はコリメートされる。ステップ６１４およびステップ６１６は反対の順序で行うこともできる。ステップ６１８において、大面積の間接バンドギャップ半導体構造はコリメートされショートパス濾波された光で略均一かつ同時に照明される。ステップ６２０において、大面積の間接バンドギャップ半導体構造に入射する略均一な同時照明によって同時に誘起されたフォトルミネセンス像は、誘起されたフォトルミネセンスを同時に捕捉することのできる撮像デバイスを用いて捕捉される。ステップ６２２において、大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間変動を用いて、間接バンドギャップ半導体構造の特定の電気的特性を定量化するフォトルミネセンス像の像処理が行われる。次いで、処理はステップ６２２で終了する。間接バンドギャップ半導体構造の前述の検査方法は、そのような構造を検査するためのさまざまなシステムを実施するいくつかの実施形態を参照して以下に詳細に説明される。
３．  照明および反対側の像形成
図１は、好ましくはシリコンウェハであるシリコン構造１４０を検査するためのシステム１００を示す。光電池およびマイクロエレクトロニクスデバイスはそのようなシリコンウェハ上に多くのステージで製造することができる。図１のシステム１００は、素地のまたは部分的に加工されたウェハ、太陽電池またはマイクロエレクトロニクスデバイスなどの光電池デバイスを形成するために任意の加工ステップを受けたウェハ、および製造工程から得られる完成されたデバイスの検査に用いることができる。例えば、シリコンウェハ１４０は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．２５ｍｍの寸法を有することができる。構造は入射光に透明な基板と共に素地のまたは部分的に加工された絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）構造を含むことができる。検査方法は室温で行うことができる。議論を容易にするために、シリコン構造は以降単純にシリコンサンプルと呼ぶ。
【００７８】
システム１００は光源１１０、ショートパスフィルタユニット１１４、および撮像デバイス１２２を含む。ショートパスフィルタユニット１１４は、１つ以上のショートパスフィルタを含むことができる。ショートパスフィルタは励起光を通過させ、不要な長波長放射を吸収または反射する。ショートパスフィルタの例は着色フィルタおよび誘電体干渉フィルタを含む。あるいは、光の用いられる部分を反射し、不要な長波長の光を透過する誘電体ミラーを用いることができる（例えば、４５度以下）。また、ショートパスフィルタユニットはショートパスフィルタと誘電体ミラーの組み合わせを含むことができる。
【００７９】
また、該システムはコリメータ１１２を含み、ホモジェナイザ１１６を含むことができ、これは、不均一な強度を有する光のコリメートビームをコリメートビームに垂直に入射する面の均一に照明された領域へ変換するデバイスである。実施例は組み合わせ円筒状レンズアレイおよびマイクロレンズアレイを含む。コリメータは様々な種類のレンズとすることができる。図１の実施形態において、システム１００の要素は、シリコンサンプル１４０に面する光源１１０、コリメータ１１２、ショートパスフィルタユニット１１４、およびホモジェナイザ１１６が光学的にこの順序で配列される。本発明の他の実施形態において、コリメータ１１２とショートパスフィルタユニット１１４の順番は逆になってもよい。ホモジェナイザとシリコンサンプルの間に視野レンズ１１７を用いることができる。要素は大面積のサンプル１４０が均一に照明されるようにシリコンサンプル１４０から距離を置いて離される。
【００８０】
光源１１０は大面積のシリコンサンプル１４０にフォトルミネセンスを同時に誘起するのに適した光を発生させる。発生した光の光学的総出力は１．０ワットを超えることができる。より高い出力の光源はシリコンサンプル１４０にフォトルミネセンスをより急速かつ強力に誘起することが可能である。光源１１０は単色光または実質的に単色光を発生させることができる。光源１１０は少なくとも１つのレーザとすることができる。例えば、８０８ｎｍダイオードレーザを用いて単色光を発生させることができる。また、異なる基波長を有する２つ以上のレーザも実施できる。他の光源１１０は、部分的に濾波された光を提供する適切な濾波と組み合わせられた広いスペクトル光源（例えば、フラッシュランプ）を含むことができる。さらに他の光源１１０は高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。さらに他の光源１１０は、発光ダイオードのアレイ（ＬＥＤ）を含むことができる。例えば、そのようなＬＥＤアレイは、ヒートシンクされた小型アレイ中に多くの（例えば、６０個）ＬＥＤを含むことができる。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、他の高出力光源を実施することができる。
【００８１】
光源１１０からの光は１つ以上の素子を含むことのできるコリメータまたはコリメータユニット１１２によって平行ビームにコリメートされる。発生した光にショートパス濾波が適用される。これは１つ以上のフィルタ素子を含む干渉ショートパスフィルタユニット１１４を用いて行うことができる。発生した光のショートパス濾波は特定の放射ピークを超える長波長の光を低減する。ショートパスフィルタ１１４は発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上低減することができる。長波長端は光源１１０の最も長い波長放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まることができる。例えば、濾波は、９００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲、またはその範囲以下の波長を有する赤外成分などの不要なスペクトル成分を除去することができる。１つのフィルタは不要なスペクトル成分を除去または低減するのに不十分なので、複数のショートパスフィルタを用いることができる。ショートパスフィルタは光源１１０とシリコンサンプル１４０の間の光学素子の全体的な組み合わせ中、多くの異なる位置で実施することができる。例えば、フィルタはホモジェナイザ１１６と視野レンズ１１７の間に配置することができる。１つ以上のショートパスフィルタが用いられるならば、１つ以上のフィルタは、それらがコリメートビームの光学軸に対してある角度に傾いて反射光の複数の反射を避けるように配置することができる。次いで、ショートパス濾波され、コリメートされた光は、大面積のシリコンサンプル１４０を均一に照明するようにホモジェナイザ１１６によって均一化することができる。しかし、ステップの順序は変更することができる。シリコンサンプルの均一に照明された領域は約１．０ｃｍ2またはそれを超えることができる。ホモジェナイザ１１６はコリメートビームをシリコンサンプル１４０の表面に均一に分配する。
【００８２】
シリコンサンプル１４０の表面に入射する均一な照明はシリコンサンプルに同時にフォトルミネセンスを誘起するのに十分である。このフォトルミネセンスは図１においてシリコンサンプル１４０の反対の面から放射する矢印すなわち光線で示される。例示を容易にするために、光源１１０がそれに向かって配列されるシリコンサンプル１４０の第１の表面から放射される対応するフォトルミネセンスは示されない。シリコンの外部フォトルミネセンス量子効率は非常に低く（＜１０-6程度）することができる。撮像デバイス１３０はシリコンサンプルに同時に誘起されたフォトルミネセンス像を捕捉する。ショートパスフィルタユニット１１４は、撮像デバイス１３０によって受け取られる光源１１０からの入射光を低減または除去する。光源端放射線は光源ピークの１０-4程度とすることができ、これは、ＡｌＧａＡｓなどの直接バンドギャップ半導体のそれ（１０-2程度）とは対照的に、シリコンのＰＬ効率（１０-6程度）を大きく超えることができる。この実施形態において、光源１１０はシリコンサンプル１４０の一方の表面に向かって配列されてその表面を照明する。シリコンサンプル１４０はシリコンサンプル１４０を照明する発生した光のロングパスフィルタとして働く。撮像デバイス１３０はシリコンサンプル１４０の反対側の表面に向かって配列され、その反対側からのＰＬ像を捕捉する。ロングパスフィルタユニット１１８は撮像デバイス１３０と組み合わせて用いることができる。シリコンウェハ１４０がウェハの厚さおよび入射光の波長に応じて光源１１０からのあらゆる残留光を除去することができるので、このフィルタユニット１１８は任意である。撮像デバイス１３０（およびロングパスフィルタ１１８）は撮像デバイス１３０が面している他の表面から適切に間隔を置いて離される。
【００８３】
撮像デバイス１３０は合焦素子１２０（例えば、１つ以上のレンズ）および光感受性電子素子の焦点面アレイ１２２を含む。この実施形態において、光感受性電子素子の焦点面アレイ１２２は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含む。焦点面アレイはシリコンから作ることができ、冷却することができる。冷却はそのような焦点面アレイの雑音対信号比を改善する。例えば、撮像デバイス１３０はシリコンＣＣＤアレイを有するデジタルビデオカメラとすることができ、デジタルインターフェース（例えば、ＵＳＢまたはファイヤワイヤ）または記録された像の通信のための記憶媒体（例えば、ＤＶテープまたはメモリースティック）が設けられる。あるいは、光感受性電子素子の焦点面アレイ１２２はＩｎＧａＡｓから作ることができる。本発明の他の実施形態とともに以下で説明するように、撮像デバイス１３０はピクセル検出器を含むことができる。ピクセル検出器はシリコンサンプルの反対側の表面に結合した接触ピクセル検出器とすることができる。あるいは、撮像デバイス１３０は、ピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイおよびシリコンサンプル１４０の反対側表面とピクセル検出器またはＣＣＤアレイ１４０または接触モードのＣＣＤの間に結合されたテーパ付きファイババンドルを含むことができる。デバイスが大面積の半導体サンプルに誘起されたフォトルミネセンスを同時に補足できるならば、他の撮像デバイスを実施することができる。
【００８４】
シリコンサンプル１４０の特定の電子特性を定量化するために像処理技術をＰＬ像に適用することができる。ＰＬ強度の空間変動がチェックされる。図１に示したように、汎用コンピュータ１５０は撮像デバイス１３０によって記録されたＰＬ像を、適切な通信インターフェースまたは記憶装置とすることのできる通信チャンネル１５２によって取得し解析することができる。像処理技術はソフトウェア、ハードウェアまたはこの２つの組み合わせで実施することができる。空間的電子特性は、局部的に欠陥の多い領域、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含むことができる。本発明の実施形態はそのような特性を無接触で求めることができる。像形成は、遅くてインライン製造工具としての産業用途には適さないフォトルミネセンスマッピング、および典型的に半導体の小さな領域が関わるＰＬのスペクトル計試験から識別される。本発明のこの実施形態によるシステムは、ウェハ１４０の欠陥領域の識別に用いることができる。本発明の実施形態は、フォトルミネセンスを用いて、光電池デバイスの各加工ステップの後にシリコン構造を無接触で試験するために用いることができる。したがって、空間的な材料品質の個々の加工ステップの作用を監視することができる。
【００８５】
図４は本発明のさらに他の実施形態によるシリコン構造４４０の検査システム４００を示す。図面において、図１に類似の図４の特徴が示され、同じ参照番号（例えば、図１の光源１１０及び図４の光源４１０はそれらの同じ参照番号を有する）が与えられる。再び、構造４４０はシリコンウェハであることが好ましい。図面を簡略化するために、汎用コンピュータは示されない。システム４００は光源４１０、ショートパスフィルタユニット４１４、および撮像デバイス４２２を含む。また、システムはコリメータ４１２を含み、ホモジェナイザ４１６を含むことができる。視野レンズを用いることもできる（図示されない）。
【００８６】
再び、光源４１０は大面積のシリコンサンプル４４０にフォトルミネセンスを同時に誘起させるのに適した光を発生させる。発生した光の出力は１．０ワットを超える。実施することのできる光源４１０は、レーザ、適切な濾波と組み合わせて部分的に濾波した光を提供する広スペクトルの光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイの１つ以上を含む。本発明の範囲と精神から逸脱することなく他の高出力光源を実施することができる。
【００８７】
この実施形態において、撮像デバイスはピクセル検出器４２２、詳細にはシリコンサンプル４４０の照明された表面の反対側の表面に結合した接触ピクセル検出器４２２を含む。接触ピクセル検出器４２２は、大面積のシリコンサンプル４４０に同時に誘起されたフォトルミネセンスを検出する。接触ピクセル検出器４２２は図１の撮像デバイスよりも高いフォトルミネセンス収集効率を有することができる。さらに接触ピクセル検出器４２２は図１のＣＣＤアレイよりも低い解像度を有することができる。また、サンプル４４０と接触ピクセル検出器４２２の間のロングパスフィルタを必要としない。シリコンサンプル４４０がこの機能を行うことができる。
【００８８】
図５は本発明の他の実施形態によるシリコン構造５４０の他の検査システム５００を示す。再び、図面において、図１に類似の図５の特徴に同じ参照番号が与えられる。構造５４０はシリコンウェハを含むことが好ましい。図面を簡略化するために、汎用コンピュータはまた示されない。システム５００は光源５１０、ショートパスフィルタユニット５１４、および撮像デバイス５２２を含む。また、システムはコリメータ５１２を含み、ホモジェナイザ５１６を含むことができる。
【００８９】
この実施形態において、撮像デバイスはピクセル検出器または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）５２２のアレイを含み、これはシリコンサンプル５４０の照明された表面の反対側の表面にテーパ付きファイババンドル５６０によって結合される。テーパ付きファイババンドル５６０はＣＣＤアレイの面積をサンプルサイズに対して約２〜３分の１から約１０分の１まで縮小することができる。例えば、ＣＣＤアレイまたはピクセル検出器は６０ｍｍ×６０ｍｍのサイズを有することができる。
４．  照明および同じ側の像形成
図２は本発明の他の実施形態によるシリコン構造２４０の他の検査システム２００を示す。図面において、図１に類似の図２の特徴に同じ参照番号が与えられる。再び、構造２４０はシリコンウェハを含むことが好ましい。図面を簡略化するために、汎用コンピュータは示されない。システム２００は光源２１０、ショートパスフィルタユニット２１４、および撮像デバイス２３０を含む。また、システム２００はコリメータ２１２を含み、およびホモジェナイザ２１６を含むことができる。視野レンズ（図示されない）を用いることもできる。
【００９０】
再び、光源２１０は大面積のシリコンサンプル２４０にフォトルミネセンスを同時に誘起させるのに適した光を発生させる。発生した光の総出力は１．０ワットを超える。光源２１０として任意の多くの光源も使用することができる。そのような光源の詳細は図１を参照して前に説明された。
【００９１】
図２の実施形態において、システム２００の素子は、シリコンサンプル２４０に面する光源２１０、コリメータ２１２、ショートパスフィルタユニット２１４、ホモジェナイザ２１６が光学的にこの順序で配列される。しかし、これらの素子のいくつかまたは全ての他の順序も本発明の範囲と精神から逸脱することなく実施することができる。光素子のこの組み合わせは、光源２１０および付随する光学素子がサンプル２４０の表面に９０度未満の角度で配列されるように軸を外れる。素子はシリコンサンプル２４０から互いに間隔を置いて離されるので、大面積のサンプル２４０を照明することができる。撮像デバイス２３０（およびロングパスフィルタユニット２１８）はシリコンサンプル２４０の表面に対して垂直に配列される。ロングパスフィルタユニット２１８は光源２１０からの入射光を取り除くために必要である。したがって、撮像デバイス２３０は、フォトルミネセンスを誘起するための光源２１０からの入射光と同じ側からフォトルミネセンス（再び、シリコンサンプル２４０の表面から放射される光線すなわち矢印で示される）を捕捉する。
【００９２】
光源２１０はシリコンサンプルにフォトルミネセンスを誘起させるのに適した光を発生させる。発生した光の総出力は１．０ワットを超える。
【００９３】
この実施形態における撮像デバイス１３０は、合焦素子２２０（例えばレンズ）および光感受性電子素子の焦点面アレイ２２２を含む。この実施形態において、光感受性電子素子の焦点面アレイ２２２は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含む。焦点面アレイはシリコンから作ることができ、冷却できることが好ましい。例えば、撮像デバイス１３０はシリコンＣＣＤアレイを有するデジタルビデオカメラとすることができ、デジタルインターフェース（例えば、ＵＳＢまたはファイヤワイヤ）または記録された像の通信のための記憶媒体（例えば、ＤＶテープまたはメモリースティック）が設けることができる。あるいは、光感受性電子素子の焦点面アレイ２２２はＩｎＧａＡｓから作ることができる。本発明の他の実施形態とともに以下で説明するように、撮像デバイス２３０はピクセル検出器を含むことができる。
【００９４】
大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間変動を用いて、シリコンサンプル２４０の特定の電子特性を定量化する像処理技術をＰＬ像に適用することができる。空間的電子特性は、局部的に欠陥の多い領域、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含むことができる。
【００９５】
図３は本発明の他の実施形態によるシリコン構造３４０の他の検査システム３００を示す。このシステム３００も光源３１０、ショートパスフィルタユニット３１４、および撮像デバイス３３０を含む。このシステム３００もコリメータ３１２を含み、ホモジェナイザ３１６を含むことができる。また、このシステムは視野レンズを用いることもできる（図示されない）。撮像デバイス３３０は合焦素子３２０（例えば、レンズ）および光感受性電子素子の焦点面アレイ３２２を含むことができる。また、ロングパスフィルタユニット３１８はカメラ３３０とフォトルミネセンスを放射する表面の間に配置することができる。光源３１０および付随する光学素子がサンプル３４０の表面に垂直に配列されることを除いて、システム３００の素子は図２のものと同じである。撮像デバイス３３０（およびロングパスフィルタユニット３１８）は、撮像デバイス３３０（およびロングパスフィルタユニット３１８）がサンプル３４０の表面に９０度未満の角度で配列されるように軸を外れる。撮像デバイス３３０は、シリコンサンプル３４０の表面から放射されるフォトルミネセンスを誘起するために、光源３１０によって照射される同じ側からフォトルミネセンス（再び、光線すなわち矢印で示される）を捕捉する。
【００９６】
図７は、この実施形態において、光源７１０および付随する光学系７１２、７１４、７１６および撮像システム７３０、７２２、７２０、７１８が、両方ともサンプル７４０に対して軸を外れる（垂直ではない）ことを除いて、図２および３と同様にシリコン構造７４０を検査するためのシステム７００を示す。
【００９７】
本発明の実施形態は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、および多くのＩＩＩ−Ｖ族半導体などの直接バンドギャップ半導体のようには効率的にフォトルミネセンスを発生しない間接バンドギャップ半導体で有利に用いることができる。ウェハ全体の面積までを含む大きな面積を照明してフォトルミネセンスを同時に誘起することができる。ウェハ全体は同時に照明されるのが有利であり、これはより迅速かつより確実な試験を可能にする。例えば、太陽電池の一部だけではなく、デバイス全体が照明されるとき、太陽電池は正常に作動する。この方法で電池のさらに定量的な詳細を得ることができる。本発明の実施形態は、ウェハの欠陥を識別するためのウェハの検査を参照して説明したが、本発明の実施形態はそれらの用途に制限されない。本発明の実施形態はデバイス中の欠陥を識別するために部分的にまたは完全に形成されたデバイスの検査に用いることができる。本発明の実施形態はマイクロエレクトロニクス産業にさらに一般的な用途を有する。
【００９８】
光源および撮像システムが間接バンドギャップ半導体構造の反対側または同じ側にある本発明の実施形態は、素地ウェハおよび部分的に製造された半導体デバイスの欠陥の可能性を識別するために用いることができる。同じ側の光源および撮像システム構成は、完全に製造された半導体デバイス、特にデバイスの１つの表面が完全に金属化される試験に用いることができる。
【００９９】
前述は、本発明の実施形態による間接バンドギャップ半導体の少数の検査方法およびシステムを説明する。本発明の範囲と精神から逸脱することなく、その修正および／または置換を行うことができる。実施形態は例示するためであり、制限することを意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月7日(2015.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接バンドギャップ半導体構造を検査する方法であって、前記方法が、
前記間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した略単色光を発生させることと、
前記略単色光をショートパス濾波して前記発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減することと、
前記ショートパス濾波された光で大面積の前記間接バンドギャップ半導体構造を略均一かつ同時に照明することと、
前記誘起されたフォトルミネセンスを同時に捕捉することのできる撮像デバイスを用いて、前記大面積の前記間接バンドギャップ半導体構造に入射する前記略均一な同時照明によって同時に誘起されたフォトルミネセンス像を捕捉することと、を含む方法。
【請求項２】
前記大面積に誘起された前記フォトルミネセンスの空間変動を用いて、前記間接バンドギャップ半導体構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化する前記フォトルミネセンス像の像処理を行うことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記特定の電子特性が局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ショートパス濾波ステップが前記発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記長波長端が前記光を発生させるための光源の最長波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記間接バンドギャップ半導体構造の前記照明される面積が約１．０ｃｍ2またはそれ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記照明される面積は、前記間接バンドギャップ半導体構造の１方の側の全体の表面に対応する請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記方法が前記間接バンドギャップ半導体構造で室温にて行われる、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記発生した光の光源が、前記構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、撮像デバイスがその表面からの前記フォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記発生した光の光源が、前記構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、撮像デバイスが前記反対側の表面からの前記フォトルミネセンス像を捕捉するために前記構造の反対側の表面に向かって配列される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記構造が、前記フォトルミネセンスの励起のために用いられる前記入射光のロングパスフィルタとして働く、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記構造が、間接バンドギャップ半導体材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、少なくとも１つの部分的に形成された電子デバイス、光電池デバイス、又は素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記間接バンドギャップ半導体がシリコンを含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記間接バンドギャップ半導体構造がシリコンウェハを含み、前記方法が毎秒約１ウェハのスループットのために適した速度で実行される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
間接バンドギャップ半導体構造を検査するためのシステムであって、前記システムは、
前記間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した略単色光を発生させるための光源と、
前記光源と前記間接バンドギャップ半導体構造の間に配置されて前記発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減するショートパスフィルタユニットと、
大面積の前記間接バンドギャップ半導体構造に入射する前記ショートパスフィルタされた入射光による略均一な同時照明によって誘起されたフォトルミネセンス像を捕捉するための撮像デバイスと、を含む、システム。
【請求項１６】
前記間接バンドギャップ半導体構造の空間的に分解された特定の電気的特性を定量化するために前記フォトルミネセンス像の像処理を行う像プロセッサをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記特定の電子特性が、局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間キャリア寿命の１つ以上を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ショートパスフィルタユニットが、前記発生した光の長波長端の総フォトンフラックスを約１０倍以上の割合で低減する、請求項１５から１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記長波長端が前記光を発生させる前記光源の最長波長の放射ピークよりも約１０パーセント（１０％）高い波長で始まる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは、前記間接バンドギャップ半導体構造の約１．０ｃｍ2またはそれ以上の面積を照明するように構成された、請求項１５から１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、前記間接バンドギャップ半導体構造の１方の側の全体の表面に対応する面積を照明するように構成された、請求項１５から２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムは、前記間接バンドギャップ半導体サンプルを室温で試験するように構成された、請求項１５から２１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記光源が、少なくとも１つのレーザ、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、または高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、請求項１５から２２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記光源が、前記構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、前記撮像デバイスがその表面からの前記フォトルミネセンス像を捕捉するために同じ表面に向かって配列される、請求項１５から２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記光源が前記構造の一方の表面に向かってその表面を照明するために配列され、前記撮像デバイスが前記反対側の表面からの前記フォトルミネセンス像を捕捉するために前記構造の反対側の表面に向かって配列される、請求項１５から２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記構造が前記フォトルミネセンスの励起に用いられる前記入射光のロングパスフィルタとして働く、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記撮像デバイスが、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイ、又はピクセル検出器を含む、請求項１５から２６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
光感受性電子素子の前記焦点面アレイが電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記焦点面アレイが、シリコンから作られる、又はＩｎＧａＡｓから作られる、請求項２７又は２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記構造が、間接バンドギャップ半導体材料の素地のまたは部分的に加工されたウェハ、少なくとも１つの部分的に形成された電子デバイス、光電池デバイス、又は素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造を含む、請求項１５から２９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記間接バンドギャップ半導体がシリコンを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記間接バンドギャップ半導体材料がシリコンウェハを含み、前記システムが毎秒約１ウェハのスループットのために適した速度でシリコンウェハを検査するように構成された請求項３１に記載のシステム。