JPH07318500A - 物体表面近傍の検査装置 - Google Patents

物体表面近傍の検査装置

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JPH07318500A
JPH07318500A JP10813094A JP10813094A JPH07318500A JP H07318500 A JPH07318500 A JP H07318500A JP 10813094 A JP10813094 A JP 10813094A JP 10813094 A JP10813094 A JP 10813094A JP H07318500 A JPH07318500 A JP H07318500A
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JP
Japan
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light
inspected
polarization
refractive index
irradiation
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JP10813094A
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Shigeji Kimura
茂治 木村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】偏光した光を半導体基板60上に細く集光して
走査する。基板60からの反射光に偏光方向の変化がな
いとき、反射光が遮断されるように検光子41を設置し
ておき、検光子41の信号から結晶欠陥と表面上の異物
を検出する。同時に、ブリウスタ角に対応する方向で散
乱光のp偏光とs偏光を検出し、両偏光の比から表面上
の異物か結晶欠陥かを区別する。 【効果】半導体基板の表面近傍に存在する結晶欠陥を、
基板表面に付着した異物と区別することができるので、
半導体素子の歩どまりと結晶欠陥密度との相関関係、お
よび歩どまりと異物との相関関係を個々に評価できるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学装置に係り、特に、
半導体基板表面等の結晶欠陥の検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体結晶基板表面近傍の結晶欠陥を検
出する方法として、表面をエッチングした後、光学顕微
鏡で観察することがよく行われる。欠陥の存否によって
エッチング速度が異なるのでウエハ表面に凹凸ができ、
欠陥の存在場所が確認可能となる。この方法には、破壊
検査であること,化学的な処理が必要であることなどの
欠点がある。
【0003】上記のエッチングをする方法に代わるもの
として、半導体結晶を透過する光の側方散乱光を検出す
る方法が知られており、ジャーナル・オブ・クリスタル
・グロース(Journal of Crystal Growth )誌108巻
(1991)の482頁から490頁に詳しく述べてあ
る。この方法ではエッチングはしないが、ウエハを割る
必要があり、非破壊ではない。散乱光を検出するこの方
法は、結晶内部の欠陥を検出するのに適している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高集積回路素子は半導
体基板表面および近傍に形成され、その素子の特性は半
導体基板の表面近傍の状態に強く影響される。特に、半
導体基板表面近傍に結晶欠陥が存在すると、ゲート酸化
膜の耐圧低下やキャパシタの電流リークの増加などの素
子特性の劣化が起こると考えられている。この表面近傍
の結晶欠陥密度と素子の歩留りとの相関関係が明らかに
なれば、どのような結晶を使用すべきか、あるいはどの
ような基板は不良が多発するので使用すべきでないとい
うことが明らかになるはずである。従って、半導体基板
表面近傍の結晶欠陥密度を評価する手段が求められてい
る。
【0005】半導体基板等の被検査物体表面に存在する
結晶欠陥を検出するために、結晶欠陥からの散乱光を検
出した場合、それが物体表面に付着した異物によるもの
なのか結晶欠陥によるものなのか、区別がつかない。こ
のようなデータを用いて半導体基板等の評価をすると、
その評価は誤差を含むことになる。
【0006】本発明の目的は、被検査物体表面に存在す
る異物と結晶欠陥を区別することが可能な装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目標を達成するため
に、本発明は半導体基板等の被検査物体に細く絞った光
を照射し、照射位置からの散乱光を半導体基板の屈折率
と空気の屈折率で決まるブリウスタ角の空気中での方向
で2方向の偏光方向を検出する手段を用いる。
【0008】
【作用】被検査物体、例えば鏡面状の半導体基板上に光
が細く絞られて照射されているものとする。結晶欠陥が
基板表面直下に存在し、この結晶欠陥を光が照射してお
り、結晶欠陥からは散乱光が発生しているものとする。
ここでは、半導体基板としてシリコンを想定する。シリ
コン基板の屈折率は3.57 であり、空気の屈折率は1
である。
【0009】図5には、シリコン基板の表面に対する入
射角に対して反射率を図示してある。入射面に対して偏
光方向が平行方向(p偏光)と垂直方向(s偏光)で
は、反射率は異なる変化を示す。偏光方向が平行なとき
は、反射がなくなるブリウスタ角が存在し、15.6 度
と計算される。一方、これを空気中での屈折角を使用し
て透過率で表わすと図6のようになる。屈折角が74.
3 度のとき、偏光方向が平行のものにおいては透過率
が1となる。このように散乱光の透過光強度は、屈折率
の異なるシリコンと空気とで構成される界面が存在する
ことにより、偏光方向によって大きく異なることにな
る。
【0010】ところで、半導体基板上に付着した異物
は、基板の外部、すなわち、空気中にある。このため、
異物からの散乱光には、偏光方向によって異なる変動を
する界面の効果は存在しない。
【0011】本発明ではブリウスタ角に対応する屈折角
の方向で検出される散乱光のp偏光とs偏光とを比較す
る方法を取ることにより、基板表面上の異物と表面直下
の結晶欠陥との区別を行う。すなわち、ブリウスタ角に
おける(p偏光の強度)/(s偏光の強度)で表わされ
る比は、結晶欠陥では図6から分かるように大きくなる
が、表面上の異物ではこのようなことは起こらない。こ
の比の大きさにより両者の区別が可能になる。
【0012】結晶欠陥および異物の検出は、本発明で
は、反射光の偏光方向の変化を検出することにより検出
する。上記で述べたブリウスタ角方向に対応する屈折角
方向での散乱光の偏光方向依存性を併用することによ
り、異物と結晶欠陥の区別が可能になる。本発明では、
反射光の偏光方向の変化で結晶欠陥および異物を検出し
ているが、他の方法を用いて検出してもよい。
【0013】
【実施例】図1に本発明の実施例を示す。以下の実施例
では、被検査物体を半導体基板とした例について述べ
る。
【0014】光源1からの直線偏光状態の光21をレン
ズ31および32からなる光学系によりコリメートす
る。この光は半透鏡51を通して、レンズ33により半
導体基板60上に細く集光される。ここでは、この基板
60はシリコン基板であるとする。この基板60は走査
機構70により水平方向および垂直方向に走査可能であ
る。半導体基板60からの反射光はレンズ33に戻り、
半透鏡51で反射される。
【0015】基板60からの反射光に偏光状態の変化が
なければ、検光子41は反射光を完全に遮断するように
偏光軸が設定されている。半導体基板からの反射光の偏
光状態に変化が生じていると、検光子を透過する光があ
り、その光は検出器11で光検出される。
【0016】一方、半導体基板60上の照射位置からの
散乱光を光軸に対して74.3 度方向で検出する。ま
た、検出方向の光軸に対する回転角は照射光の偏光方向
に対しては45度方向になるように設定してある。検出
される散乱光は偏光ビームスプリッタ53によりp偏光
とs偏光に分離され、光検出器13および14で検出さ
れる。
【0017】光検出器11および13,14からの信号
は電子回路71で処理される。電子回路71は走査機構
70を制御し、電子回路71からの信号は表示装置72
に画像表示される。電子回路71は、基板からの反射光
の偏光状態に変化が生じた位置の個数を数える機能を有
しているが、偏光状態の変化と同時に発生する散乱光を
検出する光検出器13および14の信号の比の強弱によ
り、個数の計算に算入するか否かを決める機能を持たせ
ている。
【0018】図2の実施例では、λ/4波長板42を光
路に挿入することにより、半導体基板60に照射する光
を円偏光にしている。このようにすることにより、微小
異物からの散乱光は光軸の周りで等方的な分布となり、
光検出器13および14は光軸から74.3 度方向の検
出方向であれば光軸の周りのどの方向でも設置できるよ
うになる。本実施例では散乱光を一方向で検出して、p
偏光とs偏光に分離しているが、検出する散乱光の方向
を二方向として、一つの方向でp偏光を検出し、他の方
向でs偏光を検出することも可能である。
【0019】図3の実施例では、半透鏡52を光路に挿
入しており、二つの光に分けている。半透鏡52を透過
した一方の光は、基板からの反射光に偏光状態の変化が
ないとき、検光子41により完全に遮断される。反射光
の偏光状態に半導体基板からの反射時に変化が生じてい
ると検光子を透過する光があり、その光は検出器11で
検出される。一方、半透鏡52で反射された光はレンズ
34でピンホール81上に絞り込まれ、ピンホール81
の透過光は光検出器12で検出される。光検出器11お
よび12,13,14からの信号は電子回路71で処理
される。光検出器12からの信号は共焦点走査光学顕微
鏡の特性を有しており、半導体基板が照射光の焦点位置
にあるとき最大になるので、半導体基板表面の光軸方向
の位置あわせに使用できる。この実施例も、図1におけ
る実施例と同様に、検出器13の設置方向は照射光の偏
光方向に対して45度の方向が望ましい。
【0020】図4の実施例は、図3の実施例における光
路にλ/4波長板42を挿入している。これにより、半
導体基板60への照射光は円偏光となる。光検出器13
および14は光軸から74.3 度方向の検出方向であれ
ば光軸の周りのどの方向でも設置できるようになる。本
実施例では散乱光を一方向で検出して、p偏光とs偏光
に分離しているが、検出する散乱光の方向を二方向とし
て、一つの方向でp偏光を検出し、他の方向でs偏光を
検出することも可能である。
【0021】また、光源1の波長を変えることにより、
半導体基板への光の潜り込みが変化するので、波長毎の
画像の差を観測することにより、深さ方向の情報を得る
ことが可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板表面の近傍
に存在する結晶欠陥を、基板表面に付着した異物と区別
することができる。これにより、半導体素子の歩どまり
と結晶欠陥密度との相関関係、および歩どまりと異物と
の相関関係を個々に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図。
【図2】本発明の第二実施例のブロック図。
【図3】本発明の第三実施例のブロック図。
【図4】本発明の第四実施例のブロック図。
【図5】シリコン基板表面の光の入射角に対する反射率
の特性図。
【図6】シリコン基板表面での光の屈折角と透過率の関
係を示す特性図。
【符号の説明】
1…光源、11,12,13,14…光検出器、21…
光、31,32,33,34…レンズ、41…検光子、
42…λ/4波長板、51,52…半透鏡、53…偏光
ビームスプリッタ、60…半導体基板、70…走査機
構、71…電子回路、72…表示装置、81…ピンホー
ル。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、上記光源からの直線偏光状態の光
    を集光する光学系と、焦点位置に配置した被検査物体
    と、上記被検査物体あるいは集光された光の焦点を走査
    する走査機構と、上記被検査物体からの反射光を照射光
    の光路から分ける光学素子と、反射光の偏光状態に変化
    がないとき反射光を遮断する偏光軸を有する検光子と、
    上記検光子からの透過光を検出する光検出器と、照射光
    の位置からの散乱光を上記被検査物体の屈折率と空気の
    屈折率で決まるブリウスタ角の空気中での方向で偏光方
    向に対して45度方向に偏光方向が入射面に対して垂直
    および平行方向で検出する二個の光検出器と、上記各光
    検出器の信号を処理する電子回路を含むことを特徴とす
    る物体表面近傍の検査装置。
  2. 【請求項2】光源と、上記光源からの直線偏光状態の光
    を円偏光させる偏光素子と、上記偏光素子からの出射光
    を集光する光学系と、焦点位置に配置した被検査物体
    と、上記被検査物体あるいは集光された光の焦点を走査
    する走査機構と、上記被検査物体からの反射光が上記偏
    光素子を再び透過した後、照射光の光路から分ける光学
    素子と、上記被検査物体からの反射光の偏光状態に変化
    がないとき光学素子からの反射光を遮断する偏光軸を有
    する検光子と、上記検光子からの透過光を検出する検出
    器と、照射光位置からの散乱光を上記被検査物体の屈折
    率と空気の屈折率で決まるブリウスタ角の空気中での方
    向に偏光方向が入射面に対して垂直および平行方向で検
    出する二個の光検出器と、上記検出器および上記光検出
    器の信号を処理する電子回路を含むことを特徴とする物
    体表面近傍の検査装置。
  3. 【請求項3】光源と、上記光源からの直線偏光状態の光
    を集光する光学系と、焦点位置に配置した被検査物体
    と、上記被検査物体あるいは集光された光の焦点を走査
    する走査機構と、上記被検査物体からの反射光を照射光
    の光路から分ける光学素子と、上記分けられた反射光を
    二つに分ける光学素子と、反射光の偏光状態に変化がな
    いとき反射光を遮断する偏光軸を有する検光子と、上記
    検光子からの透過光を検出する検出器と、上記光学素子
    で分けられた他方の光を集光するレンズと、集光位置に
    置かれたピンホールと、上記ピンホールからの透過光を
    検出する光検出器と、照射光位置からの散乱光を被検査
    物体とほぼ平行な方向で検出する光学系と、照射光位置
    からの散乱光を被検査物体の屈折率と空気の屈折率で決
    まるブリウスタ角の空気中での方向でかつ偏光方向に対
    して45度方向において偏光方向が入射面に対して垂直
    および平行方向で検出する二個の光検出器と、光検出器
    および上記光検出器の信号を処理する電子回路と、上記
    試料における上記光の照射場所と上記電子回路からの出
    力とを対応付けて表示する表示装置とを含むことを特徴
    とする物体表面近傍の検査装置。
  4. 【請求項4】光源と、上記光源からの直線偏光状態の光
    を円偏光させる偏光素子と、上記偏光素子からの出射光
    を集光する光学系と、焦点位置に配置した被検査物体
    と、上記被検査物体あるいは集光された光の焦点を走査
    する走査機構と、上記被検査物体からの反射光が上記偏
    光素子を再び透過した後、照射光の光路から分ける光学
    素子と、上記分けられた反射光を二つに分ける光学素子
    と、上記被検査物体からの反射光の偏光状態に変化がな
    いとき上記光学素子で分けられた一方の光を遮断する偏
    光軸を有する検光子と、上記検光子からの透過光を検出
    する検出器と、上記光学素子で分けられた他方の光を集
    光するレンズと、集光位置に置かれたピンホールと、上
    記ピンホールからの透過光を検出する光検出器と、照射
    光位置からの散乱光を被検査物体とほぼ平行な方向で検
    出する光学系と、照射光位置からの散乱光を被検査物体
    の屈折率と空気の屈折率で決まるブリウスタ角の空気中
    での方向において偏光方向が入射面に対して垂直および
    平行方向で検出する二個の光検出器と、上記検出器およ
    び上記光検出器の信号を処理する処理する電子回路と、
    上記試料における上記光の照射場所と上記電子回路から
    の出力とを対応付けて表示する表示装置とを含むことを
    特徴とする物体表面近傍の検査装置。
  5. 【請求項5】請求項1,2,3または4において、上記
    検出器の信号比を用いて光検出器の信号を処理する電子
    回路を有する物体表面近傍の検査装置。
JP10813094A 1994-05-23 1994-05-23 物体表面近傍の検査装置 Pending JPH07318500A (ja)

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