JPH08247956A - 結晶体の内部欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検査対象となる結晶体の表面を基準面として
の光ビームの焦点合わせが高精度にしかも容易に行われ
るようにし、この焦点位置を基準として行われる以降の
検査により、信頼性の高い検査結果が安定して得られる
ようにする。 【構成】 平板状の結晶体として構成され、検査対象と
なる半導体基板Ｗの表面の一部に、検査用の光ビームを
反射し得る反射層８を形成しておく。検査のための光ビ
ームの照射に先立ち、実線により示す如く、反射層８に
光ビームを照射し、この反射層８からの反射光の観察結
果に基づいて光ビームの焦点を反射層８の表面に合わせ
る。その後の検査は、半導体基板Ｗを表面内にて移動さ
せ、反射層８の表面に焦点を合わせた光ビームを前記表
面上に走査させて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板等、平板状
をなす結晶体が保有する微小な内部欠陥を、これの表面
に照射される光ビームを利用して検査する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種の半導体デバイスの製造に用いられ
る半導体基板は、Si，GaAs，InP 等の結晶体を薄肉平板
状にスライスし、回路の形成面となる一面（以下表面と
いう）を精密に研磨して得られる。このような半導体基
板は、一般的に、結晶体としての成長段階において混入
する各種の不純物を内部欠陥として含んでおり、これら
の内部欠陥の存在は、前記表面への回路形成により製造
される半導体デバイスの製造歩留りを悪化させると共
に、製品デバイスの信頼性を低下させる要因となってい
る。

【０００３】このような事情により、従来から、半導体
基板等の平板状をなす結晶体を検査対象とし、これらに
おける内部欠陥の存否を予め知るための検査方法が提案
されている。このような検査方法の一つとして、例え
ば、特開平４-24541号公報等に開示されている方法があ
る。この検査方法は、検査対象となる結晶体に光ビーム
を照射したとき、内部への透過光が透過位置に存在する
欠陥により散乱されることを利用し、結晶体の外側での
散乱光の観察結果に基づいて内部欠陥の存否を検出する
方法である。

【０００４】なお、半導体基板の多くは可視光が透過さ
れない不透明な結晶体であるため、前記検査において
は、内部への透過が可能な光として被検結晶のバンドギ
ャップよりも長い赤外線領域下の波長を有する光ビーム
が用いられている。また、前記光ビームの照射は、照射
面での散乱光による影響を排除すべく、高精度に仕上げ
られた表面に対して行われており、内部欠陥による散乱
光の観察は、同じく表面の照射方向と異なる方向から行
われている。

【０００５】以上の検査方法の実施に用いる検査装置
は、「 K.Moriya, H.Wada, K.Hirai；J.Crystal Growth
128(1993) 304-309」に示されている如く、検査対象と
なる半導体基板の載置ステージを異なる方向から臨むよ
うに、赤外線レーザを発するレーザ源と散乱光の観察の
ための撮像手段とを配して構成されている。

【０００６】前記載置ステージ上の半導体基板は、該載
置ステージの動作により、前記表面内の互いに直交する
２方向（Ｘ方向及びＹ方向）と、これらと直交する方向
（Ｚ方向）とに移動させ得るようになっており、斜め方
向（Ｙ−Ｚ方向等）にも移動させ得るようになってい
る。また前記撮像手段は、載置ステージの動作に応じて
焦点位置を変えると共に、光ビームの照射位置の近傍を
拡大する光学系を有し、この光学系を経た拡大像を撮像
する構成となっており、この撮像結果に所定の処理（例
えば、２値化処理、縮退処理等）を施す画像処理部、処
理画像を表示する表示部等を含んでいる。

【０００７】この装置による内部欠陥の検査は、検査対
象となる半導体基板（結晶体）を載置ステージ上に載置
した後、この半導体基板の表面に前記レーザ源が発する
光ビームを照射し、このとき照射位置の近傍にて前記表
面側に放出される散乱光の光像を撮像手段により撮像し
て、この撮像結果を画像処理部による所定の画像処理の
後に表示部に表示させ、例えば、この表示内容を目視に
より観察する手順により行われ、この観察により内部欠
陥の存否を夫々の大きさ及び位置を含めて知ることがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、以上の如く行わ
れる従来の内部欠陥の検査方法において、主たる検査対
象物は半導体基板であること、主たる目的は、内部欠陥
の存在が半導体デバイスの製造に与える影響を排除する
ことである。半導体デバイスの製造において問題となる
のは、回路の形成面となる表面からの深さが数μｍ程度
の領域に過ぎず、大きめに見積もって表面からの深さが
10μｍ以下となる領域を検査領域とし、この領域中にお
ける内部欠陥の存否を、前記表面からの深さ方向の分布
を含めて正確に知ることが重要である。

【０００９】前述した検査装置においては、レーザ源か
ら発せられる光ビームの焦点位置を載置ステージ上に装
着された被検体となる半導体基板の表面上に固定し、載
置ステージの動作により前記半導体基板をＸ方向及びＹ
−Ｚ方向に移動させる手順により、内部欠陥の存否を深
さ方向の分布状態を含めて知ることができる。

【００１０】このとき、内部欠陥の深さ方向の分布状態
を知るには、前記光ビームの焦点を半導体基板の表面に
正確に合わせる必要があるが、この焦点合わせを載置ス
テージの移動用の機械系の精度に頼って行わせるには限
界がある。そこで従来においては、検査の開始に先立
ち、前記機械系の精度に頼った焦点合わせを行った後、
半導体基板の表面に光ビームを照射して該表面からの散
乱光を観察し、この観察結果に基づいて焦点位置を微調
整することにより正確な焦点合わせがなされるようにし
ていた。

【００１１】ところが半導体基板の表面は、本来の目的
である回路形成のために高精度に研磨されていることか
ら、前述した零点補正に際して必要とされる前記表面か
らの散乱光はわずかであり、例えば、表面近傍に内部欠
陥が存在する場合、この欠陥による散乱光が前記表面か
らの散乱光と誤認されて表面の同定が困難となり、誤っ
た焦点合わせが行われる虞れが高く、この焦点位置を保
って行われる検査の信頼性が低下し、内部欠陥の正しい
分布が得られくなるという問題があった。

【００１２】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、検査対象となる結晶体の表面への光ビームの焦
点合わせが、高精度にしかも容易に行われ、これ以降の
検査により信頼性の高い検査結果が安定して得られる結
晶体の内部欠陥検査方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る結晶体の内
部欠陥検査方法は、平板状をなす結晶体の表面に、該結
晶体を透過し得る波長を有する光ビームを照射し、前記
結晶体内部の欠陥による前記光ビームの散乱光を観察し
て、各焦点位置での前記観察結果に基づいて前記欠陥の
存否を検出する結晶体の内部欠陥検査方法において、前
記表面上の一部に前記光ビームの反射層を形成し、前記
検出のための光ビームの照射に先立って前記反射層への
照射を行い、該反射層からの反射光の観察結果に基づい
て前記光ビームの焦点位置を調整することを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】本発明においては、検査対象となる結晶体にお
ける光ビームが照射される面上の一部に、この光ビーム
を反射し得る材料からなる反射層を形成しておき、載置
ステージ上に前記結晶体を載置して行われる検査のため
の光ビームの照射に先立ち、まず、前記反射層の形成部
位に光ビームを照射して該反射層に反射させ、この反射
光の観察結果に基づいて前記光ビームの焦点位置を調整
し、前記反射層の表面上に正しく焦点を合わせ、その後
の検査は、反射層の厚みを考慮して焦点位置を調整し、
光ビームの焦点を表面上に正しく合わせて行う。なお、
反射層の厚みが十分に薄い（数百〜数千オングストロー
ム程度）場合には、焦点位置の調整は不要であり、反射
層の表面上に合わせた焦点位置を保ったまま検査を行う
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は、本発明に係る結晶体の内部欠陥検
査方法（以下本発明方法という）の実施に用いる検査装
置の一例を示す模式図である。

【００１６】図示の検査装置の基本的な構成は、前述し
た「 K.Moriya, H.Wada, K.Hirai；J.Crystal Growth 1
28(1993) 304-309」中に示されているものと同様であ
り、図示の如く、外部からの振動伝達を遮断した制振基
台１上に、高精度に鉛直をなして支持脚10を立設し、該
支持脚10の上端に、これに対して所定角度傾斜して平板
状をなす載置ステージ２を取り付け、この載置ステージ
２の斜め上向きの載置面に対し、水平側方から正対する
位置に赤外線レーザを発するレーザ源３を、同じく鉛直
上方から正対する位置に撮像手段４を夫々配してなる。

【００１７】支持脚10先端の載置ステージ２は、前記載
置面内において、水平方向及びこれと直交する方向への
動作が可能であり、また、支持脚10を案内としての上下
方向への動作が可能に構成されている。検査対象となる
半導体基板（結晶体）Ｗは、載置ステージ２の載置面上
に、検査対象となる一面を上向きとして載置されてお
り、このように載置された半導体基板Ｗは、載置ステー
ジ２の前述した動作により、前記一面内の互いに直交す
る２方向（Ｘ，Ｙ方向）に加えて、これら夫々と直交す
る方向（Ｚ方向）に各別に移動させることができ、更
に、Ｙ方向とＺ方向との組み合わせ動作により、半導体
基板Ｗの表面に平行な方向（Ｙ−Ｚ方向）に移動させる
ことができる。

【００１８】半導体基板Ｗを移動せしめるための載置ス
テージ２の動作は、該載置ステージ２に付設された図示
しない駆動手段にステージ制御部６から与えられる駆動
信号に従って行われ、この駆動信号は、マイクロプロセ
ッサを用いてなる計測制御部５からの制御信号に従って
発せられるようになしてある。

【００１９】以上の如く構成された載置ステージ２の載
置面を、水平側方から臨むレーザ源３、及び鉛直上方か
ら臨む撮像手段４は、図示しない支持手段により制振基
台１上に固定されている。図示の如くレーザ源３は、レ
ーザ発振器30が発振する赤外線レーザの光路を、反射鏡
31により転換し、対物レンズ32により集光して、載置ス
テージ２に載置された半導体基板Ｗの表面上に焦点を合
わせた光ビームとして照射する構成となっている。この
光ビームの焦点合わせは、ステージ制御部６からの駆動
信号に応じて載置ステージ２を動作せしめて行われる。

【００２０】一方撮像手段４は、撮像装置としてのＴＶ
カメラ40の入射側に、図示しないレンズを内蔵する拡大
筒41を載置ステージ２に臨ませて備え、該載置ステージ
２上に載置された半導体基板Ｗの表面を拡大筒41を経て
拡大し、ＴＶカメラ40により撮像する構成となってお
り、この撮像により得られた画像に所定の処理を施す画
像処理部42と、処理後の画像を表示する表示部（ＣＲＴ
ディスプレイ）43とを備えてなる。

【００２１】拡大筒41には、内蔵レンズを光軸方向に移
動させることにより焦点位置を調節する焦点調節機構44
が付設されており、これは、焦点制御部７から与えられ
る駆動信号により駆動され、前記ＴＶカメラ40による撮
像は、レーザ源３から発せられる光ビームの焦点位置に
合わせて行われるようになしてある。なお、焦点位置調
節機構44としては、種々の光学機器に採用されている公
知の機構を用いることができる。

【００２２】以上の如く構成された検査装置による内部
欠陥の検査は、検査対象となる半導体基板Ｗを載置ステ
ージ２上に載置した後、この半導体基板Ｗの表面にレー
ザ源３が発する光ビームを照射し、このとき照射位置の
近傍を拡大筒41により拡大してＴＶカメラ40により撮像
する手順により行われる。光ビームの照射位置は、ステ
ージ制御部６からの駆動信号に従う載置ステージ２の動
作により、半導体基板Ｗの表面に沿って走査され、ＴＶ
カメラ40による撮像は、焦点調節機構44により前記光ビ
ームの焦点位置に合わせて行われる。

【００２３】ＴＶカメラ40の撮像結果は、画像処理部42
に与えられ、前記光ビームに対応する波長を有する赤外
線画像の抽出、所定のしきい値に基づく２値化処理、及
び縮退処理等の画像処理を施された後に表示部43に与え
られ、これに表示させると共に、計測制御部５に与えら
れ、これに付設された記憶手段に記憶される。

【００２４】表示部43に表示される画像は、図２中に破
線により示す如く、前記光ビームが検査対象となる半導
体基板Ｗを透過する際、この透過経路中に存在する内部
欠陥Ａにより散乱されて生じる散乱光であり、半導体基
板Ｗの内部欠陥Ａの存否は、表示部43の表示画像の観察
により、表面内の各位置における深さ方向の分布を含め
て検出される。

【００２５】以上の如き検査装置を用いて行われる本発
明方法においては、検査対象となる半導体基板Ｗとし
て、図２に示す如く、前記光ビームが照射される一面の
一部に反射層８が形成された半導体基板Ｗが用いられ
る。反射層８は、半導体基板Ｗを透過する波長を有する
赤外線ビームを反射し得ると共に、半導体基板Ｗ上への
成膜が容易な材料（例えば、白金、金、アルミニウム、
銀等の金属材料）により、光を反射するために十分な厚
さを有して形成されている。

【００２６】なお図２においては、半導体デバイスの形
成に用いられない半導体基板Ｗの周縁近傍に反射層８が
形成されているが、反射層８の形成位置はこれに限るも
のではなく、前記表面上の適宜位置に形成することがで
きる。また、反射層８の平面的なサイズ及び形状も限定
されるものではないが、後述する光ビームの位置合わせ
に支障を来たさない範囲で可及的に小サイズとするのが
望ましく、具体的には、半導体基板Ｗを素材として製造
される一つの半導体デバイスの平面サイズで十分であ
る。

【００２７】本発明方法は、以上の如き反射層８を備え
る半導体基板Ｗが載置ステージ２上に載置され、例え
ば、所定の検査開始操作がなされたことを条件として開
始される。そして本発明方法においては、正規の検査の
ための前述した動作に先立って行われる準備として、レ
ーザ源３から発せられる光ビームの焦点を前記半導体基
板Ｗの表面近傍に正しく一致させるために、検査時にお
ける光ビームの焦点位置を、前記反射層８からの反射光
の観察に基づいて補正する。

【００２８】図３は、この補正手順を示すフローチャー
トである。検査開始操作が行われた後、まず、レーザ源
３から発せられる光ビームが載置ステージ２上の半導体
基板Ｗにおける反射層８の形成部位に照射されるよう
に、前記光ビームの照射位置を変更し、これに追随して
撮像手段４による撮像部位を変更する（ステップ１）。
この動作は、計測制御部５からの制御信号に従うステー
ジ制御部６の動作により載置ステージ２を移動させ、半
導体基板ＷをＸ及びＹ方向に移動せしめることにより行
われる。

【００２９】このような位置合わせを終えた後、レーザ
源３から発せられる光ビームの焦点位置を予め定めた所
定の範囲内で逐次変更し（ステップ２）、夫々の位置に
て撮像手段４による撮像を行い（ステップ３）、この撮
像結果に基づいて前記光ビームの焦点位置が反射層８の
表面上に合致したか否かを判定する（ステップ４）。

【００３０】ステップ２での光ビームの焦点位置の変更
は、前述した如く、計測制御部５からの制御信号に従う
ステージ制御部６の動作により、半導体基板Ｗが載置さ
れた載置ステージ２を動作せしめて行われる。なおこの
とき、後続するステップ３において光ビームの焦点位置
に合わせた撮像が行われるように、撮像手段４に付設さ
れた焦点調節機構44も動作せしめられる。

【００３１】以上の如き動作により、レーザ源３から発
せられる光ビームは、前記図２中に実線により示す如
く、半導体基板Ｗの表面における反射層８の形成部位に
照射されることになる。前記反射層８は、前記光ビーム
を反射し得る材料を用いて成膜されており、前述の如く
照射される光ビームは反射層８により反射され、照射部
位に臨ませた撮像手段４には、反射層８の表面上におけ
る前記光ビームのスポットが撮像される。

【００３２】ステップ４での判定は、例えば、焦点位置
を変更する毎に得られる撮像手段４の撮像結果に夫々現
れる前記スポット像の大きさを比較することにより行わ
れ、この判定は、各変更位置での撮像結果を画像処理部
42を経て表示部43に順次表示させ、該表示部43を目視に
より観察する検査作業者により行わせることができ、ま
た、前記撮像結果を画像処理部42を経て計測制御部５に
与え、該計測制御部５に記憶させてある所定の判定ロジ
ックに従って行わせることもできる。このとき判定基準
となるのは反射層８からの高レベルの反射光であるか
ら、前述した判定は、半導体基板Ｗ内部からの散乱光に
影響されることなく高精度に行える。

【００３３】以上の判定の結果、前記光ビームの焦点が
反射層８の表面に合致したと判定された場合、このとき
の焦点位置を保って光ビームの走査位置を変え、半導体
基板Ｗの全域に対する検査動作が行われる（ステップ
５）。この検査動作に際し、反射層８の表面（半導体基
板Ｗの表面近傍）に正しく焦点を合わせた光ビームを用
いて行われるから、前述した如き手順による内部欠陥の
存否が、正確な深さ方向の分布を含めて検出されるよう
になる。

【００３４】なお、前述した検査動作への移行に先立
ち、前記反射層８の厚みを考慮して光ビームの焦点位置
を微調整し、該焦点位置を半導体基板Ｗの表面に合わせ
るようにしてもよい。但し反射層８の厚みは、前述した
如く、光を反射するために十分なものであればよく、実
際には、数百〜数千オングストローム程度に過ぎず、こ
の程度の該反射層８の表面に焦点を合わせたままでの検
査により精度的な問題が生じる虞れは殆どない。

【００３５】図４は、As-Grownのシリコン結晶からなる
半導体基板を供試体として従来の検査方法と本発明方法
とを実施し、これら夫々により得られた結果を比較した
ものであり、図の横軸は、供試体の表面からの深さを示
し、また縦軸は、各深さ位置での内部欠陥の検出密度を
示している。図中に白抜きして示す従来の検査方法によ
る結果と、同じくハッチングを施して示す本発明方法に
よる結果とを比較した場合、特に、供試体の表面近くの
検査領域（表面からの深さが０〜 11.25μｍである領
域）において本発明方法により得られた密度は、従来の
方法によるそれよりも十分に高く、表面からの深さが大
きい他の領域における密度との差が少ないことがわか
る。

【００３６】供試体として用いたAs-Grownのシリコン結
晶は、一般的に、酸素析出物としての内部欠陥を深さ方
向に略一定の分布を有して含むものであり、図４に示す
本発明方法による結果が実際の分布に近いことは明らか
である。これに対し、従来の検査方法によった場合、表
面近傍の検査領域において実際と異なる欠陥の分布状態
が得られていることが明らかである。これは、検査開始
前の供試体の表面への光ビームの焦点合わせが精密に研
磨された前記表面からのわずかな反射光に基づいて行わ
れる結果、検査体の表面と光ビームの焦点位置との誤っ
た対応関係に基づいて検査が実行されるためである。

【００３７】半導体基板を検査対象とする場合、前述し
た如く、内部欠陥の存在が半導体デバイスの製造に与え
る影響を排除するために、特に、回路形成面となる表面
近傍の内部欠陥の分布を正確に知ることが重要である
が、このために本発明方法の実施が有効であることは、
図４の結果から明らかである。

【００３８】なお本実施例においては、半導体基板Ｗを
検査対象とした場合について述べたが、本発明方法は、
平板状をなす結晶体全般に検査に適用でき、同様の効果
が得られることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明方法において
は、平板状をなす結晶体の検査面の一部に反射層を形成
しておき、この結晶体を載置ステージ上に載置して行わ
れる検査のための光ビームの照射に先立ち、反射層の形
成部位に光ビームを照射し、該反射層からの反射光の観
察結果に基づいて前記光ビームの焦点を調整するから、
この調整が高精度にしかも容易になされ、調整後の焦点
を基準として信頼性の高い検査結果が安定して得られる
ようになり、例えば、半導体基板の検査への適用によ
り、これを素材とする半導体デバイスの製造歩留りの向
上、及び製品デバイスの信頼性の向上に寄与し得る等、
本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いる検査装置の一例を示
す模式図である。

【図２】本発明方法の実施に用いられる検査対象となる
半導体基板の一例を示す斜視図である。

【図３】本発明方法の実施手順を示すフローチャートで
ある。

【図４】本発明方法による検査結果を従来の検査方法に
おけるそれと比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１ 制振基台 ２ 載置ステージ ３ レーザ源 ４ 撮像手段 ５ 計測制御部 ６ ステージ制御部 ７ 焦点制御部 30 レーザ発振器 32 対物レンズ 40 ＴＶカメラ 41 拡大筒 42 画像処理部 43 表示部 44 焦点調節機構 Ａ 内部欠陥 Ｗ 半導体基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状をなす結晶体の表面に、該結晶体
   を透過し得る波長を有する光ビームを照射し、前記結晶
   体内部の欠陥による前記光ビームの散乱光を観察して、
   各焦点位置での前記観察結果に基づいて前記欠陥の存否
   を検出する結晶体の内部欠陥検査方法において、前記表
   面上の一部に前記光ビームの反射層を形成し、前記検出
   のための光ビームの照射に先立って前記反射層への照射
   を行い、該反射層からの反射光の観察結果に基づいて前
   記光ビームの焦点位置を調整することを特徴とする結晶
   体の内部欠陥検査方法。