JPH10293101A - 半導体等における欠陥の検出方法 - Google Patents
半導体等における欠陥の検出方法Info
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- JPH10293101A JPH10293101A JP14513198A JP14513198A JPH10293101A JP H10293101 A JPH10293101 A JP H10293101A JP 14513198 A JP14513198 A JP 14513198A JP 14513198 A JP14513198 A JP 14513198A JP H10293101 A JPH10293101 A JP H10293101A
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Abstract
ーザビーム101を入射させ、それによって生じる被検
物体105からの光情報を顕微鏡109で得て、得られ
た光情報に基づいて被検物体105の表面欠陥あるいは
内部欠陥を検出する方法において、予め計算により予想
された前記被検物体105における入射光の波長λに対
する反射率Rの関係を示した曲線151、あるいは実測
による前記被検物体105における入射光の波長λに対
する反射率Rを示した曲線153のグラフ図を作成して
反射率Rの極大値Aの波長λ1 と反射率Rの極小値Bの
波長λ2 を夫々求め、これら双方の波長より夫々の光情
報を得て比較し、もって、前記被検物体105のごく表
層近傍の欠陥と表面の欠陥をも区別して検出するように
した半導体等における欠陥の検出方法。
Description
物体の内部欠陥を、レーザ光等を用いて照明しその散乱
光等を観察して検出する方法に関するものである。
第4図には、入射させるレーザビームの波長を適当に選
択することにより、ガリウムヒ素からなる被検物体にレ
ーザビームを入射させるその深さを制御することができ
ること、および、このような特性により、ガリウムヒ素
からなる被検物体の内部欠陥を測定する場合は、例えば
波長900nm程度のレーザビームを用いたときは、被
検物体の表面から入射したレーザビームが、裏面付近で
充分減衰するようにできることが記載されている(6枚
目上段右欄13行〜6枚目下段左欄11行参照)。ま
た、特開平2−16438号公報、特開平4−9586
1号公報、特開平2−190749号公報、特開昭58
−106444号公報、特開昭63−212911号公
報、特開平3−238348号公報、および特開平4−
26845号公報にも、略前記公報と類似の技術が記載
されている。
された技術は、入射させるレーザビームの波長を適当に
選択することにより、被検物体にレーザビームを入射さ
せるその深さを制御する技術であるが、この技術は、特
開平4−24541号公報第4図に記載されているよう
に、ガリウムヒ素の吸収係数kは波長870nm付近ま
では殆ど変化せず、870nmを越える900nmにか
けて急激に減少する。したがって、波長の選択だけで
は、被検物体の表面にごく近い例えば1μm付近の欠陥
を表面の欠陥と区別して観察をすることはできない。被
検物体のごく表層近傍の欠陥を表面の欠陥を区別して検
出するようにするには、入射したレーザビームの吸収特
性を応用するのではなく、レーザビームの表面欠陥およ
び内部欠陥からの散乱強度の変化特性を応用したらよ
い。
等からなる被検物体105に所定のレーザビーム101
を入射させ、それによって生じる被検物体105からの
光情報を顕微鏡109で得て、得られた光情報に基づい
て被検物体105の表面欠陥あるいは内部欠陥を検出す
る方法において、予め計算により予想された前記被検物
体105における入射光の波長λに対する反射率Rの関
係を示した曲線151、あるいは実測による前記被検物
体105における入射光の波長λに対する反射率Rを示
した曲線153のグラフ図を作成して反射率Rの極大値
Aの波長λ1 と反射率Rの極小値Bの波長λ2 を夫々求
め、これら双方の波長より夫々の光情報を得て比較し、
もって、前記被検物体105のごく表層近傍の欠陥と表
面の欠陥をも区別して検出するようにした半導体等にお
ける欠陥の検出方法としたものである。
法を実施しうる装置につき説明すると、図1、図2、図
14、図15、図16、図17が夫々該当し、図1にお
いて、103は、予め前記被検物体105における入射
光の波長λに対する反射率Rと散乱強度Sの関係を計算
と実測からグラフ図を作成し、該グラフ図から前記被検
物体105の表面における光情報を比較的多く発生させ
る波長λ1 と前記被検物体105の内部における光情報
を比較的多く発生させる波長λ2 を夫々照射するレーザ
装置であり、レーザビーム101を被検物体105に照
射するための集光レンズ107と、レーザビーム101
に起因する被検物体105からの散乱光を受光しその散
乱像を拡大する顕微鏡109と、その拡大散乱像を光電
変換してその散乱像の画像信号を得るための撮像素子1
11と、被検物体105に対する顕微鏡109の焦点を
合わせるために用いるパターンの被検物体105上に投
影する投影手段113と、被検物体105をその法線1
06の垂直線と顕微鏡109の光軸108がなす角度θ
が5〜35度となるようの保持し、図示していない駆動
手段により移動されるステージ115を備える。
17および結像レンズ119とを有する。また、前記投
影手段113は、空間変調素子パターン121と、光源
123と、光源123が発する光を空間変調素子パター
ン121に照射する凸レンズ125、拡散板127およ
び凸レンズ129、並びに、これにより照明された空間
変調素子パターン121を顕微鏡109の焦点位置に結
像させるための投光用レンズ131およびハーフミラー
133とを備える。空間変調素子パターン121はハー
フミラー133の焦点面に配置される。前記被検物体1
05は傾斜している。
造を有するウエハのような場合のものであり、前記微細
構造の部分は、それと等価的な厚さの層が存在するもの
として、同様にして各部欠陥および表面欠陥を観察する
ことができる。ただし、この場合は、微細構造による回
折光が観察光学系中に侵入して内部欠陥505が観察で
きなくなるのを防止するため、観察光学系中に回折光1
83を遮断するためのフィルタ(マスク)181を設け
る。185は正反射光である。
他の実施例に係る欠陥検出装置の構成を示す概略図であ
る。これらの装置は、波長400〜2000nmのレー
ザ光によって被検物体105の内部と表面の欠陥を検出
し、波長200〜650nmのレーザ光によって表面欠
陥を検出するものである。
01は凹レンズ163によりビーム径が拡大され、コリ
メータレンズ161によって平行光とされ、そしてハー
フミラー171(133と同じ)を介して観察系の光路
に導入され、対物レンズ117を経て被検物体105に
照射される。そして、前記のように、予め前記被検物体
105における入射光の波長λに対する反射率Rと散乱
強度Sの関係を計算と実測からグラフ図を作成し、該グ
ラフ図から前記被検物体105の表面における光情報を
比較的多く発生させる波長λ1 と前記被検物体105の
内部における光情報を比較的多く発生させる波長λ2 を
夫々入射させ、表面欠陥の正反射像と内部欠陥の正反射
像を、対物レンズ117、結像レンズ119および撮像
素子111を介し、電気信号として得るようになってい
る。
λ2 のレーザ光をハーフミラー169を介して混合した
レーザビーム101を用いて被検物体105を照明し、
その正反射光をダイクロイックミラ−173により波長
λ1 成分と波長λ2 成分とに分割し、波長λ1 成分によ
り被検物体105表面を結像レンズ119および撮像素
子111を経て観察すると共に、波長λ2 成分により被
検物体105の内部からの正反射像を結像レンズ165
および撮像素子167を経て観察する。
01の中央部分の光束をマスク175により遮断し、周
辺部分の光束のみをミラー177および対物レンズ11
7の周辺部を介して被検物体105に照射し、その正反
射像を対物レンズ117の中央部分を介して得る。他
は、図15の場合と同様である。
による被検物体105の観察原理を説明する原理図であ
る。図中、201は図1の撮像素子111と結像レンズ
119を含むTVカメラであり、TVカメラ201と対
物レンズ117とにより観察系を構成する。被検物体1
05の表面の法線(表面と平行の線)106と、観察系
の光軸108と、レーザビーム101の光軸110は、
上方から見ると同一平面内にあるように配置され、かつ
被検物体105と一側上方よりのレーザビーム101の
光軸110とのなす角度βは10〜60°、前記レーザ
ビーム101が被検物体105内で屈折するレーザビー
ム101の屈曲光104の光軸102と、被検物体10
5の法線106の垂直線となす角度αは略16%の傾斜
になるようにする。この屈折光104を、他側にθ角度
傾斜しているTVカメラ201で観察すると、その視野
203は、図2の取出図のように、被検物体105の層
1b、2b、3b、4bの各層の深さに対応した計測領
域1a、2a、3a、4aに区切られて観察できるよう
になる。
ず、光源123をオンにし、凸レンズ125と拡散板1
27および凸レンズ129を介して空間変調素子パター
ン121に照射し、焦点合わせ用のパターン121の像
を被検物体105上に投影する。つぎに、空間変調素子
パターン121の投影像のコントラストが前記計測領域
2aと3aの中間において最大になるようにステージ1
15を制御する。つぎに、この焦点位置が層2bと3b
間の境界の深さ位置に対応するように、ステージ115
を所定の距離縦移動させる。つぎに、レーザ装置103
からのレーザビーム101の集光点205が、所望の検
出対象層である計測領域1a、2a、3aおよび4aに
対応するようにレーザビーム101の位置を調整する。
これにより、視野203内の計測領域1a〜4aは層1
b〜4bに対応し、したがって、観察系の焦点深度が被
検物体105における各層1bー4bをカバーする程度
であれば、視野203内の欠陥等の像がそれが存在する
層の情報とともに得られることになる。なお、この場合
の被写界深度は、例えば、観察系の倍率が20倍におい
て約40μm、50倍で15μm程度である。また、空
間変調素子パターン121の投影は、観察の妨げになら
ないように、不要になった時点で停止する。空間変調素
子パターン121として、観察に支障となる模様のない
ものを用いた場合はこの限りでない。
行うために、レーザビーム101を被検物体105の最
大傾斜方向に対して直角な方向に往復移動させるととも
に、被検物体105をその最大傾斜方向に平行に移動さ
せることにより、図3に示すように、被検物体105
の、例えば、200×200×16μm程度の立体領域
における欠陥の散乱像が、いずれの計測領域1a〜4a
において検出されたかという深さ位置の情報とともに得
られる。
ための説明図である。同図に示すように、レーザビーム
101により走査における各走査線間の間隔によって規
定される被検物体105の表面方向の分解能を約0.4
μm、レーザビーム101の被検物体105における屈
折角αを約16%とすれば、深さ方向の分解能は約1.
4μmとなる。この深さ方向の分解能は、表面方向の分
解能を向上させれば1μm程度まで向上させることがで
きる。
方法を示す模式図である。ここではレーザ装置として、
波長可変レーザである色素レーザとか Titサファイヤレ
ーザ等を用い、それが発するレーザビーム101をコリ
メータ301を介して拡大して被検物体105に照射す
る。この場合は、TVカメラ201の視野内における計
測領域の区分は不要である。また、被検物体105面の
方線方向はTVカメラ201の光軸方向と一致させる。
それ以外は図1の場合と同様の構成である。
る。Si結晶の多層構造を有するSOI(Silicon on Insulat
or) 構造ウエハの断面図である。このウエハはSi基板4
01、その上に形成された厚さ 0.2μmの酸化膜(Si
O2)層403、およびその上に形成された厚さ1μmの
Si層405を有する。
観察系の焦点を、上述と同様にしてウエハの表面に合わ
せる。ただし、ここでは、その焦点深度内のSi層405
およびSiO2層403に局在する欠陥を検出しようとする
ので、焦点位置を更に調整する必要はない。そして、レ
ーザビーム101を、その照射領域がTVカメラ201
の視野と一致するように照射して観察を行う。
照射したときの様子を示した説明図である。図7(a) は
ウエハ表面での反射率が大きい場合を示し、図7(b) は
これが小さい場合を示す。また、図7(a) および図7
(b) の左側のグラフは入射強度1o のレーザビーム10
1による屈折光の光強度1のウエハ深さDに対る変化を
示すグラフである。なお、曲線509は吸収による減衰
カーブである。
は、反射光501と屈折光503とに分離するが、ウエ
ハ表面(屈折率略3.5のSi結晶)とSiO2層403(屈
折率略1.5)表面での反射光の干渉によって、ウエハ
表面での反射率Rは、Si結晶のみのウエハの場合より
も、レーザ光の波長λに応じ、図8に示すように大きな
幅で変動する。そして反射率が大きな場合(λ2 、λ4
、…、λ12) は、図7(a)に示すように、Si層405お
よびSiO2層403との境界にある欠陥505からの散乱
光507の強度は小さく、反射率が小さい場合(λ2 、
λ3 、…、λ11) は、図7(b) に示すように、逆に大き
くなる。
、…、λ11のレーザビーム101を用いて層405、
層403内部の欠陥からの散乱像を有効に検出し、反射
率の高い波長λ2 、λ4 、…、λ12のレーザ光を用いて
ウエハ表面の塵埃や傷からの散乱像を主体に検出する。
そして、これらの散乱像を比較することにより、表面の
欠陥と内部欠陥とを鮮明に区別する。また、図8に示す
ように、前記干渉による反射強度の上下振動は、波長4
00nm以上において観察される。したがって、層内部
には波長400〜2000nmの光が十分入るので、こ
の波長範囲のレーザ光を使用して内部欠陥を観察し、一
方、波長400nm未満の光は層内部に侵入しないの
で、波長200〜650nmのレーザ光または普通の光
を用いて表面欠陥を観察し、そして内部欠陥と表面欠陥
とを識別するようにしてもよい。
わりに、図9に示すように、波長λのレーザ光801
を、2次高調波発生素子803を介して波長λ/2(=
400〜1300nm)の基本波と波長λ(=800〜
2600nm)の二次高調波発生素子805とし、これ
をウエハに入射させ、その表面欠陥と内部欠陥からの散
乱光を、それぞれ基本波と二次高調波の散乱光として別
の観察系を用いて画像化するようにしてもよい。
一例を示す。ただし、被検物体105であるウエハとし
ては、Si層405の厚さが1μm、SiO2層403の厚さ
が0.4〜0.5μmであり、図11に示すように、表
面の半分はそのままの面11であるが、他の半分はエッ
チングにより内部欠陥のピット13を露出させた面14
としたものを用いている。図10(a) は波長940nm
のレーザ光による内部散乱像が顕著に現れた500μm
四方の視野の様子を示し、図10(b) は波長1000n
mのレーザ光による表面散乱像が顕著に現れた同じ部分
の視野の様子を示している。部分11aは面11に対応
し、部分14aは面14に対応する。図10(b) におい
ては、部分11aにおいて表面11上の塵埃の像が現れ
ており、部分14aでは面11上の微小な無数のピット
像が現れている。図10(a) の部分11aおよび14a
においては、微小なピット像は現れず、表面の大きなご
みや傷および内部欠陥が無数に現れている。
長λに対する反射率R及ぶ散乱強度Sの変化を示したグ
ラフである。図中、曲線151は計算による反射率Rの
変化、曲線153は実測による反射率Rの変化、曲線1
55は実測による表面欠陥からの散乱強度Sの変化、曲
線157は実測による内部欠陥からの散乱強度Sの変化
を示している。いま、このグラフの実測による反射率R
の変化曲線153をみると、反射率Rの極大値Aは波長
1000nm付近であり、反射率Rの極小値Bは波長9
40nm付近であるから、波長1000nmのレーザ光
を用いると、内部に影響されずに表面の欠陥のみが検出
され、波長940nmのレーザ光を用いると、表面に影
響されずに内部欠陥のみが検出される。それゆえ、公知
例では不可能であった被検物体105のごく表層近傍の
欠陥と表面の欠陥でも区別して検出できる。
5の同じ場所を、その内部まで到達する波長1000n
mのレーザ光、および波長451nmのレーザ光で観察
したときの500μm四方の視野の様子をそれぞれ示
す。両者を比較することにより、内部欠陥からの散乱像
を認識することができる。
面に微細構造を有するようなウエハである場合は、その
微細構造が存在する部分については、それと等価的な厚
さの層が存在するものとして、同様にして各部欠陥およ
び表面欠陥を観察することができる。ただしこの場合、
微細構造による回折光が観察光学系中に侵入して内部欠
陥505が観察できなくなるのを防止するため、観察光
学系中に回折光183を遮断するためのフィルタ(マス
ク)181が設けられる。正反射光185は何ら問題を
生じない。
他の実施例に係る欠陥検出装置の構成を示す概略図であ
る。これらの装置は、波長400〜2000nmのレー
ザ光によって被検物体105の内部と表面の欠陥を検出
し、波長200〜650nmのレーザ光によって表面欠
陥を検出するものである。
01の凹レンズ163によりビーム系が拡大され、コリ
メータレンズ161によって平行光とされ、そしてハー
フミラー171を介して観察系の光路に導入され、対物
レンズ117を経て被検物体105に照射される。そし
て前記のようにレーザビーム101の波長を変えて表面
欠陥の正反射像と内部欠陥の正反射像を、対物レンズ1
17、結像レンズ119および撮像素子111を介し、
電気信号として得るようになっている。
のレーザ光をハーフミラー169を介して混合したレー
ザビーム101を用いて被検物体105を照明し、その
正反射光をダイクロイックミラ−173により波長λ1
成分とλ2 成分に分割し、そして波長λ1 成分により被
検物体105表面を結像レンズ119および撮像素子1
11を経て観察すると共に、波長λ2 成分により、被検
物体105の内部からの正反射像を結像レンズ165お
よび撮像素子167を経て観察する。
01の中央部分の光束をマスク175により遮断し、周
辺部分の光束のみをミラー177および対物レンズ11
7の周辺部を介して被検物体105に照射し、その正反
射像を対物レンズ117の中央部分を介して得る。他
は、図15の場合と同様である。
載されたものは、その第4図にあるように、入射させる
レーザビームの吸収特性を応用して被検物体に入り込む
深さの制御をしたものであり、この点は、特開平3−2
38348号公報および特開平4−26845号公報も
同様であるが、いずれも、被検物体に入り込むレーザビ
ームの深さの制御をするものである。しかし、被検物体
に入り込むレーザビームの深さの制御はできても、その
深さまでの欠陥はともに検出されるから、表面の欠陥の
みとかある深さの内部欠陥のみを正確に検出することは
できない。即ち、被検物体に入り込む深さの制御をした
としても、それは、制御された深さまでの情報が得られ
るということであって、その深さのみの情報を得られる
というものではない。しかるに、本発明は、半導体等か
らなる被検物体105に所定のレーザビーム101を入
射させ、それによって生じる被検物体105からの光情
報を顕微鏡109で得て、得られた光情報に基づいて被
検物体105の表面欠陥あるいは内部欠陥を検出する方
法において、予め計算により予想された前記被検物体1
05における入射光の波長λに対する反射率Rの関係を
示した曲線151、あるいは実測による前記被検物体1
05における入射光の波長λに対する反射率Rを示した
曲線153のグラフ図を作成して反射率Rの極大値Aの
波長λ1 と反射率Rの極小値Bの波長λ2 を夫々求め、
これら双方の波長より夫々の光情報を得て比較し、もっ
て、前記被検物体105のごく表層近傍の欠陥と表面の
欠陥をも区別して検出するようにした半導体等における
欠陥の検出方法としたから、 (イ)予め前記被検物体105における入射光の波長λ
に対する反射率Rと散乱強度Sの関係を計算と実測から
グラフ図を作成し、該グラフ図から前記被検物体105
の表面における光情報を比較的多く発生させる波長λ1
と前記被検物体105の内部における光情報を比較的多
く発生させる波長λ2 を夫々求めたので、公知例では知
ることのできない、表層近傍の欠陥と表面の欠陥をも区
別して検出することができる。 (ロ)前記により求めた双方の波長より夫々の光情報を
得て比較するようにしたので、表面の欠陥と内部の欠陥
の情報を正確に知って、被検物体105の欠陥を確実鮮
明に検出できる効果を奏する。
理図。
説明図。
たときの説明図。
ラフ図。
の説明図。
…レーザ装置、104…屈折光、105…被検物体、1
06…被検物体の法線、107…集光レンズ、108…
観察光軸、109…顕微鏡、110…入射光軸、111
…撮像素子、113…投影手段、115…ステージ、1
17…対物レンズ、119…結像レンズ、121…空間
変調素子パターン、123…光源、125…凸レンズ、
127…拡散板、129…凸レンズ、131…投光用レ
ンズ、133…ハーフミラー。151…曲線、153…
曲線、155…曲線、161…コリメータレンズ、16
3…凹レンズ、165…結像レンズ、167…撮像素
子、169…ハーフミラー、171…ハーフミラー、1
73…ダイクロイックミラ−、175…マスク、177
…ミラー、181…フィルタ(マスク)、183…回折
光、185…正反射光、203…視野、205…集光
点、401…Si基板、403…酸化膜(SiO2)層、40
5…Si層、501…反射光、503…屈折光、505…
欠陥、507…散乱光、509…曲線、801…レーザ
光、803…2次高調波発生素子、805…二次高調波
発生素子、1a、2a、3a、4a…計測領域、R…反
射率、S…散乱強度。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体等からなる被検物体105に所定
のレーザビーム101を入射させ、それによって生じる
被検物体105からの光情報を顕微鏡109で得て、得
られた光情報に基づいて被検物体105の表面欠陥ある
いは内部欠陥を検出する方法において、予め計算により
予想された前記被検物体105における入射光の波長λ
に対する反射率Rの関係を示した曲線151、あるいは
実測による前記被検物体105における入射光の波長λ
に対する反射率Rを示した曲線153のグラフ図を作成
して反射率Rの極大値Aの波長λ1 と反射率Rの極小値
Bの波長λ2 を夫々求め、これら双方の波長より夫々の
光情報を得て比較し、もって、前記被検物体105のご
く表層近傍の欠陥と表面の欠陥をも区別して検出するよ
うにした半導体等における欠陥の検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14513198A JP3186695B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 半導体等における欠陥の検出装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14513198A JP3186695B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 半導体等における欠陥の検出装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4092362A Division JP2916321B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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