JP2000266671A - 結晶欠陥検出装置及び結晶欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 散乱光方向（Ｚ方向）の結晶欠陥の位置及び
結晶欠陥の大きさを精度良く測定する。 【解決手段】 結晶欠陥検出装置は、赤外領域のレーザ
光５を放出する１つのレーザ１と、レーザ光５が照射さ
れる試料３を載置するステージ１１と、試料３により散
乱された散乱光６を検出するイメージセンサー４と、レ
ーザ光５の照射形状を散乱光方向に対して所定の角度を
持つような長軸を有する楕円形または所定の角度を持つ
ような長辺を有する長方形にする手段とを少なくとも有
する。レーザ光の幅内で散乱光方向に位置の異なる結晶
欠陥に走査時間をずらしてレーザ光５を照射することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶中の結晶欠
陥を検出する結晶欠陥検出装置およびその方法に関わ
り、特に光散乱を用いた結晶欠陥検出装置及びその方法
に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体素子の微細化に伴い、単結
晶シリコン（Ｓｉ）ウェハ中に存在する結晶欠陥が、ウ
ェハ表面に作製される半導体素子の諸特性に大きな影響
を与える要因となってきている。したがって、ウェハ中
に存在する結晶欠陥の位置及び大きさを正確に測定する
ことは半導体集積回路を製造する上で重要な評価技術と
なっている。従来、ウェハ中の結晶欠陥を検出する方法
の１つに、単結晶と結晶欠陥での光の屈折率の違いを利
用して、ウェハに光を照射しウェハからの散乱光を観察
して結晶欠陥の位置と大きさを特定する方法がある。

【０００３】この従来の方法に用いられる結晶欠陥検出
装置は図１０に示すように、赤外領域のレーザ光５５を
放出するＹＡＧレーザ５１と、ウェハ等の試料５３を載
置するステージ６１と、試料５３により散乱された散乱
光５６を検出するイメージセンサー５４を少なくとも備
えている。ステージ６１上に載置されたウェハ５３にＹ
ＡＧレーザ５１から放出されたレーザ光５５を照射す
る。レーザ光５５の照射形状は直径約１０μｍの円形で
ある。赤外領域のレーザ光５５は単結晶中を透過する
が、試料５３中の結晶欠陥には散乱される。また、結晶
欠陥が大きくければ散乱される光の強度も強くなる。散
乱光５６はレーザ光方向（Ｙ方向）に対して垂直方向
（散乱光方向：Ｚ方向）に配置されたイメージセンサー
５４により測定されて散乱光５６の位置と強度から結晶
欠陥の位置と大きさが特定される。

【０００４】さらに、図１０において、ステージ制御装
置６３によりステージ６１はレーザ光方向（Ｙ方向）及
び散乱光方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に動か
すことで試料５３の中でレーザ光５が走査され、散乱光
５６の２次元画像データが作成される。画像データ処理
装置６４により結晶欠陥とバックグラウンドノイズとを
判別する、いわゆる「２値化する画像処理」が行われ、
ウェハ５３中の結晶欠陥の位置及び大きさの平面分布が
求められる。得られた２次元画像データや平面分布はコ
ンピュータ６６、モニタ６７、プリンタ６８を用いて処
理・加工され、出力される。また、図１０において、レ
ーザ光５５と試料５３間及び試料５３とイメージセンサ
ー５４間にはそれぞれレーザ光５５、散乱光５６の強度
を調整する第１及び第２のフィルター５９、６０が配置
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の結晶欠陥検出装
置において、レーザ光５５はその円形の中心部に最大値
を持つような所定の強度分布を有する。したがって、レ
ーザ光５５はその直径上の各部分でビーム強度が異な
り、同じ大きさの結晶欠陥であってもレーザ光５５の中
心部からの距離により、散乱光５６の強度が異なる。つ
まり、同じ大きさの結晶欠陥であっても、レーザ光５５
の１０μｍの幅内において散乱光方向（Ｚ方向）に位置
が異なれば、照射されるレーザ光５５の強度が異なり、
散乱光５６の強度も異なってくる。散乱光５６の強度が
異なると、結晶欠陥の大きさを誤って特定されてしま
い、正確な結晶欠陥の大きさを測定することができな
い。

【０００６】具体的には、結晶欠陥を半径ｒの球形と仮
定し、レーザ光の強度をＩ₀とすると、散乱強度Ｉは結
晶欠陥の大きさの６乗に比例することからＩ∝Ｉ₀ｒ⁶と
表すことができる。ここで、図１１に示すように、レー
ザ光５５の強度分布がガウス分布に従うとすると、同じ
大きさの結晶欠陥であってもレーザ光５５の走査により
レーザ光５５の中心部を通過する結晶欠陥７０の散乱光
の強度と、レーザ光５５の外周部分を通過する結晶欠陥
６９、７１の散乱光の強度との間には差が生じてしま
う。したがって、結晶欠陥の大きさを正確に求めるに
は、結晶欠陥の散乱光方向（Ｚ方向）の位置を正確に測
定し、結晶欠陥に照射されるレーザ光の強度を正確に求
める必要がある。

【０００７】また、散乱光方向のレーザ幅を狭めること
で、散乱光方向の位置を精度良く求めることができる
が、同時にレーザ光が走査される領域が狭められてしま
い、スループットが落ちてしまう。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するため
に成されたものであり、その目的は、スループットを落
とさずに、散乱光方向（Ｚ方向）の結晶欠陥の位置及び
結晶欠陥の大きさを精度良く測定することができる結晶
欠陥検出装置を提供することである。

【０００９】さらに本発明の他の目的は、スループット
を落とさずに、散乱光方向（Ｚ方向）の結晶欠陥の位置
及び結晶欠陥の大きさを精度良く測定することができる
結晶欠陥検出方法を提供することである。

【００１０】さらに本発明の他の目的は、スループット
の高い結晶欠陥検出装置を提供することである。

【００１１】さらに本発明の他の目的は、検出感度の高
い結晶欠陥検出装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するため、本発明の第１の特徴は、１つのレーザと、こ
の１つのレーザから放出されるレーザ光が照射される試
料を載置し、レーザ光方向に対して垂直方向に走査でき
るステージと、試料により散乱された散乱光を検出する
イメージセンサーと、レーザ光の照射形状を散乱光方向
に対して所定の角度を持つような長軸を有する楕円形ま
たは所定の角度を持つような長辺を有する長方形にする
手段とを少なくとも有する結晶欠陥検出装置であること
である。

【００１３】本発明の第１の特徴によれば、レーザ光の
照射形状を長軸が散乱光方向に対して所定の角度を持つ
楕円形あるいは長辺が散乱光方向に対して所定の角度を
持つ長方形にすることで、レーザ光の散乱光方向の幅内
で位置の異なる結晶欠陥にレーザ光が照射される走査時
間をずらすことができる。この走査時間のずれから、レ
ーザ光の散乱光方向の幅内の正確な位置を特定し、楕円
形あるいは長方形のレーザ光の強度分布から散乱光の強
度補正を行い、正確な結晶欠陥の大きさを求めることが
できる。また、長軸あるいは長辺の長さをレーザから放
出されるレーザ光の直径に近づけて長軸あるいは長辺の
散乱光方向に対する角度を小さくすることで、１回のレ
ーザ光の走査でレーザ光が照射される散乱光方向の幅を
従来例に比して同等に維持することができるので、レー
ザ光の走査回数を短縮し、スループットを維持すること
ができる。したがって、スループットを落とさずに、散
乱光方向の結晶欠陥の位置及び結晶欠陥の大きさを精度
良く特定することができる。

【００１４】本発明の第１の特徴において、レーザは例
えばＹＡＧレーザを使用することが好ましい。このレー
ザから放出されるレーザ光は、試料のバンドギャップエ
ネルギーよりも小さいエネルギーを有する光が好まし
い。より好ましくは赤外領域の光であることである。ま
た、このレーザ光は、中心部で最大値を取るような強度
分布を持っている。イメージセンサーとしてＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device：電荷結合素子）カメラを使用す
ることが望ましい。レーザ光の照射形状を散乱光方向に
対して長軸あるいは長辺が所定の角度を持つ楕円形ある
いは長方形にする手段として、長軸あるいは長辺が散乱
光方向に対して所定の角度を有する楕円形あるいは長方
形の開口部を有するスリットを用いればよい。あるい
は、このスリットの開口部に反射面を有する鏡、つま
り、照射されるレーザ光のうち、楕円形あるいは長方形
の開口部に照射されたレーザ光５のみを反射するような
鏡を用いてもよい。さらに、円形のレーザ光を楕円形の
レーザ光に集光するような非対称な形状を有する光学レ
ンズを用いても良い。また、「所定の角度」を９０度に
設定してもよい。さらに、イメージセンサーとステージ
の走査を同期させて散乱光の２次元画像データを作成す
るために、ステージ制御装置及び画像データ処理装置を
有することが望ましい。さらに、検出された散乱光の強
度及び検出時間から結晶欠陥の大きさ及びレーザ光の幅
内における結晶欠陥の散乱光方向の位置を算出するため
の座標解析装置を有することが望ましい。

【００１５】本発明の第２の特徴は、複数のレーザと、
この複数のレーザから放出されるレーザ光が照射される
試料を載置し、レーザ光方向に対して垂直方向に走査で
きるステージと、試料により散乱された散乱光を検出す
るイメージセンサーと、複数のレーザ光を重ね合わせて
散乱光方向に対して所定の角度を持つような長軸を有す
る楕円形または所定の角度を持つような長辺を有する長
方形の照射形状を有するレーザ光を形成する偏向プリズ
ムとを少なくとも有する結晶欠陥検出装置であることで
ある。

【００１６】本発明の第２の特徴によれば、レーザ光の
照射形状を長軸が散乱光方向に対して所定の角度を持つ
楕円形あるいは長辺が散乱光方向に対して所定の角度を
持つ長方形にすることで、レーザ光の散乱光方向の幅内
で位置の異なる結晶欠陥にレーザ光が照射される走査時
間をずらすことができる。この走査時間のずれから、レ
ーザ光の散乱光方向の幅内の正確な位置を特定し、楕円
形あるいは長方形のレーザ光の強度分布から散乱光の強
度補正を行い、正確な結晶欠陥の大きさを求めることが
できる。また、従来の円形の照射形状を有するレーザ光
を重ね合わせた場合、１回のレーザ光の走査でレーザ光
が照射される散乱光方向の幅を従来例に比して広げるこ
とができるので、レーザ光の走査回数を短縮し、スルー
プットを向上させることができる。

【００１７】本発明の第２の特徴において、レーザは例
えばＹＡＧレーザを使用することが好ましい。このレー
ザから放出されるレーザ光は、試料のバンドギャップエ
ネルギーよりも小さいエネルギーを有する光が好まし
い。より好ましくは赤外領域の光であることである。ま
た、レーザ光は中心部で最大値を取るような強度分布を
持っている。イメージセンサーとしてＣＣＤ（Charge C
oupled Device：電荷結合素子）カメラを使用すること
が望ましい。「所定の角度」を９０度に設定してもよ
い。また、イメージセンサーとステージの走査を同期さ
せて散乱光の２次元画像データを作成するために、ステ
ージ制御装置及び画像データ処理装置を有することが望
ましい。さらに、検出された散乱光の強度及び検出時間
から結晶欠陥の大きさ及びレーザ光の幅内における結晶
欠陥の散乱光方向の位置を算出するための座標解析装置
を有することが望ましい。

【００１８】本発明の第３の特徴は、レーザ光を試料に
照射して、試料により散乱された散乱光を検出する第１
のステップと、レーザ光方向に対して垂直方向に試料を
走査する第２のステップと、第２のステップにおいて散
乱光が検出される走査時間のずれから散乱光方向の結晶
欠陥の位置を特定する第３のステップと、散乱光方向の
結晶欠陥の位置情報とレーザ光の強度分布から散乱光の
強度補正を行う第４のステップとを少なくとも有する結
晶欠陥検出方法であって、レーザ光の照射形状は散乱光
方向に対して所定の角度を持つような長軸を有する楕円
形または所定の角度を持つような長辺を有する長方形で
あることを特徴とする結晶欠陥検出方法であることであ
る。

【００１９】本発明の第３の特徴によれば、レーザ光の
照射形状を長軸が散乱光方向に対して所定の角度を持つ
楕円形あるいは長辺が散乱光方向に対して所定の角度を
持つ長方形にすることで、レーザ光の散乱光方向の幅内
で位置の異なる結晶欠陥にレーザ光が照射される走査時
間をずらすことができる。この走査時間のずれから、レ
ーザ光の散乱光方向の幅内の正確な位置を特定し、楕円
形あるいは長方形のレーザ光の強度分布から散乱光の強
度補正を行い、正確な結晶欠陥の大きさを求めることが
できる。また、長軸あるいは長辺の長さをレーザから放
出されるレーザ光の直径に近づけて長軸あるいは長辺の
散乱光方向に対する角度を小さくすることで、１回のレ
ーザ光の走査でレーザ光が照射される散乱光方向の幅を
従来例に比して同等に維持することができるので、レー
ザ光の走査回数を短縮し、スループットを維持すること
ができる。したがって、スループットを落とさずに、散
乱光方向の結晶欠陥の位置及び結晶欠陥の大きさを精度
良く特定することができる。

【００２０】本発明の第３の特徴において、レーザ光は
中心部で最大値を取るような強度分布を持っている。レ
ーザ光の照射形状を散乱光方向に対して長軸あるいは長
辺が所定の角度を持つ楕円形あるいは長方形にする手段
として、長軸あるいは長辺が散乱光方向に対して所定の
角度を有する楕円形あるいは長方形の開口部を有するス
リットを用いればよい。あるいは、このスリットの開口
部に反射面を有する鏡、つまり、照射されるレーザ光の
うち、楕円形あるいは長方形の開口部に照射されたレー
ザ光のみを反射するような鏡を用いてもよい。さらに、
円形のレーザ光を楕円形のレーザ光に集光するような非
対称な形状を有する光学レンズを用いても良い。また、
「所定の角度」を９０度に設定してもよい。さらに、イ
メージセンサーとステージの走査を同期させて散乱光の
２次元画像データを作成するために、ステージ制御装置
及び画像データ処理装置を有することが望ましい。さら
に、検出された散乱光の強度及び検出時間から結晶欠陥
の大きさ及びレーザ光の幅内における結晶欠陥の散乱光
方向の位置を算出するための座標解析装置を有すること
が望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において従来技術と類
似な部分には類似な符号を付している。

【００２２】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係わる結晶欠陥検出装置の主な構成を示
す斜視図である。図１において、結晶欠陥検出装置は、
赤外領域のレーザ光５を放出する１つのレーザ１と、レ
ーザ光５が照射される試料３を載置し、レーザ光方向に
対して垂直方向に走査できるステージ１１と、試料３に
より散乱された散乱光６を検出するイメージセンサー４
と、レーザ光５の照射形状を散乱光方向に対して所定の
角度を持つような長軸を有する楕円形または所定の角度
を持つような長辺を有する長方形にする手段とを少なく
とも有する。

【００２３】ここで、レーザ１として例えばＹＡＧレー
ザを使用することが好ましい。レーザ光５は直径１０μ
ｍの円形の照射形状を有し、さらに中心部で最大値を取
るような強度分布を持っている。イメージセンサー４と
してＣＣＤ（Charge CoupledDevice：電荷結合素子）カ
メラを使用することが望ましい。レーザ光５の照射形状
を楕円形あるいは長方形にする手段として、図２に示す
ような長軸７が散乱光方向（Ｚ方向）に対して所定の角
度を有する楕円形、または図示はしないが長辺が散乱光
方向（Ｚ方向）に対して所定の角度を有する長方形の開
口部を有するスリット２を用いればよい。また、長軸７
の長さはレーザ光５の直径（１０μｍ）と同じか、ある
いはレーザ光５の直径よりも短くなっている。短軸８は
短いほど本発明の効果は顕著であるが、短くすることに
より試料３に照射されるレーザ光５全体の強度が落ちて
しまうため、イメージセンサー４の検出感度が許す範囲
で短くすることが望ましい。さらに、図２に示すスリッ
ト２の開口部に反射面を有する鏡、つまり、照射される
円形のレーザ光５のうち、楕円形あるいは長方形の開口
部に照射されたレーザ光５のみを反射するような鏡を用
いてもよい。本発明の実施の形態では、長軸７が１０μ
ｍ、短軸８が３μｍの楕円形のスリット２を用いた場合
について説明する。

【００２４】図３は、本発明の第１の実施の形態に係わ
る結晶欠陥検出装置の全体構成を示す模式図である。図
３に示すように、本装置は、ＹＡＧレーザ１から放出さ
れたレーザ光５が試料３に照射される前にその強度を調
整するための第１のフィルター９と、試料３により散乱
された散乱光６をイメージセンサー４で検出する前に散
乱光６の強度を調整するための第２のフィルター１０
と、レーザ発振の制御を行うレーザ制御装置１２と、レ
ーザ光５を試料３中で走査させるためのステージ制御装
置１３と、イメージセンサー４から得られた画像データ
を処理・加工するための画像データ処理装置１４と、散
乱光方向（Ｚ方向）の結晶欠陥の位置を算出するための
座標解析装置１５と、これら全装置を制御するコンピュ
ータ１６、モニタ１７、そして得られた結果を出力する
ためのプリンター１８を備えている。

【００２５】第１及び第２のフィルター９、１０はレー
ザ光５及び散乱光６の強度を調整するもので、試料３の
材質、厚さ及びイメージセンサー４の検出感度等により
決まるものである。また、ステージ制御装置１３によ
り、レーザ光方向（Ｙ方向）及び散乱光方向（Ｚ方向）
に対して垂直な方向（Ｘ方向）にステージ１１を動かし
て、レーザ光５を走査することができる。

【００２６】本装置を用いて以下のようにして結晶欠陥
が検出される。ＹＡＧレーザ１から放出されたレーザ光
５は第１のフィルター９により強度が調整され、さら
に、スリット２により円形のレーザ光５の不要部分が除
去されて所望の形状が形成され、レーザ光５が半分に割
られたウェハ等の試料３の表面に垂直に照射される。照
射されたレーザ光５はウェハ３中に結晶欠陥がなければ
透過する。ウェハ３中に結晶欠陥があった場合は、単結
晶と結晶欠陥との屈折率の違いからレーザ光５は結晶欠
陥により四方八方に散乱される。この散乱された光の中
でレーザ光方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｚ方向）に散
乱された散乱光６は同方向（散乱光方向：Ｚ方向）に配
置された第２のフィルター１０及びイメージセンサー４
によって、強度が調整された上で検出される。そして、
散乱光６の位置及び強度から結晶欠陥の位置及び大きさ
を求めることができる。さらに、ステージ制御装置１３
によりレーザ光５はレーザ光方向（Ｙ方向）及び散乱光
方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に走査されて、
散乱光６の２次元画像データが作成される。画像データ
処理装置１４により結晶欠陥とバックグラウンドノイズ
とを判別する、いわゆる「２値化する画像処理」が行わ
れ、試料３中の結晶欠陥の位置及び大きさの平面分布が
求められる。

【００２７】ここで、ウェハ３中に複数の結晶欠陥１
９、２０、２１が散乱光方向（Ｚ方向）に並んでいた場
合について考える。図４は散乱方向（Ｚ方向）に位置の
異なる結晶欠陥１９、２０、２１にＸ方向に順にステー
ジ１１を動かしながら、レーザ光５を照射した場合のウ
ェハ上のビーム位置及びそのときのイメージセンサーの
画面上の散乱光を示す図である。

【００２８】まず、走査時間ｔ１において、図４（ａ）
に示すように、第１の結晶欠陥１９にレーザ光５が照射
され、第２の結晶欠陥２０及び第３の結晶欠陥２１には
レーザ光５は照射されない。そして、走査時間ｔ２にお
いて、図４（ｂ）に示すように、第２の結晶欠陥２０に
レーザ光５が照射され、第１及び第３の結晶欠陥１９、
２１には照射されない。そして、走査時間ｔ３におい
て、図４（ｃ）に示すように、第３の結晶欠陥２１にレ
ーザ光５が照射され、第１及び第２の結晶欠陥１９、２
０には照射されない。この結晶欠陥１９、２０、２１へ
のレーザ照射により、イメージセンサー４では次のよう
に散乱光が検出されている。まず、ｔ１において、図４
（ａ）に示すように、座標（Ｘ１，Ｙ１）上に第１の結
晶欠陥１９の散乱光が検出される。ｔ２において、図４
（ｂ）に示すように、同座標（Ｘ１，Ｙ１）上に第２の
結晶欠陥２０の散乱光が検出される。そして、ｔ３にお
いて、図４（ｃ）に示すように、同座標（Ｘ１，Ｙ１）
上に第３の結晶欠陥２１の散乱光が検出される。

【００２９】このように、散乱光方向に位置の異なる３
つの結晶欠陥１９、２０、２１に対してレーザ光５が走
査時間をずらして照射されるため、イメージセンサー４
では走査時間をずらして同一座標（Ｘ１，Ｙ１）上で散
乱光６を測定することができる。したがって、イメージ
センサー４の同一座標（Ｘ１，Ｙ１）上に検出される散
乱光６であっても検出される走査時間が異なるため、レ
ーザ光５の散乱光方向（Ｚ軸方向）の幅内に存在する複
数の結晶欠陥でもこれらの結晶欠陥の位置を測定するこ
とができる。

【００３０】さらに、前述したように、ＹＡＧレーザ１
から放出されたレーザ光５は所定の強度分布を有してい
るため、スリット２により形成された楕円形のレーザ光
５も所定の強度分布を有している。したがって、図４に
示すように、同じ大きさの複数の結晶欠陥１９、２０、
２１であっても、結晶欠陥２０がレーザ光５の中心部で
検出された場合と、結晶欠陥１９、２１がレーザ光５の
外周部で検出された場合とでは、照射されるレーザ光５
の強度が異なるため、検出される散乱光６の強度も異な
る。結晶欠陥１９、２０、２１がレーザ光５のどの部分
の光を散乱しているのかは前述のように走査時間のずれ
から算出された結晶欠陥の散乱方向の位置（Ｚ座標）か
ら判断することができる。したがって、結晶欠陥のＺ座
標からその結晶欠陥に照射されたレーザ光５の強度を特
定して、散乱光の強度補正を行い、正確な散乱光強度を
求めて、正確な結晶欠陥の大きさを求める。

【００３１】さらに、レーザ光５の走査を重ねて、検出
されたデータを画像データ処理装置１４、及び座標解析
装置１５のデータとリンクさせることで、図５に示すよ
うな結晶欠陥の大きさ、密度の空間分布を求めることが
できる。なお、この一連のデータ処理作業はコンピュー
タ１６にて自動制御されている。また、得られた結果は
モニタ１７上に映し出すことができ、必要なときにプリ
ンター１８から出力することができる。

【００３２】以上説明したように、本発明の実施の形態
によれば、長軸が散乱光方向に対して所定の角度を有す
る楕円形のスリット２を用いて、従来のレーザ光５の必
要な部分を残して他の部分をスリット２で除去すること
で、レーザ光５の散乱光方向の幅内で位置の異なる結晶
欠陥にレーザ光５が照射される走査時間をずらすことが
できる。この走査時間のずれから、レーザ光５の散乱光
方向の幅内の結晶欠陥の位置を測定し、さらにレーザ光
５の強度分布を加えて散乱光６の強度補正を行い、正確
な結晶欠陥の大きさを求めることができる。また、スリ
ット２の長軸の長さをレーザ１から放出されるレーザ光
５の直径に近づけて長軸７の散乱光方向に対する角度を
小さくすることで、１回のレーザ光５の走査でレーザ光
５が照射される散乱光方向の幅を従来例に比して同等に
維持することができるので、レーザ光５の走査回数を短
縮し、スループットを維持することができる。したがっ
て、スループットを落とさずに、散乱光方向（Ｚ方向）
の結晶欠陥の位置及び結晶欠陥の大きさを精度良く測定
することができる。

【００３３】以下に、本発明の実施の形態の変形例とし
て第１乃至第３の変形例を図を参照して説明する。な
お、図面の記載において実施の形態と重複する部分には
同一の符号を付して説明は省略し、特徴部分について詳
細に説明する。

【００３４】（第１の変形例）第１の変形例では、図２
に示すスリット２の長軸をレーザ光の散乱光方向に対し
て９０度に向けた場合について説明する。またここで
は、スリットの形状は楕円形ではなく、長辺が２０μ
ｍ、短辺が３μｍの長方形にした場合について説明す
る。レーザ光の形状を長辺の向きが散乱光方向（Ｚ方
向）に対して垂直に向けたことにより、第１の実施の形
態において１回の走査で測定していた領域を複数回のレ
ーザ光走査により検出することができる。具体的には、
図７（ａ）に示すように、実施の形態においては、前述
のようにレーザ光４の散乱光方向（Ｚ方向）の幅に収ま
る３つの結晶欠陥１９、２０、２１をレーザ光５は１回
の走査により測定していた。しかし、第２の変形例で
は、図７（ｂ）に示すように、結晶欠陥１９を第１のレ
ーザ光走査２２で検出し、結晶欠陥２０は第２のレーザ
光走査２３で検出し、結晶欠陥２１は第３のレーザ光走
査２４で検出する。

【００３５】第１の変形例によれば、第１の実施の形態
で説明したようにレーザ光５の散乱光方向の幅内で位置
の異なる結晶欠陥に対して、レーザ光５が照射される時
間をずらして結晶欠陥の散乱光方向の位置を算出した
り、レーザ光５の強度分布による散乱光の強度補正を行
うことなく、散乱光方向の結晶欠陥の位置及び結晶欠陥
の大きさを精度良く測定することができる。

【００３６】なお、第２の変形例ではスリットの形状を
短辺が３μｍの長方形の場合について説明したが、楕円
形であっても良い。また、短辺を短くして３回で走査し
た領域をさらに多くの走査回数で行っても良い。走査回
数を多くすることで散乱光方向の位置検出の精度が向上
する。

【００３７】（第２の変形例）第２の変形例では、円形
の形状を有するレーザ光から特殊な形状を有する集光レ
ンズを用いて、楕円形あるいは長方形の形状のレーザ光
を形成する場合について説明する。図８は第２の変形例
の結晶欠陥検出装置の模式図である。図８において、集
光レンズ２５はレーザ１と第１のフィルター９の間に配
置されている。レーザ１から放出された円形のレーザ光
５は集光レンズ２５により、楕円形あるいは長方形の照
射形状を有するレーザ光５に集光されて試料３に照射さ
れる。ここで、集光レンズ２５の形状は、図１２に示す
ようにＺ軸方向（散乱光方向）のレンズ径をｌ_Z、Ｚ軸
上のレンズの曲率半径をｒ_Z、Ｘ軸方向（レーザ光走査
方向）のレンズ径をｌ_X、Ｘ軸上のレンズの曲率半径を
ｒ_Xとすると、表１に示すような４つの条件を持たすレ
ンズ２５が適用できる。ただし、レーザ光走査方向（Ｘ
方向）から見たレンズ２５の形状は、少なくとも片側が
この４つの条件を満たす曲率半径を有していればよい。
その他の散乱光６の測定、ステージ１１の走査及びデー
タ処理等は第１の実施の形態と同様である。

【００３８】

【表１】 第２の変形例によれば、第１の実施の形態と同様に、レ
ーザ光５の散乱光方向（Ｚ方向）の幅内で位置の異なる
結晶欠陥を精度良く測定することができる。さらに、レ
ーザ１から放出されるレーザ光５は集光され試料３に照
射されるので、レーザ光５を無駄にすることなく、強度
の強いレーザ光５を試料３に照射することができる。し
たがって、散乱光の強度が増し、結晶欠陥を効率よく検
出することができる。

【００３９】（第２の実施の形態）図６は第２の実施の
形態に係わる結晶欠陥検出装置の模式図である。図６に
示すように、第２の実施の形態に係わる結晶欠陥検出装
置は、赤外領域のレーザ光５を放出する複数のレーザ２
３、２４と、複数のレーザ２３、２４から放出されるレ
ーザ光５が照射される試料３を載置し、レーザ光方向に
対して垂直方向に走査できるステージ１１と、試料３に
より散乱された散乱光６を検出するイメージセンサー４
と、複数のレーザ光を重ね合わせて散乱光方向に対して
所定の角度を持つような長軸を有する楕円形または所定
の角度を持つような長辺を有する長方形の照射形状を有
するレーザ光５を形成する偏向プリズム２２とを少なく
とも有する。なお、図６においては、使用するレーザ２
３、２４は２つの場合について示すが、さらに数を増や
して重ね合わされたレーザ光５の強度を増やしたり、長
軸を長くして照射形状を大きくしても構わない。散乱光
６の検出、ステージ１１の走査及びデータ処理の方法等
は第１の実施の形態と同じである。

【００４０】第２の実施の形態によれば、複数のレーザ
２３、２４を使用して、円形のレーザ光を斜めに並べて
図２に示すスリット２の代わりにしている。したがっ
て、第１の実施の形態と同様に、レーザ光５の散乱光方
向（Ｚ方向）の幅内において結晶欠陥の位置を測定する
ことができる。さらに、使用するレーザの数を増やすこ
とで図２に示すスリット２を用いた場合に比べてレーザ
光５の強度が増すので、散乱光６の強度も増して、結晶
欠陥を効率よく検出することができる。さらに、使用す
るレーザの数を増やすことで図２に示すスリット２を用
いた場合に比べてレーザ光５の照射面積も増加するの
で、１回のレーザ光５の走査で測定する領域が増し、測
定に必要な時間が短縮し、スループットが向上する。

【００４１】（実験例）次に、第１の実施の形態、第１
及び第２の変形例、第２の実施の形態、及び従来例の装
置でウェハ中の結晶欠陥の大きさの分布を測定した結果
について説明する。測定対象の試料はＣＺ（Czochralsk
i）法で酸素が１５×１０¹⁷／ｃｍ³の濃度で添加され、
さらにｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープされた２
００ｍｍφのＳｉ（１００）ウェハであって、縦型拡散
炉で酸素雰囲気中１０００℃、１６ｈの熱処理を行い、
結晶欠陥として種々の大きさの酸素析出物を作成したウ
ェハである。このウェハの表面から２００μｍの深さま
での結晶欠陥の大きさの分布を測定した。また、本試料
の酸素析出物の大きさの分布を透過型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ：Transmission Electron Microscope）で評価した。
図９は第１の実施の形態、第１及び第２の変形例、第２
の実施の形態、及び従来例の装置、及び透過型電子顕微
鏡で測定した結晶欠陥の大きさの分布を示すグラフであ
る。横軸は測定した結晶欠陥の直径を示し、縦軸は２０
０ｍｍφのウェハの深さ２００μｍの測定範囲内で測定
された結晶欠陥の個数を示す。結晶欠陥の大きさは５ｎ
ｍ〜４５ｎｍの範囲を５ｎｍごとの分布を示している。
本発明に係わる装置で測定した結果は総て透過型電子顕
微鏡で測定した結果とよく一致していた。

【００４２】このように本発明を以上説明したような第
１の実施の形態及び第１及び第２の変形例、第２の実施
の形態に分けて記載したが、これらを互いに組み合わせ
て実施しても良い。組み合わせて実施することで各形態
の効果が重ね合わされる。組み合わせは自由であるが、
ここでは、２つの事例について説明する。まず、図６に
示した偏向プリズム２２で重ね合わされた複数のレーザ
光を図３に示したスリット２に入射させて所望の照射形
状にしても良い。レーザが１つの場合に比べて強度の強
いレーザ光を試料に照射することができるので、散乱光
の強度も強くなる。したがって、結晶欠陥を効率よく検
出することができる。また、レーザから放出されたレー
ザ光を図２に示すスリット２を用いて所望の形状に形成
し、図８に示す集光レンズ２５でこのレーザ光５をさら
に集光させる。こうして形成されたスリット２の短軸よ
りも短い短軸の照射形状を有するレーザ光を形成するこ
とができる。このレーザ光を試料に照射することで、結
晶欠陥の散乱光方向の位置をより精度良く測定すること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ループットを落とさずに、散乱光方向（Ｚ方向）の結晶
欠陥の位置及び結晶欠陥の大きさを精度良く測定するこ
とができる結晶欠陥検出装置を提供することができる。

【００４４】また本発明によれば、スループットを落と
さずに、散乱光方向（Ｚ方向）の結晶欠陥の位置及び結
晶欠陥の大きさを精度良く測定することができる結晶欠
陥検出方法を提供することができる。

【００４５】さらに本発明によれば、スループットの高
い結晶欠陥検出装置を提供することができる。

【００４６】さらに本発明によれば、検出感度の高い結
晶欠陥検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる結晶欠陥検
出装置の主な構成を示す斜視図である。

【図２】スリットの形状を示す平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる結晶欠陥検
出装置の全体の構造を示す模式図である。

【図４】試料中の結晶欠陥にレーザが照射された様子お
よびそのときのイメージセンサーの画面を示す図であ
る。

【図５】結晶欠陥の大きさと密度の空間分布を示す図で
ある。

【図６】第２の実施の形態に係わる結晶欠陥検出装置の
全体の構成を示す模式図である。

【図７】第１の変形例において、試料中の結晶欠陥にレ
ーザ光が照射される様子を示す図である。

【図８】第２の変形例に係わる結晶欠陥検出装置の全体
の構成を示す模式図である。

【図９】実験例に係わる結晶欠陥の大きさの分布を示す
グラフである。

【図１０】従来技術に係わる結晶欠陥検出装置の構成を
示す模式図である。

【図１１】レーザ光の照射位置とレーザ光の強度分布と
の関係を示す図である。

【図１２】第３の変形例における光学レンズの形状を示
す図である。

【符号の説明】

１、２３、２４、５１ レーザ ２ スリット ３、５３ 試料（ウェハ） ４、５４ イメージセンサー ５、５５ レーザ光 ６、５６ 散乱光 ７ 長軸 ８ 短軸 ９、５９ 第１のフィルター １０、６０ 第２のフィルター １１、６１ ステージ １２、６２ レーザ制御装置 １３、６３ ステージ制御装置 １４、６４ 画像データ処理装置 １５ 座標解析装置 １６、６６ コンピュータ １７、６７ モニタ １８、６８ プリンタ １９ 第１の結晶欠陥 ２０ 第２の結晶欠陥 ２１ 第３の結晶欠陥 ２２ 偏向プリズム ２３ 第２の走査 ２４ 第３の走査 ２５ 光学レンズ ２６ 第１の走査

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/41 Ｇ０１Ｎ 21/41 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｎ (72)発明者 有働 祐宗 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA04 AA49 CC19 DD03 EE00 FF42 FF67 GG04 GG12 GG13 GG22 HH05 HH13 JJ03 JJ07 JJ26 LL04 LL24 LL28 LL46 MM03 NN01 PP12 QQ04 QQ28 2G059 AA05 BB16 EE02 EE04 FF01 GG01 GG03 JJ02 JJ12 KK04 4G077 AA02 BA04 CF10 FE03 FG11 GA02 GA06 HA12 4M106 AA01 BA05 CA17 CA19 CA50 CB19 DH12 DH32 DJ02 DJ04 DJ07 DJ15 DJ17 DJ19 DJ24 DJ32

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのレーザと、 前記１つのレーザから放出されるレーザ光が照射される
   試料を載置し、レーザ光方向に対して垂直方向に走査で
   きるステージと、 前記試料により散乱された散乱光を検出するイメージセ
   ンサーと、 前記レーザ光の照射形状を散乱光方向に対して所定の角
   度を持つような長軸を有する楕円形または所定の角度を
   持つような長辺を有する長方形にする手段とを少なくと
   も有することを特徴とする結晶欠陥検出装置。
2. 【請求項２】 複数のレーザと、 前記複数のレーザから放出されるレーザ光が照射される
   試料を載置し、レーザ光方向に対して垂直方向に走査で
   きるステージと、 前記試料により散乱された散乱光を検出するイメージセ
   ンサーと、 前記複数のレーザ光を重ね合わせて散乱光方向に対して
   所定の角度を持つような長軸を有する楕円形または所定
   の角度を持つような長辺を有する長方形の照射形状を有
   するレーザ光を形成する偏向プリズムとを少なくとも有
   することを特徴とする結晶欠陥検出装置。
3. 【請求項３】 前記手段として、前記楕円形または前記
   長方形の開口部を有するスリットをさらに有し、 前記開口部と同じ照射形状のレーザ光を形成することを
   特徴とする請求項１記載の結晶欠陥検出装置。
4. 【請求項４】 前記所定の角度を９０度とすることを特
   徴とする請求項１記載の結晶欠陥検出装置。
5. 【請求項５】 前記手段として、前記楕円形または前記
   長方形に集光させる非対称な形状を有する光学レンズを
   さらに有し、 前記レーザ光を集光させることを特徴とする請求項１記
   載の結晶欠陥検出装置。
6. 【請求項６】 レーザ光を試料に照射して、試料により
   散乱された散乱光を検出する第１のステップと、 レーザ光方向に対して垂直方向に前記試料を走査する第
   ２のステップと、 第２のステップにおいて前記散乱光が検出される走査時
   間のずれから散乱光方向の結晶欠陥の位置を特定する第
   ３のステップと、 前記散乱光方向の結晶欠陥の位置情報と前記レーザ光の
   強度分布から前記散乱光の強度補正を行う第４のステッ
   プと、 を少なくとも有する結晶欠陥検出方法であって、 前記レーザ光の照射形状は前記散乱光方向に対して所定
   の角度を持つような長軸を有する楕円形または所定の角
   度を持つような長辺を有する長方形であることを特徴と
   する結晶欠陥検出方法。