JP2001091451A - 結晶欠陥解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】正確な欠陥サイズと深さが算出された欠陥に対
する情報のみを得て、結晶評価が容易な結晶欠陥解析装
置を得る。 【解決手段】欠陥または試料表面の異物の面内分布表示
結果と、ヘイズ分布表示を同一画面で比較表示させ、さ
らに、欠陥面内分布内でサイズと深さの不正確なものを
色をつけて表示し、正確に計測された欠陥を明示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
評価装置に係わり、特に、シリコンウェーハの析出物や
積層欠陥などの結晶欠陥、表面ラフネスなどを計測する
結晶欠陥解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ全面において欠陥のサイズと深
さの測定可能な測定技術として、試料に対する侵入深さ
が異なる二波長の光を斜入射光学系より照射し、結晶欠
陥からの散乱光を垂直方向から検出する方法がある。こ
れは武田による“応用物理”１９９６年第６５巻１１号
１１６２頁に記載されている。この計測方法には、二波
長のウェーハ内散乱光パルス信号計測にて欠陥のサイズ
と深さをウェーハ全面にわたって計測する方法が記載さ
れている。日立電子エンジニアリング株式会社製電子異
物検査装置ＬＳ６０００には、ウェーハ表層の定常散乱
光計測にてウェーハ表面の格子歪みやシリコン結晶配列
の影響によって現れる定常信号(以下ヘイズ) を計測す
るモードがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ウェーハに１つもしく
は複数の照射光を照射し、ウェーハ表面または内部に存
在する欠陥および異物から発生する散乱光を検出しウェ
ーハ内部の欠陥を計測する計測方法は、検出系における
散乱光強度が設定したしきい値を超えた場合欠陥と認識
する。しかし、このしきい値を通常より低く設定した場
合、ウェーハ表面の格子歪みやシリコン結晶配列起因の
ヘイズ信号のゆらぎが欠陥信号と見なされ検出されるこ
とがある。

【０００４】欠陥計測では、パルス的な散乱光信号が設
定したしきい値を超えた場合に欠陥と認識するが、この
しきい値を小さく設定した場合、ウェーハ表面の格子歪
みやシリコン結晶配列に起因するヘイズ信号の変動がパ
ルスとなり欠陥信号と見なされ検出されることがある。
したがって、ヘイズ信号由来のノイズパルスを欠陥信号
と異なるものと認識し、しきい値を上げてヘイズ由来の
ノイズパルスを除去する作業が必要不可欠になっている
が、従来の技術では欠陥とヘイズとの区別が困難であ
り、誤ってヘイズ由来ノイズパルスを欠陥と認識してし
まうことがあった。例えば上記従来技術では、複数の波
長の内、短波長の散乱光の検出器における欠陥信号のし
きい値を高く設定し二波長の散乱光パルス計測を行った
結果では欠陥のみの情報が得られたが、上記と異なる長
波長の散乱光の検出器における欠陥信号のしきい値を低
く設定し結晶欠陥計測を行った結果、ウェーハ表面の格
子歪みやシリコン結晶配列起因の信号が欠陥信号と見な
され検出されてしまう場合がある。このとき、これらの
妨害信号を短波長の光の届く範囲の深さには存在せず、
長波長の光の届く深い領域に存在する欠陥からの信号と
誤判断してしまうという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、正確な欠陥サイズと深さ
が算出された欠陥に対する情報のみを得て、結晶評価が
容易な結晶欠陥解析装置を得ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題を
克服するためになされたものであって、ヘイズの変動幅
が、ヘイズが高いほど大きいという点に注目し、検出さ
れたパルスがノイズ由来のものか欠陥起因のものかを判
定する方法として、ヘイズ強度の面内分布と欠陥（パル
スとして検出されたもの）の面内分布とを比較する方法
をとる。すなわち、欠陥が多い位置がもしヘイズが高い
部分に対応している傾向がある場合は、それはヘイズ由
来のノイズと判定できる。この方法を効率的に行なう為
に、欠陥面内分布とヘイズ面内分布とを比較表示するこ
とにより、欠陥とヘイズ由来ノイズパルスとの区別を容
易にするものである。このためには、同一ウエハ画面内
に、上記２種類の面内分布を色やグレースケールをかえ
て表示させたり、同一画面に左右に並ベて比較する方法
をとる。

【０００７】さらに、複数の波長の散乱光パルス計測を
行い得られた欠陥信号の内、信号強度が計測のダイナミ
ックレンジを越えた信号に関して、欠陥マップ上で区別
して表示することにより、上記ダイナミックレンジ内の
信号との区別を可能にするものである。この方法によ
り、欠陥のサイズや深さの計測が不正確なものを除去
し、面内分布上に表示することが可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１と図２に本発明にもとづく光
散乱装置の実施例の全体構成を示す。

【０００９】単一波長光源をもつ光散乱装置の構成を図
１に示す。照射光１として主に波長488nmのアルゴンレ
ーザーを用い、試料３に垂直に照射する。ここで、レー
ザー光の異物および欠陥からの正反射光は除く散乱光２
は中心のレンズと周辺のミラーによって集光され、検出
器４に検出される。この検出信号はアンプ５によって増
幅し、Ａ／Ｄコンバータ６でデジタル化してコンピュー
ター７に取り込む。ここで検出器による散乱光強度信号
がある設定したしきい値を超えた場合にのみ検知器の散
乱光強度値をデジタル化してコンピューターのメモリに
取り込むようにする。このようにして検出された散乱体
の座標分布(平面分布)を、平面分布表示機能によって、
コンピューターに接続された表示装置８に表示させる。
試料表面上のパーティクルは、レーザー光の散乱によっ
て大きさ別に算出される。

【００１０】このようにして得られた信号は、フィルタ
リング回路によって異物からの信号と試料の格子歪みや
結晶配列起因の信号(ヘイズ)に分離され、表示機能によ
り表示される。しかし、ヘイズ信号が強いと異物信号が
ヘイズ信号に埋もれ、異物とヘイズの区別が困難にな
る。

【００１１】図２には、複数の光源をもつ結晶欠陥計測
装置の全体構成図を示す。第１照射光源９として波長53
2nmの半導体レーザーを使用し、第１折り返しミラー１
０で折り返し、 入射光の光軸がシリコンのブリュース
ター角(約７５度) となる方向からシリコンウェーハ１
５に照射する。同様に、第２照射光源１１として波長81
0nmの半導体レーザーを使用し、第２折り返しミラー１
２で折り返し、入射光の光軸がシリコンのブリュースタ
ー角(約７５度)となる方向からシリコンウェーハ１５に
照射する。波長の選択に関しては、固体に対する侵入深
さが３倍以上異なる二波長を選択する。侵入深さが３倍
以上異なると、短波長が侵入できる深さ範囲において長
波長の減衰が約５０％となり、レーリー散乱理論より、
長波長の散乱光信号から散乱体の粒径を算出する際の誤
差が１０％以内と見積もられる。

【００１２】上記の第１、第２照射系によって照射され
た光は内部欠陥によって散乱される。試料１５における
欠陥からの散乱光１４を対物レンズ１３を用いて集光
し、ダイクロイックミラー１６にて分岐し、波長532nm
および810nmの光を分離し、光検出器１７、１８で波長
別に検出する。それぞれの検出信号は、それぞれアンプ
１９、２０によって増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２１、２
２でデジタル化してコンピューター２３に取り込む。こ
こで波長532nmの検出器１７による散乱光強度信号があ
る設定したしきい値を超えた場合にのみ波長532nmの検
知器１７および波長810nmの検知器１８の散乱光強度値
をデジタル化してコンピューター２３のメモリに取り込
むようにする。シリコンウェーハの面内位置で散乱光が
発生した座標位置(Ｘ、Ｙ)２４も、散乱光強度と一緒に
記録する。

【００１３】上記構成の第１照射系から照射された光
は、試料１５の格子歪みや結晶配列の乱れによっても散
乱される。試料１５における格子歪みからの散乱光１４
を対物レンズを用いて集光し、波長532nmの散乱光を検
出器１７にて検出する。この検出信号は、アンプ１９に
よって増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２１でデジタル化して
コンピューター２３に取り込む。試料に波長532nmの照
射光９を照射し、波長532nmの検出器１７に一定間隔で
検出した散乱光強度値をすべてデジタル化してコンピュ
ーター２３のメモリに取り込むようにする。シリコンウ
ェーハの面内分布で散乱光が発生した座標（Ｘ、Ｙ）２
４も、散乱光強度と一緒に記録する。このようにして検
出された散乱体の座標分布(平面分布)を、平面分布表示
機能によって、コンピューター２３に接続された表示装
置２５に表示させる。

【００１４】以下、二波長を用いた結晶欠陥検査装置を
用いた表示例を説明する。

【００１５】上記構成の結晶欠陥計測装置を用いて、結
晶欠陥の二波長による散乱光パルス計測を行った結果
と、ウェーハ全面を波長532nmによる定常散乱光計測を
行った結果を重ねあわせた例を図３に示す。ここでは、
二波長の散乱光パルス計測の結果２６の上に、定常散乱
光計測モードにて計測した結果２７を色を変えて表示
し、重ねあわせた。定常散乱光計測結果で色のついた部
分が散乱光強度が高い部分であり、強度が高くなるにつ
れ色が濃くなるようにした。この方法により、図４に示
した散乱光パルス計測で得られた欠陥マップの黒く密集
した欠陥群２８はウェーハ表面の格子歪みや結晶配列起
因の信号であると判断することができる。この判断にも
とづき、検出系における散乱光強度が設定したしきい値
を上げることにより、信号の小さいウェーハ表面の格子
歪みや結晶配列起因の信号を除去すれば、図５のような
欠陥のみの座標情報を得ることが可能になる。同様に、
欠陥計測モードにて波長810nmの散乱光の検出器におけ
る欠陥信号のしきい値を低く設定し散乱光パルス計測を
行った結果と、定常散乱光計測モードにてウェーハ全面
を計測した結果２７を重ねあわせても、上記同様の処理
を行い欠陥のみの座標情報を得ることが可能である。も
し、二波長での欠陥計測結果には見られなかった欠陥群
が波長810nmの欠陥計測結果に現れたときこの方法を用
いれば、その欠陥群がウェーハ表面には存在せず深さ0.
5〜5μmの領域に存在する欠陥なのか、それともウェー
ハ表面の格子歪みなのかを判断することができる。

【００１６】また、定常散乱光計測モードで得られた結
果を図６のように色をつけて表示し、図７のように欠陥
計測結果２６と同一画面に左右並べて比較表示してもよ
い。この図は、散乱光の最高強度を赤で、最低強度を青
く示し、その中間層を数十色に色分けし表示させたもの
である。この図より、ウェーハ全面で散乱光強度が高い
部分２９を認識し、欠陥計測結果２６と比較することに
よって、欠陥群がウェーハ表面の格子歪みや結晶配列起
因によるものかどうかを判断し、検出系における散乱光
強度が設定したしきい値を上げることにより、図５のよ
うな欠陥のみの座標情報を得ることが可能になる。

【００１７】また、ウェーハ全面において二波長の散乱
光パルス計測を行い得られた欠陥データの内、信号強度
が検出器の制限を越えたものに関して、色を変えて表示
したものを図８(a)に示す。波長532nmの信号強度が飽和
したものに関しては、緑色の点３０で表示し、深さが不
正確であるものを示す。また、波長810nmの信号強度が
飽和したものに関しては、青色の点３１で表示し、サイ
ズ計測が不正確であるものを示している。また、赤い点
３２で示したものはウェーハ表面上の異物を表してい
る。この方法により、信号強度が飽和し欠陥サイズ、深
さが不正確なものをウェーハマップ上で区別することが
可能になる。図８(b)には欠陥サイズと深さが正確に算
出された欠陥のみの平面分布を示す。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、欠陥面内分布とヘイズ面内分
布を重ねることによって、ヘイズ起因の欠陥群の位置を
把握し、正確な欠陥サイズと深さが算出された欠陥に対
する情報のみを得ることが可能であることから、結晶評
価が容易な結晶欠陥解析装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく光散乱装置の全体構成図。

【図２】本発明にもとづく結晶欠陥計測装置の全体構成
図。

【図３】結晶欠陥の散乱体の平面分布に散乱光強度の色
分布を重ねた図。

【図４】図３のうち、散乱体の平面分布のみ表示させた
図。

【図５】図４の平面分布から欠陥以外の散乱体を除き表
示させた図。

【図６】定常散乱光計測により得られた強度を色表示さ
せた図。

【図７】図４と図６を同一画面で左右に並べて比較表示
させた図。

【図８】欠陥の信号強度が検出器の制限を越えたものを
色を変えて表示させた図および制限を越えた欠陥を除き
表示させた図。

【符号の説明】

１…照射光、２…散乱光、３…試料(シリコンウェー
ハ)、４…光検出器、５…アンプ、６…Ａ／Ｄコンバー
タ、７…コンピューター、８…表示装置、９…第1照射
光、１０…第１折り返しミラー、１１…第２照射光、１
２…第２折り返しミラー、１３…対物レンズ、１４…散
乱光、１５…試料(シリコンウェーハ)、１６…ダイクロ
イックミラー、１７…光検出器１、１８…光検出器２、
１９…アンプ１、２０…アンプ２、２１…Ａ／Ｄコンバ
ータ１、２２…Ａ／Ｄコンバータ２、２３…コンピュー
ター、２４…座標位置、２５…表示装置、２６〜３２…
欠陥群。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 一男 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松井 繁 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB02 BA08 BA10 BB01 CB01 CC12 EB01 2G059 AA05 BB16 EE11 GG01 GG02 HH06 JJ13 MM05 MM09 MM18 PP04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に照射光を照射し、前記試料の表面
   または内部から発生する光信号を検出して前記試料の内
   部の欠陥を検査する結晶欠陥解析装置において、前記欠
   陥または前記試料表面の異物の面内分布表示結果と、ヘ
   イズ分布表示を同一画面で比較表示させることを特徴と
   する結晶欠陥解析装置。
2. 【請求項２】 試料に複数の波長の照射光を照射し、前
   記試料の表面または内部から発生する光信号を検出して
   前記試料の内部の欠陥を検査する結晶欠陥解析装置にお
   いて、上記複数の波長のうち、１つの波長の信号により
   検出した欠陥面内分布と、上記と同一波長または異なる
   波長の信号によるヘイズ面内分布とを同一画面で比較表
   示させることを特徴とする結晶欠陥解析装置。
3. 【請求項３】 試料に複数の波長の照射光を照射し、前
   記試料の表面または内部から発生する光信号を検出する
   ことで前記試料の内部の欠陥を核検査する結晶欠陥解析
   装置において、前記光信号の検出の計測のダイナミック
   レンジを超えた信号と、該ダイナミックレンジ以内の信
   号とを区別して表示することを特徴とする結晶欠陥解析
   装置。