JP2001289797A - ウェーハの結晶欠陥測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハの内部結晶欠陥の深さと相対
的寸法因子の測定及び結晶欠陥の個数の算出を可能とす
る。 【解決手段】 半導体ウェーハにバンドギャップ以上の
エネルギを持つレーザ光を斜めから入射し、半導体ウェ
ーハ表層に存在する結晶欠陥の散乱光を撮像装置にて検
出する。半導体ウェーハの温度をヒータにてＴ₁、Ｔ₂と
少なくとも２通りに又は複数の温度のうち任意の１つの
温度に変化させて散乱光強度を測定する。半導体の光の
吸収率と光の侵入深さの温度変化を考慮することで散乱
を起こした内部結晶欠陥の深さ、相対的寸法因子及び任
意の深さまでの結晶欠陥の個数を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物（たとえ
ばウェーハ）の結晶欠陥測定方法及び装置に関するもの
である。特に、本発明は、非破壊で半導体ウェーハの表
層に存在する結晶欠陥の評価測定法として適している結
晶欠陥測定方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェーハの表層に存在する
結晶欠陥を非破壊的に測定する方法及び装置は、公知で
ある。例えば装置としては、深さ５μｍ以内の表層部の
欠陥の観察のために、可視光トモグラフィーが市販され
ている（たとえば三井金属鉱山ＭＯ５２１など）。この
ような装置でも、平均５μｍまでの結晶欠陥の観察が可
能であるが、個々の表層欠陥の深さと大きさは求められ
ない。

【０００３】また、特開平９−６４１３６号公報には、
半導体ウェーハの表層に存在する結晶欠陥の実際の大き
さを反映した散乱光の強度分布を求める方法及び装置が
開示されている。ウェーハの結晶欠陥からの散乱光に基
づいて、その欠陥部分を測定する。その場合、光源と光
学系でシリコン吸収波長の光をウェーハに照射して、ウ
ェーハから散乱光を発生させる。そして、この散乱光を
検出器及び光学系によって受光する。このような操作を
ウェーハの全域に渡って行い、その走査結果をコンピュ
ータによって結晶欠陥表示情報として加工する。そのと
き、シリコンによる光の吸収の影響を取り除く補正を行
なう。光の減衰率を考慮して測定結果を補正するのであ
る。

【０００４】また、複数の波長の異なるレーザ光をウェ
ーハに入射し、それぞれの波長における吸収率の違いに
基づいて、結晶欠陥の大きさを反映した散乱光強度や、
結晶欠陥の鏡面研磨面からの深さに関する情報を取得す
る装置も提案されている。

【０００５】同様の目的で、２波長方式の光散乱表層ト
モグラフィーを用いれば、吸収係数の波長依存性を利用
して、表面直下の０．５μｍまでの結晶欠陥の深さの測
定が可能である。たとえば、日立ＯＳＤＡ（optical sh
allow defect analyzer ）では、２つのレーザ波長は、
５３２ｎｍと８１０ｎｍである。

【０００６】従来の赤外光散乱トモグラフィーでは、約
１０μｍよりも深い領域の結晶欠陥は測定可能である
が、より浅い領域では測定不可である。レーザ波長の例
として１．０６μｍがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の特開平９−６４
１３６号公報に記載された半導体ウェーハ欠陥測定方法
及び装置は、測定で求められた散乱光の強度分布に関す
る補正を行うものであり、個々の結晶欠陥についての散
乱光の強度を補正するものではない。そのため、個々の
結晶欠陥の鏡面研磨面からの深さ及び相対的寸法因子は
測定できない。

【０００８】一方、複数の波長の異なるレーザ光を用い
た測定装置では、光学系が複雑となり、検出感度やコス
トの面で非常に不利である。

【０００９】また、従来のものでは、デバイス作製領域
である、表面から１０μｍまでの表層域にある結晶欠陥
の深さや大きさに関する情報を高精度に得る方法が欠落
している。例えば、ある２つの欠陥の大小判別は困難で
あった。

【００１０】さらに、表層の結晶欠陥の深さ精度がそれ
ほど必要でなく、かつ、大まかにある深さまでの欠陥密
度がわかれば十分である場合には、レーザ波長を変えて
測定すればよいのであるが、レーザを予め何本も用意し
ておく必要がある。この方法でも光学系が複雑となり、
検出感度やコストの面で不利である。

【００１１】本発明の目的は、個々の結晶欠陥の深さ及
び個数を非破壊的に測定できる、被測定物（特にウェー
ハ）の結晶欠陥測定方法及び装置を提供することであ
る。

【００１２】本発明の他の目的は、個々の結晶欠陥の寸
法を比較できる、ウェーハの結晶欠陥測定方法及び装置
を提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、光学系が複雑
でなく、検出感度やコストの面で有利で、かつ結晶欠陥
を非破壊的に測定できる、ウェーハの結晶欠陥測定方法
及び装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の結晶欠陥測定方
法はウェーハの表層に存在する結晶欠陥を非破壊的に測
定する方法において、ウェーハの２以上の温度における
散乱光の強度を測定することによりウェーハの表面から
の結晶欠陥の深さを測定することにより達成される。

【００１５】この場合、１種のレーザにより散乱光の強
度を測定することによりウェーハの表面からの結晶欠陥
の深さを測定すると良い。

【００１６】ウェーハ温度を温度制御装置で２以上の温
度に変えるのが好ましくウェーハをヒータで加熱し、か
つ、ヒータの温度を変えることによりウェーハを２以上
の温度に変えてもよい。

【００１７】シリコンのバンドギャップよりも大きいエ
ネルギーのレーザ光をウェーハの表面に斜めから入射す
ることが好ましい。

【００１８】本発明はシリコンのバンドギャップよりも
大きいエネルギーのレーザ光を第１温度（Ｔ₁）のウェ
ーハ表面に斜めから入射してウェーハ表面近傍に存在す
る結晶欠陥からの散乱光の強度を検出し、第１温度（Ｔ
₁）とは異なる第２温度（Ｔ₂）のウェーハ表面に斜めか
ら入射してウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの
散乱光の強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と第２温度
（Ｔ₂）における二つの散乱光強度の違いに基づいて、
ウェーハ表面からの結晶欠陥の深さを割り出すことを特
徴とするウェーハの結晶欠陥測定方法である。

【００１９】この場合、ウェーハが半導体シリコンウェ
ーハであると好ましい。

【００２０】本発明を実施する装置はシリコンウェーハ
をウェーハ載置部に載置して、シリコンのバンドギャッ
プよりも大きいエネルギーのレーザ光をウェーハ表面に
斜めから入射し、表面近傍に存在する結晶欠陥からの散
乱光を検出する装置において、ウェーハ載置部にウェー
ハ用の温度制御装置を設けて、ウェーハの２以上の温度
における散乱光の強度を測定する構成にしたものであ
る。

【００２１】この場合、温度制御装置がウェーハ載置部
に載置されているウェーハを加熱するヒータであること
が好ましくウェーハをヒータで加熱し、ヒータの温度を
変えることによりウェーハを２以上の温度に変えること
が好ましい。

【００２２】ウェーハが半導体シリコンウェーハである
ことが好ましい。

【００２３】また本発明は被測定物の表層に存在する結
晶欠陥を非破壊的に測定する方法において、被測定物の
２以上の温度における散乱光の強度を測定することによ
り被測定物の表面からの結晶欠陥の深さを測定すること
を特徴とする被測定物の結晶欠陥測定方法である。

【００２４】本発明の結晶欠陥測定方法はウェーハの表
層に存在する結晶欠陥を非破壊的に測定する方法におい
て、ウェーハの２以上の温度における散乱光強度を測定
することによりウェーハの表層に存在する結晶欠陥の相
対的寸法因子を求めることにより達成される。

【００２５】また、複数の相対的寸法因子を求めて結晶
欠陥の寸法を比較することによりなされる。

【００２６】さらにシリコンのバンドギャップよりも大
きいエネルギーのレーザ光を第１温度（Ｔ₁）のウェー
ハ表面に斜めから入射してウェーハ表面近傍に存在する
結晶欠陥からの散乱光強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）
とは異なる第２温度（Ｔ₂）のウェーハ表面に斜めから
入射してウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの散
乱光強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）
における二つの散乱光強度の違いに基づいて、ウェーハ
表層に存在する結晶欠陥の相対的寸法因子を求めること
により達成される。

【００２７】また、複数の相対的寸法因子を求めて結晶
欠陥の寸法を比較することによりなされる。

【００２８】さらに、被測定物の表層に存在する結晶欠
陥を非破壊的に測定する方法において、被測定物の２以
上の温度における散乱光強度を測定することにより被測
定物の表面からの結晶欠陥の深さを測定し、しかるの
ち、相対的寸法因子を求めるのが好ましい。

【００２９】そして、２以上の結晶欠陥の寸法を比較す
ることが好ましい。

【００３０】本発明を実施する装置はシリコンウェーハ
をウェーハ載置部に載置して、シリコンのバンドギャッ
プよりも大きいエネルギーのレーザ光をウェーハ表面に
斜めから入射し、表面近傍に存在する結晶欠陥からの散
乱光を検出する装置において、ウェーハ載置部にウェー
ハ用の温度制御装置を設けて、ウェーハの２以上の温度
における散乱光強度を測定し、それに基いて相対的寸法
因子を求める構成である。

【００３１】さらに本発明の結晶欠陥測定法はウェーハ
の表面にレーザ光を走査して、ウェーハの表層に存在す
る欠陥を非破壊的に測定する方法において、ウェーハの
複数の温度のうち任意の１つの温度を選択して、その温
度におけるレーザ光の侵入深さまでのウェーハの散乱光
強度を測定することによりウェーハの表層の所望の深さ
までにおける結晶欠陥の個数を求めることにより達成さ
れる。

【００３２】この場合、２以上の選択温度で散乱光の強
度を測定することによりウェーハの表層の所望の深さ領
域における結晶欠陥の個数を求めることが好ましい。

【００３３】また、ウェーハを温度制御装置で温度制御
し、かつ、２以上の温度を選択して、それらの２つの選
択温度で散乱光の強度を測定することによりウェーハの
表層の所望の深さ領域における結晶欠陥の個数を求める
ことが好ましい。

【００３４】ウェーハをヒータで加熱し、かつ、ヒータ
の温度を変えることによりウェーハを２以上の温度に変
えることが好ましい。

【００３５】また、シリコンのバンドギャップよりも大
きいエネルギーのレーザ光をウェーハの表面に斜めから
入射することが好ましい。

【００３６】本発明は、第１温度（Ｔ₁）とそれよりも
高温の第２温度（Ｔ₂）におけるウェーハ表面からの第
１層と第２層の結晶欠陥の個数をそれぞれ測定し、それ
らの差を出すことにより第１層から第２層を除いた第３
層における結晶欠陥の個数を求めることを特徴とする前
述のウェーハの結晶欠陥測定方法でもある。

【００３７】本発明を実施する装置はウェーハをウェー
ハ載置部に載置して、シリコンのバンドギャップよりも
大きいエネルギーのレーザ光をウェーハ表面に斜めから
入射し、表面近傍に存在する微小酸素析出物からの散乱
光を検出する装置において、ウェーハ載置部にウェーハ
用の温度制御装置を設け、ウェーハの温度を変化させ、
かつ、ウェーハの複数の温度のうち任意の１つの温度を
選択してその温度におけるウェーハの散乱光強度を測定
することによりウェーハの表層における結晶欠陥の個数
を求める構成にすることにより達成される。

【００３８】温度制御装置がウェーハ載置部に載置され
ているウェーハを加熱するヒータであることが好まし
い。

【００３９】ウェーハが半導体シリコンウェーハである
ことが好ましい。

【００４０】なお本発明で言う「結晶欠陥」には、微小
酸素析出物の他に、空孔欠陥、積層欠陥等々、レーザー
光の照射を受け、散乱光を発するものが含まれる。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明は、被測定物の表層に存在
する結晶欠陥を非破壊的に測定する方法及び装置を改良
したものである。

【００４２】本発明は、散乱光の強度が温度の高低によ
り変化することを利用して、２以上の温度で散乱光の強
度を測定することにより被測定物（とくにウェーハ）の
表面からの結晶欠陥の深さと相対的寸法因子を測定する
ものである。

【００４３】本発明は、レーザ光の侵入深さが温度の高
低により変化することを利用して、複数の温度のうち任
意の１つの温度で散乱光の強度を測定することによりウ
ェーハの表面から任意の深さまでの結晶欠陥の個数を測
定するものである。

【００４４】本発明による結晶欠陥測定方法及び装置の
好適な例においては、被測定物の２以上の温度における
レーザ光の散乱光強度を測定することにより被測定物の
表面からの結晶欠陥の深さを測定する。個々の結晶欠陥
の寸法を比較する際には、被測定物の２以上の温度にお
けるレーザ光の散乱光強度を測定することにより被測定
物の相対的寸法因子を求める。結晶欠陥の個数を求める
際には、レーザ光を被測定物表面に走査して被測定物の
複数の温度のうち任意の１つの温度で散乱光の強度を測
定することにより被測定物の表面からの任意の深さまで
の結晶欠陥の個数を算出する。被測定物の典型的な好適
例は、ウェーハ特にシリコンウェーハであるが、本発明
は、ウェーハ以外のものにも適用可能である。

【００４５】本発明の好適な１つの実施形態において
は、１種のレーザによる散乱光の強度を２以上の温度で
測定することにより、ウェーハの表層に存在する結晶欠
陥を非破壊的に測定する。例えば、ウェーハの２つの互
いに異なる温度における散乱光の強度を測定することに
より、ウェーハの表面からの結晶欠陥の深さと相対的寸
法因子を測定する。

【００４６】本発明の別の実施形態においては、１種の
レーザによる散乱光の強度を複数の温度のうち任意の１
つの温度で測定することにより、ウェーハの表層に存在
する結晶欠陥を非破壊的に測定する。例えば、ウェーハ
の複数の温度のうち任意の１つの温度で散乱光の強度を
測定することにより、ウェーハの表面からの任意の深さ
までの結晶欠陥の個数を算出する。

【００４７】本発明のさらに別の態様においては、第１
温度（Ｔ₁）とそれよりも高温の第２温度（Ｔ₂）におけ
るウェーハ表面からの第１層と第２層の結晶欠陥の個数
をそれぞれ測定し、それらの差を出すことにより第１層
から第２層を除いた第３層における結晶欠陥の個数を求
める。この場合、第３層は、第１層の深さと第２層の深
さの間に存在する。

【００４８】ウェーハは、加熱および／または冷却可能
な温度制御装置を使用して、例えばヒータにより正確に
温度制御した状態で加熱するのが好ましい。そのように
すれば、ウェーハを均一かつ正確に温度制御して測定で
きる。ウェーハの温度は、温度センサーにより直接測定
してもよいが、ヒータの温度を測定して、その測定結果
に基づいて算出してもよい。さらに、ヒータの加熱温度
を常に一定に保持しておいて、各ウェーハごとにウェー
ハやヒータの温度を測定することなく、２以上の温度で
散乱光の強度を測定することによりウェーハの表面から
の結晶欠陥の深さと相対的寸法因子を測定することも可
能である。また、ヒータの加熱温度を常に一定に保持し
ておいて、各ウェーハを載置後、定常状態になるのを待
つことによりウェーハやヒータの温度を測定することな
く、複数の温度のうち任意の１つの温度で散乱光の強度
を測定することによりウェーハの表面から任意の深さま
での領域の結晶欠陥の個数を算出することも可能であ
る。

【００４９】本発明によれば、１種のレーザだけで、被
測定物の温度を変えて測定することにより、温度差によ
る散乱光の強度の違いを測定し、結晶欠陥の深さと相対
的寸法因子を知ることができるのである。

【００５０】本発明によれば、１種のレーザだけで、被
測定物の温度を変えて測定することにより、ある温度に
おける散乱光の強度を測定し、特定深さ領域の結晶欠陥
の個数を知ることができるのである。

【００５１】ウェーハとヒータの関係は、種々の形態が
採用できる。

【００５２】たとえば、ウェーハを１個のヒータで加熱
し、かつ、ヒータの温度を変えることによりウェーハを
２以上の温度に変える。

【００５３】また、ウェーハを１個のヒータで加熱し、
かつ、ヒータとウェーハの距離を変えることによりウェ
ーハを２以上の温度に変える。

【００５４】また、ウェーハを２個のヒータで別々に加
熱し、かつ、２個のヒータの加熱温度を互いに相違させ
ることによりウェーハを２以上の温度に変える。

【００５５】本発明の別の好ましい態様においては、シ
リコンのバンドギャップよりも大きいエネルギーのレー
ザ光をシリコンウェーハの表面に斜めから入射して、ウ
ェーハの表面近傍に存在する微小酸素析出物等の結晶欠
陥からの散乱光を検出する。表面からおよそ５μｍほど
の深さの結晶欠陥を見るのであればレーザ光の波長は約
６８０ｎｍとする。さらに深い領域を測定するのであれ
ばレーザ光の波長は長く、逆に浅い領域を測定するので
あれば、レーザ光の波長を短くしたものを設定すればよ
い。波長の長いレーザを用いれば、測定領域が広がり、
好ましいが、一方で、温度に対する光の吸収系数の変化
が小さくなるので長ければ長いほど良いわけではない。

【００５６】本発明のさらに別の形態においては、シリ
コンのバンドギャップよりも大きいエネルギーのレーザ
光を第１温度（Ｔ₁）のシリコンウェーハ表面に斜めか
ら入射してウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの
散乱光の強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）とは異なる第
２温度（Ｔ₂）のウェーハ表面に斜めから入射してウェ
ーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの散乱光の強度を
検出し、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）における二
つの散乱光強度の違いに基づいて、ウェーハ表面 から
の結晶欠陥の深さを算出する。

【００５７】本発明によるウェーハ結晶欠陥測定装置の
好ましいものは、シリコンウェーハをウェーハ載置部に
載置して、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネ
ルギーのレーザ光をウェーハ表面に斜めから（たとえば
ブリュースタ角近傍で）入射し、表面近傍に存在する結
晶欠陥からの散乱光を検出する装置であって、ウェーハ
載置部にウェーハ用の加熱および／または冷却可能な温
度制御装置を設けて、ウェーハの２以上の温度又はウェ
ーハの複数の温度のうち任意の１つの温度における散乱
光の強度を測定する構成にしたものである。又は、ウェ
ーハの２以上の温度における散乱光強度を測定し、しか
るのち、結晶欠陥の相対的寸法因子を求める構成にした
ものである。

【００５８】本発明の別の好ましい態様においては、温
度制御装置がウェーハ載置部に載置されているウェーハ
を加熱するヒータからなるものである。

【００５９】本発明のウェーハ結晶欠陥測定装置におけ
るヒータの主な配置形態をまとめると、次のとおりであ
る。

【００６０】（１）ウェーハを１個のヒータで加熱し、
ヒータの温度を変えることによりウェーハを２以上の温
度に変える。

【００６１】（２）ヒータを所定の温度に保持し、その
ヒータでウェーハを加熱し、かつ、ヒータとウェーハの
距離を変えることによりウェーハを２以上の温度に変え
る。

【００６２】（３）２個のヒータを設け、それら２個の
ヒータを互いに異なる温度に保持し、ウェーハを２個の
ヒータで別々に加熱する。

【００６３】深さの導出 深さの導出法はいろいろとあるが、まず単純な場合の深
さの導出法を説明する。

【００６４】ウェーハの表面からある深さｄにある結晶
欠陥を測定した場合の散乱光強度Ｉは、次の式で求めら
れる。

【００６５】 Ｉ＝Ａｅｘｐ（−２αｄ）・・・（１）（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則） ここで、αはＳｉの吸収係数、ＡはＳｉの吸収がない場
合の散乱光強度である。Ａは入射光強度、結晶欠陥
の大きさや形状、入射光の波長、Ｓｉの誘電率、
結晶欠陥の誘電率等の関数である。このうちは温
度による変化がなく、に関しても、温度による変化
が無視できるほど小さい。したがって、（１）式におい
て温度依存性が認められる要素はαである。そこで、Ｔ
₁℃のと きと、Ｔ₂℃のときのＳｉの吸収係数αをそれ
ぞれα_Ｔ1、α_Ｔ2とすると、以下 のようになる。

【００６６】 Ｉ_Ｔ1＝Ａｅｘｐ（−２α_Ｔ1ｄ）・・・（２） Ｉ_Ｔ2＝Ａｅｘｐ（−２α_Ｔ2ｄ）・・・（３） （ここでＩ_Ｔ1はＴ₁℃のときの散乱光強度、Ｉ_Ｔ2はＴ₂
℃のときの散乱光強度である。） （２）、（３）より ｄ＝ｌｎ（Ｉ_Ｔ2／Ｉ_Ｔ1）／−２（α_Ｔ2−α_Ｔ1） ＝ｌｎ（Ｉ_Ｔ2／Ｉ_Ｔ1）／−２△α・・・（４） （△α＝α_Ｔ2−α_Ｔ1） （２）より Ａ＝Ｉ_Ｔ1／ｅｘｐ（−２α_Ｔ1ｄ）・・・（５） したがって、α_Ｔ1、α_Ｔ2がわかれば、あるいは、α
_Ｔ1と△αがわかれば （４）式より結晶欠陥の深さｄ
がわかり、ｄがわかれば（５）式よりＳｉによる吸収の
ない場合の散乱光強度Ａが求められる。

【００６７】さらに、式（２）、（３）を別の形で表す
と、次のとおりである。

【００６８】図３に示すように、Ｓｉウェーハ表層の深
さｄのところに結晶欠陥が存在する場合、スネルの法則
により、 ｎ₁sinθ₁＝ｎ₂sinθ₂ sinθ₂＝ｎ₁／ｎ₂sinθ₁ θ₂＝sin^-1（sinθ₁×ｎ₁／ｎ₂） Ｓｉ中を光が通過する距離Ｄは、 Ｄ＝ｄ／cosθ₂＋ｄ＝ｄ（１＋１／cosθ₂） ＝ｄ［１＋１／cos｛sin^-1（sinθ₁×ｎ₁／ｎ₂）｝］ したがって、Ｉは、 Ｉ＝Ａｅｘｐ（−Ｄα） ＝Ａｅｘｐ（−α［１＋１／cos｛sin^-1（sinθ₁×ｎ₁／ｎ₂）｝］）…（６） と示すことができる。

【００６９】相対的寸法因子の導出 結晶欠陥の実際の大きさについての情報は、例えば、前
述のＡが既知である結晶欠陥１つの大きさをあらかじめ
透過電顕（ＴＥＭ）等で観察しておき、観測したい結晶
欠陥のＡを求めて、両者を比較することにより得ること
ができる。

【００７０】また、深さの算出についても、△αをＴＥ
Ｍによる実測値をもとに算出し、用いることができる。

【００７１】すなわち、ある結晶欠陥の表層深さと大き
さを１回ＴＥＭで測定しておけば、その後はその値をも
とに測定対象の結晶欠陥深さの測定と大きさの比較が可
能となる。多少、ウェーハのドーパント濃度が変わった
としても、ほとんど影響なく、測定できる。

【００７２】以下に、ＴＥＭ測定結果を反映させたより
高精度な深さと相対的寸法因子の導出法を説明する。

【００７３】ある表層欠陥の室温（ＲＴ）と高温（Ｔ
℃）での散乱光強度をそれぞれＩ_RT、Ｉ_Tとすると、Lam
bert-Beer則により、この結晶欠陥について、 ｌｎ（Ｉ_T／Ｉ_RT）＝−２・△α・ｄ ・・・・ （７） が成立する。ここで、ｄは結晶欠陥の深さ、△α＝α_T
−α_RT｛α_TはＴ℃でのＳｉの吸収係数（於入射レーザ
波長）、α_RTは室温でのＳｉの吸収係数｝である。

【００７４】まず、ＴＥＭ等により、ある特定の結晶
欠陥の表面からの深さｄ_TEMを求める。

【００７５】この欠陥のＩ_RT、Ｉ_Tを求め、ｄ_TEMと共に
（７）式に代入し、△αを算出する。

【００７６】以後の測定では、測定対象とする前述の
結晶欠陥とは別の表層欠陥のＩ_RTとＩ_Tを測定すれば、
で求めた△αを用いて、欠陥の深さｄを求めることが
できる。

【００７７】相対的寸法因子の概算値についてもで
求めたｄを Ｉ_RT＝Ａ・ｅ^-2αRTｄ ・・・・ （８） Ｉ_T＝Ａ・ｅ^-2αTｄ ・・・・ （９） 上式（８）又は（９）に代入し、理論値や文献値等を用
いたα_RT又はα_Tと、測定対象のＩ_RT又はＩ_Tを与えて、
相対的寸法因子Ａを求める。相対的寸法因子Ａは、Ａ＝
Ｉ・β・Ｔ_i・Ｔ_O・δとで与えられる。Ｉは入射レーザ
光強度、βは装置関数、δは散乱断面積、Ｔ_iは入射光
のウェーハ表面での透過率、Ｔ_Oは散乱光の表面での透
過率である。散乱断面積Ａは寸法以外に形状も寄与する
ので、単純にＡは欠陥の寸法のみに依存するわけではな
いが、ここでは零次近似としてＡを相対的寸法因子とし
た。

【００７８】このようにして求めた測定対象の結晶欠陥
の深さｄは、ＴＥＭ等による実測値をもとに得られた△
αを用いて算出することにより、高精度な値となること
が確認できる。

【００７９】同じく相対的寸法因子Ａも、こうして得ら
れたｄから算出すると、高精度な値となることが確認で
きる。ある結晶欠陥の寸法の情報を得るだけでなく、２
つの結晶欠陥の寸法の比較を行うことも可能となる。

【００８０】以上の例においては、まず結晶欠陥の深さ
を求め、しかるのち、結晶欠陥の寸法因子を求めている
が、本発明は、このような例のみに限定されない。

【００８１】次は、結晶欠陥の深さを求めることなく、
結晶欠陥の寸法因子を直接求める例を説明する。

【００８２】たとえば、（８）式と（９）式からｄを消
去すると、 Ａ＝ｅｘｐ｛（α_TｌｎＩ_RT−α_RTｌｎＩ_T）／（α_T−α_RT）｝・・（１０） 測定対象の結晶欠陥について、異なる温度で散乱光強度
を測定すれば、（１０）式にその結果をα_RT、α_Tと共
に代入して、相対的寸法因子Ａを算出できる。こ の場
合、測定対象の結晶欠陥深さを測定する必要がない。異
なる温度で散乱光強度を測定して、直接、２つの結晶欠
陥の相対的寸法因子Ａを算出できる。それらを比較すれ
ば、結晶欠陥の深さを求めなくても、２つの結晶欠陥寸
法の比較が可能である。

【００８３】また、得られた相対的寸法因子Ａを散乱光
強度、吸収係数とともに（８）式又は（９）式に代入し
て、当該結晶欠陥の深さを算出することもできる。

【００８４】欠陥の個数の算出 本発明における結晶欠陥の個数を算出する方法を説明す
る。

【００８５】単一波長光散乱表層トモグラフィーにおい
て、ある表層欠陥の、ある温度Ｔ℃での光散乱光強度Ｉ
_Tは、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則により、次式で表現
できる。

【００８６】 Ｉ_T＝（ＩβＴ_iＴ₀δ）・ｅ^-2α(T)d ・・・（１１） ここで、ｄは、結晶欠陥の存在深さ、α（Ｔ）は温度Ｔ
℃での入射レーザ光の波長における吸収係数、Ｉは入射
レーザ光強度、βは装置関数、Ｔ_iは入射光のウェーハ
表面での透過率、Ｔ₀は散乱光のウェーハ表面での透過
率、δは散乱断面積（欠陥の屈折率、サイズ、形態、Ｓ
ｉの屈折率、測定方位の関数）である。

【００８７】これらをまとめて、Ａ＝ＩβＴ_iＴ₀δとお
く。Ａは事実上、結晶欠陥サイズを反映する。結晶欠陥
サイズを反映する値Ａはその結晶欠陥の温度Ｔ℃におけ
る散乱光強度Ｉ_T、吸収係数α（Ｔ）、深さｄを用いれ
ば、次式で求められる。

【００８８】 Ａ＝Ｉ_T／ｅ^-2α(T)d ・・・（１２） α（Ｔ）は、温度の関数である。温度が高ければ、α
（Ｔ）は大きくなり、温度が低ければ、α（Ｔ）は小さ
くなる。これは、高温であれば、レーザ光は浅いところ
まで侵入し、低温であれば、深いところまで侵入するこ
とに対応する。

【００８９】本発明は、ウェーハの温度が変わることに
よって入射光の侵入深さが変わるという原理に基づいて
いる。ウェーハの温度を任意の値に制御することによ
り、検出可能な深さをコントロールするのである。こう
して任意の深さまでの結晶欠陥の個数を求めるのであ
る。

【００９０】なお、この方法においては、個々の欠陥に
ついて、正確な深さを測定したり、大きさを測定したり
するものではない。（１１）式から結晶欠陥の深さは求
め得るが、これは本発明においては測定可能深さの一つ
の指標であると考えてよい。

【００９１】念のために、単一波長でかつ二温度方式の
光散乱表層トモグラフィーにより、二温度での散乱光の
測定から結晶欠陥の深さｄを算出する方法を簡単に説明
する。

【００９２】温度Ｔにおいてウェーハの表面からある深
さｄに存在する１つの結晶欠陥を測定した場合の散乱光
強度Ｉ_Tは、（１２）式より、Ｉ_T＝Ａｅｘｐ（−２α
(T)ｄ） …（１３）（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則）
と表される。

【００９３】したがって、Ｔ₁℃と、Ｔ₂℃の２つの温度
で測定したとすると、 Ｉ_T1＝Ａｅｘｐ（−２α(T₁)ｄ）・・・（１４） Ｉ_T2＝Ａｅｘｐ（−２α(T₂)ｄ）・・・（１５） （ここでＩ_T1はＴ₁℃のときの散乱光強度、Ｉ_T2はＴ₂℃
のときの散乱光強度である。） （１４）、（１５）より ｄ＝ｌｎ（Ｉ_T2／Ｉ_T1）／−２（α(T₂)−α(T₁)） △α＝α(T₂)−α(T₁)とすると ｄ＝ｌｎ（Ｉ_T2／Ｉ_T1）／−２△α ・・・（１６） したがって、α(T₁)とα(T₂)がわかれば、あるいは、α
_T1と△αがわかれば（１６）式より結晶欠陥の深さｄが
わかり、ｄがわかれば（１４）あるいは（１５）式より
結晶欠陥サイズを反映する値Ａと求めることができる。
なお、本発明では、２以上の温度で結晶欠陥を測定する
のにおいてウェーハを動かす必要がなく、測定が容易で
ある。温度の変化により、ウェーハが若干膨脹し、結晶
欠陥の位置はわずかにずれるがプログラム等で、補正は
容易である。

【００９４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００９５】図１において、ウェーハ１は、結晶欠陥測
定装置のウェーハ載置部２に載置する。シリコンのバン
ドギャップよりも大きいエネルギーのレーザ光３が、レ
ーザ装置６からウェーハ表面１ａに斜めから入射され
る。例えば、レーザ光３はブリュースタ角近傍で入射す
る。ウェーハ表面１ａの近傍に微小酸素析出物等の結晶
欠陥が存在すると、結晶欠陥からの散乱光４が発生す
る。その結晶欠陥からの散乱光４は、検出装置５により
検出される。検出装置５の例として撮像装置や顕微鏡を
示すことができる。検出装置５により検出された値は算
出装置（図示せず）に送られて、そこで所望の値が算出
される。

【００９６】ウェーハ載置部２には、ウェーハ載置部２
に載置されているウェーハ１を加熱するヒータ７が設け
られている。ヒータ７は、温度制御盤８によって温度制
御される。

【００９７】測定操作に際しては、レーザ装置６より発
生したバンドギャップ以上のエネルギを持つレーザ光３
が半導体ウェーハ１の鏡面研磨面に対しブリュースタ角
近傍で入射し、鏡面研磨面表層に存在する結晶欠陥の散
乱光４を面直上に据え付けられた検出装置たとえば顕微
鏡５によって検出する。半導体ウェーハ１の温度をヒー
タ７によって２つの異なる温度Ｔ₁、Ｔ₂に変化させて、
散乱光４の強度を検出装置５によって測定し、半導体の
光の吸収率の温度変化を考慮することで、散乱光４を起
こした内部欠陥の深さと実際の大きさを反映した散乱光
強度を算出する。あるいは、半導体ウェーハ１の温度を
ヒータ７によって複数の温度のうち任意の１つの温度に
変化させて、散乱光４の強度を検出装置５によって測定
し、レーザ光の侵入深さが温度の高低により変化するこ
とを考慮して、散乱光４を起こしたある深さまで存在す
る内部欠陥の個数を算出する。

【００９８】各ウェーハの測定時間を短縮する１つの態
様では、温度Ｔ₁が温度Ｔ₂よりも低いとき、まず低いほ
うの温度Ｔ₁で測定し、そのあと、高いほうの温度Ｔ₂で
測定する。しかるのち、ウェーハ１を交換する。しか
も、高いほうの温度Ｔ₂で測定するときは、低いほうの
温度Ｔ₁で測定して結晶欠陥が検出された個所のみを測
定する。

【００９９】図１の実施例においては、ウェーハ１を１
個のヒータ７で加熱し、温度制御盤８によってヒータ７
の加熱温度を変えることによりウェーハ１を２以上の温
度に変える構成になっている。

【０１００】本発明は、そのようなヒータ配置形態に限
定されるものではない。

【０１０１】例えば、１個のヒータ７を温度制御盤８に
よって所定の温度に保持する一方で、ヒータ７とウェー
ハ１の距離を変えることによりウェーハを２以上の温度
に変える構成にすることができる。その際、ウェーハ１
は、ウェーハ載置部２に固定したまま、ヒータ７を下方
に移動させることにより、ヒータ７とウェーハ１の距離
を変えることができる。

【０１０２】この形態において、操作時間を短縮する１
つの態様では、温度Ｔ₁が温度Ｔ₂よりも低いとき、まず
ヒータ７を所定の下方位置に移動させておいて、低いほ
うの温度Ｔ₁で測定し、そのあと、ヒータ７を所定の上
方位置に移動させて、高いほうの温度Ｔ₂で測定する。
しかるのち、ウェーハ１を交換する。このとき、ヒータ
７を所定の上方位置に停止しておいて、ウェーハ１の温
度が温度Ｔ₁になる直前に下方位置に移動させるのが好
ましい。しかも、高いほうの温度Ｔ₂で測定するとき
は、低いほうの温度Ｔ₁で測定して結晶欠陥が検出され
た個所のみを測定する。

【０１０３】また、２個のヒータ７をそれらに共通の温
度制御盤８によって互いに異なる温度に保持しておくと
ともに、ウェーハ１を２個のヒータ７で別々に加熱する
構成にすることができる。

【０１０４】本発明による深さ及び相対的寸法因子の測
定法には、基本的に先述したウェーハの結晶欠陥測定方
法で用いた装置が使用できる。

【０１０５】ＴＥＭ等は、基準とするある結晶欠陥の深
さｄ_TEMの測定に用いられる。

【０１０６】基準とするある結晶欠陥について、また、
測定対象の結晶欠陥についても、異なる温度での散乱光
の測定を行うが、その際のウェハ表面１ａへのレーザ光
３の入射法、散乱光４の検出法、ウェーハ温度を変化さ
せる方法等は、先述したウェーハの欠陥測定方法と同様
であるので、説明を省略する。

【０１０７】結晶欠陥の個数を測定する際に使用される
ＣＺウェーハ（ρ：１０〜９．６Ω・ｃｍ，［Ｏｉ］＝
１．５３〜１．５２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³［ｏｌ
ｄ ＡＳＴＭ］）の温度を変えることにより、波長６８
０ｎｍのレーザの各温度（２３℃、７０℃、１５０℃）
で予想されるウェーハの侵入深さを以下に示す。ここ
で、Ｓｉの吸収係数の温度依存性はＧ．Ｅ．Ｊｅｌｌｉ
ｓｏｎ，Ｊｒ．らの文献（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．４１，１８０（１９８２））を参照した。温度Ｔ
（Ｋ）における６８０ｎｍの波長の光に対するＳｉの吸
収係数α（Ｔ）（１／ｃｍ）は、 α（Ｔ）＝１．４９×１０³×ｅｘｐ（Ｔ／４３０） ・・・（１７） でおおよそ記述される。Ｓｉ中に入射された光が１／ｅ
まで減衰する距離ｄ_p （μｍ）は、 ｄ_p（Ｔ）＝１００００／α（Ｔ） ・・・（１８） となる。ここで、温度が２３℃、７０℃、１５０℃の場
合を考えると、式（１７）、（１８）により ｄ_p（２３）＝１００００／α（２３）＝１００００／
２９６６＝３．３４（μｍ） ｄ_p（７０）＝１００００／α（７０）＝１００００／
３３０８＝３．０２（μｍ） ｄ_p（１５０）＝１００００／α（１５０）＝１０００
０／３９８５＝２．５１（μｍ） 以上のように、温度を変えたことによる吸収係数の変化
により、光の減衰率が変化し、測定できる結晶欠陥の深
さが変化することが予想される。

【０１０８】実験例１（欠陥の深さの測定） 図１の装置を使用して、Ｓｉウェーハ（Ｓｉのバンドギ
ャップ：１．１２ｅＶ）の鏡面加工面に波長６８０ｎｍ
のレーザ光（約１．８ｅＶ）をブリュースタ角（７３．
７゜）近傍で入射して、レーザ光の侵入深さ（約３μ
ｍ）程度の表層に存在する結晶欠陥からの散乱光の強度
を測定した。とくに、Ｓｉウェーハ温度が２３℃と８３
℃のときの散乱光強度を測定した。

【０１０９】測定に際しては、ウェーハに接触させたヒ
ータにてウェーハの温度を制御し、熱電対にてウェーハ
の温度を確認した。

【０１１０】図４に示すように、温度２３℃である結晶
欠陥の散乱光強度Ｉ₂₃を測定した後、表面から△ｄ（ｃ
ｍ）ほど研磨する。そして再び同一結晶欠陥の散乱光強
度Ｉ ₂₃′を測定する。このとき、温度２３℃でのＳｉの
吸収係数α₂₃は次式で表される。

【０１１１】 α₂₃＝（−２・△ｄ）・ｌｎ（Ｉ₂₃／Ｉ₂₃′） 実際に上記手法にて測定した結果を表１に示す。これら
の結果より、α₂₃はおよそ２２００ｃｍ^-1と求められ
た。

【０１１２】

【表１】 温度２３℃と８３℃である結晶欠陥の散乱光強度Ｉ₂₃と
Ｉ₈₃を測定した後、ＴＥＭによりその結晶欠陥の深さｄ
を求めた。このとき△α（＝α₈₃−α₂₃）は次式で表さ
れる。

【０１１３】 △α＝ｌｎ（Ｉ₈₃／Ｉ₂₃）／（−２／ｄ） 実際に上記手法にて△αを求めた結果を表２に示す。こ
れらの結果より△αの平均は約７０５ｃｍ^-1と求められ
る。本実験では結晶欠陥数２までしか測定できなかった
が、測定数を増やせば、さらに正確な△αを求められる
と期待される。

【０１１４】

【表２】 結晶欠陥の深さｄは、２３℃での散乱光強度Ｉ₂₃と８３
℃での散乱光強度Ｉ₈₃との比Ｉ₈₃／Ｉ₂₃と前述の△αか
ら、次式で求められる。

【０１１５】 ｄ＝ｌｎ（Ｉ₈₃／Ｉ₂₃）／（−２△α） また、Ｓｉによる光の吸収の影響を排除するために、検
出された結晶欠陥の表面からの深さを０と仮定した場合
の散乱光強度Ｉ₀（前述の寸法因子Ａと同じもの）は、
実際の結晶欠陥の大きさの情報を反映していると考えら
れる。この散乱光強度Ｉ₀は次の式で与えられる。

【０１１６】 Ｉ₀＝Ｉ₂₃／ｅｘｐ（−２×α₂₃×ｄ） 測定されたＩ₂₃が１００、Ｉ₈₃が８０であれば、その比
Ｉ₈₃／Ｉ₂₃は０．８であり、結晶欠陥の存在深さｄは
１．５８×１０^-4ｃｍ、この結晶欠陥がウェーハ表面に
存在すると仮定した場合の散乱光強度Ｉ₀は２４６と求
められる。この値は、結晶欠陥がＳｉ内部に存在する場
合に問題となる光の減衰に関して補正されているため、
深さの異なる結晶欠陥の大きさ（寸法）を比較する場合
に利用できる。

【０１１７】実際に測定した２３℃での散乱光強度Ｉ₂₃
と８３℃での散乱光強度Ｉ₈₃との比Ｉ_83／23＝Ｉ₈₃／Ｉ
₂₃を表３に示す。さらに、本発明方法により算出された
結晶欠陥の表面からの深さを０と仮定した場合の散乱光
強度Ｉ₀と、表面からの深さｄも、表３に示す。

【０１１８】

【表３】 図２は、本発明方法により測定された、半導体ウェーハ
表層の結晶欠陥存在深さの１例を示す図である。ウェー
ハ表面に２μｍの厚さのエピ層を形成し、結晶欠陥の深
さを測定したところ、図２に示すように検出された。小
さな矩形の黒印が表面からの結晶欠陥の存在位置を示し
ている。エピ層表面から深さ２μｍまでのエピ層には結
晶欠陥の存在が認められなかった。エピ層表面から深さ
２〜８μｍの領域にほとんどの結晶欠陥が存在している
ことが認められた。エピ層表面から深さ８〜１０μｍの
領域に２個の結晶欠陥が存在していることが認められ
た。エピ層表面から深さが１２〜１４μｍでかつウェー
ハ中心からの距離が３００００〜６００００μｍである
領域に１個の結晶欠陥が存在していることが認められ
た。

【０１１９】なお、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）
は、前述のものに限らない。

【０１２０】実験例２（相対的寸法因子の測定） 図１の装置を使用して、Ｓｉウェーハ（Ｓｉのバンドギ
ャップ：１．１２ｅＶ）の鏡面加工面に波長６８０ｎｍ
のレーザ光（約１．８ｅＶ）をブリュースタ角（７３．
７゜）近傍で入射して、レーザ光の侵入深さ（約３μ
ｍ）程度の表層に存在する結晶欠陥からの散乱光強度を
測定した。とくに、Ｓｉウェーハ温度が〜２３℃と７０
℃のときの散乱光強度を測定した。

【０１２１】測定に際しては、ウェーハに接触させたヒ
ータにてウェーハの温度を制御し、放射温度計にてウェ
ーハの温度を確認した。このとき、２３℃でのＳｉの波
長６８０ｎｍの光の吸収係数α₂₃は２３２２ｃｍ^-1で、
７０℃での吸収係数α₇₀は２９０３ｃｍ^-1であった。
（ただし、ここでのα₂₃、α₇₀は既存の文献から算出し
たが、前述の実験例１のように算出しても良い。正確さ
を期すには、前述の方法で算出するのが良い。）それゆ
え、その差は△α＝α₇₀−α₂₃＝５８１ｃｍ^-1となる。
結晶欠陥の深さｄは、２３℃での散乱光強度Ｉ₂₃と７０
℃での散乱光強度Ｉ₇₀との比Ｉ_70／23＝Ｉ₇₀／Ｉ₂₃と前
述の△αから、次式で求められる。

【０１２２】 ｄ＝ｌｎ（Ｉ_70／23）／（−２△α） また、Ｓｉによる光の吸収の影響を排除するために、検
出された結晶欠陥の表面からの深さを０と仮定した場合
の散乱光強度Ｉ₀（前述の寸法因子Ａと同じもの）は、
実際の結晶欠陥の大きさの情報を反映していると考えら
れる。この散乱光強度Ｉ₀は次の式で与えられる。

【０１２３】 Ｉ₀＝Ｉ₂₃／ｅｘｐ（−２×α₂₃×ｄ） 測定されたＩ₂₃が１００、Ｉ₇₀が８０であれば、その比
Ｉ_70／23は０．８であり、結晶欠陥の深さｄは１．９２
×１０^-4ｃｍ、この結晶欠陥がウェーハ表面に存在する
と仮定した場合の散乱光強度Ｉ₀は２４４と求められ
る。この値は、欠陥がＳｉ内部に存在する場合に問題と
なる光の減衰に関して補正されているため、深さの異な
る結晶欠陥の大きさ（寸法）を比較する場合に利用でき
る。

【０１２４】実際に測定した２３℃での散乱光強度Ｉ₂₃
と７０℃での散乱光強度Ｉ₇₀との比Ｉ_70／23＝Ｉ₇₀／Ｉ
₂₃を表４に示す。さらに、本発明方法により算出された
結晶欠陥の表面からの深さを０と仮定した場合の散乱光
強度Ｉ₀と、表面からの深さｄも、表４に示す。

【０１２５】

【表４】 なお、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）は、前述のも
のに限らない。

【０１２６】次に、深さ及び相対的寸法因子の高精度測
定法の実施例を説明する。

【０１２７】本実験例では、結晶欠陥の寸法比較のため
に、２つの結晶欠陥サンプルについてＴＥＭ観察深さと
散乱光強度を測定した。なお、実際の測定では、ＴＥＭ
観察深さｄ_TEMの測定は、基準となる結晶欠陥について
１回行えばよく、その結果をもとに個々の測定対象の結
晶欠陥の深さｄ、相対的寸法因子Ａを算出すればよい。

【０１２８】サンプル（ＴＥＭ観察深さｄ_TEM＝７．
１μｍ） Ｉ_RT＝３５０、Ｉ₇₀＝１８５（RT＝２３℃、70は７０℃
の意味）と測定されたので、（７）式より、 △α＝（−１／２ｄ）・ｌｎ（Ｉ_T／Ｉ_RT） ・・・・ （１９） から、 △α＝４４８．９９８（ｃｍ^-1） サンプル（ＴＥＭ観察深さｄ_TEM＝５．３μｍ） Ｉ_RT＝４４３、Ｉ₇₀＝２７９と測定されたので、（１
９）式より、△α＝４３６．１８６（ｃｍ^-1） △α（サンプル）＝４４８．９９８（ｃｍ^-1）と、△
α（サンプル）＝４３６．１８６（ｃｍ^-1）の平均を
とると、△αの平均＝４４２．５９２（ｃｍ^-1）とな
る。

【０１２９】この△αの平均を△αとして用いて、サン
プルとサンプルについて、それぞれ測定散乱光強度
の組（Ｉ_RT、Ｉ₇₀）から（１９）式により深さｄ（散乱
光測定深さｄ）を求めると、下表のようになり、ＴＥＭ
観察深さと一致する。

【０１３０】 サンプル TEM観察深さ TEM観察体積 散乱光測定深さ 寸法因子 ｄ_TEM Ｖ ｄ Ａ サンプル ７．１μｍ ０．００７６μｍ³ ７．２μｍ ９４６３ サンプル ５．３μｍ ０．００３８μｍ³ ５．２μｍ ５１９２ 次に、ｄ_TEMを利用した相対的寸法因子Ａの算出を行
う。（８）式から、 Ａ＝Ｉ_RT／ｅ^-2αRTｄ ・・・・ （２０） サンプルについて、（２０）式にα_RT＝２３２２ｃｍ
^-1、Ｉ_RT＝３５０、ｄ _TEM＝７．１μｍ＝７．１×１０
^-4ｃｍを代入して、Ａ＝９４６３を求める。

【０１３１】サンプルについて、（２０）式にα_RT＝
２３２２ｃｍ^-1、Ｉ_RT＝４４３、ｄ _TEM＝５．３μｍ＝
５．３×１０^-4ｃｍを代入して、Ａ＝５１９２を求め
る。

【０１３２】ＡがＶ²に比例すると考えると（Ｖは欠陥
体積）、TEM観察深さから算出した推定体積比Ｖ／Ｖ
＝（Ａ／Ａ）^0.5＝（５１９２／９６４３）^0.5＝
０．７４１となる。

【０１３３】これと同様な考え方により、散乱光測定深
さｄを用いて、相対的寸法因子Ａを導入する例を説明す
る。

【０１３４】サンプルについて、α_RT＝２３２２ｃｍ
^-1、Ｉ_RT＝３５０、ｄ＝７．２μｍより、（２０）式か
らＡ＝９９１３を求める。

【０１３５】サンプルについて、α_RT＝２３２２ｃｍ
^-1、Ｉ_RT＝４４３、ｄ＝５．２μｍより、（２０）式か
らＡ＝４９５６を求める。

【０１３６】散乱光測定深さから算出した推定体積比Ｖ
／Ｖ＝（Ａ／Ａ）^0.5＝ （４９５６／９９１
３）^0.5＝０．７０７となる。

【０１３７】さらに、散乱光強度から、直接、相対的寸
法因子Ａを求めることができる。

【０１３８】サンプルについて、（１０）式にα_RT＝
２３２２ｃｍ^-1、α_T＝α_RT＋△α＝２７６４ｃｍ^-1、
Ｉ_RT＝３５０、Ｉ_T＝１８５を代入して、Ａ＝９９２５
を求める。

【０１３９】サンプルについて、（１０）式にα_RT＝
２３２２ｃｍ^-1、α_T＝α_RT＋△α＝２７６４ｃｍ^-1、
Ｉ_RT＝４４３、Ｉ_T＝２７９を代入して、Ａ＝５０１０
を求める。

【０１４０】散乱光強度から算出した推定体積比Ｖ／
Ｖ＝（Ａ／Ａ）^0.5＝（５０１０／９９２５）^0.5
＝０．７１０となる。

【０１４１】一方、ＴＥＭ観察体積のＶ／Ｖ（ＴＥ
Ｍ）＝０．５であるから、実測の結晶欠陥深さｄ_TEMを
用いても、散乱光測定深さｄを用いても、Ａにより、結
晶欠陥寸法の大体の比較が可能であることがわかる。

【０１４２】なお、結晶欠陥の体積比は実測で０．５
倍、本発明の実施例では約０．７倍となり、結果に少し
開きがあるが、従来は二つの結晶欠陥のどちらが大きい
かさえわからなかったので、この精度であっても十分に
使用可能である。

【０１４３】なお、本発明では、どのような種類のウェ
ーハでも測定可能である。

【０１４４】実験例３（欠陥の個数の測定） 図１の装置を使用して、Ｓｉウェーハ（Ｓｉのバンドギ
ャップ：１．１２ｅＶ）の鏡面加工面に波長６８０ｎｍ
のレーザ光（約１．８ｅＶ）をブリュースタ角（７３．
７゜）近傍で入射して、レーザ光の侵入深さ程度の表層
に存在する結晶欠陥からの散乱光の強度を測定した。

【０１４５】図５を用いて、温度を変えることで検出さ
れる結晶欠陥の個数の分布がどのように変化するかを予
測した実験例を説明する。なお、この予測は、本発明の
原理を分かり易く説明するために行うものである。

【０１４６】図５は、Ｓｉウェーハを２３℃と７０℃に
おいて単一波長二温度方式光散乱表層トモグラフィーで
測定し、得られた結晶欠陥の個数の分布（白印）と、そ
の結果から計算により見積られる、それら２つの温度と
は異なる温度（１５０℃）での結晶欠陥の個数の分布
（黒印）を比較して示した図である。

【０１４７】単一波長二温度方式光散乱表層トモグラフ
ィーを使用して、２３℃と７０℃の２つの温度で実際に
測定を行い、それらの測定値に基づいて、仮に１５０℃
で測定した場合にどのように結晶欠陥の深さ方向の分布
が変化するかを予測した。その際、式（１１）により求
めた吸収係数を用いた。その結果を表５〜表７と図５に
示す。

【０１４８】なお、図５に示す１５０℃の結果は、測定
できる散乱光強度の下限を２２として計算してあり、そ
れ未満のデータは除外されている。また、深さは１５μ
ｍまでしか表示していないが、実際のデータは２０μｍ
をこすものもある。

【０１４９】

【表５】

【表６】

【表７】 表５〜表７においては、７０℃での散乱光強度の測定値
のみが記載されているが、実際には２３℃での散乱光強
度も測定されている。これらの７０℃と２３℃での散乱
光強度の測定値に基づいて、各結晶欠陥の深さ（ｄ）と
そのサイズを反映する値（Ａ）を前掲の（１６）式と
（１２）式によりそれぞれ求めた。表５〜表７における
「予想される１５０℃での散乱光強度」は、「７０℃で
の散乱光強度の測定値」と「深さｄ」に基づいて、下記
の式（２１）により算出する。（１６）式を参照して、
散乱光測定温度が７０℃と１５０℃である場合の深さｄ
は、 ｄ＝ｌｎ（Ｉ₁₅₀／Ｉ₇₀）／−２（α₁₅₀−α₇₀） となる。散乱光強度Ｉ₁₅₀を求めると、 Ｉ₁₅₀＝Ｉ₇₀ｅｘｐ｛−２（α₁₅₀−α₇₀）ｄ｝ ・・・（２１） となる。

【０１５０】表５〜７では、７０℃では深いところで１
５μｍ以上の深さの結晶欠陥も測定されている。

【０１５１】このような表５〜表７のデータに基づい
て、図５を作成した。

【０１５２】図５における、測定結果（白印）の導出法
を説明する。まず表５〜表７に記載された深さｄの値を
小大順に並べ変え、１μｍ毎に分類した。各分類毎に、
深さｄの個数を計算した。各分類毎の深さｄの個数を結
晶欠陥の個数（白印）とした。深さの分類法を説明する
と、例えば表５〜表７中、深さ４．０μｍ超５．０μｍ
以下の範囲にある結晶欠陥の個数は、図５では結晶欠陥
の深さ５μｍのところに示される。なお、深さｄが１５
μｍを超すものは、図示を省略した。

【０１５３】次に、図５における計算結果（黒印）の導
出法を説明する。まず、７０℃での散乱光強度の測定結
果から、（２１）式を用いて、予想される１５０℃での
散乱光結果を算出した。得られた結果を表５〜表７の右
端欄に示す。次に、予想される１５０℃での散乱光強度
が２２以上となるものだけを選び出した。選び出した散
乱光強度について、結晶欠陥の個数（白印）を導出する
際に行った方法と同様な方法で結晶欠陥の個数（黒印）
を導出した。図５を参照すると、１５０℃では深さ１０
μｍまでの結晶欠陥が予想できることがわかる。

【０１５４】従って、ウェーハの温度を変えることで、
任意の深さまでに存在する結晶欠陥の個数の分布が得ら
れることがわかる。また、測定された散乱光の数を全て
足し合わせれば、任意の深さまでに存在する結晶欠陥の
総個数を求めることができる。

【０１５５】図６は、結晶欠陥の深さと温度との関係
を、ウェーハ断面の模式図を用いて説明する図である。
図中、例えばＴ₁は温度、ｄ₁は温度Ｔ₁において測定可
能な最も深い結晶欠陥の深さ、ｌ₁はウェーハ表面ｌ₀か
ら深さｄ₁までのウェーハ層、Ｎ₁は層ｌ₁に存在する結
晶欠陥の個数である。また、図中の温度Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃
について、Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃の関係が成り立つとする。

【０１５６】例えば、低温（Ｔ₁）であればレーザ光は
ウェーハの深いところまで侵入し、高温（Ｔ₃）であれ
ばレーザ光はウェーハの浅いところまで侵入する。すな
わち、低温（Ｔ₁）であれば深いところ（ｄ₁）まで存在
する結晶欠陥からの散乱光が測定され、高温（Ｔ₃）で
あれば浅いところ（ｄ₃）まで存在する結晶欠陥が測定
される。したがって、ある温度で測定された散乱光の数
は、前記の温度に応じた所定の深さまでに存在する結晶
欠陥の個数に対応する。本発明は、この原理に基づき、
温度を変えてウェーハの散乱光を測定することにより、
ウェーハの所望の深さまで存在する結晶欠陥の個数を求
めるものである。

【０１５７】また、例えば、温度Ｔ₁とそれよりも高温
の温度Ｔ₂におけるウェーハ表面からの層ｌ₁と層ｌ₂の
結晶欠陥の個数Ｎ₁とＮ₂をそれぞれ測定し、それらの差
を求めれば、層ｌ₁から層ｌ₂を除いた層（ｌ₁−ｌ₂）に
おける結晶欠陥の個数（Ｎ₁−Ｎ₂）を求めることができ
ることが分かる。

【０１５８】なお、前述の実験例で測定に用いた温度
は、２３℃、７０℃、１５０℃であるが、本発明は、前
述のものに限らない。

【０１５９】

【発明の効果】本発明によれば、個々の結晶欠陥の深さ
を非破壊的に測定できる。約１０μｍの結晶欠陥の深さ
でも測定できる。

【０１６０】本発明によるウェーハの結晶欠陥測定方法
及び装置は、光学系を複雑にする必要がなく、検出感度
やコストの面で有利である。特に、複数のレーザ光源を
設けなくても、半導体表層に存在する結晶欠陥の表面か
らの深さと相対的寸法因子を非破壊的に測定できる。さ
らに、結晶欠陥の実際の大きさ（寸法）についての情報
も非破壊で得ることが可能である。結晶欠陥の実際の大
きさ（寸法）について非破壊で比較することが可能であ
る。

【０１６１】本発明によれば、ある２つの欠陥の大きさ
（寸法）を非破壊で比較することができる。

【０１６２】本発明によれば、任意の表層深さまでの結
晶欠陥の個数を非破壊的に算出することができる。特
に、ウェーハの温度を変化させれば、レーザ光の侵入深
さを所定の層毎に（たとえば表面から２μｍ毎）に実質
的に連続的に変えて、各層毎の結晶欠陥の個数を算出で
きる。

【０１６３】任意の１つの温度で測定する場合は、高速
で結晶欠陥の個数を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例による半導体ウェーハ表
層の結晶欠陥測定装置の概略構成を示す模式図。

【図２】本発明方法による半導体ウェーハ表層の結晶欠
陥存在深さの１例を示す図。

【図３】本発明方法による半導体ウェーハ表層の結晶欠
陥存在深さを求める原理を説明するため図。

【図４】△ｄ（μｍ）の研磨前後での結晶同一欠陥の散
乱光強度の測定を説明する図。

【図５】単一波長二温度方式光散乱表層トモグラフィー
により、二温度で半導体ウェーハ表層の結晶欠陥を測定
した結果と、その結果から予想される前記欠陥の他の温
度での測定結果を比較して示す図。

【図６】本発明の測定原理をウェーハ断面の模式図を用
いて説明する説明図。

【符号の説明】

１ 半導体ウェーハ ２ ウェーハ載置部 ３ レーザ光 ４ 散乱光 ５ 検出装置 ６ レーザ発生装置 ７ ヒータ ８ 温度制御盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願2000−27770(P2000−27770) (32)優先日 平成12年２月４日(2000．2．4) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 藤浪 真紀子 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 白井 宏 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB06 AB07 AC01 AC12 BA10 BB01 CA04 CB05 DA01 EB05 EB09 EC01 EC02 FA03 4G077 AA02 BA04 CF10 GA02 GA06 HA12 4M106 AA01 AA10 CA19 CB19 DH12 DH32 DH44

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの表層に存在する結晶欠陥を非
   破壊的に測定する方法において、ウェーハの２以上の温
   度における散乱光の強度を測定することによりウェーハ
   の表面からの結晶欠陥の深さを測定することを特徴とす
   るウェーハの結晶欠陥測定方法。
2. 【請求項２】 １種のレーザにより散乱光の強度を測定
   することによりウェーハの表面からの結晶欠陥の深さを
   測定することを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ
   の結晶欠陥測定方法。
3. 【請求項３】 ウェーハを温度制御装置で２以上の温度
   に変えることを特徴とする、請求項１または２に記載の
   ウェーハの結晶欠陥測定方法。
4. 【請求項４】 ウェーハをヒータで加熱し、かつ、ヒー
   タの温度を変えることによりウェーハを２以上の温度に
   変えることを特徴とする、請求項１または２に記載のウ
   ェーハの結晶欠陥測定方法。
5. 【請求項５】 シリコンのバンドギャップよりも大きい
   エネルギーのレーザ光をウェーハの表面に斜めから入射
   することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に
   記載のウェーハの結晶欠陥測定方法。
6. 【請求項６】 シリコンのバンドギャップよりも大きい
   エネルギーのレーザ光を第１温度（Ｔ₁）のウェーハ表
   面に斜めから入射してウェーハ表面近傍に存在する結晶
   欠陥からの散乱光の強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と
   は異なる第２温度（Ｔ₂）のウェーハ表面に斜めから入
   射してウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの散乱
   光の強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）
   における二つの散乱光強度の違いに基づいて、ウェーハ
   表面からの結晶欠陥の深さを割り出すことを特徴とする
   ウェーハの結晶欠陥測定方法。
7. 【請求項７】 ウェーハがシリコンウェーハであること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のウ
   ェーハの結晶欠陥測定方法。
8. 【請求項８】 シリコンウェーハをウェーハ載置部に載
   置して、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネル
   ギーのレーザ光をウェーハ表面に斜めから入射し、表面
   近傍に存在する結晶欠陥からの散乱光を検出する装置に
   おいて、ウェーハ載置部にウェーハ用の温度制御装置を
   設けて、ウェーハの２以上の温度における散乱光の強度
   を測定する構成にしたことを特徴とするウェーハの結晶
   欠陥測定装置。
9. 【請求項９】 温度制御装置がウェーハ載置部に載置さ
   れているウェーハを加熱するヒータであることを特徴と
   する請求項８に記載のウェーハの結晶欠陥測定装置。
10. 【請求項１０】 ウェーハをヒータで加熱し、２以上の
    温度に変える構成にしたことを特徴とする請求項８また
    は９に記載のウェーハの結晶欠陥測定装置。
11. 【請求項１１】 ウェーハがシリコンウェーハであるこ
    とを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載
    のウェーハの結晶欠陥測定装置。
12. 【請求項１２】 被測定物の表層に存在する結晶欠陥を
    非破壊的に測定する方法において、被測定物の２以上の
    温度における散乱光の強度を測定することにより被測定
    物の表面からの結晶欠陥の深さを測定することを特徴と
    する被測定物の結晶欠陥測定方法。
13. 【請求項１３】 ウェーハの表層に存在する結晶欠陥を
    非破壊的に測定する方法において、ウェーハの２以上の
    温度における散乱光強度を測定することによりウェーハ
    の表層に存在する結晶欠陥の相対的寸法因子を求めるこ
    とを特徴とするウェーハの結晶欠陥測定方法。
14. 【請求項１４】 複数の相対的寸法因子を求めて結晶欠
    陥の寸法を比較することを特徴とする、請求項１３に記
    載のウェーハの結晶欠陥測定方法。
15. 【請求項１５】 シリコンのバンドギャップよりも大き
    いエネルギーのレーザ光を第１温度（Ｔ₁）のウェーハ
    表面に斜めから入射してウェーハ表面近傍に存在する結
    晶欠陥からの散乱光強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と
    は異なる第２温度（Ｔ₂）のウェーハ表面に斜めから入
    射してウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥からの散乱
    光強度を検出し、第１温度（Ｔ₁）と第２温度（Ｔ₂）に
    おける二つの散乱光強度の違いに基づいて、ウェーハ表
    層に存在する結晶欠陥の相対的寸法因子を求めることを
    特徴とするウェーハの結晶欠陥測定方法。
16. 【請求項１６】 複数の相対的寸法因子を求めて結晶欠
    陥の寸法を比較することを特徴とする、請求項１５に記
    載のウェーハの結晶欠陥測定方法。
17. 【請求項１７】 被測定物の表層に存在する結晶欠陥を
    非破壊的に測定する方法において、被測定物の２以上の
    温度における散乱光強度を測定することにより被測定物
    の表面からの結晶欠陥の深さを測定し、しかるのち、相
    対的寸法因子を求めることを特徴とする被測定物の結晶
    欠陥測定方法。
18. 【請求項１８】 ２以上の結晶欠陥の寸法を比較するこ
    とを特徴とする、請求項１７に記載のウェーハの結晶欠
    陥測定方法。
19. 【請求項１９】 シリコンウェーハをウェーハ載置部に
    載置して、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネ
    ルギーのレーザ光をウェーハ表面に斜めから入射し、表
    面近傍に存在する結晶欠陥からの散乱光を検出する装置
    において、ウェーハ載置部にウェーハ用の温度制御装置
    を設けて、ウェーハの２以上の温度における散乱光強度
    を測定し、それに基いて相対的寸法因子を求める構成に
    したことを特徴とするウェーハの結晶欠陥測定装置。
20. 【請求項２０】 ウェーハの表面にレーザ光を走査し
    て、ウェーハの表層に存在する欠陥を非破壊的に測定す
    る方法において、ウェーハの複数の温度のうち任意の１
    つの温度を選択して、その温度におけるレーザ光の侵入
    深さまでのウェーハの散乱光強度を測定することにより
    ウェーハの表層の所望の深さまでにおける結晶欠陥の個
    数を求めることを特徴とするウェーハの結晶欠陥測定方
    法。
21. 【請求項２１】 ２以上の選択温度で散乱光の強度を測
    定することによりウェーハの表層の所望の深さ領域にお
    ける結晶欠陥の個数を求めることを特徴とする、請求項
    ２０に記載のウェーハの欠陥測定方法。
22. 【請求項２２】 ウェーハを温度制御装置で温度制御
    し、かつ、２以上の温度を選択して、それらの２つの選
    択温度で散乱光の強度を測定することによりウェーハの
    表層の所望の深さ領域における結晶欠陥の個数を求める
    ことを特徴とする、請求項２０または２１に記載のウェ
    ーハの結晶欠陥測定方法。
23. 【請求項２３】 ウェーハをヒータで加熱し、かつ、ヒ
    ータの温度を変えることによりウェーハを２以上の温度
    に変えることを特徴とする、請求項２２に記載のウェー
    ハの結晶欠陥測定方法。
24. 【請求項２４】 シリコンのバンドギャップよりも大き
    いエネルギーのレーザ光をウェーハの表面に斜めから入
    射することを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか
    １項に記載のウェーハの結晶欠陥測定方法。
25. 【請求項２５】 第１温度（Ｔ₁）とそれよりも高温の
    第２温度（Ｔ₂）におけるウェーハ表面からの第１層と
    第２層の結晶欠陥の個数をそれぞれ測定し、それらの差
    を出すことにより第１層から第２層を除いた第３層にお
    ける結晶欠陥の個数を求めることを特徴とする請求項２
    ０〜２４のいずれか１項に記載のウェーハの結晶欠陥測
    定方法。
26. 【請求項２６】 ウェーハをウェーハ載置部に載置し
    て、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネルギー
    のレーザ光をウェーハ表面に斜めから入射し、表面近傍
    に存在する微小酸素析出物からの散乱光を検出する装置
    において、ウェーハ載置部にウェーハ用の温度制御装置
    を設け、ウェーハの温度を変化させ、かつ、ウェーハの
    複数の温度のうち任意の１つの温度を選択してその温度
    におけるウェーハの散乱光強度を測定することによりウ
    ェーハの表層における結晶欠陥の個数を求める構成にし
    たことを特徴とするウェーハの結晶欠陥測定装置。
27. 【請求項２７】 温度制御装置がウェーハ載置部に載置
    されているウェーハを加熱するヒータであることを特徴
    とする請求項２６に記載のウェーハの結晶欠陥測定装
    置。
28. 【請求項２８】 ウェーハが半導体シリコンウェーハで
    あることを特徴とする、請求項２６又は２７に記載のウ
    ェーハの結晶欠陥測定装置。