JP2916321B2 - Method for detecting internal defects in multilayer semiconductor substrate, etc. - Google Patents

Method for detecting internal defects in multilayer semiconductor substrate, etc.

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JP2916321B2
JP2916321B2 JP4092362A JP9236292A JP2916321B2 JP 2916321 B2 JP2916321 B2 JP 2916321B2 JP 4092362 A JP4092362 A JP 4092362A JP 9236292 A JP9236292 A JP 9236292A JP 2916321 B2 JP2916321 B2 JP 2916321B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、多層構造を有する半
導体ウエハ等の多層半導体基板の内部欠陥を、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
層半導体基板等における内部欠陥の検出方法および装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is a multi the internal defects of the multi-layer semiconductor substrate such as a semiconductor wafer having a multilayer structure, and illuminated with laser light or the like is detected by observing the scattered light, etc.
The present invention relates to a method and an apparatus for detecting an internal defect in a layer semiconductor substrate or the like .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、Si結晶の多層構造を有する半導
体ウエハ等の各層内の欠陥を観察する方法としては、波
長1800nmのレーザ光を、そのビーム径を拡げてウ
エハに照射してその散乱光を観察する方法(T.Oga
wa,Lu Taijingand K.Toyod
a,Jpn.J.Appl.Phys.30(199
1)L1393)、Arレーザ等の固定波長のレーザを
ウエハに入射し、その反射光を観察する方法(E.F.
Steigmeier and H.Auderse
t,Applied Physics A,(199
0)531)等が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for observing defects in each layer of a semiconductor wafer or the like having a multi-layered structure of Si crystals, a laser beam having a wavelength of 1800 nm is irradiated on the wafer by expanding the beam diameter and scattered light. Method of observing (T. Oga
wa, Lu Taijingand K.C. Toyod
a, Jpn. J. Appl. Phys. 30 (199
1) L1393), a method of irradiating a laser having a fixed wavelength such as an Ar laser on a wafer and observing the reflected light (EF.
Steigmeier and H.S. Auderse
t, Applied Physics A, (199
0) 531) and the like are known.

【0003】また、従来公知の特開平4−24541号
公報の第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)。
FIG. 4 of the conventionally known Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 4-24541 shows that the wavelength of a laser beam to be incident is appropriately selected so that the laser beam is incident on an object made of gallium arsenide. The depth can be controlled, and due to such characteristics, when measuring the internal defect of the test object composed of gallium arsenide,
For example, it is described that when a laser beam having a wavelength of about 900 nm is used, the laser beam incident from the front surface of the test object can be sufficiently attenuated near the rear surface (the sixth column, upper right column, lines 13 to 6). (See the 11th line in the lower left column of the sheet).

【0004】また、特開平2−16438号公報、特開
平4−95861号公報、特開平2−190749号公
報、特開昭58−106444号公報、特開昭63−2
12911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。
Further, JP-A-2-16438, JP-A-4-95861, JP-A-2-190974, JP-A-58-106444, JP-A-63-2
JP-A-12911, JP-A-3-238348, and JP-A-4-26845 also describe techniques substantially similar to the above-mentioned publications.

【0005】一方、このような欠陥の観察に用いられる
顕微鏡における自動焦点機構においては、顕微鏡側から
レーザ光をウエハに照射し、その反射光を観察する方法
が用いられている。また、特定のパターンを投影し、そ
の像を観察することによって焦点を合わせる方法も知ら
れている。
On the other hand, in an automatic focusing mechanism in a microscope used for observing such a defect, a method of irradiating a laser beam to a wafer from the microscope side and observing a reflected light thereof is used. There is also known a method of projecting a specific pattern and focusing by observing the image.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前記公知公報に記載さ
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
検物体特に多層半導体基板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。
The technique described in the above-mentioned publication is a technique for controlling the depth at which a laser beam is incident on a test object by appropriately selecting the wavelength of the laser beam to be incident. According to this technique, however, as shown in FIG. 4 of JP-A-4-24541, the absorption coefficient k of gallium arsenide hardly changes up to a wavelength of around 870 nm, and sharply decreases to 900 nm exceeding 870 nm. I do. Therefore, it is not possible to observe a defect very close to the surface of the test object, for example, near 1 μm by distinguishing the defect from the surface defect only by selecting the wavelength. In order to detect defects on the surface of a test object, especially near the surface of a multilayer semiconductor substrate , by distinguishing the defects on the surface, instead of applying the absorption characteristics of the incident laser beam, surface defects and internal defects of the laser beam are used. What is necessary is just to apply the change characteristic of the scattered intensity from.

【0007】また、前記反射光を観察する焦点合せの方
法においては、レーザ光軸に対するウエハ法線の傾きが
±5゜程度以内でなければ焦点を合わせることができな
いという問題がある。また、前記投影像を観察する焦点
合せ方法においては、これを積極的に傾けた試料に適用
するには特別の機構を必要とする。すなわち、パターン
を観察したい場所に投影してしまうと、焦点合せ後、パ
ターンがその後の計測に邪魔になるので、その対策が必
要になる。
In the focusing method for observing the reflected light, there is a problem that focusing cannot be performed unless the inclination of the wafer normal to the laser optical axis is within about ± 5 °. Further, in the focusing method for observing the projected image, a special mechanism is required to apply the method to a sample that is positively tilted. In other words, if the pattern is projected on the place to be observed, the pattern will interfere with the subsequent measurement after focusing, so that a countermeasure is required.

【0008】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点に鑑み、多層構造を有する半導体ウエハ等の多層半
導体基板等における内部欠陥の検出を、欠陥が存在する
各層の位置や深さを特定して検出できるようにしたもの
ある。
[0008] The present invention has been made in view of such problems of the prior art, multi-layered half, such as a semiconductor wafer having a multilayer structure
That the detection of internal defects in the conductor substrate or the like, and can be detected by specifying the position and depth of each layer defect exists
It is.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手投】よって、本発明は、多層
半導体基板に所定のレーザビームを入射させ、それによ
って生じる多層半導体基板からの光情報を観察光学系で
得て、得られた光情報に基づいて多層半導体基板の表面
欠陥及び内部欠陥を検出する方法において、表面及び界
面での反射光の干渉によって大きな反射率を生ずる波長
(λ2,λ4,…)と小さな反射率を生ずる波長(λ
1,λ3,…)のうち、反射率の大きな波長(λ2,λ
4,…)のうちいずれか1つのレーザ光を用いて多層
半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱像を検出し、反射
率の小さな波長(λ1,λ3,…)のうちいずれか1
つのレーザ光を用いて多層半導体基板内部の欠陥からの
散乱像を検出し、これらの両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区別する多層半導体基板
等における内部欠陥の検出方法としたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a multi-layer semiconductor substrate having a predetermined laser beam incident thereon, and the resulting optical information from the multi-layer semiconductor substrate obtained by an observation optical system. In a method for detecting a surface defect and an internal defect of a multilayer semiconductor substrate based on information, wavelengths (λ2, λ4,...) At which a large reflectance is generated due to interference of reflected light at the surface and interface and wavelengths at which a small reflectance ( λ
, Λ3,...), The wavelength (λ2, λ
4, ...) using any one of the laser beams of the detected scattered image from dust挨and scratches multilayer semiconductor substrate surface, any of the small wavelength of the reflectance (.lambda.1, [lambda] 3, ...) 1
Detects scattered images from defects inside the multilayer semiconductor substrate using two laser beams, and compares these two scattered images to distinguish between surface defects and internal defects. Method.

【0010】また、前記反射率の大きな波長(λ2,λ
4,…)及び反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)
は、波長可変レーザ装置から発せられたものである多層
半導体 基板等における内部欠陥の検出方法としたもので
ある。
Also,The wavelength having a large reflectance (λ2, λ
4,...) And wavelengths with small reflectance (λ1, λ3,...)
Is from a tunable laser devicemultilayer
semiconductor Method for detecting internal defects in substrates, etc.With
is there.

【0011】また、入射レーザビームを、多層半導体基
内におけるその屈折光が所定の小さな横断面を有する
ようにすると共に、その屈折光によって生じる散乱像
を、その屈折光の光軸と所定の角度を有して略交差する
光軸上において顕微鏡により得、得られた散乱像に含ま
れる欠陥像の多層半導体基板における深さ位置をその欠
陥像が存在する前記顕微鏡視野内位置に基づいて特定す
ることを、入射レーザビームで多層半導体基板を二次元
的に走査しながら行うことを特徴とする多層半導体基板
等における内部欠陥の検出方法としたものである。
[0011] Further, the incident laser beam is applied to a multilayer semiconductor substrate.
The refracted light in the plate has a predetermined small cross section, and a scattered image generated by the refracted light is placed on an optical axis that substantially intersects the optical axis of the refracted light at a predetermined angle on a microscope. two obtained, that identified based the depth position in the multi-layer semiconductor substrate of a defect image included in the obtained scattering image on the microscope visual field position where the defect image is present, the multi-layer semiconductor substrate with an incident laser beam by Multi-layer semiconductor substrate characterized in that scanning is performed two-dimensionally
And the like for detecting internal defects .

【0012】また、入射光によって生じる光情報とし
て、散乱光によるものの他、欠陥からの光を分光して得
られる蛍光によるものを含む多層半導体基板等における
内部欠陥の検出方法としたものである。
In addition, the optical information generated by the incident light includes not only scattered light but also fluorescent light obtained by dispersing light from a defect .
This is a method for detecting an internal defect .

【0013】また、多層半導体基板に所定のレーザビー
ムを入射させ、それによって生じる多層半導体基板から
の光情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づい
て多層半導体基板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装
置において、照明手段は、表面及び界面での反射光の干
渉によって生ずる大きな反射率の波長(λ2,λ4,
…)と小さな反射率の波長(λ1,λ3,…)を有する
ものであり、画像データを得る手段は、前記反射率の大
きな波長(λ2,λ4,…)のうちのいずれか1つを用
いて表面の塵挨や傷からの散乱像データを検出し、前記
反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)のうちのいずれ
か1つを用いて内部の欠陥からの散乱像データを各波長
ごとに得て比較するものである多層半導体基板等におけ
る内部欠陥の検出装置としたものである。
Further, a predetermined laser beam is incident on the multilayer semiconductor substrate, optical information generated from the multilayer semiconductor substrate by the observation optical system is obtained, and a surface defect or a surface defect of the multilayer semiconductor substrate is obtained based on the obtained optical information. Is a device for detecting internal defects, wherein the illuminating means comprises a wavelength (λ2, λ4, λ2, λ4) of a large reflectance caused by interference of reflected light on the surface and the interface.
...) and the wavelength of a small reflectivity (.lambda.1, having [lambda] 3, ...)
Are those, means for obtaining the image data, a large wavelength (λ2, λ4, ...) of the reflectivity to detect the scattered image data from the surface of the dust挨and scratches by using any one of the A multi-layer semiconductor substrate or the like which obtains and compares scattered image data from internal defects for each wavelength using any one of wavelengths (λ1, λ3,...) having a small reflectance. Of the present invention is a device for detecting an internal defect.

【0014】また、多層半導体基板はSi結晶の多層構
造を有するウエハであり、反射率の大きな波長(λ2,
λ4,…)と反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)
波長は400〜2000nmの範囲内である多層半導体
基板等における内部欠陥の検出方法としたものである。
The multi-layer semiconductor substrate is a wafer having a multi-layer structure of Si crystal, and has a wavelength (λ2,
.lambda.4, ...) and a multilayer semiconductor small wavelengths (.lambda.1 reflectance, the wavelength of [lambda] 3, ...) is in the range of 400~2000nm
This is a method for detecting an internal defect in a substrate or the like .

【0015】また、観察光学系は、光情報として、散乱
光によるものの他、欠陥からの光を分光して蛍光をも得
るものである多層半導体基板等における内部欠陥の検出
装置としたものである。
The observation optical system detects internal defects in a multi-layer semiconductor substrate or the like which obtains fluorescence by spectrally dispersing light from defects, in addition to light information based on scattered light.
It is a device .

【0016】[0016]

【作用】多層半導体基板の表面および内部における光情
報をそれぞれ比較的多く発生させる大きな反射率の波長
(λ2,λ4,…)のうちのいずれか1つと小さな反射
率の波長(λ1,λ3,…)のうちのいずれか1つを
層半導体基板に入射させると、反射率の大きな波長λ
2,λ4,…に起因する散乱光には、表面に存在する欠
陥からの光情報が内部に存在する欠陥からの光情報より
も多く含まれ、反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)
に起因する散乱光には内部に存在する欠陥からの光情報
が表面に存在する欠陥からの光情報よりも多く含まれる
ことになる。したがって、各入射光毎にそれによって発
生する光情報を得、これら双方の光情報を比較して、例
えば反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)によって得
られる光情報から反射率の大きな波長(λ2,λ4,
…)によって得られる光情報を取り除くことにより、真
に内部に存在する欠陥のみが検出できる。
One of the wavelengths (.lambda.2, .lambda.4,...) Having a large reflectivity and relatively small wavelengths (.lambda.1, .lambda.3,. If any are incident one multi <br/> layer semiconductor substrate of a), large wavelength λ of reflectance
The scattered light due to 2, λ4, ... Contains more light information from defects present on the surface than light information from defects inside, and wavelengths with small reflectance (λ1, λ3,.
In the scattered light due to the above, light information from a defect existing inside contains more light information than light information from a defect existing on the surface. Therefore, for each incident light, the optical information generated thereby is obtained, and these two optical information are compared, for example, the wavelength of the large reflectance is obtained from the optical information obtained by the wavelength (λ1, λ3,...) Of the small reflectance. (Λ2, λ4,
..), It is possible to detect only a defect that is truly inside.

【0017】本発明の他の態様においては、入射レーザ
ビームを多層半導体基板に入射させると、多層半導体基
内におけるその屈折光は所定の小さな横断面を有する
ため、その屈折光が照明する多層半導体基板内の領域
は、光軸に沿った直線状の、あるいは平面状等の領域と
なる。したがって、この領域を、その屈折光の光軸と所
定の角度を有して交差する光軸上において前記顕微鏡に
より観察する場合、顕微鏡の視野内における散乱像の各
部分の深さはその視野内における位置と対応することに
なる。したがって、視野内の欠陥像は、その視野内位置
としての深さの情報とともに検出される。
In another aspect of the present invention, when the incident an incident laser beam on the multilayer semiconductor substrate, the multilayer semiconductor base
Since the refracted light in the plate has a predetermined small cross section, the area in the multilayer semiconductor substrate illuminated by the refracted light is a linear or planar area along the optical axis. Therefore, when this region is observed by the microscope on an optical axis intersecting the optical axis of the refracted light at a predetermined angle, the depth of each part of the scattered image in the visual field of the microscope is within the visual field. Will correspond to the position in. Therefore, the defect image in the visual field is detected together with the information on the depth as the position in the visual field.

【0018】なお、本発明のさらに他のあるいはより詳
細な特徴、目的、作用効果等は、以下の実施例を通じて
明らかにされる。
Further, still other or more detailed features, objects, effects, and the like of the present invention will be clarified through the following embodiments.

【0019】[0019]

【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る欠陥検出装
置の概略的な構成図である。図に示すようにこの装置
は、観察用のレーザ光101を出力するレーザ装置10
3、レーザ光101を多層半導体基板105に照射する
ための集光レンズ107、照射レーザ光101に起因す
多層半導体基板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、その拡大散乱像を光電変
換してその散乱像(蛍光、正反射光)の画像信号を得る
ための撮像素子111、多層半導体基板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を
多層半導体基板105上に投影する投影手段113、
層半導体基板105をその法線(多層半導体基板105
の面と垂直の線)と顕微鏡109の光軸とがなす角度θ
が5〜35゜となるように保持し、不図示の駆動手段に
より移動されるステージ115を備える。顕微鏡109
は対物レンズ117および結像レンズ119を有する。
投影手段113は、空間変調素子パターン121、光源
123、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、ならびに、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を備える。空間変調素子パターン121は投光用
レンズ131の焦点面に配置される。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a defect detection apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , this device is a laser device 10 for outputting a laser beam 101 for observation.
3, the microscope 109 a condenser lens 107 for irradiating the laser beam 101 on the multilayer semiconductor substrate 105 receives the scattered light from the multilayer semiconductor substrate 105 due to the irradiated laser beam 101, to expand its scattering image, the enlarged An image sensor 111 for photoelectrically converting the scattered image to obtain an image signal of the scattered image (fluorescence, specular reflection light) , and a pattern used for focusing the microscope 109 on the multilayer semiconductor substrate 105 are described.
Projection means 113 for projecting onto a multilayer semiconductor substrate 105, a multi
The normal layer semiconductor substrate 105 (multilayer semiconductor substrate 105
Between the optical axis of the microscope 109 and a line perpendicular to the plane of
And a stage 115 that is moved by a driving unit (not shown). Microscope 109
Has an objective lens 117 and an imaging lens 119.
The projection means 113 includes a spatial modulation element pattern 121, a light source 123, a convex lens 125 for irradiating the light emitted from the light source 123 to the spatial modulation element pattern 121, a diffusion plate 127 and a convex lens 129, and a space illuminated thereby.
A light projection lens 131 and a half mirror 133 for forming an image of the modulation element pattern 121 at the focal position of the microscope 109 are provided. The spatial modulation element pattern 121 is arranged on the focal plane of the light projecting lens 131.

【0020】図2は、図1の装置による多層半導体基板
105の観察原理を説明するための原理図である。図
中、201は前記撮像素子111と結像レンズ119を
含むTVカメラ観察系であり、これと対物レンズ117
とにより観察系を構成する。図1の対物レンズ117は
平行ビームとなって結像レンズ119に入るようにして
あるが、図2の対物レンズ117は絞ってTVカメラ観
察系201に入るように記載されている。多層半導体基
105表面の法線、観察系の光軸、および入射レーザ
ビーム101の光軸は同一平面内に含まれ、かつ多層半
導体基板105と入射レーザビーム101の光軸とがな
す角度βは10〜60゜、その屈折光の光軸と多層半導
体基板105の法線とがなす角度αはほぼ16゜に設定
される。TVカメラ観察系201の視野203は、多層
半導体基板105の層1b〜4bの各層の深さに対応さ
せて計測領域1a〜4aが区切られている。
FIG. 2 is a principle diagram for explaining the principle of observing the multilayer semiconductor substrate 105 by the apparatus shown in FIG. In the figure, reference numeral 201 denotes a TV camera observation system including the image pickup device 111 and the image forming lens 119, and the TV camera observation system 201 and the objective lens 117.
These form an observation system. The objective lens 117 of FIG.
So that it becomes a parallel beam and enters the imaging lens 119
However, the objective lens 117 shown in FIG.
It is described so as to enter the observation system 201. Multilayer semiconductor base
Normal of the plate 105 surface, the optical axis of the observation system, and the optical axis of the incident laser beam 101 is contained in the same plane, and the multilayer half
Angle β is 10-60 ° formed between the optical axis of the incident laser beam 101 and the conductive substrate 105, the refracted light optical axis and the multilayer semiconductor
The angle α formed by the normal to the body substrate 105 is set to approximately 16 °. The field of view 203 of the TV camera observation system 201 is a multilayer
The measurement areas 1a to 4a are divided according to the depth of each of the layers 1b to 4b of the semiconductor substrate 105.

【0021】この構成において、欠陥を検出するために
は、まず、焦点合せ用の空間変調素子パターン121
像を多層半導体基板105上に投影し、空間変調素子パ
ターン121の投影像のコントラストが計測領域2aと
3aの中間において最大になるようにステージ115位
置を制御する。次に、対物レンズ117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を所定の距離移動させる。次に、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に対応する位置に位置
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1b〜
4bに対応し、したがって、観察系の焦点深度が多層半
導体基板105における各層1b〜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。
[0021] In this configuration, in order to detect defects, first, by projecting an image of the spatial modulation element pattern 121 for focusing on the multilayer semiconductor substrate 105, the spatial modulation element Pas
The position of the stage 115 is controlled so that the contrast of the projected image of the turn 121 is maximized between the measurement areas 2a and 3a. Next, the stage 115 is moved by a predetermined distance so that the focal position of the objective lens 117 corresponds to the depth position of the boundary between the layers 2b and 3b. Next, the position of the laser beam 101 is adjusted so that the focal point 205 of the laser beam 101 is located at a position corresponding to the measurement areas 1a, 2a, 3a, and 4a, which are desired detection target layers. As a result, the measurement areas 1a to 4a in the visual field 203 become the layers 1b to
Corresponding to 4b, therefore, the depth of focus of the observation system is multi-layered and a half
As long as the layers 1b to 4b on the conductive substrate 105 are covered, an image of a defect or the like in the visual field 203 can be obtained together with information on the layer where the defect exists. The depth of field in this case is, for example, about 40 μm when the magnification of the observation system is 20 ×, and about 15 μm when the magnification of the observation system is 50 ×. Also,
The projection of the spatial modulation element pattern 121 stops when it becomes unnecessary so as not to hinder observation. Spatial modulation
This is not the case when a pattern having no pattern that hinders observation is used as the element pattern 121 .

【0022】また、多層半導体基板105を移動させな
いときは視野203は固定され、視野203を越える範
の検出はできないが、視野203を越える範囲の検出
を行うために、レーザビーム101を多層半導体基板
05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、多層半導体基板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、
層半導体基板105の、例えば、200×200×16
μm程度の立体領域をラスタ・スキャン的に走査する。
これにより、その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。
Also, do not move the multilayer semiconductor substrate 105.
In such a case, the field of view 203 is fixed, and the area beyond the field of view 203 cannot be detected. However, in order to detect the area beyond the field of view 203, the laser beam 101 is applied to the multilayer semiconductor substrate 1.
With reciprocating in a direction perpendicular to the maximum inclination direction of 05, by moving in parallel a multilayer semiconductor substrate 105 at its maximum inclination direction, as shown in FIG. 3, multi
For example, 200 × 200 × 16 of the layer semiconductor substrate 105
A three-dimensional area of about μm is scanned in a raster scan manner.
As a result, a scattered image of a defect in that region can be obtained together with information on the depth position indicating which of the measurement regions 1a to 4a has been detected.

【0023】図4はこの検出における分解能を説明する
ための説明図である。同図に示すように、レーザビーム
101による走査における各走査線間の間隔によって規
定される多層半導体基板105の表面方向の分解能を約
0.4μm、レーザビーム101の多層半導体基板10
5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。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the resolution in this detection. As shown in the drawing, the resolution in the surface direction of the multilayer semiconductor substrate 105 defined by the interval between each scanning line in the scanning by the laser beam 101 is about 0.4 μm, and the multilayer semiconductor substrate 10 of the laser beam 101
Assuming that the refraction angle α at 5 is about 16 °, the resolution in the depth direction is about 1.4 μm.

【0024】図5は本発明の他の実施例に係る欠陥検出
方法を示す模式図である。ここではレーザ装置として、
色素レーザやTiサファイヤレーザ等の波長可変レーザ
を用い、それが発する光束101をコリメータ301を
介して拡大して多層半導体基板105に照射する。そし
てTVカメラ観察系201の視野内における計測領域の
区分は、レーザビームは細くないのでできない。また、
多層半導体基板105面の法線方向はTVカメラ観察系
201の光軸方向と一致させた方がよい。それ以外は、
図1の場合と同様の構成である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a defect detection method according to another embodiment of the present invention. Here, as a laser device,
A tunable laser such as a dye laser or a Ti sapphire laser is used, and a light beam 101 emitted from the laser is expanded via a collimator 301 and irradiated onto a multilayer semiconductor substrate 105. And the division of the measurement area in the visual field of the TV camera observation system 201 cannot be performed because the laser beam is not thin . Also,
Normal direction of the multi-layer semiconductor substrate 105 surface is better-matched with the optical axis of the TV camera observation system 201. Other than that,
The configuration is similar to that of FIG.

【0025】図6は、多層半導体基板105として用い
られる、Si結晶の多層構造を有するSOI(Sili
con on Insulator)構造ウエハの断面
図である。このウエハはSi基板401、その上に形成
された厚さ0.2μmの酸化膜(SiO 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。
FIG. 6 shows an SOI (Sili) which has a multilayer structure of Si crystal and is used as a multilayer semiconductor substrate 105.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer having a “con on insulator” structure. This wafer has a Si substrate 401, an oxide film (SiO 2 ) layer 403 having a thickness of 0.2 μm formed thereon,
And a 1 μm-thick Si layer 405 formed thereon.

【0026】この構成において、欠陥を検出するに際
し、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4
05およびSiO 層403に局在する欠陥を検出する
ので、焦点位置をさら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カメラ観察
系201の視野と一致するように照射して観察を行う。
In this configuration, when detecting a defect, the focus of the observation system is adjusted to the surface of the wafer in the same manner as described above. However, here, the Si layer 4 within the depth of focus is
Since the defect located in the layer 05 and the SiO 2 layer 403 is detected, there is no need to further adjust the focal position. And
The observation is performed by irradiating the laser beam 101 such that the irradiation area coincides with the visual field of the TV camera observation system 201.

【0027】図7はレーザビームを前記ウエハに照射し
たときの様子を示す説明図である。同図(a)はウエハ
表面での反射率が大きい場合を示し、同図(b)はこれ
が小さい場合を示す。また、各図(a)および(b)の
左側のグラフは入射強度Iの入射レーザビーム101
による屈折光の光強度Iのウエハ深さDに対する変化を
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。
FIG. 7 is an explanatory view showing a state when a laser beam is irradiated on the wafer. FIG. 7A shows a case where the reflectance on the wafer surface is large, and FIG. 7B shows a case where the reflectance is small. The graphs on the left side of each of FIGS. 7A and 7B show the incident laser beam 101 having an incident intensity I 0.
5 is a graph showing a change in the light intensity I of refracted light with respect to a wafer depth D due to the above. Note that a curve 509 is an attenuation curve due to absorption.

【0028】同図に示すように、入射レーザ光101
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≒3.5のSi結晶)とSiO 層40
3(屈折率≒1.5)表面(界面)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,…)は、同7図(a)に示すように、
Si層405とSiO 層403との境界にある欠陥5
05からの散乱光507の強度は小さく、反射率が小さ
な場合(λ1,λ3,…)は、同図(b)に示すよう
に、逆に大きくなる。
As shown in FIG.
Separates the reflected light 501 and the refracted light 503 from the wafer surface (Si crystal having a refractive index of 3.5) and the SiO 2 layer 40.
8 (refractive index ≒ 1.5), the reflectivity R on the wafer surface becomes larger in accordance with the wavelength λ of the laser light than in the case of a wafer containing only a Si crystal due to the interference of the reflected light on the surface ( interface ). Fluctuates in a large range as shown in FIG. When the reflectance is large (λ2, λ4, ...) , As shown in FIG.
Defect 5 at the boundary between the Si layer 405 and the SiO 2 layer 403
In the case where the intensity of the scattered light 507 from the light source 05 is small and the reflectance is small (λ1, λ3, ...) , The intensity increases as shown in FIG.

【0029】したがって、反射率の低い波長λ1,λ
3,…のレーザ光101を用いて層405、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,…のレーザ光を用いてウエハ表面の塵挨や
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
よる反射強度の振動は、波長400nm以上において観
察される。したがって、層内部には波長400〜200
0nm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200〜650n
m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。
Therefore, the wavelengths λ1, λ with low reflectivity
3, ... with a laser beam 101 layers effectively detect and 405,403 scattered images from internal defects, high wavelength λ2 reflectance, .lambda.4, ... dust挨and scratches on the wafer surface by using a laser beam The scattered image from is mainly detected. Then, by comparing these scattered images, surface defects and internal defects are clearly distinguished. Further, as shown in FIG. 8, the oscillation of the reflection intensity due to the interference is observed at a wavelength of 400 nm or more. Therefore, a wavelength of 400 to 200 is provided inside the layer.
Since the light having a wavelength of 0 nm is sufficiently incident, the internal defect is observed using a laser beam in this wavelength range. On the other hand, the light having a wavelength of less than 400 nm does not enter the inside of the layer.
Surface defects may be observed using laser light of m or ordinary light, and internal defects and surface defects may be distinguished.

【0030】なお、レーザビームの波長を変化させる代
わりに、図9に示すように、波長λのレーザ光801、
2次高調波発生素子(KDP)803を介して波長λ/
2(=400〜1300nm)の基本波と波長んの二次
高調波の混合光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。
Instead of changing the wavelength of the laser beam, as shown in FIG.
The wavelength λ / via the second harmonic generation element (KDP) 803
2 (= 400 to 1300 nm) as a mixed light 805 of the fundamental wave and the second harmonic of the wavelength, which is incident on the wafer,
The scattered light from the surface defect and the internal defect may be imaged using another observation system as scattered light of the fundamental wave and the second harmonic, respectively.

【0031】図10はこのようにして得られる散乱像の
一例を示す。ただし、多層半導体基板105であるウエ
ハとしては、Si層405の厚さが1μm、SiO
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エッチングされてい
ない面11であるが、他の半分はエッチングにより内部
欠陥のビット13を露出させたエッチングされた面14
としたものを用いている。図10(a)は波長940n
mのレーザ光による内部散乱像が顕著に現れた500μ
m四方の視野の様子を示し、同図(b)は波長1000
nm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はエッチング
されていない面11に対応し、部分14aはエッチング
された面14に対応する。図10(b)においては、部
分11aにおいてエッチングされていない面11上の塵
挨の像が現われており、部分14aではエッチングされ
た面11上の微小な無数のビット像が現われている。図
10(a)の部分11aおよび14aにおいては、表面
の微小なビット像は現われず、表面の大きなごみや傷お
よび内部欠陥が無数に現われている。
FIG. 10 shows an example of a scattered image obtained in this manner. However, for the wafer that is the multilayer semiconductor substrate 105, the thickness of the Si layer 405 is 1 μm, and the thickness of the SiO 2 layer 403 is 0.4 to 0.5 μm. As shown in FIG. The unetched surface 11 as it is, but the other half is the etched surface 14 exposing the bit 13 of the internal defect by etching.
Is used. FIG. 10A shows a wavelength of 940n.
500 μm in which an internal scattered image due to the laser light of m
The figure shows the state of a visual field of m squares, and FIG.
The view of the field of view of the same portion where the surface scattered image by the laser light of nm is remarkably appeared is shown. Portion 11a corresponds to unetched surface 11, and portion 14a corresponds to etched surface 14. In FIG. 10 (b), an image of dust on the unetched surface 11 appears in the portion 11a, and countless minute bit images on the etched surface 11 appear in the portion 14a. In the portions 11a and 14a of FIG. 10A, a minute bit image of the surface does not appear, and a large number of large dusts, scratches and internal defects on the surface appear.

【0032】図12は、このウエハにおける入射光の波
長λに対する反射率Rおよび散乱強度Sの変化を示すグ
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の変化、曲
線157は実測による内部欠陥からの散乱強度の変化
を示している。図12から、波長940nm近辺のレー
ザ光を用いると、表面に影響されずに内部欠陥が検出さ
れ、波長1000nm近辺のレーザ光を用いると、内部
に影響されずに表面欠陥が検出されることが分かる。
FIG. 12 is a graph showing changes in the reflectance R and the scattering intensity S with respect to the wavelength λ of the incident light on the wafer. In the figure, a curve 151 indicates a change in reflectance R by calculation, a curve 153 indicates a change in reflectance R by actual measurement, and a curve 1
Numeral 55 indicates a change in the scattering intensity S from the surface defect by actual measurement, and a curve 157 indicates a change in the scattering intensity S from the internal defect by actual measurement. From FIG. 12, it can be seen that the laser near the wavelength of 940 nm
Using the light, internal defects can be detected without being affected by the surface.
When laser light with a wavelength of around 1000 nm is used,
It can be seen that a surface defect is detected without being affected by the above .

【0033】図13(a)および(b)は別の多層半導
体基板105の同じ場所を、その内部まで到達する波長
1000nm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。
FIGS. 13A and 13B show another multilayer semiconductor device.
A 500 μm square view when observing the same place on the body substrate 105 with a laser beam having a wavelength of 1000 nm reaching the inside thereof and a laser beam having a wavelength of 451 nm is shown. By comparing the two, a scattered image from an internal defect can be recognized.

【0034】図14に示すように、多層半導体基板10
5が、表面に微細横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
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1
85は、何ら問題を生じない。
As shown in FIG. 14, the multilayer semiconductor substrate 10
5, when a wafer such that it has a fine Yokozo on the surface, portions thereof microstructure is present therewith as a layer of equivalent thickness is present, internal defects and surface in the same manner Defects can be observed. However, in this case, in order to prevent the diffracted light due to the fine structure from entering the observation optical system and making the internal defect 505 unobservable, an empty space for blocking the diffracted light 183 is provided in the observation optical system.
An intermediate filter (mask) 181 is provided. Specular reflection 1
85 does not cause any problem.

【0035】図15〜17はそれぞれ、本発明のさらに
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
ザ光によって多層半導体基板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。
FIGS. 15 to 17 are schematic diagrams each showing a configuration of a defect detection apparatus according to still another embodiment of the present invention. These apparatuses detect defects inside and on the surface of the multilayer semiconductor substrate 105 using laser light having a wavelength of 400 to 2000 nm, and detect surface defects using laser light having a wavelength of 200 to 650 nm.

【0036】図15の装置においては、レーザビーム1
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を介して観察系の光路に導入され、対物
レンズ117を経て多層半導体基板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。
In the apparatus shown in FIG.
Numeral 01 has a beam diameter enlarged by a concave lens 163, is converted into parallel light by a collimator lens 161 and is introduced into an optical path of an observation system via a half mirror 171 to irradiate the multilayer semiconductor substrate 105 via an objective lens 117. As described above, the specular reflection image of the surface defect and the specular reflection image of the internal defect are changed by changing the wavelength of the laser beam 101, and the objective lens 117, the imaging lens 119, and the image sensor 111
, And as an electric signal.

【0037】図16の装置においては、波長λ1と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を用いて多層半導体基板105を照明
し、その正反射光をダイクロイックミラー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
により多層半導体基板105表面を結像レンズ119お
よび撮像素子111を経て観察するとともに、波長λ2
成分により、多層半導体基板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。
In the apparatus shown in FIG. 16, the wavelengths λ1 and λ2
The multilayer semiconductor substrate 105 is illuminated with the laser beam 101 obtained by mixing the laser light of the above through a half mirror 169, and the specularly reflected light is divided into a wavelength λ1 component and a λ2 component by a dichroic mirror 173, and is divided by the wavelength λ1 component. While observing the surface of the multilayer semiconductor substrate 105 through the imaging lens 119 and the image sensor 111, the wavelength λ2
The specular reflection image from the inside of the multilayer semiconductor substrate 105 is observed through the imaging lens 165 and the image sensor 167 according to the components.

【0038】図17の装置においては、レーザビーム1
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の周辺部を介して多層半導体基板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。
In the apparatus shown in FIG.
01 is blocked by the mask 175, and only the light beam in the peripheral portion is reflected by the mirror 177 and the objective lens 11.
Irradiation is performed on the multilayer semiconductor substrate 105 through the peripheral portion 7, and a regular reflection image is obtained through the central portion of the objective lens 117. Others are the same as the case of FIG.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明は、多層半導体基板に所定のレー
ザビームを入射させ、それによって生じる多層半導体基
板からの光情報を観察光学系で得て、得られた光情報に
基づいて多層半導体基板の表面欠陥及び内部欠陥を検出
する方法において、表面及び界面での反射光の干渉によ
って大きな反射率を生ずる波長(λ2,λ4,…)と
さな反射率を生ずる波長(λ1,λ3,…)のうち、反
射率の大きな波長(λ2,λ4,…)のうちいずれか1
つのレーザ光を用いて多層半導体基板表面の塵挨や傷か
らの散乱像を検出し、反射率の小さな波長(λ1,λ
3,…)のうちいずれか1つのレーザ光を用いて多層半
導体基板内部の欠陥からの散乱像を検出し、これらの両
散乱像を比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥と
を区別する多層半導体基板等における内部欠陥の検出方
法としたものであるから、図7(a)(b)に示すよう
に、入射レーザ光101は反射光501と屈折光503
とに分離するが、多層半導体基板のときは、ウエハ表面
と界面での反射光の干渉によって、反射率Rは、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,…)は、
7図(a)に示すように、界面での欠陥505からの散
乱光507の強度は小さく、反射率が小さな場合(λ
1,λ3,…)は、7図(b)に示すように、界面での
欠陥505からの散乱光507の強度は逆に大きくなる
から、反射率の小さい波長(λ1,λ3,…)のうちの
いずれか1つのレーザ光101で内部の欠陥からの散乱
像を有効に検出し、反射率の大きい波長(λ2,λ4,
…)のうちのいずれか1つのレーザ光を用いてウエハ表
面の塵挨や傷からの散乱像を有効に検出でき、これらの
両散乱像を比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥
とを明確に区別できる。また、前記反射率の大きな波長
(λ2,λ4,…)及び反射率の小さな波長(λ1,λ
3,…)は、波長可変レーザ装置から発せられたもので
あるから、容易に得ることができる。また、入射レーザ
ビームを、多層半導体基板内におけるその屈折光が所定
の小さな横断面を有するようにすると共に、その屈折光
によって生じる散乱像を、その屈折光の光軸と所定の角
度を有して略交差する光軸上において顕微鏡により得、
得られた散乱像に含まれる欠陥像の多層半導体基板にお
ける深さ位置をその欠陥像が存在する前記顕微鏡視野内
位置に基づいて特定することを、入射レーザビームで多
層半導体基板を二次元的に走査しながら行うことを特徴
とする多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法と
したものであるから、その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ることができる。ま
た、多層半導体基板に所定のレーザビームを入射させ、
それによって生じる多層半導体基板からの光情報を観察
光学系で得て、得られた光情報に基づいて多層半導体基
板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装置において、照
明手段は、表面及び界面での反射光の干渉によって生ず
る反射率の大きな波長(λ2,λ4,…)と反射率の小
さな波長(λ1,λ3,…)を振動する反射強度であ
り、画像データを得る手段は、反射率の大きな波長(λ
2,λ4,…)のうちのいずれか1つのレーザ光を用い
て多層半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱像を検出
し、反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)のうちのい
ずれか1つのレーザ光を用いて多層半導体基板内部の欠
陥からの散乱像を検出するものである多層半導体基板等
における内部欠陥の検出装置としたものであるから、前
記方法の場合と同様の効果を期待できるほか、比較的簡
単な装置で、多層半導体基板等における表面と内部の欠
陥を検出できる。
According to the present invention, a predetermined laser beam is incident on a multi-layer semiconductor substrate, optical information generated from the multi-layer semiconductor substrate is obtained by an observation optical system, and the multi-layer semiconductor substrate is obtained based on the obtained optical information. small a method for detecting surface defects and internal defects, the wavelength resulting large reflectance by the interference of the reflected light on the surface and interface (λ2, λ4, ...) and
Out of the wavelengths (λ1, λ3,...) That produce a small reflectance , one of the wavelengths (λ2, λ4,.
Scattered images from dust and scratches on the surface of the multilayer semiconductor substrate are detected using two laser beams, and wavelengths having small reflectance (λ1, λ
The scattering image from the defect inside the multilayer semiconductor substrate is detected by using any one of the laser lights of (3,...), And by comparing the two scattering images, the surface defect and the internal defect are distinguished. As shown in FIGS. 7A and 7B, the incident laser light 101 is reflected light 501 and refracted light 503 as shown in FIGS.
However, in the case of a multi-layer semiconductor substrate, the reflectance R fluctuates in a large width as shown in FIG. 8 according to the wavelength λ of the laser light due to interference of the reflected light at the wafer surface and the interface. When the reflectance is large (λ2, λ4, ...),
As shown in FIG. 7A, when the intensity of the scattered light 507 from the defect 505 at the interface is small and the reflectance is small (λ
1), the intensity of the scattered light 507 from the defect 505 at the interface increases as shown in FIG. 7B, so that the wavelength (λ1, λ3,. Scattered images from internal defects are effectively detected by any one of the laser beams 101, and wavelengths (λ2, λ4,
…)) Can be used to effectively detect scattered images from dust and scratches on the wafer surface using any one of the laser beams. By comparing these two scattered images, surface defects and internal defects can be determined. Can be clearly distinguished. Further, the wavelengths with large reflectance (λ2, λ4,...) And the wavelengths with small reflectance (λ1, λ4,.
3,...) Are emitted from the wavelength tunable laser device and can be easily obtained. In addition, the incident laser beam is formed so that the refracted light in the multilayer semiconductor substrate has a predetermined small cross section, and a scattered image generated by the refracted light has a predetermined angle with the optical axis of the refracted light. Obtained by a microscope on an optical axis substantially intersecting
Specifying the depth position of the defect image included in the obtained scattered image on the multilayer semiconductor substrate based on the position in the microscope field of view where the defect image exists is two-dimensionally scanning the multilayer semiconductor substrate with the incident laser beam. Since the method is a method for detecting an internal defect in a multi-layer semiconductor substrate or the like, which is performed while scanning, a depth position indicating in which of the measurement areas 1a to 4a the scattered image of the defect in that area is detected. Information can be obtained. Also, a predetermined laser beam is incident on the multilayer semiconductor substrate,
In an apparatus that obtains optical information generated from the multilayer semiconductor substrate by an observation optical system and detects a surface defect or an internal defect of the multilayer semiconductor substrate based on the obtained optical information, an illuminating unit includes a surface and an interface. Are the reflection intensities that oscillate at wavelengths (λ2, λ4,...) Having a large reflectance and wavelengths (λ1, λ3,...) Having a small reflectance caused by the interference of the reflected light. Large wavelength (λ
2, .lambda.4,...), A scattered image from dust or scratches on the surface of the multi-layer semiconductor substrate is detected by using one of the laser beams, and the wavelength (λ1, .lambda.3,. Since the present invention is a device for detecting an internal defect in a multilayer semiconductor substrate or the like which detects a scattered image from a defect inside the multilayer semiconductor substrate using any one of the laser beams, the same effect as in the above-described method is obtained. In addition, it is possible to detect surface and internal defects in a multilayer semiconductor substrate or the like with a relatively simple device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る欠陥検出装置の概略
的構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a defect detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置による多層半導体基板の観察原理
を説明するための原理図である。
FIG. 2 is a principle diagram for explaining a principle of observing a multilayer semiconductor substrate by the apparatus of FIG. 1;

【図3】 図1の装置において多層半導体基板をラスタ
・スキャン的に走査する様子を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a multilayer semiconductor substrate is scanned in a raster scan manner in the apparatus of FIG. 1;

【図4】 図1の装置による検出における分解能を説明
するための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining resolution in detection by the device of FIG. 1;

【図5】 本発明の他の実施例に係る欠陥検出方法を示
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a defect detection method according to another embodiment of the present invention.

【図6】 図5の装置において多層半導体基板として用
いられる、Si結晶の多層構造を有するSOI構造ウエ
ハの断面図である。
6 is a cross-sectional view of an SOI structure wafer having a multilayer structure of a Si crystal, which is used as a multilayer semiconductor substrate in the apparatus of FIG.

【図7】 図5の装置においてレーザビームをウエハに
照射したときの様子を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view showing a state when a laser beam is irradiated on a wafer in the apparatus shown in FIG. 5;

【図8】 図6に示すようなウエハの表面での反射率
が、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、大きな幅で変動する様子を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing that the reflectance on the surface of the wafer as shown in FIG. 6 fluctuates in a larger range according to the wavelength λ of the laser beam than in the case of a wafer containing only Si crystals.

【図9】 波長んのレーザ光を、2次高調波発生素子を
介して波長λ/2の基本波と波長λの二次高調波の混合
光とする様子を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing how laser light having a wavelength is mixed light of a fundamental wave having a wavelength of λ / 2 and a second harmonic having a wavelength of λ via a second harmonic generation element.

【図10】 図5の装置において図11のウエハを観察
した場合に得られる散乱像の一例を示す模式図である。
10 is a schematic diagram showing an example of a scattered image obtained when observing the wafer of FIG. 11 in the apparatus of FIG.

【図11】 図10の散乱像が得られたウエハを示す模
式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing a wafer on which the scattered image of FIG. 10 is obtained.

【図12】 図11のウエハにおける入射光の波長λに
対する反射率Rおよび散乱強度Sの変化を示すグラフで
ある。
12 is a graph showing changes in reflectance R and scattering intensity S with respect to the wavelength λ of incident light on the wafer of FIG.

【図13】 図5の装置において別の多層半導体基板
観察したときの様子を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing a state when another multilayer semiconductor substrate is observed in the apparatus of FIG. 5;

【図14】 多層半導体基板が表面に微細構造を有する
ようなウエハである場合において欠陥を観察する様子を
示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a state in which defects are observed when the multilayer semiconductor substrate is a wafer having a fine structure on the surface.

【図15〜17】 本発明のさらに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。
FIGS. 15 and 17 are schematic views showing a configuration of a defect detection apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…レーザ光、103…レーザ装置、105…多層
半導体基板、107…集光レンズ、109…顕微鏡、1
11…撮像素子、113…投影手段、115…ステー
ジ、117…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、12
9…凸レンズ、127…拡散板、131…投光用レン
ズ、133…ハーフミラー、163…凹レンズ、161
…コリメータレンズ、167…撮像素子、169…ハー
フミラー、171…ハーフミラー、173…ダイクロイ
ックミラー、175…マスク、177…ミラー、183
…回折光、181…フィルタ(マスク)、185…正反
射光、201…TVカメラ観察系、203…視野、1b
〜4b…層、1a〜4a…計測領域、301…コリメー
タ、401…Si基板、403…酸化膜(SiO2)
層、405…Si層、501…反射光、503…屈折
光、505…欠陥、507…散乱光、801…波長λの
レーザ光、803…2次高調波発生素子、805…混合
光。
101 laser light, 103 laser device, 105 multilayer
Semiconductor substrate , 107: condenser lens, 109: microscope, 1
11 image pickup device, 113 projecting means, 115 stage, 117 objective lens, 119 imaging lens, 121
... spatial modulation element pattern, 123 ... light source, 125, 12
9: convex lens, 127: diffusion plate, 131: light projecting lens, 133: half mirror, 163: concave lens, 161
... Collimator lens, 167 ... Imaging element, 169 ... Half mirror, 171 ... Half mirror, 173 ... Dichroic mirror, 175 ... Mask, 177 ... Mirror, 183
... Diffraction light, 181 ... Filter (mask), 185 ... Specular reflection light, 201 ... TV camera observation system, 203 ... Field of view, 1b
44b layer, 1a〜4a measurement area, 301 collimator, 401 Si substrate, 403 oxide film (SiO 2)
Layer: 405: Si layer, 501: Reflected light, 503: Refracted light, 505: Defect, 507: Scattered light, 801: Laser light of wavelength λ, 803: Second harmonic generation element, 805: Mixed light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−2684(JP,A) 特開 平3−238348(JP,A) 特開 平4−24541(JP,A) 特開 平2−16438(JP,A) 特開 昭63−213810(JP,A) 特開 平2−109749(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/84 - 21/90 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-2684 (JP, A) JP-A-3-238348 (JP, A) JP-A-4-24541 (JP, A) JP-A-2- 16438 (JP, A) JP-A-63-213810 (JP, A) JP-A-2-109749 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 21/84-21 / 90

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多層半導体基板に所定のレーザビームを
入射させ、それによって生じる多層半導体基板からの光
情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づいて多
層半導体基板の表面欠陥及び内部欠陥を検出する方法に
おいて、表面及び界面での反射光の干渉によって大きな
反射率を生ずる波長(λ2,λ4,…)と小さな反射率
を生ずる波長(λ1,λ3,…)のうち、反射率の大き
な波長(λ2,λ4,…)のうちいずれか1つのレー
ザ光を用いて多層半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱
像を検出し、反射率の小さな波長(λ1,λ3,…)の
うちいずれか1つのレーザ光を用いて多層半導体基板
内部の欠陥からの散乱像を検出し、これらの両散乱像を
比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥とを区別す
る多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法。
1. A predetermined laser beam is made incident on a multilayer semiconductor substrate, optical information generated from the multilayer semiconductor substrate is obtained by an observation optical system, and surface defects and surface defects of the multilayer semiconductor substrate are determined based on the obtained optical information. In the method of detecting internal defects, large interference is caused by interference of reflected light on the surface and interface.
Wavelengths (λ2, λ4, ...) that produce reflectance and small reflectance
The resulting wavelength (λ1, λ3, ...) of the scattering image from dust挨and scratches multilayer semiconductor substrate surface using any one of a laser beam of a large wave reflectivity (λ2, λ4, ...) detecting the small wavelength (λ1, λ3, ...) of the reflectivity to detect the scattered image of the interior of the defective multilayer semiconductor substrate using any one of a laser beam of, comparing these two scattering image A method for detecting internal defects in a multi-layer semiconductor substrate or the like that distinguishes between surface defects and internal defects.
【請求項2】 請求項1において、前記反射率の大きな
波長λ2,λ4,…及び反射率の小さな波長λ
1,λ3,…)は、波長可変レーザ装置から発せられた
ものである多層半導体基板等における内部欠陥の検出方
2. The method according to claim 1, wherein the reflectance is large.
Wavelength ( λ2, λ4,... ) And wavelength ( λ
1, λ3, ... ) is a method for detecting internal defects in a multilayer semiconductor substrate or the like emitted from a wavelength tunable laser device.
Law .
【請求項3】 請求項1において、入射レーザビーム
を、多層半導体基板内におけるその屈折光が所定の小さ
な横断面を有するようにすると共に、その屈折光によっ
て生じる散乱像を、その屈折光の光軸と所定の角度を有
して略交差する光軸上において顕微鏡により得、得られ
た散乱像に含まれる欠陥像の多層半導体基板における深
さ位置をその欠陥像が存在する前記顕微鏡視野内位置に
基づいて特定することを、入射レーザビームで多層半導
体基板を二次元的に走査しながら行うことを特徴とする
多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法
3. The method according to claim 1, wherein the incident laser beam is formed such that the refracted light in the multilayer semiconductor substrate has a predetermined small cross section, and a scattered image generated by the refracted light is converted into light of the refracted light. Obtained by a microscope on an optical axis substantially intersecting with the axis at a predetermined angle, and the depth position of the defect image included in the obtained scattered image in the multilayer semiconductor substrate in the field of view of the microscope where the defect image exists that identified based on a multilayer semiconductor at incident laser beam
It is performed while scanning the body substrate two-dimensionally
A method for detecting internal defects in a multilayer semiconductor substrate or the like .
【請求項4】 請求項1において、入射光によって生じ
る光情報として、散乱光によるものの他、欠陥からの光
を分光して得られる蛍光によるものを含む多層半導体基
板等における内部欠陥の検出方法
4. The multilayer semiconductor substrate according to claim 1, wherein the optical information generated by the incident light includes not only scattered light but also fluorescent light obtained by dispersing light from a defect.
A method for detecting internal defects in plates and the like .
【請求項5】 多層半導体基板に所定のレーザビームを
入射させ、それによって生じる多層半導体基板からの光
情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づいて多
層半導体基板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装置に
おいて、照明手段は、表面及び界面での反射光の干渉に
よって生ずる大きな反射率の波長(λ2,λ4,…)と
小さな反射率の波長(λ1,λ3,…)を有するもので
あり、画像データを得る手段は、前記反射率の大きな波
長(λ2,λ4,…)のうちのいずれか1つを用いて表
面の塵挨や傷からの散乱像データを検出し、前記反射率
の小さな波長(λ1,λ3,…)のうちのいずれか1つ
を用いて内部の欠陥からの散乱像データを各波長ごとに
得て比較するものである多層半導体基板等における内部
欠陥の検出装置。
5. A multi-layer semiconductor substrate is irradiated with a predetermined laser beam, optical information generated from the multi-layer semiconductor substrate is obtained by an observation optical system, and a surface defect or a surface defect of the multi-layer semiconductor substrate is obtained based on the obtained optical information. Is a device for detecting an internal defect, wherein the illuminating means is provided with wavelengths (λ2, λ4,...) Of large reflectivity caused by interference of reflected light on the surface and the interface.
Wavelength of small reflectivity (λ1, λ3, ...) those having a
There, means for obtaining the image data, a large wavelength (λ2, λ4, ...) of the reflectance by using any one of detecting the scattered image data from dust挨and scratches on the surface, the reflectance For detecting internal defects in a multi-layer semiconductor substrate or the like, which obtains and compares scattered image data from internal defects for each wavelength using one of the smaller wavelengths (λ1, λ3,...). .
【請求項6】 請求項1において、多層半導体基板はS
i結晶の多層構造を有するウエハであり、反射率の大き
な波長(λ2,λ4,…)と反射率の小さな波長(λ
1,λ3,…)の波長は400〜2000nmの範囲内
である多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法
6. The multilayer semiconductor substrate according to claim 1, wherein
A wafer having a multi-layer structure of i-crystals and having a large reflectance
Wavelengths (λ2, λ4,...) And wavelengths (λ
1, [lambda] 3, ... method of detecting internal defects in a multilayer semiconductor substrate such as a wavelength in the range of 400~2000nm of).
【請求項7】 請求項5において、観察光学系は、光情
報として、散乱光によるものの他、欠陥からの光を分光
して蛍光をも得るものである多層半導体基板等における
内部欠陥の検出装置
7. The multi-layer semiconductor substrate or the like according to claim 5, wherein the observation optical system obtains fluorescence by dispersing light from a defect as well as scattered light as optical information .
Internal defect detection device .
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