JP2920056B2 - 結晶欠陥観察装置および方法 - Google Patents

結晶欠陥観察装置および方法

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JP2920056B2
JP2920056B2 JP5323411A JP32341193A JP2920056B2 JP 2920056 B2 JP2920056 B2 JP 2920056B2 JP 5323411 A JP5323411 A JP 5323411A JP 32341193 A JP32341193 A JP 32341193A JP 2920056 B2 JP2920056 B2 JP 2920056B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスに用い
られる半導体結晶の表面近傍の欠陥を観察する装置およ
び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体結晶内の欠陥を観察する方
法としては、図6に示すように、レンズで集束した集束
レーザ光101を半導体結晶103内に入射させ、それ
によって結晶内の欠陥105から生じ、レーザ光の入射
面107とは反対側の透過面109まで透過した散乱光
成分のみをこの透過面側で集光して観察する透過法が知
られている。
【0003】また、図7に示すように、上述と同様にし
て集束レーザ光101を入射させるが、入射面107側
に戻ってくる散乱光成分のみを入射面側において観察す
る反射法も知られている。
【0004】さらに、図8に示すように、半導体結晶1
03を劈開して半導体結晶の入射面107にほぼ垂直な
劈開面111を形成し、その入射面107(または劈開
面111)から集束レーザ光を入射させ、その入射方向
に対しほぼ90°の方向に散乱される散乱光を入射面1
07とは異なる劈開面111(または入射面107)側
から観察する90°散乱による方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
6の透過法によれば、レーザ光の入射面107および透
過散乱光を観察する側の透過面109ともに鏡面状態
にしなければならないという課題がある。また、表面の
塵挨等による散乱光が同時に観察され、欠陥からの散乱
光の観察に悪影響を及ぼすという問題がある。
【0006】また、前記図7の反射法によれば入射面1
07の反射が強く、入射面のわずかな凹凸もそれによる
散乱光によって観察されてしまい、やはり内部欠陥の観
察に悪影響を及ぼす。
【0007】さらに、前記図8の90°散乱による方法
によれば、レーザ光を入射する入射面107あるいはそ
の反対側の透過面103での塵挨や表面欠陥による散乱
光105が入射面あるいは透過面と劈開面との交差する
エッジ部113で強い2次的散乱を生じ、これが迷光と
なって結晶表面近傍の像として強く現われ、結晶表面近
傍の内部欠陥の観察に悪影響を及ぼすという問題があ
る。
【0008】本発明の目的は、上述の従来技術の問題点
に鑑み、半導体結晶の表面近傍の内部欠陥を良好に観察
できる装置および方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】よって、本発明は、入射
面およびこれにほぼ直交する観察面を有する半導体結晶
の入射面の近傍に存する欠陥を観察する装置であって、
前記入射面に対しほぼ垂直な方向から前記入射面へ向け
て集光レンズで集束したレーザ光束を照射するレーザ照
射手段と、このレーザ光束により前記欠陥から生じる散
乱光を前記観察面を介して受光して欠陥の情報を得る観
察手段とを備え、該観察手段は、前記入射面において生
じる散乱光および前記入射面と前記観察面との交差する
エッジ部で生じる2次的散乱光を避けた前記入射面に対
して斜め下方において前記欠縮からの散乱光を受光し得
るように構成し、かつ前記観察手段の画像情報は、下部
の実像部分と上部の虚像部分とを受光してその境界線か
ら入射面の位置を決定して、入射面からの欠陥の深さを
観察するようにした結晶欠陥観察装置としたものであ
る。また、入射面およびこれにほぼ直交する観察面を有
する半導体結晶の入射面の近傍に存する欠陥を観察する
方法であって、前記入射面にほぼ垂直な方向から前記
射面へ向けて集光レンズで集束したレーザ光束を照射
し、このレーザ光束により欠陥から生じる散乱光を前記
観察面を介して受光して前記欠陥の情報を得、該受光
は、前記入射面において生じる散乱光および前記入射面
前記観察面との交差するエッジ部で生じる2次的散乱
光を避けた前記入射面に対して斜め下方において前記欠
縮からの散乱光を受光するようにし、かつ画像情報は、
下部の実像部分と上部の虚像部分を受光してその間の境
界線から入射面の位置を知って欠陥の深さを観察する方
法とした結晶欠陥観察方法としたものである。
【0010】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る結晶欠陥観察
装置を示す摸式図である。同図に示すように、この装置
は、入射面1およびこれにほぼ直交する観察面3を有す
る半導体結晶5の前記入射面1の近傍に存する欠陥25
を観察する装置であって、入射面1にほぼ垂直な方向か
ら入射面1へ向けてレンズで絞られた集束レーザ光7を
照射するレーザ照射手段9と、このレーザ光束7により
前記欠陥25から生じる散乱光を観察面3を介して受光
して前記欠陥25の情報を得る前記入射面に対して斜め
下方において観察する観察手段11とを備える。レーザ
照射手段9は、不図示のレーザ装置および集光レンズ1
9を有する。レーザ装置としては、例えば、波長が1.
06μmのYAGレーザを用いることができ、レーザ照
射手段9は、そのレーザ光束を直径6μm程度にまで集
光させて観察対象部分を照射するものである。観察手段
11は、入射面1において生じる散乱光およびそれに起
因して前記入射面1と観察面3とが交差するエッジ部1
3で生じる2次的散乱光を避けた所定の方向において前
記欠陥25からの散乱光を受光するものであり、顕微鏡
15およびテレビジョン・カメラ17を有する。半導体
結晶5としては、SiやGaAs等の半導体結晶が該当
する。
【0011】
【作用】上記の構成において、レーザ光束7が入射面1
へ向けて照射されると、図2に示すように、入射面1上
に存する塵挨や表面欠陥25により散乱光21を生じ、
前記散乱光21は結晶外部のあらゆる方向に進む。散乱
光21のうち、入射面1に沿って進んだ成分は、エッジ
部13で2次的散乱光23を生じるとともに、結晶内部
へは入射面1の法線に対する角度が結晶の屈折率で定ま
る所定の角度、例えば、屈折率が3.5のSi結晶の場
合は16.6°以内の範囲の方向へ進む。また、この角
度範囲の方向へ進む散乱光は通常、観察面3で全反射
し、外部へ出ることはない。一方、入射面1近傍の内部
欠陥25からの散乱光は、図3に示すように、360°
あらゆる方向へ進む。したがって、入射面1での散乱光
21やエッジ部13での2次的散乱光23を避けた方向
定める。観察手段11は上記の方向から観察面3を介
して内部欠陥25からの散乱光のみに基づく光情報をテ
レビジョン・カメラ17により画像データに変換する
このような、条件に合致する観察方向は比較的広い範囲
にあるため、観察方向を設定するための特別な機構や調
整は不要である。
【0012】上記の方法によれば、前記入射面1近傍を
観察面3に垂直な方向(真横)から観察した場合に比
べ、図1のように観察手段11は前記入射面に対して
め下方において前記欠縮からの散乱光を受光するように
してあるので、入射面1の位置を特定することができな
くなるから、表面欠陥25の観察はむずかしくなるよう
に思われる。しかし、図4に示すように、欠陥25から
の散乱光21の入射面1における反射による欠陥25の
虚像27も観察できることにより、例えば図5に示すよ
うな画像を得ることができる。これはレーザ光束7によ
り観察面3に平行なある断面を走査して観察することに
より得られるものである。この画像の上部は虚像部分2
9を示し、下部は実像部分31を示す。この場合、虚像
部分29と実像部分31は、その境界はテレビジョン・
カメラ17には映らないが、いずれが欠陥25でいずれ
が虚像27であるかは知ることができるので、虚像部分
29と実像部分31の関係から、その間の境界線33を
想定することができ、想定した境界線33から入射面1
部分を特定することができ、入射面1からの欠陥25の
深さを正確に知って、深さの分解能を向上させることが
できる。
【0013】
【発明の効果】本発明は、入射面およびこれにほぼ直交
する観察面を有する半導体結晶の入射面の近傍に存する
欠陥を観察する装置であって、前記入射面に対しほぼ垂
直な方向から前記入射面へ向けて集光レンズで集束した
レーザ光束を照射するレーザ照射手段と、このレーザ光
束により前記欠陥から生じる散乱光を前記観察面を介し
て受光して欠陥の情報を得る観察手段とを備え、該観察
手段は、前記入射面において生じる散乱光および前記
射面と前記観察面との交差するエッジ部で生じる2次的
散乱光を避けた前記入射面に対して斜め下方において前
記欠縮からの散乱光を受光し得るように構成し、かつ前
記観察手段の画像情報は、下部の実像部分と上部の虚像
部分とを受光してその境界線から入射面の位置を決定し
て、入射面からの欠陥の深さを観察するようにした結晶
欠陥観察装置としたものであるから、集光レンズ19で
集束したレーザ光束7を照射するので強力なレーザ光束
7とすることにより欠陥25の観察を良好に行え、観察
手段11は、入射面1において生じる散乱光21および
入射面1と観察面3との交差するエッジ部13で生じる
2次的散乱光23を避けた前記入射面に対して斜め下方
において前記欠縮25からの散乱光を受光し得るように
構成したので、入射面1において生じる散乱光21およ
びエッジ部13で生じる2次的散乱光23の影響を受け
ずに観察でき、このようにレーザ照射光軸に対し直角よ
り大きい角度で観察しても、観察手段11の画像情報
は、下部の実像部分31と上部の虚像部分29とを受光
してその間の境界線33を知るようにしたから、境界線
33より入射面1の位置を決定することができるので、
入射面1からの欠陥25の深さを正確に観察できる。ま
た、本発明は、入射面およびこれにほぼ直交する観察面
を有する半導体結晶の入射面の近傍に存する欠陥を観察
する方法であって、前記入射面にほぼ垂直な方向から
入射面へ向けて集光レンズで集束したレーザ光束を照
射し、このレーザ光束により欠陥から生じる散乱光を
観察面を介して受光して前記欠陥の情報を得、該受光
は、前記入射面において生じる散乱光および前記入射面
前記観察面との交差するエッジ部で生じる2次的散乱
光を避けた前記入射面に対して斜め下方において前記欠
縮からの散乱光を受光するようにし、かつ画像情報は、
下部の実像部分と上部の虚像部分を受光してその間の境
界線から入射面の位置を知って欠陥の深さを観察する方
法とした結晶欠陥観察方法としたから、集光レンズ19
で集束したレーザ光束7を照射するので強力なレーザ光
束7とすることにより欠陥25の観察を良好に行え、受
光は、入射面1において生じる散乱光21および入射面
1と観察面3との交差するエッジ部13で生じる2次的
散乱光23を避けた前記入射面に対して斜め下方におい
前記欠縮からの散乱光を受光するようにしたので良好
に受光でき、かつ画像情報は下部の実像部分31と上部
の虚像部分29を受光してその間の境界線33を知る方
法としたことから入射面1の位置を決定することがで
き、最も簡単な方法で、入射面1近傍の欠陥25の観察
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る結晶欠陥観察装置を
示す模式図。
【図2】 図1の装置における入射面およびエッジの欠
陥等による散乱光を示す模式図。
【図3】 図1の装置における入射面近傍の内部欠陥に
よる散乱光を示す模式図。
【図4】 図1の装置における入射面近傍の内部欠陥の
虚像が観察される様子を示す模式図。
【図5】 図1の装置により得られる入射面近傍の内部
欠陥の虚像および実像の観察像を示す模式図。
【図6】 従来の透過法による内部欠陥観察方法を示す
模式図。
【図7】 従来の反射法による内部欠陥観察方法を示す
模式図。
【図8】 従来の90°散乱の方法による内部欠陥観察
方法を示す摸式図。
【符号の説明】
1…入射面、3…観察面、5…半導体結晶、7…集束レ
ーザ光、9…レーザ照射手段、11…観察手段、13…
エッジ部、15…顕微鏡、17…テレビジョン・カメ
ラ、19…集光レンズ、21…散乱光、23…2次的散
乱光、25…内部の欠陥、27…虚像、29…虚像部
、31…実像部分、33…境界線。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射面およびこれにほぼ直交する観察面
    を有する半導体結晶の入射面の近傍に存する欠陥を観察
    する装置であって、前記入射面に対しほぼ垂直な方向
    前記入射面へ向けて集光レンズで集束したレーザ光束
    を照射するレーザ照射手段と、このレーザ光束により前
    記欠陥から生じる散乱光を前記観察面を介して受光して
    欠陥の情報を得る観察手段とを備え、該観察手段は、
    入射面において生じる散乱光および前記入射面と前記
    観察面との交差するエッジ部で生じる2次的散乱光を避
    けた前記入射面に対して斜め下方において前記欠縮から
    の散乱光を受光し得るように構成し、かつ前記観察手段
    の画像情報は、下部の実像部分と上部の虚像部分とを受
    光してその境界線から入射面の位置を決定して、入射面
    からの欠陥の深さを観察するようにした結晶欠陥観察装
    置。
  2. 【請求項2】 入射面およびこれにほぼ直交する観察面
    を有する半導体結晶の入射面の近傍に存する欠陥を観察
    する方法であって、前記入射面にほぼ垂直な方向から
    入射面へ向けて集光レンズで集束したレーザ光束を照
    射し、このレーザ光束により欠陥から生じる散乱光を
    観察面を介して受光して前記欠陥の情報を得、該受光
    は、前記入射面において生じる散乱光および前記入射面
    前記観察面との交差するエッジ部で生じる2次的散乱
    光を避けた前記入射面に対して斜め下方において前記欠
    縮からの散乱光を受光するようにし、かつ画像情報は、
    下部の実像部分と上部の虚像部分を受光してその間の境
    界線から入射面の位置を知って欠陥の深さを観察する方
    法とした結晶欠陥観察方法。
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