JP3267551B2 - 多層半導体等における欠陥の検出方法 - Google Patents
多層半導体等における欠陥の検出方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層半導体ウエハ等の
被検物体の内部欠陥を、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方法に関するものである。
被検物体の内部欠陥を、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方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来公知の特開平４−２４５４１号公報の
第９図には、縦断面が長四角である半導体ウエハからな
る被検物体にレーザビームを入射させ、それによって生
じる前記被検物体からの散乱光による散乱像を顕微鏡を
介して得、これに基づいて前記被検物体の表面および内
部の欠陥を検出する方法において、前記レーザビームの
入射光軸は一側上方から被検物体の表面に対して斜めに
入射して被検物体内を他側下方に向けて屈折光の光軸と
なって進むようにし、前記顕微鏡は他側上方から前記被
検物体を観察するように配置した構成について記載され
ている。
第９図には、縦断面が長四角である半導体ウエハからな
る被検物体にレーザビームを入射させ、それによって生
じる前記被検物体からの散乱光による散乱像を顕微鏡を
介して得、これに基づいて前記被検物体の表面および内
部の欠陥を検出する方法において、前記レーザビームの
入射光軸は一側上方から被検物体の表面に対して斜めに
入射して被検物体内を他側下方に向けて屈折光の光軸と
なって進むようにし、前記顕微鏡は他側上方から前記被
検物体を観察するように配置した構成について記載され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記公知の特開平４−
２４５４１号公報に記載されたものは、被検物体内の欠
陥の観察できるが、被検物体が本願の図６のような多層
構造の場合は、欠陥がどの層に属するかの観察ができな
い難点がある。
２４５４１号公報に記載されたものは、被検物体内の欠
陥の観察できるが、被検物体が本願の図６のような多層
構造の場合は、欠陥がどの層に属するかの観察ができな
い難点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】よって、本願は、縦断面
が長四角である多層半導体ウエハからなる被検物体１０
５をステージ１１５上に表面が上となるように保持さ
せ、前記被検物体１０５にレーザビーム１０１を入射さ
せ、それによって生じる前記被検物体１０５からの散乱
光による散乱像を顕微鏡１０９を介して得、これに基づ
いて前記被検物体１０５の表面および内部の欠陥を検出
する方法において、前記被検物体１０５の法線１０６と
前記顕微鏡１０９の観察光軸１０８と前記レーザビーム
１０１の入射光軸１１０との夫々が同一面内にあるよう
に配置し、かつ前記レーザビーム１０１の入射光軸１１
０は被検物体１０５の一側上方から被検物体１０５の表
面に対して斜めに入射して被検物体１０５内を他側下方
に向けて屈折光１０４の光軸１０２となって進むように
し、前記顕微鏡１０９は前記法線１０６方向または被検
物体１０５の他側上方から前記被検物体１０５を観察す
るように配置して、前記顕微鏡１０９により前記屈曲光
１０４による欠陥の散乱像を表面から裏面まで全体的に
観察するようにし、前記レーザビーム１０１は表面及び
界面での反射光の干渉によって大きな反射率を生じる波
長（λ2 、λ4 、…) と小さな反射率を生じる波長（λ
1 、λ3 、…) のうち、反射率の大きな波長（λ2 、λ
4 、…）のうちのいずれか一つのレーザ光を用いてウエ
ハ表面の塵埃や傷からの散乱像を主体に検出し、反射率
の小さな波長（λ1 、λ3 、…）のうちのいずれか一つ
のレーザビーム１０１を用いて内部の欠陥からの散乱像
を検出するようにした多層半導体等における欠陥の検出
方法としたものである。
が長四角である多層半導体ウエハからなる被検物体１０
５をステージ１１５上に表面が上となるように保持さ
せ、前記被検物体１０５にレーザビーム１０１を入射さ
せ、それによって生じる前記被検物体１０５からの散乱
光による散乱像を顕微鏡１０９を介して得、これに基づ
いて前記被検物体１０５の表面および内部の欠陥を検出
する方法において、前記被検物体１０５の法線１０６と
前記顕微鏡１０９の観察光軸１０８と前記レーザビーム
１０１の入射光軸１１０との夫々が同一面内にあるよう
に配置し、かつ前記レーザビーム１０１の入射光軸１１
０は被検物体１０５の一側上方から被検物体１０５の表
面に対して斜めに入射して被検物体１０５内を他側下方
に向けて屈折光１０４の光軸１０２となって進むように
し、前記顕微鏡１０９は前記法線１０６方向または被検
物体１０５の他側上方から前記被検物体１０５を観察す
るように配置して、前記顕微鏡１０９により前記屈曲光
１０４による欠陥の散乱像を表面から裏面まで全体的に
観察するようにし、前記レーザビーム１０１は表面及び
界面での反射光の干渉によって大きな反射率を生じる波
長（λ2 、λ4 、…) と小さな反射率を生じる波長（λ
1 、λ3 、…) のうち、反射率の大きな波長（λ2 、λ
4 、…）のうちのいずれか一つのレーザ光を用いてウエ
ハ表面の塵埃や傷からの散乱像を主体に検出し、反射率
の小さな波長（λ1 、λ3 、…）のうちのいずれか一つ
のレーザビーム１０１を用いて内部の欠陥からの散乱像
を検出するようにした多層半導体等における欠陥の検出
方法としたものである。
【０００５】
【実施例】本発明の半導体等における内部欠陥の検出方
法を実施しうる装置につき説明すると、図１において、
１０３はレーザ装置であり、該レーザ装置１０３よりの
レーザビーム１０１は、ウエハ表面とSiO２層表面での
反射光の干渉によって、レーザ光の波長λに応じ大きな
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 、…) を生じるように構成さ
れ、レーザビーム１０１を被検物体１０５に集束して照
射するための集光レンズ１０７と、レーザビーム１０１
に起因する被検物体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と、その拡大散乱像を光電
変換してその散乱像の画像信号を得るための撮像素子１
１１と、被検物体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の像を被検物体１０５上
に投影する投影手段１１３と、被検物体１０５をその法
線１０６と顕微鏡１０９の光軸１０８がなす角度θが５
〜３５度となるように保持し、図示していない駆動手段
により移動されるステージ１１５を備える。
法を実施しうる装置につき説明すると、図１において、
１０３はレーザ装置であり、該レーザ装置１０３よりの
レーザビーム１０１は、ウエハ表面とSiO２層表面での
反射光の干渉によって、レーザ光の波長λに応じ大きな
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 、…) を生じるように構成さ
れ、レーザビーム１０１を被検物体１０５に集束して照
射するための集光レンズ１０７と、レーザビーム１０１
に起因する被検物体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と、その拡大散乱像を光電
変換してその散乱像の画像信号を得るための撮像素子１
１１と、被検物体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の像を被検物体１０５上
に投影する投影手段１１３と、被検物体１０５をその法
線１０６と顕微鏡１０９の光軸１０８がなす角度θが５
〜３５度となるように保持し、図示していない駆動手段
により移動されるステージ１１５を備える。
【０００６】なお、前記顕微鏡１０９は、対物レンズ１
１７および結像レンズ１１９とを有する。また、前記投
影手段１１３は、空間変調素子パターン１２１と、光源
１２３と、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、並びに、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とを備える。空間変調素子パターン１２１はハー
フミラー１３３の焦点面に配置される。前記被検物体１
０５は傾斜している。
１７および結像レンズ１１９とを有する。また、前記投
影手段１１３は、空間変調素子パターン１２１と、光源
１２３と、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、並びに、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とを備える。空間変調素子パターン１２１はハー
フミラー１３３の焦点面に配置される。前記被検物体１
０５は傾斜している。
【０００７】
【作用】つぎに観測の作用を述べる。図２は図１の装置
による被検物体１０５の観察原理を説明する原理図であ
る。図中、２０１は図１の撮像素子１１１と結像レンズ
１１９を含むＴＶカメラであり、ＴＶカメラ２０１と対
物レンズ１１７とにより観察系を構成する。被検物体１
０５の法線１０６と、観察系の光軸１０８と、レーザビ
ーム１０１の光軸１１０は、縦の同一面内にあるように
配置され、かつ被検物体１０５と該被検物体１０５の一
側上方よりのレーザビーム１０１の光軸１１０とがなす
角度βは１０〜６０°、前記レーザビーム１０１が被検
物体１０５内で屈折するレーザビーム１０１の屈曲光１
０４の光軸１０２と被検物体１０５の法線１０６とがな
す角度αは略１６°の傾斜になるようにする。この屈折
光１０４を、被検物体１０５の他側にθ角度傾斜してい
るＴＶカメラ２０１で観察すると、その視野２０３は、
図２の取出図のように、被検物体１０５の層１ｂ、２
ｂ、３ｂ、４ｂの各層の深さに対応した計測領域１ａ、
２ａ、３ａ、４ａに区切られて観察できるようになる。
による被検物体１０５の観察原理を説明する原理図であ
る。図中、２０１は図１の撮像素子１１１と結像レンズ
１１９を含むＴＶカメラであり、ＴＶカメラ２０１と対
物レンズ１１７とにより観察系を構成する。被検物体１
０５の法線１０６と、観察系の光軸１０８と、レーザビ
ーム１０１の光軸１１０は、縦の同一面内にあるように
配置され、かつ被検物体１０５と該被検物体１０５の一
側上方よりのレーザビーム１０１の光軸１１０とがなす
角度βは１０〜６０°、前記レーザビーム１０１が被検
物体１０５内で屈折するレーザビーム１０１の屈曲光１
０４の光軸１０２と被検物体１０５の法線１０６とがな
す角度αは略１６°の傾斜になるようにする。この屈折
光１０４を、被検物体１０５の他側にθ角度傾斜してい
るＴＶカメラ２０１で観察すると、その視野２０３は、
図２の取出図のように、被検物体１０５の層１ｂ、２
ｂ、３ｂ、４ｂの各層の深さに対応した計測領域１ａ、
２ａ、３ａ、４ａに区切られて観察できるようになる。
【０００８】この状態で、図１に戻って説明すると、ま
ず、光源１２３をオンにし、凸レンズ１２５と拡散板１
２７および凸レンズ１２９を介して空間変調素子パター
ン１２１に照射し、焦点合わせ用のパターン１２１の像
を被検物体１０５上に投影する。つぎに、空間変調素子
パターン１２１の投影像のコントラストが前記計測領域
２ａと３ａの中間において最大になるようにステージ１
１５を制御する。つぎに、この焦点位置が層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
を所定の距離縦移動させる。つぎに、レーザ装置１０３
からのレーザビーム１０１の集光点２０５（図２）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〜４
ａは層１ｂ〜４ｂに対応し、したがって、観察系の焦点
深度が被検物体１０５における各層１ｂー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。
ず、光源１２３をオンにし、凸レンズ１２５と拡散板１
２７および凸レンズ１２９を介して空間変調素子パター
ン１２１に照射し、焦点合わせ用のパターン１２１の像
を被検物体１０５上に投影する。つぎに、空間変調素子
パターン１２１の投影像のコントラストが前記計測領域
２ａと３ａの中間において最大になるようにステージ１
１５を制御する。つぎに、この焦点位置が層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
を所定の距離縦移動させる。つぎに、レーザ装置１０３
からのレーザビーム１０１の集光点２０５（図２）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〜４
ａは層１ｂ〜４ｂに対応し、したがって、観察系の焦点
深度が被検物体１０５における各層１ｂー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。
【０００９】また、視野２０３を越える範囲での検出を
行うために、レーザビーム１０１を被検物体１０５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、被検物体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、被検物体１０５
の、例えば、２００×２００×１６μｍ程度の立体領域
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。
行うために、レーザビーム１０１を被検物体１０５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、被検物体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、被検物体１０５
の、例えば、２００×２００×１６μｍ程度の立体領域
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。
【００１０】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
定される被検物体１０５の表面方向の分解能を約０．４
μｍ、レーザビーム１０１の被検物体１０５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。この深さ方向の分解能は、表面方向の分
解能を向上させれば１μｍ程度まで向上させることがで
きる。
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
定される被検物体１０５の表面方向の分解能を約０．４
μｍ、レーザビーム１０１の被検物体１０５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。この深さ方向の分解能は、表面方向の分
解能を向上させれば１μｍ程度まで向上させることがで
きる。
【００１１】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、
波長可変レーザである色素レーザとか Titサファイヤレ
ーザ等を用い、それが発するレーザビーム１０１をコリ
メータ３０１を介して拡大して被検物体１０５に照射す
る。この場合は、ＴＶカメラ２０１の視野内における計
測領域の区分は不要である。また、被検物体１０５面の
法線方向はＴＶカメラ２０１の光軸方向と一致させる。
それ以外は図１の場合と同様の構成である。
方法を示す模式図である。ここではレーザ装置として、
波長可変レーザである色素レーザとか Titサファイヤレ
ーザ等を用い、それが発するレーザビーム１０１をコリ
メータ３０１を介して拡大して被検物体１０５に照射す
る。この場合は、ＴＶカメラ２０１の視野内における計
測領域の区分は不要である。また、被検物体１０５面の
法線方向はＴＶカメラ２０１の光軸方向と一致させる。
それ以外は図１の場合と同様の構成である。
【００１２】図６は、被検物体１０５として用いられ
る。Si結晶の多層構造を有するSOI(Silicon on Insulat
or) 構造ウエハの断面図である。このウエハはSi基板４
０１、その上に形成された厚さ 0.2μｍの酸化膜（SiO
２）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。
る。Si結晶の多層構造を有するSOI(Silicon on Insulat
or) 構造ウエハの断面図である。このウエハはSi基板４
０１、その上に形成された厚さ 0.2μｍの酸化膜（SiO
２）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。
【００１３】この構成において、欠陥を検出するには、
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４０５
およびSiO２層４０３に局在する欠陥を検出しようとす
るので、焦点位置を更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２０
１の視野と一致するように照射して観察を行う。
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４０５
およびSiO２層４０３に局在する欠陥を検出しようとす
るので、焦点位置を更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２０
１の視野と一致するように照射して観察を行う。
【００１４】図７はレーザビーム１０１を前記ウエハに
照射したときの様子を示した説明図である。図７(a) は
ウエハ表面での反射率が大きい場合を示し、図７(b) は
これが小さい場合を示す。また、図７(a) および図７
(b) の左側のグラフは入射強度１o のレーザビーム１０
１による屈折光の光強度１のウエハ深さＤに対る変化を
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。
照射したときの様子を示した説明図である。図７(a) は
ウエハ表面での反射率が大きい場合を示し、図７(b) は
これが小さい場合を示す。また、図７(a) および図７
(b) の左側のグラフは入射強度１o のレーザビーム１０
１による屈折光の光強度１のウエハ深さＤに対る変化を
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。
【００１５】図７に示すように、レーザビーム１０１
は、反射光５０１と屈折光５０３とに分離するが、ウエ
ハ表面（屈折率略３．５のSi結晶）とSiO２層４０３
（屈折率略１．５）表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、図７(a) に示すように、Si層４０５およびS
iO２層４０３との境界にある欠陥５０５からの散乱光５
０７の強度は小さく、反射率が小さい場合（λ1 、λ3
、…) は、図７(b)に示すように、逆に大きくなる。
は、反射光５０１と屈折光５０３とに分離するが、ウエ
ハ表面（屈折率略３．５のSi結晶）とSiO２層４０３
（屈折率略１．５）表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、図７(a) に示すように、Si層４０５およびS
iO２層４０３との境界にある欠陥５０５からの散乱光５
０７の強度は小さく、反射率が小さい場合（λ1 、λ3
、…) は、図７(b)に示すように、逆に大きくなる。
【００１６】したがって、反射率の低い波長（λ1 、λ
3 、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１０１を
用いて層４０５、層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 、…）のう
ちのいずれか一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃
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
による反射強度の上下振動は、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〜
２０００ｎｍ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４００ｎ
ｍ未満の光は層内部に侵入しないので、波長２００〜６
５０ｎｍ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。
3 、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１０１を
用いて層４０５、層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 、…）のう
ちのいずれか一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃
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
による反射強度の上下振動は、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〜
２０００ｎｍ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４００ｎ
ｍ未満の光は層内部に侵入しないので、波長２００〜６
５０ｎｍ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。
【００１７】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
を、２次高調波発生素子８０３を介して波長λ／２（＝
４００〜１３００ｎｍ）の基本波と波長λ（＝８００〜
２６００ｎｍ）の二次高調波発生素子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。
わりに、図９に示すように、波長λのレーザ光８０１
を、２次高調波発生素子８０３を介して波長λ／２（＝
４００〜１３００ｎｍ）の基本波と波長λ（＝８００〜
２６００ｎｍ）の二次高調波発生素子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。
【００１８】図１０はこのようにして得られた散乱像の
一例を示す。ただし、被検物体１０５であるウエハとし
ては、Si層４０５の厚さが１μｍ、SiO２層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面１１であるが、他の半分はエ
ッチングにより内部欠陥のピット１３を露出させた面１
４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、図１０(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は面１１に対
応し、部分１４ａは面１４に対応する。図１０(b) にお
いては、部分１１ａにおいて表面１１上の塵埃の像が現
れており、部分１４ａでは面１１上の微小な無数のピッ
ト像が現れている。図１０(a) の部分１１ａおよび１４
ａにおいては、微小なピット像は現れず、表面の大きな
ごみや傷および内部欠陥が無数に現れている。
一例を示す。ただし、被検物体１０５であるウエハとし
ては、Si層４０５の厚さが１μｍ、SiO２層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面１１であるが、他の半分はエ
ッチングにより内部欠陥のピット１３を露出させた面１
４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、図１０(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は面１１に対
応し、部分１４ａは面１４に対応する。図１０(b) にお
いては、部分１１ａにおいて表面１１上の塵埃の像が現
れており、部分１４ａでは面１１上の微小な無数のピッ
ト像が現れている。図１０(a) の部分１１ａおよび１４
ａにおいては、微小なピット像は現れず、表面の大きな
ごみや傷および内部欠陥が無数に現れている。
【００１９】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及び散乱強度Ｓの変化を示したグ
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Ｓの変化、曲
線１５７は実測による内部欠陥からの散乱強度Ｓの変化
を示している。いま、このグラフの実測による反射率Ｒ
の変化曲線１５３をみると、反射率Ｒの極大値Ａは波長
１０００ｎｍ付近であり、反射率Ｒの極小値Ｂは波長９
４０ｎｍ付近であるから、波長１０００ｎｍのレーザ光
を用いると、内部に影響されずに表面の欠陥のみが検出
され、波長９４０ｎｍのレーザ光を用いると、表面に影
響されずに内部欠陥のみが検出される。それゆえ、公知
例では不可能であった被検物体１０５のごく表層近傍の
欠陥と表面の欠陥でも区別して検出できる。
長λに対する反射率Ｒ及び散乱強度Ｓの変化を示したグ
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Ｓの変化、曲
線１５７は実測による内部欠陥からの散乱強度Ｓの変化
を示している。いま、このグラフの実測による反射率Ｒ
の変化曲線１５３をみると、反射率Ｒの極大値Ａは波長
１０００ｎｍ付近であり、反射率Ｒの極小値Ｂは波長９
４０ｎｍ付近であるから、波長１０００ｎｍのレーザ光
を用いると、内部に影響されずに表面の欠陥のみが検出
され、波長９４０ｎｍのレーザ光を用いると、表面に影
響されずに内部欠陥のみが検出される。それゆえ、公知
例では不可能であった被検物体１０５のごく表層近傍の
欠陥と表面の欠陥でも区別して検出できる。
【００２０】図１３(a) および (b)は別の被検物体１０
５の同じ場所を、その内部まで到達する波長１０００ｎ
ｍ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。
５の同じ場所を、その内部まで到達する波長１０００ｎ
ｍ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。
【００２１】
【発明の効果】本願は、縦断面が長四角である多層半導
体ウエハからなる被検物体１０５をステージ１１５上に
表面が上となるように保持させ、前記被検物体１０５に
レーザビーム１０１を入射させ、それによって生じる前
記被検物体１０５からの散乱光による散乱像を顕微鏡１
０９を介して得、これに基づいて前記被検物体１０５の
表面および内部の欠陥を検出する方法において、前記被
検物体１０５の法線１０６と前記顕微鏡１０９の観察光
軸１０８と前記レーザビーム１０１の入射光軸１１０と
の夫々が同一面内にあるように配置し、かつ前記レーザ
ビーム１０１の入射光軸１１０は被検物体１０５の一側
上方から被検物体１０５の表面に対して斜めに入射して
被検物体１０５内を他側下方に向けて屈折光１０４の光
軸１０２となって進むようにし、前記顕微鏡１０９は前
記法線１０６方向または被検物体１０５の他側上方から
前記被検物体１０５を観察するように配置して、前記顕
微鏡１０９により前記屈曲光１０４による欠陥の散乱像
を表面から裏面まで全体的に観察するようにし、前記レ
ーザビーム１０１は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じる波長（λ2 、λ4 、…) と小
さな反射率を生じる波長（λ1 、λ3 、…) のうち、反
射率の大きな波長（λ2 、λ4 、…）のうちのいずれか
一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃や傷からの散
乱像を主体に検出し、反射率の小さな波長（λ1 、λ3
、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１０１を
用いて内部の欠陥からの散乱像を検出するようにした多
層半導体等における欠陥の検出方法としたものであるか
ら、反射率の大きな波長（λ2 、λ4 、…）のうちのい
ずれか一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃や傷か
らの散乱像を主体に検出し、反射率の小さな波長（λ1
、λ3 、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１
０１を用いて内部の欠陥からの散乱像を検出するように
したので、多層半導体等における内部欠陥の検出が良好
にできる。また、入射レーザビームを、被検物体内にお
けるその屈曲光が所定の小さな横断面を有するようにす
るとともに、散乱像を、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得、
得られた散乱像に含まれる欠陥像の深さ位置をその欠陥
像の視野内位置に基いて特定するようにしたため、欠陥
が存在する層や深さを高い分解能で検出することができ
る。
体ウエハからなる被検物体１０５をステージ１１５上に
表面が上となるように保持させ、前記被検物体１０５に
レーザビーム１０１を入射させ、それによって生じる前
記被検物体１０５からの散乱光による散乱像を顕微鏡１
０９を介して得、これに基づいて前記被検物体１０５の
表面および内部の欠陥を検出する方法において、前記被
検物体１０５の法線１０６と前記顕微鏡１０９の観察光
軸１０８と前記レーザビーム１０１の入射光軸１１０と
の夫々が同一面内にあるように配置し、かつ前記レーザ
ビーム１０１の入射光軸１１０は被検物体１０５の一側
上方から被検物体１０５の表面に対して斜めに入射して
被検物体１０５内を他側下方に向けて屈折光１０４の光
軸１０２となって進むようにし、前記顕微鏡１０９は前
記法線１０６方向または被検物体１０５の他側上方から
前記被検物体１０５を観察するように配置して、前記顕
微鏡１０９により前記屈曲光１０４による欠陥の散乱像
を表面から裏面まで全体的に観察するようにし、前記レ
ーザビーム１０１は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じる波長（λ2 、λ4 、…) と小
さな反射率を生じる波長（λ1 、λ3 、…) のうち、反
射率の大きな波長（λ2 、λ4 、…）のうちのいずれか
一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃や傷からの散
乱像を主体に検出し、反射率の小さな波長（λ1 、λ3
、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１０１を
用いて内部の欠陥からの散乱像を検出するようにした多
層半導体等における欠陥の検出方法としたものであるか
ら、反射率の大きな波長（λ2 、λ4 、…）のうちのい
ずれか一つのレーザ光を用いてウエハ表面の塵埃や傷か
らの散乱像を主体に検出し、反射率の小さな波長（λ1
、λ3 、…）のうちのいずれか一つのレーザビーム１
０１を用いて内部の欠陥からの散乱像を検出するように
したので、多層半導体等における内部欠陥の検出が良好
にできる。また、入射レーザビームを、被検物体内にお
けるその屈曲光が所定の小さな横断面を有するようにす
るとともに、散乱像を、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得、
得られた散乱像に含まれる欠陥像の深さ位置をその欠陥
像の視野内位置に基いて特定するようにしたため、欠陥
が存在する層や深さを高い分解能で検出することができ
る。
【図１】 欠陥検出装置の第一実施例概略的構成図。
【図２】 第一実施例の観察原理を説明するための原
理図。
理図。
【図３】 被検物体をラスタ・スキャン的に走査した
説明図。
説明図。
【図４】 分解能の説明図。
【図５】 他の実施例の欠陥検出方法の模式図。
【図６】 多層構造のウエハの断面図。
【図７】 レーザビームを多層構造のウエハに照射し
たときの説明図。
たときの説明図。
【図８】 ウエハの表面および内部の反射率を示すグ
ラフ図。
ラフ図。
【図９】 基本波と２次高調波からなるレーザビーム
の説明図。
の説明図。
【図１０】 図９をより得られたウエハの模式図。
【図１１】 図１０の斜視図。
【図１２】 図８のグラフの詳細を示すグラフ図。
【図１３】 内部欠陥の散乱像の状態図。
１０１…照射レーザ光、１０２…光軸、１０３…レーザ
装置、１０４…屈折光、１０５…被検物体、１０６…法
線、１０７…集光レンズ、１０８…光軸、１０９…顕微
鏡、１１０…光軸、１１１…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…凸レンズ、１２７…拡散板、１２９…凸
レンズ、１３１…投光用レンズ、１３３…ハーフミラ
ー。
装置、１０４…屈折光、１０５…被検物体、１０６…法
線、１０７…集光レンズ、１０８…光軸、１０９…顕微
鏡、１１０…光軸、１１１…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…凸レンズ、１２７…拡散板、１２９…凸
レンズ、１３１…投光用レンズ、１３３…ハーフミラ
ー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−24541（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−16438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−24290（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−93346（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−2684（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−88085（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−95861（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−190749（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−212911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 H01L 21/66 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 縦断面が長四角である多層半導体ウエハ
からなる被検物体１０５をステージ１１５上に表面が上
となるように保持させ、前記被検物体１０５にレーザビ
ーム１０１を入射させ、それによって生じる前記被検物
体１０５からの散乱光による散乱像を顕微鏡１０９を介
して得、これに基づいて前記被検物体１０５の表面およ
び内部の欠陥を検出する方法において、前記被検物体１
０５の法線１０６と前記顕微鏡１０９の観察光軸１０８
と前記レーザビーム１０１の入射光軸１１０との夫々が
同一面内にあるように配置し、かつ前記レーザビーム１
０１の入射光軸１１０は被検物体１０５の一側上方から
被検物体１０５の表面に対して斜めに入射して被検物体
１０５内を他側下方に向けて屈折光１０４の光軸１０２
となって進むようにし、前記顕微鏡１０９は前記法線１
０６方向または被検物体１０５の他側上方から前記被検
物体１０５を観察するように配置して、前記顕微鏡１０
９により前記屈曲光１０４による欠陥の散乱像を表面か
ら裏面まで全体的に観察するようにし、前記レーザビー
ム１０１は表面及び界面での反射光の干渉によって大き
な反射率を生じる波長（λ2 、λ4 、…) と小さな反射
率を生じる波長（λ1 、λ3 、…) のうち、反射率の大
きな波長（λ2 、λ4 、…）のうちのいずれか一つのレ
ーザ光を用いてウエハ表面の塵埃や傷からの散乱像を主
体に検出し、反射率の小さな波長（λ1 、λ3 、…）の
うちのいずれか一つのレーザビーム１０１を用いて内部
の欠陥からの散乱像を検出するようにした多層半導体等
における欠陥の検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14513298A JP3267551B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 多層半導体等における欠陥の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14513298A JP3267551B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 多層半導体等における欠陥の検出方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4092362A Division JP2916321B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10293102A JPH10293102A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3267551B2 true JP3267551B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=15378157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14513298A Expired - Fee Related JP3267551B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 多層半導体等における欠陥の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3267551B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4647090B2 (ja) * | 2000-12-13 | 2011-03-09 | ローム株式会社 | 透明積層体の検査装置 |
| JP4619748B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2011-01-26 | 株式会社ブイ・テクノロジー | 光透過性を有する多層平板状被検査体の欠陥検出方法 |
| JP2007324099A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料微動システム、及び荷電粒子線装置 |
| JP5007979B2 (ja) | 2008-05-22 | 2012-08-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 欠陥を検査する方法及び欠陥検査装置 |
| JP2010197352A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 |
| EP2341180A1 (en) | 2009-12-29 | 2011-07-06 | Electrolux Home Products Corporation N.V. | A heat pump system for a tumble dryer |
| US9696264B2 (en) * | 2013-04-03 | 2017-07-04 | Kla-Tencor Corporation | Apparatus and methods for determining defect depths in vertical stack memory |
-
1998
- 1998-05-11 JP JP14513298A patent/JP3267551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10293102A (ja) | 1998-11-04 |
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