JP3366067B2 - 結晶欠陥検出方法 - Google Patents

結晶欠陥検出方法

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JP3366067B2 JP22000193A JP22000193A JP3366067B2 JP 3366067 B2 JP3366067 B2 JP 3366067B2 JP 22000193 A JP22000193 A JP 22000193A JP 22000193 A JP22000193 A JP 22000193A JP 3366067 B2 JP3366067 B2 JP 3366067B2
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智哉 小川
脩史 南郷
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ラトックシステムエンジニアリング株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、全反射を利用して結晶
表面直下に存在する結晶欠陥を検出するようにした結晶
欠陥検出方法に関する。 【0002】 【従来の技術】半導体結晶は赤外線に対して透明であ
る。従来、この性質を利用して、図6に示すような方法
で結晶内に存在する結晶欠陥の検出が行なわれていた。
すなわち、図6において、61は欠陥検出対象たる半導
体結晶などのウェハ、62は対物レンズ、63はCCD
センサあるいはフォトダイオードアレイなどのセンサで
あって、ウェハ61の側壁面65から赤外線レーザービ
ームBを入射し、この入射された赤外線レーザービーム
Bの通過経路上に存在する結晶欠陥dからの散乱光を対
物レンズ62で集光してセンサ63上に結像することに
より、結晶中に存在する結晶欠陥を検出するようにして
いた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】結晶欠陥は結晶中のど
の部分にも存在する。しかしながら、一般的にVLSI
などを製造する際に問題となるのは、結晶表面64から
数ミクロン程度の深さ範囲に存在する結晶欠陥である。
したがって、この範囲内に存在する結晶欠陥を可能な限
り精度良く検出できることが望ましいが、上記した従来
方法によるときはこれが困難であった。 【0004】すなわち、結晶欠陥の検出対象となるウェ
ハ1は、赤外線レーザービームBを効率良く入射するた
めに、その側壁面65を平らな面としなければならな
い。実際の欠陥検査においては、結晶の劈開性を利用し
てウェハ1を劈開し、平らな側壁面65を得ている。し
かしながら、この劈開された側壁面65の中心部は平ら
であっても、周辺の稜線66部分は凹凸のギザギザが残
ったり、角が潰れたり、あるいは角が欠けたりし、完全
な平面を得ることは困難であった。したがって、結晶表
面64の直下の結晶欠陥を調べるために、稜線66付近
から赤外線レーザービームBを照射しても乱反射を起こ
してしまい、赤外線レーザービームを結晶内にビーム状
に入射させることが困難であった。 【0005】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、VLSIなどの
製造上最も重要である結晶表面直下の結晶欠陥を確実か
つ精度良く検出することのできる欠陥検出方法を提供す
ることである。 【0006】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る結晶欠陥検出方法は、結晶表面で全反
射するように赤外線レーザービーム等のレーザービーム
を結晶側壁面から結晶内に向けて所定の入射角で入射
し、前記レーザービームを前記結晶表面の全反射点位置
に集光し、前記結晶を前記レーザービームの入射面に対
して少なくとも直交する方向に移動し、前記全反射点位
置に存在する結晶欠陥からの前記レーザービームの散乱
光を当該レーザービームの入射面内であって結晶表面の
直上側に配置した観測光学系で検出することにより結晶
表面直下の結晶欠陥を検出するようにしたものである。 【0007】 【作用】本発明の検出原理を図1〜図3を参照して説明
する。なお、図1は本発明方法の原理説明図、図2は赤
外線レーザービームの結晶への入射経路を説明するため
の結晶部分の平面図、図3はセンサ上に結像された結晶
欠陥像である。 【0008】図1および図2において、1は半導体結晶
などのウェハ、2は結晶表面、3は対物レンズ、4はC
CDセンサやフォトダイオードアレイなどのセンサであ
る。本発明の場合、赤外線レーザービームBは、結晶表
面2において全反射するように、所定の入射角を与えて
結晶側壁面5から結晶表面2に向けて入射される。 【0009】入射された赤外線レーザービームBは、図
示するように結晶表面2において全反射するが、このと
き、この全反射点位置に結晶欠陥dが存在すれば、赤外
線レーザービームBの一部はこの結晶欠陥dによって散
乱される。そこで、この全反射点の直上に位置して対物
レンズ3とセンサ4を設け、対物レンズ3によって結晶
欠陥dからの散乱光を集光し、図3に示すように、セン
サ4上にその結晶欠陥像dを結像させるようにしたもの
である。 【0010】本発明方法の場合、従来の検出方法のよう
に赤外線レーザービームBが結晶側壁面5の稜線に当た
って散乱されるようなことがなくなり、しかも、赤外線
レーザービームBはそのビーム径を自在に絞ることがで
きるので、ビーム径を調整することにより結晶表面2か
らの検出深さ範囲を調整することができる。したがっ
て、従来方法では困難であった結晶表面直下の結晶欠陥
を確実かつ精度良く検出することが可能となる。 【0011】なお、赤外線レーザービームBの入射位置
その入射角度を制御すれば、結晶表面2の全面について
その結晶欠陥を検出することができる。 【0012】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図4は、本発明方法を適用して構成した結晶欠陥
検出装置の1実施例のブロック図である。図において、
1は検出対象たる半導体結晶のウェハ、2は結晶表面、
3は対物レンズ、4は赤外線TVカメラ6のCCDセン
サ、5は赤外線レーザービームBの入射される結晶側壁
面、7はウェハ1を載置して位置決めするための移動ス
テージ、8は赤外線レーザー光源、9は赤外線レーザー
光源8から放射される赤外線レーザー光を所定のビーム
径まで絞るとともに、所定の入射角を与えるためのレー
ザー光絞りレンズである。図示するように、赤外線レー
ザービームBをレーザー光絞りレンズ9の周辺部を通す
ことにより、赤外線レーザービームBのウェハ1に対す
る入射角を自在に変えることができる。なお、図1と同
一または同等部分には同一の符号を付して示した。 【0013】10は移動ステージ7をZ(上下)方向に
移動するためのZ軸移動モータ、11は移動ステージ7
をX方向(図2参照)に移動するためのX軸移動モー
タ、12は移動ステージ7をY方向(図2参照)に移動
するためのY軸移動モータである。ウェハ1を載せた移
動ステージ7は、これら3つのモータによってX,Y,
Zの三軸方向に自在に移動できるようになされている。 【0014】13は対物レンズ3のピントをCCDセン
サ4に合わせるための鏡筒長微調用モータ、14は対物
レンズ3のピントを赤外線レーザービームBの全反射点
15位置に合わせるための焦点合わせ用モータであり、
これらモータを制御することにより対物レンズ3のピン
トを希望の位置に合わせることができる。 【0015】16は赤外線TVカメラ6のCCDセンサ
4から読み出された画像信号をディジタルデータに変換
するためのA/Dコンバータ、17は結晶欠陥の検出処
理を行なうコンピュータ、18はコンピュータ17に種
々の操作指令を入力するためのキーボード、19は得ら
れた1画面分の結晶欠陥の画像データを格納するための
フレームメモリ、20はフレームメモリ19に格納され
た結晶欠陥の画像データに基づいて結晶欠陥画像を表示
するモニタ装置、21はコンピュータ17の制御の下に
各モータを駆動制御するモータコントローラである。 【0016】次に、前記実施例の動作について説明す
る。まず、結晶欠陥の検出対象となるウェハ1を移動ス
テージ7上に載置する。そして、赤外線レーザー光源8
の電源を入れるとともに、キーボード18からコンピュ
ータ17に検出開始位置を入力する。モータコントロー
ラ21は、コンピュータ17の制御の下に、モータ1
0,11,12を駆動し、移動ステージ2をX,Y,Z
の三軸方向に指定された量だけ移動し、赤外線レーザー
光源から入射される赤外線レーザービームBが結晶表
面2の指定された座標位置において全反射するように位
置制御する。 【0017】この状態で、焦点合わせ用モータ14を駆
動し、対物レンズ3のピントが赤外線レーザービームB
の全反射点15位置に合うように調整した後、鏡筒長微
調用モータ13を駆動し、対物レンズ3の結像位置がC
CDセンサ4上に一致するように調整する。 【0018】上記位置合わせとピント合わせを完了した
後、キーボード18から検出動作の開始指令を与える
と、コンピュータ17は次のようにして結晶表面2の直
下に存在する結晶欠陥の検出動作を開始する。 【0019】すなわち、ウェハ1の側壁面5から所定の
角度で入射された赤外線レーザービームBは結晶表面2
に当たって全反射されるが、この赤外線レーザービーム
Bの全反射点15位置に結晶欠陥があると、赤外線レー
ザービームBの一部がこの結晶欠陥で散乱される。そし
て、この結晶欠陥からの散乱光は、直上に配置された対
物レンズ3によって集光され、CCDセンサ4上に図3
のように結像される。 【0020】CCDセンサ4上に結像された結晶欠陥像
dの画像データは、図示を略したCCDセンサ読出回路
によって画素単位で順次読み出され、A/Dコンバータ
16においてディジタルデータに変換された後、コンピ
ュータ17に入力される。コンピュータ17は、このC
CDセンサから送られてくる結晶欠陥像の画像データ
をフレームメモリ19の対応するアドレス位置に書き込
む。 【0021】次いで、例えばY軸移動モータ12を駆動
し、移動ステージ7を所定のピッチ、例えばCCDセン
サ4の画素単位でY方向(図2参照)に順次移動し、そ
れぞれの位置における全反射点の結晶欠陥の検出動作を
行ない、それぞれの位置に存在する結晶欠陥の画像デー
タをフレームメモリ19に格納していく。このようにし
てウェハ1のY方向全幅に亘って赤外線レーザービーム
Bを走査終了すると、結晶表面2直下のY方向に沿った
結晶欠陥像を得ることができる。 【0022】次に、X軸移動モータ11を駆動し、移動
ステージ7を所定のピッチ、例えばCCDセンサ4の画
素単位でX方向(図2参照)に順次移動することによ
り、全反射点15のX方向位置を順次変え、それぞれの
方向位置において、前記したと同様のY方向に沿った
結晶欠陥の検出動作を行なう。 【0023】このようにして、結晶表面2の全面につい
て走査することにより、フレームメモリ19には結晶表
面2の全面についての結晶欠陥の画像データが格納され
る。したがって、フレームメモリ19に格納された画像
データをモニタ装置20に表示すれば、例えば図5に示
すように、結晶表面から所定の深さ範囲内に存在するす
べての結晶欠陥の像を得ることができる。 【0024】なお、前記実施例は、移動ステージの移
動やレンズのピント合わせを各モータ10〜14によっ
て自動的に行なうようにしたが、手動で行なってもよい
ことは勿論である。また、半導体結晶を例に採ったが、
レーザーに対して透明な結晶であれば、半導体結晶に限
らず他の結晶でも適用可能である。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、本発明方法による
ときは、結晶表面で全反射するように赤外線レーザービ
ーム等のレーザービームを結晶側壁面から結晶内に向け
て所定の入射角で入射し、前記レーザービームを前記結
晶表面の全反射点位置に集光し、前記結晶を前記レーザ
ービームの入射面に対して少なくとも直交する方向に移
動し、前記全反射点位置に存在する結晶欠陥からの前記
レーザービームの散乱光を当該レーザービームの入射面
内であって結晶表面の直上側に配置した観測光学系で検
出することにより結晶表面直下の結晶欠陥を検出するよ
うにしたので、VLSIなどの製造上最も重要である結
晶表面直下の結晶欠陥を確実かつ精度良く検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明方法の原理説明図である。 【図2】本発明方法における赤外線レーザービームの結
晶への入射経路を説明するための結晶部分の平面図であ
る。 【図3】センサ上に結像された結晶欠陥像を示す図であ
る。 【図4】本発明方法を適用して構成した結晶欠陥検出装
置の1実施例のブロック図である。 【図5】本発明方法で得られた結晶表面直下の欠陥画像
を示す図である。 【図6】従来方法の原理説明図である。 【符号の説明】 1 ウェハ 2 結晶表面 3 対物レンズ 4 センサ 5 結晶側壁面 B 赤外線レーザービーム d 結晶欠陥
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−12254(JP,A) 特開 平6−140488(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/84 - 21/958 H01L 21/64 - 21/66

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 結晶表面で全反射するように赤外線レー
    ザービーム等のレーザービームを結晶側壁面から結晶内
    に向けて所定の入射角で入射し、前記レーザービームを前記結晶表面の全反射点位置に集
    光し、 前記結晶を前記レーザービームの入射面に対して少なく
    とも直交する方向に移動し、前記 全反射点位置に存在する結晶欠陥からの前記レーザ
    ービームの散乱光を当該レーザービームの入射面内であ
    って結晶表面の直上側に配置した観測光学系で検出する
    ことにより結晶表面直下の結晶欠陥を検出するようにし
    たことを特徴とする結晶欠陥検出方法。
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TWI702390B (zh) 2014-12-05 2020-08-21 美商克萊譚克公司 在工作件中用於缺陷偵測的裝置,方法及電腦程式產品

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