JPH02123748A - 半導体ウエハの結晶欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、シリコン半導体ウェハを熱処理した
時に発生するスワールのような結晶欠陥を検査する装置
に係り、特に結晶欠陥を非破壊で、能率良く自動的に検
査する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、シリコンウェハにおける結晶欠陥の検査には、選
択エツチング法あるいはＸ線トポグラフィ−が常用され
てきた。

選択エツチング法は、ウェハ表面を特定の薬液でエツチ
ングした場合、欠陥部分のエツチング速度が正常な部分
のエツチング速度よりも大きいことを利用して、欠陥の
分布状態を可視化する方法である。

また、Ｘ線トポグラフィ−は、シリコン結晶にＸ線を照
射した場合に、Ｘ線の回折される方向が格子定数で変化
することを利用して、結晶欠陥の分布をｗ４察する方法
である。

結晶欠陥を検査するその他の方法として、特開昭６０−
２４１００８に記載のように、光照射によってシリコン
ウェハ内で起きる光電効果を利用する方法がある。この
光電効果を利用した従来方法に基づく結晶欠陥検査装置
の構成を第２図に示す。

第２図において、近赤外光ビームを発生する光源１から
の光ビーム２は光ビーム走査器４を経て、レンズ５によ
って、試料ウェハ６の表面に収束される。この光ビーム
の照射によって、試料ウェハ６の内部で電子−正孔対（
フォトキャリア）が励起される。励起されたフォトキャ
リアは試料ウェハ６内に存在する空乏層内の両側に分離
され、その結果、試料ウェハ６の表裏面間に光電圧が誘
起される。誘起された光電圧は試料ウェハ６の表裏面か
ら取り出され、増幅器７によって増（１１イされ、陰極
線管８に与えられ、輝度変調信号として用いられる。走
査制御回路３は、光ビーム走査器４を制御して光ビーム
２を試料ウェハ６の表面で２次元的に走査すると同時に
、陰極線管８における電子ビームを同様に偏向する。

これにより、陰極線管８の蛍光スクリーンには、試料ウ
ェハ６における光電圧の分布が濃淡画像として表示され
る。結晶欠陥の多い部分ではフォトキャリアの再結合が
著しく、光電圧は正常な部分を照射した場合に比較して
低くなるので、上記濃淡画像から試料ウェハ６における
結晶欠陥の分布が分かる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来方法の一つである選択エツチング法は、欠陥の分布
状態を直接目でみることができると言う利点があるが、
破壊検査である。また、Ｘ線トポグラフィ−は選択エツ
チング法のように試料に対して外観上の損傷を与えるこ
とはないが、Ｘ線のエネルギーは例えば１０ｋｅＶＭ度
であり、試料ウェハに照射損傷を与えることがあるので
、完全な意味での非破壊検査とはいえない。

すなわち、上記２種類の従来方法は破壊検査法であり、
ウェハの全数検査に適用できないという問題がある。

一方、特開昭６０−２４１００８に記載の光電効果を用
いる方法は照射損傷を与えることなく非破壊検査が可能
であるが、光ビームをウェハ全面で２次元的に走査する
ことから、検査時間が長くなるという問題がある。

さらに、上記３種類の従来方法では、それぞれ、ウェハ
表面、写真（Ｘ線トポグラフ）及び濃淡面像を人間が目
で見て結晶欠陥の有無を判定する必要があり、検査の自
動化が囚窺であるという共通の問題がある。

本発明の目的は、半導体ウェハにおける結晶欠陥を非破
壊でしかも能率良く自動的に検査できる装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するるために、本発明では、特開昭６０
−２４１００８に記載の光電効果を用いる方法における
光ビームの走査を１次元走査とし、これによって得られ
た光電圧分布信号の内結晶欠陥分布に基づく信号成分だ
けを選択的に抽出し、その成分量を定量化することを特
徴としている。

本発明による結晶欠陥検査装置の基本構成を第３図に示
す、第２図に示した従来方法と異なる点は、走査制御回
路３及び光ビーム走査器４が光ビームを試料ウェハ６の
中心付近を通る直線上を１次元的に走査すること、試料
ウェハからの光電圧信号の内結晶欠陥分布に基づく信号
成分だけをフィルタ１３によって選択的に取り出し、そ
の成分量を演算回路１４で定量化し、表示器１５で表示
することである。

この特徴によって、シリコンウェハにおけるスワール等
の結晶欠陥を非破壊で、しかも能率良く自動的に検査で
きる結晶欠陥検査装置の提供が可能になる。

〔作用〕

以下、本発明の作用を、スワール欠陥の場合を例に、第
３図、第４図及び第５図を用いて詳述する。第３図にお
いて、第２図に示した従来方法の場合と同じ論法で、近
赤外光ビームを試料ウェハ６の表面に収束させると、試
料ウェハ６の表裏面間に光電圧が誘起される。

シリコンウェハにおけるスワール欠陥では、通常、第４
図（ａ）のスワールパターン１６に示すように、結晶欠
陥が多数の同心円縞状に分布する。

そこで、走査制御回路３及び光ビーム走査器４によって
、光ビームを例えば、第４図の走査線２５のような、試
料ウェハ６の中心を通る直線上で走査すると、増幅器７
には、例えば、第４図（ｂ）の波形１７のように、スワ
ール欠陥の分布を反映した光電圧信号が与えられる。し
かし、波形１７で示す光電圧信号には、同図（ｄ）の波
形１９で示すスワール欠陥による信号成分以外に、例え
ば、同図（ｃ）の波形１８で示すウェハ表面の汚染等に
比較的低周波の光電圧の変化成分や、同図（ｅ）の波形
２０で示す雑音等による高周波成分が重畳されている。

これを周波数スペクトルで考えれば、第５図に示すよう
に、増幅器７の入力信号は、ウェハ表面の汚染等による
低周波成分２１．スワール欠陥による信号成分２２及び
雑音等による高周波成分２３で構成されている。

従って、第３図におけるフィルタとして、例えば、第５
図の透過特性２４のように、スワール欠陥による信号の
最低周波数よりも低最波数域及びスワール欠陥による信
号の最高周波数よりも高周波数域の成分を除去し、中間
周波数域にある信号だけを通過させる透過特性を有する
帯域透過フィルタを用いれば、スワール欠陥による信号
成分２２だけを選択的に抽出できる。

第３図の演算回路１４はこのようにして抽出されたスワ
ール欠陥による信号成分の址を定量化するためのもので
、走査制御回路３からの信号を基に光ビーム走査期間に
おけるフィルタ１３の出力信号の自乗平均値の平方根（
ＲＭＳ値）を求め、その結果を表示器１５によって表示
する。試料ウェハ６におけるスワール欠陥が著しい程フ
ィルタ１５の出力信号のＲＭＳ値は値は大きくなるので
、表示器１５の表示結果から試料ウェハにおけるスワー
ル欠陥の程度を検査することができる。なお、演算回路
１４による演算は、フィルタ１３の出力信号の自乗平均
値の平方根に限らず、例えば、絶対値の平均値あるいは
最大−最小差を求めるものであってもよい。

シリコンウェハにおける結晶欠陥は必ずしも同心円状に
分布するとは限らず、縦縞状あるいは横縞状の分布を呈
することもあるが、本発明によれば、これらの結晶欠陥
も検出できる。

以上のごとく、本発明の方法は、光ビームの１次元走査
に基づいているので、従来の２次元走査に比較して極め
て短時間での検査が可能となり、しかも、スワール欠陥
を定量評価できるので、自動検査が可能である。

なお１本発明によれば、半導体ウェハ上に形成された概
ね周期的な特性の分布も定量化できるので、例えば、イ
オン打ち込み等による周期的なパターン形成の良否の検
査にも適用できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例であり、第３図に示した本
発明による装置において、特開昭５６−１５５５４３に
記載の方法を併用し試料ウェハ６内に誘起される光電圧
を試料ウェハ６の表面に非接触で取り出すことにより、
結晶欠陥を非接触、非破壊で自動検査するものである。

第１図において、近赤外光ビームを発生する光源１から
の光ビーム２は光ビーム変調器９によって強度変調を受
け、光ビーム走査器４を経て、レンズ５によって、試料
ウェハ６の表面に収束される。この変調光ビームの照射
によって、試料ウェハ６には、交流状の光電圧が誘起さ
れる。誘起された交流光電圧は試料ウェハ６の表面から
空隙を隔てて置かれた透明電極１１及び試料ウェハ具面
に接する電極１２で形成される静電容量を介して容量結
合で取り出される。光ビームは光ビーム走査器４及び走
査制御回路３によって試料ウェハの上で１次元的に走査
される。透明電極１１によって取り出された交流光電圧
信号は増幅器７によって同期整流、増幅され、フィルタ
１３によってその結晶欠陥による成分だけが抽出され、
走査制御回路３からの信号を基に光ビームの走査期間に
わたって、演算器１４によって自乗平均値の平方根。

絶対値の平均値あるいは最大−最小差が求められ、表示
器１５にその結果が表示される。

上記のように、第１図の構成によって、結晶欠陥の分布
を試料表面に非接触で自動的に検査することが可能にな
る。

〔発明の効果〕

以上に述べたごとく、本発明によれば、シリコン半導体
ウェハにおけるスワール等の結晶欠陥を非破壊で能率よ
く自動的に検査できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す結晶欠陥検査装置の
ブロック図、第２図は、従来方法による結晶欠陥検査装
置のブロック図、第３図は、本発明による結晶欠陥検査
装置の基本構成を示すブロック図、第４図は、スワール
欠陥の分布状態及び光電圧信号の波形を示す説明図、第
５図は、第４図に示す光電圧信号の周波数スペクトル図
である。 １・・・光源、２・・・光ビーム、３・・・走査制御回
路、４・・・光ビーム走査器、５・・・レンズ、６・・
・試料ウェハ、７・・・増幅器、８・・・陰極線管、９
・・・光ビーム変調器、１１・・・透明電極、１２・・
・電極、１３・・・フィルタ、１４・・・演算回路、１
５・・・表示器、１６・・・スワールパターン、１７・
・・光電圧波形、１８・・・光電圧信号の低周波成分の
波形、１９・・・光電圧信号のスワール成分の波形、２
０・・・光電圧信号の高低周波成分の波形、２１・・・
光電圧信号の低周波成分の周波数スペクトル、２２・・
・光電圧信号のスワール成分の周波数スペクトル、２３
・・・光電圧信号の高周波成分の周波数スペクトル、２
４・・・フィルタの透過特性、２５・・・光ビームの走
査線。 第 区 塙 目 第 記 第 国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビームを発生させる光ビーム発生手段と、上記光
   ビームを試料半導体ウェハ表面に集束させる光ビームを
   集束手段と、上記集束された光ビームを試料表面で走査
   する光ビーム走査手段と、上記光ビームの走査を制御す
   る走査制御手段と、上記光ビームの照射によつて半導体
   ウェハ内に誘起される光電圧を検出する光電圧検出手段
   と、上記により検出された光電圧信号を濾波するフィル
   タと、上記フィルタからの信号を処理する信号処理手段
   と、上記信号処理手段の出力信号を表示する出力表示手
   段とを具備し、上記光ビームは上記走査制御手段からの
   信号によつて上記半導体ウェハの中心近傍を通る直線上
   を走査し、上記フィルタは光電圧信号の内半導体ウェハ
   の結晶欠陥の分布に基づく信号成分だけを選択的に通過
   させ、上記信号処理手段は上記フィルタを通過した信号
   について上記光ビーム走査期間における自乗平均値の平
   方根を求めることによつて、結晶欠陥の程度を定量化す
   ることを特徴とする半導体ウェハの結晶欠陥検査装置。 ２、上記フィルタは光電圧信号の内半導体ウェハの結晶
   欠陥に基づく信号の最低周波数よりも低周波数域及び結
   晶欠陥に基づく信号の最高周波数よりも高周波数域の成
   分を除去し、結晶欠陥に基づく信号の最低周波数から最
   高周波数までの周波数範囲にある信号だけを通過させる
   ことを特徴とする請求項第１項記載の半導体ウェハの結
   晶欠陥検査装置。 ３、上記信号処理手段は上記光ビーム走査期間における
   上記フィルタを通過した信号の絶対値の平均を求めるこ
   とによつて、結晶欠陥の程度を定量化することを特徴と
   する請求項第１項記載の半導体ウェハの結晶欠陥検査装
   置。 ４、上記信号処理手段は上記光ビーム走査期間における
   上記フィルタを通過した信号の最大値と最小値の差を求
   めることによつて、結晶欠陥の程度を定量化することを
   特徴とする請求項第１項記載の半導体ウェハの結晶欠陥
   検査装置。