JPH0424541A - 内部欠陥測定方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、内部欠陥測定方法および装置に関し、詳しく
は被検物体の表面からレーザビームを入射させ、これに
よる被検物体内部からの散乱光を被検物体の上記表面の
側のレーザビームの入射光軸と異なる方向から観察する
ことにより、被検物体の内部欠陥を測定することのでき
る内部欠陥測定方法および装置に関する。

［従来技術］ 従来、被検物体である物体中にレーザビームなどの光を
照射し、その散乱光を得ることにより物体内部の欠陥に
関する情報を得て欠陥を可視化する内部欠陥測定方法お
よび装置が知られている。

第１６図は、この種の内部欠陥測定装置の概略構成を示
す断面図である。同図の装置は、測定対象物である物体
中にレーザビームを照射し、物体内部で散乱される散乱
光をレーザの照射方向とほぼ直交する方向から測定する
ことにより、物体内部の欠陥を可視化する装置である。

このような装置は、特開平１−１５１２４３号に開示さ
れている。

同図の装置によれば、シリコンウェハなどの被検物体（
結晶）１９１に対し、その側面１９２がら赤外線の波長
域（例えば１μｍ程度）のレーザビームを矢印１９４の
ように入射させる。レーザビーム１９４は被検物体１９
１の内部の欠陥１９３により散乱される。この散乱光は
矢印１９５のように被検物体１９１から出射し、この散
乱光をレーザビーム１９４の方向に直交する位置に配置
された顕微鏡１９６で検出拡大し、検出した拡大像をＴ
Ｖ左カメラ９７で電気信号に変換する。これにより、被
検物体１９１の内部の欠陥を可視化し横用する。

なお、第１６図では説明のために被検物体１９１内の欠
陥１９３の大きさを相対的に大きく描いているが、この
種の内部欠陥測定装置で測定の対象とする欠陥は実際に
は数＋ｎｍ程度以上の微小のものである。以降の各図中
に示す欠陥についても同様とする。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような内部欠陥測定方法あるいは装置で
は、通常、第１６図で示したように、９０″散乱、すな
わち入射するレーザビームの方向と散乱光の観察方向と
がほぼ９０″の角度で交差するように各装置を配置して
いる。これは、観察に際しての像の歪みや迷光が最も少
ない配置だからである。

ところが、従来の９０°散乱を用いて物体の内部欠陥の
測定を行う方式では、その物体の側面からレーザビーム
を入射させるため、その側面はレーザビームが物体内部
に入射する程度に平坦である必要がある。しかし、例え
ば半導体ウエノ＼の側面（第１６図の側面１９２）は通
常は平坦でなく、上記の第１６図に示す内部欠陥測定方
法（装置）では側面からレーザビームを入射させること
ができない。そのため、側面を切断あるいはへき関した
り、ボリシングする必要があり、被検物体を破壊しなけ
ればならない場合があるという不都合があった。

また、半導体ウェハのような平板状の物体の中央部付近
の欠陥を測定する場合も、その測定部付近を切断などす
る必要があり、やはり被検物体を破壊しなければならな
い。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、被検物
体を破壊することなく、任意の位置において内部欠陥を
検出ｆＩＪｊ定することができる内部欠陥測定方法およ
び装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係る内部欠陥測定
方法および装置は、被検物体内に、該被検物体の表面か
ら細く絞ったレーザビームを入射させ、該レーザビーム
による被検物体内部からの散乱光を、被検物体の上記表
面の側から、かつ入射レーザビームの入射光軸と異なる
方向から、観察することとしている。

この観察は、レーザビームによる被検物体内部からの散
乱光を、そのレーザビームの被検物体表面における反射
光が入射しない方向から行うようにするとよい。

また、レーザビームの波長を変化させたり、あるいは被
検物体の温度を変化させることができるようにし、これ
により被検物体の表面からレーザビームが入り込む深さ
を変化させるようにするとよい。特に、被検物体が例え
ばシリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの
半導体材料である場合は、被検物体である半導体材料の
エネルギーギャップに相当する波長近傍のレーザ光を適
宜選択することにより、表面からレーザビームが入り込
む深さを調整でき便宜である。

さらに、レーザビームを被検物体内部で走査させるよう
にし、これによりレーザビームが走査した断面の像を得
ることもできる。

レーザビームの被検物体内部での走査は、その被検物体
を固定しかつ被検物体に入射するレーザビームを移動さ
せることにより、またはレーザビームを固定しかつ被検
物体を移動させることにより、行えばよい。

［作　用］ 上記の本発明の構成によれば、レーザビームは被検物体
の表面から入射される。そして、そのレーザビームによ
る被検物体内部からの散乱光は、被検物体の上記表面の
側から、かつ入射レーザビームの入射光軸と異なる方向
から、観察される。

レーザビームは、測定したい位置付近において被検物体
の表面から入射されるので、被検物体の側面を切断など
で破壊することがない。すなわち、非破壊で被検物体内
部の欠陥を測定できる。

被検物体内部からの散乱光の観察は、レーザビームの被
検物体表面における反射光が入射しない方向から観察す
るのがよい。これにより、レーザビームの反射光に影響
されることなく　（すなわち反射光にかぶらずに）強度
の弱い散乱光をも検出できる。

レーザビームの波長を変化させることにより、あるいは
被検物体の温度を変化させることにより、被検物体の表
面からレーザビームが入り込む深さを変化させることが
できる。これにより、被検物体の表面（上面）から入射
し裏面（下面）で反射する光を減衰させることができ、
より強度の弱い散乱光をも検出できるようになる。

レーザビームを被検物体内部で走査させるようにすれば
、レーザビームが走査した断面の像を得ることができる
。これは、その被検物体を固定しかつ被検物体に入射す
るレーザビームを移動させることにより、またはレーザ
ビームを固定しかつ被検物体を移動させることにより、
行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る内部欠陥測定装置の
概略構成を示す断面図であり、また本発明の一実施例に
係る内部欠陥測定方法を説明するための断面図である。

同図において、１０１は被検物体である結晶、１０２は
被検物体１０１の内部の欠陥を示す。被検物体１０１は
板状の物体であり、この図では厚さ方向（板の表面に垂
直な方向）で切った断面を示している。１０８は測定対
象物１０１の表面（上面）を示す。１０３はレーザビー
ムが被検物体１０１の上面１０８に入射する方向を示す
矢印である。斜線部１０４は被検物体１０１の内部に入
射したレーザビームの光路を示す。

１０５はレーザビームの光束１０４中にある欠陥１０４
により発生する散乱光を示す矢印、１０６はこの散乱光
を入射して拡大像を得る顕微鏡、１０７は顕微鏡１０６
により得た拡大像を電気信号に変換するＴＶ右カメラあ
る。ＴＶ左カメラ０７の出力である画像信号に基づいて
後述する種々の方式で欠陥を測定する。顕微鏡１０６は
その焦点距離を変更することができるようになっている
。

第１図の装置において、レーザビームは矢印１０３のよ
うに被検物体１０１の上面１０８へ入射する。被検物体
１０１の上面１０８での反射光が顕微鏡１０６に入射し
ないように、あらかじめレーザビームの入射方向および
顕微鏡１０６の配置を設定しておく。被検物体１０１の
内部に入射したレーザビームは、斜線部１０４のように
被検物体１０１の内部を進む。この光束１０４中に欠陥
１０２があると、その欠陥１０２において散乱光が発生
する。この散乱光のうち、顕微鏡１０６の観察方向の成
分（矢印１０５）を顕微鏡１０６で検出して光学的な拡
大像とし、ＴＶ左カメラ０７で撮像する。撮像結果の電
気信号に基づいて被検物体１０１内部の欠陥を測定する
ことができる。

第２図は、被検物体に入射するレーザビームの光路を示
す断面図である。

同図において、２０１は被検物体の断面、２３１は被検
物体の表面（上面）、２３２は被検物体の裏面（下面）
を示す。被検物体２０１は板状の物体であり、この図で
は厚さ方向（板の表面に垂直な方向）で切った断面を示
している。

このような被検物体２０１の表面２３１に斜線部２０４
に示すようなレーザビームの光束を入射する。２０２．
２０３はこの入射レーザビームの光束２０４の外郭線（
あるいは一番外側の光線）を示す。ここでは、−点に集
束するタイプのレーザビームを入射する例を説明する。

入射したレーザビームの光束２０４は、被検物体２０１
の表面２３１にて屈折され、外郭線２０５．２０６で規
定される光束２０７として被検物体２０１の内部を進む
。この光束２０７は、位置２０８で一点に集束し、さら
に発散光線束となって被検物体２０１の裏面２３２に至
る。

そして、この光束２０７は被検物体２０１の裏面２３２
にて反射される。反射された後は、外郭線２１２．２１
３で規定される光束２１４として被検物体２０１の内部
を表面２３１に向かって進む。表面２３１に至った光束
２１４は、この表面２３１にて屈折され、外郭線２１５
．２１６で規定される光束２１７として、被検物体２０
１の表面２３１から射出する。

一方、入射したレーザビームの光束２０４の一部は、被
検物体２０１の表面２３１にて反射され、外郭線２１８
．２１９で規定される光束２２０として被検物体２０１
の表面２３１から進む。

入射レーザビームの光束２０７が集束する位置２０８に
欠陥が存在したとすると、その欠陥により散乱光が発生
する。外郭線２２１．２２２て規定される光束２２３は
、この散乱光の一部の成分を示している。この散乱光の
光束２２３は、被検物体２０１の表面２３１にて屈折さ
れ、外郭線２２４．２２５で規定される光束２２６とし
て、被検物体２０１の表面２３１から射出する。

この散乱光の光束２２６を顕微鏡（第１図付番１０６）
で検出し、欠陥の測定を行う。なお、この顕微鏡の焦点
は位置２０８に合せる。これにより、位置２０８の一点
の画像情報が得られる。

以上において、被検物体２０１の内部の欠陥情報を含む
のは散乱光２２６である。したがって、被検物体２０１
の表面２３１で反射された光束２２０や被検物体２０１
の裏面２３２で反射された光束２１７は、極力顕微鏡に
入射しないように、入射レーザビーム２０４の入射方向
や散乱光の観測方向を設定するのがよい。

第３図は、第２図と同様の、被検物体に入射するレーザ
ビームの光路を示す断面図である。第２図の入射レーザ
ビームが一点に集束する集束光線束であったのに対し、
第３図の入射レーザビームは平行光線束である。

第３図において、３０１は被検物体の断面、３０２は被
検物体の表面（上面）、３０３は被検物体の裏面（下面
）を示す。被検物体３０１は板状の物体であり、この図
では厚さ方向（板の表面に垂直な方向）で切った断面を
示している。

このような被検物体３０１の表面３０２に、外郭線３０
４，３０５で規定されるレーザビームの光束３０６を入
射する。θは被検物体３０１の表面３０２と入射光束３
０６とのなす角度を示す。

以下、この角θを入射角と呼ぶこととする。平行光線束
３０６の外郭を規定する１つの外郭線３０５のように入
射角θで入射した光線の被検物体３０１の表面３０２上
の位置をＰｌ、同様に外郭線３０４のように入射した光
線の表面３０２上の位置をＰ２、ＰｌとＰ２の間の距離
をｄとする。

入射したレーザビームの光束３０６は、被検物体３０１
の表面３０２にて屈折され、光束３０７として被検物体
３０１の内部を進み、被検物体３０１の裏面３０３に至
る。光束３０７の外郭線が被検物体３０１の裏面３０３
と交差する位置を図のようにＰ３．Ｐ４とする。位置Ｐ
１とＰ３との間の距離をＬとする。

被検物体３０１の裏面３０３が例えばポリッシュされて
いる場合、光束３０７はこの裏面３０３にて反射される
。反射された後は、光束３０８として被検物体３０１の
内部を表面３０２に向かって進み、表面３０３に至る。

光束３０８の外郭線が被検物体３０１の表面３０２と交
差する位置を図のようにＰ５．Ｐ６とする。表面３０２
に至った光束３０８の一部は、この表面３０２にて屈折
され、外郭線３１０．３１１で規定される光束３１２と
して、被検物体３０１の表面３０２から射出する。

さらに、表面３０２に至った光束３０８の一部は、この
表面３０２にて反射され、光束３０９として被検物体３
０１の内部を裏面３０３に向がって進み、裏面３０３に
至る。光束３０９の外郭線が被検物体３０１の裏面３０
３と交差する位置を図のようにＰ７．Ｐ８とする。

このように、被検物体３０１に入射したレーザビームは
、被検物体内の表裏の面で反射しながら被検物体内部を
進む。

第３図の下方に示したグラフ３２０は、横軸に被検物体
３０１の横方向（紙面の左右方向）の位置をとり、縦軸
にその位置からの（図示した断面における）散乱光の強
度（その位置に欠陥があったと仮定したときの散乱光強
度）をと７だものである。ある横軸方向の位置の散乱光
の強度は、その位置を通って被検物体３０１の表面３０
２あるいは裏面３０３に垂直な線分上を光束３０７．３
０８．３０９がどれだけ通るかで表される。したがって
、位置Ｐ１からＰ２では入射レーザビームの光束３０７
が徐々に増加し、位置Ｐ２からＰ３では一定値となる。

位置Ｐ３からＰ４では、光束３０７による散乱光は点線
３２１のように減少し、光束３０８による散乱光は点線
３２２のように増加する。光束３０８の強度は裏面３０
３における反射により若干減衰するので、これらの点１
ｓ３２１．３２２で示される強度を合せると図のような
徐々に減少するグラフとなる。位置Ｐ４からＰ５では一
定値となる。位置Ｐ５からＰ６では、光束３０８による
散乱光は点線３２３のように減少し、光束３ｏ９による
散乱光は点線３２４のように増加する。光束３０９の強
度は表面３０２における反射により若干減衰するので、
これらの点線３２３．３２４で示される強度を合せると
図のような徐々に減少するグラフとなる。位置Ｐ６から
Ｐ７では一定値となり、さらに位ｆｌＰ７からＰ８では
光束３０９による散乱光は徐々に減少する。

このように、被検物体３０１に入射したレーザビームは
被検物体内の表裏の面で反射しながら被検物体内部を進
む。このようなレーザビームによる散乱光を検出するこ
とにより被検物体内部の欠陥の測定ができる。一方、こ
のような被検物体内部の反射光による散乱光がノイズと
なり測定の精度を悪化させることもある。特に、裏面が
ラップされた状態である場合などは、裏面に至った光が
散乱しノイズとなることがある。そこで、入射レーザビ
ームの波長を調整して、第３図の光束３０７による散乱
光のみが検出できるようにすると良い。

第４図は、半導体ウェハなどに用いられるガリウムヒ素
（ＧａＡｓ）の吸収係数および減衰の状況を示すグラフ
である。４０１はガリウムヒ素に入射させたレーザビー
ムの波長λに対する吸収係数ｋを示す。このグラフ４０
１から分かるように、ガリウムヒ素の吸収係数には波長
８７０ｎｍから９００ｎｍ付近にかけて急峻に減少する
。

４０２はガリウムヒ素からなる被検物体に波長λのレー
ザビームを入射させたとき、そのレーザビームの強度が
ＩＱ−３／２まで減衰する位置の、被検物体表面からの
深さ（光の減衰率に対する侵入深さ）を示すグラフであ
る。同様に、４０３は同じ被検物体に波長λのレーザビ
ームを入射させたとき、そのレーザビームの強度が１０
−３まで減衰する位置までの深さを示すグラフである。

これらのグラフ４０２，４０３から分かるように、ガリ
ウムヒ素に例えば波長λ−８５０ｎｍのレーザビームを
入射させたとき、レーザビームの強度は、表面からの深
さ６．５μｍ付近で１０−３／２まで減衰し、また表面
からの深さ１０．８μｍ付近で１０−３まで減衰する。

さらに、このグラフ４０２，４０３は波長λ−８７０ｎ
ｍ付近から急峻に立上る。波長λ−８９０ｎｍでは表面
からの深さ１５００μｍ付近でｌ　Ｑ−３／２まで減衰
し、また表面からの深さ３０００μｍ付近で１０−３ま
で減衰する。このように、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深さを制御するこ
とができる。

したがって、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て、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十分減衰する
ようにできる。すなわち、第３図の光束３０７のみを用
い、測定したい範囲のみに十分な強度の光束を照射し、
一方、光束３０８．３０９は十分減衰させることができ
る。これにより、被検物体内部の反射光による散乱光の
ノイズを抑え、より精度の高い欠陥測定ができる。

なお、上記ではガリウムヒ素からなる被検物体を挙げて
説明したが、ガリウムヒ素に限らず種々の半導体材料に
おいて、その半導体材料のエネルギーギャップに相当す
る波長近傍の光を適当に選択することにより、その結晶
にレーザビームを入射させる深さを制御することができ
る。そして、レーザビームの入射深さを制御することに
より、測定したい範囲のみに十分な強度の光束を照射し
て、内部の反射光などによるノイズを抑え、より精度の
高い欠陥測定ができる。

また、被検物体の温度を変化させることにより、被検物
体にレーザビームが入射する深さを変化させることもで
きる。したがって、レーザビームの波長を変化させる代
りに、被検物体の温度を変化させて、上述したように被
検物体にレーザビームを入射させる深さを制御してもよ
い。

第５図は、第３図のレーザビームの入射角θ、Ｐｉ、Ｐ
２間距Ｍｄ１およびＰＩ、ＰＢ間距離りの関係を示すグ
ラフである。レーザビームの径は数μｍとする。第５図
において、５０１は入射角θに対する距離ｄの値、５０
２は入射角θに対する距離りの値を示すグラフである。

このようなグラフを考慮し、測定したい位置に対する入
射角θなどを決定する。

この第５図のグラフから、入射角θを変えると距離ｄは
大きく変化するが距離りは余り変化しないことが分かる
。さらに、グラフ５０２のθ＝０°　（はとんど被検物
体の表面に沿って水平にレーザビームを照射して被検物
体内部にレーザビームを入射させた場合）、Ｌ−１１４
μｍの状態において第３図のθ９はθシー１７．６’　
　（臨界角）となり、θ−３０°　Ｌ−１９０μｍの状
態においてθＶ−１５，２＠となることから、このθＶ
も余り変化しないことが分る。このように、入射角θの
変化に伴う距離りおよび角度θ９の変化は緩慢である。

したがって、測定したい範囲にレーザビーム束を照射す
るようにその照射角度を設定した後は、その入射角θを
変更してもレーザビーム束がほぼ測定したい範囲を照射
しているようにできる。散乱光を観測する例えば顕微鏡
などは、被検物体表面での反射光などのノイズが入射し
ないような方向に配置する必要があるため、入射角θは
測定の際の状況に応じて変更する場合も少なくないが、
上述したように入射角θの変更が許容される範囲は広い
ので、非常に好ましい。

第６〜８図は、レーザビームの光路の例を示す。

第６図は、屈折率ｎ−３，４のシリコン（Ｓｌ）からな
る被検物体にレーザビームを入射させたときの散乱光の
光路を示す。入射レーザビームは省略している。同図に
おいて、被検物体６０１（断面を示す）の裏面６０３付
近の位置に欠陥６０４が存在しているとする。この欠陥
６０４により散乱された散乱光のうち鉛直方向からの角
度θ９が１２〜１７″である散乱光６０５は、被検物体
６０１の表面６０２で屈折し、散乱光６０６のように射
出する。散乱光６０６は位置６０７付近がら発散するよ
うに見えるので、この散乱光６０６を観測する顕微鏡な
どは位置６０７に焦点を合せて観測が行われる。

第７図は、屈折率ｎ−１，６のガラス（または水晶）か
らなる被検物体にレーザビームを入射させたときの散乱
光の光路を示す。入射レーザビームは省略している。同
図において、被検物体７゜１（断面を示す）の裏面７０
３付近の位置に欠陥７０４が存在しているとする。この
欠陥７０４により散乱された散乱光のうち鉛直方向から
の角度θ、が１２〜１７°である散乱光７０５は、被検
物体７０１の表面７０２で屈折し、散乱光７０６のよう
に射出する。散乱光７０６は位置７０７付近から発散す
るように見えるので、この散乱光７０６を観測する顕微
鏡などは位ｒＩｔ７０７に焦点を合せて観測が行われる
。

第８図は、屈折率ｎ−３，４のシリコンからなる被検物
体に入射角θ−４５〜６０″でレーザビームを入射させ
たときの光路を示す。同図において、入射レーザビーム
８０４は位置８０５に集束するように被検物体８０１（
断面を示す）に入射する。入射レーザビーム８０４の入
射角θはθ−４５〜６０″の範囲である。入射レーザビ
ーム８０４は被検物体８０１の表面８０２において屈折
し、レーザビーム束８０６のように進む。レーザビーム
束８０６中に欠陥８０７が存在しているとすると、この
欠陥８０７により散乱光が発生する。

この欠陥８０７により散乱された散乱光のうち鉛直方向
からの角度θＶが１３〜１６．５°である散乱光８０８
は、被検物体８０１の表面８０２で屈折し、散乱光８０
９のように射出する。散乱光８０９は位置８１０付近か
ら発散するように見えるので、この散乱光８０９を観測
する顕微鏡などは位置８１０に焦点を合せて観測が行わ
れる。

一方、入射レーザビーム８０４は被検物体８０１の表面
８０２において反射し、反射レーザビーム８１１のよう
に進む。散乱光８０９の観測は、この反射レーザビーム
８１１が入射しないような方向から行うのが好ましい。

第９図は、本発明の一実施例に係る内部欠陥測定装置の
概略構成を示すブロック図である。同図において、９０
１は欠陥を測定する対象である被検物体、９０２は被検
物体９０１の表面に照射する波長可変のレーザビームを
発生する波長可変レーザ装置、９０４はレーザビームを
示す矢印、９０５はレーザビーム９０４を集束させるレ
ンズである。被検物体９０１は板状の物体であり、この
図では厚さ方向（板の表面に垂直な方向）で切った断面
を示している。

波長可変レーザ９０２はレンズ９０５とともにその位置
を変更して、レーザビーム９０４を任意の方向からかつ
任意の入射角で被検物体９０１の表面に入射するように
できる。例えば、波長可変レーザ９０２は矢印Ａのよう
に移動して、レーザビーム９０４の入射角を変更するこ
とができる。

９０２′、９０２′は移動した波長可変レーザの例であ
る。

９０６はオートフォーカス機構を装備した顕微鏡、９０
７は受光した散乱光を電気信号に変換するためのＴＶ左
カメラある。顕微＃Ｊ９０６およびＴＶ左カメラ０７は
その位置を変更して、被検物体９０１の表面を任意の方
向からかつ任意の角度で観察するようにできる。例えば
、顕微鏡９０６およびＴＶ左カメラ０７は矢印Ｂのよう
に移動して、被検物体９０１表面の観察角度を変更する
ことができる。９０６’　、９０７’　は移動した顕微
鏡９０６およびＴＶ左カメラ０７の例である。

９０８はＴＶ左カメラ０７からの電気信号を入力し画像
処理を行う画像処理装置である。画像処理装置９０８は
二値化処理機能を有している。９０９は画像情報をその
まま出力したり、種々の計算の結果得た欠陥密度値など
を表示出力するＣＲＴ、９１０は測定の際に全体の制御
を司るコンピュータ、９１１は、パルスモータコントロ
ーラ、９１２はパルスモータコントローラ９１１の指令
に従いｘ−ｙ−ｚ方向に駆動されるｘ−ｙ−ｚパルスス
テージである。なお、紙面左右の方向をＸ軸方向、紙面
前後（手前から奥）の方向をＹ軸方向、紙面上下の方向
をＺ軸方向とする。

以下、この装置によるシリコンウェハ内の微小欠陥の測
定につき説明する。

半導体素子製造に用いられるシリコンウェハにおいては
第１０図に示すような欠陥密度およびＤＺ　（Ｄｅｎｕ
ｄｅｄ　Ｚｏｎｅ）幅の測定が行われている。第９図に
示す装置を用いて、この計測を、上記したように得た散
乱光を画像処理することによって行った。

第１０図の付番１１１は、第９図の装置において被検物
体９０１としてシリコンウェハをパルスステージ９１２
上に設置し、そのシリコンウェハの表面からレーザビー
ムを矢印１１７のように入射し、その表面の側の入射レ
ーザビームの入射光軸と異なる方向から顕微鏡９０６に
より観察した散乱像を模式的に示したものである。１１
２は被検物体１１１の表面、１１３は被検物体１１１の
裏面、１１４，１１５は被検物体内部の種々の大きさの
微小欠陥を示す。このような散乱像に基づいて、同図の
付番１１８のような被検物体１１１の表面１１２からの
深さに対する欠陥の分布を測定することができる。１１
９は被検物体１１１の表面１１２からの深さに対する大
きな欠陥（付番１１４）の分布、１２０は被検物体１１
１の表面１１２からの深さに対する小さな欠陥（付番１
１５）の分布を示す。

１１６は被検物体１１１の表面１１２から欠陥密度が所
定値以上となる深さまでの幅、いわゆるＤＺ幅を示す。

このＤＺ幅の測定を、■被検物体の表面からの深さ方向
への散乱強度をもとに計測する方法、■被検物体表面か
らの深さに対する単位体積中の欠陥密度を散乱像をもと
に画像処理して求める方法、を用いて行った。

まず、■の被検物体の表面からの深さ方向への散乱強度
をもとに計７１′ｌｌｊする方法につき説明する。

第１１図のステップ８１〜Ｓ４は、この■の方法による
手順を示す。

まず、ステップＳ１で被検物体９０１をＸ−Ｙ−Ｚパル
スステージ９１２上のホルダに載置する。

次に、ステップＳ２で被検物体９０１を観察位置まで移
動し、レーザビーム９０４の入射位置および顕微鏡９０
６の観察位置を合せる。顕微鏡９゜６の位置は、レーザ
ビーム９０４の被検物体９０１表面の反射光が入射しな
いようにするのが良い。

顕微鏡９０６の焦点は被検物体９０１の内部のレーザビ
ームの集束点に合せる。そして、ステップＳ３でステー
ジ９１２を駆動して散乱像を得る。

ステップＳ３のステージ９１２の駆動は以下のように行
う。すなわち、Ｘ、Ｚ座標を固定して、ステージ９１２
をＹ軸方向に移動する。このときレーザビーム９０４と
顕微ｆｉ９０６の位置関係（顕微鏡９０６の焦点とレー
ザビームの集束点との一致）は変更しない。そして、ス
テージ９１２のＹＩ［１１方向の移動に伴って、レーザ
ビームのｉ束点からの散乱光を顕微鏡９０６で検出する
。これにより、被検物体９０１の所定のＸ座標、Ｚ座標
の位置におけるＹ軸方向の散乱光の強度分布が得られる
。このような動作を被検物体９０１の所定のＸ座標を通
りＸ軸に垂直な断面に沿って行う。

以上より、そのＸ軸に垂直な断面の散乱像（当該断面の
各点における散乱光の強度分布の集合）が得られる。

次に、ステップＳ４で、この散乱像のデータから数点の
被検物体９０１の深さ方向（Ｚ軸方向）の散乱光の強度
分布を求め、これらの平均を算出して、Ｚ軸方向の散乱
強度の一次元分布を求める。

そして、その−次元分布からＤＺ幅を求める。なお、こ
の実施例では、被検物体の表面から散乱強度が被検物体
内部の散乱強度の最大値の３０％を越える位置までをＤ
Ｚ幅とした。これに限らず外部から適当な値を別途設定
することも可能である。

次に、■の被検物体表面からの深さに対する単位体積中
の欠陥密度を散乱像をもとに画像処理して求める方法に
つき説明する。

第１１図のステップＳ１〜Ｓ３．Ｓ５〜７は、この■の
方法による手順を示す。ステップ８１〜Ｓ３は上述した
■の方法と同じであるので省略する。

ステップ８１〜Ｓ３で散乱像を得た後、ステップＳ５で
二値化処理を行う。二値化処理は以下のような処理であ
る。ステップ８１〜Ｓ３で得た散乱像は、例えば第１２
図（ａ）のようなものとなる。この散乱像中には散乱強
度の異なる種々の欠陥１２１が存在する。この散乱像か
ら散乱強度の相違を無視し欠陥の有無に応じて、欠陥が
有る位置を“１°、欠陥が無い位置を“０”、とした二
値化像を得る。第１２図（ｂ）はこのような二値化像を
示す。１２２は二値化処理後の欠陥部分を示す。なお、
二値化処理における欠陥の有無は、所定の散乱強度値を
スレッショルドレベルとして判断するが、この所定の散
乱強度値はＴＶカメラのノイズを除去でき、かつ後述す
る第１２図（Ｃ）で計測する欠陥密度が最大となるよう
な値とするのが好ましい。

二値化処理の後、ステップＳ６で縮退処理を行う。縮退
処理は、二値化された欠陥を一つ一つ分離して、欠陥を
一点に縮小する処理である。縮退処理には、例えば消去
可能な１一画素（値が“１”の画素）を値″０″に変え
る処理を繰返し画像に適用する小連結型縮退や多重連結
成分も１点に縮退できる多重連結型縮退など（［コンピ
ュータ画像処理入門」総研出版第８０頁参照）がある。

第１２図（Ｃ）はこのような縮退処理後の像を示す。

１２３は縮退処理された欠陥部分を示す。

次に、ステップＳ７で欠陥密度分布およびＤＺ幅を得る
。まず、第１２図（ｃ）において、ＤＺ幅よりも狭い幅
の欠陥密度カウント用のウィンド１２４を設定する。こ
のウィンド１２４を矢印１２５のように移動させながら
欠陥の個数をカウントする。そして、被検物体１１１の
表面から裏面までの欠陥密度の分布図（第１０回付番１
１８のグラフ参照）を得る。ＤＺ幅は表面から欠陥密度
が所定の値になる位置までの距離をもって決定される。

この実施例では、被検物体１１１の表面から散乱強度が
被検物体内部の散乱強度の最大値の３０％を越える位置
までをＤＺ幅とした。これに限らず外部から適当な値を
別途設定することも可能である。

なお、欠陥の種類が複数ある場合には、上記二値化処理
におけるスレッショルドレベルを変化させ、あるいは欠
陥の形状認、１（例えば、前掲「コンピュータ画像処理
入門」第８５頁など参照）を行うことによって、これら
を判別し、欠陥の種類別に密度分布およびＤＺ幅をｍＪ
定することができる。

第１３図は、上述した第９図の装置を用いてＣＲＴ上に
表示された結晶の断面を撮影した写真である。被検物体
は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の結晶である。黒く写っ
ている部分が欠陥部分を示す（中央付近の黒い矩形部分
は画面上に表示されているポインターであり欠陥ではな
い）。このような画像は上述の第１１図ステップＳ３に
て得ることができる。その画像データから上述のステッ
プ８５〜Ｓ７で被検物体内部の欠陥密度やＤＺ幅が測定
できる。

第１３図の写真の中央部には縦方向の白線が、写真の結
晶の断面の左側には白線のグラフが、それぞれ写し出さ
れている。この左側の白線のグラフは、中央部の縦方向
の白線の線上の散乱強度を示すグラフである。

第１４図は、上記第１３図の写真に表されたグラフをト
レースしたものである。矩形枠４５０は第１３図の写真
に対応する被検物体の断面を示す。

グラフ４５１はこの断面の線分４５３（第１３図写真中
央部の縦方向の白線に対応する）に沿う散乱強度を示す
。グラフ４５１は上述の第１１図ステップＳ４にて求め
た散乱強度の一次元分布に対応する。このグラフ４５１
に基づいてステップＳ４にてＤＺ幅を測定することがで
きる。

第１５図は、上述した第９図の装置を用いてＣＲＴ’上
に表示されたガリウムヒ素の結晶の別の断面を撮影した
写真である。欠陥部分が黒く写し出されている。

なお、上述の実施例では被検物体の垂直断面における二
次元的な内部欠陥の情報を測定しているが、これに限ら
ず、任意の断面の情報を得ることができる。例えば、被
検物体の表面から測って所定の深さの水平断面について
の欠陥情報を得ることもできる。また、第９図のパルス
ステージ９１２の動きをコンピュータ制御し任意の斜め
方向の断面について欠陥情報を得ることもできる。さら
に、第９図の装置で被検物体をＸ軸方向にに少しずつず
らして垂直断面における測定を繰返し行うことにより三
次元的な内部欠陥のデータが得られる。

上記実施例の波長可変レーザとしては、チタン−サファ
イアレーザなどの固体波長可変レーザや色素レーザなど
が例示されるが、波長が可変のものであれば良い。

上記実施例では、顕微鏡で得た光学的な像をＴＶカメラ
を用いて電気信号に変換しているが、これに限らず、他
の撮像素子あるいは光受光素子を用いても良い。また、
この光学的な像を電気信号に変換する素子は２次元でな
くとも良く、例えば１次元のラインセンサや、Ｏ次元の
受光素子を用いることもできる。

本願発明で観察の対象とする被検物体は、各種の酸化物
単結晶および半導体単結晶、さらに光ファイバなどのガ
ラス類などである。被検物体は、レーザビームを所定量
透過する物体であれば良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被検物体内にそ
の表面から細く絞ったレーザビームを入射させ、レーザ
ビームによる被検物体内部からの散乱光を被検物体の上
記表面の側でかつ入射レーザビームの入射光軸と異なる
方向から観察することとしているので、被検物体を破壊
することなく、任意の位置において内部欠陥を検出測定
することができる。

被検物体内部からの散乱光の観察をレーザビームの被検
物体表面における反射光が入射しない方向から行うよう
にすれば、レーザビームの反射光に影響されることなく
強度の弱い散乱光をも検出できる。

また、レーザビームの波長を変化させたりあるいは被検
物体の温度を変化させて、被検物体の表面からレーザビ
ームが入り込む深さを変化させれば、被検物体の表面か
ら入射し裏面で反射する光を減衰させることができ、よ
り強度の弱い散乱光を検出できるようになる。特に、被
検物体が例えばシリコン（Ｓｌ）やガリウムヒ素（Ｇａ
Ａｓ）などの半導体材料である場合は、被検物体である
半導体材料のエネルギーギャップに相当する波長近傍の
レーザ光を適宜選択することにより、表面からレーザビ
ームが入り込む深さを調整でき便宜である。

レーザビームを被検物体内部で走査させるようにすれば
、レーザビームが走査した断面の像を簡単に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る内部欠陥測定装置の
概略構成を示す断面図、 第２図は、被検物体に入射するレーザビームの光路を示
す断面図、 第３図は、被検物体に入射する平行光線束のレーザビー
ムの光路を示す断面図、および散乱強度を表すグラフ、 第４図は、ガリウムヒ素の吸収係数および減衰の状況を
示すグラフ、 第５図は、第３図のレーザビームの入射角θ、ＰＩ、Ｐ
２間距離ｄ、およびＰｉ、Ｐ３間距離りの関係を示すグ
ラフ、 第６〜８図は、レーザビームの光路の例を示す図、 第９図は、本発明の一実施例に係る内部欠陥測定装置の
概略構成を示すブロック図、 第１０図は、被検物体の欠陥像（散乱像）と表面からの
深さ方向への欠陥密度分布の模式図、第１１図は、ＤＺ
幅および欠陥密度分布の測定の手順を示すフローチャー
ト、 第１２図は、被検物体の散乱像、二値化処理後の像、お
よび縮辺処理後の像を示す模式図、第１３図は、上述し
た第９図の装置を用いて撮影した結晶構造を示す写真、 第１４図は、第１３図の写真に表されたグラフをトレー
スした図、 第１５図は、上述した第９図の装置を用いて撮影した結
晶構造を示す写真、 第１６図は、従来の内部欠陥測定装置の概略構成を示す
ブロック図である。 １０１．２０１，３０１，９０１　：被検物体、１０２
．１２１：欠陥、１０Ｂ、９０４：レーザビーム、１０
５：散乱光、１０６，９０６：顕微鏡、１０７．９ＣＪ
７：ＴＶカメラ、９０２：ＹＡＧＬ、−ザ装置、９ｏ３
：ミラー、９ｏ８：画像処理装置、９０９：ＣＲＴ、９
１０：：＋ンピュ　９．９１１：パルスモータコントロ
ーラ、９１２：ＸＹ−２パルスステージ。 第 図 這＼　３２１＼ 第 図 第 図 □ １躬市（δ０ ／　飯仁体積中／１１大陥Ｚ度 第 図 第 図 （ａ）光散乱像 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検物体内に、該被検物体の表面から細く絞った
   レーザビームを入射させる工程と、該レーザビームによ
   る被検物体内部からの散乱光を、被検物体の上記表面の
   側から、かつ入射レーザビームの入射光軸と異なる方向
   から、観察する工程と を具備することを特徴とする被検物体の内部欠陥測定方
   法。
2. （２）前記観察工程は、前記レーザビームによる被検物
   体内部からの散乱光を、そのレーザビームの被検物体表
   面における反射光が入射しない方向から、観察すること
   を特徴とする請求項１に記載の内部欠陥測定方法。
3. （３）さらに前記レーザビームの波長を変化させる工程
   を具備し、該波長変化工程により前記レーザビームの波
   長を変化させ、これにより前記被検物体の表面から前記
   レーザビームが入込む深さを変化させることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の内部欠陥測定方法。
4. （４）さらに前記被検物体の温度を変化させる工程を具
   備し、該温度変化工程により前記被検物体の表面から前
   記レーザビームが入込む深さを変化させることを特徴と
   する請求項１または２に記載の内部欠陥測定方法。
5. （５）さらに前記レーザビームを被検物体内部で走査さ
   せる工程を具備し、これによりレーザビームが走査した
   断面の像を得ることを特徴とする請求項１、２、３また
   は４に記載の内部欠陥測定方法。
6. （６）前記レーザビームを被検物体内部で走査させる工
   程は、その被検物体を固定しかつ被検物体に入射するレ
   ーザビームを移動させることにより、またはレーザビー
   ムを固定しかつ被検物体を移動させることにより、行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の内部欠陥測定方法。
7. （７）被検物体内に、該被検物体の表面から細く絞った
   レーザビームを入射させる手段と、該レーザビームによ
   る被検物体内部からの散乱光を、被検物体の上記表面の
   側から、かつ入射レーザビームの入射光軸と異なる方向
   から、観察する手段と を具備することを特徴とする被検物体の内部欠陥測定装
   置。
8. （８）前記観察手段は、前記レーザビームによる被検物
   体内部からの散乱光を、そのレーザビームの被検物体表
   面における反射光が入射しない方向から観察することを
   特徴とする請求項７に記載の内部欠陥測定装置。
9. （９）さらに前記レーザビームの波長を変化させる手段
   を具備し、該波長変化手段により前記レーザビームの波
   長を変化させ、これにより前記被検物体の表面から前記
   レーザビームが入込む深さを変化させることを特徴とす
   る請求項７または８に記載の内部欠陥測定装置。
10. （１０）さらに前記被検物体の温度を変化させる手段を
    具備し、該温度変化手段により前記被検物体の表面から
    前記レーザビームが入込む深さを変化させることを特徴
    とする請求項７または８に記載の内部欠陥測定装置。
11. （１１）さらに前記レーザビームを被検物体内部で走査
    させる手段を具備し、これによりレーザビームが走査し
    た断面の像を得ることを特徴とする請求項７、８、９ま
    たは１０に記載の内部欠陥測定装置。
12. （１２）前記レーザビームを被検物体内部で走査させる
    手段は、その被検物体を固定しかつ被検物体に入射する
    レーザビームを移動させる手段、またはレーザビームを
    固定しかつ被検物体を移動させる手段を含むことを特徴
    とする請求項１１に記載の内部欠陥測定装置。