JPH04301800A - Ｘ線回折顕微装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線回折を利用した半
導体ウエハの欠陥を観察する顕微装置に関し、特に、Ｓ
ｉウエハ、ＧａＡｓウエハ等の単結晶中の欠陥部を画像
として観察できるようにしたＸ線回折顕微装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】集積回路に使用されるＳｉ単結晶ウエハ
においては、そのウエハ表面近傍に存在する結晶欠陥は
、集積回路の良品歩留まりを著しく低下させてしまう。 従って、該結晶欠陥を検出し、欠陥ウエハを排除する必
要がある。このため、所定割合でウエハを抽出し、該ウ
エハにエッチングを施して結晶欠陥を顕在化させ、光学
顕微鏡で表面を観察する方法が採用されていたが、この
方法は、エッチングにより被検査ウエハの表面近傍が破
壊されてしまうので、ウエハの出荷検査には適さないも
のである。従って現在においては、単結晶中の格子欠陥
や歪み等を、Ｘ線の回折現象を利用して検出するＸ線回
折顕微（Ｘ線トポグラフィ）法が採用されるようになっ
た。

【０００３】上記Ｘ線回折顕微法について、以下に説明
する。図４には従来例のＸ線回折顕微装置の概略図が示
されており、図において、１はＸ線放射線源（Ｘ線源）
、２はＳｉ単結晶等のモノクロメータ結晶（第１結晶）
、３は試料ウエハ（試料）、４はＸ線撮像機、５は表示
モニタである。Ｘ線源１から放射されたＸ線ビームは、
モノクロメータ結晶２で回折されて平行度の高いビーム
として試料結晶３に入射する。その状態で試料結晶３を
ブラック角の近傍で精密に正負方向（図の矢印ａ、ｂ方
向）に回転させて回折強度を観察し、それにより入射ビ
ームと試料３との角度を調節して検査感度が最大となる
ようにする。その状態で試料３で回折されたＸ線ビーム
を撮像機４で検出し、その結果を表示モニタ５に表示す
る。

【０００４】検出感度が調整された状態では、試料であ
るウエハの完全結晶領域、即ち欠陥がない領域ではＸ線
ビームは強く回折するが、欠陥領域では殆ど回折しない
ため、表示モニタ５には欠陥領域が黒点として現れ、そ
れにより結晶欠陥の箇所が検知されるように構成されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例のＸ線回折顕微
法においては、電子顕微鏡を用いて検出するものに比較
して、試料をエッチング又は薄片等にする必要もなく、
また比較的大きい面積の観察が可能である等の優れた作
用効果を奏する事ができるものであるが、上記したよう
に試料３とＸ線ビームとの角度調整の時間を必要として
いる。またＸ線源３からの放射されるビームの強度が大
きすぎる場合には、完全結晶領域からの回折ビームが強
くなり過ぎるため、欠陥領域までも白く表示されてしま
い、逆に強度が小さすぎる場合は総てが黒く表示されて
しまい、いずれの場合も、完全結晶領域と欠陥領域とが
識別可能な状態で表示されない恐れがあった。従って、
該Ｘ線顕微法は、ビーム強度を最適に調整するための時
間も必要とするものである。

【０００６】さらには、完全結晶領域でハレーションを
生じさせない為のビーム強度調節も必要であり、これら
の角度調節及び強度調節に時間がかかるので、検査時間
が長くなるという問題点を有していた。また従来のＸ線
回折顕微法においては、ゴミ等の存在によりＸ線ビーム
が遮断されてしまう場合があり、この場合にも表示モニ
タ５に黒点として現れてしまうので、ゴミと欠陥領域と
の識別が困難であるという問題点も有していた。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、短時間でしかも高精
度でウエハの欠陥結晶の検査が行えるようにしたＸ線回
折顕微装置を提供使用とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるＸ線回折顕微装置においては、被検
査体である半導体ウエハを回転させて、Ｘ線ビーム照射
手段からのＸ線ビームの相対的入射角を変更する回転手
段、Ｘ線ビームの経路に配置されて該ビームを選択的に
通過又は遮断する遮断手段、及び該回転手段及び遮断手
段を駆動制御する駆動制御手段を具備し、上記駆動制御
手段は、半導体ウエハの回転に応じて得られるＸ線撮像
手段からの検知出力に基づいて、ウエハの完全結晶領域
から回折Ｘ線ビームが得られるウエハ回転角ω０を検出
し、該角度近傍では遮断手段によりＸ線ビームを遮断し
た後、更に該角度ω０から所定角以内でウエハを左右両
方向に回転させて、欠陥領域から回折Ｘ線ビームが得ら
れる回転角ω０＋α１又はω０−α１を検出し、該検出
した回転角にウエハを保持して欠陥検出を実行するよう
構成されている事を特徴としている。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を説明する前に、本発明の原
理を説明する。近年、Ｓｉ単結晶等の製造技術が向上し
、製造されたウエハ中に存在する結晶欠陥は、格子定数
あるいは格子面が周辺より変化した領域である。この欠
陥領域からのＸ線回折が得られるビームの相対的入射角
αは、完全結晶領域からＸ線回折が得られる場合の相対
的入射角α０よりも、所定の角度α１ずれている場合で
あり、該入射角α（＝α０＋α１　　又はα０−α１）
でＸ線ビームを入射すると、欠陥領域からはＸ線回折ビ
ームは得られるものの、完全結晶領域からの回折Ｘ線ビ
ームは得られないものである。

【００１０】また、図２に示されるように、ビーム方向
（絶対座標）を一定とし、調整前即ち初期状態の試料３
へのビームの相対的入射角をβ０とし、試料を例えば水
平に載置した初期状態（回転角度０）から完全結晶領域
からのＸ線回折が得られるまで回転させた場合の回転角
をω０とすると、 α０＝β０−ω０ となる。なお、ω０の値（大きさ）は、試料結晶の種類
等によって適宜定まるものである。従って、α＝α０＋
α１＝β０−ω０＋α１又はα＝α０−α１＝β０−ω
０−α１ が得られ、欠陥領域から回折Ｘ線ビームが得られる相対
的入射角αは、完全結晶領域から回折Ｘ線ビームが得ら
れた相対角度β０−ω０から、即ち初期状態から試料３
をω０回転した位置から、更にα１だけ正、又は負方向
に試料３を回転する事により得られる角度である事がわ
かる。

【００１１】本発明は、上記の原理に基づきなされたも
のであり、初期状態（入射角β０）から試料を回転させ
て、完全結晶領域からＸ線回折が得られるまでの回転角
ω０を検出し、該角度近傍ではＸ線ビームを遮断した後
、該回転角ω０を中心に所定の角度以内（ただし、α１
以上）で試料を回転させて、欠陥結晶から回折Ｘ線ビー
ムが得られる最適の入射角αとなるように試料結晶の角
度を調整し、その状態で欠陥検出を実行して表示モニタ
に欠陥結晶を白色点で表示し、それにより該対応箇所に
結晶欠陥があると観察できるようにした事を特徴として
いる。

【００１２】図１には本発明の一実施例が示されており
、図において、図４に示された従来例装置におけるもの
と同様な構成要素は、同一の参照番号で示されている。 該実施例は図４に示された従来例装置に、Ｘ線源１とモ
ノクロメータ結晶２との間に介在してＸ線ビームを遮蔽
する遮蔽板６、該遮蔽板を回転させるパルスモータ７、
試料結晶３を回転させるパルスモータ８、及びＸ線撮像
機４からの信号により制御されてそれぞれのパルスモー
タ７、８を駆動制御する駆動制御回路９を付加して構成
されている。

【００１３】上記実施例の動作を説明する。まず、駆動
制御回路９の制御により、Ｘ線源１からのＸ線ビームを
試料３に照射しつつ該試料３をパルスモータ８により初
期載置状態から回転させ、撮像機４から出力される完全
結晶領域にある画素の検知信号に基づき、駆動制御回路
９において試料結晶の完全結晶領域で回折が生じる条件
、即ち初期状態からの回転角ω０を求め、基準値とする
。試料３を、駆動制御回路９の制御により、該基準値ω
０から更に約１０秒程度回転させ、欠陥結晶領域からＸ
線回折が生じる最適の回転角を検出する。上記のステッ
プにより最適の回転角が検出できない場合は、試料３を
逆方向に回転させるが、試料３の回転角が、例えば（ω
０−５秒）〜（ω０＋５秒）範囲等のω０の近傍にある
場合は、完全結晶領域から強い回折Ｘ線ビームが生じて
しまうので、駆動制御回路９の制御によりパルスモータ
７を駆動して、Ｘ線遮蔽板６の遮蔽部をＸ線のビーム経
路に挿入して、ビームが試料に照射されないようにし、
それにより完全結晶領域から強い回折が生じることを防
ぐ。遮蔽板６による遮蔽を解除して、さらに試料３を回
転させるが、試料の回転角ωがω０＋１０秒程度になる
と、結晶欠陥領域からの回折が生じるので、Ｘ線撮像機
４により結晶欠陥領域を検出する事ができ、その検出結
果が表示モニタ５に２次元的に表示され、該モニタ５で
は欠陥領域は白色点で表示される。

【００１４】このように、試料３の完全結晶領域からの
強いＸ線回折ビームの発生を、遮蔽板６を設ける事によ
り阻止しつつ角度調節し、角度調節後に欠陥領域のみか
ら生じるＸ線回折ビームを受信検出できるようにしてい
るので、Ｘ線源１からのビーム強度を調整する必要がな
い。また該ビーム強度を大きくしてもハレーションを生
じる恐れがないため、この点からもビーム強度を調整す
る必要がない。またゴミ等でＸ線ビームが遮蔽された場
合においても、撮像機４においては該部分に対応する画
素のＸ線検知出力が零となり、黒色で表示モニタ５に表
示されるので、試料３における結晶欠陥とゴミの存在と
を識別する事ができる。従って、短時間の調整で高感度
、高精度の欠陥検知結果が得られるものである。

【００１５】遮蔽板６は、遮蔽部と透過部との２つの部
分から構成されるもの以外に、図３に示されるように、
完全遮蔽部６１、Ｘ線ビームの透過率が相違する半透過
部６２、６３を平面的に配置すると共に、その一部を切
欠状等に形成して完全透過部６４を形成するように構成
しても良い。この図３の遮蔽板においては、Ｘ線ビーム
を通過させる場合に、半透過部６２、６３、完全透過部
６４が適宜ビーム経路に介在されるように回転して試料
３への入射強度を変調すれば、欠陥領域からの回折Ｘ線
強度が変調されて得られるので、Ｘ線撮像機固有のノイ
ズも取り除くことができる。完全遮蔽部６１としては、
５ｍｍ程度の厚さの鉛板を、半透過部６２、及び６３と
しては、約５０μｍの厚さのアルミ板、及び約１００μ
ｍの厚さのアルミ板がそれぞれ適当である。

【００１６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、半導体ウエハ表面近傍に存在する結晶欠陥を従来の
検査装置に比べて高精度かつ短時間で検出する事ができ
るという作用効果を奏する事ができ、従って、ウエハの
検査コストを格段に低減できるという効果を奏する事が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線顕微装置の一実施例を概略的に示
している概略図である。

【図２】本発明の原理を説明するための説明図である。

【図３】図１に示されたＸ線顕微装置に具備される遮蔽
板の具体的構造を示している平面図である。

【図４】従来例のＸ線顕微装置の構成を概略的に示して
いる概略図である。

【符号の説明】

１　　　　Ｘ線源　　　　　　　　　　　　　　２　　
　　モノクロメータ結晶体 ３　　　　試料ウエハ　　　　　　　　　　４　　　　
Ｘ線撮像機５　　　　表示モニタ　　　　　　　　　　
６　　　　遮蔽板７　　　　パルスモータ　　　　　　
　　８　　　　パルスモータ９　　　　駆動制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｘ線回折を利用して半導体ウエハの欠
   陥を観察するＸ線回折顕微装置において、Ｘ線ビーム照
   射手段、上記半導体ウエハからの回折Ｘ線ビームを検出
   するＸ線撮像手段、上記Ｘ線撮像手段からの検出出力が
   入力されて、検出結果を表示するモニタ手段、上記半導
   体ウエハを回転させる事により、上記Ｘ線ビーム照射手
   段からのＸ線ビームの相対的入射角を変更する回転手段
   、上記Ｘ線ビームの経路に配置され、該ビームを選択的
   に通過又は遮断する遮断手段、上記回転手段及び遮断手
   段を駆動制御する駆動制御手段を具備し、上記駆動制御
   手段は、上記半導体ウエハの回転に応じて得られるＸ線
   撮像手段からの検知出力に基づいて、上記半導体ウエハ
   の完全結晶領域から回折Ｘ線ビームが得られるウエハの
   回転角ω０を検出し、更に該角度ω０を中心にして所定
   角度以内でウエハを回転させて欠陥領域から回折Ｘ線ビ
   ームが得られる回転角ω０＋α１又はω０−α１を検出
   してその検出角度でウエハの回転を停止するよう回転手
   段を制御し、上記回転角ω０の近傍で上記ウエハが回転
   される場合にＸ線ビームを遮断して完全結晶領域から回
   折Ｘ線ビームが生じないように遮断手段を制御するよう
   構成されている事を特徴とするＸ線顕微装置。