JPH06317535A - 半導体検査装置およびそれを用いた半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェハ内部に存在する微小欠陥の３次元分布
を、非破壊でかつ高感度に測定可能な半導体検査装置を
得る。 【構成】 半導体を透過する光を半導体試料４１に集光
し、透過光を分割検出器５２で検出し、検出信号の処理
を電子回路６１で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶のウェハを
検査する装置、およびそれを用いた半導体製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体結晶ウェハの内部欠陥を検出する
方法として、上記ウェハを割り断面をエッチングしたの
ちに、上記断面を光学顕微鏡で観察することがよく行わ
れる。欠陥の存否によってエッチング速度が異なるの
で、上記ウェハの断面に凹凸ができ欠陥の存在場所が確
認可能になる。上記方法は破壊検査であり、化学的な処
理が必要であるなどの欠点を有している。

【０００３】ウェハの断面をエッチングする上記方法に
代るものとして、側方散乱光を検出する方法が知られて
おり、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Jour
nalof Crystal Growth）第１０８巻（１９９１年）の４
８２頁から４９０頁に詳しく記してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記側方散乱光を検出
する方法は、エッチングを行わないがウェハは割る必要
があり、したがって、非破壊による検出法ではない。し
かも、割った断面が平坦でないときには上記断面の研磨
が必要であるため、上記方法は簡単にできる検査法では
ない。散乱光を検出する上記方法は、また、半導体内部
の微小欠陥が光の波長よりも小さくなると、その検出が
極端に困難になる。その理由は散乱光の強度が、欠陥の
直径の６乗に比例して小さくなるからである。

【０００５】本発明の目的は、ウェハ内部に存在する微
小欠陥の３次元分布を、非破壊でかつ高感度に測定可能
な半導体検査装置を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体内部
を透過する波長の光を発生する光源と、該光源からの光
を集光する光学系と、集光位置に設けた半導体試料を保
持する試料台と、上記半導体試料の試料台を走査させる
走査機構と、上記半導体試料の透過光を複数部分に分割
して検出する検出光学系と、該検出光学系からの信号を
処理する電子回路とを備えることにより達成される。

【０００７】

【作用】図２に示すように半導体結晶４１中に欠陥４２
が存在する場合に、上記欠陥はその周囲に影響を及ぼし
結晶格子に歪みを与える。この歪のために生じる光弾性
効果により周囲の結晶に屈折率変化が生じる。上記屈折
率の分布は上記欠陥から離れるにしたがって緩和され、
この一様でない屈折率分布が存在する部分を光が透過す
るとき、上記光の波面は元の波面に比べて変形し、光の
進行方向に変化が生じる。本発明の半導体検査装置で
は、半導体ウェハを透過する光を照射しながら上記ウェ
ハを走査し、ウェハの透過光を空間的に分割して検出
し、その出力信号によって上記ウェハの中の欠陥を検出
する。この検出は上記光の進行方向の変化を敏感に検出
することができる。上記のように欠陥の存在場所近傍を
光が通過するときに、光の進行方向すなわち強度分布に
変化を生じ、これを検出することにより、欠陥検出が可
能になる。微小な欠陥でも周囲の広い範囲に歪みを及ぼ
しているので、上記方法による検出感度は高い。光は細
く集光されており、屈折率分布に最も敏感なところは最
も絞られたところである。このため、平面方向だけでな
く深さ方向にも分解能を有することになり、結晶中にお
ける欠陥の３次元分布の測定が可能になる。

【０００８】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による半導体検査装置の第１実施例を
示す図、図３は上記実施例における分割検出器の光電面
を示す図、図４は欠陥を光走査したときの信号変化を示
す図、図５は本発明の第２実施例を示す図、図６は本発
明の第３実施例を示す図である。

【０００９】第１実施例 図１において、光源１１からは半導体試料４１を透過可
能な波長の光１２が出射している。上記出射光１２をレ
ンズ２１でコリメートし、レンズ２２により上記半導体
試料４１上に細く絞り込み照射する。上記試料４１から
の透過光は光分割検出器５２で検出される。上記光分割
検出器５２における光電面の形状の例を図３に示す。本
実施例では２分割検出器の例を示しているが、２分割以
上の検出器を使用することも可能である。図３における
（ａ）に示す検出器５２は円形のものを２分割したもの
であり、（ｂ）に示す検出器５３は全体の形状が正方形
のものを２分割したものである。これらの検出器は図１
に示す実施例で使用することができる。上記検出器５２
を使用した場合に、透過光の半分は検出器５２の光電面
５２１で検出され、残り半分は光電面５２２で検出され
る。電子回路６１では上記検出器５２１および５２２か
らの信号をそれぞれ増幅したのちに両者の差をとる。そ
れぞれの増幅率は、欠陥近傍を光が通過しないときに両
者の差がほぼ零になるように設定する。このような状態
で、半導体試料４１を保持する試料台に連結された走査
機構５１により、上記半導体試料４１に含まれる欠陥を
照射光が通過するように走査すると、図４に示すような
信号が得られる。照射光が欠陥の中心を走査したとき
に、電子回路６１における差分信号はほぼ零になる。本
実施例では上記電子回路６１に周波数フィルタ６２を付
加している。例えば、上記周波数フィルタとしてハイパ
スフィルタを使用すると、最も絞られたビームウェスト
の位置から離れた所にあるウェハの表面または裏面の、
凹凸の影響を少なくすることができる。遮断周波数は走
査速度を勘案して決める必要がある。６３は表示装置で
あり、ウェハの走査位置と出力信号との対応をとって画
像表示する。

【００１０】上記実施例では、深さ方向の位置を確認す
るために、共焦点顕微鏡光学系が付加されている。上記
共焦点顕微鏡光学系により半導体ウェハ表面の位置を特
定できるので、その位置を基準として絞り込んだ光のビ
ームウェストが、上記半導体ウェハの内部にどの程度入
ったかを知ることができる。本実施例においては、半導
体試料４１からの反射光がレンズ２２を通過して半透鏡
３１で反射され、レンズ２３によりピンホール３２上に
絞り込まれる。上記ピンホール３２を通過した光は検出
器５６で検出される。共焦点光学系においては、絞り込
んだ光のビームウェスト位置に反射面があるときに、検
出光量が最大になる。すなわち、上記半導体試料４１の
表面がレンズ２２の焦点位置にあるとき、上記検出器５
６の出力が最大になる。上記焦点位置を表面とすること
により、ビームウェストの深さを推定することができ
る。上記検出器５６の信号を画像信号として使用するな
らば、高分解能をもつ共焦点画像を得ることも可能であ
る。

【００１１】第２実施例 複数の反射面をもつ反射鏡で構成された検出光学系を使
用した第２実施例を図５に示す。半導体試料４１を透過
した透過光をレンズ２４によりコリメートする。図に示
す３３は直角プリズムであり、直角に交わった２つの反
射面を有している。上記各反射面で透過光は、２つの方
向の透過光１３および１４として等分に反射され、それ
ぞれの反射光は２つの光検出器５４および５５により検
出され、上記第１実施例と同様な信号処理が電子回路６
１によって行われる。

【００１２】第３実施例 ウェジ状の光学素子としてフレネルのバイプリズムで構
成する検出光学系を用いた第３実施例を図６に示す。半
導体試料４１を透過した光はレンズ２４でコリメートさ
れたのち、フレネルのバイプリズム３４に入射する。上
記透過光は上記バイプリズム３４で２つの透過光１３お
よび１４に分けられ、それぞれ検出器５４および５５で
検出される。上記各検出器５４および５５からの出力信
号は、上記第１実施例と同様な方法で処理される。本実
施例では検出光学系に、入射光を２つに分割可能な光学
素子を使用したが、ウェジの頂点の面の数を増すことに
よって、入射光の分割数を増すことも可能であり、例え
ば２分割では２方向の検出が行われるが、４分割にする
と水平および垂直方向の検出が可能である。

【００１３】第４実施例 半導体製造工程におけるウェハは、成膜工程、熱処理工
程、エッチング工程などを経て形成され、この間に種々
の熱処理工程を通過するが、上記熱処理工程によりウェ
ハ内の欠陥の大きさや分布または欠陥の個数密度が変化
する。したがって、非破壊検査である本発明の半導体検
査装置を使用することにより、上記ウェハに損傷を与え
ることなく、検査の度にこれらの変化を知ることができ
る。一例としては、同じ半導体製造工程にダミーウェハ
を流しそれぞれの工程の後に上記ダミーウェハを抜き取
り、本発明による半導体検査装置で検査するか、あるい
は１枚のダミーウェハを検査したのち工程に戻すことに
より、同一場所の欠陥の変化をモニタすることができ
る。また、製造途中の半導体装置を本発明による半導体
検査装置で直接検査することにより、不良の発生を早い
段階で探知することもできる。さらに、不良品が発覚し
た段階で上記不良品を抜き取ることにより、それ以降の
工程の無駄を防止できるので、半導体製造工程における
品質管理を行うことが可能になる。

【００１４】

【発明の効果】上記のように本発明による半導体検査装
置は、半導体内部を透過する波長の光を発生する光源
と、該光源からの光を集光する光学系と、集光位置に設
けた半導体試料を保持する試料台と、上記半導体試料の
試料台を走査させる走査機構と、上記半導体試料の透過
光を複数部分に分割して検出する検出光学系と、該検出
光学系からの信号を処理する電子回路とを備えたことに
より、従来困難であったウェハ中の微小な欠陥の３次元
分布を、高感度で測定できるという効果がある。また、
本発明による半導体検査装置を半導体製造工程に使用す
ることにより、半導体製造工程の品質管理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体検査装置の第１実施例を示
す図である。

【図２】ウェハ中における欠陥の検出原理の概略を示す
図である。

【図３】検出器における光電面の概略を示す図である。

【図４】欠陥を走査したときの信号変化を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例を示す図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す図である。

【符号の説明】

１１…光源 ３３…複数の反射面を
もつ反射鏡 ３４…ウェジ状光学素子 ４１…半導体試料 ５１…走査機構 ５２…分割光検出器 ５４、５５、５６…光検出器 ６１…電子回路 ６２…周波数フィルタ ６３…表示装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体内部を透過する波長の光を発生する
   光源と、該光源からの光を集光する光学系と、集光位置
   に設けた半導体試料を保持する試料台と、上記半導体試
   料の試料台を走査させる走査機構と、上記半導体試料の
   透過光を複数部分に分割して検出する検出光学系と、該
   検出光学系からの信号を処理する電子回路とを備えた半
   導体検査装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体検査装置において、
   上記電子回路は複数に分割して検出した出力の差分を取
   ることを特徴とする半導体検査装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２記載の半導体検査
   装置において、上記電子回路は周波数フィルタを備える
   ことにより、走査速度に応じて周波数帯域を変化させる
   機能を有することを特徴とする半導体検査装置。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載の
   半導体検査装置において、上記半導体試料からの反射光
   を使用して、深さ方向の位置が検知できる、深さ位置検
   出機構を有することを特徴とする半導体検査装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の半導体検査装置において、
   上記深さ位置検出機構は共焦点顕微鏡であることを特徴
   とする半導体検査装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の半導体検査装置において、
   上記検出光学系は複数に分割された光電面を有する分割
   光検出器を用いたものであることを特徴とすする半導体
   検査装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の半導体検査装置において、
   上記検出光学系は透過光を反射する複数の反射面をもつ
   反射鏡と、上記反射面にそれぞれ対応して反射光を検出
   する複数の光検出器とを有することを特徴とする半導体
   検査装置。
8. 【請求項８】請求項１記載の半導体検査装置において、
   上記検出光学系は、光を分割可能なウェジ状の光学素子
   と、上記分割した光にそれぞれ対応する複数の光検出器
   とを有することを特徴とする半導体検査装置。
9. 【請求項９】請求項１から請求項８のいずれかに記載の
   半導体検査装置において、上記光検出器の出力を、上記
   半導体試料上の集光位置に対応し表示する、表示装置を
   設けたことを特徴とする半導体検査装置。
10. 【請求項１０】基板上に、少なくとも成膜工程、熱処理
    工程、エッチング工程を経て、半導体素子または上記素
    子を含む半導体装置を形成する半導体製造方法におい
    て、上記各請求項記載の半導体検査装置を用いて検査す
    る工程を、少なくとも上記熱処理理工程の後に設けたこ
    とを特徴とする半導体製造方法。