JPH0921756A - 半導体ウェハの欠陥評価装置 - Google Patents

半導体ウェハの欠陥評価装置

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JPH0921756A
JPH0921756A JP7173216A JP17321695A JPH0921756A JP H0921756 A JPH0921756 A JP H0921756A JP 7173216 A JP7173216 A JP 7173216A JP 17321695 A JP17321695 A JP 17321695A JP H0921756 A JPH0921756 A JP H0921756A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
light
surface layer
defect
irradiated
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Pending
Application number
JP7173216A
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English (en)
Inventor
Atsuko Kubota
敦子 窪田
Hiroyasu Kubota
裕康 久保田
Yoshiaki Matsushita
嘉明 松下
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、半導体ウェハの表層に存在する
低密度の表層欠陥を検出評価する時間を短縮する半導体
ウェハの欠陥評価装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 この発明は、半導体ウェハ1に照射され
るレーザ光を発生する固体レーザ2と、レーザ光を1c
2 〜4cm2 のビーム面積の平行光線に変換し、変換
した光が半導体ウェハ1に斜め上方から照射される集光
レンズ3と、集光レンズ3を介してレーザ光が照射され
た半導体ウェハ1の表層から反射された散乱光を受光し
て散乱光像を得て、この散乱光像から表層欠陥を検出す
るCCDカメラ5と、半導体ウェハ1を移動させる走査
ステージ6を備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、大口径の半導体
ウェハの表層に生じた欠陥を短時間に評価する半導体ウ
ェハの欠陥評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェハに存在する欠陥は、欠陥の
存在する部位によって大きく2つに分けられる。1つは
半導体デバイスの素子活性層となる表層部分であり、も
う1つは主にイントリシックゲッタリングに関係するバ
ルク部分である。
【0003】半導体ウェハのバルク中に生じる欠陥とし
て、例えば酸素析出物、OSF(酸化誘起積層欠陥)、
転移等の欠陥は、半導体ウェハを劈開後ライト・エッチ
ング等の選択性エッチングにより欠陥を顕在化し、顕在
化された欠陥を光学顕微鏡により観察して欠陥を評価す
る手法が採られていた。しかし、このような手法では、
選択性エッチングを行う際に有害な酸が使用されてい
た。そこで、近年では環境への配慮からこのような有害
な物質を使用しない赤外トモグラフを用いた手法に移行
しつつある。
【0004】このように欠陥の評価方法が確立された半
導体ウェハのバルクに対して、半導体ウェハの表層欠陥
の評価は、有効な評価手法が確立されていなかったため
に立ち遅れていた。
【0005】しかし、最近光のエネルギーが半導体のバ
ンドギャップより大きいために半導体ウェハの表層にし
か入射しない可視光を半導体ウェハに照射し、それによ
って半導体ウェハから得られる散乱光を用いて半導体ウ
ェハの表層部に生じた欠陥を非破壊で評価できる手法が
実用化されている。例えば、特開平4−132942号
公報に記載されている手法が知られている。
【0006】このような手法では、半導体ウェハに照射
する光のビーム径を最大でも数百μm程度にまで絞り込
んでいた。このため、半導体ウェハにおいて数百(個/
cm2 )あるいはそれ以下といった本来密度の低い表層
欠陥を半導体ウェハのほぼ全面にわたって検出しようと
すると、上記ビーム径の光を半導体ウェハのほぼ全面に
わたって照射しなければならず、非常に長い走査時間が
必要になっていた。したがたって、半導体ウェハのほぼ
全面にわたって測定することは現実的でなかったため、
半導体ウェハのサンプリングされた一部の領域のみしか
測定を行っていなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
半導体ウェハに光を照射して半導体ウェハの表層欠陥を
検出評価する従来の手法においては、半導体ウェハに照
射する光のビーム面積が半導体ウェハの面積に比べて極
めて小さかったため、半導体ウェハのほぼ全面にわたっ
て光を照射して低密度の表層欠陥を検出しようとする
と、極めて長い時間が必要になるという不具合を招き、
スループットの低下をもたらしていた。
【0008】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、半導体ウェハ
の表層に存在する低密度の表層欠陥を検出評価する時間
を短縮する半導体ウェハの欠陥評価装置を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体ウェハに光を照射し
て得られる散乱光により半導体ウェハの表面近傍に存在
する析出物を含む表層欠陥を検出する半導体ウェハの欠
陥評価装置において、半導体ウェハに照射される原光を
発生する光源と、前記光源で発生した光を所定のビーム
面積の平行光線に変換し、変換した光を前記半導体ウェ
ハに斜め上方から照射する変換照射手段と、前記変換照
射手段により光が照射された半導体ウェハの表層から反
射された散乱光を受光して散乱光像を得て、該散乱光像
から欠陥を検出する検出手段と、前記変換照射手段によ
って前記半導体ウェハに照射される光の照射領域を移動
させる移動手段とを備え、従来に比べて大きいビーム面
積の光を半導体ウェハに照射して、半導体ウェハの表層
欠陥を検出評価するように構成される。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の半
導体ウェハの欠陥評価装置において、前記変換照射手段
は、(100)面の半導体ウェハに対して、[011]
方位及び[01−1]方位以外の入射方向から半導体ウ
ェハに光を照射して、半導体ウェハのオリエンテーショ
ン・フラットに対して平行及び垂直以外の方向から光を
半導体ウェハに照射するように構成される。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の半導体ウェハの欠陥評価装置において、前記検出手
段によって検出された散乱光像から半導体ウェハの単位
領域の欠陥密度を算出する算出手段を備え、従来に比べ
て大きいビーム面積の光を半導体ウェハに照射して、半
導体ウェハの表層欠陥を検出評価するように構成され
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施の形態を説明する。
【0013】図1は請求項1又は3記載の発明の一実施
形態に係わる半導体ウェハの欠陥評価装置の構成を示す
図である。
【0014】図1において、半導体ウェハの欠陥評価装
置は、例えばシリコンの半導体ウェハ1に照射される原
光、例えば680nm程度の波長の赤色レーザ又はこれ
よりも波長の短い光を発生する固体レーザ2と、この固
体レーザ2で発生した球面波のレーザ光を1cm2 〜4
cm2 程度のビーム面積の平行光線に変換する集光レン
ズ3と、この集光レンズ3で得られた平行光線が偏光板
4を介して半導体ウェハ1に斜め上方から照射され、こ
れにより半導体ウェハ1の表層から反射された散乱光を
受光して散乱光像を得て、この散乱光像から表層欠陥を
検出するCCDカメラ5と、半導体ウェハ1を載置して
半導体ウェハ1を移動し、半導体ウェハ1に照射される
光の照射領域を走査する走査ステージ6と、この走査ス
テージ6ならびにCCDカメラ5を走査制御し、半導体
ウェハ1の走査位置とCCDカメラ5から得られた散乱
光像を対応して記憶し、記憶した散乱光像を出力すると
ともに、得られた散乱光像から半導体ウェハ1の単位領
域当たり、例えばビーム面積を1cm2 した場合には、
1cm2 当たりの欠陥密度を算出するCPU7を備えて
構成されている。
【0015】ここでは、ビーム面積の範囲を、最低限必
要な数値からレーザビームを広げられる限界の数値まで
を範囲とし、1cm2 〜4cm2 としている。
【0016】このような構成において、固体レーザ2で
発生された球面波のレーザ光は、集光レンズ3により例
えば1cm2 程度のビーム面積の平行光線に変換され
て、偏光レンズ4を介して斜め上方から半導体ウェハ1
に照射される。半導体ウェハ1に入射されたレーザ光の
一部は屈折して、半導体ウェハ1の表面にほぼ垂直に半
導体ウェハ1中を進む。これと同時に、半導体ウェハ1
を進む光は半導体ウェハ1による吸収を受け、図1の斜
線領域Aで示すように半導体ウェハ1の表面下数μm程
度の深さまでしか侵入しない。
【0017】このようなレーザ光の照射により半導体ウ
ェハ1の斜線領域Aから反射されて得られた散乱光は、
斜線領域Aの直上に走査配置されたCCDカメラ5で受
光され、図2に示すように従来に比べて大面積の例えば
1cm2 (ビーム面積)の散乱光像が得られる。このよ
うにして得られた散乱光像から表層欠陥が検出される。
例えば図2において、半導体ウェハ1の表層部に存在す
る表層欠陥が黒点として得られる。
【0018】このようにして半導体ウェハ1にレーザ光
が照射されて半導体ウェハ1及びCCDカメラ5が対応
して走査され、半導体ウェハ1の照射領域とその領域で
得られた散乱光像が対応してCPU7に記憶され、半導
体ウェハ1のほぼ全面あるいは任意の領域において表層
欠陥の検出作業が行われる。
【0019】また、上記検出作業において得られた散乱
光像はCPU7によって解析され、例えば1cm2 の単
位領域当たりの表面散乱体の密度が算出され、図3に示
すように半導体ウェハ1の位置に対応した散乱体密度値
が得られ、表層欠陥の面内分布が得られる。図3におい
て、半導体ウェハ1内の矩形領域が1cm2 の単位領域
であり、その領域内に記載されている数値が散乱体密度
値を表している。
【0020】上記実施形態と、100μm程度のビーム
径を使用した従来の装置を用いて、例えば8インチの半
導体ウェハの表面欠陥を測定した場合とを比較してみる
と、上記実施形態では、半導体ウェハのほぼ全面にわた
る図3に示す測定結果を得るのに約1時間程度の測定時
間を要したのに対して、従来では半導体ウェハ1の中央
部分の1cm2 の領域の測定に約4時間程度の測定時間
が費やされた。したがって、上記実施形態では、表層欠
陥の測定時間が従来に比べて約470倍程度も速くな
り、従来に比べて格段に短時間で表層欠陥の測定を行う
ことが可能となる。
【0021】また、従来では、半導体ウェハのほぼ全面
にわたって表層欠陥を測定することは現実的ではなかっ
たため、半導体ウェハのサンプリングされた一部の領域
のみしか測定を行わなかったのに対して、上記実施形態
では、測定時間が極めて短くなったため、半導体ウェハ
のほぼ全面にわたって表層欠陥の面内分布を得ることが
可能となる。
【0022】さらに、上記実施形態では、半導体ウェハ
1に照射されるレーザ光を平行光線としているので、半
導体ウェハ1に光が入射した際に入射面の光強度が球面
波に比べて均一となり、これにより表層欠陥の検出感度
を一定に保つことができる。
【0023】図4は請求項2記載の発明の一実施形態に
係わり、図1に示す半導体ウェハの欠陥評価装置におけ
るレーザ光の入射方向を限定した実施形態を示す図であ
る。
【0024】熱処理された半導体ウェハの表層欠陥を測
定する場合に、熱処理雰囲気と温度によっては欠陥評価
の妨げとなる表面散乱が大きくなり、図1に示す実施形
態で得られる散乱光像に表面散乱によるものが含まれ、
表層欠陥の検出精度が低下する場合がある。この表面散
乱の増大は、半導体ウェハを例えば水素雰囲気中で11
00℃程度以上の高温でアニール処理した際に顕著に現
れる。この原因は、アニール処理中に半導体ウェハの最
表層で半導体分子が再配列し、表層部が他の部分よりも
安定化する2×1構造となるためである。この2×1構
造は半導体ウェハのオリエンテーション・フラットに対
して平行又は垂直方向となる。
【0025】そこで、この実施形態の特徴とするところ
は、上記2×1構造に起因する表面散乱を抑えるため
に、半導体ウェハに照射されるレーザ光の半導体ウェハ
に対する入射方向をオリエンテーション・フラットと平
行及び垂直方向以外の方向とするようにしたことにあ
る。
【0026】図4は図1に示す装置を上方から見た概略
模式図であり、レーザ光の照射面を斜線領域Bで示し、
CCDカメラ5は省略してある。
【0027】この実施形態では、半導体ウェハ1にレー
ザ光が照射される照射面(001面)において、図4
(a)に示すように半導体ウェハ1のオリエンテーショ
ン・フラットに対して平行となる方向([110]方
向)、及び図4(b)に示すように垂直となる方向
([1−10]方向)、以外の例えば図4(c)に示す
ような方向からレーザ光を半導体ウェハ1に照射するよ
うにしている。
【0028】このような実施形態においては、表層欠陥
の検出評価の妨げとなる上記表面散乱が抑制されるた
め、表層欠陥の検出精度を向上させることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1,2又は
3記載の発明によれば、従来に比べて大きいビーム面積
の光を半導体ウェハに照射して、半導体ウェハの表層欠
陥を検出評価するようにしているので、表層欠陥の検出
評価時間を従来に比べて格段に短縮することができる。
また、表層欠陥の検出評価時間が短縮されることによっ
て、大口径の半導体ウェハのほぼ全面にわたって表層欠
陥を検出評価することが可能となる。
【0030】請求項2記載の発明は、上記に加えて、半
導体ウェハのオリエンテーション・フラットに対して平
行及び垂直方向以外の方向から光を半導体ウェハに照射
するようにしているので、表層欠陥の検出評価の妨げと
なる表面散乱を抑制することが可能となり、表層欠陥の
検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1又は3記載の発明の一実施形態に係わ
る半導体ウェハの欠陥評価装置の構成を示す図である。
【図2】図1に示す装置で得られた散乱光像の一例を示
す図である。
【図3】図1に示す装置で得られた半導体ウェハの表面
散乱体密度の一例を示す図である。
【図4】請求項2記載の発明の一実施形態に係わる半導
体ウェハの欠陥評価装置の平面方向から見た概略構成を
示す図である。
【符号の説明】
1 半導体ウェハ 2 固体レーザ 3 集光レンズ 4 偏光板 5 CCDカメラ 6 走査ステージ 7 CPU

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハに光を照射して得られる散
    乱光により半導体ウェハの表面近傍に存在する析出物を
    含む表層欠陥を検出する半導体ウェハの欠陥評価装置に
    おいて、 半導体ウェハに照射される原光を発生する光源と、 前記光源で発生した光を所定のビーム面積の平行光線に
    変換し、変換した光を前記半導体ウェハに斜め上方から
    照射する変換照射手段と、 前記変換照射手段により光が照射された半導体ウェハの
    表層から反射された散乱光を受光して散乱光像を得て、
    該散乱光像から表層欠陥を検出する検出手段と、 前記変換照射手段によって前記半導体ウェハに照射され
    る光の照射領域を移動させる移動手段とを有することを
    特徴とする半導体ウェハの欠陥評価装置。
  2. 【請求項2】 前記変換照射手段は、(100)面の半
    導体ウェハに対して、[011]方位及び[01−1]
    方位以外の入射方向から半導体ウェハに光を照射してな
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体ウェハの欠陥
    評価装置。
  3. 【請求項3】 前記検出手段によって検出された散乱光
    像から半導体ウェハの単位領域の欠陥密度を算出する算
    出手段を有することを特徴とする請求項1又は2記載の
    半導体ウェハの欠陥評価装置。
JP7173216A 1995-07-10 1995-07-10 半導体ウェハの欠陥評価装置 Pending JPH0921756A (ja)

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