JPH11237226A

JPH11237226A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH11237226A
Application number: JP33686698A
Authority: JP
Inventors: Koji Tomita; 幸治冨田; Muneo Maejima; 宗郎前嶋; Hitoshi Komuro; 仁小室; Shigeru Matsui; 松井　　繁; Kazuo Takeda; 一男武田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、デバイスの特性に影響を与える欠陥
を定量的に評価でき、加工プロセス上の欠陥要因を客観
的に容易に特定できる欠陥検査装置の提供を目的とする
ものである。【解決手段】本発明では上記課題を解決するため、検体
の表面及び／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検
査装置で、検出手段によって得られた深さ情報及び位置
情報に基づいて、検体の中心位置からの距離と前記欠陥
の存在する深さを座標軸としたグラフに、欠陥の分布を
表示する表示装置を備えた欠陥検査装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体欠陥の検査
装置に係り、特に、シリコンウエハ中の析出物や積層欠
陥などの欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）の集積度が向
上するとともに、ＬＳＩを構成するＭＯＳ(Metal Oxide
Semiconductor）トランジスタの不良に起因した良品取
得率と信頼性の低下が大きな問題となってきている。Ｍ
ＯＳトランジスタの不良の原因としては、ゲート酸化膜
の絶縁破壊及び接合のリーク電流過多が代表的な問題で
ある。これらＭＯＳトランジスタの不良の多くは、直接
もしくは間接的にシリコン基板中の結晶欠陥に起因して
いる。すなわち、ＬＳＩ製造工程において、酸化により
シリコン酸化膜に変換されるシリコン基板の表面領域に
結晶欠陥が存在すると、シリコン酸化膜に構造欠陥が形
成されＬＳＩ動作時に絶縁破壊が生じる。また、接合部
の空乏層に結晶欠陥が存在すると、リーク電流が多量に
発生する。

【０００３】このように、シリコン基板内において素子
が形成されている表面領域に結晶欠陥が形成されると、
ＭＯＳトランジスタの不良が発生するので好ましくな
い。

【０００４】このように欠陥計測は、シリコン結晶品質
管理において重要である。この様な欠陥を計測する方法
としては、シリコンを透過する赤外線を照射し、散乱光
を検出する方法が行われている。この様な計測方法で
は、欠陥サイズや欠陥の深さ位置などの計測が必要であ
る。なぜならば、デバイスに与える効果は、欠陥サイズ
や深さ位置によって変わるからである。

【０００５】また結晶欠陥を観察する技術として、Exte
nded Abstracts of the １９９６International Confer
ence On Solid State Devices and Materialsの予稿集1
51ページから１５３ページに記載されている技術があ
る。

【０００６】この技術はシリコンの吸収係数が約１桁異
なる２波長光をウエハ表面に照射し、欠陥からの散乱光
強度を各波長別に測定し、欠陥の深さ位置とサイズを求
めるものである。その技術で検出された欠陥についてウ
エハ内の面内分布図、横軸を表面からの深さとして縦軸
を欠陥数とした表示、あるいは横軸をウエハ中心から半
径方向へ距離として縦軸を欠陥の大きさとした分布図が
開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】欠陥の検査は上述した
ような分布図や、表示はウエハ表面及びウエハに内在す
る欠陥の分布や発生の傾向を特定するためのものである
が、結晶欠陥のうち微小積層欠陥がデバイス活性領域内
に発生するとリーク電流を増加させるなどデバイス特性
に悪影響をおよぼすことはよく知られている。

【０００８】また、初期酸化膜耐圧特性が結晶成長時の
結晶引き上げ速度に強く依存することが報告されてい
る。これは結晶成長直後にすでに結晶中に存在している
Grown−In欠陥が電気特性に影響をおよぼすことを示し
ている。

【０００９】このようにデバイスへの影響という観点か
ら結晶欠陥を評価していく場合、非常に小さく（〜数ｎ
ｍ）、かつ低密度（〜１０⁵／cm³）の欠陥を定量的に評
価できる技術が必要である。

【００１０】また、欠陥が半導体ウエハ製造においてど
の工程に起因する欠陥なのか、例えば表面研磨等の加工
起因の欠陥か結晶引き上げ時のGrown−In 欠陥かあるい
は熱処理などのプロセスに誘起された結晶中欠陥かを識
別できる技術もウエハ製造プロセスにとって重要であ
る。

【００１１】欠陥をウエハ面内分布表示する方法では、
分布が均一か不均一かの傾向は認識できるが定量的な分
布密度まではわからないという欠点がある。

【００１２】深さ別の欠陥度数をヒストグラム表示する
方法については、欠陥サイズによって検出可能な深さが
変化する影響によって、深さ別の欠陥度数値は絶対値と
しては使用できないという欠点がある。

【００１３】中心から半径方向へ距離と欠陥の大きさの
散布図を表示する方法では、概略の分布傾向がわかる
が、分布状態によっては外周方向に向けて欠陥分布が多
くなるか少なくなっているかは評価者の経験に頼るとこ
ろが大きく、誰もが一義的に判断することが困難という
欠点がある。

【００１４】本発明は、デバイスの特性に影響を与える
欠陥を定量的に評価でき、加工プロセス上の欠陥要因を
客観的に容易に特定できる欠陥検査装置の提供を目的と
するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため、第一に、シリコンウェハ等の被検体に光を
照射することによって得られる該検体からの光情報に基
づいて、前記検体の表面及び／又は検体に内在する欠陥
を検出する欠陥検査装置において、前記光情報に基づい
て前記欠陥の存在する深さ、及び前記欠陥の位置を検出
する検出手段と、該検出手段によって得られた深さ情報
及び位置情報に基づいて、前記検体の中心位置からの距
離と前記欠陥の存在する深さを座標軸としたグラフに、
前記欠陥の分布を表示する表示装置を備えたことを特徴
とする欠陥検査装置を提供する。第二に、被検体に光を
照射することによって得られる該検体からの光情報に基
づいて、前記検体の表面及び／又は検体に内在する欠陥
を検出する欠陥検査装置において、前記光情報に基づい
て前記欠陥の大きさ、及び前記欠陥の位置を検出する検
出手段と、該検出手段によって得られた大きさ情報及び
位置情報に基づいて、前記検体の中心位置からの距離と
前記欠陥の大きさを座標軸としたグラフに前記中心から
の所定の距離毎の欠陥の大きさの平均を表示する表示装
置を備えたことを特徴とする欠陥検査装置を提供する。

【００１６】第三に、被検体に光を照射することによっ
て得られる該検体からの光情報に基づいて、前記検体の
表面及び／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査
装置において、前記光情報に基づいて前記欠陥の位置を
検出する検出手段と、該検出手段によって得られた位置
情報に基づいて、前記検体の中心位置からの距離と、前
記欠陥の単位面積及び／又は単位体積当たりの欠陥密度
を座標軸としたグラフに、前記検体の中心位置から所定
の距離毎に前記単位面積及び／又は単位体積密度を表示
する表示装置を備えたことを特徴とする欠陥検査装置を
提供する。

【００１７】第四に、被検体に光を照射することによっ
て得られる該検体からの光情報に基づいて、前記検体の
表面及び／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査
装置において、前記光情報に基づいて前記欠陥の位置及
び前記光情報の強度を検出する検出手段と、該検出手段
で得られた位置情報及び強度情報に基づいて、前記検体
の中心を基準とした角度と光情報の強度を座標軸とした
グラフに前記欠陥の分布を表示する表示装置を備えたこ
とを特徴とする欠陥検査装置を提供する。

【００１８】第五に、被検体に光を照射することによっ
て得られる該検体からの散乱光を検出する検体表面観察
装置において、前記光情報に基づいて、前記散乱光の強
度と該散乱光の強度の検出頻度を座標軸としたグラフに
前記散乱光強度別の検出頻度を表示する表示装置を備え
たことを特徴とする検体表面観察装置。

【００１９】第六に、被検体に光を照射することによっ
て得られる該検体からの光情報に基づいて、前記検体の
表面及び／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査
装置において、前記光情報に基づいて前記検体のヘイズ
を検出する手段と、前記光情報に基づいて、前記欠陥の
位置を検出する手段と、前記検出されたヘイズと欠陥の
位置情報に基づいて、前記ヘイズの分布と前記欠陥の分
布を重ねて表示する表示装置を備えたことを特徴とする
欠陥検査装置を提供する。

【００２０】第七に、被検体に光を照射することによっ
て得られる該検体からの光情報に基づいて、前記検体の
表面及び／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査
装置において、前記光情報に基づいて前記欠陥の存在す
る深さ、前記欠陥の大きさを検出する検出手段と、該検
出手段によって得られた深さ情報，大きさの情報に基づ
いて、前記欠陥の深さと大きさを座標軸としたグラフに
前記欠陥の分布を表示する表示装置を備えたことを特徴
とする欠陥検査装置を提供する。

【００２１】なお、本発明の詳細は以下の発明の実施の
形態の欄で説明する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本実施例装置では、シリコンウェ
ハ等の被検体に吸収される波長の光で侵入深さが３倍以
上異なる波長を発する少なくとも２つの光源或いは、同
様に少なくとも二波長光を同時に発する光源と、それぞ
れの波長の光を検体に照射する手段と、照射光を試料に
対して走査する手段あるいは検体を照射光に対して走査
する手段と、その走査位置をモニタする手段と、検体表
面あるいは内部の欠陥から発生した散乱光を照射波長別
に分離して集光し波長毎に光検出器で検出し電気信号に
変換する検出系と、二波長のうち特定の一波長の散乱光
強度信号にしきい値を設けそれをトリガー信号としその
しきい値より大きい信号が検出されたときにのみ他の波
長の散乱光強度と欠陥検出位置をデジタル化してメモリ
に取り込む電気系と、侵入深さが長い方の波長の散乱光
強度から欠陥サイズを算出するデータ処理系と、上記の
二波長の散乱光強度を用い欠陥の深さ位置Ｚを導出する
データ処理系と、中心からの半径距離別深さ分布，中心
からの半径距離別平均欠陥サイズ分布，中心からの半径
距離別欠陥密度分布，中心からの半径距離別欠陥サイズ
分布と平均欠陥サイズの折れ線グラフの重ねあわせ表
示，中心からの角度別欠陥サイズ分布，ヘイズ強度別度
数分布，ヘイズ強度の面内分布に欠陥計測の結果分布を
重ねた表示系より構成される。

【００２３】以上の構成要素よりなる本実施例装置を図
４を用いて更に説明する。

【００２４】検体（試料）はシリコンウエハである。波
長８１０ｎｍの半導体レーザ光および波長５３２ｎｍの
ＹＡＧレーザの第２次高調光（ＳＨＧ）を試料ウエハ１
の表面に対してｐ偏光方向で、それぞれレンズ２及び３
によってビームを平行化し、ミラ−１７及び１７′とレ
ンズ４及び４′にて集光し、シリコンウエハ１の表面に
照射する。

【００２５】この場合、試料の走査に伴って時間的に波
長５３２ｎｍが波長８１０ｎｍよりも先に欠陥に照射さ
れる様に照射位置を照射ビーム径（約５μｍ）の数倍程
度の距離だけずらして計測する。欠陥の検出は、波長５
３２ｎｍの散乱光強度信号(Ｓ２)がある設定したしきい
値を超えた場合にのみ波長５３２ｎｍと波長８１０ｎｍ
の両信号を取り込む様にする。但し、しきい値はウエハ
表面から発生する散乱光強度変動が信号として検出され
ないように設定する。

【００２６】ウエハ表面を照射領域が走査するのに伴
い、照射領域をウエハ内の欠陥が通過した瞬間に欠陥か
ら発生する散乱光の検出によって、試料ウエハ中に含ま
れる酸素析出物(ＳｉＯ₂粒子）や転移等の結晶欠陥が検
出される。欠陥からの散乱光５を対物レンズ１５を用い
て集光し、ダイクロイックミラー６によって波長８１０
ｎｍと５３２ｎｍの散乱光を分離し、レンズ１８及び１
９で各々集光し、光検出器９及び１０で波長別に検出す
る。それぞれの検出信号はそれぞれアンプ１３及び１４
によって増幅し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル化してコ
ンピュータ１６に取り込む。

【００２７】一方、コンピュータ１６よりドライバ２２
を用いて回転ステージ２３を回転方向（θ方向）及び半
径方向（Ｒ方向）に走査しながらウエハ固定治具５１に
取り付けた回転エンコーダ及び並進エンコーダの座標
（Ｒ，θ）をモニタしながら散乱光計測を行い、欠陥か
ら散乱光が発生した瞬間の座標（Ｒ，θ）を散乱光強度
信号とともにコンピュータ１６に取り込む。なお、後述
する本実施例特有の表示形態は表示装置２０で表示され
るものである。

【００２８】測定中ウエハ表面の高さは、ギャップセン
サ（図示せず）を対物レンズ１５の近傍に設け、ピエゾ
素子２５を利用したサ−ボ機構によって変動を対物レン
ズ１５の焦点深度以内に制御する。

【００２９】以下に、欠陥の深さと粒径を得るための原
理を説明する。図４に示す本実施例装置のコンピュータ
１６では以下の演算を行う機能を備えている。

【００３０】試料物質の波長λにおける屈折率をｎ，消
衰率をｋとすれば、入射光の振幅が表面の値の１／ｅに
なる侵入深さΓは次のように与えられる。

【００３１】

【数１】Γ＝λ／２πｋしたがって、空気中より入射角θで物質に入射した照射
光強度は表面からの深さＺのところでは、シリコン中の
屈折角がarcsin(sinθ／ｎ）であることを考慮すると、
exp((−２Ｚ／Γ)cos(arcsin(sinθ／ｎ))だけ表面より
減衰することになる。

【００３２】次に、図１に示すように空気中より試料表
面に光が入射角θで入射し、その照射光が試料内部の欠
陥により試料表面方向へ散乱された光をある立体角で検
出する場合を考える。その検出立体角についての欠陥の
積分散乱断面積をσ，照射光強度をＩ，照射光のウエハ
表面入射角での透過率をＴｉ，欠陥からの散乱光のウエ
ハ内部から大気中への透過率Ｔｓとしたとき、物質表面
より深さＺの位置にある欠陥からの散乱光強度Ｓは照射
光の減衰と散乱光の減衰の両方を考慮して以下のように
表わすことができる。

【００３３】

【数２】Ｓ＝ＴｉＴｓＩ σ exp［−(２Ｚ／Γ)(１＋
１／{cos(arcsin(sinθ／ｎ))})］試料の波長λ１及びλ２に対する屈折率を各々ｎ１，ｎ
２、侵入深さを各々Γ１，Γ２、照射光強度を各々Ｉ
１，Ｉ２、測定される散乱光強度を各々Ｓ１，Ｓ２、積
分散乱断面積を各々σ１，σ２、照射光透過率をそれぞ
れＴｉ１，Ｔi2、散乱光透過率ＴＳ１，ＴＳ２とすると
以下の式が成り立つ。

【００３４】

【数３】Ｓ１＝Ｔｉ１ＴＳ１Ｉ１ σ１ exp［−(２Ｚ
／Γ１)(１＋１／{cos(arcsin(sinθ／ｎ１))})］

【００３５】

【数４】Ｓ２＝Ｔｉ２ＴＳ２Ｉ２ σ２ exp［−(２Ｚ
／Γ２)(１＋１／{cos(arcsin(sinθ／ｎ２))})］ただし、Γ１＞Γ２とする。数３と数４より

【００３６】

【数５】Ｚ＝Ｃ１ ln［Ｃ２(Ｓ１／Ｓ２)(σ２／σ１)］但し、Ｃ１とＣ２は装置定数と試料の光学定数からな
り、以下の式で定義される。

【００３７】

【数６】Ｃ１＝１／［(２／Γ２)(１＋１／{cos(arcsin
(sinθ／ｎ２))})−(２／Γ１)(１＋１／{cos(arcsin(s
inθ／ｎ１))})］

【００３８】

【数７】Ｃ２＝(Ｉ２／Ｉ１)・(Ｔｉ２ＴＳ２／Ｔｉ１ＴＳ
１）Ｃ１とＣ２は装置定数であるので、(Ｓ１／Ｓ２)（σ２
／σ１）が分かればＺが求まる。

【００３９】ここでＳ１／Ｓ２は信号強度の比であり測
定量から求まる。これに対して、σ２／σ１を求める方
法を以下に説明する。

【００４０】σ１およびσ２は、欠陥の粒径よりＭｉｅ
散乱理論（例えばＭ.ボルン、Ｅ.ウォルフ著、光学の
原理３、（東海大学出版、１９７５年）９０２〜９７１
頁)および吸収媒体中における散乱理論（Peter Chylek
著、ジャーナルオプティカルソサエティーオブ
アメリカ第６７巻５６１頁から５６３頁に記載されて
いる理論）を用いて算出されるので、まず粒径計測の原
理について述べる。信号強度Ｓ２で検出される侵入深さ
Γ２以内に存在する欠陥の信号強度Ｓ１について考え
る。Γ１≫Γ２が成り立つ場合、このＳ１は深さによる
減衰因子は１となり減衰は無視できる。なぜなら検出さ
れる欠陥の深さ位置は、Ｚ＜Γ２の条件を満足するから
である。この関係を以下に定量的に記述する。

【００４１】欠陥サイズを例えば１０％以内の精度で計
測するために、信号強度Ｓ１の深さによる減衰はどの程
度でなければならないかを考える。実際の計測では欠陥
が粒径０.１μｍ以下の場合が殆どであるため、欠陥に
よる散乱光強度は粒径の６乗に比例し、波長のマイナス
４乗に比例するレーリー散乱として取り扱える。

【００４２】図２は、粒径が波長より十分小さく図に示
すレーリー散乱領域である場合における相対粒径と相対
散乱光強度との関係を示したものである。粒径計測精度
が１０％以内であるためには、散乱光強度計測精度は５
０％必要であることが分かる。

【００４３】Γ２以内で検出された欠陥の信号Ｓ１につ
いて、深さによる減衰率が５０％以下であるための条件
として、数３でＺ＝Γ２を代入すれば図３の関係が得ら
れる。これによりΓ１／Γ２＞３という条件が得られ
る。波長５３２ｎｍと波長810ｎｍとの組み合わせを用
いた場合、侵入深さの比は約１０であり上記条件を満足
している。また、レーリー散乱の場合、σ２／σ１は欠
陥の粒径に依存しない量になり、次の式で示すように照
射波長にのみ依存する量になる。

【００４４】

【数８】σ２／σ１＝(λ１／λ２)⁴ 上式を、数５の式に代入することによって、深さ計測の
式が以下の様に単純になる。

【００４５】

【数９】Ｚ＝Ｃ１ ln(Ｓ１／Ｓ２)＋Ｃ０但し、Ｃ０は次式で示されるように装置定数となる。

【００４６】

【数１０】Ｃ０＝Ｃ１ ln［Ｃ２(λ１／λ２)⁴］粒径ｄについては、Ｓ１がｄの６乗に比例するので以下
のように表わせる。

【００４７】

【数１１】ln(ｄ)＝(１／６)ln(Ｓ１)＋Ｃ３但し、Ｃ３はλ１と検出角度と照射強度の関数であり装
置定数である。Ｃ０とＣ１等の装置定数は標準試料の測
定によって決定しておけば良い。この場合、粒径の標準
粒子としてはウエハ表面上に付着させた粒径が既知のポ
リスチレン粒子が適当であり、深さの標準試料としては
エピタキシャル層の厚さが既知のエピタキシャルウエハ
が適当である。

【００４８】エピタキシャルウエハが深さの標準試料に
なる理由は、エピタキシャル層内の欠陥密度がエピタキ
シャル層下の基板内欠陥密度に比べて非常に小さいた
め、欠陥密度の深さ分布の標準試料として利用できるた
めである。

【００４９】本実施例装置では、以上の演算式で算出さ
れた深さや粒径等の情報を、所定の深さ毎，所定の粒径
毎というように所定の単位でまとめ、計数する機能を備
えている。この計数はコンピュータ１６で行われる。ま
た後述する本実施例特有の表示形態に沿った欠陥情報を
算出する機能をも備えている。

【００５０】図５はシリコンウエハの欠陥計測の結果
を、シリコンウエハの中心からの半径距離別深さ分布で
表示したものである。

【００５１】深さを表示する軸は数９により表示でき
る。検出したウエハ欠陥の場所を半径方向位置と深さ位
置方向で特定することにより、例えばエピタキシャルウ
エハにおけるエピタキシャル層の厚さの検証が可能であ
る。これはエピタキシャル層内の欠陥密度がエピタキシ
ャル層下の基板内欠陥密度に比べて１〜２桁低いため、
深さ方向の分布を見ると、判別できるためである。ま
た、エピタキシャル層と基板界面に集中分布する欠陥な
のかによって研磨など加工による欠陥なのか、Grown−I
n 欠陥などの結晶成長プロセスに依存した欠陥かどうか
の欠陥要因の識別が容易に行える。

【００５２】例えば、水素アニールによる欠陥の消滅が
深さ位置が浅く、欠陥のサイズが小さい程、早く消滅
し、このためGrown−In 欠陥はウエハの中心程大きく、
周辺は小さくなる傾向がある。従って、水素アニール時
のウエハに生ずる欠陥は、中心部は浅い領域でも欠陥が
残り、周辺に行く程欠陥が早急に消滅するプロファイル
となり、Grown−In 欠陥を特定し、その消滅がどこまで
進行したかを容易に把握でき、水素アニールの効果的な
コントロールが可能になる。

【００５３】図６はシリコンウエハの欠陥計測の結果
を、中心からの半径距離別（所定の距離毎の）平均欠陥
サイズの折れ線で表示したものである。欠陥サイズを表
示する軸は、数１１により、Ｓ１^(1/6)に比例する量に
とればサイズに比例する目盛りで表示できる。

【００５４】この軸のスケールは粒径の既知のポリスチ
レン粒子をウエハ表面に付着させたウエハを測定して得
られる粒径分布のピーク位置を既知のポリスチレン換算
粒径として目盛りを入れれば良い。

【００５５】一定半径距離（所定の距離単位）あたりの
欠陥サイズの平均と標準偏差を求め、欠陥サイズを折れ
線表示し、各点における標準偏差値の線を平均点の上下
に表示する。これにより、各半径方向位置あたりのサイ
ズ分布のピーク位置と半値幅が数値として明確になり、
ウエハ内周部から外周部に向けてのサイズ分布が定量値
の線グラフにより客観的に識別できることで、研磨など
加工による欠陥なのか、Grown−In 欠陥などの結晶成長
プロセスに依存した欠陥かどうかの欠陥要因の識別が容
易に行える。

【００５６】また、定量化できることで数値に基づいて
他のプロセス等へのフィードバックをかけることができ
る。

【００５７】更に、１９９６ International Conferenc
e On Solid State Devices andMaterials の予稿集１５
１ページから１５３ページに記載されている、中心から
の距離を横軸とし、粒径を縦軸とした分布図では、中心
からの距離に対する粒径の急峻な変化の判断が難しいと
いう問題がある。

【００５８】例えばシリコンウエハの製造工程には、シ
リコンウエハの元になる単結晶インゴットを製造する工
程があり、その中でもＣＺ法と呼ばれる製造法は、高純
度シリコンをドープ剤と共に高純度石英製るつぼ中で溶
融し、この中に種結晶を漬け、回転させながら低速で引
き上げることで単結晶を製造するものである。

【００５９】この際の引き上げ条件や温度条件によって
はＯＳＦリングなる欠陥が発生する。一般的に欠陥の粒
径は、図６にもあるように、ウエハの外周方向にいくに
従ってなだらかに小さくなる傾向があるが、ＯＳＦリン
グがあると、或る個所で粒径が急激に変化する。このよ
うな変化を図６に示す折れ線グラフ表示では的確に捉え
ることができる。またこれからインゴットの引き上げ条
件や温度条件の設定にフィードバックすることも容易に
できるようになる。

【００６０】図７はシリコンウエハの欠陥計測の結果
を、中心からの半径距離別欠陥密度分布で表示したもの
である。密度を表す軸は欠陥検出可能な深さから単位体
積あたりの欠陥個数あるいは単位面積あたりの欠陥個数
で表示できる。これは図５のプロファイルが周辺部ほど
実際の密度より大きいような印象を与えることに鑑み、
図７は密度を正しく表示したものである。従って図５は
図７と対比して表示することにより、より正しいGrown
−In 欠陥の判定が可能になる。Grown−In 欠陥は、サ
イズの他に上記密度によって変わるので、インゴットの
引き上げ条件を適切にコントロールすることが可能にな
る。

【００６１】ウエハ内の半径方向あたりでどの位置の欠
陥が多いかを示すもので、均一に分布しているか不均一
な分布かが客観的に判別できるため、研磨など加工によ
る欠陥なのか、Grown−In 欠陥などの結晶成長プロセス
に依存した欠陥かどうかの欠陥要因の識別が容易に行え
る。また、定量化できることで数値に基づいて他のプロ
セス等へのフィードバックをかけることができる。

【００６２】また、前述したように単結晶インゴットは
るつぼから回転されながら引き上げられる。この回転引
き上げ工程で種結晶と同じ原子が配列されてゆき、単結
晶インゴットができあがる。即ち中心位置からの距離を
座標軸としたグラフは、その引き上げ工程での不具合を
特定するのに極めて有効である。

【００６３】しかしながら仮に中心からの距離及び欠陥
の数を座標軸としたグラフによって上記傾向を特定しよ
うとする場合、以下のような問題がある。

【００６４】それは、半径方向にいくに従って半径方向
の単位長さ当たりの観察領域が大きくなるため、欠陥数
の増減の傾向を適正に判断することができなくなること
である。

【００６５】本実施例はこのような問題を解決するため
のものであり、欠陥の増減の傾向を適正に判断するのに
好適な表示を行う欠陥検査装置を提供するものである。

【００６６】図８はシリコンウエハの欠陥計測の結果
を、中心からの半径距離別欠陥サイズ分布と平均欠陥サ
イズの折れ線グラフの重ねあわせで表示したものであ
る。分布の広がり様子を示す散布図と重ねあわせること
で、１つのプロット面積で２つの情報を表示でき、ウエ
ハ内周部から外周部に向けてのサイズ分布と傾向がより
明確に識別できる。これにより、研磨など加工による欠
陥なのか、Grown−In 欠陥などの結晶成長プロセスに依
存した欠陥かどうかの欠陥要因の識別が容易に行える。
また、分布傾向のみならず、定量化がされていることで
数値に基づいて他のプロセス等へのフィードバックをか
けることもできる。

【００６７】図９はシリコンウエハの欠陥計測の結果
を、中心からの角度別欠陥サイズ分布で表示したもので
ある。欠陥サイズを表示する軸は、数１１により、Ｓ１
^(1/6)に比例する量にとればサイズに比例する目盛りで
表示できる。このプロットにより欠陥形状が球形でない
ことを意味する異方性を確認することができる。すなわ
ち、球形の場合と非球形の場合とでは、レーリー散乱の
場合、微分散乱断面積は形状の効果を考慮する必要はな
いが、Ｍｉｅ散乱の場合、微分散乱断面積は形状の効果
が生じる。形状がほぼ球形（ex．八面体）、またはレー
リー散乱領域の場合は、角度依存性は一様になる。

【００６８】図９に示すように角度依存性が生じた場合
は、形状が非球形（ex．板状の酸素析出物）であること
およびＭｉｅ散乱領域のサイズの（大きい）欠陥である
ことが分かる。このように、欠陥の形状が特定できるこ
とで、結晶成長プロセスに依存した欠陥のなかでも酸素
析出物，空格子点などのように詳細の欠陥内容の同定も
可能となり、加工プロセスへの適切なフィードバックを
行うことが容易となる。また、本実施例装置は試料を載
せたステージを回転させながら観察するものであるた
め、欠陥の形状や配置、或いは光の照射方向によっては
異なる分布が表示される場合がある。そのため、このよ
うな傾向を確認できる本表示は極めて有効である。

【００６９】図１０は従来例として、ヘイズのウエハ面
内分布を表示したものである。ヘイズとは表面仕上げに
依存する表面凹凸を評価するもので、ウエハメーカーに
おける表面加工プロセス評価に有効である。

【００７０】図１０に示す面内分布ではヘイズによる散
乱強度が高い部分は白く低い部分は黒で階調をつけて表
示してある。この表示によりウエハ面でのヘイズの大き
さまたは密度がある程度まで判断できるが、このヘイズ
がＬＳＩやＵＬＳＩ素子の電気特性や絶縁耐圧にまで影
響を及ぼし、ウエハの加工工程にまでフィードバックす
べきレベルか否かの客観的判断まではできなかった。

【００７１】図１１は、ヘイズによる散乱光強度別の度
数分布を表示したものである。このヘイズの散乱光強度
はＬＳＩやＵＬＳＩ素子の電気特性や絶縁耐圧と相関性
があるので、強度の度数分布表示との相関性を定義する
ことでウエハの加工，研磨の加工プロセスへフィードバ
ックをかけることが可能となる。

【００７２】また、ヘイズが高いと、ヘイズに由来する
交流成分が大きくなり（ヘイズの平方根に比例）、欠陥
検出モードのしきい値より大きくなると欠陥として誤検
出されるので強度の度数分布表示を見ることで、検出し
た内部由来の欠陥の信憑性を評価することが容易とな
る。ヘイズ値をヒストグラム化することによって、純粋
に試料表面の凹凸部分領域の多さとして検出することが
可能になる。

【００７３】図１１の例では研磨方法１では研磨なしの
場合に比べてヘイズ信号が増えているため、研磨不良で
あることが一瞥して識別できる。また、研磨方法２では
あきらかにヘイズ信号が減少していることが確認でき、
研磨結果が良好であることが証明できる。

【００７４】なお、本実施例装置におけるヘイズ測定法
は、欠陥検出とは検出方法が異なる。

【００７５】欠陥の検出モードでは、上述したように欠
陥からの散乱光信号が予め設定されたしきい値を超えた
場合に、信号強度と、その（Ｒ，θ）座標を取り込む。

【００７６】しかしヘイズ測定モードでは欠陥の有無に
拘わらず、一定時間間隔、または回転ステージの一定角
度間隔で、５３２ｎｍの光の散乱光強度及び（Ｒ，θ）
座標を取り込む。本実施例装置の場合、試料ウエハを線
速度一定でスパイラル状に走査しながら、一定時間間隔
毎にデータを取り込むか、或いは或る所定角毎にデータ
を取り込むというような作業が行われる。このようにし
て取り込まれたデータは欠陥の分布図とは異なり、ウエ
ハの全面に分布する。その各点の散乱光強度を滑らかに
補間して表示したものが、ヘイズマップとなる。

【００７７】図１２は、ヘイズによる散乱光強度の面内
分布に欠陥計測の結果分布を重ねて表示したものであ
る。ここでは欠陥結果を同時表示している。このように
ヘイズ分布と欠陥分布を同時表示することでヘイズ由来
の欠陥か否かが判別できる。

【００７８】図１３は、本実施例装置で得られた欠陥の
深さ，大きさ（粒径），個数に基づく分布表示の例を示
す図である。この表示例ではＸ軸が、図中斜めに走る表
面ラインに対する欠陥の深さ（ln(Ｓ５３２)）、Ｙ軸が
欠陥の大きさ（ポリスチレン換算粒径），Ｚ軸が欠陥の
数となる。なおＹ軸は所定の粒径間隔単位で纏められ
る。

【００７９】このグラフはシリコンウエハにウェット酸
化という処置を施し、４３ｎｍの酸化膜を形成し、この
酸化膜を除去して本実施例装置で欠陥検査をした結果を
示すものである。

【００８０】このような表示をすることによって、例え
ば酸化処理によってウエハ表面に形成された欠陥（ＣＯ
Ｐ）なのか、ウエハ内部の結晶欠陥なのか、判別するこ
とが容易にできるようになる。

【００８１】ＣＯＰは、酸化膜の形成によって増加し、
かつ比較的大きな粒径を持つ欠陥である。１９９６ Int
ernational Conference On Solid State Devices and
Materials の予稿集１５１ページから１５３ページ
には粒径を横軸とし欠陥の数を縦軸としたグラフが開示
されているが、この表示形式ではＣＯＰを選択的に確認
することができない。何故ならＣＯＰと同等の粒径を持
つ内部結晶欠陥と混在してしまうため、ＣＯＰなのか結
晶欠陥なのかを確認することができないためである。ま
た上記予稿集には横軸を深さ，縦軸を欠陥の数としたグ
ラフも開示されているが、試料表面（試料深さが０付
近）に存在する欠陥がＣＯＰなのかを判断することが困
難であった。

【００８２】図１３に示す本実施例の表示形態は上記問
題を解決するためのものであり、粒径と深さという２つ
の要素を特定することによって判別できる欠陥の発生を
確認することが容易になる。図１３に示す表示例では、
図中右上にある分布の盛り上がりがＣＯＰであり、左上
に存在する分布の盛り上がりはウエハ内部に存在する結
晶欠陥であることがわかる。

【００８３】なお、図１３に示すような３次元的な表示
に限らず、粒径と深さを座標軸とした２次元的グラフで
も良い。この場合、所定の粒径間隔単位で欠陥の数を纏
めるのではなく、個々の欠陥が有する粒径データに基づ
いて、散布図的な表示を行うことによって、欠陥が集中
している個所を視覚的に判断することができる。即ち図
１３の対象試料を例に取ると、粒径が大きい領域の浅い
部分と深い部分に欠陥が集中した散布図ができる。この
集中の度合いによってＣＯＰや結晶欠陥の発生の傾向を
判断することが可能になる。

【００８４】本実施例装置は、欠陥の深さ，大きさ（粒
径）を検出可能な装置に係り、少なくとも深さと大きさ
を座標軸とした欠陥の分布を表示することにより、ＣＯ
Ｐのような欠陥の発生を検出することが容易になる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デバイスの特性に影響を与える欠陥を定量的に評価で
き、加工プロセス上の欠陥要因を客観的に特定できるた
め、ウエハ製造工程へ適切なフィードバックすることが
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の測定法を説明するための図で
ある。

【図２】粒径と散乱光度との関係を説明する図である。

【図３】二波長の侵入深さの比と粒径を決めるための散
乱光強度の深さによる減衰割合を示す図である。

【図４】本発明の実施例の欠陥検査装置の概略構成図で
ある。

【図５】中心からの半径距離別深さ分布で表示したシリ
コンウエハ中の欠陥表示例である。

【図６】中心からの半径距離別平均欠陥サイズの折れ線
で表示したシリコンウエハ中の欠陥表示例である。

【図７】中心からの半径距離別欠陥密度分布で表示した
シリコンウエハ中の欠陥表示例である。

【図８】中心からの半径距離別欠陥サイズ分布と平均欠
陥サイズの折れ線グラフの重ねあわせで表示したシリコ
ンウエハ中の欠陥表示例である。

【図９】中心からの角度別欠陥サイズ分布で表示したシ
リコンウエハ中の欠陥表示例である。

【図１０】ウエハ面内分布で表示したシリコンウエハ中
のヘイズ表示例である。

【図１１】ヘイズによる散乱光強度別の度数分布を表示
した表示例である。

【図１２】ヘイズによる散乱光強度の面内分布に欠陥計
測の結果分布を重ねて表示した表示例である。

【図１３】深さ分布の粒径依存性を示す図である。

【符号の説明】

１…試料ウエハ、２，３，４，４′…レンズ、５…欠陥
からの散乱光、６…ダイクロイックミラー、９…光検出
器（８１０ｎｍ用）、１０…光検出器（５３２ｎｍ
用）、１３，１４…アンプ、１５…対物レンズ、１６…
コンピュータ、１７，１７′…ミラー、１８，１９…レ
ンズ、２０…表示装置、２１…外部記憶装置、２２…ス
テージ走査用ドライバ、２３…回転ステージ、２５…ピ
エゾ素子、５１…ウエハ固定治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井繁茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者武田一男東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記欠陥の存在する深さ、及び前
記欠陥の位置を検出する検出手段と、該検出手段によっ
て得られた深さ情報及び位置情報に基づいて、前記検体
の中心位置からの距離と前記欠陥の存在する深さを座標
軸としたグラフに、前記欠陥の分布を表示する表示装置
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記欠陥の大きさ、及び前記欠陥
の位置を検出する検出手段と、該検出手段によって得ら
れた大きさ情報及び位置情報に基づいて、前記検体の中
心位置からの距離と前記欠陥の大きさを座標軸としたグ
ラフに前記中心からの所定の距離毎の欠陥の大きさの平
均を表示する表示装置を備えたことを特徴とする欠陥検
査装置。
【請求項３】請求項２において、前記表示装置の前記検体の中心位置からの距離と前記欠
陥の大きさを座標軸としたグラフに、前記光情報に基づ
いて前記検体の中心位置からの距離に対する前記欠陥の
大きさの分布を併せて表示することを特徴とする欠陥検
査装置。
【請求項４】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記欠陥の位置を検出する検出手
段と、該検出手段によって得られた位置情報に基づい
て、前記検体の中心位置からの距離と、前記欠陥の単位
面積及び／又は単位体積当たりの欠陥密度を座標軸とし
たグラフに、前記検体の中心位置から所定の距離毎に前
記単位面積及び／又は単位体積密度を表示する表示装置
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記欠陥の位置及び前記光情報の
強度を検出する検出手段と、該検出手段で得られた位置
情報及び強度情報に基づいて、前記検体の中心を基準と
した角度と光情報の強度を座標軸としたグラフに前記欠
陥の分布を表示する表示装置を備えたことを特徴とする
欠陥検査装置。
【請求項６】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの散乱光を検出する検体表面観察装置にお
いて、前記光情報に基づいて、前記散乱光の強度と該散乱光の
強度の検出頻度を座標軸としたグラフに前記散乱光強度
別の検出頻度を表示する表示装置を備えたことを特徴と
する検体表面観察装置。
【請求項７】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記検体のヘイズを検出する手段
と、前記光情報に基づいて、前記欠陥の位置を検出する
手段と、前記検出されたヘイズと欠陥の位置情報に基づ
いて、前記ヘイズの分布と前記欠陥の分布を重ねて表示
する表示装置を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】被検体に光を照射することによって得られ
る該検体からの光情報に基づいて、前記検体の表面及び
／又は検体に内在する欠陥を検出する欠陥検査装置にお
いて、前記光情報に基づいて前記欠陥の存在する深さ、前記欠
陥の大きさを検出する検出手段と、該検出手段によって
得られた深さ情報，大きさの情報に基づいて、前記欠陥
の深さと大きさを座標軸としたグラフに前記欠陥の分布
を表示する表示装置を備えたことを特徴とする欠陥検査
装置。
【請求項９】請求項８において、前記検出手段は、前記欠陥の数を計数する手段を備える
と共に、前記表示装置は前記欠陥の深さと大きさと共に
欠陥の数を座標軸としたグラフを表示する機能を備え、
前記欠陥の深さと大きさ及び数の情報に基づいて前記グ
ラフに、所定の欠陥の大きさの単位毎に前記欠陥の深さ
に対する前記欠陥の数を表示することを特徴とする欠陥
検査装置。