JPS6343340A - エピタキシヤル表面検査装置 - 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】 ■技術分野 この発明は、エピタキシャル成長させた半導体表面の欠
陥を検出する検査装置に関する。

半導体基板の上に格子整合した単結晶の薄膜を成長させ
る事をエピタキシャル成長という。基板と同一の材料よ
りなるものを成長させる事もあり、異なる材料よりなる
ものを成長させる事もある。

前者をホモエビクキシー、後者ヲヘテロエビタキシーと
いう。

エピタキシャル成長膜には、気相エピタキシー、液相エ
ピタキシー、分子線エピタキシー　（ＭＢＥ）、有機金
属熱分解法（ＭＯＣＶＤ）などがある。

エピタキシャル成長膜の品質の評価は、さまざまな観点
からなされる。評価の基準のひとつに、表面の欠陥の存
在、数、高さなどがある。

表面が平坦であることが望ましいが、そうでない部分も
ある。四部になっていたり、凸部が形成されていたりす
る。

エピタキシャル膜の表面欠陥は、エピタキシャル材料の
品質を著しく損う。欠陥のない膜を作るべきである。

そのためには表面欠陥を評価する手段がなければならな
い。

表面欠陥は、そのひとつについてみれば、平面的な面積
Ｓ１高さＨ１形状などのパラメータにより表現できる。

この内、面積Ｓ１高さＨは定量的に表現できるので、扱
い易い性質である。

面積Ｓはもちろん重要である。

しかし、欠陥の高さＨもまた重要である。エピタキシャ
ル材料から半導体素子を作成する場合に、面に凹凸があ
るのは大きな問題となるからである。

特に、分子線エピタキシーに於ては、分子線源セルの中
で、突沸が起こることがあり、オーツ（ルデイフエクト
と呼ばれる凸出した欠陥が生じやすい。

（イ）従来技術 １４ｅ−Ｎｅレーザなどの光を、ウエノ）表面に照射し
、その光の散乱量から、ウエノ・表面の欠陥を評価する
のが従来のエピタキシャル表面評価法であった。

ウェハ表面に対し直角にレーザ光を当てる。

ウェハ表面が完全に平坦であれば、レーザ光は直角に反
射される。欠陥があれば、これによって光が散乱される
。

そこで、試料を覆うように凹面鏡を設け、試料表面の一
点に細いレーザ光を当て、散乱光を凹面鏡により一点に
集光し、−個の光検出器で、その光量を測定する。

散乱光量の総和が求められる。

散乱光量の大小から、例えば、欠陥の密度や大きさ、あ
るいは地肌粗れの程度の大小を推定するものであった。

欠陥の大きさは散乱光の大きさから分る。密度は、欠陥
の数を数えることによって分る。

（ｙ））従来技術の問題点 ウェハ面上のある一点に関する測定結果はひとつである
。ウェハ面上の離散的に取られた、或は連続的に取られ
た全ての測定点に於ける散乱光量の測定結果から、エピ
タキシャル表面に存在する微少な欠陥などの密度や大き
さを推定するように構成されていた。

しかし、この方法は、欠陥などの形状に起因する誤差が
生じやすい、という欠点がある。

さらに、欠陥の高さの評価が困難である、という問題点
があった。

（１）　　　目　　　　　的 エピタキシャル成長膜を持つウェハ而の欠陥の高さをも
求める事のできるようにしたエピタキシャル表面検査装
置を提供することが本発明の目的である。

（４）構　成 全ての方向に散乱された散乱の総和を求めるのではなく
、散乱方向θについて、２段階に分ける。

ある境界Ｆを設定する。０≦θくｖである小散乱角であ
るものと、Ｖ≦θ≦９０°である大散乱角のものを区別
する。

それぞれの散乱方向の範囲をＡ、Ｂで表現する。

そして、Ａ１Ｂ方向の散乱強度をそれぞれの範囲に設け
な２つの光検出器により求める。それぞれの光検出器の
出力をＪａ、Ｊｂとする。

そして、これらの−次結合として出力Ｈを求める。−次
結合の係数をｐ、ｑとする。ｐｆ−ｑとすることにより
、ＪａｌＪｂを区別する。

Ｈ＝　ｐＪａ　＋　ｑＪｂ　　　　　　　　　（１）で
ある。ｐ＝ｑとしてしまえば、従来法と同じになる。

第１図は本発明のエピタキシャル表面検査装置の一例を
示す縦断面図である。

この装置は、光源１、ふたつの凹面反射鏡２．３、ふた
つの光検出器４．５、試料移動ステージ７、データ処理
装置８などよりなっている。

光源１は白色光源であってもよいが、大きい光量であっ
て、かつビーム径が小さいものが望ましい。光量が大き
ければ散乱光が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が高くなって、測
定精度が上る。光量が一定しているということも重要で
ある。

ビーム径が欠陥検出の分解能を制限するから、ビーム径
は小さい方がよい。

このような条件から、Ｈｅ−Ｎｅレーザの光などが最適
である。安定に発振するし、装置は安価であって、可視
光で取扱いやすく、光検出器も入手しやすいからである
。

Ｈｅ−Ｎｅレーザにかぎらず、Ａｒレーザであってもよ
いし、半導体レーザの光を集光して用いてもよ光源１か
ら出射された検査光は、移動ステージ７の上に載かれた
試料６に対し、垂直に当たる。

試料移動ステージ７は、試料６を二次元的に移動させ、
試料の全面に検査光を当てるようにする。

試料６というのは、エピタキシャル成長Ｈを設けた半導
体ウェハである。ウェハはＧａＡｓ１Ｓｉ、　ＩｎＰな
どいずれであってもよい。円形ウェハ、矩形ウェハ、そ
の他の形状のウェハであってよい。

試料移動ステージの動き方は任意である。

高さ方向をＺ軸とし、面内にｘ１ｙ軸をとる。

位置合わせのために、Ｚ軸方向に動かすこともあるが、
測定中はｘｙ面内の動きになる。

ｘｙ面内での移動ステージの動き方は任意であるが、ｙ
軸位置を少しずつずらして、Ｘ軸方向に掃引してゆくこ
とができる。

さて、本発明の特徴は、散乱角の大きさにより、検出器
が異なるようにした事である。

ここで散乱角というのは、入射光と散乱光のなす角であ
る。θ＝Ｏの場合は単なる反射であり、θ≠０の時、゛
散乱ということができる。

小さい散乱角の光を集光するために、第１反射鏡２がス
テージ７からみて天頂方面に設けられる。

第１反射鏡２は、回転楕円面よりなる凹面である事が望
ましい。

そして、第１反射鏡２の回転楕円面のひとつの焦点と、
ウェハ上の光の散乱点０とを合致させる。

もうひとつの焦点と、第１光検出器４の受光点Ｍとを一
致させる。

第１反射鏡２の周囲をＥ、　Ｆ、　Ｇ、　Ｈで表わす。

散乱角θが小さいものは、曲面ＥＦＧＨのいずれかで反
射され第１光検出器４の受光点Ｍに集光される。

試料６の面からみて、地平線近くに、第２反射鏡３が設
けられる。これも回転楕円面をもつ凹面鏡である。

第２反射鏡３の回転楕円面のひとつの焦点がウェハ上の
光の入射散乱点０に合致する。

もうひとつの焦点は、第２光検出器５０入射点Ｎに合致
する。

第２反射鏡３は、回転楕円体の一部であるが、これを５
ＴＵＷで表わすと、ＴＵの部分が開口になっている。

開口ＴＵは、第１反射鏡２へ散乱光を取出すためのもの
である。このため、第２反射鏡３の天頂に位置する部分
の近傍を切欠いである。

全ての散乱光がいずれかの反射鏡２．３に到達するのが
望ましい。

このためには、ＯＵの延長線が、曲線分ＨＧを切り、線
分ＯＴが曲線分ＥＦを切をようにする必要がある。

しかし、この条件は必須であるわけではない。

第１反射鏡２、第２反射鏡３の継目で、散乱光が漏れて
もよいこともある。

光検出器４．５は、このように周囲からの反射光を一様
に受光しなければならないので、広角レンズを有する受
光部を備えるものが望ましい。

散乱角をθとする。入射光軸つまりＺ軸のまわりの座標
をφで表現す名。円筒座標のφである。

θとφとを使って、散乱光の方向を表現できる。

θが小さいものは、第１反射鏡２に当たり、第１光検出
器４に入る。これは、第１光検出器出力Ｊａに寄与する
。

θが大きいものは、第２反射鏡３に当たり、第２光検出
器５に入る。これは第２光検出器出力Ｊｂに寄与する。

いずれの反射鏡２．３に光が向かうかを分ける境界角を
１とする。

これは、一般にはＺ軸まわり角φの函数である。

ｑｔ　（φ）と書くことができる。ε〈θ≦１（φ）で
あれば、第１反射鏡２に至る。Ｆ（φ）〈θ≦９０°で
あれば第２反射鏡３に至る。

εは、点０から入射穴１８を見た角度の半分である。こ
れは、強い反射光（θ−〇）を落すためにも必要である
。

第１反射鏡２に至る散乱範囲をＡ散乱範囲という。ε〈
θ≦１（φ）の範囲である。

第２反射鏡３に至る散乱範囲をＢ散乱範囲という。Ｖ（
φ）〈θ≦９０°である。

もつとも望ましくは、境界角が、φの依存性をもたない
ことである。

この場合 Ｆ（φ）−１（定数）（２） である。回転楕円面と、開口ＵＴを適当に設計すれば、
このようにする事が可能である。

（２））作　用 Ａ散乱範囲の散乱光の出力がＪａである。これは、試料
の表面に凸、四部があって、この傾きが小さい部分から
の散乱光である。

第２図によってこれを説明する。第２図（ａ）に於て、
凸部が図示されている。この面の傾きがχであるとする
。

水平面に対して、χだけ傾いているのであるから、これ
によって散乱された光の散乱角θは２χである。

第２図（Ｃ）に於て、勾配の急な凸部が図示されている
。この傾き角χは大きい。従って散乱角も大きい。

そこで、ＪａとＪｂに異なる重みをつけて出力Ｈとする
。もし同じ重みであれば、全散乱光の強度を測定してい
るだけで、従来法と同じである。

本発明に於ては、加重和を Ｈ＝　ｐ　Ｊ　ａ　＋　ｑ　Ｊ　ｂ　　　　　　　　　
（３）とする。たとえばｐ＝１、ｑ＝２とする。

これはデータ処理装置８によって行なう。

すると、大散乱角のものが２倍に評価される事になる。

第２図（ａ）の凸部に対して、検出光が当る点を１１１
１、！！！、　！ｔ：ｌ、■　と移動させてゆく。１〜
１１間は散乱光がない。

１１〜１１１間は小角の散乱（Ａ散乱範囲）がある。

１１１〜１（１１も小角の散乱がある。散乱方向は、相
異なるが、全て集光されるのであるから、１１〜曲に於
て、散乱量Ｊａは一定である。由〜■で散乱は０になる
。

第２図（ｂ）に加重和Ｈを示す。このように１〜１１、
曲〜ＶでＨ＝０であり、１１〜曲でＨは正の一定値をと
る。

第２図（ｃ）による散乱は大角散乱である。１１〜１１
１１でＢ散乱範囲への散乱が持続する。総数乱強度は一
定である。しかし、ｑ＝２の重みが付いているから、（
ｄ）に示すようなより高いＨになる。

第２図（ｅ）の凸部は、やや複雑な形状をしている。

１１〜１１１で急傾斜、１１１〜曲で緩傾斜、曲〜Ｖで
緩傾斜、Ｖ〜■１で急傾斜となっている。

急傾斜の時Ｊｂに寄与が現われ、緩傾斜の時Ｊａに寄与
が現われる。

従って、（ｆ）に示すような加重和Ｈになる。

多くの場合、欠陥である凹凸は、中心で傾き角χが小さ
く、周辺で傾き角χが大きい。従って、加重和Ｈは、（
ｆ）のようになる事が多い。

欠陥の大きさは、第２図（ａ）、（Ｃ）に対して、加重
和Ｈが存在する１１〜間の長さによって知る事ができる
。

従来法であれば、（３）に於てｐ＝ｑとしており、同じ
重みで散乱光を加えていたから（反射鏡、検出器がひと
つしかないので）、検出結果が（ａ）、（ｃ）、（ｅ）
の欠陥について同一であることになる。面積が等しいか
らである。つまり高さがでてこない。

実際には、傾き角χをＸ軸方向に測定し、（ａ）、（ｃ
）の図に於て１１〜川の間に於て積分したものとして高
さＨが得られる。

Ｈ−〔χ（ｘ）　ｄ　ｘ　　　　　　（４）このように
χを連続的に正確に測るのが理想的であるが、ひとつの
欠陥の測定にあまり時間をかけることができないので、
簡略化した計算をする。

χが、０．１．２の値をとりうるとする。χ＝０のとき
χ＝Ｏとし、Ｏくχ〈Ｖ７２のときχ−１とする。’／
２　＜χ＜９０のときχ＝２とする。

このような、おおざっばな平均化をしても、高さＨをだ
いたい評価することができる。

本発明の装置はこのような評価を可能としている。勾配
χが大きい部分は、凸部の高さをより高くする。χが小
さい部分は凸部の高さを高める作用が小さい。

結局、欠陥の高さＨは、第２図（ｂ）、（ａ）、（ｆ）
の出力Ｈの囲む図形（斜線）の面積によって評価できる
。

この内（ｄ）が最も大きいが、これは（ｃ）の凸部が最
も高いことに対応している。

このようにして、加重和Ｈの存在する広さくＩＩ〜１１
１）により欠陥の広さが分るし、Ｈの面積から、欠陥の
高さが分る。

（１）効　果 エピタキシャル表面の欠陥が、エピタキシャルウェハの
品質を著しく損なうことは言うまでもない。

エピタキシャルウェハの表面欠陥を検査する場合、欠陥
の面積も重要であるが、高さも重要である。高い欠陥が
ウェハ面に存在すると、このウェハから半導体素子を作
製する場合、大きな障害になるからである。

本発明による装置では、欠陥の高さも評価できる。

このため、本発明は、エピタキシャル表面の品質検査の
ｋめに有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエピタキシャル表面検査装置の構成図
。 第２図は表面欠陥とこれに対応する加重和ｎを示す図。 （ａ）、（ｂ）は低い欠陥の図とその加重和。（Ｃ）、
（ｄ）は高い欠陥の図とその加重和。（ｅ）、（ｆ）は
傾きが途中で変わる欠陥の図とその加重和。 １・・・・・・・・・・・・光　　源 ２・・・・・・・・・・・・第１反射鏡３・・・・・・
・・・・・・第２反射鏡４・・・・・・・・・・・・第
１光検出器５・・・・・・・・・・・・第２光検出器６
・・・・・・・・・・・・試　　　料７・・・・・・・
・・・・・移動ステージ８・・・・・・・・・・・・デ
ータ処理装置発明者　矢高国光 村井重夫 手続補正書（自発） 昭和６２年３月１６日 １、事件の表示　特願昭６１−１８６６６１号２、発明
の名称　エピタキシャル表面検査装置３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地 名　称　（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長　
川　上　哲　部 ４、代　理　人 ６、補正の内容 （１）明細書第５頁第９行目 「欠陥の数を・・・・・・」とあるのを、「散乱光源の
数を・・・・・・」と訂正する。 （２）明細書第１３頁第１４行目 「ｉｉｉ　Ｊとあるのを「１■」と訂正する。 （３）明細書第１６頁第３行目 「山」とあるのを「１■」と訂正する。 （４）明細書第１３頁第９行目、第１２行目、第１３行
目、第１７行目、第１９行目 「曲」とあるのを「１ｖ」と訂正する。 （５）明細書第１４頁第５行目、第１４行目「而」とあ
るのを「１■」と訂正する。 （６）図面（第２図）については別紙のとおり。 外 第　　　　　　２ 欠陥形状 （ａ） ＩＩ「 散乱光量の加重和 ｆｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エピタキシャル成長表面を有する試料を載置して
   これを移動させるための移動ステージ７と、試料のエピ
   タキシャル面に対して垂直に光を入射させる光源１と、
   試料からの散乱光のうち散乱角Θが境界角Ψより小さい
   光を反射するための凹面よりなる第１反射鏡２と、第１
   反射鏡２により反射された光を受光し光強度Ｊａを検出
   する第１光検出器４と、試料からの散乱角Θが境界角Ψ
   より大きい光を反射するための凹面よりなる第２反射鏡
   ３と、第２反射鏡３によつて反射された光を受光し光強
   度Ｊｂを検出する第２光検出器５と、第１、第２光検出
   器４、５の出力Ｊａ、Ｊｂを異なる係数ｐ、ｑを乗じて
   相加え加重和Πを求めるデータ処理装置８とより構成さ
   れる事を特徴とするエピタキシャル表面検査装置。
2. （２）境界角Ψが、試料面に垂直に立てた軸まわりの座
   標角をφとし、φの函数として変化する事を特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載のエピタキシャル表面検
   査装置。
3. （３）境界角Ψが、軸まわり角φによらず一定値である
   こととした特許請求の範囲第（１）項記載のエピタキシ
   ャル表面検査装置。
4. （４）第１反射鏡２、第２反射鏡３が回転楕円体形状を
   なし、一方の焦点が試料の光の入射点０に合致し、他方
   の焦点が光検出器４、５の受光点Ｍ、Ｎに合致している
   事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のエピタ
   キシャル表面検査装置。