WO1996028721A1 - Procede d'inspection, appareil d'inspection et production d'un dispositif semi-conducteur faisant appel a ce procede et a cet appareil - Google Patents

Description

明 細 書 検査方法並びに装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法 技術分野

本発明は、 物体表面上の付着異物検査および物体内部の欠陥の計測に関して、 特に、 シリコン結晶表面上やアモルファスシリコン薄膜表面の付着異物検出、 及 びシリコンウェハ内の酸素析出物などの結晶欠陥やアモルファスシリコン薄膜内 部の異物測定のための検査方法並びに装置、 この装置の校正のための標準試料、 さらにこの方法又は装置を利用した半導体製造方法に関する。 背景技術

L S I (大規模集積回路） の集積度が向上するとともに、 デバイスを構成する M 0 S ( Meta l Oxide Sem i conductor ) 卜ランジス夕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 O S 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 ものである。 後者は、 特に D R A M (記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出 し型記憶装置） においてリフレツシュ不良と呼ばれる情報の喪失という問題を引 き起こす。 これら M O S トランジス夕の不良は、 デバイスが形成されるシリコン 基板の表面上に存在する異物はもとより、 表面近傍領域に存在する結晶欠陥にも 起因している。 シリ コン基板の表面近傍領域とは、 具体的には基板表面から約 0 . 5 z mの深さまでの領域を指し、 L S I等のデバイス製造工程にて、 酸化さ れて絶縁層 （シリコン酸化膜） に変換され、 又は基板表面に金属薄膜を接合され て空乏層に変換される部分である。 この部分に存在する結晶欠陥は、 シリ コン酸 化膜に構造欠陥を形成して L S I動作時に絶縁破壊を起こし、 また、 空乏層にお いてはリーク電流を多量に発生させる。 これとは対照的に、 表面近傍領域より深 い領域に存在する結晶欠陥、 特に酸素析出物は、 様々な製造工程でシリ コン基板 内に混入してく る金属イオンを捕獲し、 基板の表面近傍領域の金属汚染を防止す る効果 （ゲッタリ ング効果） がある。

従って、 L S I製造に用いるシリ コン基板の品質管理のためには、 基板表面の 異物検出は勿論、 表面近傍領域に存在する結晶欠陥の選択的な検出も行える検査 装置が必要である。

また、 薄膜トランジスター （例えば、 アモルファスシリ コン薄膜： > からなる液 晶表示装置の製造においても、 薄膜が形成される透明基板の表面上の異物や表面 近傍領域に存在する異物又は欠 1%、 薄膜形成プロセスにおいて薄膜の内部に混入 し又は表面に付着する異物の検出が、 製品の品質管理に不可欠である。

これに対し、 特開昭 6 3— 1 2 9 4 3号公報 （或はこれに対応する米国特許第 4 ， 8 9 3 , 9 3 2号） には、 試料表面に S偏光の光と P偏光の光とを照射し、 試料表面の上側又は下側に存在する異物又は欠陥の検出する装置が記載されてい る。 この装置は、 試料表面上の異物と欠陥とで散乱される照射光の散乱強度分布 が偏光方向により異なることを利用して、 試料表面の上側に存在する異物又は欠 陥の検出を行うものである。 しかし、 この装置発明を開示する上記明細書には、 試料表面の下側 （即ち屈折率が空気よりも大きな媒質中:） に存在する異物又は欠 陥の検出については、 なんら具体的な記載はなかった。

一方、 特開平 5— 2 6 4 4 6 8号公報には、 被検物体表面における光情報を比 較的多く発生させる波長の第 1の光と被検物体内部表面における光情報を比較的 多く発生させる波長の第 2の光とを被検物体に照射し、 照射光の被検物体表面又 は内部の欠陥による散乱で発生した散乱光の像 （散乱像） を第 1の波長及び第 2 の波長について夫々観測する装置が記載されている。 この装置は、 第 1及び第 2 の波長の各散乱像を比較して欠陥の存在位置が被検物体の表面か内部かの識別を 行い、 又第 2の波長の散乱像から被検物体内部の欠陥位置の深さ情報を得るもの である。 しかし、 被検物体内部の欠陥の深さ分析は第 2の波長の光のみで行うた め （内部欠陥のみの情報抽出のために第 1の波長の光の光情報を除去する） 、 そ の深さ分解能は光学的結像性能で決まり、 照射光の波長、 即ち 1 m程度であつ ため、 シリコン基板の表面近傍領域の欠陥を選択的に検出することはできなかつ た。 また上記公報には、 この第 2の波長の光が被検物体内部において減衰する問 題についての記載はなかった。

特開平 2 - 6 1 5 4 0には、 光透過性の平面状の被検査物 （薄膜、 又は比較的 薄い透明板等） の上側又は下側表面に付着した異物の識別と、 その大きさの判定 を容易に行える欠陥検査装置が記載されている。 この装置は、 被検査物に対して 異なる透過率を有する第 1の光束と第 2の光束を照射し、 それぞれの散乱光信号 強度の大小関係に基づいて、 異物が入射面に付着しているかその反対面に付着し ているのかを判定するものである。 しかし上記公報には、 被検査物の内部に存在 する欠陥の深さ位置を求めることはなんら記載されていない。

一方、 試料の表面上の異物及び表面近傍領域の異物や結晶欠陥の検出にさきが けて、 計測装置の検出感度等の校正を行うための標準試料が必要である。 表面上 の異物検出のための標準試料としては、 特開平 5 - 3 4 0 8 8 4号公報に大きさ と屈折率が既知の標準微粒子を基板表面上に付着させたものが、 特開平 5 - 3 3 2 9 1 3号公報に透明基板上に粒子像を縮小転写したものが、 夫々記載されてい る。 しかし、 試料の表面近傍領域即ち表面から照射光の波長より短い深さに存在 する欠陥を検出するための標準試料を記載した文献は、 未だになかった。 発明の開示

上記各公報に記載の装置は、 試料の表面上の異物と内部の異物又は欠陥を識別 して測定することについては配慮されておらず、 また試料内部の異物又は欠陥検 出の深さ方向の分解能が照射光のビーム径又は焦点深度 （ 1 m以上） 程度であ つた。 従って、 L S I等のデバイスが形成されるシリコン表面から 0 . 5 z m以 內の領域の欠陥を選択的に検出できないため、 内部欠陥を有するシリコン基板か らデバイス不良を起こすものと起こさぬものを選別することができず、 L S I等 のデバイス製造プロセスにおける品質管理の障害となっていた。

本発明は、 従来技術では不可能であった、 表面上の異物、 表面近傍領域の内部 欠陥、 及びこれより深い領域の内部欠陥とを夫々区別し、 デバイス製造プロセス におけるの品質管理の向上させる基板材料等の試料の検査装置、 検査方法並びに これを応用した半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 さらに本発 明は、 これらの検査装置、 検査方法において検出精度や検出感度の校正を行うた めの標準試料及びその製造方法を提供することをも目的とする。

上記発明の目的を達成するために、 試料表面に光を照射し、 表面上の異物と内 部に存在する欠陥とを照射光の散乱の差異を利用して区別し、 内部欠陥の深さ位 置を照射光 （散乱光） の波長に依存した試料内部での強度の減衰を利用して照射 光の波長以下の深さ分解能で計測する。 具体的にはまず、 少なくとも一つの光源 を有する光源部と、 光源部から放射された光を集束して試料の表面に照射する第 1の光学系と、 試料を載置する試料台と、 試料表面から放射される光を集光する 第 2の光学系と、 第 2の光学系で集光された光を複数の光路に分割する手段と、 分割された光を夫々検出する複数の検出器と、 各検出器から検出された光信号を 受けて信号強度比を演算する演算手段とからなり、 第 1及び第 2の光学系が夫々 の光軸の試料表面の法線に対する角度 （以下、 入射角） が異なり且つ 2つの光学 系の光軸のなす角度が 5 0 ° から 1 2 0 ° の間にあるように配置された装置を構 成する。 この装置には、 試料表面における光の照射位置を走査する手段を設ける ことが望ましい。 照射位置の走査手段としては、 試料台を移動するものと光ビ一 ムを移動するもののいずれでも良い。

試料表面上の異物と試料内部の欠陥を識別する方法では、 照射光として第 1の 光学系の光軸 （照射光光軸） と第 2の光学系の光軸 （検出散乱光光軸） の成す仮 想的な平面 （以下、 観測面） に垂直な偏光成分と平行な偏光成分の両方の成分を 有するものを利用する。 この場合、 照射光は円偏光でも無偏光でも直線偏光でも 良い。 試料表面上の異物又は内部の欠陥からの散乱光は、 第 2の光学系の後段に 光路を分割する手段として設けられた偏光プリズムで、 観測面に垂直な電気べク トルを持つ偏光成分 （強度 I V ) と平行な電気べク トルをもつ成分 （強度 I h ) に分雜される。 光路をハーフミラーで分割し、 ハーフミラーと検出器の間に偏光 フィルタを入れて偏光成分を分離してもよい。 分離された各偏光成分の光強度を それぞれ検出器で検出し、 偏光方向が互いに 9 0度異なる散乱光の検出信号を粒 子毎にコンピュータに入力し、 その信号強度比 I v Z I hを計算する。 この強度 比を I Vの値から M i e散乱理論で求めた、 例えば表面上の異物をポリスチレン 換算粒径が 0 . 5 m以下の粒子として、 I v Z I h 〉 0 . 3ならば表面異物と し、 I v / I hく 0 . 3ならば内部欠陥とする。 この場合、 散乱角度と散乱光の 偏光方向別強度比 I v Z I hを予め計算し、 これと上記方法により測定されたデ 一夕とを照合して試料の表面情報と内部情報とを区別するのが望ましい。 照射方 向は、 試料平面に略垂直でも斜入射でも良い。

照射光として試料内部における減衰率の小さい （即ち、 試料を透過し易い:） 第 1 の波長の光と大きい （即ち、 試料に吸収され易い） 第 2の波長の光からなる光 を用いる。 この照射光は、 波長別に光源を設け各光源からの光を第 1の光学系の 前段で合わせても、 又は第 1の波長の光を発生させる光源とこの光の高調波光を 生成する手段を用いても良い。 照射光を試料表面の走査は、 上述の表面上異物と 内部欠陥を識別する場合と同様に行うとよい。 試料から発生した散乱光は、 第 2 の光学系で集光される。 第 2の光学系には、 照射光の二波長について色収差を低 減した対物レンズを用いるのが望ましい。 第 2の光学系で集光された散乱光は、 照射波長別に分離して波長毎にそれぞれの光検出器で検出される。 波長毎の検出 信号より、 これらの 2つの信号強度比を、 これを夫々の照射光波長の試料の消衰 係数から予め計算された深さと信号強度比との関係を照合し、 試料内部の異物又 は欠陥の深さを導出するとよい。

上記の散乱光強度の測定方法として、 ヘテロダイン検出で測定する方法を用い ても良い。 この方法では、 互いにコヒーレン トで周波数のわずかに異なる参照光 と欠陥からの散乱光とを干渉させた光を検出して得られるビート信号の振幅を上 記第 1の波長と第 2の波長の各々で求め、 散乱光強度はそのビート信号の振幅の 二乗で求める。

上記照射光の第 1の波長 λ 1 と第 2の波長ス 2の夫々の設定は、 つぎの関係を 満足する様に波長選択する。 すなわち、 試料の内部欠陥測定対象領域を表面から 深さ Z以内の領域とすると、 波長ス 1 とス 2における光の試料への侵入深さを各 々 Γ 1 と Γ 2とすれば、 Γ 1 〉 Γ 2であって表面から深さ Γ 2の位置において波 長ス 1の照射光の減衰が無視でき、 さらに Γ 2〜 Zを満足するようにする。

さらに第 2の波長を有する照射光が試料に吸収される際に試料から発生する蛍 光の影響を除去するために、 フィルタを第 2の光学系又はその後段に設けると良 い。 また第 1の波長光と第 2の波長光の照射を時間的にずらしてもよい。 このず らし方は、 第 1の光学系又はその前段に設けられたチョ ッパにより波長の異なる 2つの照射光を交互に間欠的に照射しても、 第 1 4図に示すように試料表面のあ る位置が走査に伴って第 1の波長の光が欠陥に時間的に先に照射され第 2の波長 の光が後に照射されるように波長ごとに試料の照射位置を走査方向にわずかにず らしてもよい。

上述の試料内部の情報を照射光の波長以下の分解能で表面近傍領域とこれより 深い領域とを識別して得る方法において、 例えば第 2の光学系の後段の光路分割 手段を複数個設け、 検出光のうちの第 1又は第 2の少なく とも一つの波長の光を さらに偏光成分別に検出することで、 上述の表面情報と内部情報との弁別を並行 して行っても良い。

上述の試料の表面上の異物及び内部の異物又は欠陥の測定値から、 これらの粒 径を次のように求めても良い。 欠陥の散乱光強度は、 その形状ゃ複素屈折率 （材 質に固有） および大きさに依存する。 そこで、 表面上の異物や内部欠陥の形状を 球とし、 異物又は欠陥の材料を仮定してその複素屈折率の値を設定することで、 散乱光の測定強度値から異物又は欠陥の粒径を求める。 この方法は空気中ダス 卜 モニタや液中ダス 卜モニタでのダス 卜サイズを計測に既に採用されているが、 内 部欠陷の測定でも応用が可能である。 内部欠陥計測では、 L S I製造用のシリコ ン基板の検査の場合、 欠陥が球形で且つその材質が S i 0 2であると仮定し、 散乱 光強度から大きさを算出するとよい。 また、 必要に応じて初めから S i 02以外の 複素屈折率を用いて粒径を求めてもよい。 例えば、 S i 中に空包が存在すると仮 定して、 散乱体の屈折率を 1 として粒径を求める。 一方、 表面上の異物について はポリスチレン換算で粒径を求めるとよい。

本発明の検査装置又は検査方法は、 表面上の異物又は試料内部の異物もしくは 結晶欠陥による照射光の光散乱を利用するため、 その標準試料として、 上記公知 例に記載されたものは適さない。 基板表面に転写された粒子像ゃシリコン表面上 にポリスチレン粒子をシロキサンで固定した試料では、 シリコン内部欠陥粒子と では微粒子周囲の屈折率が異なるので同一の大きさで比較しても光散乱断面積が 異なり、 実際に得られる信号強度が異なるからである。

そこで内部欠陥を計測する装置に適した標準試料として、 母材と屈折率の異な る複数の粒状部分が表面から略一定の深さに形成された領域を少なく とも一つ有 する構造の標準試料を、 半導体製造技術を応用して作製する。 具体的には、 観察 する試料と同一材料 （母材） で構成された基板上に、 検出対象の同一の （母材と 屈折率が異なる） 物質の複数の粒状部分からなる微小なパターンを形成する。 そ の上に、 基板と同一材料の薄膜を形成し上記パターンを内部に埋め込む。 このよ うにして形成した微小パターンを結晶欠陥の標準試料とする。 パターンの埋込深 さを照射光の波長より小となるように、 薄膜の形成条件を制御するとよい。 この 標準試料を用いて、 結晶欠陥を測定する装置の検出感度と深さ分解能を校正した 結晶欠陥計測を行う。 標準試料として、 埋込深さの異なる複数のパターンを持つ ものを作製しても良い。

さらに上述の検査装置、 検査方法を、 以下のように半導体装置の各製造工程に おいて利用することができる。 ウェハ受け入れ時においては、 表面上の異物の面 内密度と内部欠陥の濃度が要求基準値を達成するか否かを検査する。 イオン打ち 込み後の不純物拡散熱処理工程後においては、 半導体装置を製造する一連の工程 の途中もしくは完成状態にて、 ウェハ上のスクライブ領域の一部に半導体装置の 接合などの素子構造の一部分を形成し、 上記計測装置によつて半導体表面から 0 . 5； 以内の領域における結晶欠陥と表面異物とを区別しながら検査する。 この段階にて、 表面近傍領域の欠陥の検査で、 適当な処理 （例えば熱処理など） で消滅できるもの欠陥を識別し、 基準外ながら欠陥密度の低減処理が可能なゥェ ハについて、 これを一旦ラインから抜いて熱処理を行ない、 再度検査を行なって 欠陥密度が基準値の範囲内におさまった場合に正常品としてラインに戻してもよ い。

次に本発明の検査装置及び検査方法の機能を、 光学に関する知見に基づき説明 する。 照射光の試料表面又は試料内部での散乱については、 M . ボルン、 E . ゥ オルフ著、 「光学の原理」 （東海大学出版、 1 9 7 5年） の記載を参照した。 本発明の検査装置は、 以下の各機能に関する詳細な説明の通り、 試料の表面上 に存在する異物と内部に存在する異物または結晶欠陥との夫々による光散乱の違 い、 すなわち前者による側方散乱光と後者による後方散乱光とで両者を識別して 計測することに特徴を有する。 従って、 試料に光を照射するための第 1の光学系 と試料からの光を集光する第 2の光学系の夫々の光軸が試料表面において交差す る角度 （以下、 検出角度:） の設定が重要となる。 即ち、 検出角度が小さ過ぎると 表面上の異物についても後方散乱光として測定するので、 両者の識別が不可能と なる問題がある。 また、 夫々の光学系の光軸を試料表面の法線に対して対称に配 置すると照射光の試料表面での反射によるバックグラウン ド信号が高くなる問題 がある。 これらの問題を鑑み、 本発明においては第 1の光学系と第 2の光学系と を、 双方の光学系の光軸の夫々の試料表面に対する入射角度が異なり （即ち、 双 方の光軸が試料表面の法線に対して非対称でなり） 、 且つ双方の入射角度の差 即ち、 検出角度） が 5 0 ° から 1 2 0 ° の間にあるという条件を満たすように配 置する。

本発明の装置による表面上の異物と内部欠陷とを識別する機能を、 第 1図及び 第 2図により説明する。 夫々の図の構成要素は、 後述の実施例 1の第 1 5図に準 ずる。 第 1図は試料 1 4の表面上の異物 4からの散乱光を検出を、 第 2図は試料 1 4の内部の欠陥 2 1からの散乱光を検出している様子を夫々示す。 ここでは、 シリコンウェハを試料として、 光源 1から放射される照射光 2は円偏光のレーザ 光として説明する。 2つの図が示すように同一の照射 （第 1 ) 及び検出 （第 2 ) 光学系 3、 5を用いても検出される散乱光の散乱角度は、 表面の異物の場合と内 部欠陥とでは異なる。 即ち、 内部欠陥からの散乱光は大気とシリコンとの界面に おいて屈折する分だけ、 後方散乱角度の領域へ検出角度がずれることになる。 表 面異物の場合の角度範囲を （ 01 s〜 02 s ) とし、 内部欠陥の場合の角度範囲を (Θ\ ~Θ 2 i ) と表すと、 01 s と 01 i との関係と 02 s と 02 i との関係 はそれぞれスネルの法則により次の数式 1で表される （nはシリコンウェハの屈 折率、 Xは 1又は 2 ) 。

Θ X i = 1 80° -arcsin [sin( 1 80 ^c - Θ x s ) / n ]

… （数式 1 ') 例えば、 第 1図のように第 1及び第 2の光学系 3、 5を検出角度 0 dが 75' に なるように配置してして測定すると、 表面上の異物 4による散乱光を散乱中心角 度 0 cは 1 0 5° となり、 殆ど側方散乱光を検出することになる。 第 2図にて、 第 1図と同様に光学系を配置すると、 シリコンの屈折率： n - 3. 56 (波長 1 064 n mでの値） と大気中の屈折率： n = 1. 0より、 シリコン内部の欠陥 からの散乱角度は 1 64. 5度となり、 殆ど後方散乱光を検出することになる。 従って、 試料表面上の情報と試料内部の情報を検出角度の設定により、 側方散乱 光と後方散乱光として抽出し、 散乱角度による光の偏光度の差異を利用して 2種 類の情報を識別できる。 波長に比べて十分に小さい粒子からの散乱現象を記述す るレーリー散乱によれば、 微粒子に無偏光の光を照射した場合は側方散乱光は観 測面に垂直な方向に偏光しており、 後方散乱光は無偏光であることが知られてい る。

そこで、 レーリー散乱の知見に基づき、 照射光波長 ： 1， 064 m、 検出用 レンズの開口数 （N. A. 値） ： 0. 1として、 側方散乱を 0 c ： 1 05。 の計 算条件で、 後方散乱を » c : 1 64. 5° の計算条件で夫々の場合について、 P = I vZ I hの値 （P値） を微粒子の粒径と屈折率を変えて計算し、 第 3図と第 4図に等高線表示した。 ここで注目すべきは、 表面上の異物の検出条件に対応す る第 3図は粒径 0. 5 m以下の場合 P > 0. 3であることと、 内部欠陥の検出 条件に対応する第 4図は粒径及び屈折率にほとんど依存せずに約 1の値を有して いることである （この計算範囲内での最小値は 1 . 0 1であり、 最大値は 1 . 5 7である） 。 さらに、 照射光の波長に比べて欠陥の粒径が十分小さい場合の相 対的な微分散乱断面積の散乱角度依存性を第 5図に示す。 実線は観測面に対して 散乱光の電気べク トルが垂直な偏光成分を持つ散乱光の微分散乱断面積であり、 点線は観測面に対して電気べク トルが平行な偏光成分を持つ散乱光の微分散乱断 面積である。 第 5図より観測面に対して電気べク トルが垂直な偏光成分をもつ散 乱光の強度 I Vと平行な成分をもつ散乱光の強度 I hとの微分散乱断面積の散乱 角度依存性の差異に着眼して、 その強度比 1 V / I hから試料の表面上の異物に よる側方散乱光と内部の欠陥による後方散乱光を弁別できる。 この微分散乱断面 積を、 試料表面の法線を中心とした散乱立体角について積分することにより、 検 出される散乱光強度に比例した量が得られる。 また、 表面異物を照射光の波長の 半分程度と大きく した場合の微分散乱断面積の散乱角度依存性を第 6図に示す （ 照射光波長 ： 1 . 0 6 4 m、 表面上の異物：粒径 0 . 5 mのポリスチレン粒 子 （屈折率 1 . 5 9 ) で換算） 。 実線、 点線は夫々第 5図に準ずる。 このように 表面上の異物がポリスチレン換算粒径で 0 . 5 / m以内の場合でも、 I v / I h から試料表面上の異物と試料内部の欠陥とを弁別できることが理論的に裏付けら れた。

—方、 内部欠陥 2 1からの散乱光は、 シリコン基板内部から大気に出射する際 に、 その界面において第 7図に示すように観測面に垂直な成分が主として内部反 射を起こ し、 その強度は約 2 0 %に減少する。 第 8図は、 散乱光の内部反射の反 射率とシリコン内部の欠陥から界面への入射角度 eとの関係を、 散乱光の偏光方 向別に計算したものである。 偏光方向が観測面に垂直な成分の反射率が入射角度 1 5 . 5度 （表面からの出射角度は 7 5度、 散乱角度では 1 6 4 . 5度に対応す る） において約 8 0 %であるので、 透過して検出される光強度は約 2 0 %に減少 する。 一方観測面に平行な成分の反射率はほぼ 0 %であるので、 欠陥からの散乱 光強度はほとんど減衰することなく検出器に到達する。 したがって、 基板内部に 存在する欠陥からの散乱光に関する偏光の強度比 Pの実測値は第 4図乃至第 6図 から求まる P値の約 2 0 %であり、 0 . 2 < P < 0 . 3となる。 そこで、 検出し た粒子について、 粒径 0 . 5 m以内の場合についてのみ限定すると、 Pく 0 . 3の場合は内部欠陥であり、 P > 0 . 3の場合は表面異物となる。 この P値 は、 実際には装置固有の因子にも依存するので、 装置の設計に合わせて補正を行 うことが望ましい。

上述の説明から明らかなように、 本発明による試料の表面上の異物と内部の欠 陥との弁別には、 第 5図及び第 6図に示される I V及び 1 hの散乱角度依存性と 第 8図に示される 1 V及び 1 hの試料内部から表面への入射角度依存性とに基づ き、 第 1の光学系と第 2の光学系の配置を決めることが重要である。 第 5図及び 第 6図は、 試料の表面上の異物と内部の欠陥とを弁別できる条件を散乱角度 0 c をパラメータとして示すが、 実際に検査装置を構成する場合は、 第 1の光学系と 第 2の光学系を、 両者の光軸が図示される Θ cの領域に対応した検出角度 0 d ( β d = 1 8 0 ⁰ - Θ c と定義される） を満たすように配置することが重要であ る。 また、 検出角度による試料内部からの散乱光の内部反射条件、 即ち第 8図に 示す 1 Vと I hの入射角度依存性を考慮することも重要である。 これらの条件を 併せると、 第 1の光学系と第 2の光学系を、 両者の光軸のなす検出角度 S dが少 なく とも 5 0 ^: から 1 2 0。 の間にあるように配置する必要がある。 因みに、 検 出角度の最適領域は、 装置の構成にも依存するが略 7 0 ° から 1 0 0 ° の間にあ る。

以上は、 光を試料表面の略法線方向から照射させる光学系で説明したが、 試料 表面に対してを斜めから照射する光学系でも表面異物と内部欠陥とを識別する機 能は、 概ね同じである。 参考までに斜め照射の光学系について、 第 9図及び第 1 0図を用いて説明する。 第 1図及び第 2図と同様、 試料 1 4はシリ コン基板、 照 射光 2は円偏光のレーザ光とする。 この光学系では、 第 9図及び第 1 0図が示す ように、 試料表面上の異物 4からの散乱光と試料内部の欠陥 2 1からの散乱光と では検出立体角が異なる。 ここで照射光の進行方向を基準にして散乱角度 6を定 義すると、 第 9図より結晶表面の異物については凡そ 9 0度よりやや後方への散 乱光を、 また第 1 0図より結晶内部の欠陥については屈折により凡そ 1 8 0度に 近い後方への散乱光を、 夫々検出することがわかる。 以上より第 5図を参照して 、 観測面に垂直な電気べク トルをもつ偏光成分の散乱光強度 （ I V ) と観測面に 平行な電気べク トルをもつ偏光成分の散乱光強度 （ I h ) を比較すると、 結晶表 面上の異物からの散乱光では I h < 1 Vであり、 結晶内部の欠陥からの散乱光で は I hと I Vはほぼ等しくなることがわかる。 さらに波長 1 0 6 4 mの照射 光を入射角 7 5度でシリ コン結晶 （屈折率 3. 5 6 ) に照射した場合、 観測面に 垂直な電気べク トルを持つ偏光成分は約 7 7 %が反射されるのに対して、 観測面 に平行な偏光成分は 0. 2 %しか反射されないということを考慮すると結晶内部 の欠陥からの散乱光について I h 〉 1 Vになる。 波長 1. 0 6 4 mの円偏光の 照射光を入射角 7 5度でシリコン結晶 （屈折率 3. 5 6 ) に照射し、 結晶表面の 法線方向の散乱光を開口数が 0. 4のレンズで集光する第 9図及び第 1 0図の光 学系において、 結晶表面上の異物からは散乱角度が約 8 1 ° ( 0 1 ) から約 1 2 9^C (0 2 ) までの散乱光を、 結晶内部の欠陥からは散乱角度が約 1 5 8° ( Θ ） から約 1 7 1。 （ 6 2· ) までの散乱光を、 夫々検出することができる。 この例では検出角度を 7 5 ^e に設定したが、 その他の検出角度や反射率の異なる 試料においても、 同様の散乱角度差が生じる。 従って、 第 5図及び第 6図に示さ れる I Vと I hとの散乱角度依存性の差と第 8図に示される I Vと I hとの結晶 界面での内部反射の差とを鑑みて、 第 1図及び第 2図の光学系の場合と同様に検 出角度を設定することで、 表面上の異物と内部欠陥とを弁別できる。

以上の説明では、 照射光を円偏光のレーザ光としたが、 観測面に対して垂直な 偏光成分と平行な偏光成分を持つ光であり且つそれぞれの偏光成分の強度比が分 かっていれば円偏光以外でもよく、 測定された 1 hと I Vをその強度比によって 補正することにより円偏光照射時と同様に解析できる。

さらに液晶表示装置に用いるアモルファスシリコン薄膜の表面上と内部の異物 を区別する計測に関しても、 屈折率が 3. 5 9 (波長 1 0 6 4 n mでの値） と大 きく結晶シリコンの場合と同様に本発明による弁別法を適用することができる。 次に本発明の検査装置及び検査方法における試料の表面近傍の欠陥の深さ位置 を波長以下の分解能で測定する原理を第 1 1図、 第 1 2図及び第 1 3図を用いて 説明する。 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 Z eになる侵入深さ Γは

Γ = λ 2 π k

… （数式 2 ) で与えられる。 したがって、 空気中より入射角 0で物質に入射した光強度は表面 からの深さ Zのところでは exp ((― 2 Z / Γ )cos(arcsin(sin Θ / n )))だけ表 面より減衰することになる。 したがって空気中より試料表面に光が入射角（9で入 射し、 その照射光が試料内部の欠陷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 をひ、 入射光強度を I 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は以下のように表わすことができる。

S = I σ exp [—（2Ζ/ Γ )(】 + l/{cos(arcsin(sin 0 / η )) } )]

… （数式 3 ) 今、 試料の波長 λ 1、 ス 2に対する屈折率をそれぞれ η 1、 η 2、 侵入深さを それぞれ Γ 1、 Γ 2、 入射光強度をそれぞれ I 1、 I 2、 測定される散乱光強度 をそれぞれ S 1、 S 2、 積分散乱断面積をそれぞれび 1、 σ 2、 とすると以下の 式が成り立つ。

S 1 = I 1 σ lexp[ -(2Ζ/Γ 1)(1 + l/{cos(arcsin(sin β /nl))})]

… （数式 4：)

S2= I 2び 2exp[— (2Z/r2)(l + l/{cos(arcsin(sin 0 /n2))})]

… （数式 5 ) 以上により、 欠陥の深さ位置 Zは次のように与えられる。

Z = C I ln[ C2( S l/ S2) ( び 2/ σ 1)]

… （数式 6) 但し C 1 と C 2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。

C 1 = 1, [(2ΖΓ2)(1 + 1/' {cos(arcsin(sin ^ / n 2 ) ) } )

— (2/' Γ 1)(1 +し {cos(arcsin(sin e ' n 1 ))})]

… （数式 7:)

C2= I 1/ I 1

… （数式 8) 本発明において欠陥の深さ位置を求めるためには先に欠陥の大きさを求める必 要がある。 数式 4において試料を透過する波長ス 1の光、 すなわち Γ 1が無限に 大きい波長; I 1の光を用いると入射光強度 I 1および散乱光強度 S 1は結晶内部 で減衰しないため、 ある検出立体角での積分散乱断面積び 1は以下の様に表わす ことができる。

σ 1 = S 1/ I 1

… （数式 9 ) また、 この場合は、 Γ 1を無限大と置けば C 1は次の様に近似される。

C 1 = 1 Ζ[(2 Γ2)(1 +し '{cos(arcsin(sin e / n2))})]

… （数式 1 0：) この場合、 波長 Λ 1を透過する光としたが、 Γ 1 〉 Γ 2が成立し、 深さ Γ 2に おいて波長 1の減衰が無視できる場合としても同様に、 数式 9と数式 1 0が計測 範囲で成立する。 例えば、 波長の異なる光の侵入深さ Γ 1、 厂 2が 1 0倍以上異 なる場合である。 積分散乱断面積び 1がわかれば欠陥の屈折率を仮定すれば M i e散乱理論式により粒径を求めることができる。 本発明においては、 前記したよ うに S i 02拉子の屈折率 1. 4 5を仮定する。 粒径がわかれば試料に吸収される 波長 λ 2の光によるある検出立体角での積分散乱断面積び 2 もわかるので、 積分 散乱断面積の比 σ 1 / σ 2が決定できる。 これを数式 6に代入すれば深さ位置 Ζ を得ることができる。 以上の具体的なデータ解析の流れは、 第 2 1図に示した。 この図の直接検出モー ドが上記解析に対応し、 第一の透過する波長が 1 0 6 4 η mであり、 第 2の吸収される波長が 5 3 2 n mである。 深さ位置の測定精度を解 析の手順をもとに以下に述べる。 波長 532 nmにおけるシリコンの屈折率 n = 4. 1 5, 消衰率 k = 0. 044と波長 1 064 n m nにおけるシリコンの屈折 率 n = 3. 56, 消衰率 k = 0. 0022を用いて、 各波長の照射光強度の減衰 率とシリコン中の深さ位置との関係を示したのが第 1 1図である。 この図には波 長 4 88 n mの光も示した。 この波長でのシリコンの屈折率は n = 4. 367、 消衰率は k = 0. 079である。

第 1 2図に第 1 1図から得られた波長 532 n mの散乱光強度 S 2と波長 1 0 64 nmの散乱光強度 S 1との比 S 2/ S 1を示す。 ここでは表面上における比 を 1 としている。 波長 4 88 n mの散乱光強度 S 3と波長 1 064 n mの散乱光 強度 S 1との比 S 3/S 1 も合わせて示してある。 シリコンに対して波長 1 06 4 n mのレーザ光と波長 532 n mのレーザ光を同じ位置を走査して照射した場 合に得られる散乱光強度の信号波形の一例が第 1 3図である。 これより S 2ノ S 1を求め、 第 1 2図の関係を用いて S 2/ S 1から深さ位置を求めることができ る。

ここで、 本発明の検査方法に対して、 シリコンへの不純物拡散による吸収係数 の変化が与える影響を考察する。 ドープ量が単位立方センチメー トル当り 1 0の 1 5乗個のオーダーであるシリコン基板の場合は、 ドープによる吸収係数の変化 は無視できる。 しかし、 素子形成領域ではドープ量が単位立方センチメー トル当 り 1 0の 20乗個を越える場合があり、 この領域において波長 63 3 nmにおけ る消衰係数は、 エリプソメータで測定した結果、 0. 055 ( ドープ無しの場合 は 0. 022 ) に増大していることが分かった。 しかし、 素子形成領域の拡散層 は 0. 1 m程度であるので、 消衰係数 0. 055の厚さ 0. 1 mにおける吸 収率は約 1 0%であり、 本計測法に対する影響は無視できるほど小さい。 したが つて、 素子領域においても本計測方法が使用可能である。

アモルファスシリコンの場合は、 屈折率の値は n = 4. 4 (波長 532 nm) と n = 3. 5 9 (波長 1 064 nm) であり、 消衰率の値は k = 0. 85 (波長 532 nm) と k = 0. 048 (波長 1 064 n m) である。 したがって、 ァモ ルファスシリコンへの侵入深さは 3 . 5 ^ m (波長 1 0 6 4 n m ) 、 0 . 1 μ m (波長 5 3 2 n m ) となる。 液晶表示装置に利用される薄膜トランジスターのァ モルファスシリコン層の厚さは、 0 . 3 m以下であるので、 波長 1 0 6 4 n m の光の減衰はこの厚さ以内では無視できる。 したがって、 結晶シリ コンの場合と 同様に波長 1 0 6 4 n mの散乱光強度によって粒径を決定し、 上記したように波 長 1 0 6 4 n mと吸収される波長たとえば 5 3 2 n mとの散乱光強度比から数式 6をもちいて深さ位置を決定することができる。

なお、 試料の表面近傍の異物又は欠陷の深さ位置を波長以下の分解能で測定す る方法においても、 試料中の異物又は欠陥による後方散乱光を測定するため、 こ れらの後方散乱光を試料の表面上の異物による散乱光から弁別できる条件を満た すことが必要である。 従って、 実際に検査装置を構成する場合は、 第 1 の光学系 と第 2の光学系を、 両者の光軸が第 5図及び第 6図に図示される 0 cの領域に対 応した検出角度 e dを満たすように配置することが重要である。 具体的には、 2 つの光学系のなす角度は、 上述の試料の表面情報と内部情報を弁別する場合と同 様に、 少なく とも 5 0。 から 1 2 0 ' の間である必要がある （検出角度の最適領 域は略 7 0 ° から 1 0 0 の間となる） 。

上述の試料表面上の異物測定及び試料内部の異物又は欠陥の測定値から異物又 は欠陥の大きさを、 M i e散乱理論 （A n n . P h y s . 第 2 5卷 （ 1 9 0 8 ：) 第 3 7 7頁〜第 4 4 5頁） に基づき、 微粒子による光散乱光強度と微粒子の形 状、 材質 （屈折率と吸収係数） 及び大きさの関係から算出できる。 したがって、 大きさを正確に求めるには欠陥の形状と材質の情報が必要である。 しかし、 検査 すべき試料の表面上又は内部に存在するサブミ クロンメー トルサイズの異物又は 欠陷の形状と材質を、 光学的な計測で測定することは困難であり、 また別の手段 で事前に形状と材質を測定しておく ことも測定すべき欠陥の数が多い点で現実的 ではない。 そこで本発明では、 表面上の異物の粒径評価は従来の面板欠陥測定装 置と同様にポリスチレン粒子換算で異物の粒径を求める。 さらに測定試料がシリ コンウェハの場合、 内部欠陥は球形であり材質が S i 0 2であると仮定し、 散乱光 強度から大きさを算出するのが妥当である。 L S I製造に用いられている殆どの シリコン結晶基板は、 C Z法とよばれる結晶引き上げ法で作られ、 この結晶には 過飽和状態の酸素を含有しているため、 L S I を製造する際の各種熱処理により 基板内部に S i 02粒子が析出し内部欠陥を形成するからである。 また、 S i 0 2 粒子の粒径は殆ど 0 . 2 m以下であるということが知られており、 本発明にお ける照射光の波長 1 . 0 6 4 mよりも十分小さい。 このような場合には、 散乱 光強度は微粒子の体積と屈折率に依存し、 その形状にはよらない。 そのため屈折 率を仮定し （材質を仮定） 、 散乱光強度が等しくなる球の体積を求め、 その半径 もしくは直径 （粒径） を求めるようにすることができる。 必要に応じて体積を求 めてもよい。 以上が、 本発明において欠陥の材質として S i 0 2を、 形状として球 を仮定する理由である。 なお、 このようにして定量化しておけば、 事前もしくは 事後に何らかの方法により材質が判明した場合に、 その屈折率と吸収係数を用い て実際の大きさを求めることができる。 また、 必要に応じて初めから S i 0 2以外 の屈折率を用いて大きさを求めることも有効である。

本発明の検査装置及び検査方法に用いる標準試料は、 欠陥に相当する微小パタ ーン、 およびその周辺の基板と薄膜が、 いずれも測定試料と同一の材料で表面近 傍領域に構成される。 そのため、 標準試料である微小パターンのサイズと微小欠 陥のサイズとが同じであれば、 散乱光強度も同じになる。 さらに、 高度に進歩し た半導体製造技術を使用しているので、 微小欠陥のサイズと埋め込み深さの均一 性および制御性に優れている。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明による試料表面上の異物からの散乱光検出の説明図である。 第 2図は、 本発明による試料内部の欠陥からの散乱光検出の説明図である。 第 3図は、 微粒子による側方散乱における P値の微粒子の粒径及び屈折率に対 する依存性を示した図である。

第 4図は、 微粒子による後方散乱における P値の微粒子の粒径及び屈折率に対 する依存性を示した図である。

第 5図は、 照射光の波長に比べて散乱体が十分に小さいときの微分散乱断面積 の散乱角度依存性を示した図である。

第 6図は、 照射光の波長を 1 · 064 // m、 散乱体を空気中の粒径 0. 5 mのポリスチ レン粒子としたときの微分散乱断面積の散乱角度依存性を示した図である。

第 7図は、 試料内部での散乱光の内部反射の説明図である。

第 8図は、 シリコン内部の欠陥による散乱光の内部反射の反射率の入射角度依 存性を示した図である。

第 9図は、 光を試料に対して斜め方向から照射したときの試料表面上の異物か らの散乱光の検出立体角を示した図である。

第 1 0図は、 光を試料に対して斜め方向から照射したときの試料内部の欠陥か らの散乱光の検出立体角を示した図である。

第 1 1図は、 波長別の照射光強度の減衰率のシリ コン深さ位置依存性を示した 図である。

第 1 2図は、 波長の異なる散乱光の強度比のシリ コン深さ位置による変化を示 した図である。

第 1 3図は、 波長の異なる散乱図による試料内部の欠陥の測定例を示した図で ある。

第 1 4図は、 本発明の 2つの波長の光の照射位置を走査方向に僅かにずらした 例を示した図である。

第 1 5図は、 本発明の本発明の実施例 1の概略構成図である。

第 1 6図は、 本発明の実施例 2の概略構成図である。

第 1 7図は、 本発明の実施例 2による結晶表面異物と結晶内部欠陥とを弁別し て計測した結果を示した図である。

第 1 8図は、 本発明の実施例 3の概略構成図である。

第 1 9図は、 本発明の実施例 4の概略構成図である。

第 2 0図は、 本発明の実施例 5の概略構成図である。 第 2 1図は、 本発明の実施例 5での測定データの解析方法を示した流れ図であ る。

第 2 2図は、 本発明の実施例 6の標準試料の作製プロセスの一例を示す図であ る。

第 2 3図は、 本発明の実施例 6の標準試料の作製プロセスの他の例を示す図で ある。

第 2 4図は、 本発明の実施例 7のシリコンウェハの品質管理の流れ図である。 第 2 5図は、 本発明の実施例 7のシリコンウェハ受入れ検査の流れ図である。 第 2 6図は、 本発明の実施例 7のシリコンウェハの不純物拡散熱処理後の検査 の流れ図である。

第 2 7図は、 L S Iの形成されたシリコンウェハを示した図である。

第 2 8図は、 従来のシリコンウェハのスクライブ領域の断面構造を示した図で ある。

第 2 9図は、 本発明の実施例 8のシリコンウェハのスクライブ領域の断面構造 を示した図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 実施例により本発明をより詳細に説明する。

<実施例 1 >

シリコンウェハの異物欠陥計測に適用する装置の構成を示す第 1 5図を用いて 説明する。 Y A Gレーザ光源 1 より発せられた波長 1 · 0 6 4 mの直線偏光し ているレーザ光 2を、 1 / 4波長板 1 1によって円偏光にし、 レンズ 3を用いて 集光し、 目的の固体試料であるシリコンウェハ 1 4に垂直方向から照射する。 シ リコンウェハ表面上の異物 4あるいは内部の欠陥 （図示せず） からの散乱光を照 射方向と 7 5度の角度を成すように設置したレンズ 5で集めて、 偏光プリズム 6 で偏光成分を分離して検出する。 この場合の偏光成分は、 観測面に垂直な電気べ ク トルを持つ偏光成分の強度 （ I v ) と平行なものをもつ成分の強度 （ I h ) で ある。 分離したそれぞれの偏光成分をレンズ 7 、 8で集光して光検出器 9 、 1 0 で検出する。 検出した信号をアンプ 1 2で増幅し A / D変換器 1 3を用いて数値 化し、 コンピュータに取り込む。 以上の測定を試料を走査しながら行う。 この走 査は、 ウェハ固定具 1 5でウェハを走査ステージ 1 6に固定し、 走査ステージを 水平方向に移動する事によって行う。 ウェハ固定具は、 真空チャック （図示せず ：) により、 ウェハの反りを矯正する機能を有している。 そのウェハに接する部分 は、 ウェハ汚染を防ぐために高純度の石英で構成されている。 上記走査ステージ は ドライバ 1 7を通してコンピュータ 1 8によって制御される。 二種類の信号 I Vと I hと共に走査による移動量が同時にコンピュータに取り込まれる。 コンビ ユ ータは、 検出した各粒子について I Vよりポリスチレン換算粒径を M I e散乱 理論により計算する。 求めた粒径が 0 . 5 ; m以下の粒子について、 P = I v / I hを計算し、 P〉 0 . 3ならば表面異物、 P < 0 . 3ならば内部欠陥と分類す る。 ここで、 内部欠陥と分類した粒子について今度は S i 0 2換算粒径を求める。 以上により、 次の 3種類のデータをモニタ 1 9に表示し、 プリ ンタ 2 0に出力す る。 すなわち、 表面上異物の面内分布とそのポリスチレン換算粒径分布、 内部欠 陥の面内分布とその S i 0 2換算粒径、 ポリスチレン換算粒径 0 . 5 m以上の 表面異物か内部欠陥か判断不可能な粒子の面内分布とそのポリスチレン換算粒径 分布である。 なお、 必要に応じてこれらの情報の一部のみを求め又は表示しても よいことは言うまでもない。

本実施例では、 表面異物と内部欠陥との判定基準を P = 0 . 3としたが、 この 値は装置仕様にも依存するので、 実験をもとに補正するのが現実的である。 実験 方法としては、 例えば試料表面上に粒径 0 . 2 のポリスチレン粒子を付着さ せた標準試料を用い、 この検出信号の I v Z I h値を求め、 この値を判定基準値 とすれば良い。

以上の実施例において、 測定試料や照射波長を変えた場合は、 屈折率や照射波 長について第 3図や第 4図と同様な計算を行い、 表面異物と内部欠陥とを区別で きる粒径範囲を決定して、 本実施例と同様にその粒径範囲内で Pの値によって表 面異物と内部欠陥とを区別することができる。 我々の実験結果によれば、 照射波 長 5 3 2 n mの場合、 シリコンウェハ表面上の粒径 0 . 2 ポリスチレン粒子 については、 I v Z I h = 3 . 1、 内部欠陥については I V Z I h = 0 . 1〜 1 . 0の値が得られている。 従って、 この場合判定基準値を I ν /' I h = 2 . 0 〜3 . 0に設定する。 本実施例では照射光を円偏光としたが、 無偏光でも良い。 また第 1 5図では照射方向が試料表面に対し略垂直であるが、 斜入射でもよい。 この場合、 重要なことな照射方向と検出方向との成す角度が可能な限り 9 0度に 近いことである。

本実施例によれば、 ある一定粒径以下の範囲で試料の表面上の異物と内部欠陥 とを区別し、 さらに夫々の妥当な粒径分布を導出できる効果がある。 従って、 シ リコンウェハ等の結晶内部の欠陥の深さ位置を照射波長以下の分解能で正確に測 定することが可能となる。 上記実施例は、 液晶表示装置に利用される透明基板上 のァモルファスシリコン薄膜にも適用できる。

<実施例 2 >

第 1 6図の構成図を用いて、 本実施例を説明する。 波長 1 . 0 6 4 mの直線 偏光した Y A Gレーザ光 2 2を 1 Z 4波長板 2 4によって円偏光にし、 ミラー 2 5を経てレンズ 2 6にて絞り込んだ後、 C Z型シリコンウェハ 2 7に入射角約 7 5 ² で照射する。 このウェハ 2 7中に含まれる酸素析出物 （ S i 02粒子） が欠陥 として検出される。 欠陥からの散乱光 3 1を N Aが 0 . 4のレンズ 2 8を用いて 集光し、 フィルタ 2 9によって蛍光を除去する。 これを偏光ビームスプリ ッタ 3 0によって散乱光 3 1を照射光軸と散乱光を検出する光軸の成す平面 （以下、 観 測面） に対して散乱光の電気べク トルが垂直な成分の散乱光と平行な成分の散乱 光とに分離する。 分離したそれぞれの偏光成分をレンズ 3 2、 3 3を通過させ光 検出器 3 4、 3 5を用いて観測面に対して散乱光の電気べク トルが垂直な散乱光 強度 I Vと平行な散乱光強度 I hをそれぞれ検出する。 検出した信号をアンプ 3 6、 3 7で増幅し A D変換器 3 8、 3 9を用いて数値化する。 コンピュータ 4 0 より ドライバ' 4 1を用いて X Yステージ 4 2を X Y方向に走査しながら、 順次数 値化された散乱光強度 I v、 I hをコンピュータ 4 0に取り込む。 検出した各粒 子についてコンピュータ 4 0を用いて 1 Vよりポリスチレン換算粒径を M i e散 乱理論により計算する。 求めた粒径が 0 . 5 m以下の粒子について、 1 と 1 hの値を比較しながら表面の異物か内部の欠陥かを弁別する。 表面の異物と判定 されたものについてはポリスチレン換算で、 内部の欠陥と判定されたものについ ては S i 0 2換算で、 体積あるいは粒径をディスプレイ 4 3およびプリ ンタ 4 4に 出力する。 図 1 7に本発明によって結晶表面異物と結晶内部欠陥とを弁別して計 測した例を示す。 白丸 4 5は結晶内部の欠陥であり、 S i 0 2に粒径を換算して表 示してある。 黒丸 4 6は結晶表面上の異物であり、 ポリスチレン粒子に粒径を換 算して表示してある。 ここでは I h I Vく 1のものを表面異物とし I h , I V > 1のものを結晶内部の欠陥とした。 なお測定系の感度については予めシリ コン ウェハー表面上に付着させた粒径既知のポリスチレン標準粒子の測定等によって 決定しておく。 測定中ウェハー表面の高さは、 ドライバ 4 7を用いてピエゾ素子 4 8を制御することにより一定に保つようにする。 以上の手段において散乱光の 偏光成分を分離するのに偏光ビームスプリ ッタ 3 0を用いる代わりに、 ハーフ ミ ラーとグラントムソンプリズムあるいはトムソンプリズムを用いて偏光成分を分 離してもよい。 また本実施例の構成において、 入射角を 7 5 ° 以外の角度にして もよい。 その際、 結晶欠陥からの散乱光については後方散乱光を検出し、 表面異 物からの散乱光については 9 0 ° 方向への散乱光を検出するような光学系の配置 が望ましい。

本実施例においても、 実施例 1 と同様な効果が得られる。

<実施例 3 >

第 1 8図の構成図を用いて、 本実施例を説明する。 試料 5 7はシリコンウェハ であり、 波長 1 0 6 4 n mの Y A Gレーザ光源 4 9および波長 5 3 2 n mの Y A Gレーザの第 2次高調光 （ S H G ) 光源 5 0を 1 Z 2波長板 5 1、 5 2によって 被測定面板表面に対する偏光方向を調整する。 これらをハーフミ ラー 5 3を用い て合流させ光軸調整のためのスリ ッ ト 5 4を通した後、 ミラ— 5 5を経てレンズ 5 6にて絞り込んだ後、 シリ コンウェハ 57に照射する。 この場合、 図 1 4に示 したように、 波長 532 n mの光より波長 1 064 n mの光の方が走査に伴なつ て先に欠陥に照射される様に照射する。 走査に伴なう散乱光の検出により、 試料 ウェハ中に含まれる酸素析出物 （S i 02粒子） が光の散乱体として検出される。 光散乱体である欠陥からの散乱光 58をレンズ 59を用いて集光し、 ハーフ ミラ - 60にて分岐し、 フィルタ 6 1、 62によって波長 1 064 nmおよび 5 3 2 n mの光のみを選択する。 散乱光 58をレンズ 63、 64にてそれぞれ集光し、 光検出器 65、 66にて検出しアンプ 67、 68によって増幅する。 コンビニ— タ 69より ドライバ 70を用いて X Yステ—ジ 7 1を X Y方向に走査しながら、 順次二種類の散乱光強度 S 1 (波長 1 064 nm) と S 2 (波長 532 nm) と をコンピュータ 69に取り込む。 各欠陥の二種類のデータのうち波長 1 064 η mの方の散乱光強度 S 1 と S i 02の波長 1 064 n mにおける屈折率 1. 4 5と 媒体であるシリコン （S i ) の屈折率 3. 56 (波長 1 064 nmでの値） とを 用いて、 M i e散乱理論式によって欠陥の S i 02換算粒径 dを求める。 予め散乱 理論によって算出しておいた散乱断面積 σと粒径 dとの対応表によって、 波長 5 32 n mおよび 1 064 η mにおける上記粒径 dの S i 02の散乱断面積の比 σ ( 5 32 ) / σ ( 1 064 ) を求める。 一方、 数式 5における C 1と C 2の装置定 数はあらかじめシリコンウェハー表面上に付着させた粒径既知のポリスチレン標 準粒子の測定等によって決定しておく。 このひ （ 1 064 ) 、 び （ 532) 、 び (532) Ζび ( 1 064 ) と二種類の散乱光強度 S ( 1 064 ) と S (5 32 ) によって、 数 5を用いて深さ位置を決定する。 以上の様にして各欠陥について 大きさと深さ位置を導出し、 その結果をディスプレイ 72およびプリ ンタ 7 3に 出力する。 測定中ウェハー表面の高さは、 ピエゾ素子 74を利用したサーボ機構 75によって変動を 2 m以内に制御する。 以上の手段において入射光を絞るた めにレンズ 56としてシリ ンドリカルレンズを用いて扁平なビーム断面形状で照 射し、 その偏平な照射領域からの散乱光を検出する光検出器としてアレイ検出器 を用い、 偏平な照射領域からの散乱光をァレイ素子ごとに並列に欠陥を検出して データを取り込んでもよい。 この場合は、 ウェハーの計測時間を短縮することが できる。 以上の手段において照射用の集光レンズは波長 1 0 6 4 n mと波長 5 3 2 n mにおいて色収差が少ないことが望ましい。 また以上の手段においてハーフ ミ ラー 5 3を用いてレーザ光を合流させた後同一のレンズ 5 6を用いてウェハ 5 7に入射する代わりに、 それぞれのレーザ光を合流させず別々のレンズを用いて 照射してもよい。 また以上の手段においてアンプ 6 7、 6 8を用いて信号を増幅 し、 コンピュータ 6 9にデータをとりこみ数式 5を用いて深さ位置 Zを求める代 わりに、 対数アンプを用いて信号を増幅し、 差動アンプを用いて 2つの信号の差 をとりその結果をコンピュー夕に取り込み深さ位置 Zを求めてもよい。 なぜなら ば、 数式 5を対数の公式を用いて変形すると次式の関係になるからである。

Z = C 1 ( l n (Sl ) - l n (S2 ) + l n( C2 a 2 / σ 1 ) )

… （数式 1 1 ) このとき片方の信号の対数アンプを用いて増幅しその結果をコンピュー夕にとり こみ、 対数アンプを用いなかった方の信号のみコンピュ一夕を用いて対数を取り それらの値の差から深さ位置 Ζを求めてもよい。

散乱光を集光する対物レンズとしては、 その焦点深度が波長 I 2の入射光の結 晶への侵入深さより十分長いものが望ましい。 理由を以下に述べる。 波長 λ 1 の 光の焦点深度内にはあるが波長 2の光の焦点深度外にある欠陥からの散乱光を 検出したとする。 このとき対物レンズの焦点深度が波長 λ 2の光の侵入深さより 短いかあるいは同程度であったとすると、 測定される散乱光 S 2は欠陥が焦点深 度内にあった場合に比べて小さくなつてしまう。 すると S 1 / S 2が大きくなり 数式 5より深さ位置 Ζが実際より深い値として算出されてしまう。 このようなこ とを避けるために検出用の対物レンズは焦点深度は Γ 2より長くなければならな い。

本実施例によれば、 試料の内部に存在する異物や欠陥の表面からの深さを照射 波長以下の分解能で正確に測定でき、 さらに夫々の妥当な粒径分布を導出できる 効果がある。 また、 本実施例ではシリコンウェハの欠陥計測について述べたが、 作用にも述べた様に液晶表示板に利用される薄膜トランジスタのアモルファスシ リ コン層の異物計測にも利用することができる。

<実施例 4 >

第 1 9図の構成図を用いて、 本実施例を説明する。 波長 1 0 6 4 n mの Y A G レーザ光源 7 6および波長 5 3 2 n mの Y A Gレーザ光の第 2次高調光 （S H G ) 光源 7 7および波長 4 8 8 n mのアルゴンレーザ光源 7 8をそれぞれ 1 / 2波 長板 7 9、 8 0、 8 1 によって被測定結晶表面に対する偏光方向を調整する。 こ れらをハーフ ミラー 8 2を用いて合流させ光軸調整のためのスリ ッ ト 8 4を通し た後、 ミラー 8 3を経てレンズ 8 5にて絞り込み C Zシリコンウェハ 9 0に照射 する。

このウェハ中に含まれる酸素析出物 （ S i 02粒子） が欠陥として検出される。 欠 陥からの散乱光 8 7をレンズ 8 9を用いて集光し、 ハーフ ミラー 9 0にて分岐し て、 フィルタ 9 1、 9 2、 9 3によつて波長 1 0 6 4 n m、 波長 5 3 2 n mおよ び波長 4 8 8 n mの光のみを選択する。 このフィルタ 9 1、 9 2、 9 3によって 蛍光を除去した後、 散乱光 8 7をレンズ 9 4、 9 5、 9 6にてそれぞれ集光し、 光検出器 9 7、 9 8、 9 9にて検出しアンプ 1 0 0、 1 0 1、 1 0 2によって増 幅する。 コンピュータ 1 0 3より ドライバ 1 0 4を用いて X Yステージ 1 0 5を X Y方向に走査しながら、 順次三種類の散乱光強度 S 1 (波長 1 0 6 4 n m) と S 2 (波長 5 3 2 n m) と S 3 (波長 4 8 8 n m) をコンピュータ 1 0 3に取り 込む。 各欠陥の三種類のデータうち、 波長 1 0 6 4 n mの方の散乱光強度 S 1 と S i 02の波長 1 0 6 4 n mにおける屈折率 1. 4 5とを用いて、 M i e散乱理論 式によって欠陥の大きさを求める。 あらかじめ散乱理論によって算出しておいた 散乱断面積 σと粒径 dとの対応表によって、 波長 5 3 2 n mおよび 1 0 6 4 n m における上記粒径 dの S i 02の σ 2 /ひ 1を求める。 同様の手順により、 波長 4 8 8 n mにおける散乱断面積 σ 3を求め、 各欠陥について σ 3 / σ 1を求める。 実施例 3と同様にして装置定数 C 1、 C 2を決定しておき、 この C 1 と C 2と三 種類の散乱光強度 S 1 と S 2と S 3と数 5と、 ひ 2 び 1およびび 3 ひ 1を用 いて深さ位置を決定する。 この場合は実施例 1および 3のように S 2/ S 1のみ で深さを求める場合よりも、 深さ 3. 5 mより浅い領域において深さ分解能が 向上する。 以上の様にして各欠陥について大きさと深さ位置を導出し、 その結果 をディスプレイ 1 06およびプリ ンタ 1 07に出力する。 測定中ウェハ—表面の 高さは、 ピエゾ素子 1 08を利用したサーボ機構 1 09によって 2 //m以内に制 御する。 以上の手段において入射光を絞るためにレンズを用いる代わりにシリ ン ドリカルレンズを用い、 散乱光を検出するための光検出器の代わりにアレイ検出 器を用いてもよい。 また以上の手段においてハーフ ミラー 82を用いてレーザ光 を合流させた後同一のレンズ 85を用いてウェハ 86に入射する代わりに、 それ それのレーザ光を合流させず別々のレンズを用いて試料に照射してもよい。 本実 施例における第 3の波長として、 4 88 n mの代わりにさらに短波長の例えば 4

58 nmのアルゴンィォンレーザを用いても良い。

本実施例によっても、 実施例 3と同様の効果が得られる。

く実施例 5 >

第 20図の構成図を用いて、 本実施例を説明する。 波長 1 064 nmの YAG レーザ光源 200および波長 5321 111の丫 0レーザ光の第 2次高調光 （ S H G ) 光源 2 0 1を 1 Z2波長板 202 , 203によって被測定結晶 （試料ウェハ ) 204表面に対する偏光方向を調整する。 各々のレーザ光をハーフ ミ ラー 20 5によって分岐し、 ミラー 206等を用いて各々分岐した一方のレーザ光を合流 させ、 レンズ 2 1 1により絞って試料ウェハ 204表面に入射する。 ハーフミラ - 205で分岐した他方の各々の光を、 AO変調器 （変調周波数： 20MH z ) 2 07、 208、 及び開口 209を通して参照光とする。 試料からの散乱光を対 物レンズを用いて集光する。 対物レンズ 2 1 0で集光した欠陥からの散乱光と参 照光とをハーフプリズム 2 1 2と波長選別用フィルタ 3 1 2、 2 1 4とレンズ 2 1 5を透して検出器 （波長 532 nmは光電子増倍管 2 1 6、 波長 1 0 64 n m はフォ トダイォー ド 2 1 7 ) に入れる。 検出器の後段には、 夫々アンプ 2 1 8、 2 1 9が設けてある。 測定は試料の方を走査して散乱光を検出する方法をとる。 試料ウェハ 2 0 4を真空チヤック 2 2 0で回転ステージ 2 2 1 に固定して回転し つつ、 さらに回転中心から半径方向へ X軸ステージ 2 2 2により一定速度で外側 に移動させて試料ウェハ全面又は一部分を走査する。 これらのステージは、 ロー タリーエンコーダとリニアエンコーダからなる走査制御ドライノく 2 2 3とステー ジ ドライバ 2 2 4によって制御される。 ウェハ内の欠陥からの散乱光は、 走査に ともない時間的にパルスとなって検出される。 波長選別用フィルタは、 波長 5 3 2 n mの光には 5 5 0 n m以上の長波長を除去するフィルタ 2 1 4を用い、 波長 1 0 6 4 n mの光には、 波長 1 0 6 4 n mのバン ドパスフィルタ 2 1 3を用いて いる。

計測のモー ドは、 直接検出モー ドとヘテロダイン検出モー ドの 2つがある。 後 者のへテロダイン検出モードは 2 0 M H zの干渉ビー トを検出器で検出し、 波長 毎の信号を夫々の A O Mドライバ 2 3 2、 2 3 3の切替器 2 2 7と検出系の切替 器 2 3 4 とで交互に切り替えて、 ロックインェクステンダ 2 2 5 (ロックインァ ンプ 2 2 6の帯域を 2 O M H z以上に広げるもの） 及びロックインアンプ 2 2 6 で増幅し、 A Z Dコンバータ 2 2 8でデジタル化してメモリ 2 2 9に蓄えて、 そ の後コンピュータ 2 3 0へ転送する。 直接検出モー ドでは、 参照光は力ッ 卜し、 欠陥からの散乱光を直接検出器で検出する。 このモー ドでは口ックインェクステ ンダ 2 2 5及び口ックインアンプ 2 2 6を経由せずに A / Dコンバータ 2 2 8で デジタル化し、 メモリ 2 2 9に入れてその後コンピュータ 2 3 0に転送する。 へ テロダイン検出モー ドと直接検出モー ドの切り替えは、 信号切替器 2 3 1で行な う。 この場合、 参照光も遮光板の挿入などによりカツ 卜する。

測定データの解析は第 2 1図に示した様に行なう。 すなわちヘテロダイン検出 モードの場合、 測定データは各々の波長の散乱光振幅信号と検出位置座標 （回転 中心からの距離 Rは X軸ステージのリニアエンコーダより得られ、 回転角 0は口 一タリーエンコーダより得られる） である。 これらの測定データのうち波長 1 0 6 4 n mの散乱振幅信号とすでに求めておいた粒径 V . S . 散乱断面積のテープ ルにより、 S i 0 2換算粒径 dを求める。 次に、 その粒径 dにおける波長 5 3 2 η mでの S i 0 2の散乱断面積と波長 1 0 6 4 η での S i 0 2の散乱断面積との比 σ ( 1 0 6 4 ) / σ ( 5 3 2 ) を、 やはりテーブル （粒径 V . S . 波長 1 0 6 4 n mと波長 5 3 2 n mの散乱断面積） の参照によって求める。 次に、 二波長の散 乱光振幅の測定データの比をとり Gを求め、 さらに上述の実施例と同様に前もつ て求めておいた装置定数 C 1 と C 2を用いて深さ位置 Zを第 2 1図に従って求め る。 各欠陥について得られた結晶欠陥のウェハ内の分布 （深さ別分布、 粒径別分 布） は、 制御データバスライン 2 3 5を通してディスプレイ及びプリ ンタ転送さ れ、 表示及び出力される。

本実施例の装置構成は、 実施例 3や 4のものより高感度な測定を可能にする効 果を有する。

<実施例 6 >

結晶欠陥を計測する装置で以下に述べる方法で作製した標準粒子を計測し、 そ の欠陥サイズと深さ位置 （特に、 表面近傍領域） を標準試料の仕様値にあわせる 様に調整することによって、 結晶欠陥計測装置の校正を行う。 この標準試料の作 製方法の一つの例をまず第 2 2図を用いて説明する。 F Z型シリコン結晶は酸素 析出物をほとんど含まないので、 この結晶を標準試料基板 3 0 0として用いるの が都合がよい。 F Zシリコン結晶基板 3 0 0にレジス ト 3 0 1を塗布し、 電子線 描画装置により直径 0 . 5 // mのドッ トパターンを描画する （ （ a ) ) 。 ドッ ト パターンの間隔は、 計測の際の検出領域の大きさよりも広いことが望ましい。 こ れは、 狭い場合には検出領域の中に微粒子が 2個以上存在することになり、 大き さの標準粒子として機能しなくなるからである。 つぎにシリコンのプラズマエツ チング処理を行なうことで、 シリコンに穴 （深溝） 3 0 2を掘る （ （ b ) 。 こ の深さは 0 . 5 mである。 レジス ト 3 0 1を除去した後、 化学気相堆積法 （ C V D法） によりシリコン表面に酸化膜 3 0 3を成長させた （ （ c ) ) あと、 同膜 をプラズマエッチングにより除去する。 その際、 深溝 3 0 2以外の平坦面に存在 するシリコン酸化膜が消失するとともにエッチングを終了させるようにすると、 深溝 3 0 2内の S i 0 2は除去されずに残る （ （ d ) ) 。 エッチングの量を加減す ることによって、 深溝 3 0 2の深さを所望の深さにする。 その後、 表面に所望の 厚さのアモルファスシリ コン膜 3 0 4を C V D法により形成する （ （ e ) .) 。 膜 厚は、 堆積時間や堆積速度の設定により 0 . 1 mから 1 0 mのオーダで調整 する。 成膜においては、 形成中における膜の結晶化を防ぐために、 5 5 0て以下 の温度で膜形成を行うことが望ましい。 このように低温化すると膜の成長速度が 低下するので、 反応ガスとしては通常のモノシラン （S i H 4 ) に変えてジシラン ( S i 2 H 6 ) 等の高次シラン （S i n H 2 ( n + l ) 、 nは整数） を用いることに より成長速度の低下を防ぐのが望ましい。 また、 アモルファスシリ コン膜の形成 方法としては、 C V D法以外にスパッタリング法を用いることも可能である。 さ らに、 プラズマ放電を利用した C V D法によれば、 3 0 0て以下の低温において も通常の C V D法と同程度以上の速度でァモルファスシリコン薄膜を形成するこ とができて都合が良い。 なお、 本実施例でアモルファスシリコンを形成したのは 以下の理由による。 すなわち、 他の薄膜、 例えばェピ成長によるシリ コン薄膜を 用いた場合には、 同膜が結晶化しているために溝内に形成した S i 0 2粒子が原因 となって転位 ·積層欠陥等が発生しており、 計測の邪魔となることが多いからで ある。 しかし、 形成した S i 02粒子が大きい場合や、 転位や積層欠陥を S i 0 2 粒子と区別して計測できる場合には、 転位や積層欠陥が存在しても計測には支障 がなく、 ェピタキシャル成長によるシリ コン薄膜を使用することができる。 この 場合には S i 0 2粒子の上に存在するシリコン薄膜の光学定数が単結晶シリコン基 板の値に近いという利点がある。 なお、 ェピタキシャル成長によるシリ コン薄膜 以外にも、 C V D法により形成した多結晶シリコン薄膜を用いることもできる。 さらに、 膜形成後にイオン打ち込み等により損傷を与え、 同シリコン薄膜を非晶 質化してもよい。 ただし、 現在、 工業的に入手可能なイオン打ち込み装置の加速 電圧を考慮すると、 この方法が有効なのはシリ コン薄膜が 1 m程度以下の場合 であることが多い。

第 2 3図に標準試料の他の作製例を示す。 まず F Zシリコン結晶基板または、 少なく とも厚さ 1 以上のェピタキシャル成長によるシリコン薄膜を表面上に 形成させたシリコン結晶基板 3 1 0にレジス ト 3 1 1を塗布し （ （ a ) ) 、 電子 線描画装置により ドッ トパターン 3 1 2を描画し （ （b ) ；) 、 プラズマエツチン グ法によりシリコンに一定の深さの穴 3 1 3を掘る （ （ c ) ) 。 レジス トを除去 した後、 この上に厚さ 5 0 n m以下のシリコン酸化膜 3 1 4を形成したシリ コン ウェハ 3 1 5を張り合わせる方法 （ （ d ) ) 、 または単にシリ コンウェハ 3 1 6 を張り合わせる方法 （ （ e ) ) によって作製する。 この張り合わせの技術は、 特 許公報昭 3 9— 1 7 8 6 7 9や雑誌 A p p 】 . P h y s . L e t t . 1 9 7 5年 発行 4 8巻 7 8ページに記載されている。 以上によって、 シリ コン中に大きさ一 定の穴が表面から深さ一定の位置に形成される。 この作製方法によれば、 第 2 2 図に示される S i 0 2の模擬欠陥に代えて空洞 3 1 7が内部に形成されるため、 屈 折率が 1 . 0の模擬欠陥が形成できる。

以上のプロセスにおいて、 レジス トに描く ドッ 卜の直径とシリコンのエツチン グ深さを変えることによって作製する模擬欠陥のサイズを制御し、 また表面上に 形成するシリコン層の厚さを変えることによって模擬欠陥の表面からの深さ位置 を制御する。

結晶欠陥を計測する装置で本発明による標準粒子を計測し、 その欠陥サイズと 深さ位置を標準試料の仕様値にあわせる様に調整することによって、 結晶欠陥計 測装置の校正を行う。 但し、 模擬欠陥が空洞の標準試料は、 S i 0 2粒子との屈折 率の違いによる検出信号強度の補正する必要がある。

<実施例 7 >

本発明の実施例である第 2 4図、 第 2 5図、 第 2 6図を用いて説明する。 本発 明は半導体製造ラインにおける品質、 工程管理において効果的に用いることがで さる。

第 2 4図に本発明を用いた品質管理の一般的な流れ図を示す。 本発明による検 査装置では非破壊非接触の検査が可能なので抜き取り検査だけでなく全数検査も 可能である。 また、 検査領域はウェハ全面を検査するのが望ましいが、 検査時間 を短縮するためにウェハ上の特定の領域のみを測定しても良い。 検査によって表 面異物と内部欠陥のそれぞれがある基準値の範囲を外れていた場合、 それぞれに ついて異なる対応が必要となる。 表面異物が基準値より多い場合には異物発生源 を調査し、 異物の発生を低減させることが必要である。'内部欠陥については基準 値の範囲を外れていた場合にはウェハの仕様を見直す、 あるいは熱処理工程の検 討をする必要がある。

受け入れ検査時の流れ図を第 2 5図に示す。 表面異物が基準値より多い場合、 異物発生源がウェハメ一力にある可能性が高いのでウェハメ一力にウェハ返却の 上、 対策を依頼する。 内部欠陥の密度についても、 基準値から外れていた場合、 欠陥発生源がウェハメ一力にある可能性が高いのでウェハメ一力にウェハ返却の 上、 対策を依頼する。 いずれの場合にも表面異物と内部欠陥を区別して計測する ことにより不良原因が明確になるためウェハメーカは対策をたてやすくなる。 半 導体製造メーカも受け入れ直後の表面異物、 内部欠陥の密度を把握しておく こと により不良製品製造が起きた場合の対策がたてやすくなる。

ィォン打ち込み工程に続く不純物拡散熱処理工程の後の検査の流れ図を第 2 6 図に示す。 不純物拡散熱処理工程により表面に欠陥のほとんど存在しない D Z層 が形成されるがデバイス形成領域 （表面からの深さ 0 . 5 m以内） に欠陥が存 在すると素子不良を生じる原因となる。 欠陥の中には適当な熱処理により消滅さ せることのできる欠陥も存在する。 熱処理により欠陷密度を低減させることがで きると判断された場合には欠陥を消滅すべく熱処理を行ないラインに戻し再検査 を行なう。 再検査の結果欠陷が減少し、 欠陥密度が基準値の範囲内に収まった場 合には正常品としてラインに戻し、 正常動作するデバイスを得ることができる。 欠陥を消滅させることができないと判断された場合にはウェハをこの段階で廃棄 することによって後工程にかかる負担、 コストを軽減することができる。

<実施例 8 >

第 2 7図乃至第 2 9図を用いて本実施例を詳細に説明する。 第 2 7図に示すよ うに、 L S I 5 0 1は通常半導体基板 5 0 0上にマトリ ックス状に形成される。 これら L S Iの間の領域 5 0 2と 5 0 3は、 L S I完成後個々の L S I に切断す るための削り代となる領域 （スクライブ領域） である。 これら領域には、 L S 1 特性を評価するための様々な素子およびリソグラフィにおける合わせ用のパター ンが形成されている。 第 2 8図に示すように、 これら素子の間には電気的に絶緣 するために、 厚いシリ コン酸化膜 5 1 0 (通常フィールド酸化膜とよばれる） が 形成されている。 これに対して、 本発明では D R A Mが形成される半導体基板の スクライブ領域の少なく とも一部に、 D R A Mの接合と同じ構造 （第 2 9図） を 形成する。 即ち、 空乏層 5 1 2、 拡散層 5 1 3、 蓄積電極 5 1 4、 キャパシタ絶 縁膜 5 1 5、 プレー ト電極 5 1 6、 層間絶縁膜 5 1 1であり。 これらのうち蓄積 電極 5 1 4 とプレー ト電極 5 1 6の材質はいずれも多結晶シリコンである。 この ような構造とすることにより、 スクライブ領域における半導体基板中には D R A Mの接合とほぼ同じ種類、 同じ数 （密度分布） の欠陥が形成される。 上記 D R A Mを製造する一連の工程において、 上記スクライブ領域の半導体基板内に存在す る結晶欠陥を実施例 1記載の結晶欠陥計測装置で適宜計測する。 その際、 少なく ともシリコン基板 5 0 0の表面 （薄膜が形成されている場合にはシリ コン基板と 薄膜とが接している界面） から深さ 1 m以内の領域を表面異物と区別して計測 し、 その結果をもとに深さ 1 m以内の領域に存在する欠陥の密度を求め、 管理 基準を越えている場合にはさらに詳細な解析により原因を究明し、 必要な対策を 講ずる。 また表面異物の粒径と面内密度分布を求め、 管理基準を越えている場合 は、 同様に表面異物を減らすように対策を講ずる。 これにより、 L S I として完 成する前に問題の抽出が可能となり、 不良による損害額が低減できる。 また、 顧 客に対する納期遅延等の問題の発生する可能性も少なくなる。 なお、 本発明に述 ベた計測は非破壊であり、 また半導体基板を汚染することもないので、 結晶欠陥 計測後は再び製造工程にもどし、 L S I として完成させることができるので無駄 が無い。

本実施例には以下のような利点もある。 D R A M完成後においても、 L S I テ スタ等の複雑かつ高価な装置によらなく ともリフレツシュ不良の発生状況の把握 ができる。 特に、 何らかの製造工程の不良により D R A Mとして正常に動作しな い場合にも、 リ フレッシュ不良の発生状況の把握ができる。 なお、 本実施例にお いてはスクライブ領域においてプレー ト電極以降の工程で形成される配線層を除 去しているが、 これは、 配線層を構成する金属もしくはその化合物が赤外光を透 過させないので、 上記結晶欠陥計測装置を用いて半導体基板内の欠陥を観察する 際に障害となるからである。 他方、 多結晶シリ コンにおいては、 本実施例のよう に導電性を得るために高濃度にドービングされていてもその厚さの合計が 1 m 程度以下である場合には赤外光が透過するので、 半導体基板内の欠陥を観察する ことが可能である。

なお、 スクライブ領域以外の領域、 例えば外部配線引き出し用電極 （ボンディ ングパッ ド） の形成される領域に上記接合構造を形成した場合にも、 配線層が形 成される工程までは、 赤外光を用いた結晶欠陥計測装置で半導体基板内の欠陥を 観察することが可能である。 同様にして、 接合特性評価用に形成される素子を用 いて半導体基板内の欠陥を観察することも可能である。

上記したような接合構造をあえて形成せず、 必要に応じて接合の形成されてい ない領域においてシリコン基板内に形成された結晶欠陥を計測することも有効で ある。 特に、 シリ コン基板内部における酸素の析出物を計測し、 その結果をシリ コン結晶の引き上げ条件、 および製造工程における熱処理条件に反映させると、 汚染のゲッタリ ング能力を制御する上で有効である。 熱処理条件への反映のさせ 方としては、 析出物の密度が管理基準より少ない場合には熱処理を追加したり、 次工程以降の熱処理を高温化もしくは長時間化したりするやり方がある。 析出物 の密度が管理基準より多い場合には、 その逆を行えばよい。

本実施例は D R A Mであるが、 フラッシュメモリ等の他のメモリ L S I、 およ びマイクロプロセッサや特定用途向けの L S I に対しても本発明が有効であるの は言うまでもない。 さらに、 G a A s— I Cや半導体レーザ一等のシリコン以外 の半導体装置に対しても本発明は有効である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 試料に存在する異物又は欠陥の位置を、 該試料に照射される光の該異物又は 欠陥による散乱の差異を利用して測定することを特徵とする検査方法。

2 . 上記散乱の差異として、 上記照射光の上記試料の表面上に存在する異物と内 部に存在する異物又は欠陥とによる散乱の角度を差異を利用して該表面上の異物 と該内部の異物又は欠陥とを識別することを特徵とする請求の範囲第 1項に記載 の検査方法。

3 . 上記散乱の差異として、 上記照射光が上記試料の表面上に存在する異物と内 部に存在する異物又は欠陥とにより散乱されて生じる光の偏光度の差異を利用し て該表面上の異物と該内部の異物又は欠陥とを識別することを特徵とする請求の 範囲第 1項に記載の検査方法。

4 . 上記散乱の差異として、 上記照射光が上記試料の内部に存在する異物又は欠 陥により散乱されて生じる光の波長毎の強度の差異を利用し該異物又は欠陥の該 試料表面からの深さ位置を測定することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の 検査方法。

5 . 上記照射光として、 上記試料での侵入深さが異なる 2つの波長の光を利用す ることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の検査方法。

6 . 光源部と、 試料を載置する試料台と、 上記光源部から放射される光を該試料 に照射する第 1の光学系と、 上記試料から放射される光を集光する第 2の光学系 と、 該集光された光を複数の光路に分離する手段と、 該光路毎に光を検出する複 数の検出器と、 該複数の検出器に接続され複数の光信号の検出強度比を算出する 手段からなり、 上記第 1の光学系と上記第 2の光学系は夫々の光軸のなす角度が

5 0 ³ から 1 2 0 ° となるように配置されていることを特徴とする検査装置。

7 . 上記第 1の光学系と上記第 2の光学系は夫々の光軸が上記試料表面の法線と なす角度が異なるように配置されていることを特徵とする請求の範囲第 6項に記 載の検査装置。

8 . 上記複数の光路に分離する手段は、 上記照射手段の光軸と上記集光手段の光 軸とがなす面に対して垂直な偏光成分と平行な偏光成分とを分離することを特徴 とする請求の範囲第 6項に記載の検査装置。

9 . 上記光源部は波長の異なる光を放射する光源からなり、 上記複数の光路に分 離する手段は集光された光を波長別に分離することを特徵とする請求の範囲第 6 項に記載の検査装置。

1 0 . 上記光源部は波長の異なる光を放射する光源からなり、 上記複数の光路の うちの少なく とも 2つの光路は透過波長帯域の異なる波長選別用フィルタが設け られることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の検査装置。

1 1 . 母材と屈折率の異なる複数個の粒状部分が表面から略一定の深さに形成さ れた領域を少なく とも一つ有することを特徴とする標準試料。

1 2 . 上記粒状部分は、 上記表面から 1 0 m以下の深さに形成されることを特 徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の標準試料。

1 3 . 上記粒状部分の上記表面からの深さの異なる上記領域を複数個有すること を特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の標準試料。

1 4 . 上記母材はシリ コンで、 上記粒状部分は酸化シリ コン及び空洞のうちの少 なく とも一つで夫々形成されることを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の標 準試料。

1 5 . 半導体基板又は該基板上に形成された半導体装置の表面に光を照射し、 該 表面又は該半導体基板もしくは該半導体装置の内部における該照射光の散乱の差 異を利用して検査する検査工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 6 . 上記検査工程は、 上記表面からの光を偏光成分別に検出することを特徴と する請求の範囲第 1 5項に記載の半導体装置の製造方法。

1 7 . 上記検査工程は、 上記表面からの光を波長別に検出することを特徵とする 請求の範囲第 1 5項に記載の半導体装置の製造方法。