JP2916321B2 - 多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多層構造を有する半
導体ウエハ等の多層半導体基板の内部欠陥を、レーザ光
等を用いて照明し、その散乱光等を観察して検出する多
層半導体基板等における内部欠陥の検出方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｓｉ結晶の多層構造を有する半導
体ウエハ等の各層内の欠陥を観察する方法としては、波
長１８００ｎｍのレーザ光を、そのビーム径を拡げてウ
エハに照射してその散乱光を観察する方法（Ｔ．Ｏｇａ
ｗａ，Ｌｕ Ｔａｉｊｉｎｇａｎｄ Ｋ．Ｔｏｙｏｄ
ａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３０（１９９
１）Ｌ１３９３）、Ａｒレーザ等の固定波長のレーザを
ウエハに入射し、その反射光を観察する方法（Ｅ．Ｆ．
Ｓｔｅｉｇｍｅｉｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ａｕｄｅｒｓｅ
ｔ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ，（１９９
０）５３１）等が知られている。

【０００３】また、従来公知の特開平４−２４５４１号
公報の第４図には、入射させるレーザビームの波長を適
当に選択することにより、ガリウムヒ素からなる被検物
体にレーザビームを入射させるその深さを制御すること
ができること、および、このような特性により、ガリウ
ムヒ素からなる被検物体の内部欠陥を測定する場合は、
例えば波長９００ｎｍ程度のレーザビームを用いたとき
は、被検物体の表面から入射したレーザビームが、裏面
付近で充分減衰するようにできることが記載されている
（６枚目上段右欄１３行〜６枚目下段左欄１１行参
照）。

【０００４】また、特開平２−１６４３８号公報、特開
平４−９５８６１号公報、特開平２−１９０７４９号公
報、特開昭５８−１０６４４４号公報、特開昭６３−２
１２９１１号公報、特開平３−２３８３４８号公報、お
よび特開平４−２６８４５号公報にも、略前記公報と類
似の技術が記載されている。

【０００５】一方、このような欠陥の観察に用いられる
顕微鏡における自動焦点機構においては、顕微鏡側から
レーザ光をウエハに照射し、その反射光を観察する方法
が用いられている。また、特定のパターンを投影し、そ
の像を観察することによって焦点を合わせる方法も知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記公知公報に記載さ
れた技術は、入射させるレーザビームの波長を適当に選
択することにより、被検物体にレーザビームを入射させ
るその深さを制御する技術であるが、この技術は、特開
平４−２４５４１号公報第４図に記載されているよう
に、ガリウムヒ素の吸収係数ｋは波長８７０ｎｍ付近ま
では殆ど変化せず、８７０ｎｍを越える９００ｎｍにか
けて急激に減少する。したがって、波長の選択だけで
は、被検物体の表面にごく近い例えば１μｍ付近の欠陥
を表面の欠陥と区別して観察をすることはできない。被
検物体特に多層半導体基板のごく表層近傍の欠陥を表面
の欠陥を区別して検出するようにするには、入射したレ
ーザビームの吸収特性を応用するのではなく、レーザビ
ームの表面欠陥および内部欠陥からの散乱強度の変化特
性を応用したらよい。

【０００７】また、前記反射光を観察する焦点合せの方
法においては、レーザ光軸に対するウエハ法線の傾きが
±５゜程度以内でなければ焦点を合わせることができな
いという問題がある。また、前記投影像を観察する焦点
合せ方法においては、これを積極的に傾けた試料に適用
するには特別の機構を必要とする。すなわち、パターン
を観察したい場所に投影してしまうと、焦点合せ後、パ
ターンがその後の計測に邪魔になるので、その対策が必
要になる。

【０００８】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点に鑑み、多層構造を有する半導体ウエハ等の多層半
導体基板等における内部欠陥の検出を、欠陥が存在する
各層の位置や深さを特定して検出できるようにしたもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手投】よって、本発明は、多層
半導体基板に所定のレーザビームを入射させ、それによ
って生じる多層半導体基板からの光情報を観察光学系で
得て、得られた光情報に基づいて多層半導体基板の表面
欠陥及び内部欠陥を検出する方法において、表面及び界
面での反射光の干渉によって大きな反射率を生ずる波長
（λ２，λ４，…）と小さな反射率を生ずる波長（λ
１，λ３，…）のうち、反射率の大きな波長（λ２，λ
４，…）のうちのいずれか１つのレーザ光を用いて多層
半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱像を検出し、反射
率の小さな波長（λ１，λ３，…）のうちのいずれか１
つのレーザ光を用いて多層半導体基板内部の欠陥からの
散乱像を検出し、これらの両散乱像を比較することによ
り、表面の欠陥と内部欠陥とを区別する多層半導体基板
等における内部欠陥の検出方法としたものである。

【００１０】また、前記反射率の大きな波長（λ２，λ
４，…）及び反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）
は、波長可変レーザ装置から発せられたものである多層
半導体 基板等における内部欠陥の検出方法としたもので
ある。

【００１１】また、入射レーザビームを、多層半導体基
板内におけるその屈折光が所定の小さな横断面を有する
ようにすると共に、その屈折光によって生じる散乱像
を、その屈折光の光軸と所定の角度を有して略交差する
光軸上において顕微鏡により得、得られた散乱像に含ま
れる欠陥像の多層半導体基板における深さ位置をその欠
陥像が存在する前記顕微鏡視野内位置に基づいて特定す
ることを、入射レーザビームで多層半導体基板を二次元
的に走査しながら行うことを特徴とする多層半導体基板
等における内部欠陥の検出方法としたものである。

【００１２】また、入射光によって生じる光情報とし
て、散乱光によるものの他、欠陥からの光を分光して得
られる蛍光によるものを含む多層半導体基板等における
内部欠陥の検出方法としたものである。

【００１３】また、多層半導体基板に所定のレーザビー
ムを入射させ、それによって生じる多層半導体基板から
の光情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づい
て多層半導体基板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装
置において、照明手段は、表面及び界面での反射光の干
渉によって生ずる大きな反射率の波長（λ２，λ４，
…）と小さな反射率の波長（λ１，λ３，…）を有する
ものであり、画像データを得る手段は、前記反射率の大
きな波長（λ２，λ４，…）のうちのいずれか１つを用
いて表面の塵挨や傷からの散乱像データを検出し、前記
反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）のうちのいずれ
か１つを用いて内部の欠陥からの散乱像データを各波長
ごとに得て比較するものである多層半導体基板等におけ
る内部欠陥の検出装置としたものである。

【００１４】また、多層半導体基板はＳｉ結晶の多層構
造を有するウエハであり、反射率の大きな波長（λ２，
λ４，…）と反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）の
波長は４００〜２０００ｎｍの範囲内である多層半導体
基板等における内部欠陥の検出方法としたものである。

【００１５】また、観察光学系は、光情報として、散乱
光によるものの他、欠陥からの光を分光して蛍光をも得
るものである多層半導体基板等における内部欠陥の検出
装置としたものである。

【００１６】

【作用】多層半導体基板の表面および内部における光情
報をそれぞれ比較的多く発生させる大きな反射率の波長
（λ２，λ４，…）のうちのいずれか１つと小さな反射
率の波長（λ１，λ３，…）のうちのいずれか１つを多
層半導体基板に入射させると、反射率の大きな波長λ
２，λ４，…に起因する散乱光には、表面に存在する欠
陥からの光情報が内部に存在する欠陥からの光情報より
も多く含まれ、反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）
に起因する散乱光には内部に存在する欠陥からの光情報
が表面に存在する欠陥からの光情報よりも多く含まれる
ことになる。したがって、各入射光毎にそれによって発
生する光情報を得、これら双方の光情報を比較して、例
えば反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）によって得
られる光情報から反射率の大きな波長（λ２，λ４，
…）によって得られる光情報を取り除くことにより、真
に内部に存在する欠陥のみが検出できる。

【００１７】本発明の他の態様においては、入射レーザ
ビームを多層半導体基板に入射させると、多層半導体基
板内におけるその屈折光は所定の小さな横断面を有する
ため、その屈折光が照明する多層半導体基板内の領域
は、光軸に沿った直線状の、あるいは平面状等の領域と
なる。したがって、この領域を、その屈折光の光軸と所
定の角度を有して交差する光軸上において前記顕微鏡に
より観察する場合、顕微鏡の視野内における散乱像の各
部分の深さはその視野内における位置と対応することに
なる。したがって、視野内の欠陥像は、その視野内位置
としての深さの情報とともに検出される。

【００１８】なお、本発明のさらに他のあるいはより詳
細な特徴、目的、作用効果等は、以下の実施例を通じて
明らかにされる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る欠陥検出装
置の概略的な構成図である。図１に示すようにこの装置
は、観察用のレーザ光１０１を出力するレーザ装置１０
３、レーザ光１０１を多層半導体基板１０５に照射する
ための集光レンズ１０７、照射レーザ光１０１に起因す
る多層半導体基板１０５からの散乱光を受光し、その散
乱像を拡大する顕微鏡１０９、その拡大散乱像を光電変
換してその散乱像（蛍光、正反射光）の画像信号を得る
ための撮像素子１１１、多層半導体基板１０５に対する
顕微鏡１０９の焦点を合わせるために用いるパターンを
多層半導体基板１０５上に投影する投影手段１１３、多
層半導体基板１０５をその法線（多層半導体基板１０５
の面と垂直の線）と顕微鏡１０９の光軸とがなす角度θ
が５〜３５゜となるように保持し、不図示の駆動手段に
より移動されるステージ１１５を備える。顕微鏡１０９
は対物レンズ１１７および結像レンズ１１９を有する。
投影手段１１３は、空間変調素子パターン１２１、光源
１２３、光源１２３が発する光を空間変調素子パターン
１２１に照射する凸レンズ１２５、拡散板１２７および
凸レンズ１２９、ならびに、これにより照明された空間
変調素子パターン１２１を顕微鏡１０９の焦点位置に結
像させるための投光用レンズ１３１およびハーフミラー
１３３を備える。空間変調素子パターン１２１は投光用
レンズ１３１の焦点面に配置される。

【００２０】図２は、図１の装置による多層半導体基板
１０５の観察原理を説明するための原理図である。図
中、２０１は前記撮像素子１１１と結像レンズ１１９を
含むＴＶカメラ観察系であり、これと対物レンズ１１７
とにより観察系を構成する。図１の対物レンズ１１７は
平行ビームとなって結像レンズ１１９に入るようにして
あるが、図２の対物レンズ１１７は絞ってＴＶカメラ観
察系２０１に入るように記載されている。多層半導体基
板１０５表面の法線、観察系の光軸、および入射レーザ
ビーム１０１の光軸は同一平面内に含まれ、かつ多層半
導体基板１０５と入射レーザビーム１０１の光軸とがな
す角度βは１０〜６０゜、その屈折光の光軸と多層半導
体基板１０５の法線とがなす角度αはほぼ１６゜に設定
される。ＴＶカメラ観察系２０１の視野２０３は、多層
半導体基板１０５の層１ｂ〜４ｂの各層の深さに対応さ
せて計測領域１ａ〜４ａが区切られている。

【００２１】この構成において、欠陥を検出するために
は、まず、焦点合せ用の空間変調素子パターン１２１の
像を多層半導体基板１０５上に投影し、空間変調素子パ
ターン１２１の投影像のコントラストが計測領域２ａと
３ａの中間において最大になるようにステージ１１５位
置を制御する。次に、対物レンズ１１７の焦点位置が層
２ｂと３ｂ間の境界の深さ位置に対応するように、ステ
ージ１１５を所定の距離移動させる。次に、レーザビー
ム１０１の集光点２０５が所望の検出対象層である計測
領域１ａ、２ａ、３ａおよび４ａに対応する位置に位置
するようにレーザビーム１０１の位置を調整する。これ
により、視野２０３内の計測領域１ａ〜４ａは層１ｂ〜
４ｂに対応し、したがって、観察系の焦点深度が多層半
導体基板１０５における各層１ｂ〜４ｂをカバーする程
度であれば、視野２０３内の欠陥等の像がそれが存在す
る層の情報とともに得られることになる。なお、この場
合の被写界深度は、例えば、観察系の倍率が２０倍にお
いて約４０μｍ、５０倍で１５μｍ程度である。また、
空間変調素子パターン１２１の投影は、観察の妨げにな
らないように、不要になった時点で停止する。空間変調
素子パターン１２１として、観察に支障となる模様のな
いものを用いた場合はこの限りでない。

【００２２】また、多層半導体基板１０５を移動させな
いときは視野２０３は固定され、視野２０３を越える範
囲の検出はできないが、視野２０３を越える範囲の検出
を行うために、レーザビーム１０１を多層半導体基板１
０５の最大傾斜方向に対して直角な方向に往復移動させ
るとともに、多層半導体基板１０５をその最大傾斜方向
に平行に移動させることにより、図３に示すように、多
層半導体基板１０５の、例えば、２００×２００×１６
μｍ程度の立体領域をラスタ・スキャン的に走査する。
これにより、その領域における欠陥の散乱像が、いずれ
の計測領域１ａ〜４ａにおいて検出されたかという深さ
位置の情報とともに得られる。

【００２３】図４はこの検出における分解能を説明する
ための説明図である。同図に示すように、レーザビーム
１０１による走査における各走査線間の間隔によって規
定される多層半導体基板１０５の表面方向の分解能を約
０．４μｍ、レーザビーム１０１の多層半導体基板１０
５における屈折角αを約１６゜とすれば、深さ方向の分
解能は約１．４μｍとなる。

【００２４】図５は本発明の他の実施例に係る欠陥検出
方法を示す模式図である。ここではレーザ装置として、
色素レーザやＴｉサファイヤレーザ等の波長可変レーザ
を用い、それが発する光束１０１をコリメータ３０１を
介して拡大して多層半導体基板１０５に照射する。そし
てＴＶカメラ観察系２０１の視野内における計測領域の
区分は、レーザビームは細くないのでできない。また、
多層半導体基板１０５面の法線方向はＴＶカメラ観察系
２０１の光軸方向と一致させた方がよい。それ以外は、
図１の場合と同様の構成である。

【００２５】図６は、多層半導体基板１０５として用い
られる、Ｓｉ結晶の多層構造を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造ウエハの断面
図である。このウエハはＳｉ基板４０１、その上に形成
された厚さ０．２μｍの酸化膜（ＳｉＯ _２ ）層４０３、
およびその上に形成された厚さ１μｍのＳｉ層４０５を
有する。

【００２６】この構成において、欠陥を検出するに際
し、観察系の焦点を、上述と同様にしてウエハの表面に
合わせる。ただしここでは、その焦点深度内のＳｉ層４
０５およびＳｉＯ _２ 層４０３に局在する欠陥を検出する
ので、焦点位置をさらに調整する必要はない。そして、
レーザビーム１０１を、その照射領域がＴＶカメラ観察
系２０１の視野と一致するように照射して観察を行う。

【００２７】図７はレーザビームを前記ウエハに照射し
たときの様子を示す説明図である。同図（ａ）はウエハ
表面での反射率が大きい場合を示し、同図（ｂ）はこれ
が小さい場合を示す。また、各図（ａ）および（ｂ）の
左側のグラフは入射強度Ｉ_０の入射レーザビーム１０１
による屈折光の光強度Ｉのウエハ深さＤに対する変化を
示すグラフである。なお、曲線５０９は吸収による減衰
カーブである。

【００２８】同図に示すように、入射レーザ光１０１
は、反射光５０１と屈折光５０３とに分離するが、ウエ
ハ表面（屈折率≒３．５のＳｉ結晶）とＳｉＯ _２ 層４０
３（屈折率≒１．５）表面（界面）での反射光の干渉に
よって、ウエハ表面での反射率Ｒは、Ｓｉ結晶のみのウ
エハの場合よりも、レーザ光の波長λに応じ、図８に示
すように大きな幅で変動する。そして反射率が大きな場
合（λ２，λ４，…）は、同７図（ａ）に示すように、
Ｓｉ層４０５とＳｉＯ _２ 層４０３との境界にある欠陥５
０５からの散乱光５０７の強度は小さく、反射率が小さ
な場合（λ１，λ３，…）は、同図（ｂ）に示すよう
に、逆に大きくなる。

【００２９】したがって、反射率の低い波長λ１，λ
３，…のレーザ光１０１を用いて層４０５、４０３内部
の欠陥からの散乱像を有効に検出し、反射率の高い波長
λ２，λ４，…のレーザ光を用いてウエハ表面の塵挨や
傷からの散乱像を主体に検出する。そして、これらの散
乱像を比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥とを
鮮明に区別する。また、図８に示すように、前記干渉に
よる反射強度の振動は、波長４００ｎｍ以上において観
察される。したがって、層内部には波長４００〜２００
０ｎｍの光が十分入るので、この波長範囲のレーザ光を
使用して内部欠陥を観察し、一方、波長４００ｎｍ未満
の光は層内部に侵入しないので、波長２００〜６５０ｎ
ｍのレーザ光または普通の光を用いて表面欠陥を観察
し、そして内部欠陥と表面欠陥とを識別するようにして
もよい。

【００３０】なお、レーザビームの波長を変化させる代
わりに、図９に示すように、波長λのレーザ光８０１、
２次高調波発生素子（ＫＤＰ）８０３を介して波長λ／
２（＝４００〜１３００ｎｍ）の基本波と波長んの二次
高調波の混合光８０５とし、これをウエハに入射させ、
その表面欠陥と内部欠陥からの散乱光を、それぞれ基本
波と二次高調波の散乱光として別の観察系を用いて画像
化するようにしてもよい。

【００３１】図１０はこのようにして得られる散乱像の
一例を示す。ただし、多層半導体基板１０５であるウエ
ハとしては、Ｓｉ層４０５の厚さが１μｍ、ＳｉＯ _２ 層
４０３の厚さが０．４〜０．５μｍであり、図１１に示
すように、表面の半分はそのままのエッチングされてい
ない面１１であるが、他の半分はエッチングにより内部
欠陥のビット１３を露出させたエッチングされた面１４
としたものを用いている。図１０（ａ）は波長９４０ｎ
ｍのレーザ光による内部散乱像が顕著に現れた５００μ
ｍ四方の視野の様子を示し、同図（ｂ）は波長１０００
ｎｍのレーザ光による表面散乱像が顕著に現れた同じ部
分の視野の様子を示している。部分１１ａはエッチング
されていない面１１に対応し、部分１４ａはエッチング
された面１４に対応する。図１０（ｂ）においては、部
分１１ａにおいてエッチングされていない面１１上の塵
挨の像が現われており、部分１４ａではエッチングされ
た面１１上の微小な無数のビット像が現われている。図
１０（ａ）の部分１１ａおよび１４ａにおいては、表面
の微小なビット像は現われず、表面の大きなごみや傷お
よび内部欠陥が無数に現われている。

【００３２】図１２は、このウエハにおける入射光の波
長λに対する反射率Ｒおよび散乱強度Ｓの変化を示すグ
ラフである。図中、曲線１５１は計算による反射率Ｒの
変化、曲線１５３は実測による反射率Ｒの変化、曲線１
５５は実測による表面欠陥からの散乱強度Ｓの変化、曲
線１５７は実測による内部欠陥からの散乱強度Ｓの変化
を示している。図１２から、波長９４０ｎｍ近辺のレー
ザ光を用いると、表面に影響されずに内部欠陥が検出さ
れ、波長１０００ｎｍ近辺のレーザ光を用いると、内部
に影響されずに表面欠陥が検出されることが分かる。

【００３３】図１３（ａ）および（ｂ）は別の多層半導
体基板１０５の同じ場所を、その内部まで到達する波長
１０００ｎｍのレーザ光、および波長４５１ｎｍのレー
ザ光で観察したときの５００μｍ四方の視野の様子をそ
れぞれ示す。両者を比較することにより、内部欠陥から
の散乱像を認識することができる。

【００３４】図１４に示すように、多層半導体基板１０
５が、表面に微細横造を有するようなウエハである場合
は、その微細構造が存在する部分については、それと等
価的な厚さの層が存在するものとして、同様にして内部
欠陥および表面欠陥を観察することができる。ただしこ
の場合、微細構造による回折光が観察光学系中に侵入し
て内部欠陥５０５が観察できなくなるのを防止するた
め、観察光学系中に、回折光１８３を遮断するための空
間フィルタ（マスク）１８１が設けられる。正反射光１
８５は、何ら問題を生じない。

【００３５】図１５〜１７はそれぞれ、本発明のさらに
他の実施例に係る欠陥検出装置の構成を示す概略図であ
る。これらの装置は、波長４００〜２０００ｎｍのレー
ザ光によって多層半導体基板１０５の内部と表面の欠陥
を検出し、波長２００〜６５０ｎｍのレーザ光によって
表面欠陥を検出するものである。

【００３６】図１５の装置においては、レーザビーム１
０１は凹レンズ１６３によりビーム径が拡大され、コリ
メータレンズ１６１によって平行光とされ、そしてハー
フミラー１７１を介して観察系の光路に導入され、対物
レンズ１１７を経て多層半導体基板１０５に照射され
る。そして前記のようにレーザビーム１０１の波長を変
えて表面欠陥の正反射像と内部欠陥の正反射像を、対物
レンズ１１７、結像レンズ１１９および撮像素子１１１
を介し、電気信号として得るようになっている。

【００３７】図１６の装置においては、波長λ１とλ２
のレーザ光をハーフミラー１６９を介して混合したレー
ザビーム１０１を用いて多層半導体基板１０５を照明
し、その正反射光をダイクロイックミラー１７３により
波長λ１成分とλ２成分に分割し、そして波長λ１成分
により多層半導体基板１０５表面を結像レンズ１１９お
よび撮像素子１１１を経て観察するとともに、波長λ２
成分により、多層半導体基板１０５の内部からの正反射
像を、結像レンズ１６５および撮像素子１６７を経て観
察する。

【００３８】図１７の装置においては、レーザビーム１
０１の中央部分の光束をマスク１７５により遮断し、周
辺部分の光束のみをミラー１７７および対物レンズ１１
７の周辺部を介して多層半導体基板１０５に照射し、そ
の正反射像を対物レンズ１１７の中央部分を介して得
る。他は、図１５の場合と同様である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、多層半導体基板に所定のレー
ザビームを入射させ、それによって生じる多層半導体基
板からの光情報を観察光学系で得て、得られた光情報に
基づいて多層半導体基板の表面欠陥及び内部欠陥を検出
する方法において、表面及び界面での反射光の干渉によ
って大きな反射率を生ずる波長（λ２，λ４，…）と小
さな反射率を生ずる波長（λ１，λ３，…）のうち、反
射率の大きな波長（λ２，λ４，…）のうちいずれか１
つのレーザ光を用いて多層半導体基板表面の塵挨や傷か
らの散乱像を検出し、反射率の小さな波長（λ１，λ
３，…）のうちいずれか１つのレーザ光を用いて多層半
導体基板内部の欠陥からの散乱像を検出し、これらの両
散乱像を比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥と
を区別する多層半導体基板等における内部欠陥の検出方
法としたものであるから、図７（ａ）（ｂ）に示すよう
に、入射レーザ光１０１は反射光５０１と屈折光５０３
とに分離するが、多層半導体基板のときは、ウエハ表面
と界面での反射光の干渉によって、反射率Ｒは、レーザ
光の波長λに応じ、図８に示すように大きな幅で変動す
る。そして反射率が大きな場合（λ２，λ４，…）は、
７図（ａ）に示すように、界面での欠陥５０５からの散
乱光５０７の強度は小さく、反射率が小さな場合（λ
１，λ３，…）は、７図（ｂ）に示すように、界面での
欠陥５０５からの散乱光５０７の強度は逆に大きくなる
から、反射率の小さい波長（λ１，λ３，…）のうちの
いずれか１つのレーザ光１０１で内部の欠陥からの散乱
像を有効に検出し、反射率の大きい波長（λ２，λ４，
…）のうちのいずれか１つのレーザ光を用いてウエハ表
面の塵挨や傷からの散乱像を有効に検出でき、これらの
両散乱像を比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥
とを明確に区別できる。また、前記反射率の大きな波長
（λ２，λ４，…）及び反射率の小さな波長（λ１，λ
３，…）は、波長可変レーザ装置から発せられたもので
あるから、容易に得ることができる。また、入射レーザ
ビームを、多層半導体基板内におけるその屈折光が所定
の小さな横断面を有するようにすると共に、その屈折光
によって生じる散乱像を、その屈折光の光軸と所定の角
度を有して略交差する光軸上において顕微鏡により得、
得られた散乱像に含まれる欠陥像の多層半導体基板にお
ける深さ位置をその欠陥像が存在する前記顕微鏡視野内
位置に基づいて特定することを、入射レーザビームで多
層半導体基板を二次元的に走査しながら行うことを特徴
とする多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法と
したものであるから、その領域における欠陥の散乱像
が、いずれの計測領域１ａ〜４ａにおいて検出されたか
という深さ位置の情報とともに得ることができる。ま
た、多層半導体基板に所定のレーザビームを入射させ、
それによって生じる多層半導体基板からの光情報を観察
光学系で得て、得られた光情報に基づいて多層半導体基
板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装置において、照
明手段は、表面及び界面での反射光の干渉によって生ず
る反射率の大きな波長（λ２，λ４，…）と反射率の小
さな波長（λ１，λ３，…）を振動する反射強度であ
り、画像データを得る手段は、反射率の大きな波長（λ
２，λ４，…）のうちのいずれか１つのレーザ光を用い
て多層半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱像を検出
し、反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）のうちのい
ずれか１つのレーザ光を用いて多層半導体基板内部の欠
陥からの散乱像を検出するものである多層半導体基板等
における内部欠陥の検出装置としたものであるから、前
記方法の場合と同様の効果を期待できるほか、比較的簡
単な装置で、多層半導体基板等における表面と内部の欠
陥を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る欠陥検出装置の概略
的構成図である。

【図２】 図１の装置による多層半導体基板の観察原理
を説明するための原理図である。

【図３】 図１の装置において多層半導体基板をラスタ
・スキャン的に走査する様子を示す説明図である。

【図４】 図１の装置による検出における分解能を説明
するための説明図である。

【図５】 本発明の他の実施例に係る欠陥検出方法を示
す模式図である。

【図６】 図５の装置において多層半導体基板として用
いられる、Ｓｉ結晶の多層構造を有するＳＯＩ構造ウエ
ハの断面図である。

【図７】 図５の装置においてレーザビームをウエハに
照射したときの様子を示す説明図である。

【図８】 図６に示すようなウエハの表面での反射率
が、Ｓｉ結晶のみのウエハの場合よりも、レーザ光の波
長λに応じ、大きな幅で変動する様子を示すグラフであ
る。

【図９】 波長んのレーザ光を、２次高調波発生素子を
介して波長λ／２の基本波と波長λの二次高調波の混合
光とする様子を示す説明図である。

【図１０】 図５の装置において図１１のウエハを観察
した場合に得られる散乱像の一例を示す模式図である。

【図１１】 図１０の散乱像が得られたウエハを示す模
式図である。

【図１２】 図１１のウエハにおける入射光の波長λに
対する反射率Ｒおよび散乱強度Ｓの変化を示すグラフで
ある。

【図１３】 図５の装置において別の多層半導体基板を
観察したときの様子を示す模式図である。

【図１４】 多層半導体基板が表面に微細構造を有する
ようなウエハである場合において欠陥を観察する様子を
示す模式図である。

【図１５〜１７】 本発明のさらに他の実施例に係る欠
陥検出装置の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１０１…レーザ光、１０３…レーザ装置、１０５…多層
半導体基板、１０７…集光レンズ、１０９…顕微鏡、１
１１…撮像素子、１１３…投影手段、１１５…ステー
ジ、１１７…対物レンズ、１１９…結像レンズ、１２１
…空間変調素子パターン、１２３…光源、１２５、１２
９…凸レンズ、１２７…拡散板、１３１…投光用レン
ズ、１３３…ハーフミラー、１６３…凹レンズ、１６１
…コリメータレンズ、１６７…撮像素子、１６９…ハー
フミラー、１７１…ハーフミラー、１７３…ダイクロイ
ックミラー、１７５…マスク、１７７…ミラー、１８３
…回折光、１８１…フィルタ（マスク）、１８５…正反
射光、２０１…ＴＶカメラ観察系、２０３…視野、１ｂ
〜４ｂ…層、１ａ〜４ａ…計測領域、３０１…コリメー
タ、４０１…Ｓｉ基板、４０３…酸化膜（ＳｉＯ２）
層、４０５…Ｓｉ層、５０１…反射光、５０３…屈折
光、５０５…欠陥、５０７…散乱光、８０１…波長λの
レーザ光、８０３…２次高調波発生素子、８０５…混合
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−2684（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238348（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−24541（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−16438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213810（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−109749（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/90

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多層半導体基板に所定のレーザビームを
   入射させ、それによって生じる多層半導体基板からの光
   情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づいて多
   層半導体基板の表面欠陥及び内部欠陥を検出する方法に
   おいて、表面及び界面での反射光の干渉によって大きな
   反射率を生ずる波長（λ２，λ４，…）と小さな反射率
   を生ずる波長（λ１，λ３，…）のうち、反射率の大き
   な波長（λ２，λ４，…）のうちのいずれか１つのレー
   ザ光を用いて多層半導体基板表面の塵挨や傷からの散乱
   像を検出し、反射率の小さな波長（λ１，λ３，…）の
   うちのいずれか１つのレーザ光を用いて多層半導体基板
   内部の欠陥からの散乱像を検出し、これらの両散乱像を
   比較することにより、表面の欠陥と内部欠陥とを区別す
   る多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記反射率の大きな
   波長（λ２，λ４，…）及び反射率の小さな波長（λ
   １，λ３，…）は、波長可変レーザ装置から発せられた
   ものである多層半導体基板等における内部欠陥の検出方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１において、入射レーザビーム
   を、多層半導体基板内におけるその屈折光が所定の小さ
   な横断面を有するようにすると共に、その屈折光によっ
   て生じる散乱像を、その屈折光の光軸と所定の角度を有
   して略交差する光軸上において顕微鏡により得、得られ
   た散乱像に含まれる欠陥像の多層半導体基板における深
   さ位置をその欠陥像が存在する前記顕微鏡視野内位置に
   基づいて特定することを、入射レーザビームで多層半導
   体基板を二次元的に走査しながら行うことを特徴とする
   多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、入射光によって生じ
   る光情報として、散乱光によるものの他、欠陥からの光
   を分光して得られる蛍光によるものを含む多層半導体基
   板等における内部欠陥の検出方法。
5. 【請求項５】 多層半導体基板に所定のレーザビームを
   入射させ、それによって生じる多層半導体基板からの光
   情報を観察光学系で得て、得られた光情報に基づいて多
   層半導体基板の表面欠陥或は内部欠陥を検出する装置に
   おいて、照明手段は、表面及び界面での反射光の干渉に
   よって生ずる大きな反射率の波長（λ２，λ４，…）と
   小さな反射率の波長（λ１，λ３，…）を有するもので
   あり、画像データを得る手段は、前記反射率の大きな波
   長（λ２，λ４，…）のうちのいずれか１つを用いて表
   面の塵挨や傷からの散乱像データを検出し、前記反射率
   の小さな波長（λ１，λ３，…）のうちのいずれか１つ
   を用いて内部の欠陥からの散乱像データを各波長ごとに
   得て比較するものである多層半導体基板等における内部
   欠陥の検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１において、多層半導体基板はＳ
   ｉ結晶の多層構造を有するウエハであり、反射率の大き
   な波長（λ２，λ４，…）と反射率の小さな波長（λ
   １，λ３，…）の波長は４００〜２０００ｎｍの範囲内
   である多層半導体基板等における内部欠陥の検出方法。
7. 【請求項７】 請求項５において、観察光学系は、光情
   報として、散乱光によるものの他、欠陥からの光を分光
   して蛍光をも得るものである多層半導体基板等における
   内部欠陥の検出装置。