| 【発明の名称】 |
表面近傍結晶欠陥の検出方法及びその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】古川 純
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| 【要約】 |
【課題】結晶表面に入射する入射光の進路を妨害することなく高倍率の光学系レンズを結晶表面に接近させて深さ分解能を向上させる。
【解決手段】結晶表面１１の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光１２をそれぞれ入射し、それらの散乱光１３を光学系のレンズ１４を介して検出し、これらの検出値の差に基づいて結晶欠陥を検出する表面近傍の結晶欠陥を検出する。入射光１２は光学系のレンズ１４の上方に設けられた半透鏡１０を介してレンズ１４の側方からレンズ１４を通って結晶表面１１に入射する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 結晶表面(11)の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光(12)をそれぞれ入射し、それらの散乱光(13)を光学系のレンズ(14)を介して検出し、これらの検出値の差に基づいて結晶欠陥を検出する表面近傍の結晶欠陥を検出する方法において、前記入射光(12)を前記光学系のレンズ(14)を通して結晶表面(11)に入射することを特徴とする表面近傍結晶欠陥の検出方法。
【請求項２】 入射光(12)は光学系のレンズ(14)の上方に設けられた半透鏡(10)を介して前記レンズ(14)の側方から前記レンズ(14)を通って結晶表面(11)に入射する請求項１記載の検出方法。
【請求項３】 結晶表面(11)の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光(12)をそれぞれ入射するための光源(15)と、前記光源(15)からの入射光(12)が結晶表面(11)で散乱する散乱光(13)を集光する光学系のレンズ(14,16)を含む集光手段(17)と、前記集光手段(17)からの散乱光(13)を検出する検出手段(18)と、前記検出手段(18)の検出結果に基づいて結晶欠陥を算出する算出手段(19)と、前記光源(15)からの入射光(12)を前記光学系のレンズ(14)を通して結晶表面(11)に入射する入射手段とを備えた表面近傍結晶欠陥の検出装置。
【請求項４】入射手段は光学系のレンズ(14)の上方に設けられた半透鏡(10)を含む請求項３記載の検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の結晶体表面に赤外線レーザビームのような光を入射し、その散乱光に基づいて結晶体の表面近傍に存在する酸素析出物、転位等の母相と異なる屈折率をもつ内部欠陥を光散乱中心として検出する表面近傍結晶欠陥の検出方法及びこの方法に使用する検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体結晶は赤外線を透過する性質を有することを利用して半導体表面近傍の結晶欠陥を検出する方法が知られている（特開平７−２９４４２２）。この従来方法において図４に示すように、ステージ２上に載置されて水平のＸ方向及びＹ方向に可動なシリコンウエーハ１の表面に斜めから所定の角度で赤外線レーザ光を複数のレーザ発振器から構成される光源４から入射する。入射したレーザ光はその波長に対応した深さまでシリコンウエーハ１の内部に侵入し、結晶内部に結晶欠陥が存在するとレーザ光により光散乱が生じる。この散乱光をシリコンウエーハ１の上方に位置する赤外顕微鏡５で集光し、赤外ビジコン６により検出する。結晶欠陥は散乱中心（散乱体）として検出される。赤外ビジコン６の出力はパソコン３で制御されるモニタ７に表示される。この散乱中心（散乱体）の検出を同一の入射位置に光源４から波長を変えたレーザ光を照射して再び行う。その結果、これらの散乱中心（散乱体）の検出値の差に基づいてその深さでの内部欠陥を算出することができる。またステージ２のＸ方向及びＹ方向への動き、光源４の発振のオン／オフ動作、赤外顕微鏡５のピント合わせ動作等はいずれもパソコン３で制御される。
【０００３】この従来法において、深さ分解能は図３に示すように赤外顕微鏡５に収納された光学系の対物レンズ８の焦点深度に依存する。例えば５０倍の対物レンズを赤外顕微鏡５に取付けた場合、約±１０μｍの範囲で焦点が合う。即ちこの場合、深さ分解能は約２０μｍとなる。深さ分解能を上げるためには、対物レンズを高倍率に変える方法が考えられる。一般に光学系において、対物レンズを高倍率化すると、それに比例して作動距離（対物レンズと結晶表面との間の距離）が短縮されることが知られている。例えば、対物レンズの倍率を８０倍、１００倍、１５０倍とした場合、作動距離はそれぞれ４．１０ｍｍ、３．１８ｍｍ、１．００ｍｍとなる。これは対物レンズの高倍率化に比例して対物レンズを試料に接近させないと焦点が合わなくなることを意味している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って上記従来例において、図３に示すように対物レンズ８を収納する赤外顕微鏡５を試料のシリコンウエーハ１の表面に接近させようとした場合には、シリコンウエーハ１の表面に斜めから入射するレーザ光９が対物レンズ８を収納する赤外顕微鏡５の側面に衝突し、レーザ光９がシリコンウエーハ１の表面に入射できない不都合が生じる。本発明の目的は、結晶表面に入射する入射光の進路を妨害することなく高倍率の光学系レンズを結晶表面に接近させて深さ分解能を向上させることができる表面近傍結晶欠陥の検出方法を提供することにある。
【０００５】本発明の別の目的は、結晶表面に入射する入射光の進路を妨害することなく高倍率の光学系レンズを結晶表面に接近させて深さ分解能を向上させることができる表面近傍結晶欠陥の検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、図１に示すように、結晶表面１１の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光１２をそれぞれ入射し、それらの散乱光１３を光学系のレンズ１４を介して検出し、これらの検出値の差に基づいて結晶欠陥を検出する表面近傍の結晶欠陥を検出する方法の改良であって、入射光１２を光学系のレンズ１４を通して結晶表面１１に入射することを特徴とする方法である。この発明によれば、結晶表面１１に入射する入射光１２の進路を光学系のレンズ１４が妨害することがない。従って高倍率の光学系レンズを使用し、これを結晶表面１１に接近させて深さ分解能を向上させることができる。請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、入射光１２は光学系のレンズ１４の上方に設けられた半透鏡１０を介してレンズ１４の側方からレンズ１４を通って結晶表面１１に入射する方法である。この発明によれば、入射光１２は半透鏡１０で反射した後、レンズ１４の側方からレンズ１４を通って結晶表面１１に入射するため、入射光１２の進路をレンズ１４が妨害することなくレンズ１４を結晶表面１１に接近させることができる。また半透鏡１０は散乱光１３を透過させるため、半透鏡１０の存在によって結晶欠陥の検出精度は低下しない。
【０００７】請求項３に係る発明は、図１及び図２に示すように、結晶表面１１の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光１２をそれぞれ入射するための光源１５と、光源１５からの入射光１２が結晶表面１１で散乱する散乱光１３を集光する光学系のレンズ１４，１６を含む集光手段１７と、集光手段１７からの散乱光１３を検出する検出手段１８と、検出手段１８の検出結果に基づいて結晶欠陥を算出する算出手段１９と、光源１５からの入射光１２を光学系のレンズ１４を通して結晶表面１１に入射する入射手段とを備えた表面近傍結晶欠陥の検出装置である。この発明によれば、光源１５からの入射光１２を光学系のレンズ１４を通して結晶表面１１に入射する入射手段とを備えているので、入射光１２の進路を光学系のレンズ１４が妨害することなく、高倍率の光学系レンズを使用し、これを結晶表面１１に接近させて深さ分解能を向上させることができる。請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、入射手段は光学系のレンズ１４の上方に設けられた半透鏡１０を含む装置である。この発明によれば、入射光１２は半透鏡１０で反射した後、レンズ１４の側方からレンズ１４を通って結晶表面１１に入射するため、入射光１２の進路をレンズ１４が妨害することなくレンズ１４を結晶表面１１に接近させることができる。また半透鏡１０は散乱光１３を透過させるため、半透鏡１０の存在によって結晶欠陥の検出精度は低下しない。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明の表面近傍結晶欠陥の検出方法を実施するのに用いる検出装置の実施例を図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２に示すように、結晶欠陥が検出される結晶体のシリコンウエーハ１１はその表面が鏡面研磨されており、ステージ２０上に載置される。ステージ２０はパソコン１９により制御される図示しない駆動機構により水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に可動である。シリコンウエーハ１１の斜め上方にはその表面に赤外線レーザ光１２を入射するための光源１５が配置される。光源１５は例えば複数のレーザ発振器で構成され、各レーザ発振器の発するレーザ光の波長はそれぞれ異なるが、その他に波長を連続的に変化させることのできるレーザ発振器を使用してもよい。
【０００９】シリコンウエーハ１１の上方には入射光であるレーザ光１２がシリコンウエーハ１１の表面に入射することにより生じる散乱光１３を集光する集光手段の赤外顕微鏡１７が配置される。この赤外顕微鏡１７の上部には赤外ビジコン１８が配置され、赤外顕微鏡１７で集光された散乱光１３は赤外ビジコン１８により検出される。図１に示すように、赤外顕微鏡１７内には一対の対向離間する対物レンズ１４、１６が収納され、これらのレンズの間には半透鏡１０が設けられる。光源１５から水平に進行するレーザ光１２は赤外顕微鏡１７内の半透鏡１０に入射し、ここでその方向をほぼ９０度垂直に変えて下側の対物レンズ１４に入射し、屈折してシリコンウエーハ１１表面の所定位置に入射する。
【００１０】シリコンウエーハ１１表面に入射したレーザ光１２はその波長に対応した深さまでシリコンウエーハ１１の内部に侵入し、結晶内部に結晶欠陥が存在するとレーザ光１２はこの結晶欠陥を中心として散乱光１３を生じる。散乱光１３は赤外顕微鏡１７内の対物レンズ１４、１６で集光されて、赤外ビジコン１８に入り、検出される。赤外顕微鏡１７内の下側の対物レンズ１４を通過した散乱光１３の一部は半透鏡１０を透過した後、上側の対物レンズ１６で屈折して赤外ビジコン１８に入り、検出される。
【００１１】図２に示すように、赤外ビジコン１８で検出された散乱光１３の出力、即ち検出された散乱光１３の中心である結晶欠陥の位置がパソコン１９で制御されるモニタ２１に表示される。ステージ２０のＸ方向及びＹ方向への動き、光源１５の発振のオン／オフ動作、赤外顕微鏡１７のピント合わせ動作等はいずれもパソコン１９で制御される。
【００１２】
【実施例】次に本発明の実施例の表面近傍結晶欠陥の検出方法を図１及び図２に示す上記検出装置に基づいて説明する。
＜実施例１＞上記装置において、光源１５としてシリコンウエーハ１１表面から約２０μｍの深さまでの結晶欠陥を検出できる波長８１０ｎｍの半導体レーザ（以下、レーザＡと略称する）及びシリコンウエーハ１１表面から約１．５μｍの深さまでの結晶欠陥を検出できる波長６７０ｎｍの半導体レーザ（以下、レーザＢと略称する）を使用した。また赤外顕微鏡１７の対物レンズ１４は倍率が１５０倍であり、焦点を表面に合せた作動距離（対物レンズ１４とシリコンウエーハ１１の距離）は１ｍｍであった。まず対物レンズ１４の焦点を表面に合わせて、Ｘ方向２ｍｍ、Ｙ方向２ｍｍの領域を走査し、散乱欠陥をカウントした。
【００１３】レーザＡを使用した場合、散乱欠陥の個数は２３個であり、このときレーザＢを使用した場合、結晶欠陥の個数は２１個であった。従って、結晶表面１１から波長が異なることによる侵入長が異なってもほぼ同数の結晶欠陥を検出していた。次に対物レンズ１４の焦点を表面から３μｍの深さにずらして、同様な測定を行った。レーザＡでは２０個、レーザＢでは０個であった。従って今回の対物レンズの焦点深度は±１．５μｍ以内と考えられる。
【００１４】＜比較例１＞図３及び図４に示すように、光源４からの入射光を斜め上方からシリコンウエーハ１の表面に直接に入射したことを除いては実施例１と実質的に同じ方法（対物レンズ１５０倍）使用を繰り返した。その結果、入射光は対物レンズ８を収納した赤外顕微鏡５の側面に衝突し、シリコンウエーハ１の表面近傍の結晶欠陥を検出することは不可能であった。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、結晶表面の同一位置に侵入深さの異なる複数の波長の光をそれぞれ入射し、それらの散乱光を光学系のレンズを介して検出し、これらの検出値の差に基づいて結晶欠陥を検出する表面近傍の結晶欠陥を検出する方法であって、入射光を検出光学系のレンズを通して結晶表面に入射するようにしたので、結晶表面に入射する入射光の進路を妨害することなく高倍率の光学系レンズを結晶表面に接近させて深さ分解能を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２８９２５
【氏名又は名称】三菱マテリアルシリコン株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 正義
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０２３０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２７８５７ |
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