JP3375876B2 - 結晶欠陥計測方法及び結晶欠陥計測装置 - Google Patents
結晶欠陥計測方法及び結晶欠陥計測装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の評価装置に
係り、より詳細には半導体ウェハ、特にシリコンウェハ
中の析出物や積層欠陥などの結晶欠陥を計測する結晶欠
陥計測方法及び装置に関する。
係り、より詳細には半導体ウェハ、特にシリコンウェハ
中の析出物や積層欠陥などの結晶欠陥を計測する結晶欠
陥計測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）の集積度が向
上すると共に、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もので
ある。これらＭＯＳトランジスタの不良の多くは、直接
あるい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
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。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、Ｍ
ＯＳトランジスタの不良が発生するので好ましくない。
上すると共に、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もので
ある。これらＭＯＳトランジスタの不良の多くは、直接
あるい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
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。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、Ｍ
ＯＳトランジスタの不良が発生するので好ましくない。
【０００３】このように欠陥計測は、シリコン結晶の品
質管理において重要である。このような欠陥を計測する
方法として、武田による「応用物理」１９９６年第６５
巻１１号１１６２頁に記載されている方法がある。これ
は、シリコンウェハに対する侵入深さが３倍以上異なる
２波長の光を斜入射光学系にて試料表面に斜め方向から
照射し、結晶欠陥からの散乱光をウェハ表面垂直方向か
ら検出する方法である。この方法によると、短波長の散
乱光強度と長波長の散乱光強度との比から結晶欠陥の深
さを知ることができ、また長波長の散乱光強度から結晶
欠陥の大きさを知ることができる。
質管理において重要である。このような欠陥を計測する
方法として、武田による「応用物理」１９９６年第６５
巻１１号１１６２頁に記載されている方法がある。これ
は、シリコンウェハに対する侵入深さが３倍以上異なる
２波長の光を斜入射光学系にて試料表面に斜め方向から
照射し、結晶欠陥からの散乱光をウェハ表面垂直方向か
ら検出する方法である。この方法によると、短波長の散
乱光強度と長波長の散乱光強度との比から結晶欠陥の深
さを知ることができ、また長波長の散乱光強度から結晶
欠陥の大きさを知ることができる。
【０００４】このように斜入射の照射光学系を採用して
いる計測方法では、照射する光ビーム径を小さく絞った
場合に、ウェハの厚さむらや試料移動ステージの精度上
の問題により光ビームの照射位置が上下に変動する。こ
の上下変動のために、斜入射によるビーム照射位置は試
料面内を試料面と平行な方向に移動する。照射ビームを
シリコンのブリュースタ角（７５°）で照射したとし
て、仮に上記理由でウェハの表面高さが０．５μｍ変動
したとすると、ビーム照射位置は、ウェハ表面上を約
１．９μｍ移動する。また同じく上下変動のために、検
出系の検出位置が上下に変動して正確な散乱光信号強度
が得られなくなる。そのため、ビーム照射領域と検出領
域の相対位置を一定に保ち、また、これらと試料との距
離を一定に保つことが重要となる。
いる計測方法では、照射する光ビーム径を小さく絞った
場合に、ウェハの厚さむらや試料移動ステージの精度上
の問題により光ビームの照射位置が上下に変動する。こ
の上下変動のために、斜入射によるビーム照射位置は試
料面内を試料面と平行な方向に移動する。照射ビームを
シリコンのブリュースタ角（７５°）で照射したとし
て、仮に上記理由でウェハの表面高さが０．５μｍ変動
したとすると、ビーム照射位置は、ウェハ表面上を約
１．９μｍ移動する。また同じく上下変動のために、検
出系の検出位置が上下に変動して正確な散乱光信号強度
が得られなくなる。そのため、ビーム照射領域と検出領
域の相対位置を一定に保ち、また、これらと試料との距
離を一定に保つことが重要となる。
【０００５】照射または検出系の制御の例としては、特
開平８−７５９８０号公報などの技術がある。これは、
像観察の目的のためコントラストが高くなるように光学
式顕微鏡の対物レンズまたは試料ステージを上下に移動
させるものである。照射光学系（照明目的）は、対物レ
ンズを介して照射する場合でも、試料ステージの下側か
ら照射する場合でも、像を高コントラストで観察するた
めには一様照明であればよく特に留意する必要はない。
一方、結晶欠陥解析装置においては照射光のスポット系
は対物レンズの視野よりも十分小さく、また照射光が斜
入射であるため、試料表面上の照射位置は試料表面の上
下変動に伴い変動する。そのため照射系も正確に制御す
る必要がある。
開平８−７５９８０号公報などの技術がある。これは、
像観察の目的のためコントラストが高くなるように光学
式顕微鏡の対物レンズまたは試料ステージを上下に移動
させるものである。照射光学系（照明目的）は、対物レ
ンズを介して照射する場合でも、試料ステージの下側か
ら照射する場合でも、像を高コントラストで観察するた
めには一様照明であればよく特に留意する必要はない。
一方、結晶欠陥解析装置においては照射光のスポット系
は対物レンズの視野よりも十分小さく、また照射光が斜
入射であるため、試料表面上の照射位置は試料表面の上
下変動に伴い変動する。そのため照射系も正確に制御す
る必要がある。
【０００６】走査型電子顕微鏡の焦点合わせの例とし
て、特開平８−９６７３８号公報などに示されている技
術がある。これは焦点合わせのためのプローブ光源を設
け、試料表面からの反射光の重心位置を位置検出器で検
出し、対物レンズの励磁電流値を変化させて焦点位置を
変化させるというものである。これは結晶欠陥計測装置
においては照射系のみを位置合わせしていることに相当
し、検出系の対物レンズも制御するのとは異なる。
て、特開平８−９６７３８号公報などに示されている技
術がある。これは焦点合わせのためのプローブ光源を設
け、試料表面からの反射光の重心位置を位置検出器で検
出し、対物レンズの励磁電流値を変化させて焦点位置を
変化させるというものである。これは結晶欠陥計測装置
においては照射系のみを位置合わせしていることに相当
し、検出系の対物レンズも制御するのとは異なる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記した照射または検
出系の制御あるいは焦点合わせのための従来技術は、像
観察を行うためのものであって、焦点合わせの目的は像
のコントラストを高めることにあり、像観察（測定）中
は試料ステージは停止しており、制御も照射系または検
出系の制御のみを行うものである。一方、結晶欠陥計測
装置は試料表面からの欠陥深さを算出するものであるた
め、光学系の位置合わせの基準は試料表面であり、像の
コントラストを高めるために光学系の位置合わせを行う
わけではない。また、焦点合わせはステージ移動中（測
定中）にリアルタイムで行う必要があり、散乱光強度を
測定するため、照射系、検出系とも制御する必要があ
る。したがって、前記従来技術の方法を結晶欠陥計測装
置に適用することはできない。
出系の制御あるいは焦点合わせのための従来技術は、像
観察を行うためのものであって、焦点合わせの目的は像
のコントラストを高めることにあり、像観察（測定）中
は試料ステージは停止しており、制御も照射系または検
出系の制御のみを行うものである。一方、結晶欠陥計測
装置は試料表面からの欠陥深さを算出するものであるた
め、光学系の位置合わせの基準は試料表面であり、像の
コントラストを高めるために光学系の位置合わせを行う
わけではない。また、焦点合わせはステージ移動中（測
定中）にリアルタイムで行う必要があり、散乱光強度を
測定するため、照射系、検出系とも制御する必要があ
る。したがって、前記従来技術の方法を結晶欠陥計測装
置に適用することはできない。
【０００８】また、半導体レーザなどの光を試料に対し
て垂直方向に配置した検出系から試料の測定領域極近傍
に入射する焦点合わせ方法、あるいは光を試料の測定領
域極近傍に斜入射させる焦点合わせ方法を結晶欠陥計測
装置に適用する場合には、次のような問題がある。第１
に、侵入深さが３倍以上異なる２波長を使用した結晶欠
陥解析装置にとって、焦点合わせのために照射する光
は、欠陥からの散乱光強度を正確に計測する際の雑音と
なる。焦点合わせに用いられる光の波長が欠陥検出に用
いられる２波長のうちの一方の波長と大きく異なってい
ても、他方の波長と近接する可能性が高い。第２に、試
料測定中（走査中）、試料移動系（ｒ−θステージ）は
常に回転及び並進運動を行っており、光学系またはステ
ージを移動させる系には相応の応答速度を持ったものを
選択しなければならない。
て垂直方向に配置した検出系から試料の測定領域極近傍
に入射する焦点合わせ方法、あるいは光を試料の測定領
域極近傍に斜入射させる焦点合わせ方法を結晶欠陥計測
装置に適用する場合には、次のような問題がある。第１
に、侵入深さが３倍以上異なる２波長を使用した結晶欠
陥解析装置にとって、焦点合わせのために照射する光
は、欠陥からの散乱光強度を正確に計測する際の雑音と
なる。焦点合わせに用いられる光の波長が欠陥検出に用
いられる２波長のうちの一方の波長と大きく異なってい
ても、他方の波長と近接する可能性が高い。第２に、試
料測定中（走査中）、試料移動系（ｒ−θステージ）は
常に回転及び並進運動を行っており、光学系またはステ
ージを移動させる系には相応の応答速度を持ったものを
選択しなければならない。
【０００９】第３に、例えば試料であるシリコンウェハ
表面に粒径の大きな付着異物が存在していた場合、従来
技術における手法をとると、従来技術は像観察が目的で
あるためコントラストまたは像からの信号が大きくなる
位置、すなわち付着異物に焦点合わせがされてしまう。
結晶欠陥測定装置においては、焦点合わせの目的が像を
高解像で観察するのではなく、照射光の照射領域及び検
出系の観察領域の相対的な位置関係を一定に保つことに
あるため、大きな付着異物に焦点が合ってしまうことは
測定感度の低下を招き問題となる。第４に、光を斜入射
させるため、照射系の焦点合わせ制御を行う必要があ
り、かつ、散乱光強度信号を精度よく測定するためには
検出系も制御する必要があり、焦点合わせのための制御
が複雑になる。
表面に粒径の大きな付着異物が存在していた場合、従来
技術における手法をとると、従来技術は像観察が目的で
あるためコントラストまたは像からの信号が大きくなる
位置、すなわち付着異物に焦点合わせがされてしまう。
結晶欠陥測定装置においては、焦点合わせの目的が像を
高解像で観察するのではなく、照射光の照射領域及び検
出系の観察領域の相対的な位置関係を一定に保つことに
あるため、大きな付着異物に焦点が合ってしまうことは
測定感度の低下を招き問題となる。第４に、光を斜入射
させるため、照射系の焦点合わせ制御を行う必要があ
り、かつ、散乱光強度信号を精度よく測定するためには
検出系も制御する必要があり、焦点合わせのための制御
が複雑になる。
【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、２波長の光を試料表面に斜め入
射させて試料内部の欠陥からの散乱光を試料表面に垂直
な方向で検出する結晶欠陥計測装置において、試料の厚
さむらや試料移動ステージの精度上の問題によって試料
表面が上下動したとしても常に一定の精度で試料の内部
欠陥の測定、あるいは試料表面に付着した異物の検査を
行うことが可能な方法及び装置を提供することを目的と
する。
鑑みてなされたもので、２波長の光を試料表面に斜め入
射させて試料内部の欠陥からの散乱光を試料表面に垂直
な方向で検出する結晶欠陥計測装置において、試料の厚
さむらや試料移動ステージの精度上の問題によって試料
表面が上下動したとしても常に一定の精度で試料の内部
欠陥の測定、あるいは試料表面に付着した異物の検査を
行うことが可能な方法及び装置を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明においては、圧電
素子により試料表面に対する照射光学系と検出光学系の
高さ位置を調整可能にするとともに、試料移動方向に対
して、試料上の点が、照射光の照射領域及び検出系の観
測領域よりも時間的に先に到達する位置に測長器センサ
を配置する。このとき、測長器センサとして、粒径の大
きな表面の付着異物よりも十分にプローブ径の大きな静
電容量式の変位センサを用いて、付着異物によって焦点
合わせ機能が過度に反応するのを防ぐ。そして、測長器
センサからの出力を圧電素子の制御部に入力し、試料表
面の変位量に応じた量だけ圧電素子を上下方向に伸縮さ
せて、照射光照射領域と散乱光検出領域が相対的に一定
の位置関係を保つように制御することで前記目的を達成
する。
素子により試料表面に対する照射光学系と検出光学系の
高さ位置を調整可能にするとともに、試料移動方向に対
して、試料上の点が、照射光の照射領域及び検出系の観
測領域よりも時間的に先に到達する位置に測長器センサ
を配置する。このとき、測長器センサとして、粒径の大
きな表面の付着異物よりも十分にプローブ径の大きな静
電容量式の変位センサを用いて、付着異物によって焦点
合わせ機能が過度に反応するのを防ぐ。そして、測長器
センサからの出力を圧電素子の制御部に入力し、試料表
面の変位量に応じた量だけ圧電素子を上下方向に伸縮さ
せて、照射光照射領域と散乱光検出領域が相対的に一定
の位置関係を保つように制御することで前記目的を達成
する。
【００１２】すなわち、本発明による結晶欠陥計測方法
は、移動する試料の表面に照射光学系から試料に対する
侵入深さが異なる２波長の光ビームを斜方入射させ、試
料の内部から発生する２波長の散乱光を試料表面の上方
に配置された検出光学系で検出して試料の内部欠陥を計
測する結晶欠陥計測方法において、照射光学系及び検出
光学系よりも試料の移動方向上流側に配置した静電容量
式の距離測定手段によって試料表面の高さを計測するス
テップと、距離測定手段によって高さ測定された試料上
の測定点が検出光学系の下方に到達したとき、照射光学
系及び検出光学系が測定点に対して予め定められた配置
となるように試料に対する照射光学系及び検出光学系の
高さ位置を制御するステップとを含むことを特徴とす
る。試料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以
上異なることが好ましい。
は、移動する試料の表面に照射光学系から試料に対する
侵入深さが異なる２波長の光ビームを斜方入射させ、試
料の内部から発生する２波長の散乱光を試料表面の上方
に配置された検出光学系で検出して試料の内部欠陥を計
測する結晶欠陥計測方法において、照射光学系及び検出
光学系よりも試料の移動方向上流側に配置した静電容量
式の距離測定手段によって試料表面の高さを計測するス
テップと、距離測定手段によって高さ測定された試料上
の測定点が検出光学系の下方に到達したとき、照射光学
系及び検出光学系が測定点に対して予め定められた配置
となるように試料に対する照射光学系及び検出光学系の
高さ位置を制御するステップとを含むことを特徴とす
る。試料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以
上異なることが好ましい。
【００１３】本発明による結晶欠陥計測装置は、試料を
移動させる試料移動系と、試料に対する侵入深さが異な
る２波長の光を試料表面に斜方照射する照射光学系と、
試料表面の上方に配置された検出光学系とを含み、検出
光学系によって試料内部からの２波長の散乱光を検出し
て試料の内部欠陥を計測する結晶欠陥計測装置におい
て、移動している試料の表面高さを計測する距離測定系
と、照射光学系及び検出光学系を試料表面に対して垂直
な方向に移動する光学系移動系と、光学系移動系を制御
する制御系とを備え、制御系は距離測定系によって測定
された試料の表面高さに基づいて試料の表面と照射光学
系及び検出光学系との間の距離が予め定められた値とな
るように光学系移動系を制御することを特徴とする。試
料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以上異な
ることが好ましい。
移動させる試料移動系と、試料に対する侵入深さが異な
る２波長の光を試料表面に斜方照射する照射光学系と、
試料表面の上方に配置された検出光学系とを含み、検出
光学系によって試料内部からの２波長の散乱光を検出し
て試料の内部欠陥を計測する結晶欠陥計測装置におい
て、移動している試料の表面高さを計測する距離測定系
と、照射光学系及び検出光学系を試料表面に対して垂直
な方向に移動する光学系移動系と、光学系移動系を制御
する制御系とを備え、制御系は距離測定系によって測定
された試料の表面高さに基づいて試料の表面と照射光学
系及び検出光学系との間の距離が予め定められた値とな
るように光学系移動系を制御することを特徴とする。試
料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以上異な
ることが好ましい。
【００１４】ここで、距離測定系は静電容量式の距離測
定器を備える。また、距離測定系は複数の静電容量式の
距離測定器を備えていてもよい。照射光学系と検出光学
系とは構造的に一体化されており、光学系移動系は一体
化された照射光学系と検出光学系を圧電素子によって移
動させるものであってもよい。また、照射光学系と検出
光学系とを個別に移動可能とし、光学系移動系は照射光
学系を移動させる圧電素子と、検出光学系を移動させる
圧電素子とを備えていてもよい。
定器を備える。また、距離測定系は複数の静電容量式の
距離測定器を備えていてもよい。照射光学系と検出光学
系とは構造的に一体化されており、光学系移動系は一体
化された照射光学系と検出光学系を圧電素子によって移
動させるものであってもよい。また、照射光学系と検出
光学系とを個別に移動可能とし、光学系移動系は照射光
学系を移動させる圧電素子と、検出光学系を移動させる
圧電素子とを備えていてもよい。
【００１５】また、本発明による結晶欠陥計測装置は、
試料を移動させる試料移動系と、試料に対する侵入深さ
が異なる２波長の光を試料表面に斜方照射する照射光学
系と、試料表面の上方に配置された検出光学系とを含
み、検出光学系によって試料内部からの２波長の散乱光
を検出して試料の内部欠陥を計測する結晶欠陥計測装置
において、試料移動系は照明光学系による照射位置での
線速度が一定となるように試料を回転させながらその回
転中心を移動させるものであり、また、照射光学系及び
検出光学系よりも試料の移動方向上流側に位置して移動
している試料の表面高さを計測する距離測定系と、距離
測定系によって測定された試料の表面高さを記憶する記
憶系と、照射光学系及び検出光学系を試料表面に対して
垂直な方向に移動する光学系移動系と、光学系移動系を
制御する制御系とを備え、制御系は距離測定系によって
測定された試料の表面高さに基づいて試料の表面と照射
光学系及び検出光学系との間の距離が予め定められた値
となるように光学系移動系を制御することを特徴とす
る。試料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以
上異なることが好ましい。
試料を移動させる試料移動系と、試料に対する侵入深さ
が異なる２波長の光を試料表面に斜方照射する照射光学
系と、試料表面の上方に配置された検出光学系とを含
み、検出光学系によって試料内部からの２波長の散乱光
を検出して試料の内部欠陥を計測する結晶欠陥計測装置
において、試料移動系は照明光学系による照射位置での
線速度が一定となるように試料を回転させながらその回
転中心を移動させるものであり、また、照射光学系及び
検出光学系よりも試料の移動方向上流側に位置して移動
している試料の表面高さを計測する距離測定系と、距離
測定系によって測定された試料の表面高さを記憶する記
憶系と、照射光学系及び検出光学系を試料表面に対して
垂直な方向に移動する光学系移動系と、光学系移動系を
制御する制御系とを備え、制御系は距離測定系によって
測定された試料の表面高さに基づいて試料の表面と照射
光学系及び検出光学系との間の距離が予め定められた値
となるように光学系移動系を制御することを特徴とす
る。試料に対する２波長の光ビームの侵入深さは３倍以
上異なることが好ましい。
【００１６】制御系は、距離測定系によって表面高さの
測定が行われた計測点が検出光学系の下方に到達したと
き、記憶系に記憶された計測点の表面高さを読み出し、
試料の表面と照射光学系及び検出光学系との間の距離が
予め定められた値となるように光学系移動系を制御する
ものとすることができる。あるいは、記憶系に代えて距
離測定系によって表面高さの測定が行われた計測点が検
出光学系の下方に到達するのに要する時間だけ距離測定
系の出力を遅延する時間遅延系を備え、制御系は、時間
遅延系によって遅延された表面高さの情報に基づいて、
試料の表面と照射光学系及び検出光学系との間の距離が
予め定められた値となるように光学系移動系を制御する
ようにしてもよい。
測定が行われた計測点が検出光学系の下方に到達したと
き、記憶系に記憶された計測点の表面高さを読み出し、
試料の表面と照射光学系及び検出光学系との間の距離が
予め定められた値となるように光学系移動系を制御する
ものとすることができる。あるいは、記憶系に代えて距
離測定系によって表面高さの測定が行われた計測点が検
出光学系の下方に到達するのに要する時間だけ距離測定
系の出力を遅延する時間遅延系を備え、制御系は、時間
遅延系によって遅延された表面高さの情報に基づいて、
試料の表面と照射光学系及び検出光学系との間の距離が
予め定められた値となるように光学系移動系を制御する
ようにしてもよい。
【００１７】本発明では、焦点合わせのプローブとして
光を用いないため、焦点合わせのためのプローブ光が結
晶欠陥からの散乱光信号に雑音として重なることはな
い。また、コントラストが最大となる焦点合わせ方法で
はないため、試料表面に付着した異物に焦点が合うよう
なことはない。そして、本発明によると、照射光学系と
試料表面及び検出光学系と試料表面の位置関係が常に一
定な状態で計測を行うことができるため、常に一定の精
度で結晶の内部欠陥についての計測を行うことができ
る。
光を用いないため、焦点合わせのためのプローブ光が結
晶欠陥からの散乱光信号に雑音として重なることはな
い。また、コントラストが最大となる焦点合わせ方法で
はないため、試料表面に付着した異物に焦点が合うよう
なことはない。そして、本発明によると、照射光学系と
試料表面及び検出光学系と試料表面の位置関係が常に一
定な状態で計測を行うことができるため、常に一定の精
度で結晶の内部欠陥についての計測を行うことができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１及び図２に、本発明による結
晶欠陥計測装置の照射、検出光学系の概要を示す。図１
は照射、検出系の位置関係を説明する上面図、図２は側
面図である。ここでは、シリコンウェハの内部欠陥の検
出を例にとって説明する。試料、すなわちシリコンウェ
ハ１５上の微小な照射領域には、第１照射系４から第１
照射光１が照射され、第２照射系８から第２照射光５が
照射される。シリコンウェハ１５は試料ステージに保持
されて移動し、前記照射領域がシリコンウェハ１５上を
連続的に走査することでウェハの内部欠陥検出が連続的
に行われる。シリコンウェハ１５内部からの散乱光は、
対物レンズ９を介して検出される。後に詳述するよう
に、測長器センサ１４により、シリコンウェハ１５の測
定点が照射領域に入るのに先立って測定点までの距離を
計測し、その測定点が照射領域に入ったとき第１，第２
照射系４，８及び対物レンズ９との間が定められた距離
となるように制御する。
施の形態を説明する。図１及び図２に、本発明による結
晶欠陥計測装置の照射、検出光学系の概要を示す。図１
は照射、検出系の位置関係を説明する上面図、図２は側
面図である。ここでは、シリコンウェハの内部欠陥の検
出を例にとって説明する。試料、すなわちシリコンウェ
ハ１５上の微小な照射領域には、第１照射系４から第１
照射光１が照射され、第２照射系８から第２照射光５が
照射される。シリコンウェハ１５は試料ステージに保持
されて移動し、前記照射領域がシリコンウェハ１５上を
連続的に走査することでウェハの内部欠陥検出が連続的
に行われる。シリコンウェハ１５内部からの散乱光は、
対物レンズ９を介して検出される。後に詳述するよう
に、測長器センサ１４により、シリコンウェハ１５の測
定点が照射領域に入るのに先立って測定点までの距離を
計測し、その測定点が照射領域に入ったとき第１，第２
照射系４，８及び対物レンズ９との間が定められた距離
となるように制御する。
【００１９】第１照射光１としては、例えばシリコンウ
ェハ１５表面に対する偏光方向を偏光子によってｐ偏光
に調整した波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第二次高調
光を用いる。この第１照射光１を第１折り返しミラー２
で折り返し、第１集光レンズ３で集光して、入射光の光
軸がシリコンのブリュースター角（約７５度）となる方
向からシリコンウェハ１５の表面に照射する。ブリュー
スター角でのｐ偏光による照射は、シリコン表面での反
射を少なくして、内部欠陥への照射光強度の損失を低減
するためである。必ずしもこの条件で照射する必要はな
いが、この条件であることが望ましい。第２照射光５と
しては半導体レーザから得られた波長８１０ｎｍの光を
使用し、この第２照射光を第２折り返しミラー６で折り
返し、第２集光レンズ７で集光して、入射光の光軸がシ
リコンのブリュースター角（約７５度）となる方向から
シリコンウェハ１５に照射する。
ェハ１５表面に対する偏光方向を偏光子によってｐ偏光
に調整した波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第二次高調
光を用いる。この第１照射光１を第１折り返しミラー２
で折り返し、第１集光レンズ３で集光して、入射光の光
軸がシリコンのブリュースター角（約７５度）となる方
向からシリコンウェハ１５の表面に照射する。ブリュー
スター角でのｐ偏光による照射は、シリコン表面での反
射を少なくして、内部欠陥への照射光強度の損失を低減
するためである。必ずしもこの条件で照射する必要はな
いが、この条件であることが望ましい。第２照射光５と
しては半導体レーザから得られた波長８１０ｎｍの光を
使用し、この第２照射光を第２折り返しミラー６で折り
返し、第２集光レンズ７で集光して、入射光の光軸がシ
リコンのブリュースター角（約７５度）となる方向から
シリコンウェハ１５に照射する。
【００２０】第１照射光１と第２照射光５の波長として
は、シリコンウェハ１５に対する侵入深さが３倍以上異
なる２波長を選択する。これは、侵入深さが３倍以上異
なると、短波長が侵入できる深さ範囲において長波長の
減衰が約５０％となり、レーリー散乱理論より、長波長
の散乱光信号から散乱体の粒径を算出する際の誤差が１
０％以内と見積もられるためである。また、第１照射光
１と第２照射光５は、シリコンウェハ１５の表面のマイ
クロラフネスによる散乱光（ＨＡＺＥ）の影響を小さく
して、結晶欠陥の検出感度を向上させるため、直径５〜
１０μｍ程度の細いビームに絞ってシリコンウェハ１５
の表面に照射する。例えば照射光１，５のビーム径を約
５μｍとした場合、シリコンウェハ１５の表面には短径
が５μｍ、長径が２０μｍ程度の楕円形のビームスポッ
トが形成される。そこから照射光はシリコンウェハ１５
中に侵入し、深さ約０．５μｍまでの範囲の内部欠陥を
測定することができる。
は、シリコンウェハ１５に対する侵入深さが３倍以上異
なる２波長を選択する。これは、侵入深さが３倍以上異
なると、短波長が侵入できる深さ範囲において長波長の
減衰が約５０％となり、レーリー散乱理論より、長波長
の散乱光信号から散乱体の粒径を算出する際の誤差が１
０％以内と見積もられるためである。また、第１照射光
１と第２照射光５は、シリコンウェハ１５の表面のマイ
クロラフネスによる散乱光（ＨＡＺＥ）の影響を小さく
して、結晶欠陥の検出感度を向上させるため、直径５〜
１０μｍ程度の細いビームに絞ってシリコンウェハ１５
の表面に照射する。例えば照射光１，５のビーム径を約
５μｍとした場合、シリコンウェハ１５の表面には短径
が５μｍ、長径が２０μｍ程度の楕円形のビームスポッ
トが形成される。そこから照射光はシリコンウェハ１５
中に侵入し、深さ約０．５μｍまでの範囲の内部欠陥を
測定することができる。
【００２１】第１、第２照射系４，８からシリコンウェ
ハ１５内に入射した２波長の光は、シリコンウェハの内
部欠陥に当たると散乱される。散乱された光のうち前方
散乱光はウェハ外部へ再び戻ることはない。後方散乱光
のうち、シリコンと空気の界面による臨界角（約１４．
５度）より大きい角度の散乱光はシリコンウェハ１５の
表面で内部全反射し、ウェハ外部には到達しない。臨界
角より小さい散乱光のみがシリコンウェハ１５と空気の
界面を通過し、ウェハ外部に到達する。ウェハ外部に到
達した散乱光は対物レンズ９によって捕捉され、散乱光
１０として検知器に向かう。
ハ１５内に入射した２波長の光は、シリコンウェハの内
部欠陥に当たると散乱される。散乱された光のうち前方
散乱光はウェハ外部へ再び戻ることはない。後方散乱光
のうち、シリコンと空気の界面による臨界角（約１４．
５度）より大きい角度の散乱光はシリコンウェハ１５の
表面で内部全反射し、ウェハ外部には到達しない。臨界
角より小さい散乱光のみがシリコンウェハ１５と空気の
界面を通過し、ウェハ外部に到達する。ウェハ外部に到
達した散乱光は対物レンズ９によって捕捉され、散乱光
１０として検知器に向かう。
【００２２】次に、２波長での散乱光を用いた内部欠陥
の計測原理について説明する。シリコンの波長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
面での値の１／ｅになる侵入深さΓは次の〔数１〕で与
えられる。
の計測原理について説明する。シリコンの波長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
面での値の１／ｅになる侵入深さΓは次の〔数１〕で与
えられる。
【００２３】
【数１】Γ＝λ／２πｋ
したがって、空気中より入射角θで試料（シリコンウェ
ハ）に入射した照射光強度は、表面から深さＺのところ
では、シリコン中の屈折率が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。
ハ）に入射した照射光強度は、表面から深さＺのところ
では、シリコン中の屈折率が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。
【００２４】次に、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、照射光のウェハ表面入射角での透
過率をＴi、欠陥からの散乱光のウェハ内部から大気中
への透過率をＴsとしたとき、ウェハ表面より深さ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次の〔数２〕のように表
すことができる。
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、照射光のウェハ表面入射角での透
過率をＴi、欠陥からの散乱光のウェハ内部から大気中
への透過率をＴsとしたとき、ウェハ表面より深さ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次の〔数２〕のように表
すことができる。
【００２５】
【数２】Ｓ＝Ｔi・Ｔs・Ｉ・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，ｎ2、
侵入深さを各々Γ1，Γ2、照射光強度を各々Ｉ1，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、
散乱光透過率をそれぞれＴs1，Ｔs2とすると、次の〔数
３〕及び〔数４〕が成り立つ。
／cos(arcsin(sinθ／ｎ))]] 試料の波長λ1及びλ2に対する屈折率を各々ｎ1，ｎ2、
侵入深さを各々Γ1，Γ2、照射光強度を各々Ｉ1，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、
散乱光透過率をそれぞれＴs1，Ｔs2とすると、次の〔数
３〕及び〔数４〕が成り立つ。
【００２６】
【数３】Ｓ1＝Ｔi1・Ｔs1・Ｉ1・σ1・exp[−(２Ｚ／Γ1)
[１＋１／cos(arcsin(sinθ／ｎ1))]]
[１＋１／cos(arcsin(sinθ／ｎ1))]]
【００２７】
【数４】Ｓ2＝Ｔi2・Ｔs2・Ｉ2・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〔数
５〕が成立する。
[１＋１／cos(arcsin(sinθ／ｎ2))]] ただし、Γ1＜Γ2とする。〔数３〕と〔数４〕より〔数
５〕が成立する。
【００２８】
【数５】Ｚ＝Ｃ1・ln[Ｃ2(Ｓ2／Ｓ1)(σ1／σ2)]
ただし、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。
り、以下の式で定義される。
【００２９】
【数６】Ｃ1＝１／[(２／Γ1)(１＋１／[cos(arcsin(si
nθ／ｎ1))])−(２／Γ2)(１＋１／[cos(arcsin(sinθ
／ｎ2))])]
nθ／ｎ1))])−(２／Γ2)(１＋１／[cos(arcsin(sinθ
／ｎ2))])]
【００３０】
【数７】Ｃ1＝(Ｉ1／Ｉ2)(Ｔi1・Ｔs1／Ｔi2・Ｔs2)
Ｃ1とＣ2は装置定数であるので、(Ｓ2／Ｓ1)(σ1／σ2)
が分かればＺが求まる。ここで、(Ｓ2／Ｓ1)は信号強度
の比であり、測定量から求まる。更に、欠陥サイズ
（ｄ）が照射波長より十分に小さく、レーリー散乱領域
（目安として粒径０．２μｍ以下）であるとすると、各
波長についてσ∝ｄ-6λ-4の関係が成り立ち、σ1／σ2
＝（λ2／λ1）-4の関係が得られる。この条件を〔数
５〕に代入して、次の〔数８〕が得られる。
が分かればＺが求まる。ここで、(Ｓ2／Ｓ1)は信号強度
の比であり、測定量から求まる。更に、欠陥サイズ
（ｄ）が照射波長より十分に小さく、レーリー散乱領域
（目安として粒径０．２μｍ以下）であるとすると、各
波長についてσ∝ｄ-6λ-4の関係が成り立ち、σ1／σ2
＝（λ2／λ1）-4の関係が得られる。この条件を〔数
５〕に代入して、次の〔数８〕が得られる。
【００３１】
【数８】Ｚ＝Ｃ3・ln(Ｓ2／Ｓ1)＋Ｃ4
ただし、Ｃ3とＣ4も欠陥によらない装置定数である。以
上のようにして、波長λ1の散乱光強度Ｓ1と波長λ2に
おける散乱光強度Ｓ2から欠陥の深さＺが求められる。
上のようにして、波長λ1の散乱光強度Ｓ1と波長λ2に
おける散乱光強度Ｓ2から欠陥の深さＺが求められる。
【００３２】次に、吸収係数の大きい方の波長λ1で検
出される欠陥について、欠陥の粒径ｄを、吸収係数の小
さな波長λ2における散乱光強度Ｓ2を用いて次の〔数
９〕のように求めることができる。
出される欠陥について、欠陥の粒径ｄを、吸収係数の小
さな波長λ2における散乱光強度Ｓ2を用いて次の〔数
９〕のように求めることができる。
【００３３】
【数９】ln(ｄ)＝（１／６）ln(Ｓ2)＋Ｃ5
Ｃ5は欠陥によらない装置定数である。ただし、〔数
９〕が成り立つためには、波長λ1の侵入深さΓ1と波長
λ2の侵入深さΓ2について、Γ1≪Γ2の条件が必要であ
る。〔数９〕は、この条件下で、次のようにして導出さ
れる。すなわち、Ｚ＜Γ1≪Γ2を満足する欠陥につい
て、〔数４〕でＺ／Γ2≒０とおけるので、Ｃ6を欠陥に
よらない装置定数として、Ｓ2＝Ｃ6σ2となる。しか
も、レーリー散乱領域ではσ2∝ｄ-6が成り立つので、
〔数９〕が得られる。
９〕が成り立つためには、波長λ1の侵入深さΓ1と波長
λ2の侵入深さΓ2について、Γ1≪Γ2の条件が必要であ
る。〔数９〕は、この条件下で、次のようにして導出さ
れる。すなわち、Ｚ＜Γ1≪Γ2を満足する欠陥につい
て、〔数４〕でＺ／Γ2≒０とおけるので、Ｃ6を欠陥に
よらない装置定数として、Ｓ2＝Ｃ6σ2となる。しか
も、レーリー散乱領域ではσ2∝ｄ-6が成り立つので、
〔数９〕が得られる。
【００３４】このようにして、波長λ1における散乱光
強度Ｓ1と波長λ2における散乱光強度Ｓ2を検出して、
前記〔数８〕により内部欠陥の深さＺを求めることがで
き、〔数９〕により内部欠陥の大きさを求めることがで
きる。図１に戻って、波長λ1の第１照射光１を照射す
る第１照射系４、波長λ2の第２照射光５を照射する第
２照射系８、及び対物レンズ９は、それぞれ第１〜第３
圧電素子１１〜１３を介して共通の光学系ホールダ１７
に固定されている。ここで、第１照射系４、第２照射系
８及び対物レンズ９を一体化して、１個の圧電素子で駆
動するようにすることもできる。ただし、一体化すると
各照射系及び検出系の質量が大きくなるため圧電素子の
負荷が大きくなり、また応答性も低下するため、３個の
独立した圧電素子で駆動することが望ましい。
強度Ｓ1と波長λ2における散乱光強度Ｓ2を検出して、
前記〔数８〕により内部欠陥の深さＺを求めることがで
き、〔数９〕により内部欠陥の大きさを求めることがで
きる。図１に戻って、波長λ1の第１照射光１を照射す
る第１照射系４、波長λ2の第２照射光５を照射する第
２照射系８、及び対物レンズ９は、それぞれ第１〜第３
圧電素子１１〜１３を介して共通の光学系ホールダ１７
に固定されている。ここで、第１照射系４、第２照射系
８及び対物レンズ９を一体化して、１個の圧電素子で駆
動するようにすることもできる。ただし、一体化すると
各照射系及び検出系の質量が大きくなるため圧電素子の
負荷が大きくなり、また応答性も低下するため、３個の
独立した圧電素子で駆動することが望ましい。
【００３５】ここでは、第１、第２照射系４，８及び対
物レンズ９を独立させ、圧電素子としてそれぞれ可動範
囲が１００μｍ程度のものを使用した場合の制御方法に
ついて述べる。圧電素子による位置制御は、素子の伸縮
を利用しておりモータによる方法と比べると可動部がな
いため、ウェハの上面に配置する場合に可動部起因の異
物が付着しないので好適である。また、０．１μｍ以下
の微小な位置制御が容易であるという利点もある。
物レンズ９を独立させ、圧電素子としてそれぞれ可動範
囲が１００μｍ程度のものを使用した場合の制御方法に
ついて述べる。圧電素子による位置制御は、素子の伸縮
を利用しておりモータによる方法と比べると可動部がな
いため、ウェハの上面に配置する場合に可動部起因の異
物が付着しないので好適である。また、０．１μｍ以下
の微小な位置制御が容易であるという利点もある。
【００３６】欠陥の測定時に、試料であるシリコンウェ
ハ１５は図１に示した矢印１６の方向に移動する。すな
わち試料１５上の測定点は、照射光の照射領域及び検出
系の検出領域に先んじて測長器センサ１４の真下を通過
し、光学系ホールダ１７との距離が計測される。測長器
センサは複数個設置してもよい。例えば、対物レンズ９
に対して対称の位置に第２の測長器センサ１４′を設置
して、２個の測長器センサ１４，１４′で測定した距離
の平均値を対物レンズ９とシリコンウェハ１５の距離に
反映させてもよい。また、２個の測長器センサの設置場
所は、図１に示したように測定点の移動経路上ではな
く、第１照射系４及び第２照射系８の近傍、すなわち２
個の測長器センサを結ぶ線が試料移動方向１６と直交す
るように設置してもよい。
ハ１５は図１に示した矢印１６の方向に移動する。すな
わち試料１５上の測定点は、照射光の照射領域及び検出
系の検出領域に先んじて測長器センサ１４の真下を通過
し、光学系ホールダ１７との距離が計測される。測長器
センサは複数個設置してもよい。例えば、対物レンズ９
に対して対称の位置に第２の測長器センサ１４′を設置
して、２個の測長器センサ１４，１４′で測定した距離
の平均値を対物レンズ９とシリコンウェハ１５の距離に
反映させてもよい。また、２個の測長器センサの設置場
所は、図１に示したように測定点の移動経路上ではな
く、第１照射系４及び第２照射系８の近傍、すなわち２
個の測長器センサを結ぶ線が試料移動方向１６と直交す
るように設置してもよい。
【００３７】シリコンウェハに対する照射光の全面走査
は、シリコンウェハを回転移動させるとともに中心を並
進移動させることによって、スパイラル状に走査する。
走査に関しては回転の角速度をωとし、測定位置の回転
中心からの距離をｒとしたときにｒ×ωが常に一定とな
るように、すなわち線速度が一定となるように制御して
行う。照射領域を散乱体が通過した瞬間に、パルス的な
散乱光が発生する。散乱体としては試料（シリコンウェ
ハ）１５内に含まれる酸素析出物（ＳｉＯ2粒子）や転
移等の結晶欠陥、その他にウェハ表面に付着した異物な
どがある。
は、シリコンウェハを回転移動させるとともに中心を並
進移動させることによって、スパイラル状に走査する。
走査に関しては回転の角速度をωとし、測定位置の回転
中心からの距離をｒとしたときにｒ×ωが常に一定とな
るように、すなわち線速度が一定となるように制御して
行う。照射領域を散乱体が通過した瞬間に、パルス的な
散乱光が発生する。散乱体としては試料（シリコンウェ
ハ）１５内に含まれる酸素析出物（ＳｉＯ2粒子）や転
移等の結晶欠陥、その他にウェハ表面に付着した異物な
どがある。
【００３８】測長器センサ１４としてセンサ径が５ｍｍ
程度、距離検出可能範囲が±２５０μｍ程度の静電容量
式の距離センサを使用することにより、光をプローブと
して使用した焦点合わせ方法に比べて、パルス的な散乱
光信号に距離測定用のプローブ光が雑音として重なるこ
とを回避することができる。また、コントラストを向上
させる目的の焦点合わせ方法に比べて、ウェハ表面に付
着した粒径の大きな異物上面に焦点が合うことを避ける
ことができる。
程度、距離検出可能範囲が±２５０μｍ程度の静電容量
式の距離センサを使用することにより、光をプローブと
して使用した焦点合わせ方法に比べて、パルス的な散乱
光信号に距離測定用のプローブ光が雑音として重なるこ
とを回避することができる。また、コントラストを向上
させる目的の焦点合わせ方法に比べて、ウェハ表面に付
着した粒径の大きな異物上面に焦点が合うことを避ける
ことができる。
【００３９】測長器センサ１４は、散乱光測定のための
照射領域及び検出領域よりも時間的に先んじて試料上の
点を通過し、また角速度一定で試料を走査しているた
め、測定点が測長器センサ１４の中心下方を通ってから
対物レンズ９の真下に到達するまでの時間は常に一定と
なる。この一定の時間分、測長器センサ１４の出力を遅
延させて第１〜第３圧電素子１１〜１３の位置を上下に
変動させて、照射系４，８と試料１５との距離及び検出
系９と試料１５との距離が常に一定となるように制御す
る。また、測長器センサ１４の出力は時間的に遅延させ
ずに、メモリ等の記憶装置を設けておき、一旦記憶装置
に記憶したのち、測長器センサ１４で距離を測定した試
料上の測定点が対物レンズ９の中心を通過するタイミン
グでこれを読み出して圧電素子１１〜１３を制御しても
よい。
照射領域及び検出領域よりも時間的に先んじて試料上の
点を通過し、また角速度一定で試料を走査しているた
め、測定点が測長器センサ１４の中心下方を通ってから
対物レンズ９の真下に到達するまでの時間は常に一定と
なる。この一定の時間分、測長器センサ１４の出力を遅
延させて第１〜第３圧電素子１１〜１３の位置を上下に
変動させて、照射系４，８と試料１５との距離及び検出
系９と試料１５との距離が常に一定となるように制御す
る。また、測長器センサ１４の出力は時間的に遅延させ
ずに、メモリ等の記憶装置を設けておき、一旦記憶装置
に記憶したのち、測長器センサ１４で距離を測定した試
料上の測定点が対物レンズ９の中心を通過するタイミン
グでこれを読み出して圧電素子１１〜１３を制御しても
よい。
【００４０】図３は焦点合わせのための制御系を表すブ
ロック図であり、図４は焦点合わせのための制御の流れ
を示すフローチャートである。圧電素子制御部２０〜２
２に測長器センサ制御部２４から向かう信号をＳgapと
おき、Ｄ／Ａ変換器２７から圧電素子制御部２０〜２２
に向かう信号をＳdaとおく。減算回路３０はＳgap−Ｓ
da＝Ｓcntの結果を圧電素子制御部２０〜２２に出力す
る。
ロック図であり、図４は焦点合わせのための制御の流れ
を示すフローチャートである。圧電素子制御部２０〜２
２に測長器センサ制御部２４から向かう信号をＳgapと
おき、Ｄ／Ａ変換器２７から圧電素子制御部２０〜２２
に向かう信号をＳdaとおく。減算回路３０はＳgap−Ｓ
da＝Ｓcntの結果を圧電素子制御部２０〜２２に出力す
る。
【００４１】図４に示すステップ１において、圧電素子
をそのストロークの中間位置に固定する。そのために、
試料１５を試料ステージ１９に搭載した後、ＣＰＵ２６
は入力切換部２９を制御し、Ｓgapを接地するようにし
ておく。すなわちＳgapは０である。ＣＰＵ２６はＤ／
Ａ変換器２７に対し、圧電素子１１〜１３の可動範囲の
中心位置、この場合は５０μｍ程度をオフセットとして
減じた量だけ圧電素子が変位するように信号を与える。
減算回路３０は、接地信号（＝０）と５０μｍ分の変位
量の信号（これをＳ50とおく）の差（Ｓ50）を第１〜第
３圧電素子制御部２０〜２２に与える。これによって、
圧電素子１１〜１３は、光学系４，８及び対物レンズ９
を最上部から５０μｍだけ下方向の位置（ストロークの
中間位置）に固定する。
をそのストロークの中間位置に固定する。そのために、
試料１５を試料ステージ１９に搭載した後、ＣＰＵ２６
は入力切換部２９を制御し、Ｓgapを接地するようにし
ておく。すなわちＳgapは０である。ＣＰＵ２６はＤ／
Ａ変換器２７に対し、圧電素子１１〜１３の可動範囲の
中心位置、この場合は５０μｍ程度をオフセットとして
減じた量だけ圧電素子が変位するように信号を与える。
減算回路３０は、接地信号（＝０）と５０μｍ分の変位
量の信号（これをＳ50とおく）の差（Ｓ50）を第１〜第
３圧電素子制御部２０〜２２に与える。これによって、
圧電素子１１〜１３は、光学系４，８及び対物レンズ９
を最上部から５０μｍだけ下方向の位置（ストロークの
中間位置）に固定する。
【００４２】次に、ステップ２において、散乱光強度が
最大となるようＺ軸ステージ１８を移動し（粗動）、こ
のときの測長器センサ制御部２４の出力信号をＳrefと
して記憶する。そのために、まず、第１照射光１または
第２照射光５の試料表面からの散乱光強度が最大となる
位置に、光学系ホールダ１７をＺ軸ステージ１８によっ
て上下方向に移動する。移動は、ＣＰＵ２６がＺ軸ステ
ージ制御部２３を制御して行う。この散乱光強度が最大
となる位置が測長器センサ１４の測定可能範囲のほぼ中
心位置となるよう予め配置しておく。散乱光強度が最大
となるＺ軸方向位置に移動した後、ＣＰＵ２６は、散乱
光強度が最大となる位置での測長器センサ制御部２４か
らの信号をＡ／Ｄ変換器２５に取り込み記憶する。その
信号量をＳrefとおく。
最大となるようＺ軸ステージ１８を移動し（粗動）、こ
のときの測長器センサ制御部２４の出力信号をＳrefと
して記憶する。そのために、まず、第１照射光１または
第２照射光５の試料表面からの散乱光強度が最大となる
位置に、光学系ホールダ１７をＺ軸ステージ１８によっ
て上下方向に移動する。移動は、ＣＰＵ２６がＺ軸ステ
ージ制御部２３を制御して行う。この散乱光強度が最大
となる位置が測長器センサ１４の測定可能範囲のほぼ中
心位置となるよう予め配置しておく。散乱光強度が最大
となるＺ軸方向位置に移動した後、ＣＰＵ２６は、散乱
光強度が最大となる位置での測長器センサ制御部２４か
らの信号をＡ／Ｄ変換器２５に取り込み記憶する。その
信号量をＳrefとおく。
【００４３】続くステップ３において、Ｄ／Ａ変換器２
７の出力として、Ｓda＝Ｓref−Ｓ5 0を出力するように
する。そして、ステップ４において、信号入力切換部２
９を制御して、測長器センサ制御部２４からの信号が減
算回路３０に到達するようにする。以上によって、圧電
素子１１〜１３はステップ５に示す制御状態となる。す
なわち、試料測定中の測長器センサ制御部２４の信号の
Ｓrefからのずれ量をＮとおくと、測定中の測長器セン
サ制御部２４からの出力はＳref＋Ｎとなる。減算回路
３０は、Ｓcnt＝Ｓgap−Ｓdaを第１〜第３圧電素子制御
部２０〜２２に与えるが、その信号量は次の〔数１０〕
のように、第１〜第３圧電素子１１〜１３の変位量は５
０μｍに測定中の距離変位量Ｎを加えたものとなる。こ
うして、圧電素子１１〜１３は圧電素子のストロークの
中間位置から試料１５表面の距離変動分だけ上下に移動
することで、照射系４，８と試料１５までの距離及び検
出系９と試料１５までの距離を一定に保つことができ
る。
７の出力として、Ｓda＝Ｓref−Ｓ5 0を出力するように
する。そして、ステップ４において、信号入力切換部２
９を制御して、測長器センサ制御部２４からの信号が減
算回路３０に到達するようにする。以上によって、圧電
素子１１〜１３はステップ５に示す制御状態となる。す
なわち、試料測定中の測長器センサ制御部２４の信号の
Ｓrefからのずれ量をＮとおくと、測定中の測長器セン
サ制御部２４からの出力はＳref＋Ｎとなる。減算回路
３０は、Ｓcnt＝Ｓgap−Ｓdaを第１〜第３圧電素子制御
部２０〜２２に与えるが、その信号量は次の〔数１０〕
のように、第１〜第３圧電素子１１〜１３の変位量は５
０μｍに測定中の距離変位量Ｎを加えたものとなる。こ
うして、圧電素子１１〜１３は圧電素子のストロークの
中間位置から試料１５表面の距離変動分だけ上下に移動
することで、照射系４，８と試料１５までの距離及び検
出系９と試料１５までの距離を一定に保つことができ
る。
【００４４】
【数１０】Ｓcnt＝Ｓgap−Ｓda＝（Ｓref＋Ｎ）−（Ｓ
ref−Ｓ50）＝Ｓ50＋Ｎ 測長器センサ１４が距離を測定する位置と、照射領域、
検出領域は位置が異なるが、ＣＵＰ２６は試料ステージ
制御部２８を介して試料ステージ１９を線速度を一定と
して試料を走査させているため、試料１５内の散乱体が
両者間を移動する時間は常に一定である。そのため、減
算回路３０と第１〜第３圧電素子制御部２０〜２２の間
に、遅延回路を設け、移動時間分だけ圧電素子１１〜１
３の制御を遅らせてもよいし、減算回路３０の出力を記
憶しておき、移動時間後にこれを読み出して圧電素子１
１〜１３を制御してもよい。このように測定点が照射領
域に達する前に距離測定を行うことにより、圧電素子１
１〜１３を能動的に制御できるため、より正確な焦点合
わせを行うことができる。
ref−Ｓ50）＝Ｓ50＋Ｎ 測長器センサ１４が距離を測定する位置と、照射領域、
検出領域は位置が異なるが、ＣＵＰ２６は試料ステージ
制御部２８を介して試料ステージ１９を線速度を一定と
して試料を走査させているため、試料１５内の散乱体が
両者間を移動する時間は常に一定である。そのため、減
算回路３０と第１〜第３圧電素子制御部２０〜２２の間
に、遅延回路を設け、移動時間分だけ圧電素子１１〜１
３の制御を遅らせてもよいし、減算回路３０の出力を記
憶しておき、移動時間後にこれを読み出して圧電素子１
１〜１３を制御してもよい。このように測定点が照射領
域に達する前に距離測定を行うことにより、圧電素子１
１〜１３を能動的に制御できるため、より正確な焦点合
わせを行うことができる。
【００４５】結晶欠陥の計測は、上記の焦点合わせ機能
を働かせた状態で以下の様に行う。照射領域を散乱体が
通過した瞬間に、パルス的な散乱光が対物レンズ９によ
って集光される。対物レンズ９で集光された散乱光の２
波長成分は、例えばダイクロイックミラーを用いて第１
照射光と第２照射光を分離し、別々の検知器で検知す
る。検知器の出力が事前に設定したしきい値を越えたと
きに、図３のＣＰＵ２６はステージ制御部２８を介して
パルス散乱光発生時のｒ及びθ座標を読み取り、記録ま
たは記憶する。同時に、第１照射光１及び第２照射光５
の散乱光強度を読み取って記憶または記録する。こうし
て検出された、第１及び第２照射光による散乱光の強度
Ｓ1，Ｓ2から、前記〔数８〕及び〔数９〕によって、欠
陥の深さ及び大きさを求めることができる。
を働かせた状態で以下の様に行う。照射領域を散乱体が
通過した瞬間に、パルス的な散乱光が対物レンズ９によ
って集光される。対物レンズ９で集光された散乱光の２
波長成分は、例えばダイクロイックミラーを用いて第１
照射光と第２照射光を分離し、別々の検知器で検知す
る。検知器の出力が事前に設定したしきい値を越えたと
きに、図３のＣＰＵ２６はステージ制御部２８を介して
パルス散乱光発生時のｒ及びθ座標を読み取り、記録ま
たは記憶する。同時に、第１照射光１及び第２照射光５
の散乱光強度を読み取って記憶または記録する。こうし
て検出された、第１及び第２照射光による散乱光の強度
Ｓ1，Ｓ2から、前記〔数８〕及び〔数９〕によって、欠
陥の深さ及び大きさを求めることができる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、光を斜方入射させて散
乱体からの散乱光を垂直方向で検出する結晶欠陥計測装
置において、試料を回転、並進運動させての試料測定中
にも照射系と試料との距離及び検出系と試料との距離を
一定に保ち、かつ照射領域と検出領域の相対位置を一定
に保つことができ、ウェハの全面測定時においても一定
の測定精度を得ることができる。
乱体からの散乱光を垂直方向で検出する結晶欠陥計測装
置において、試料を回転、並進運動させての試料測定中
にも照射系と試料との距離及び検出系と試料との距離を
一定に保ち、かつ照射領域と検出領域の相対位置を一定
に保つことができ、ウェハの全面測定時においても一定
の測定精度を得ることができる。
【図１】本発明による結晶欠陥計測装置の照射、検出光
学系の概要を示す上面図。
学系の概要を示す上面図。
【図２】本発明による結晶欠陥計測装置の照射、検出光
学系の概要を示す側面図。
学系の概要を示す側面図。
【図３】焦点合わせのための制御系を表すブロック図。
【図４】焦点合わせのための制御の流れを示すフローチ
ャート。
ャート。
１…第１照射光、２…第１折り返しミラー、３…第１集
光レンズ、４…第１照射系、５…第２照射光、６…第２
折り返しミラー、７…第２集光レンズ、８…第２照射
系、９…対物レンズ、１０…散乱光、１１…第１圧電素
子、１２…第２圧電素子、１３…第３圧電素子、１４…
測長器センサ、１５…試料（シリコンウェハ）、１６…
試料移動方向、１７…光学系ホールダ、１８…Ｚ軸ステ
ージ、１９…試料ステージ、２０…第１圧電素子制御
部、２１…第２圧電素子制御部、２２…第３圧電素子制
御部、２３…Ｚ軸ステージ制御部、２４…測長器センサ
制御部、２５…Ａ／Ｄ変換器、２６…ＣＰＵ、２７…Ｄ
／Ａ変換器、２８…ステージ制御部、２９…入力切換
部、３０…減算回路
光レンズ、４…第１照射系、５…第２照射光、６…第２
折り返しミラー、７…第２集光レンズ、８…第２照射
系、９…対物レンズ、１０…散乱光、１１…第１圧電素
子、１２…第２圧電素子、１３…第３圧電素子、１４…
測長器センサ、１５…試料（シリコンウェハ）、１６…
試料移動方向、１７…光学系ホールダ、１８…Ｚ軸ステ
ージ、１９…試料ステージ、２０…第１圧電素子制御
部、２１…第２圧電素子制御部、２２…第３圧電素子制
御部、２３…Ｚ軸ステージ制御部、２４…測長器センサ
制御部、２５…Ａ／Ｄ変換器、２６…ＣＰＵ、２７…Ｄ
／Ａ変換器、２８…ステージ制御部、２９…入力切換
部、３０…減算回路
─────────────────────────────────────────────────────
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 児玉 佳孝
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
(56)参考文献 特開 平８−35937（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−69149（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−41424（ＪＰ，Ａ)
国際公開97／35162（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/84 - 21/958
H01L 21/64 - 21/66
G01B 11/00 - 11/30
Claims (3)
- 【請求項１】 試料を移動させる試料移動系と、試料に
対する侵入深さが異なる２波長の光を試料表面に斜方照
射する照射光学系と、試料表面の上方に配置された検出
光学系とを含み、前記検出光学系によって試料内部から
の前記２波長の散乱光を検出して試料の内部欠陥を計測
する結晶欠陥計測装置において、 前記試料移動系は前記照明光学系による照射位置での線
速度が一定となるように試料を回転させながらその回転
中心を移動させ、 前記照射光学系及び検出光学系よりも試料の移動方向上
流側に位置して移動している試料の表面高さを計測する
距離測定系と、前記照射光学系及び検出光学系を試料表
面に対して垂直な方向に移動する光学系移動系と、前記
光学系移動系を制御する制御系とを備え、前記制御系は
前記距離測定系によって測定された試料の表面高さに基
づいて試料の表面と前記照射光学系及び検出光学系との
間の距離が予め定められた値となるように前記光学系移
動系を制御することを特徴とする結晶欠陥計測装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の結晶欠陥計測装置におい
て、前記距離測定系によって測定された試料の表面高さ
を記憶する記憶系を有し、前記制御系は、前記距離測定
系によって表面高さの測定が行われた計測点が前記検出
光学系の下方に到達したとき、前記記憶系に記憶された
前記計測点の表面高さを読み出し、試料の表面と前記照
射光学系及び検出光学系との間の距離が予め定められた
値となるように前記光学系移動系を制御することを特徴
とする結晶欠陥計測装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の結晶欠陥計測装置におい
て、前記距離測定系によって表面高さの測定が行われた
計測点が前記検出光学系の下方に到達するのに要する時
間だけ前記距離測定系の出力を遅延する時間遅延系を備
え、前記制御系は、前記時間遅延系によって遅延された
表面高さの情報に基づいて、試料の表面と前記照射光学
系及び検出光学系との間の距離が予め定められた値とな
るように前記光学系移動系を制御することを特徴とする
結晶欠陥計測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02613498A JP3375876B2 (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | 結晶欠陥計測方法及び結晶欠陥計測装置 |
| US09/245,195 US6108079A (en) | 1998-02-06 | 1999-02-05 | Method for measuring crystal defect and equipment using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02613498A JP3375876B2 (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | 結晶欠陥計測方法及び結晶欠陥計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11223607A JPH11223607A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3375876B2 true JP3375876B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=12185095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02613498A Expired - Fee Related JP3375876B2 (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | 結晶欠陥計測方法及び結晶欠陥計測装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6108079A (ja) |
| JP (1) | JP3375876B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2000235636A (ja) * | 1998-12-14 | 2000-08-29 | Hitachi Ltd | 欠陥情報を利用した情報媒体 |
| US6486946B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-11-26 | Ade Corporation | Method for discriminating between holes in and particles on a film covering a substrate |
| JP2001082925A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Sony Corp | 紫外光の焦点位置制御機構及び方法、並びに、検査装置及び方法 |
| KR101055005B1 (ko) * | 2002-12-16 | 2011-08-05 | 벨트로닉스인코포레이티드 | 낮은 속도의 검사를 최적화하는 방법, 및 신호대 잡음비, 해상도, 또는 초점 품질을 희생시키지 않는 형광광의 적용 방법 |
| GB0308182D0 (en) * | 2003-04-09 | 2003-05-14 | Aoti Operating Co Inc | Detection method and apparatus |
| JP2007501942A (ja) * | 2003-05-19 | 2007-02-01 | マイクロ−エプシロン・メステヒニク・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カー・ゲー | 好適に円形エッジを有する物体の品質を光学的に制御する光学的試験方法及び光学的試験装置 |
| WO2006066139A2 (en) * | 2004-12-19 | 2006-06-22 | Ade Corporation | System and method for inspecting a workpiece surface by analyzing scattered in a front quartersphere region above the workpiece |
| US7548308B2 (en) * | 2005-05-11 | 2009-06-16 | Kla-Tencor Corporation | Illumination energy management in surface inspection |
| US20070000434A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Accent Optical Technologies, Inc. | Apparatuses and methods for detecting defects in semiconductor workpieces |
| TWI391645B (zh) * | 2005-07-06 | 2013-04-01 | Nanometrics Inc | 晶圓或其他工作表面下污染物及缺陷非接觸測量之差分波長光致發光 |
| TWI439684B (zh) | 2005-07-06 | 2014-06-01 | Nanometrics Inc | 具自晶圓或其他工件特定材料層所發射光致發光信號優先偵測之光致發光成像 |
| US20070008526A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-11 | Andrzej Buczkowski | Apparatus and method for non-contact assessment of a constituent in semiconductor workpieces |
| US20070176119A1 (en) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Accent Optical Technologies, Inc. | Apparatuses and methods for analyzing semiconductor workpieces |
| JP5279992B2 (ja) | 2006-07-13 | 2013-09-04 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 表面検査方法及び装置 |
| JP5295160B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2013-09-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 表面検査装置及び表面検査方法 |
| WO2012016233A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | First Solar, Inc. | Photoluminescence measurement tool and associated method |
| US9402036B2 (en) | 2011-10-17 | 2016-07-26 | Rudolph Technologies, Inc. | Scanning operation with concurrent focus and inspection |
| JP6230887B2 (ja) * | 2013-11-29 | 2017-11-15 | 住友化学株式会社 | 半導体評価装置、半導体ウェハの評価方法および半導体ウェハの製造方法 |
| FR3049710B1 (fr) * | 2016-03-31 | 2020-06-19 | Unity Semiconductor | Procede et systeme d'inspection par effet doppler laser de plaquettes pour la microelectronique ou l'optique |
| CN108828009B (zh) * | 2018-04-09 | 2021-07-06 | 中国石油大学(华东) | 一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法 |
| CN114018698B (zh) * | 2021-10-20 | 2024-03-15 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种利用可控加工损伤测算复合材料本征强度的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4988886A (en) * | 1989-04-06 | 1991-01-29 | Eastman Kodak Company | Moire distance measurement method and apparatus |
| JP3158446B2 (ja) * | 1990-12-13 | 2001-04-23 | 株式会社ニコン | 表面位置検出装置及び表面位置検出方法、並びに露光装置、露光方法及び半導体製造方法 |
| JPH04337403A (ja) * | 1991-05-14 | 1992-11-25 | Olympus Optical Co Ltd | 光集積型変位センサー |
| JPH07335706A (ja) * | 1994-06-03 | 1995-12-22 | Nec Corp | ワイヤの高さ測定装置 |
| JP3431300B2 (ja) * | 1994-09-02 | 2003-07-28 | オリンパス光学工業株式会社 | 顕微鏡用自動焦点検出装置 |
| JP3458481B2 (ja) * | 1994-09-29 | 2003-10-20 | 株式会社日立製作所 | 自動焦点合わせ装置 |
| KR100245805B1 (ko) * | 1995-03-10 | 2000-04-01 | 가나이 쓰도무 | 검사방법 및 장치 또 이것을 사용한 반도체장치의 제조방법 |
| US5903342A (en) * | 1995-04-10 | 1999-05-11 | Hitachi Electronics Engineering, Co., Ltd. | Inspection method and device of wafer surface |
-
1998
- 1998-02-06 JP JP02613498A patent/JP3375876B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-02-05 US US09/245,195 patent/US6108079A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11223607A (ja) | 1999-08-17 |
| US6108079A (en) | 2000-08-22 |
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