(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に応力を印加していない状態と応力を印加した状態とにおいて該被検査体内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で該被検査体の面に照射しその散乱光を検出することにより被検査体の欠陥を検査する方法であって、
前記被検査体に応力を印加していない状態で前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光をＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
前記被検査体に応力を印加した状態で前記応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光をＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記被検査体に応力を印加た状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向を所定の閾値と対比し、前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた散乱光の偏光方向と前記被検査体に応力を印加した状態で求められた散乱光の偏光方向との差が所定の閾値を超える時に被検査体における欠陥がクラックまたは空洞欠陥であると判別し、該所定の閾値を超えない時に他の種類の欠陥であると判別することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、
からなることを特徴とする欠陥を検査する方法。
【請求項２】
前記被検査体の面上の位置において照射された光の散乱光を暗視野に配置された偏光分離手段によりＰ偏光の偏光成分とＳ偏光の偏光成分とに分離し各成分光の強度を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項３】
前記被検査体を高さ調整部材を介して真空チャック上に載置し、前記被検査体に対し真空チャックによる吸引作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項１−２のいずれか１項に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項４】
前記被検査体を圧電素子を介して真空チャック上に載置し、前記被検査体に対し真空チャックによる吸引作用を加えるとともに圧電素子の作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項１−２のいずれか１項に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項５】
前記被検査体を加熱ステージ上に載置した状態で前記被検査体の加熱及び／または冷却を行って前記被検査体に熱応力を生じさせることにより応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項１−２のいずれか１項に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項６】
前記被検査体に対し超音波を作用させることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項１−２のいずれか１項に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項７】
前記被検査体が半導体製造用のシリコンウエハであり、照射する光として赤外光を用いて内部の空洞欠陥の検出を行うようにしたことを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の欠陥を検査する方法。
【請求項８】
被検査体の支持部と、前記支持部に載置された被検査体に応力を印加する状態と応力を印加しない状態とに切換え可能な応力印加手段と、前記支持部に支持された前記被検査体の面にポラライザーを介して前記被検査体内に浸透し得る波長の光を該面に対して斜め方向に照射する光源装置と、前記被検査体と光源装置とを相対的に移動させるための走査駆動部と、前記被検査体に照射された光の散乱光を受ける暗視野の位置に配設された偏光分離手段と、該偏光分離手段により分離されたＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とを別個に検出するＰ偏光受光部及びＳ偏光受光部とを有する受光手段と、前記応力印加手段における応力の印加状態及び前記走査駆動部における前記被検査体と前記光源装置との相対的移動を含む動作の制御を行う制御部と、前記被検査体に応力を印加した状態と印加しない状態とにおいてそれぞれ前記受光手段により検出されたＰ偏光の成分光及びＳ偏光の成分光の強度とそれらの比として求められた偏光方向とを所定の閾値と対比し前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた散乱光の偏光方向と前記被検査体に応力を印加した状態で求められた散乱光の偏光方向との差が所定の閾値を超える時に被検査体における欠陥がクラックまたは空洞欠陥であると判別し該所定の閾値を超えない時に他の種類の欠陥であると判別することにより前記被検査体における欠陥の検出及び／または欠陥の種類の判別を行う演算処理部と、を備えてなることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
前記偏光分離手段がビームディスプレーサであり、前記受光手段がＣＣＤ撮像装置であって、前記ビームディスプレーサにより分離されたＰ偏光及びＳ偏光の成分光による像をＣＣＤ上に結像させるようにしたものであることを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記偏光分離手段が偏光ビームスプリッタであり、前記受光手段が前記偏光ビームスプリッタにより分離されたＰ偏光及びＳ偏光の成分光による像をそれぞれＣＣＤ上に結像させる別個のＣＣＤ撮像装置であることを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記被検査体の支持部が高さ調整部材を介して載置された前記被検査体に吸引作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加する真空チャックを備えたものであることを特徴とする請求項８−１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記被検査体の支持部が真空チャックと、該真空チャックの上側に配設された圧電素子とを備え、該圧電素子上に載置された前記被検査体に対して前記真空チャックによる吸引作用を加えた状態で前記圧電素子による変形作用を付加することにより前記被検査体に応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項８−１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記被検査体の支持部が加熱ステージ及び／または冷却ステージとして形成され、前記加熱ステージ及び／または冷却ステージ上に載置された前記被検査体の加熱及び／または冷却を行って前記被検査体に熱応力を生じさせることにより応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項８−１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記被検査体の支持部に載置された前記被検査体に対し超音波を作用させるための超音波発生手段を備え、該超音波発生手段により前記被検査体に超音波を付加することにより前記被検査体に応力を印加するようにしたことを特徴とする請求項８−１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記光源装置が赤外光を発生するものであり、前記被検査体としての半導体製造用のシリコンウエハにおける内部の空洞欠陥を検出するようにしたことを特徴とする請求項８−１４のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の欠陥を検査する方法及び欠陥検査装置に関し、特に半導体ウエハのように高度の均質性が要求される被検査体の欠陥の検出及び／または分類を行う欠陥を検査する方法及び欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、ウエハの内部に存在する欠陥は、製品としての半導体デバイスの電気的な特性の劣化、不良の原因となる。そのため、半導体装置を製造するにあたっては、半導体製造前の段階のウエハ、あるいは製造工程に入って表面に工程処理のなされたウエハに対し欠陥の検査を行う。欠陥があるウエハにそのまま工程処理を行っていくと、最終的な半導体の製品として不良品になるので、あらかじめ欠陥の除去を行っておく必要がある。
【０００３】
近年において、半導体デバイスの集積度が増すとともに、デバイスを構成するパターンの微細化が進む中で、検出すべきウエハの欠陥のサイズも小さくなり、それだけ高い欠陥の検出能力が必要となっている。また、欠陥の検出には、破壊的方法と非破壊的方法があり、前者はウエハをエッチング液で溶かしたり、物理的に削るなどにより、欠陥を表面に出し、顕微鏡や電子顕微鏡などで観察するものである。しかしながら、この方法で検査したウエハは半導体デバイスの製造には使用できなくなる。
【０００４】
非破壊的な検査の方法としては、電気的方法、光や超音波を用いた非接触検査方法がある。電気的な検査の方法は、ウエハに電極を付けたり、プローブを押しつけたりして、ウエハに電気信号を与え、電気信号の変化からウエハに欠陥が存在することを検出するものであるが、欠陥の位置を決めることが難しいこと、電極等による接触が必要なこともあり、製品の製造段階でのウエハに用いることはできない。
【０００５】
超音波による欠陥検出は、被検査体に超音波を印加して、欠陥から反射される超音波を検出器で検出する方法である。金属等の光が透過しない材料の内部の欠陥でも検出できることから、パッケージ内部の検査等に使用されるが、検出限界や分解能の点でウエハの欠陥や異物を高分解能で検出するのには使われない。
【０００６】
光を用いた検査方法は、欠陥や異物による散乱光を暗視野や明視野の光学系で検出し、欠陥の位置を同時に検出するものである。ウエハ内部の欠陥検出にはシリコンに対して透明なレーザーが使用され、表面ないし表層の欠陥の検出には可視光レーザーが使用される。
【０００７】
光、超音波を用いた欠陥の検査について、次のような文献に開示されている。
特許文献１には、被検査体に電磁超音波を送信するとともに、その超音波による被検査体の励振部分と同じ部分にレーザーを向け、その反射信号に基づいて被検査体の欠陥、板厚等を検出するようにした配管、鋼材等の被検査体の超音波探傷方法について記載されている。
【０００８】
特許文献２には、被検査物に対して超音波振動子から表面弾性波を入射するとともに、被検査物の表面にレーザーを照射し、その反射光を受光して、信号処理装置によりレーザーの出射光と反射光との周波数の差を検出し、その差によって被検査物の振動速度を測定し欠陥を検出する欠陥検出装置について記載されている。
【０００９】
特許文献３には、被測定物面にパルスレーザーを照射して弾性波を生じさせ、連続発振の信号用のレーザーをパルスレーザーと同軸上に被測定物面に照射し、被測定物面の散乱面及び弾性波の影響を受けた反射光をレーザー干渉計に入射して周波数成分の変化を検出することにより被測定物の内部欠陥を検出する材料非破壊検査方法、装置について記載されている。
【００１０】
特許文献４には、半導体ウエハ等の被検査物にレーザーを照射し、被検査物からの反射散乱光を複数方向で検知し、検知結果を比較して反射散乱光の指向性を検出することにより被検査物における傷等の欠陥と異物とを区別して検出することについて記載されている。
【００１１】
特許文献５には、被検査試料にレーザーを入射させ、その散乱光、発光を複数の異なる波長帯に分割して撮像装置に結像させ、得られた複数の画像から欠陥の内容を識別する欠陥検査方法について記載されている。
【００１２】
特許文献６には、半導体ウエハ等の面に対し、入射角度が異なるように設定され、発振のタイミングをずらせた２つのパルス発振レーザーを照射し、一方のレーザーはパーティクルとピットの両方で散乱光を生じ、他方のレーザーはピットによる散乱光が少なくなるように設定して、両方の散乱光の検出結果からパーティクルかピットかを弁別する検査方法について記載されている。
【００１３】
特許文献７、８には、被検物体に入射させるレーザーの波長を変えた場合に、反射率Ｒが極大値になる波長λ１と極小値になる波長λ２とを求めておき、波長λ１，λ２のレーザーをそれぞれ被検物体に入射させた時の光情報を得ることにより、被検物体のごく表層近傍の欠陥と表面の欠陥を区別するようにした欠陥の検出方法について、またその場合に、レーザーが被検物体に斜めに入射し上方に配置した顕微鏡により欠陥の散乱像を全体的に観察することについて記載されている。
【００１４】
特許文献９には、ウエハ表面にレーザーを照射して走査させ、ウエハ表面で反射あるいは散乱した光を、入射光に対する受光角度が異なる（高角度、低角度）複数の受光系で受光し、これら複数の受光系における受光強度比に基づく標準粒子換算サイズの差異を求め、欠陥の形態、種類を判別するようにした半導体ウエハ表面の検査方法について記載されている。
【００１５】
特許文献１０は本発明者によるものであり、超音波をウエハに印加した状態及び印加していない状態においてウエハ表面にレーザーを照射し、空洞欠陥によって散乱した光の強度の超音波印加前後における変化をポラライザーとクロスニコルに配置した受光手段により検出し、その強度変化から異物を判断するものである。
【００１６】
特許文献１、２においては、内部の空洞欠陥を高分解能で検出することはできないものである。特許文献３においては、内部欠陥の有無を検出するが、超音波による材料表面の散乱面の影響を信号光で検出するものであり、コンクリート構造物の非破壊検査には適合するが、半導体ウエハ等の内部欠陥を高分解能で検出するのには適合しないものである。
【００１７】
特許文献４、５においては、反射散乱光の指向性や波長帯域との関係から欠陥の内容を識別するのであるが、やはり、内部欠陥を精度よく検出するのには適合しないものである。また、特許文献６においては、２つのパルスレーザーをタイミングをずらして照射するため、構成、制御機構が複雑になるとともに、パーティクルやピットのような表面の欠陥は検出できても、内部の空洞欠陥を検出するのには適合しない。
【００１８】
特許文献７、８においては、波長の違いによって表面の欠陥と内部の欠陥とを区別して検出するが、欠陥が内部の空洞欠陥であるか否かを判別することはできない。
特許文献９において、異なる受光角度での散乱光強度比に基づいて散乱体の標準粒子換算サイズの数値の組み合わせから、ウエハ表面の欠陥の種類、形態を判別するが、ウエハ内部の空洞欠陥について判別することはできない。
【００１９】
特許文献１０における手法では、表層の異物を検査する場合に、超音波によって表面が変位し、その結果散乱強度が変化するために誤った検出をすることがあり、また、Ｐ偏光あるいはＳ偏光のみを検出しているために欠陥の分類が十分にできないなどの問題がある。
【００２０】
【特許文献１】特開昭６２−１７７４４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８７２９号公報
【特許文献３】特開２００５−１４７８１３号公報
【特許文献４】特開２００２−１８８９９９号公報
【特許文献５】特開平１１−２１１６６８号公報
【特許文献６】特開２０００−２１６２０８号公報
【特許文献７】特開平１０−２９３１０１号公報
【特許文献８】特開平１０−２９３１０２号公報
【特許文献９】特許３６６４１３４号公報
【特許文献１０】特開２００８−８７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述したように、半導体ウエハ等の被検査体の欠陥の検査において、従来の電気的な検査、あるいは光、応力を用いた欠陥の検査においても、表層のクラックなどを検出することはできなかった。半導体ウエハのような被検査体の場合、欠陥の種類によりその除去方法や再生可能性は異なるので、被検査体に欠陥が存在することだけでなく、それとともに欠陥の種類を判別することが必要とされ、そのため被検査体表面の異物、表層のクラックと内部の析出物等の欠陥を区別して高分解能で検出でき、欠陥を分類できるように欠陥の検査行うことが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、請求項１に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、被検査体に応力を印加していない状態と応力を印加した状態とにおいて該被検査体内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で該被検査体の面に照射しその散乱光を検出することにより被検査体の欠陥を検査する方法であって、前記被検査体に応力を印加していない状態で前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光をＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、前記被検査体に応力を印加した状態で前記応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光をＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記被検査体に応力を印加た状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向を所定の閾値と対比し、前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた散乱光の偏光方向と前記被検査体に応力を印加した状態で求められた散乱光の偏光方向との差が所定の閾値を超える時に被検査体における欠陥がクラックまたは空洞欠陥であると判別し、該所定の閾値を超えない時に他の種類の欠陥であると判別することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、からなるものである。
【００２３】
請求項１を引用する請求項２に係る発明は、前記被検査体の面上の位置において照射された光の散乱光を暗視野に配置された偏光分離手段によりＰ偏光の偏光成分とＳ偏光の偏光成分とに分離し各成分光の強度を求めるようにしたものである。
【００２５】
請求項１−２のいずれか１項を引用する請求項３に係る発明は、前記被検査体を高さ調整部材を介して真空チャック上に載置し、前記被検査体に対し真空チャックによる吸引作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたものである。
【００２６】
請求項１−２のいずれか１項を引用する請求項４に係る発明は、前記被検査体を圧電素子を介して真空チャック上に載置し、前記被検査体に対し真空チャックによる吸引作用を加えるとともに圧電素子の作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたものである。
【００２７】
請求項１−２のいずれか１項を引用する請求項５に係る発明は、前記被検査体を加熱ステージ上に載置した状態で前記被検査体の加熱及び／または冷却を行って前記被検査体に熱応力を生じさせることにより応力を印加するようにしたものである。
【００２８】
請求項１−２のいずれか１項を引用する請求項６に係る発明は、前記被〜検査体に対し超音波を作用させることにより前記被検査体に応力を印加するようにしたものである。
【００２９】
請求項１−６のいずれか１項を引用する請求項７に係る発明は、前記被検査体が半導体製造用のシリコンウエハであり、照射する光として赤外光を用いて内部の空洞欠陥の検出を行うようにしたものである。
【００３０】
請求項８に係る発明による欠陥検査装置は、被検査体の支持部と、前記支持部に載置された被検査体に応力を印加する状態と応力を印加しない状態とに切換え可能な応力印加手段と、前記支持部に支持された前記被検査体の面にポラライザーを介して前記被検査体内に浸透し得る波長の光を該面に対して斜め方向に照射する光源装置と、前記被検査体と光源装置とを相対的に移動させるための走査駆動部と、前記被検査体に照射された光の散乱光を受ける暗視野の位置に配設された偏光分離手段と、該偏光分離手段により分離されたＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とを別個に検出するＰ偏光受光部及びＳ偏光受光部とを有する受光手段と、前記応力印加手段における応力の印加状態及び前記走査駆動部における前記被検査体と前記光源装置との相対的移動を含む動作の制御を行う制御部と、前記被検査体に応力を印加した状態と印加しない状態とにおいてそれぞれ前記受光手段により検出されたＰ偏光の成分光及びＳ偏光の成分光の強度とそれらの比として求められた偏光方向とを所定の閾値と対比し前記被検査体に応力を印加していない状態で求められた散乱光の偏光方向と前記被検査体に応力を印加した状態で求められた散乱光の偏光方向との差が所定の閾値を超える時に被検査体における欠陥がクラックまたは空洞欠陥であると判別し該所定の閾値を超えない時に他の種類の欠陥であると判別することにより前記被検査体における欠陥の検出及び／または欠陥の種類の判別を行う演算処理部と、を備えてなるものである。
【００３１】
請求項８を引用する請求項９に係る発明は、前記偏光分離手段がビームディスプレーサであり、前記受光手段がＣＣＤ撮像装置であって、前記ビームディスプレーサにより分離されたＰ偏光及びＳ偏光の成分光による像をＣＣＤ上に結像させるようにしたものである。
【００３２】
請求項８を引用する請求項１０に係る発明は、前記偏光分離手段が偏光ビームスプリッタであり、前記受光手段が前記偏光ビームスプリッタにより分離されたＰ偏光及びＳ偏光の成分光による像をそれぞれＣＣＤ上に結像させる別個のＣＣＤ撮像装置であるようにしたものである。
【００３３】
請求項８−１０のいずれか１項を引用する請求項１１に係る発明は、前記被検査体の支持部が高さ調整部材を介して載置された前記被検査体に吸引作用を加えることにより前記被検査体に応力を印加する真空チャックを備えたものである。
【００３４】
請求項８−１０のいずれか１項を引用する請求項１２に係る発明は、前記被検査体の支持部が真空チャックと、該真空チャックの上側に配設された圧電素子とを備え、該圧電素子上に載置された前記被検査体に対して前記真空チャックによる吸引作用を加えた状態で前記圧電素子による変形作用を付加することにより前記被検査体に応力を印加するようにしたものである。
【００３５】
請求項８−１０のいずれか１項を引用する請求項１３に係る発明は、前記被検査体の支持部が加熱ステージ及び／または冷却ステージとして形成され、前記加熱ステージ及び／または冷却ステージ上に載置された前記被検査体の加熱及び／または冷却を行って前記被検査体に熱応力を生じさせることにより応力を印加するようにしたものである。
【００３６】
請求項８−１０のいずれか１項を引用する請求項１４に係る発明は、前記被検査体の支持部に載置された前記被検査体に対し超音波を作用させるための超音波発生手段を備え、該超音波発生手段により前記被検査体に超音波を付加することにより前記被検査体に応力を印加するようにしたものである。
【００３７】
請求項８−１４のいずれか１項を引用する請求項１５に係る発明は、前記光源装置が赤外光を発生するものであり、前記被検査体としての半導体製造用のシリコンウエハにおける内部の空洞欠陥を検出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明による被検査体の欠陥の検査においては、偏光を与えたレーザーを被検査体面に照射し、その散乱光のＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを同時に計測し、応力を印加した場合と印加しない場合とを比較することによって、被検査体における欠陥を検出するとともに、内部析出物、空洞欠陥、表面の異物ないしスクラッチ、表層のクラックというような欠陥を検出し、さらにその種類を特定し、欠陥を分類することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明においては、高度の均一性を有する被検査体の表面に、被検査体内部に浸透し得る波長の光を照射しその散乱を測定、分析することにより欠陥の検査を行うものである。被検査体としては、ＩＣ等の半導体回路作製のためのウエハ、回折格子等の光学機能素子作製のための基板、超格子構造体、ＭＥＭＳ構造体、液晶パネル用のガラス、レチクル等があり、これらは高度の均一性を有することが重要である。
【００４０】
被検査体においてその機能上支障となる欠陥としては、図１に示すように、表層におけるクラックａ、表面の異物（上ゴミ）ないしスクラッチｂ、内部における析出物ｃ、空洞欠陥ｄ等がある。このような欠陥が存在する素材を用いて製作された半導体回路や光学機能素子等の製品は、その欠陥のために本来の機能が損なわれることにもなるので、あらかじめ検査し、修復除去可能か使用不能かを判別することが必要である。
【００４１】
本発明において、被検査体に照射する光は被検査体の内部に浸透し得る波長の光であり、レーザーやハロゲンランプ光を分光しビーム状にしたもの等が用いられる。ここではレーザーを用いた場合について説明する。被検査体は、前述のような高度の均一性を有するものであるが、代表的なものとして半導体回路作製用のシリコンウエハの場合について説明する。
【００４２】
被検査体の内部に浸透し得る波長のレーザーにポラライザー（偏光子）により偏光を与えた上でウエハの表面に対し斜めに照射してその散乱光を暗視野に配置した光検出手段で検出し、このような散乱光の検出を応力を印加した状態と印加していない状態とのウエハについて行い、検出した結果の分析を行って欠陥の検出、分類を行う。ポラライザーによる偏光は、直線偏光のほか楕円偏光でもよい。
【００４３】
ウエハの結晶内部の空洞欠陥の場合、ウエハに応力を印加していない状態では、結晶内部の欠陥による散乱光は入射光の偏光方向を保存し、被検査体に応力を印加した状態では偏光状態が変化することが知られている。
【００４４】
ウエハに応力を印加するかしないかにより散乱光の偏光状態が異なることについてさらに考えてみると、結晶内部の空洞欠陥（ＣＯＰ）では空洞とシリコンとの弾性率が大きく異なるため、応力を印加することにより、この近辺で弾性歪みが生じる。結晶内部の空洞欠陥は、一般的に８面体の形状であり、空洞の角近傍では特に応力が集中し、このような局所的な空洞近辺の結晶構造における歪場により、散乱光に通常散乱で生じないような方向に偏光した散乱波が含まれることになる、というように結晶内部の空洞欠陥では、応力の作用により、入射光に対して散乱光の偏光状態が変化するという光弾性効果が生じる。そのため、結晶内部の空洞欠陥による散乱光については、応力を印加した状態と印加していない状態とで検出される散乱光の状態が異なるようになる。
【００４５】
ウエハ、またはウエハ上に形成された絶縁膜（酸化膜）表層のクラックは、クラック先端に応力が集中し光弾性効果を示すため、空洞と同様に応力の印加によって偏光方向が変化する。
【００４６】
これに対して、被検査体の表面の異物の場合には、内部の空洞欠陥とは異なり、散乱の際に偏光状態が変化することが知られている。しかし、表面の異物の場合、周囲が真空やガスであるため、応力を印加した時の光弾性効果が弱く、応力を印加したことによって偏光状態が特に変化することはない。
【００４７】
また、被検査体内部の析出物の場合には、空洞欠陥と同様に散乱光の偏光方向は入射光の偏光方向と等しいことが実験的に確認されている。しかし、一般に析出物の弾性定数が大きいため、歪場による応力は小さく光弾性効果は弱い。
【００４８】
ウエハ面にレーザーを照射した時に欠陥がない箇所では散乱光は生ずることがなく、そのため暗視野に配置された２次元光検出手段では散乱光が検出されることない。欠陥がある個所では２次元光検出手段で散乱光が検出され、散乱光は例えば図２のように、黒の背景において散乱光による明るいスポットが偏在する画像として検出される。
【００４９】
図３は欠陥を検出し、また欠陥を種類に応じて分類する本発明による被検査体の検査の原理を概略的に示すものであり、前述のように被検査体Ｗに偏光を与えたレーザーが入射し、欠陥により散乱すること、また欠陥の種類により散乱の状況、偏光方向の変化が異なるという特性を用いるものである。被検査体Ｗに対して内部に浸透し得る波長のレーザーＬＢをポラライザーＰにより偏光を与えた上で入射ビームＩＢとしてウエハＷの面に対し斜めに照射し、ウエハＷの表面、表層または内部における欠陥Ｄにより散乱したレーザーＳＢを暗視野に配置したビームディスプレーサＢＤにより偏光分離させる。ＳＦはウエハに応力が印加される状況で欠陥の周りに応力場があることを表している。
【００５０】
方解石によるビームディスプレーサＢＤを用いた場合、Ｐ偏光成分のビームとＳ偏光成分のビームとが２ｍｍ程度分離（方解石の長さによって決まる）する。このようなビームをＣＣＤカメラで撮像すると、図４に示すようにＰ偏光成分光による画像（ＰＩ）とＳ偏光成分光による画像（ＳＩ）が別々の画像となるように分離して示された画像として撮像される。同じ欠陥についての散乱光による輝点の分布画像（ＰＩ，ＳＩ）において輝点の分布パターンは近似したものになるが、それぞれの輝点の輝度等の特徴は、Ｐ偏光成分光によるものとＳ偏光成分光によるものでは異なったものとなる。
【００５１】
そこで、Ｐ偏光成分光による画像（ＰＩ）と、Ｓ偏光成分光による画像（ＳＩ）とにおける輝点を特徴づける値をそれぞれ求め、両成分光における値の比をとる。この特徴づける値としては、各画像における輝点の積分強度値を求める。輝点の積分強度値は輝点の周辺を含むエリアにおける画素の輝度値をこのエリア内で積分したものであり、このエリアとしては輝度のピーク箇所の位置と、ピーク箇所における輝度値と、ピーク箇所における輝度値と背景の輝度値との平均である中間輝度値となる位置とを求め、ピーク箇所の位置を中心としピーク箇所から中間輝度値となる位置までの距離の２倍を一辺とする正方形を考え、それを輝度の積分のエリアとする。
【００５２】
画像（ＰＩ）における各輝点について積分強度値を求め、その輝点の位置と積分強度値とのデータを記憶しておく。同様に、画像（ＳＩ）における各輝点について積分輝度値を求め、その輝点の位置と積分強度値とのデータを記憶しておく。このようにウエハの面にレーザーを照射して散乱光の生じる位置における散乱光強度（積分強度値）と輝点の存在する位置のデータとを取得し記憶する操作を、ウエハに応力を印加していない状態とウエハに応力を印加した状態とについてそれぞれ行う。
【００５３】
その上で、被検査体における同じ位置における応力を印加していない状態での散乱光の偏光方向と応力を印加した状態での散乱光の偏光方向とを比較してその偏光方向の差を求め、その差がある閾値を超えるか否かを判別し、これを欠陥の種類判別の指標とする。本発明において、偏光は直線偏光のほか楕円偏光でもよい。楕円偏光の場合、長軸の方向を偏光の方向とする。
【００５４】
各輝点について求められた積分強度値として表される偏光強度をもとに、図５に示すように散乱光の偏光方向を求める。図５においてＰ偏光強度は画像（ＰＩ）におけるある輝点についての偏光強度であり、Ｓ偏光強度は画像（ＳＩ）における対応する輝点についての偏光強度である。Ｐ偏光強度とＳ偏光強度との比は正接関数（tangent）に相当し、偏光方向を表すものである。偏光方向はＰ偏光強度とＳ偏光強度との比として求められる量であり、入射光についてもこの偏光方向が求められる。
【００５５】
図６（ａ）は入射光の偏光方向の例を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）の偏光方向となる入射光がウエハにおける欠陥により散乱した光の偏光方向の例を示す。散乱光の偏光方向は、散乱体（欠陥）に応じてさまざまになるが、一般的に入射光の偏光方向から若干変化する。
【００５６】
図７（ａ），（ｂ）はクラックや空洞欠陥が存在しない場合と、存在する場合との対比を示し、図７（ａ）はクラックや空洞欠陥が存在せず応力の印加により偏光方向が変化していない場合を示すとして、クラックや空洞欠陥が存在する場合には応力の印加により図７（ｂ）のように偏光方向が変化する。
【００５７】
応力を印加しない状態と印加した状態とで散乱光の偏光方向の差がある閾値を超える程度に大きくなる場合、この散乱光はクラックや結晶内部の空洞欠陥によるものであり、応力を印加しない状態と印加した状態とで散乱光の偏光方向の差がある閾値より小さく、それほど変化していない場合には、この散乱光が表面の異物か析出物によるものであると考えられる、というように、散乱光の検出結果をもとに欠陥の分類がなされる。この閾値は、ウエハを含む被検査体の種類や、欠陥の形態により異なったものとなり、被検査体の種類等に応じた値をあらかじめ求めておく。
【００５８】
このような偏光方向の変化があるかないかということと、偏光の強度に応じて欠陥の種類を分類することができ、分類表としてみると表１のようになる。
【表１】
0005007979.tif 000002
表１では入射光の偏光方向をＳ偏光としており、これは一般に内部欠陥を観察するのにＳ偏光成分を用いることによるものである。それぞれの欠陥による偏光方向の変化について示すと次のようである。
【００５９】
〔内部析出物〕
散乱光は入射光の偏光方向を保存することが実験的に確認されており、応力印加なしの場合、そのまま散乱し偏光方向の変化はない。応力印加により異物の周りに応力場が生じ、散乱光強度が変化するが、その効果は小さく、偏光方向の変化も閾値以下である。
【００６０】
〔空洞欠陥〕
内部の空洞欠陥では内部析出物と同様に、散乱光の偏光方向が保存される。よって、応力印加なしの場合は内部析出物と同様である。応力印加により空洞欠陥の周りに応力場が存在して、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに変化が生じ、その結果偏光方向に変化が生じる。
【００６１】
〔表面異物またはスクラッチ〕
表面異物は、偏光解消効果によって、偏光方向を保存しない。よってＰ偏光を入射しても強いＳ偏光成分が観測される。応力印加なしの場合に入射光の偏光方向と散乱光の偏光方向とが大きく異なるならば、その時点で欠陥が表面異物であると判断される。（応力を印加しても、表面異物の周囲には一般に微弱な応力場しか存在しないため、偏光方向の変化はない。）
【００６２】
〔クラック〕
クラックは表面から内部に達する欠陥であり、空洞欠陥と同様に考えられる。また、クラックはその先端の曲率半径が非常に小さいため、空洞欠陥よりも大きな応力が集中し、空洞欠陥より偏光方向の変化が大きい。
【００６３】
図８、図９は、応力印加手段として超音波発生手段を用いた場合の偏光成分強度を測定した結果を示している。図８（ａ）は被検査体としてのシリコンウエハに超音波を作用させていない時の散乱光のＰ偏光及びＳ偏光の強度の超音波周波数に応じた変化を示し、●はＰ偏光、○はＳ偏光を表している。図８（ｂ）はＰ偏光の強度とＳ偏光の強度との比から求めた偏光方向を示している。このように、超音波を作用させていない時には偏光方向はほぼ一定の値となる。
【００６４】
図９（ａ）はシリコンウエハに超音波を作用させた時の散乱光のＰ偏光及びＳ偏光の強度の超音波周波数に応じた変化を示し、●はＰ偏光、○はＳ偏光を表している。図９（ｂ）はＰ偏光の強度とＳ偏光の強度との比から求めた偏光方向を示している。超音波を作用させた時には全体として偏光方向が変化し、その中で特に超音波周波数７０ｋＨｚ近くでは約２°だけ偏光方向が変化している。
【００６５】
図８、図９のように応力印加していない時と、印加した時との散乱光の偏光成分強度から被検査体における欠陥が検出され、また、表１を参照してその種類が判別される。
【００６６】
被検査体に照射する光の波長により照射した時の表面からの侵入長に差があり、被検査体の材質や表面からどの程度の深さまでを観察するかという条件に応じて照射光の種類や波長を選択する。半導体回路作製用のウエハの場合、可視光レーザーでは侵入長が表面から数ミクロン程度であるのに対し、赤外光レーザーではウエハ内部の全体に及ぶので、ウエハ内部の空洞欠陥の検出に適合する。また、ウエハ上に形成された酸化膜は、可視光に対して透明であり、膜中のクラックや空洞欠陥が検出可能である。
【００６７】
ウエハ等の被検査体に応力を印加するには、被検査体に何らかの変形を与えるのであり、被検査体を真空チャックに載置し吸引作用を加えるもの、圧電素子を介して吸引作用を加えるもの、加熱作用によるもの、超音波を作用させるもの等、種々の形態があり、具体的には欠陥検出装置との関係において説明する。
被検査体の欠陥を検出する工程のフローを示すと、図１０のようになる。
【００６８】
〔欠陥検出装置〕 
本発明による被検査体の欠陥検査装置の１つの形態を示した図１１を参照して説明する。ここでの被検査体としては半導体回路作製用のシリコンウエハの場合について、また、照射する光としてレーザーを用いた場合について説明する。
【００６９】
図１１において、１はＸＹステージであり、基台１ａとその上に載架されＸＹ方向に駆動可能な台板１ｂとからなる。２はＸＹステージ１の台板１ｂ上に取り付けられたウエハＷを載置するための被検査体固定装置であり、この例では真空チャックを用いる。３は板状の圧電素子であり、この上側にウエハＷが載置されウエハ固定装置２としての真空チャックと圧電素子３とは、真空チャックによる吸引とともに圧電素子の作用によってウエハＷに曲げ変形作用が与えられものであり、ウエハ内への応力印加手段を構成している。
【００７０】
４はレーザー装置であり、シリコンのウエハ内に侵入可能な波長、例えば３７５ｎｍの波長のレーザーを用いる。５はレーザーに偏光を与えるポラライザーであり、６は集光レンズ、Ｍは反射鏡である。７はポラライザー５により偏光を与えられウエハの面に斜めに入射する入射ビーム（ＩＢ）がウエハＷ面に入射して散乱した散乱光ＳＢを受ける暗視野位置に配置されたＣＣＤ撮像装置であり、８はその対物レンズ、９は対物レンズを透過した光を偏光分離するビームディスプレーサである。
【００７１】
１０は駆動制御部であり、ＸＹステージ１によるウエハＷのＸＹ方向の移動制御、被検査体固定装置４としての真空チャックによる吸引動作制御、圧電素子の動作制御、レーザー装置の動作制御を行う。２０はＣＣＤ撮像装置により撮像された散乱光による画像のデータについて演算処理を行うための画像解析処理装置であり、画像解析処理に必要な記憶手段を備えている。２１はＣＣＤ撮像装置により得られた画像、解析処理結果等を表示するためのディスプレイである。
【００７２】
図１２（ａ）〜（ｃ）はウエハ固定装置２及び応力印加手段の形態の例を示すものであり、（ａ）は図６における、真空チャックと圧電素子を組み合わせたものである。ウエハ固定手段としての真空チャックＶＣは真空ポンプＶＰの吸引作用により圧電素子を介して載置されたウエハＷに吸引作用を与える。圧電素子ＰＺＴには圧電素子駆動部ＰＺＴＤから印加される電圧により動作しウエハＷに変形作用を与え、ウエハＷに応力が印加される。
【００７３】
図１２（ｂ）は真空チャックＶＣのみの作用でウエハＷに応力を印加するものである。この場合、（ａ）のような圧電素子はなく、それに相当する厚み分の高さ調整部材ＡＳが設けられ、その上側にウエハＷが載置され、真空チャックＶＣの作用によりウエハＷへの変形、応力印加作用がなされる。
【００７４】
図１２（ｃ）は、加熱装置ＨＳによりウエハＷに応力を印加するものである。被検査体が酸化シリコンの被覆層を有するシリコン層からなる半導体回路作製用のウエハの場合では、全体として熱膨張係数が一様でない媒体であるために加熱による変形が一様でないことにより応力が生じる。また、単一の素材からなるもので全体が熱膨張した場合にもクラック等の欠陥の周辺部においてある程度の応力集中が生じることにもなる。
【００７５】
このように被検査体の材質において何らかの非均一性がある場合に加熱により内部に応力が生じることになるが、被検査体の材質が均一とみられる場合にも、加熱のし方によりよって被検査体の内部に応力を生じるようにすることができる。そのような加熱のし方としては、被検査体の加熱する範囲を複数の領域に分け、各領域において異なる加熱量となる加熱手段ないし冷却手段を配置し加熱ないし冷却の作用をさせて被検査体における加熱状態が非均一になり内部に応力が生じるようにすることができる。例えば、被検査体の一方の面側を加熱手段により加熱し他方の面側を冷却手段により冷却するということによっても、上面と下面とにおいて熱膨張の差が生じて内部に応力が生じるようにすることができる。
【００７６】
被検査体に応力を印加する手段としては、これらの形態以外に、被検査体の中央付近だけを浮かして下方に吸引するもの等、種々の手法が考えられる。また、被検査体がシリコンウエハでない場合に被検査体に対して治具を介して直接引っ張り、ねじり、せん断、曲げ荷重を与えて応力を印加するという手法も適用される。さらに、被検査体固定手段において超音波発生手段を備えて被検査体に超音波を作用させることにより応力を印加するものがある。超音波の作用の場合、被検査体がマクロな形で変形するのではないが、超音波での振動作用によりミクロな形での応力が加わると言える。このように、対象となる被検査体の種類、条件に応じて適宜応力印加手段を選択して用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、ＩＣ等の半導体回路作製のためのウエハ、回折格子等の光学機能素子作製のための基板、超格子構造体、ＭＥＭＳ構造体、液晶パネル用のガラス、レチクルのような高度の均一性を有する材質で構成された被検査体における欠陥を検出し、欠陥の種類を分類することにより、被検査体の品質の評価、欠陥除去のし方の判別のために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】被検査体における欠陥の例を示す図である。
【図２】被検査体面にレーザーを照射した際の欠陥による散乱光の結像パターンの例を概略的に示す図である。
【図３】本発明による被検査体の検査の原理を概略的に示す図である。
【図４】図３においてビームディスプレーサにより分離された異なる偏光成分光を１つのの面に結像した例を示す図である。
【図５】成分光強度と偏光方向の関係を表す図である。
【図６】（ａ）入射光の偏光方向の例を示す図である。（ｂ）欠陥による散乱光の偏光方向の例を示す図である。
【図７】被検査体に応力を印加した時の偏光方向の例を示す図であり、（ａ）欠陥がない場合、（ｂ）欠陥がある場合を示すものである。
【図８】（ａ）応力印加手段としての超音波を作用させていない時における欠陥による散乱光強度の超音波周波数に応じた変化を示す図であり、（ｂ）両偏光成分の強度の比から求めた偏光方向の超音波周波数に応じた変化を示す図である。
【図９】（ａ）応力印加手段としての超音波を作用させた時における欠陥による散乱光強度の超音波周波数に応じた変化を示す図であり、（ｂ）両偏光成分の強度の比から求めた偏光方向の超音波周波数に応じた変化を示す図である。
【図１０】本発明による被検査体の欠陥検査の方法を示すフロー図である。
【図１１】本発明による欠陥検査装置の構成を例示する図である。
【図１２】図６の欠陥検査装置における応力印加手段の例を示す図であり、（ａ）真空チャックと圧電素子によるもの、（ｂ）真空チャックによるもの、（ｃ）加熱手段によるものを示す。
【符号の説明】
【００７９】
１      ＸＹステージ
１ａ  基台
１ｂ  台板
２      被検査体固定装置（真空チャックＶＣ）
３      圧電素子
４      レーザー装置
５      ポラライザー（Ｐ）
６      集光レンズ
７      ＣＣＤ撮像装置
８      対物レンズ
９      ビームディスプレーサ（ＢＤ）
１０    駆動制御部
２０    画像解析処理装置
２１    ディスプレイ
Ｗ      ウエハ
Ｍ      反射鏡
ＬＢ    レーザー
ＩＢ    入射ビーム
ＳＢ    散乱光
Ｄ      欠陥
ＡＳ    高さ調整部材
ＳＦ    応力場
ＰＩ    Ｐ偏光成分光による画像
ＳＩ    Ｓ偏光成分光による画像
ａ      クラック
ｂ      表面異物
ｃ      内部析出物
ｄ      空洞欠陥
【図１】
0005007979.tif 000003
【図２】
0005007979.tif 000004
【図３】
0005007979.tif 000005
【図４】
0005007979.tif 000006
【図５】
0005007979.tif 000007
【図６】
0005007979.tif 000008
【図７】
0005007979.tif 000009
【図８】
0005007979.tif 000010
【図９】
0005007979.tif 000011
【図１０】
0005007979.tif 000012
【図１１】
0005007979.tif 000013
【図１２】
0005007979.tif 000014