專利名稱：表面晶體缺陷的測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評價半導(dǎo)體基片晶體的裝置，特別地涉及一種測量硅基片中諸如析出物，層錯之類的晶體缺陷的存在密度和尺寸，以及距晶體表面的深度的測量方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著LSI(大規(guī)模集成電路)的集成度的提高，出現(xiàn)了因構(gòu)成LSI的MOS(金屬-氧化物半導(dǎo)體)晶體管的缺陷引起的成品率和可靠性降低的嚴(yán)重問題。MOS晶體管的缺陷，主要是由門氧化膜的絕緣破壞和接合處的泄漏電流過大引起的。后者尤其在DRAM(必須有記憶保持動作的動態(tài)隨機存取存儲器)中存在引起被稱作刷新缺陷的信息丟失現(xiàn)象的問題。許多這樣的MOS晶體管的缺陷，是直接地或間接地由硅基片中的晶體缺陷造成的。缺陷對器件的影響，因缺陷的存在密度和尺寸、以及距表面的深度而異，因此測量這些量的技術(shù)是十分重要的。
與上述缺陷測量技術(shù)相關(guān)的有如下的公知例。有把硅基片切開，沿其斷面(與試樣表面法線方向垂直)照射穿透硅晶體的紅外線，用照相機攝下從硅晶體的微小缺陷來的散射光像的方法。該方法叫做紅外線散射層析X線攝影法(tomography)，例如在“晶體生長雜志”第88卷(1988年)P332中有詳細(xì)記載。在該方法中可以測得微小區(qū)域的缺陷分布，但必須把試樣切開，是一種破壞性的測量方法，試樣準(zhǔn)備需要時間。在該技術(shù)中，光束在與檢測方向垂直的方向照射掃描，由照射光束的直徑確定深度的分辨率，且該分辨率受限制于照射光的波長(約1μm)。
在日本特開平5-264468號公報中記載的公知技術(shù)中，紅外線斜射入試樣，用紅外線攝影機對從試樣內(nèi)部缺陷來的散射光像進(jìn)行二維觀察，將散射光像各部分深度與其視野中的位置對應(yīng)起來測量各缺陷的深度。這時深度的分辨率取決于光學(xué)成像性能(焦深)，是波長和折射率的乘積，至多4μm。
下面結(jié)合圖2說明日本特開平6-50902號公報中記載的現(xiàn)有的半導(dǎo)體基片表面晶體缺陷測量方法。用激光照射基片表面，旋轉(zhuǎn)基片，用透鏡把基片上發(fā)出的散射光聚焦到檢測器進(jìn)行檢測。設(shè)置有將得到的檢測信號分割成高頻帶、中頻帶和低頻帶的頻帶分割電路，將分割后的各缺陷檢測信號分別數(shù)字化的多個A/D轉(zhuǎn)換電路以及把數(shù)字化的各缺陷檢測信號作為缺陷數(shù)據(jù)存儲于各缺陷檢測位置對應(yīng)的地址的多個存儲器。數(shù)據(jù)處理部分對各缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按不同頻帶在圖上示出，根據(jù)各圖表示出的缺陷數(shù)據(jù)，區(qū)別評價缺陷的種類。上述方法是根據(jù)隨時間以脈沖形式產(chǎn)生的散射光檢測信號的頻帶區(qū)別缺陷的形狀、尺寸等的方法。在這種以檢查含表面異物為目的的測量中，一般根據(jù)某一波長的散射光強度評價表面異物的尺寸。如果把這一原理應(yīng)用到評價內(nèi)部缺陷，由于散射光的強度即使對同一尺寸的缺陷也隨缺陷的深度而衰減，就存在不能夠進(jìn)行缺陷尺寸評價的問題。
日本特開平2-61540號公報記載的發(fā)明涉及一種缺陷檢測裝置，該裝置除了用來檢測透光的平面被檢測物(薄膜或較薄的透明板等)上附著的異物位置和大小，還用來判定該異物是附著在被檢測物的上面還是下面。照射具有不同透射率的第1光束和第2光束，根據(jù)各自的散射光信號強度的大小關(guān)系就可判定異物是附著在入射面還是其反面。用該檢測方法可判定異物的附著面，但不能確定內(nèi)部缺陷的深度位置。
還有，在日本特開平7-294422號公中記載的發(fā)明涉及一種檢測方法，該方法利用射向硅的入射光波長不同則進(jìn)入內(nèi)部的長度會變化這一點，采用波長不同的幾種光源或波長連續(xù)變化的光源斜向入射，求出用入射光侵入長度長時和短時的結(jié)晶缺陷的差，就可檢測出只在該侵入長度之差之間存在的結(jié)晶缺陷。這種情況下要測的晶體缺陷是在晶體表面～10μm左右深度內(nèi)的結(jié)晶缺陷。
然而，在LSI的器件中，多數(shù)都是在距硅晶體表面0.5μm以下的區(qū)域形成的，在該區(qū)域產(chǎn)生的缺陷引起器件失效的幾率高，而在更深的區(qū)域即使產(chǎn)生缺陷，多數(shù)情況下也與器件的失效無關(guān)了。因此，測量缺陷的分辨率必須在0.5μm以下。而且，缺陷尺寸不同對器件的影響也不同，因此還應(yīng)當(dāng)能夠評價缺陷的尺寸。而且，檢查硅基片質(zhì)量所必需的缺陷檢測靈敏度，至少是能夠檢出硅拉制時所產(chǎn)生的缺陷。進(jìn)一步地，基片面內(nèi)的缺陷分布一般說來是不均勻的，必須對基片的整個表面進(jìn)行測量。然而，進(jìn)行這種整面測量所用的時間，至少應(yīng)在一天工作時間這樣的短時間內(nèi)完成。而且，為了在檢測基片面內(nèi)缺陷分布的同時識別缺陷的種類，希望能對每一個缺陷的形態(tài)進(jìn)行觀察。
本發(fā)明的目的正是為了提供滿足上述條件的晶體缺陷測量方法及其裝置。
發(fā)明的公開下面描述本發(fā)明的實施方案。
(1)一種缺陷測量裝置及利用該裝置的缺陷測量方法，其中該裝置包括多個光源，所述多個光源，所述多個光源發(fā)出侵入深度因試樣吸收的波長的光不同的多種波長，或同時發(fā)出多種波長的光的光源；對試樣照射各種波長的光的手段；對試樣進(jìn)行掃描照射光的手段或?qū)φ丈涔膺M(jìn)行試樣掃描的手段；監(jiān)視掃描位置的手段；把試樣表面或內(nèi)部的缺陷產(chǎn)生的散射光根據(jù)不同照射波長分開，聚光并由光檢測器分別檢測并轉(zhuǎn)換成電信號的檢測系統(tǒng)；設(shè)置多種波長中某一特定波長的散亂光強度信號(觸發(fā)信號)的閾值，并在檢測到比該散射光強度信號大的信號時，將其它波長的散射光強度和缺陷檢測位置數(shù)字化存儲在存儲器中的手段；利用比上述觸發(fā)信號波長侵入深度大很多的波長的光散射強度和光散射理論(把缺陷尺寸和散射光強度結(jié)合起來的理論。例如，1975年東海大學(xué)出版、M.Bore和E.Walf著《光學(xué)原理3》p902～971以及Peter.Chylek,Journal of the Optical Society of America Vol67 P561～563中記載的理論)導(dǎo)出缺陷尺寸的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及表示上述測量結(jié)果的手段等。
(2)一種缺陷測量裝置及利用該裝置的缺陷測量方法，其中該裝置包括多個光源，所述多個光源發(fā)出侵入深度因試樣吸收的波長的光不同的多種波長，或同時發(fā)出多種波長的光的光源；對試樣照射各種波長的光的手段；對試樣進(jìn)行照射光掃描的手段或?qū)φ丈涔膺M(jìn)行試樣掃描的手段；監(jiān)視掃描位置的手段；把試樣表面或內(nèi)部的缺陷產(chǎn)生的散射光根據(jù)不同照射波長分開，聚光，并由光檢測器檢測并轉(zhuǎn)換成電信號的檢測系統(tǒng)；設(shè)置多種波長中的某一特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)的閥值，并在檢測到比該散射光信號大的信號時，將其它波長的散射光強度和缺陷檢測位置數(shù)字化存儲在存儲器中的手段；利用侵入深度為上述觸發(fā)信號波長侵入深度n倍的波長的光散亂強度和光散射理論導(dǎo)出缺陷尺寸的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及表示上述測量結(jié)果的手段。其中，為了使測量缺陷尺寸的精度至少在10％以下，根據(jù)圖4所示的缺陷尺寸和散射光強度的關(guān)系圖和圖5所示的侵入深度比隨散射光強度信號的深度的衰減率圖，侵入深度比至少要在3倍以上。由此，n值是根據(jù)缺陷尺寸的測量精度決定的。
(3)一種缺陷測量裝置及利用該裝置的缺陷測量方法，其中該裝置包括多個光源，所述多個光源發(fā)出侵入深度因試樣吸收的波長的光不同的多種波長，或同時發(fā)出多種波長的光的光源；對試樣照射各種波長的光的手段；對試樣進(jìn)行照射光掃描或?qū)φ丈涔膺M(jìn)行試樣掃描的手段；檢測掃描位置的手段；把試樣表面或內(nèi)部的缺陷產(chǎn)生的散射光根據(jù)不同照射波長分開，聚光并被光檢測器檢測并轉(zhuǎn)換成電信號的檢測系統(tǒng)；設(shè)置多種波長中的某一特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)的閾值，并在檢測到比該散射光信號大的信號時將其它波長的散射光強度和缺陷檢測位置數(shù)字化存儲在存儲器中的手段；以及利用多種照射波長中的任意兩個的散射光強度(S1、S2)，根據(jù)下述式5或9表示的關(guān)系式導(dǎo)出缺陷的深度位置Z的手段。
(4)如(2)或(3)中所述的裝置或利用該裝置的缺陷測量方法，其中，該裝置進(jìn)一步包括多個波長的照射光，即侵入深度至少為3倍以上的不同的兩波長，為使侵入深度小的散射光強度信號比侵入深度大的散射光強度信號在時間上先檢測而把照射光束互相錯開，根據(jù)用作觸發(fā)信號的侵入深度小的信號輸入該兩種波長的散射光信號的手段；用該兩種波長的散射光強度的比導(dǎo)出缺陷深度的手段；以及用侵入深度大的散射光強度導(dǎo)出缺陷尺寸的手段。在這種方法中，侵入深度小的信號作為觸發(fā)信號檢測缺陷，在硅中侵入深度小的波長處于短波長一側(cè)，在相同的照射能量密度下比較，短波長具有缺陷散射橫截面面積大，檢測靈敏度高的優(yōu)點。
(5)如上述(4)所述的裝置及利用該裝置的缺陷測量方法，其中，該裝置包括為使侵入深度大的散射光強度信號比侵入深度小的散射光強度信號在時間上先檢測而把照射光束互相錯開，并把侵入深度大的信號檢測作為觸發(fā)信號輸入兩種波長的散射光信號的手段；在之后的數(shù)據(jù)處理階段僅對侵入深度小的信號強度大于等特定值的缺陷，利用兩波長的散射光強度比導(dǎo)出缺陷的深度的手段；以及利用侵入深度大的散射光強度導(dǎo)出缺陷的尺寸的手段。在這種方法中，侵入深度大的信號作為觸發(fā)信號檢測缺陷，具有可同時檢測深區(qū)域和淺區(qū)域缺陷的優(yōu)點。
(6)一種缺陷測量裝置及利用該裝置的缺陷測量方法，其中該裝置包括包含試樣侵入深度至少相差n倍波長的多個波長的光照射手段；移動試樣或照射光束使照射光照射在試樣的任何部位的手段；使由缺陷產(chǎn)生的散射光成像而得到的缺陷圖像按波長區(qū)別攝影的手段；用缺陷圖像的散射光強度分布的的各波長中的峰值導(dǎo)出該缺陷深度位置的手段，對于用多個照射波長中的侵入深度至少相差n倍以上的兩波長觀察的缺陷，用侵入深度大的缺陷圖像的散亂光強度分布峰值和上述光散射理論導(dǎo)出缺陷尺寸。這時，為了使缺陷尺寸的測量精度至少為10％以下，根據(jù)圖4所示的缺陷尺寸和散射光強度的關(guān)系以及圖5所示的侵入深度的比和隨散射光強度的深度的衰減率的關(guān)系，侵入深度的比至少應(yīng)在3倍以上。由此，n值是由缺陷尺寸的測量精度決定的。
(7)上述(1)和(3)組合得到的缺陷測量方法和缺陷測量裝置。
(8)采用上述(1)和(5)的方法進(jìn)行缺陷測量后，基于檢測出的各缺陷的位置數(shù)據(jù)，選定特定的觀察缺陷，在其位置照射照射光，用上述(6)的方法進(jìn)行測量的缺陷測量方法及缺陷測量裝置。
下面，說明得到深度分辨率的原理和求得缺陷尺寸的原理。如果試樣材料對波長λ的折射率為n，消光率為k，入射光振幅的表面值為1/e(e是自然對數(shù)的底；e≈2.718)，則侵入深度Г如下式所示(式1)Г=λ/2πk。
因此，以從空氣進(jìn)入材料的入射角θ入射的照射光強度在距表面深度為Z的區(qū)域，硅中的折射角為avcsin(sinθ/n)，由此，入射光的強度比表面衰減了exp[(-2ZГ)cos(arcsin(sinθ/n))]。下面，結(jié)合圖3考慮從空氣中向試樣表面以入射角θ入射，用立體角檢測由于試樣內(nèi)部缺陷照射光向試樣表面方向散射的光的情形。如果定義該檢測立體角的缺陷的積分散射橫截面積為σ，照射光強度為I，入射光對基片表面的入射角的透射率為Ti，從缺陷發(fā)出的散射光從基片內(nèi)部進(jìn)入大氣的透射率為Ts，考慮照射光的衰減和散射光的衰減兩方面，距試樣表面深度為Z處的來自缺陷的散射光強度S用下式表示(式2)S=Ti Ts IσexP[-(2Z/Г)(1+1/{cos[arcsin(sinθ/n)]})]如果波長λ1和λ2對試樣材料的折射率分別為n1、n2，侵入深度分別為T1、T2，照射光強度分別為S1、S2，積分散射橫截面面積分別為σ1、σ2，照射光透射率分別為Ti1、Ti2，散射光透射率分別為Ts1、Ts2，則有下式成立(式3)S1=Ti1 Ts1 I1 σ1 exp[-(2Z/Г1)(1+1/{cos(arcsin(sinθ/n1))})](式4)S2=Ti2 Ts2 I2 σ2 exp[-(2Z/Г2)(1+1/{cos(arcsin(sinθ/n2))})]然而，必須滿足Г1＜Г2。根據(jù)式(3)和式(4)，(式5)Z=C1 1n[C2(S1/S2)(σ2/σ1)]其中，C1和C2是由設(shè)備常數(shù)和試樣的光學(xué)常數(shù)確定的，由下式定義(式6)C1=1/[(2/Г2)(1+1/{cos(arcsin(sinθ/n2))})-(2/Г1)(1+1/{cos(arcsin(sinθ/n1))})](式7)C2=(I2/I1)·(Ti2 Ts2/Ti1 Ts1)由于C1和C2是設(shè)備常數(shù)，如已知(S1/S2)(θ2/θ1)可求出Z。
其中S1/S2是信號強度比，由測定量求得。下面說明求θ2/θ1的方法。
θ1和θ2由利用Mie散射理論(例如，M.Bore和E.Walf著，《光學(xué)原理3》，P907-971，東海大學(xué)出版，1993)和吸收介質(zhì)中的散射理論(Peter Chylek著，Journal of the Optical Society of America,Vol 67,p561～563)求得的缺陷尺寸算出，因此首先要說明尺寸的測量原理?？紤]在信號強度S2檢測的侵入深度Г2以內(nèi)存在的缺陷的信號強度S1。在T1＞＞T2時，該S1隨深度的衰減因子為1，可以忽略。這是由于波長λ2的散射光可以被檢測的缺陷深度滿足條件Z＜T2之故。下面定量地描述一條件。
為了以例如小于10％的精度測量缺陷的尺寸，必須考慮信號強度S1隨深度被衰減的程度。由于在實際的測量缺陷的尺寸多數(shù)在0.1μm以下，缺陷引起的散射現(xiàn)象可被作為瑞利(Rayleigh)散射現(xiàn)象處理，即散射光強度與尺寸的6次方成正比，與波長的4次方成反比。圖4表示了尺寸遠(yuǎn)小于波長時在瑞利散射區(qū)域相對尺寸和相對散射光強度的關(guān)系。為了使尺寸測量精度在10％以內(nèi)，必須使散射光強度測量精度在50％以內(nèi)(在圖中這種關(guān)系用箭頭表示)。圖5表示了在Г2以內(nèi)檢測的缺陷的信號S1隨深度的衰減率在50％以下(即衰減因子為0.5以上)的條件。該圖是把式3的Z=Г2代入得到的關(guān)系的圖示。如圖中的箭頭所示，為了使衰減因子在0.5以上，最好是Г1/Г2＞3。圖6是根據(jù)EdwardD.Patick編著的《固體光學(xué)常數(shù)手冊》(Handbook of Optical Constantsof Soids,P547～569，學(xué)術(shù)出版社，1985)中的數(shù)據(jù)用圖表示的侵入硅的深度和波長的關(guān)系。由該圖可看出，在波長532nm和波長810nm相組合的情況下，侵入深度的比約為10，滿足上述條件。而且在Rayleigh散射的情況下，σ2/σ1是不依賴于尺寸的量，而如下式所示依賴于照射波長的量。
(式8)σ2/σ1=(λ1/λ2)4把上式代入式5，則式5變?yōu)?式9)Z=C1ln(S1/S2)+C0但是，如下式所示，C0成為設(shè)備常數(shù)(式10)C0=C1ln[C2θ(λ1/λ2)4]由于S1與d的6次方成正比的關(guān)系，尺寸d也可用下式表示(式1)ln(d)=(1/6)ln(S1)+C3其中，C3是λ1、檢測角度和照射強度的函數(shù)，是設(shè)備常數(shù)。
因此，根據(jù)式9進(jìn)行深度測量、根據(jù)式11進(jìn)行尺寸測量。測量未處理的CZ(Czochralski直拉法)得到的硅基片中的氧析出物，即原生(grown-in)缺陷，用透射電子顯微鏡確定其中的特定缺陷的尺寸，確定該缺陷信號強度和缺陷尺寸對應(yīng)的設(shè)備常數(shù)。一旦這種對應(yīng)被確定，以后只需定期地根據(jù)表面上的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)粒子的信號強度調(diào)整相對靈敏度就可以了。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明第1實施例的示意構(gòu)成圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的橫截面示意圖。
圖3是說明根據(jù)光散射檢測缺陷的原理圖。
圖4是相對尺寸和相對散射光強度的關(guān)系圖。
圖5是信號強度S1隨深度的衰減率和Г1/Г2的關(guān)系圖。
圖6是侵入硅的深度和波長的關(guān)系圖。
圖7是距CZ型硅基片表面0.5μm以內(nèi)的晶體缺陷的面內(nèi)分布的實測例。
圖8是CZ型硅基片中檢測到的晶體缺陷的尺寸分布圖。
圖9是外延膜厚為0.1μm和0.3μm的基片內(nèi)的晶體缺陷的深度位置分布圖。
圖10是在和試樣表面基本垂直入射時照射和檢測光學(xué)系統(tǒng)的一例。
圖11是在和試樣表面基本垂直入射時照射和檢測光學(xué)系統(tǒng)的另一例。
發(fā)明的最佳實施形態(tài)為了詳細(xì)描述本發(fā)明，結(jié)合實施形態(tài)的構(gòu)成圖即圖1進(jìn)行說明。試樣是硅基片，波長為810nm的半導(dǎo)體激光和波長為532nm的YAG激光的二次諧波振蕩(SHG)被半波片26、27調(diào)整為偏光方向與半導(dǎo)體基片表面相對的P偏光。然后分別用透鏡2、3使光束平行，通過鏡面17、17’被透鏡4、4’聚光，照射在硅基片上。這時，為了在掃描試樣時，波長為532nm的光束在時間上比810nm的光束先照射到缺陷上，光束位置移動了數(shù)倍于所加光束尺寸(約5μm)的距離。檢測缺陷時，只有在波長為532nm的散射光強度信號(S2)大于預(yù)先設(shè)定的閾值(S2Th)時，才取入波長為532nm和810μm的兩種信號。但是，閾值(S2Th)的設(shè)定，是為了使基片表面產(chǎn)生的散射光強度波動不作為信號檢測。
照射光束對晶體的掃描，有兩種模式基片范圍的寬區(qū)域掃描和幾百μm的微區(qū)域掃描。首先進(jìn)行寬區(qū)域模式的掃描。
當(dāng)伴隨著寬區(qū)域掃描進(jìn)行散射光檢測時，試樣基片中包含的氧析出物(SiO2粒子)和位錯等晶體缺陷作為散射體被檢測出來。來自缺陷的散射光5用物鏡15聚光，用波長分離用的濾光片6、6’和濾光片7、8把波長為810nm和432nm的光分開，通過透鏡18、19分別聚光，然后由光檢測器9、10按波長分別檢出，各檢測信號分別被放大器13、14放大，被A10轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，送入微機16。另一方面，微機16用驅(qū)動器22在旋轉(zhuǎn)方向(θ方向)和半徑方向(R方向)上掃描旋轉(zhuǎn)臺23，監(jiān)測與基片固定卡盤51相連的旋轉(zhuǎn)編碼器和平移編碼器的坐標(biāo)(R、θ)和散射光強度信號一同輸入微機16。
測定未處理的CZ硅基片中的氧析出物即原生缺陷，用透射電子顯微鏡確定其中的特定缺陷的尺寸，以得到與缺陷信號強度和缺陷尺寸相對應(yīng)的設(shè)備常數(shù)。一旦這種對應(yīng)得到確定，以后只要定期地用表面上的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)粒子的信號強度作相對靈敏度調(diào)整就可以了。圖7是未處理的CZ硅基片缺陷測量結(jié)果，示出深度在0.5μm以內(nèi)的缺陷的面內(nèi)分布。這種缺陷被稱作原生缺陷，已知為氧析出物。圖8是缺陷的尺寸分布，橫軸是In(d)，強度分布峰值在60nm位置處，由此確定了式11右邊的C3。其中CZ硅基片中所含的氧析出物原生缺陷的尺寸60nm是通過透射電鏡得知的(寶來等，半導(dǎo)體硅雜志，1994,P159)。另外，在確定深度時式9中的設(shè)備常數(shù)C1和C0由如下所述決定，即對在其上外延生長0.3μm厚硅的硅基片進(jìn)行缺陷測量，CZ硅基片中原生缺陷深度分布增大的位置為0.3μm，最淺的缺陷檢測位置是表面，就可以確定C0和C1。圖9是基片外延生長厚度為0.3μm和0.1μm的測量例。從該圖看，可以進(jìn)行深度測量的范圍只能在0.5μm以內(nèi)。由上述方法導(dǎo)出各缺陷的大小和深度位置，其結(jié)果輸出到顯示器20和打印機21。在寬區(qū)域掃描測量中，基片表面的高度通過在物鏡15近傍設(shè)置的間隙傳感器(圖中未示出)、借助利用壓電元件25的伺服機構(gòu)在物鏡15的焦點深度以內(nèi)進(jìn)行控制。
然后，用寬區(qū)域掃描模式測量得到的缺陷分布，移動照射光束或試樣使照射光束照射在所期望的選定缺陷的位置上。來自缺陷的散射圖像用攝影機50以兩種波長分別觀察，將圖像數(shù)據(jù)輸入微機16。這種情況下，照射光束的直徑約為10μm，以每次約10μm的寬度進(jìn)行掃描，各波長的圖像數(shù)據(jù)被分別輸入。根據(jù)每一波長的散射光強度的得到深度和散射光圖像缺陷的形狀。
上述照射形態(tài)中，為了在掃描試樣時使波長810nm比波長532nm在時間上先照射試樣，照射位置的移動為光束直徑的幾倍大也是可以的。這種情況下，波長810nm的散射光強度信號(S1)大于閾值(S1Th)時，波長532nm和波長810nm的兩種信號都被輸入。在這種情況下，可能確定深度位置的缺陷，在波長532nm的侵入深度以內(nèi)，所以，波長532nm的散射光強度信號S2的值大于閾值(S2Th2)時數(shù)據(jù)才能導(dǎo)出深度位置。
在上述照射形態(tài)中，為了縮小入射光，透鏡4采用柱面透鏡以扁平橫截面的光束進(jìn)行照射，檢測來自該扁平照射區(qū)域的散射光的光檢測器采用陣列檢測器，來自扁平照射區(qū)域的散射光用各陣列元件并行檢測缺陷。這種情況下，可以縮短測量時間。
硅基片測量用的侵入深度比大于3倍的不同照射波長的組合，參見圖6，(λ1=352nm和λ2＞380nm),(λ1=442nm和λ2＞500nm),(λ1=488nm和λ2＞580nm),(λ1=515和λ2＞620nm),(λ1=532nm和λ2＞650nm)等。波長的種類必須根據(jù)測量深度和被測量晶體的種類變化。本專利的內(nèi)容并不限于硅，其它材料(GaAs等化合物半導(dǎo)體、金屬、有機物等)也是適用的。例如在GaAs晶體的情況下，可根據(jù)各波長在GaAs晶體中的侵入深度確定波長。在這種情況下也希望選擇波長時λ1和λ2的侵入深度比在3以上。在其它材料中也以同樣的方法確定波長。
在上述光學(xué)系統(tǒng)中描述的是照射光以75°角傾斜入射的情形，也可以象圖10中的使散射光聚光的光學(xué)系統(tǒng)那樣采用基本垂直的入射。這種情況下從照射光的試樣表面返回的反射光基本上也是垂直的。這種反射光成為測量微弱的散射光的障礙，為此，在散射光聚光用透鏡上設(shè)置一小孔，散射光通過該小孔照射，反射光通過該小孔聚光。聚光后，通過散射光在中心有一小孔的鏡面上反射而改變光路，根據(jù)波長分別檢測散射光。另外，圖11所示的散射光聚光透鏡也可以防止反射光。工業(yè)上的可利用性如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的硅基片晶體缺陷測量中，可以就缺陷尺寸和深度位置對基片的整個表面進(jìn)行測量，也可以通過觀察單個缺陷的圖象測量缺陷的尺寸和深度。
權(quán)利要求
1．一種缺陷測量方法，該方法用光照射試樣，通過測量來自晶體缺陷的散射光進(jìn)行該晶體缺陷的檢測，其特征在于下列步驟照射具有對該試樣侵入深度不同的多種波長的光，使該試樣或照射光做相對的掃描；按波長分別檢測從缺陷產(chǎn)生的多種波長的散射光強度，以及在檢測到多種波長中的某特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)大于預(yù)定值的信號時，利用比上述觸發(fā)信號的侵入深度大的波長的散射光強度求出缺陷的尺寸。
2．如權(quán)利要求1所述的缺陷測量方法，其特征在于確定所述多種波長的光使得各波長的侵入深度之比滿足根據(jù)必要的缺陷尺寸測量精度求出的比率。
3．如權(quán)利要求1所述的缺陷測量方法，其特征在于利用所述多種波長中的任意兩種波長的散射光強度導(dǎo)出所述缺陷的深度位置。
4．如權(quán)利要求2所述的缺陷測量方法，其特征在于所述多種波長的光是各照射光的侵入深度至少相差3倍以上的兩種波長的光。
5．如權(quán)利要求3所述的缺陷測量方法，其特征在于用所述兩種波長的光照射所述試樣，錯開照射光束位置使侵入深度小的波長的散射光強度信號比侵入深度大的波長的散射光強度信號在時間上先被檢測，把侵入深度小的波長的散射光強度信號作為觸發(fā)信號輸入兩種波長的散射光信號，用侵入深度大的散射光強度導(dǎo)出缺陷尺寸，用兩種波長的散射光強度導(dǎo)出缺陷的深度位置。
6．如權(quán)利要求3所述的缺陷測量方法，其特征在于用所述兩種波長的光照射所述試樣，錯開照射光束位置使侵入深度小的波長的散射光強度信號比侵入深度大的波長的散射光強度信號在時間上先被檢測，把侵入深度大的波長的散射光強度信號作為觸發(fā)信號輸入兩種波長的散射光信號，對于侵入深度小的信號強度為一特定值以上的缺陷，用侵入深度大的散射光強度導(dǎo)出缺陷尺寸，用兩種波長的散射光強度導(dǎo)出缺陷的深度位置。
7．一種缺陷測量方法，該方法用光照射該試樣，通過測量來自晶體缺陷的散射光進(jìn)行該晶體缺陷的檢測，其特征在于照射具有對該試樣侵入深度不同的多種波長的光，以圖像數(shù)據(jù)的形式輸入各波長的晶體缺陷的散射光圖像，利用該各波長的缺陷圖像的散射光強度分布峰值，導(dǎo)出利用至少兩個波長觀察的缺陷深度位置，用侵入深度大的波長的缺陷畫像的散射光強度分布峰值導(dǎo)出該缺陷的尺寸。
8．如權(quán)利要求7所述的缺陷測量方法，其特征在于確定所述多種波長的光使得各波長的侵入深度之比滿足根據(jù)必要的缺陷尺寸測量精度求出的比率。
9．如權(quán)利要求8所述的缺陷測量方法，其特征在于所述多種波長的光，是各照射光的侵入深度至少相差3倍以上的兩種波長的光。
10．一種缺陷測量方法，該方法用光照射試樣，通過測量來自晶體缺陷的散射光，進(jìn)行該晶體缺陷的檢測，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的和權(quán)利要求7所述的兩種缺陷測量方法進(jìn)行測量。
11．如權(quán)利要求10所述的缺陷測量方法，其特征在于采用權(quán)利要求1～6所述的缺陷測量方法對試樣進(jìn)行測量后，對該測量得到的特定缺陷用權(quán)利要求7所述的方法進(jìn)行測量。
12．一種缺陷測量裝置，包括多個光源，所述多個光源發(fā)出侵入深度因試樣吸收的波長的光而不同的各種波長，或同時發(fā)出多種波長光的光源；對試樣照射各種波長的光的手段；相對試樣進(jìn)行照射光掃描或者相對照射光進(jìn)行試樣掃描的手段；把來自試樣表面或內(nèi)部的缺陷產(chǎn)生的散射光根據(jù)不同照射波長分開、聚光，被光檢測器分別檢測并轉(zhuǎn)換成電信號的檢測系統(tǒng)；當(dāng)檢測到多種波長中的某一特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)大于預(yù)定值的信號時，把比上述觸發(fā)信號波長的侵入深度大的波長的散射光強度和缺陷檢測位置進(jìn)行存儲的手段；用所述被存儲的數(shù)據(jù)導(dǎo)出缺陷尺寸的手段；以及顯示所述結(jié)果的手段。
13．如權(quán)利要求12所述的缺陷測量裝置，其特征在于確定所述多種波長的光使得各波長的侵入深度之比滿足根據(jù)必要的缺陷尺寸測量精度求出的比率。
14．如權(quán)利要求12所述的缺陷測量裝置，其特征在于利用所述多種波長中的任意兩種波長的散射光強度導(dǎo)出所述缺陷的深度位置。
15．如權(quán)利要求13所述的缺陷測量裝置，其特征在于所述多種波長的光，是各照射光的侵入深度至少相差3倍以上的兩種波長的光。
16．如權(quán)利要求12所述的缺陷測裝置，其特征在于權(quán)利要求12中所述的對試樣照射各種波長的光的手段，是對試樣照射兩種波長的光，通過錯開照射光束位置使侵入深度小的波長的散射光強度信號比侵入波長深度大的散射光強度在信號在時間上先檢測的手段；當(dāng)檢測到多種波長中的某一特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)大于預(yù)定值的信號時，把比上述觸發(fā)信號波長的侵入深度大的波長的散射光強度和缺陷檢測位置進(jìn)行存儲的手段，把侵入深度小的波長的散射光強度信號作為觸發(fā)信號輸入兩種波長的散射光信號并存儲；具有利用上述兩種波長的散射光強度導(dǎo)出所述缺陷的深度位置的手段。
17．如權(quán)利要求12所述的缺陷測量裝置，其特征在于權(quán)利要求12中所述的對試樣照射各種波長的光的手段，是對試樣照射兩種波長的光，通過錯開照射光束位置使侵入深度小的波長的散射光強度信號比侵入波長深度大的散射光強度信號在時間上先檢測的手段；當(dāng)檢測到多種波長中的某一特定波長的散射光強度信號(觸發(fā)信號)大于預(yù)定值的信號時，把比上述觸發(fā)信號波長的侵入深度大的波長的散射光強度和缺陷檢測位置進(jìn)行存儲的手段，把侵入深度大的波長的散射光強度信號作為觸發(fā)信號輸入兩種波長的散射光信號并存儲；具有利用上述兩種波長的散射光強度導(dǎo)出所述缺陷的深度位置的手段。
18．一種缺陷測量裝置，包括多個光源，所述多個光源發(fā)出侵入深度因試樣吸收的波長的光而不同的多種波長，或同時發(fā)出多種波長光的光源；對試樣照射各種波長的光的手段；移動試樣或照射光束使照射光可照射到試樣的任意部分的手段；把來自從試樣表面或內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的散射光成像得到的缺陷圖像根據(jù)不同照射波長攝影，輸入圖像數(shù)據(jù)的手段；用各波長中缺陷圖像的散射光強度分布峰值，導(dǎo)出用至少兩種波長觀察的缺陷深度位置的手段；用侵入深度大的波長的缺陷圖像散射光強度分布峰值導(dǎo)出該缺陷尺寸的手段；以及顯示所述結(jié)果的手段。
19．如權(quán)利要求18所述的缺陷測量裝置，其特征在于確定所述多種波長的光使得各波長的侵入深度之比滿足根據(jù)必要的缺陷尺寸測量精度求出的比率。
20．如權(quán)利要求19所述的缺陷測量裝置，其特征在于所述多種波長的光，是各照射光的侵入深度至少相差3倍以上的兩種波長的光。
全文摘要
一種通過檢測晶體內(nèi)缺陷的散射光進(jìn)行測量的方法,可以測量試樣整個表面上的缺陷尺寸和以小于波長的分辨率測量缺陷的深度。用對試樣的侵入深度相差3倍以上的兩種波長對試樣進(jìn)行掃描和照射,根據(jù)不同波長分別測量來自內(nèi)部缺陷的散射光,根據(jù)長波長的散射光強度導(dǎo)出缺陷尺寸,根據(jù)其散射光強度之比導(dǎo)出缺陷深度,并在基片面內(nèi)分布上顯示深度和尺寸。而且,對于根據(jù)上述寬區(qū)域測量檢測的特定缺陷位置,移動攝影機位置進(jìn)行掃描,用兩種波長觀察缺陷的形態(tài),從該缺陷的兩波長散射光圖像數(shù)據(jù)可同樣地導(dǎo)出缺陷的深度和尺寸。根據(jù)本發(fā)明,可以進(jìn)行試樣整個表面的缺陷尺寸和深度檢測,也可以一個缺陷為單位進(jìn)行尺寸和深度檢測。
文檔編號G01B11/30GK1214116SQ96180218
公開日1999年4月14日 申請日期1996年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月15日
發(fā)明者武田一男, 石田英嗣, 平巖篤, 但馬武, 渡瀨進(jìn)一郎 申請人:株式會社日立制作所, 日立東京電子株式會社