特開 2024-118320 結晶欠陥評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118320

(43)【公開日】2024-08-30

(54)【発明の名称】結晶欠陥評価装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240823BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 N

G01N21/88 H

G01N21/88 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023024678

(22)【出願日】2023-02-20

(71)【出願人】

【識別番号】502093771

【氏名又は名称】セラミックフォーラム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100159581

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 勝誠

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(74)【代理人】

【識別番号】100139354

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 昌子

(74)【代理人】

【識別番号】100208708

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 健志

(74)【代理人】

【識別番号】100215371

【弁理士】

【氏名又は名称】古茂田 道夫

(74)【代理人】

【識別番号】100187997

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 厳輝

(72)【発明者】

【氏名】服部 亮

【テーマコード（参考）】

2G051

4M106

【Ｆターム（参考）】

2G051AA51

2G051AB02

2G051BA05

2G051BA11

2G051BB01

2G051BB07

2G051CA04

2G051CB02

2G051CC07

4M106AA01

4M106BA06

4M106CA18

4M106CB19

4M106DH12

4M106DH31

4M106DH40

4M106DJ28

(57)【要約】

【課題】本発明は、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる結晶欠陥評価装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る結晶欠陥評価装置は、半導体ウェハの結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、上記半導体ウェハの表面又は裏面に光線を照射する光照射部と、上記半導体ウェハ表面からの反射光又は透過光を集光する対物レンズと、上記対物レンズを通過した光線をフィルタリングする光学フィルタ部と、上記光学フィルタ部を通過した光線を結像させる結像レンズと、上記結像レンズを通過した光線の結像位置に配置されるカメラとを備え、上記光照射部が、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、上記光学フィルタ部が、複数種の光学素子から１の光学素子を選択可能に構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェハの結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、
上記半導体ウェハの表面又は裏面に光線を照射する光照射部と、
上記半導体ウェハ表面からの反射光又は透過光を集光する対物レンズと、
上記対物レンズを通過した光線をフィルタリングする光学フィルタ部と、
上記光学フィルタ部を通過した光線を結像させる結像レンズと、
上記結像レンズを通過した光線の結像位置に配置されるカメラと
を備え、
上記光照射部が、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、
上記光学フィルタ部が、複数種の光学素子から１の光学素子を選択可能に構成されている結晶欠陥評価装置。

【請求項2】

上記対物レンズ及び上記結像レンズの光軸が固定されており、
上記光学フィルタ部が、上記複数種の光学素子を装着したレボルバを有し、
上記レボルバの回転により、選択された１の光学素子が上記光軸上に移動可能に構成されている請求項１に記載の結晶欠陥評価装置。

【請求項3】

上記光照射部が、
上記半導体ウェハの表面に照射され、上記半導体ウェハ表面からの反射光として観測される光線を照射するフォトルミネセンス観察用光源と、
上記半導体ウェハの裏面に偏光されて照射され、上記半導体ウェハ表面からの透過光として観測される光線を照射する偏光観察用光源と
を有する請求項１又は請求項２に記載の結晶欠陥評価装置。

【請求項4】

上記半導体ウェハの表面に上記対物レンズの焦点が位置するように、上記対物レンズ又は上記半導体ウェハを移動させるオートフォーカスユニットを備える請求項１又は請求項２に記載の結晶欠陥評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、結晶欠陥評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスが様々な分野で用いられている。この半導体デバイスは半導体ウェハ上に絶縁膜や電極等を積層することで形成される。

【0003】

半導体デバイスの性能は、主として半導体ウェハ自体の持つ特性により決まる。この半導体ウェハに結晶欠陥があると、この結晶欠陥により、例えば半導体中の電子や正孔の移動が阻害され、半導体ウェハが本来持つ特性を発揮できなくなる。このため、半導体ウェハの結晶欠陥を含む領域に構成された半導体デバイスは、所望の特性を得られないおそれがある。従って、半導体デバイスの製造にあたっては、まず基板となる半導体ウェハの結晶欠陥の有無が検査される。そして、結晶欠陥が発見されればその結晶欠陥の種類や状態を確認すべく観察がなされる。

【0004】

結晶欠陥は種々の方法で観察される。例えば出願人は、照射光を円偏光として半導体ウェハに照射し、直線偏光子を通過させてその透過光を観察する結晶欠陥検出装置を提案している（特開２０２０－１８８１４２号公報）。

【0005】

上記結晶欠陥検出装置は、一度の観察で、クロスニコルに配置された２つの直線偏光子を用いた従来の方法では検出できないような結晶欠陥まで観察することができる。つまり、上記結晶欠陥検出装置は、より網羅的に結晶欠陥を抽出することができるから、半導体ウェハの結晶欠陥の多寡を、容易かつ精度よく判断することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－１８８１４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方、上記結晶欠陥検出装置は、網羅的に結晶欠陥を抽出することができる故に、その欠陥の発生要因が異なるものが同時に観察されることとなる。例えば結晶欠陥の低減を図ることを考えた場合、その発生要因により対策が異なるため、結晶欠陥の発生要因の分類が必要となる。

【0008】

この場合、特定の結晶欠陥のみ抽出可能な別の手段で観察を行う必要が生じる。そして、異なる種類の結晶欠陥検出装置で観察された結果を突き合わせて、結晶欠陥の主たる発生要因を特定していくといった作業に頼る場合が多い。例えば上記結晶欠陥検出装置により観察された結晶欠陥の全体観察画像に写っている個々の結晶欠陥と、特定の発生要因に起因する結晶欠陥のみを抽出した要因観察画像に写っている個々の結晶欠陥とを一対一対応させる作業が行われる。

【0009】

ところが、この作業は困難を極める。結晶欠陥は半導体ウェハを拡大して観察するため、画像に半導体ウェハのごく一部しか写っておらず、かつ半導体ウェハは一般に鏡面であり目印もないため、両者の画像の位置合わせが容易ではない。また、特定の結晶欠陥のみ抽出可能な方法で観察した上記要因観察画像には、要因が異なる結晶欠陥は写っていない。このため、１つの画像の１つの結晶欠陥が、他の画像、つまり上記全体観察画像のどの結晶欠陥と対応するのか対応関係を構築することが容易ではない。１つの画像では、複数の点状で表示される結晶欠陥が、他の画像では連続した線状の結晶欠陥として観察されるということもあり得るため、さらに対応関係の構築は困難を極めることとなる。

【0010】

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる結晶欠陥評価装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態に係る結晶欠陥評価装置は、半導体ウェハの結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、上記半導体ウェハの表面又は裏面に光線を照射する光照射部と、上記半導体ウェハ表面からの反射光又は透過光を集光する対物レンズと、上記対物レンズを通過した光線をフィルタリングする光学フィルタ部と、上記光学フィルタ部を通過した光線を結像させる結像レンズと、上記結像レンズを通過した光線の結像位置に配置されるカメラとを備え、上記光照射部が、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、上記光学フィルタ部が、複数種の光学素子から１の光学素子を選択可能に構成されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明の結晶欠陥評価装置は、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る結晶欠陥評価装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、図１の結晶欠陥評価装置の光学フィルタ部の構成を示す模式図である。

【図3】図３は、図２の光学フィルタ部で用いられるレボルバを示す模式図である。

【図4】図４は、図１の結晶欠陥評価装置により観察される透過偏光観察像のイメージ図である。

【図5】図５は、図１の結晶欠陥評価装置により観察される単一ショックレー積層欠陥像のイメージ図である。

【図6】図６は、図１の結晶欠陥評価装置により観察される二重ショックレー積層欠陥像のイメージ図である。

【図7】図７は、図１の結晶欠陥評価装置により観察される基底面転位像のイメージ図である。

【図8】図８は、図４に図５を重ね合わせたイメージ図である。

【図9】図９は、図４に図６を重ね合わせたイメージ図である。

【図10】図１０は、図４に図７を重ね合わせたイメージ図である。

【図11】図１１は、図４に図５、図６及び図７を重ね合わせたイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

【0015】

本発明の一実施形態に係る結晶欠陥評価装置は、半導体ウェハの結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置であって、上記半導体ウェハの表面又は裏面に光線を照射する光照射部と、上記半導体ウェハ表面からの反射光又は透過光を集光する対物レンズと、上記対物レンズを通過した光線をフィルタリングする光学フィルタ部と、上記光学フィルタ部を通過した光線を結像させる結像レンズと、上記結像レンズを通過した光線の結像位置に配置されるカメラとを備え、上記光照射部が、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、上記光学フィルタ部が、複数種の光学素子から１の光学素子を選択可能に構成されている。

【0016】

当該結晶欠陥評価装置は、光照射部が複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、光学フィルタ部が複数種の光学素子から１の光学素子を選択可能に構成されているので、半導体ウェハを固定したまま光源と光学素子との組み合わせを変更することで、結晶欠陥の全体像あるいは特定の要因に起因する結晶欠陥の画像を複数得ることができる。半導体ウェハは固定されており、かつ各画像は同一のカメラで撮影できるので、得られた複数の画像の位置合わせを容易に行うことができる。従って、当該結晶欠陥評価装置は、画像間で写っている結晶欠陥を容易に対応づけできるので、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる。

【0017】

上記対物レンズ及び上記結像レンズの光軸が固定されており、上記光学フィルタ部が、上記複数種の光学素子を装着したレボルバを有し、上記レボルバの回転により、選択された１の光学素子が上記光軸上に移動可能に構成されているとよい。このように上記対物レンズ及び上記結像レンズの光軸を固定し、レボルバの回転により、選択された１の光学素子を上記光軸上に移動可能に構成することで、異なる光学素子で撮影された画像を、より容易に位置合わせすることができる。

【0018】

上記光照射部が、上記半導体ウェハの表面に照射され、上記半導体ウェハ表面からの反射光として観測される光線を照射するフォトルミネセンス観察用光源と、上記半導体ウェハの裏面に偏光されて照射され、上記半導体ウェハ表面からの透過光として観測される光線を照射する偏光観察用光源とを有するとよい。偏光観察用光源を用いることで、結晶欠陥の全体観察画像を容易かつ精度よく取得することができる。また、フォトルミネセンス観察用光源を用いることで、特定の要因に起因する結晶欠陥を容易かつ精度よく取得することができる。従って、上記光照射部を用いることで、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易かつ精度よく特定できる。

【0019】

上記半導体ウェハの表面に上記対物レンズの焦点が位置するように、上記対物レンズ又は上記半導体ウェハを移動させるオートフォーカスユニットを備えるとよい。このように上記オートフォーカスユニットを備えることで、対物レンズと半導体ウェハとの位置合わせを容易に行うことができる。このため、複数の画像取得の作業効率を高められる。

【0020】

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る結晶欠陥評価装置について、適宜図面を参照しつつ説明する。

【0021】

図１に示す結晶欠陥評価装置１は、半導体ウェハＷの結晶欠陥を評価する結晶欠陥評価装置である。当該結晶欠陥評価装置１は、光照射部１０と、対物レンズ２０と、光学フィルタ部３０と、結像レンズ４０と、カメラ５０と、ＸＹステージ６０と、オートフォーカスユニット７０とを備える。

【0022】

＜半導体ウェハ＞
測定対象となる半導体ウェハＷは特に限定されないが、当該結晶欠陥評価装置１は、六方晶系の半導体ウェハ、特にそのＣ面の検査に好適に用いることができる。また、半導体ウェハＷは、可視光に対して透明であるものが好ましい。このような半導体ウェハＷとしては、六方晶系のもの、例えばＳｉＣ（４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣ、８Ｈ－ＳｉＣ）、ＧａＮ、ＡｌＮ等を挙げることができる。

【0023】

特にＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮのように開発途上にある半導体ウェハにおいては、Ｓｉ単結晶基板のように極めて単結晶性の高い半導体ウェハとは異なり、結晶欠陥が様々な形態で存在し得る。当該結晶欠陥評価装置１は、様々な種類の結晶欠陥を分類できるので、このような開発途上にある半導体ウェハに対して特に有効である。

【0024】

半導体ウェハＷの直径としては、必ずしも限定されるものではないが、半導体ウェハＷの直径の下限としては、０．５インチが好ましく、１インチがより好ましい。一方、半導体ウェハＷの直径の上限としては、８インチが好ましく、６インチがより好ましい。半導体ウェハＷの直径が上記下限未満であると、１枚の半導体ウェハＷに対して評価コストが高くなり過ぎるおそれがある。逆に、半導体ウェハＷの直径が上記上限を超えると、当該結晶欠陥評価装置１が大型化するため、当該結晶欠陥評価装置１の製造コストが高くなり過ぎるおそれがある。

【0025】

半導体ウェハＷの平均膜厚としては、必ずしも限定されるものではないが、半導体ウェハＷの平均膜厚の下限としては、２００μｍが好ましく、３５０μｍがより好ましい。一方、半導体ウェハＷの平均膜厚の上限としては、７００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましい。半導体ウェハＷの平均膜厚が上記下限未満であると、半導体ウェハＷの取扱いが困難となるおそれがある。一方、半導体ウェハＷの平均膜厚が上記上限を超えると、半導体ウェハＷへの照射光に対する透過光の減衰が大きくなり易く、当該結晶欠陥評価装置１の測定感度が低下するおそれがある。なお、半導体ウェハＷの平均膜厚の上限は、測定対象とする半導体ウェハＷの透明度にも依存し、半導体ウェハＷが透明度の高いものであれば膜厚が上述の上限よりも大きいものであっても、高い精度で評価することが可能である。ここで、「平均膜厚」とは、任意の１０点で測定した膜厚の平均値を指す。

【0026】

なお、半導体ウェハＷは、後述するＸＹステージ６０に載置される。

【0027】

＜光照射部＞
光照射部１０は、半導体ウェハＷの表面又は裏面に光線を照射する。光照射部１０は、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成されている。

【0028】

当該結晶欠陥評価装置１では、図１に示すように、光照射部１０が、フォトルミネセンス観察用光源１１と、偏光観察用光源１２とを有する。フォトルミネセンス観察用光源１１と偏光観察用光源１２とは、同時に選択されることはなく、排他的に用いられる。つまり、光照射部１０は、波長又は偏光の異なる光源である２種類の光源（フォトルミネセンス観察用光源１１及び偏光観察用光源１２）から１の光源を選択可能に構成されている。

【0029】

（フォトルミネセンス観察用光源）
フォトルミネセンス観察用光源１１は、半導体ウェハＷの表面に照射され、半導体ウェハＷ表面からの反射光として観測される光線を照射する。このようにフォトルミネセンス観察用光源１１を用いることで、特定の要因に起因する結晶欠陥を容易かつ精度よく取得することができる。

【0030】

フォトルミネセンス観察用光源１１は、所望の波長の光線を出光できる光源を準備してもよいが、図１に示すように、例えば可視光線を出光可能な光源本体１１ａと、光源本体１１ａの出光方向前方に配置される光学フィルタ１１ｂとを有し、光学フィルタ１１ｂにより所望の波長の光線を出光可能としてもよい。

【0031】

光学フィルタ１１ｂを用いる場合、光源本体１１ａには、ＬＥＤ、ハロゲンランプ等公知の光源を用いることができる。また、光学フィルタ１１ｂには、特定の波長の光線を出光可能なバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）や、特定の波長より長い波長を出光可能なロングパスフィルタ（ＬＰＦ）などを用いることができる。例えば半導体ウェハＷがＳｉＣである場合、３５０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の波長の光線を含むように光学フィルタ１１ｂを設定するとよい。

【0032】

なお、当該結晶欠陥評価装置１では、フォトルミネセンス観察用光源１１は、１種類の光線を出光できるものであるが、波長の異なる複数の光線から１の光線を選択して出光可能に構成してもよい。

【0033】

（偏光観察用光源）
偏光観察用光源１２は、半導体ウェハＷの裏面に偏光されて照射され、半導体ウェハＷ表面からの透過光として観測される光線を照射する。このように偏光観察用光源１２を用いることで、結晶欠陥の全体観察画像を容易かつ精度よく取得することができる。従って、フォトルミネセンス観察用光源１１と偏光観察用光源１２とを有する光照射部１０を用いることで、半導体ウェハＷの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易かつ精度よく特定できる。

【0034】

偏光観察用光源１２は、例えば図１に示すように、可視光線を出光可能な光源本体１２ａと、光源本体１２ａの出光方向前方に配置される光学フィルタ１２ｂと、光学フィルタ１２ｂを通過した光線を変更する偏光板１２ｃとを有する構成とすることができる。

【0035】

光源本体１２ａには、ＬＥＤ、ハロゲンランプ等公知の光源を用いることができる。半導体ウェハＷがＳｉＣである場合、光源本体１２ａは、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲の光を含むとよい。

【0036】

光学フィルタ１２ｂは、半導体ウェハＷの偏光観察を行うために必要な波長の光線を選択するためのフィルタであり、ＢＰＦやＬＰＦが用いられる。例えば半導体ウェハＷがＳｉＣである場合、５３０ｎｍの波長の光線が含まれるように選択され、中でも５３０ｎｍの単色光となるＢＰＦが好ましい。

【0037】

偏光板１２ｃは、自然光から直線偏光に変換する直線偏光子とすることができる。つまり、直線偏光子である偏光板１２ｃを通過した光線は、光の進行方向に直交する１つの平面（偏光面）上でのみ振動する横波となる。直線偏光子としては、公知のフィルム偏光子やプリズム偏光子を用いることができる。

【0038】

偏光板１２ｃを直線変更子と位相差板との組み合わせとしてもよい。この場合、位相差板は１／４波長板とされる。光源本体１２ａからの光線は、直線偏光子と、１／４波長位相差板とをこの順に通過することで円偏光に変換される。

【0039】

なお、当該結晶欠陥評価装置１では、偏光観察用光源１２は、１種類の光線を出光できるものであるが、波長又は偏光の異なる複数の光線から１の光線を選択して出光可能に構成してもよい。

【0040】

＜対物レンズ、結像レンズ＞
対物レンズ２０は、半導体ウェハＷ表面からの反射光又は透過光を集光する。結像レンズ４０は、光学フィルタ部３０を通過した光線を結像させる。この対物レンズ２０及び結像レンズ４０は、公知の凸レンズである。

【0041】

対物レンズ２０及び結像レンズ４０の光軸Ｍは固定されている。すなわち対物レンズ２０及び結像レンズ４０は、その中心軸に沿ってのみ移動可能である。

【0042】

＜光学フィルタ部＞
光学フィルタ部３０は、対物レンズ２０を通過した光線をフィルタリングする。光学フィルタ部３０は、複数種の光学素子３１から１の光学素子３１を選択可能に構成されている。

【0043】

当該結晶欠陥評価装置１では、図２及び図３に示すように、光学フィルタ部３０は、複数種（図３では６種類）の光学素子３１を装着したレボルバ３２と、レボルバ３２を収納する第１筐体３３と、レボルバ３２の回転を制御する制御部（不図示）を収納する第２筐体３４とを有する。

【0044】

レボルバ３２は、例えば薄い円柱状であり、複数種の光学素子３１はその中心軸の回りに周状に配置されている。光学素子３１は、偏光板又は光学フィルタである。半導体ウェハＷがＳｉＣである場合、光学素子３１は、例えば直線偏光板、波長３９０ｎｍのＢＰＦ、波長４２０ｎｍのＢＰＦ、波長４８０ｎｍのＢＰＦ、波長５００ｎｍのＬＰＦ及び波長７５０ｎｍのＬＰＦとすることができる。観察される欠陥によっては、波長４６５ｎｍのＢＰＦ、波長５５０ｎｍのＬＰＦ、波長５６０ｎｍのＬＰＦなどを採用してもよい。

【0045】

レボルバ３２は、第１筐体３３内に収納されている。第１筐体３３は、例えば円筒状であり、レボルバ３２に装着された１の光学素子３１を光線が通過できるように窓３３ａが設けられている。なお、光学フィルタ部３０は、窓３３ａが図１の光軸Ｍ上に位置するように、配置される。

【0046】

レボルバ３２は、第１筐体３３内で回転可能であり、光学フィルタ部３０は、レボルバ３２の回転により、選択された１の光学素子３１が光軸Ｍ上に移動可能に構成されている。つまり、レボルバ３２の回転により、選択された１の光学素子３１が、窓３３ａの位置に移動する。

【0047】

このように対物レンズ２０及び結像レンズ４０の光軸Ｍを固定し、レボルバ３２の回転により、選択された１の光学素子３１を光軸Ｍ上に移動可能に構成することで、異なる光学素子３１で撮影された画像を、より容易に位置合わせすることができる。

【0048】

なお、図２の光学フィルタ部３０では、第１筐体３３及び第２筐体３４は一体的に構成されているが、第１筐体３３と第２筐体３４とを別体で形成し、両者を信号線で結線する構成とすることもできる。

【0049】

＜カメラ＞
カメラ５０は、結像レンズ４０を通過した光線の結像位置に配置される。

【0050】

カメラ５０は、結像させた像を観察するための道具である。カメラ５０としては、特に限定されるものではなく、公知のカメラを用いることができる。

【0051】

＜ＸＹステージ＞
ＸＹステージ６０は、半導体ウェハＷを下方から支持する架台であり、ＸＹ方向に可動するとともに光軸Ｍ方向にも移動可能に構成される。

【0052】

ＸＹステージ６０は、ＸＹ方向に移動することで、光照射部１０からの光線が照射される半導体ウェハＷの位置を変えることができるので、当該結晶欠陥評価装置１は、半導体ウェハＷの面内を網羅的に観察することができる。

【0053】

ＸＹステージ６０は、光軸Ｍ方向にも移動可能である。後述するオートフォーカスユニット７０と連動させることで、対物レンズ２０の焦点を半導体ウェハＷの表面に容易に位置させることができる。

【0054】

ＸＹステージ６０は、下方から照射される偏光観察用光源１２からの光線が半導体ウェハＷ裏面に照射されるように構成される。図１に示すＸＹステージ６０は、半導体ウェハＷが載置される位置に貫通孔６１が設けられており、上記光線がＸＹステージ６０を光軸Ｍ方向（ＸＹステージ６０の厚さ方向）に通過可能に構成されている。あるいは、ＸＹステージ６０の少なくとも半導体ウェハＷが載置される領域を、偏光観察用光源１２からの光線に対して透明な材質で構成してもよい。

【0055】

＜オートフォーカスユニット＞
オートフォーカスユニット７０は、半導体ウェハＷの表面に対物レンズ２０の焦点が位置するように、半導体ウェハＷを移動させる。

【0056】

具体的には、オートフォーカスユニット７０は、対物レンズ２０の焦点の位置と半導体ウェハＷの表面の光軸Ｍ方向位置とが一致するようにＸＹステージ６０を調整する。

【0057】

可視光で透明な半導体ウェハＷの表面を肉眼で見つけ出すことは困難である。このようにオートフォーカスユニット７０を備えることで、対物レンズ２０と半導体ウェハＷとの位置合わせを容易に行うことができる。このため、複数の画像取得の作業効率を高められる。

【0058】

オートフォーカスユニット７０としては、特に限定されず、レーザを用いた公知のオートフォーカス機構を用いることができる。なお、レーザ光の波長としては、互いの干渉を抑止するため光照射部１０とは異なる波長を用いるとよい。例えば光照射部１０として、上述したＳｉＣウェハの場合のように、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長を用いる場合であれば、レーザ光の波長としては近赤外域の波長、例えば６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を用いるとよい。

【0059】

オートフォーカスユニット７０として、レーザを用いた公知のオートフォーカス機構を用いる場合、図１に示すように、オートフォーカスユニット７０は、ユニット本体７１と、ハーフミラー７２とを有する構成とするとよい。

【0060】

ユニット本体７１は、光軸Ｍの側方に配置され、光軸Ｍに対して垂直にレーザ光を照射可能に構成される。また、ユニット本体７１は、レーザ光の照射位置近傍に反射して戻ってくるレーザ光を検知可能な受光素子を有している。

【0061】

ハーフミラー７２は、上記レーザ光が対物レンズ２０を介して半導体ウェハＷの表面に照射されるように、レーザ光の角度を変える。また、半導体ウェハＷの表面で反射したレーザ光は、対物レンズ２０を経て、ハーフミラー７２で方向を変えられ、ユニット本体７１の受光素子に戻るように構成される。

【0062】

ハーフミラー７２は、光線を透過することもできるので、結晶欠陥の観察時には、光照射部１０からの光線が光軸Ｍ方向に最大限透過する角度に調整されるとよい。このとき、レーザ光はオフ（消光）される。あるいは、結晶欠陥の観察時にハーフミラー７２が収納される構成を採用することもできる。ハーフミラー７２は光照射部１０からの光線を妨げない位置に収納される。この場合、ハーフミラー７２に代えて通常の（光線を透過しない）鏡を用いることもできる。

【0063】

また、半導体ウェハＷをＸＹステージ６０によりＸＹ方向に移動させた場合、半導体ウェハＷのそりによって半導体ウェハＷの表面が対物レンズ２０の焦点の位置からずれてしまう場合が生じ得る。このような場合にあっては、オートフォーカスユニット７０を備えることで、半導体ウェハＷのそりを検知し、その大きさに従って半導体ウェハＷの光軸Ｍ方向の位置を調整することで、半導体ウェハＷの表面が対物レンズ２０の焦点の位置からずれてしまうことを抑止できる。従って、半導体ウェハＷにそりがある場合であっても、像がぼけることなく、結晶欠陥の評価を行うことができる。

【0064】

＜結晶欠陥の評価＞
当該結晶欠陥評価装置１は、光照射部１０で選択される光源と、光学フィルタ部３０で選択される光学素子３１との組み合わせで、種々の結晶欠陥を評価できる。例として、上述した半導体ウェハＷがＳｉＣである場合を例にとり説明する。フォトルミネセンス観察用光源１１は３５０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の波長の光線を含む光源であり、偏光観察用光源１２は直線偏光された５３０ｎｍの単色光を含む光源である。光学素子３１は、直線偏光板、波長３９０ｎｍのＢＰＦ、波長４２０ｎｍのＢＰＦ、波長４８０ｎｍのＢＰＦ、波長５００ｎｍのＬＰＦ及び波長７５０ｎｍのＬＰＦである。

【0065】

（透過観察）
光照射部１０として偏光観察用光源１２を選択し、光学フィルタ部３０の光学素子３１として直線偏光板を選択する。なお、光学素子３１の直線偏光板は、偏光観察用光源１２の直線偏光とは直交するように配置されている。この組み合わせにおいて、図４に示すような透過偏光観察像が得られる。この像は、半導体ウェハＷに含まれる結晶欠陥を総合的に抽出することができる。

【0066】

（単一ショックレー積層欠陥）
光照射部１０としてフォトルミネセンス観察用光源１１を選択し、光学フィルタ部３０の光学素子３１として波長４２０ｎｍのＢＰＦを選択する。この条件により単一ショックレー（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｈｏｃｋｌｅｙ）積層欠陥を観察することができ、例えば図５のような観察像を得ることができる。

【0067】

このとき半導体ウェハＷの位置は変えない。従って、透過偏光観察像と同じ位置関係で単一ショックレー積層欠陥の観察像を得ることができる。他の画像についても同様である。

【0068】

（二重ショックレー積層欠陥）
光照射部１０をフォトルミネセンス観察用光源１１としたままで、光学フィルタ部３０の光学素子３１として波長４８０ｎｍのＢＰＦを選択する。この条件により二重ショックレー（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｈｏｃｋｌｅｙ）積層欠陥を観察することができ、例えば図６のような観察像を得ることができる。

【0069】

（基底面転位）
光照射部１０をフォトルミネセンス観察用光源１１としたままで、光学フィルタ部３０の光学素子３１として波長７５０ｎｍのＬＰＦを選択する。この条件により基底面転位欠陥（ＢＰＤ：Ｂａｓａｌ Ｐｌａｎｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を観察することができ、例えば図７のような観察像を得ることができる。

【0070】

（その他）
同様に、光照射部１０をフォトルミネセンス観察用光源１１としたままで、光学フィルタ部３０の光学素子３１として波長３９０ｎｍのＢＰＦを選択すると、らせん転位（ＴＳＤ：Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ Ｓｃｒｅｗ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）及び刃状転位（ＴＥＤ：Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を観察することができる。また、光学素子３１として波長４８０ｎｍのＢＰＦを選択すると、三重ショックレー（Ｔｒｉｐｌｅ Ｓｈｏｃｋｌｅｙ）積層欠陥を観察でき、波長５００ｎｍのＬＰＦを選択すると、フランク（Ｆｒａｎｋ）型積層欠陥を観察できる。

【0071】

（評価）
各観察像は、半導体ウェハＷの位置を変えずに取得する限り、直接重ね合わせが可能である。例えば、透過偏光観察像（図４）に、単一ショックレー積層欠陥像（図５）、二重ショックレー積層欠陥像（図６）、基底面転位像（図７）をそれぞれ重ね合わせると、図８から図１０に示すように、両者を重ね合わせた像が得られる。また、透過偏光観察像（図４）に、単一ショックレー積層欠陥像（図５）、二重ショックレー積層欠陥像（図６）及び基底面転位像（図７）の全てを重ね合わせると、図１１に示す像が得られる。

【0072】

透過偏光観察像では、結晶欠陥が総合的に観察され、図４に示すように、結晶欠陥は異なる模様として観察される（図４では、結晶欠陥Ａ～Ｅの５種類の模様が観察されている）。これらは異なる要因によって欠陥が形成されていると考えられるが、当該結晶欠陥評価装置１では個々の結晶欠陥の発生要因を容易に特定できる。例えば、図１０及び図１１を参照すると、透過偏光観察像（図４）の結晶欠陥Ａは、主に基底面転位に起因していると判断できる。図８、図１０及び図１１を参照すると、結晶欠陥Ｂは、基底面転位及び二重ショックレー積層欠陥に起因しているのに対し、結晶欠陥Ｃは、主に二重ショックレー積層欠陥に起因していると判断できる。さらに、図７及び図１１を参照すると、結晶欠陥Ｄ、Ｅは、単一ショックレー積層欠陥に起因していると推察される。また、単一ショックレー積層欠陥には、透過偏光観察像のいずれの結晶欠陥にも対応しないものも存在している。

【0073】

上述の結果を踏まえると、図４～図１１の観察例で示したウェハ（エピウェハ）では、エピ中に発生している基底面転位は貫通螺旋転位（ＴＳＤ）クラスタに結晶歪が影響して形成されているが、二重ショックレー結晶欠陥は、ＴＳＤクラスタやインクルージョンが引き起こす結晶歪が誘因となってエピ中に発生しているものと考えられる。

【0074】

＜利点＞
当該結晶欠陥評価装置１は、光照射部１０が複数種の光源から１の光源を選択可能に構成され、光学フィルタ部３０が複数種の光学素子３１から１の光学素子３１を選択可能に構成されているので、半導体ウェハＷを固定したまま光源と光学素子３１との組み合わせを変更することで、結晶欠陥の全体像あるいは特定の要因に起因する結晶欠陥の画像を複数得ることができる。半導体ウェハＷは固定されており、かつ各画像は同一のカメラ５０で撮影できるので、得られた複数の画像の位置合わせを容易に行うことができる。従って、当該結晶欠陥評価装置１は、画像間で写っている結晶欠陥を容易に対応づけできるので、半導体ウェハＷの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる。

【0075】

［その他の実施形態］
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。

【0076】

上記実施形態では、光照射部がフォトルミネセンス観察用光源と偏光観察用光源とを有する場合を説明したが、波長又は偏光の異なる複数種の光源から１の光源を選択可能に構成されている限り、光照射部がいずれか一方のみを有する構成も本発明の意図するところである。

【0077】

上記実施形態では、オートフォーカスユニットが、半導体ウェハの表面に対物レンズの焦点が位置するように半導体ウェハを移動させる場合を説明したが、対物レンズを移動させてもよく、あるいは対物レンズと半導体ウェハとの両方を移動させてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明の結晶欠陥評価装置は、半導体ウェハの結晶欠陥の全体像と、個々の結晶欠陥の発生要因とを容易に特定できる。

【符号の説明】

【0079】

１ 結晶欠陥評価装置
１０ 光照射部
１１ フォトルミネセンス観察用光源
１１ａ 光源本体
１１ｂ 光学フィルタ
１２ 偏光観察用光源
１２ａ 光源本体
１２ｂ 光学フィルタ
１２ｃ 偏光板
２０ 対物レンズ
３０ 光学フィルタ部
３１ 光学素子
３２ レボルバ
３３ 第１筐体
３３ａ 窓
３４ 第２筐体
４０ 結像レンズ
５０ カメラ
６０ ＸＹステージ
６１ 貫通孔
７０ オートフォーカスユニット
７１ ユニット本体
７２ ハーフミラー
Ｗ 半導体ウェハ
Ｍ 光軸
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ 結晶欠陥

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】