JPH03238348A - Method and device for measuring fine defect of material in non-destuctive manner - Google Patents

Method and device for measuring fine defect of material in non-destuctive manner

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JPH03238348A
JPH03238348A JP2702190A JP2702190A JPH03238348A JP H03238348 A JPH03238348 A JP H03238348A JP 2702190 A JP2702190 A JP 2702190A JP 2702190 A JP2702190 A JP 2702190A JP H03238348 A JPH03238348 A JP H03238348A
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diffusion
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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To measure the density and directions of fine crystals on the surface of a material capable of the penetration of electromagnetic radiation, and on crystals just under it, and other fine crystals in a nondestructive way by measuring electromagnetic radiation diffused in a defective part. CONSTITUTION: An electromagnetic radiation beam 16 generated by a laser 32 is directed to a part 10 to be tested by a specified fixed incident angle, and is condensed by a beam expander 36. And the detecting line 26 of a detector 34 is directed to the part 10, and diffusion from a minute fixed angle near the line 26 is inputted to the detector 34 for detection. Here, the extent of electromagnetic radiation diffused is limited, and its one part is detected, and the radiation is converted into an electric signal proportional to the detected intensity. In contrast to the detector 34 fixed, the part 10 moves concerning axes X, Y, rotates around axis A, and the position of rotation of maximum diffusion intensity are selected and mapped. These are proportional to dimensions and the number of defects respectively or relate to the directional characteristics of the defects, and the distribution of fine defects in a specified region is measured by these.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、材料の表面及び表面直下の結晶上、及び他
の微細欠陥の密度及び方向を非破壊で測定する技術に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a technique for non-destructively measuring the density and direction of fine defects on the surface of a material, on crystals just below the surface, and on other microscopic defects.

(従来の技術) 半導体の製造、光学、及び様々な応用に用いられる多く
の材料は、将来予想される性能に合致する最も高い品質
が要求される。表面の品質と清潔さに関する場合、及び
結晶構造、材料の欠陥及び不純物濃度に関する場合、こ
れは特に重゛要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Many materials used in semiconductor manufacturing, optics, and various applications require the highest quality to meet future expected performance. This is particularly important where surface quality and cleanliness are concerned, and where crystal structure, material defects and impurity concentrations are concerned.

例えばシリコンとガリューム砒素半導体のような場合、
結晶上の欠陥、又は、材料の表面又は表面付近の不純物
は、電気的構成要素、及びその材料で制作された集積回
路の性能を大幅に劣化させる場合があり、又動作不可能
とすることがある。半導体、ガラス、及び金属の光学的
な材料の欠陥は、高出力レーザと供に用いられたとき、
又は二次光学的効果が用いられた場合、致命的な結果を
有する場合がある。この様な状況は以前より認識されて
おり、これら特定材料の表面特性を測定する種々の装置
が開示又は開発された。例えば、米国特許 N o  
4,314.7H名称2欠陥検出システム”は、表面欠
陥及び半導体上の汚れを測定するための幾つかの技術の
内の一つを開示した。しかし、結晶及び他の表面直下の
微細欠陥の測定は、更に困難であった。例えば、前述の
特許に類似した米国特許 N o 、 4.391,5
24  名称゛光拡散材料の品質検査方法″は、その目
的のために開発された一つの技術を開示した。第2の方
法は、米国特許N o 、 4.352.016  名
称”半導体表面の品質を判定するための方法及び装置、
”及び米国特許N o 、 4,314.017  名
称”半導体表面の品質判定装置”である。これら全ての
Mj定定法法、材料の改良及びこれら材料を使用する上
で最も重要な表面下の結晶ダメージ及び、表面と表面下
の他の微小欠陥をa1定するときの重要な限定を有する
For example, in the case of silicon and gallium arsenide semiconductors,
Crystal defects, or impurities at or near the surface of a material, can significantly degrade the performance of electrical components and integrated circuits made from the material, and can render them inoperable. be. Defects in optical materials such as semiconductors, glasses, and metals, when used with high power lasers,
Or if secondary optical effects are used, it may have fatal consequences. This situation has been recognized for some time, and various devices have been disclosed or developed to measure the surface properties of these specific materials. For example, US Patent No.
No. 4,314.7H No. 2 Defect Detection System disclosed one of several techniques for measuring surface defects and contamination on semiconductors. Measurements were even more difficult, for example in US Patent No. 4.391,5, which is similar to the aforementioned patent.
24 entitled "Method for Inspecting the Quality of Light Diffusing Materials" disclosed one technique developed for that purpose. The second method is disclosed in U.S. Pat. a method and apparatus for determining;
"and U.S. Patent No. 4,314.017 entitled "Semiconductor Surface Quality Determination Apparatus." All of these Mj standard methods, material improvements, and the most important subsurface crystallization in using these materials. It has important limitations when determining a1 damage and other micro-defects at the surface and subsurface.

この文書で用いる用語”欠陥′は、内容物、沈殿物、不
純物膜、及び欠陥に関する他の不純物のような、外部か
ら材料が結晶構造に混入された場合に形成される欠陥ば
かりでなく、滑り、位置の誤差、積層誤差、及び埋め込
まれたキズ跡のような大きな材料の表面付近で発見され
る欠陥、又は層即ち薄膜内部で成長又は処理過程で二次
的に発生した様々の構造的結晶の欠陥に関する。同様に
、アモルファス及び多結晶材料に発生する、埋め込まれ
たキズ及び穴、及び目的をもって処理され、又は処理の
間に形成された層間のインターフェースに於ける非結晶
構造欠陥も含む。用語”欠陥“は又、小片や他の表面上
の汚ればかりでなく、穴、キズ、損傷、ピンホール、及
び処理された不純物膜、内容物、及び気泡を説明するた
めにも用いられる。
The term “defect” as used in this document refers to defects formed when external materials are introduced into the crystal structure, such as contents, precipitates, impurity films, and other impurities related to defects, as well as defects caused by slippage. , positional errors, stacking errors, and defects found near the surface of large materials such as embedded scratch marks, or various structural crystals that grow within layers or thin films or that occur secondarily during processing. It also includes embedded scratches and holes that occur in amorphous and polycrystalline materials, and non-crystalline structural defects at interfaces between layers that are purposefully processed or formed during processing. The term "defect" is also used to describe holes, scratches, damage, pinholes, and treated impurity films, contents, and air bubbles, as well as chips and other surface contamination.

基本的に、対象とする材料に於ける欠陥の発生の過程に
は3通りある。第1に、材料が大きな塊に製造されると
きに、欠陥が材料内に生じる。例えば、シリコン又はガ
リューム砒素の単結晶が成長するとき、成長過程で生じ
る熱的応力によって、及び開始材料内の不純物、及び他
の原料からの不純物が結晶内に生じるとき、位置的誤差
かプール(1)oule)に形成される場合がある。多
結晶及びアモルファス材!4に関して、不純物は、開始
材料、材料と接触する$備装置、及び材料が製造される
ときの周囲のガスからも容易に入って来る。
Basically, there are three ways in which defects occur in the target material. First, defects are created within the material when it is manufactured into large chunks. For example, when a single crystal of silicon or gallium arsenide is grown, positional errors or pools ( 1) oule) may be formed. Polycrystalline and amorphous materials! Regarding 4, impurities can also easily come from the starting materials, the equipment that comes into contact with the materials, and the surrounding gases when the materials are manufactured.

気泡及び内容物は、溶解及び冷却過程に於いても形成さ
れる。
Bubbles and contents are also formed during the melting and cooling process.

第2に、材料か製造された後、使いやすい大きさに切断
され、次の処理のために表面は研削され、研磨されなけ
ればならない。切断、研削、研磨のステップに於いても
又、穴やキズのような表面欠陥ばかりでなく、処理され
た表面下の滑り、位置誤差、及び他の不純物が結晶構造
内に生じる原因となる。多結晶及びアモルファス材料は
、表面欠陥に関する同じ問題を有している。これら材料
は、研削及び研磨のときに発生する高圧力によって生じ
る表面欠陥を有する。これら埋没された欠陥は材料の表
面層の部分を形成し、圧力の下に再結晶し、又はアモル
ファス、及び材料の塊となる。不純物は、拡散や他の機
構による動作によって材料の中に形成される。半導体の
場合、この処理のときに生しる第2クラスの欠陥は、材
料の原プールに成長した欠陥に比べ、一般に、1,00
0から1.000,000倍の数になる。数が多いばか
りでなく、材料の巾に成長する欠陥は材料全体に分布す
る一方、前述したような欠陥は、全て表面付近に位置す
る。
Second, after the material is manufactured, it must be cut into useful sizes and the surface must be ground and polished for further processing. The cutting, grinding, and polishing steps also cause not only surface defects such as holes and scratches, but also sub-surface slippage, positional errors, and other impurities in the crystal structure. Polycrystalline and amorphous materials have the same problem with surface defects. These materials have surface defects caused by the high pressures generated during grinding and polishing. These buried defects form part of the surface layer of the material and recrystallize under pressure, or become amorphous and agglomerate of the material. Impurities are formed in materials by action by diffusion or other mechanisms. For semiconductors, the second class of defects created during this process is typically 1,000 times smaller than the defects grown in the original pool of material.
It becomes a number from 0 to 1.000,000 times. Defects that are not only large in number but also grow across the width of the material are distributed throughout the material, while defects such as those described above are all located near the surface.

第3に、積層の欠点、沈殿物、位置誤差ライン、及び欠
陥によって生じたイオン移植のような欠陥は、一般に半
導体ウェハーの処理に用いられる様々の加工処理によっ
て生じることがある。光学的材料や他の材料についても
同様であるが、結晶の欠陥ばかりでな(、前処理によっ
て、アモルファス及び多結晶材料内に埋蔵された欠陥が
発生することがある。コーティング、エツチング、イオ
ン移植及び洗浄のような加工処理は、表面及び表面下の
欠陥を生じることがある。これら欠陥は、光学材料から
の反射、又は光学材料を介した光の伝送路に影響し、電
気的材料の特性に影響する。容易に理解されるように、
他の影響は、あらゆるタイプの表面下の欠陥と表面に現
れるコーティングに関する欠陥との間の結合である。基
盤表面の欠陥は、その表面に接する薄膜コーティング内
の欠点を生じることは従来から知られている。表面下の
欠陥は、非破壊で検出するのが非常に困難であるという
点で複雑であるが、コーティング内の欠点の発生に於け
る表面欠陥と同様とすることができる。光学的、電気的
、及び多くの他の応用は、コーティングの広範囲な使用
を可能とするので、この様な影響は極めて重要である。
Third, defects such as stack-up defects, deposits, positional error lines, and defect-induced ion implants can be caused by various processing processes commonly used to process semiconductor wafers. Similarly, for optical and other materials, not only crystal defects (but also pre-treatments can introduce buried defects in amorphous and polycrystalline materials, coatings, etching, ion implantation, etc.) Processing processes such as cleaning and cleaning can create surface and subsurface defects. These defects can affect the reflection from or the transmission path of light through the optical material, and can affect the properties of the electrical material. As can be easily understood,
Another effect is the coupling between all types of subsurface defects and coating defects appearing on the surface. It has long been known that defects in the surface of a substrate result in defects in the thin film coating adjacent to that surface. Subsurface defects are complex in that they are very difficult to detect non-destructively, but can be similar to surface defects in the occurrence of defects within coatings. Such effects are extremely important because optical, electrical, and many other applications allow for a wide range of uses for coatings.

例えば、半導体ウェハーに成長したエピタキシャル層は
、製造過程の際に生した積層欠陥を有することがあり、
これらは、基盤ウェハーに既に存在する欠陥に関連させ
ることができる。
For example, epitaxial layers grown on semiconductor wafers may have stacking faults created during the manufacturing process.
These can be related to defects already present in the underlying wafer.

結晶ダメージを測定する現在の技術の一つは、米国特許
 N o 、 4,352.01f3及び No。
One current technique for measuring crystal damage is described in U.S. Patent No. 4,352.01f3 and no.

4.352,017に於いて説明されている。この方法
は半導体ウニ・飄−の表面からの紫外線の反射を2波長
てul定する。この技術は、半導体材料内に浅く貫通す
る紫外線を使用するために、あらゆる深さのダメージに
も影響しない方法として知られている。感度を大きく制
限する第2の要因は、反射率の測定自体である。このよ
うな測定は非常に困難であり、多数の内の少ない種類を
探す結果となり、これが2波長の測定をこの技術が必要
とする理由の一つである。この反射率測定技術の実際的
な応用はこれら欠乏状態を示している。
No. 4.352,017. In this method, the reflection of ultraviolet rays from the surface of a semiconductor sea urchin or shell is determined using two wavelengths. This technique is known as a method that does not affect damage at any depth because it uses ultraviolet light that penetrates shallowly into the semiconductor material. The second factor that greatly limits sensitivity is the reflectance measurement itself. Such measurements are very difficult and result in looking for a small number of species out of a large number, which is one of the reasons why this technique requires measurements at two wavelengths. Practical applications of this reflectance measurement technique demonstrate these deficiencies.

第2の方法は、米国特許 N o 、 4,391.5
24に説明されている。この方法は、表面及び表面下領
域から拡散した光を測定することができるが、測定の幾
何学によって、重要なデータは欠落する。
The second method is described in U.S. Patent No. 4,391.5
24. This method can measure light diffused from the surface and subsurface regions, but due to the measurement geometry, important data is missing.

検出ビームに選択された光の波長には無関係なこの結果
を生じる三つの要因がある。第1は、検出ビームの入射
角はO″である。これによって、欠陥の方向的特性を決
定するあらゆる可能性、又は表面と表面下の欠陥の間を
区別するために役立つ偏光の使用を削除することができ
る。第2として、検出器は大きな固定角に対向するので
、あらゆる方向からの拡散を総合し、方向的欠陥の決定
を再び不可能にし、同時に測定される欠陥を示す特徴を
稀薄にする。最後に視線の検出ラインも又、0°又は0
°付近である。これは表面拡散の測定された信号・\の
重要な大きさであり、この信号はこのような状況下で、
表面下の拡散から分離することはほとんど不可能である
。表面拡散の微妙な変化は、測定の目的である表面下か
らの拡散をマスクすることがある。この結果、測定は大
部分の表面下欠陥である方向欠陥を感知せず、又、方向
性を何する数多くの小さな表面欠陥に対しても感知しな
い。
There are three factors that cause this result that are independent of the wavelength of light chosen for the detection beam. First, the angle of incidence of the detection beam is O''. This eliminates any possibility of determining the directional properties of the defect or the use of polarized light to help distinguish between surface and subsurface defects. Second, since the detector faces a large fixed angle, it integrates the diffusion from all directions, again making directional defect determination impossible and diluting the features indicative of the defect being measured at the same time. Finally, the line of sight detection line is also set to 0° or 0
It is around °. This is an important magnitude of the measured signal of surface diffusion, which under these conditions
It is almost impossible to separate from subsurface diffusion. Subtle changes in surface diffusion can mask diffusion from below the surface, which is the objective of the measurement. As a result, the measurement is not sensitive to directional defects, which are most subsurface defects, and is also insensitive to many small surface defects that have no directionality.

拡散測定技術を用いて表面及び/又は表面下の欠陥を測
定することを目的とする他の技術は、全て試験部の表面
からの総合集積拡散を測定する。
Other techniques aimed at measuring surface and/or subsurface defects using diffusion measurement techniques all measure the total integrated diffusion from the surface of the test section.

TISとして知られるこの技術は、全ての方向からの拡
散と同様に、表面及び表面下からの拡散を集積する。そ
の結果、この技術が元来目的とする表面荒さのMj定に
対し、無感覚である。材料からの総合拡散の表面拡散要
素は非常に大きく、特別に反射したビーム付近のある部
分に拡散光が集積された場合、表面下の構成要素を圧倒
する。穴、破片のような多くの微小欠陥は、拡散が一方
向に於いて一般に大きく、他の全ての方向に存在しない
ように刻まれている。大きな穴及び破片に関して、この
集積は信号を稀薄にはしないが、非常に小さな穴、破片
については、TISからの集積信号は、著しい変化を示
さない場合がある。
This technique, known as TIS, integrates diffusion from the surface and subsurface as well as from all directions. As a result, it is insensitive to the Mj constant of surface roughness, which is the original objective of this technique. The surface diffusion component of the total diffusion from the material is so large that it overwhelms the subsurface components if the diffuse light is concentrated in some area near the specially reflected beam. Many microdefects, such as holes, debris, are carved such that diffusion is generally large in one direction and absent in all other directions. For large holes and debris, this accumulation does not dilute the signal, but for very small holes, debris, the accumulation signal from the TIS may not show significant changes.

(発明か解決しようとする課題) 表面欠陥の非破壊測定に用いられる全ての拡散#J定技
術は、欠陥が一様に形成され、球面状又は半球面状でな
い場合、約1ミクロン以下の欠陥を正確に検出すること
はできない。実際の欠陥、特に破片は、−様に形成され
ておらず、長方形又は特異な形を6する。これら特異形
状の欠陥は、光を一様に拡散せず、これら技術によって
正確に検出することができない。事実、このような欠陥
の小さな部分のみがこれら技術によって検出することが
できる。
SUMMARY OF THE INVENTION All diffusion #J techniques used for non-destructive measurement of surface defects are limited to defects of approximately 1 micron or less when the defects are uniformly formed and are not spherical or hemispherical. cannot be detected accurately. Actual defects, especially fragments, are not shaped like--but instead have rectangular or unusual shapes. These irregularly shaped defects do not spread light uniformly and cannot be accurately detected by these techniques. In fact, only a small portion of such defects can be detected by these techniques.

(:1ffiを解決するための手段及び作用)この発明
の目的は、半導体、光学材料及び他の特殊材料、及びコ
ーティングの結晶表面及び表面下の密度、及び他の微小
欠陥を測定する能力を効果的に改善することにある。こ
の発明は、電磁放射の貫通が可能である材料の表面及び
表面直下の結晶上、及び他の微細欠陥の密度及び方向を
非破壊で測定することを目的とし、欠陥部分で拡散した
放射を測定することによって行うことができる。
(Means and actions for solving 1ffi) The object of the present invention is to improve the ability to measure crystal surface and subsurface densities and other micro-defects in semiconductors, optical materials and other specialty materials, and coatings. The objective is to improve the situation. The purpose of this invention is to nondestructively measure the density and direction of micro defects on the surface of a material, on crystals just below the surface, and other microscopic defects through which electromagnetic radiation can penetrate, and to measure the radiation diffused at defective areas. This can be done by

この発明によれば、表面下の測定が望まれる場合、表面
拡散が総合拡散信号に対し大きく影響しないように、M
J定される材料は少ない表面荒さを有し、清潔でなけれ
ばならない。材料は、レーザ又は他の高出力単一波長源
からの適切な電磁放射ビームによって照明されなければ
ならない。適切に選択された偏光及び波長か要求され、
それによって放射の貫通深さか制御される。測定の幾何
学は、最善の結果に対し特に重要である。高い光透過度
を有する材料について、材料の自然拡散は、欠陥からの
拡散を大きく越えてはならない。その部分の厚みは前面
及び表面の背面の拡散を分離するのに十分厚くなければ
ならない、他の場合、両表面は特定の応用に関して重要
である。この分離は検出器に関する測定分野に依存する
。両面か研磨された薄い透過部分について、表面の前面
及び背面がらの拡散は重なり合い容易に分離できない。
According to the invention, when subsurface measurements are desired, the M
The material specified must have low surface roughness and be clean. The material must be illuminated by a suitable beam of electromagnetic radiation from a laser or other high power single wavelength source. Properly selected polarization and wavelength are required;
The penetration depth of the radiation is thereby controlled. Measurement geometry is particularly important for optimal results. For materials with high optical transmission, the natural diffusion of the material should not significantly exceed the diffusion from defects. The thickness of the part must be thick enough to separate the front and back side diffusions of the surface, otherwise both surfaces are important for the particular application. This separation depends on the field of measurement with respect to the detector. For thin transparent sections that are polished on both sides, the diffusion on the front and back sides of the surface overlap and cannot be easily separated.

この場合、総合的拡散は、両表面の各面に関連する表面
下部分、及びバルク(bulk)拡散の全体的な評価を
与える。バルク拡散が小さい場合、表面及び結合された
表面下についての評価のこの形式は、非常に6益である
。ビームの強度は、所定深さから表面下の測定が十分て
きる程に大きい拡散強度を提供しなければならない。し
かし、ビーブの発光密度は、測定される材料にダメージ
が及ぼすほど強力であってはならない。
In this case, the overall diffusion provides an overall estimate of the subsurface portion and bulk diffusion associated with each side of both surfaces. When bulk diffusion is small, this form of evaluation for surface and combined subsurface is of great benefit. The intensity of the beam must provide a sufficiently large spread to allow subsurface measurements from a given depth. However, the luminous density of the beave must not be so strong as to cause damage to the material being measured.

多重に選択された波長を用いて、異なる深さの欠陥を同
時に検出することもできる。各波長についての拡散信号
を分離し、深い貫通波長の信号から浅い貫通波長の信号
を減算することによって、深さ勾配欠陥検出を行うこと
ができる。その結果、表向付近の欠陥の効果を削除する
一方、ある深さの欠陥領域を検出することができる。よ
り強い強度は、より深い部分に更に強力な力を与え、よ
り深い部分の欠陥の検出が可能になるので、これはレー
ザ強度を変えることによっても行うことができる。
Multiple selected wavelengths can also be used to simultaneously detect defects at different depths. Depth gradient defect detection can be performed by separating the diffusion signals for each wavelength and subtracting the shallow penetration wavelength signal from the deep penetration wavelength signal. As a result, it is possible to detect defective regions at a certain depth while eliminating the effect of defects near the surface. This can also be done by varying the laser intensity, since higher intensity gives more force to deeper parts, allowing detection of defects in deeper parts.

ビームの入射角、検出器の検出角、ビームの偏光、及び
検出された放射の偏光は、欠陥からの拡散特徴、及び同
時に材料内及び材料上の望まないソース(source
s)からの拡散を最小にするために用いられる。検出ビ
ームに関する材料の相対的回転は、欠陥の方向の決定及
び、方向性欠陥からの拡散の特性を高めるために用いら
れる。
The angle of incidence of the beam, the angle of detection of the detector, the polarization of the beam, and the polarization of the detected radiation are determined by the diffusion features from defects and at the same time from unwanted sources in and on the material.
s) is used to minimize diffusion from Relative rotation of the material with respect to the detection beam is used to determine the direction of the defect and enhance the properties of diffusion from the directional defect.

この相対的回転は、異なる方向に方向性を有する、又は
方向性を有しない欠陥からの拡散を高め、材料内又は材
料上の既知の欠陥方向からの拡散を最小にするために用
いることができる。例えばダイアモンド回転部分、ダイ
アモンド回転によって生じた引っかき跡に平行な方向を
選択することによって、これら痕跡に関する高い拡散を
削除し、表面下、又は表面上の非常に小さい他の欠陥を
検出することかできる。
This relative rotation can be used to enhance diffusion from oriented or non-oriented defects in different directions and to minimize diffusion from known defect directions in or on the material. . For example, by choosing a rotating part of the diamond, a direction parallel to the scratch marks caused by the diamond rotation, one can remove the high dispersion associated with these marks and detect other very small defects below or on the surface. .

この発明の測定技術は、単結晶半導体材料の表面又は表
面内の、処理の過程に生じた欠陥を検出するために非常
に有益である。単結晶半導体材料としては、水晶及びサ
ファイアのような一般に光透過性材料ばかりでなく、シ
リコン、ガリューム砒素、インジューム燐化物、水銀カ
ドニュームテルル化物などがある。研磨された金属表面
上、又は表面内の欠陥も又検出することができるが、欠
陥の深さはそのような金属について制限される。
The measurement technique of the present invention is very useful for detecting processing-induced defects on or within the surface of single-crystal semiconductor materials. Single crystal semiconductor materials include silicon, gallium arsenide, indium phosphide, mercury cadnium telluride, as well as generally optically transparent materials such as quartz and sapphire. Defects on or within polished metal surfaces can also be detected, but the depth of defects is limited for such metals.

この技術は、半導体上、光学素子、及びコンピュータの
データ格納に用いられる板状の磁石、及び光学ディスク
のよな他の良く研磨された表面上の1ミクロン以下の実
際の破片、穴、及び他の表面欠陥を検出するのに有効で
ある。
This technique can remove actual debris, holes, and other particles smaller than a micron on semiconductors, optical devices, and other highly polished surfaces such as plate magnets used for computer data storage, and optical disks. is effective in detecting surface defects.

この発明に従って構成されたこの様なシステムにより生
じるデータを用いるために、欠陥のマツプの形式でデー
タを表示及びプロットするのが望ましい。これは、色の
変化を拡散強度変化に入れ換え、拡散測定のX及びY軸
についてのマツプ上のこれら色変化をプロットすること
によって行うことができる。マツプ上の色分布を調節す
ることによって、ある特徴を見出だすか又は高めること
ができる。例えば表面直下の独立した不純物膜は、各々
高拡散点として示され、これら拡散点の拡散レベルは多
くの場合、背面拡散レベルより高い。
To use the data generated by such a system constructed in accordance with the present invention, it is desirable to display and plot the data in the form of a map of defects. This can be done by transposing color changes to diffusion intensity changes and plotting these color changes on a map about the X and Y axes of the diffusion measurement. By adjusting the color distribution on the map, certain features can be found or enhanced. For example, separate impurity films just below the surface are each indicated as high diffusion points, and the diffusion level of these diffusion points is often higher than the back diffusion level.

これら拡散点は、高いコントラストの単一色としして分
離され、それらの分布を示すことができる。
These diffuse points can be separated as a single color of high contrast and their distribution shown.

これら表示の多くは、特定の欠陥が特定の拡散特徴に関
係するものとして可能である。黒と白のマツプも又、拡
散強度の表示としてのグレイの影を用いることによって
作成することができる。マツピング(mapping)
は、後の分析に使用されるデータをコンピュータに格納
することとして定義される。結果は、数字又は数字列、
又は他のコンピュータ、他の装置、又は人の操作に対す
る電気信号の場合かある。
Many of these indications are possible as specific defects are related to specific diffusion characteristics. Black and white maps can also be created by using shades of gray as an indication of diffuse intensity. mapping
is defined as storing data on a computer for later analysis. The result is a number or string of numbers,
Or it may be an electrical signal for the operation of another computer, other device, or person.

(実施例) 第1及び第1a図は材料、即ち試験部分10を示し、試
験部分10は、入射角Aで入射した電磁放射ビーム16
に照明された表面15を有する光学材料、又は半導体ウ
ェハなどである。測定されるキイ料、又は部品表面15
は、第1a図の拡大図12に示されるようにマイクロラ
フネス(microroughness)のみを有する
べきである。例えば、632.8ナノメータの波長りに
関し、0.005xL、即ち約30オングストローム又
はそれ以下のルート・ミーン・スケア(rms)マイク
ロラフネスの状態で、表面拡散17が表面下付近の拡散
18を圧倒することはない。又、表面15は、表面の汚
れによる拡散が表面欠陥からの拡散18を圧倒しないよ
うに清潔でなければならない。そうでない場合、所望の
結果は表面19染の測定となる。分離された表面欠陥を
検出する場合、同様な表面荒さの基準が適用される。多
くの場合、一般的な表面荒さは、背面からの拡散か信号
の重要な部分とならない程に低くすべきである。
EXAMPLE Figures 1 and 1a show a material, namely a test section 10, which includes a beam of electromagnetic radiation 16 incident at an angle of incidence A.
an optical material having an illuminated surface 15, or a semiconductor wafer. Key material or part surface to be measured 15
should have only microroughness as shown in enlarged view 12 of FIG. 1a. For example, for a wavelength of 632.8 nanometers, with a root mean scare (rms) microroughness of 0.005xL, or about 30 angstroms or less, the surface diffusion 17 will overwhelm the near subsurface diffusion 18. Never. Also, the surface 15 must be clean so that diffusion from surface dirt does not overwhelm the diffusion 18 from surface defects. Otherwise, the desired result is a measurement of surface 19 staining. Similar surface roughness criteria apply when detecting isolated surface defects. In most cases, the general surface roughness should be so low that backside diffusion is not a significant part of the signal.

表向欠陥の測定に関して、入射ビーム16は、波長、偏
光、強度、及び入射角を材料10への選択された深さま
での伝達か最適となるように設定される。これは表面下
からのか拡散18を増加させる一方、表面からの拡散1
7を減少する。材料特性、消滅係数kを検査することに
よって波長は選択され、放射の貫通深さ L/(2pi
  k)   (ここでpiは良く知られる定数C3,
14159))は表面下の欠陥領域20内の欠陥深さよ
り大きく、又、放射が背面の薄い部分を貫通しないぐら
いに浅くなければならない。例えば、シリコンウェハ内
の処理の際に生じた欠陥は、2又は3ミクロンから数十
ミクロンに過ぎないが、一方つエバの厚みは350から
400ミクロンである。同時に、632.8ナノ゛メー
タの波長を何するビームは、シリコン内の貫通深さ約3
.7ミクロンである。厚い部分に関して、材料は使用さ
れる波長に対して透過性にすることができ、kは非常に
小さい値にすることができる。この場合の制限は、材料
の自然バルク拡散のレベルである。バルク拡散のレベル
が、表面及び/又は表面下の欠陥からの拡散より重大に
高い場合、正確な測定は非常に困難である。
For measurements of superficial defects, the incident beam 16 is set to optimize wavelength, polarization, intensity, and angle of incidence for transmission to a selected depth into the material 10. This increases the diffusion 18 from below the surface, while the diffusion 18 from the surface
Decrease 7. The wavelength is selected by examining the material properties, the extinction coefficient k, and the penetration depth of the radiation L/(2pi
k) (where pi is a well-known constant C3,
14159)) must be greater than the defect depth in the subsurface defect region 20 and shallow enough that the radiation does not penetrate the thin part of the back surface. For example, defects created during processing in silicon wafers are only a few microns to a few tens of microns, whereas the thickness of an evaporator is 350 to 400 microns. At the same time, a beam with a wavelength of 632.8 nanometers has a penetration depth of approximately 3
.. It is 7 microns. For thick sections, the material can be transparent to the wavelengths used and k can be a very small value. The limit in this case is the level of natural bulk diffusion of the material. If the level of bulk diffusion is significantly higher than the diffusion from surface and/or subsurface defects, accurate measurements are very difficult.

貫通深さは、検出ビームが完全に消滅する前に、どれ程
表面下に貫通するかの相対的指示を与える。
Penetration depth gives a relative indication of how far below the surface the detection beam will penetrate before it is completely extinguished.

実際の検出深さ、即ち、それら拡散特徴によって分る意
味のある検出での深さはおおよそ貫通深さに比例する。
The actual detection depth, ie the depth of meaningful detection as determined by these diffusion features, is approximately proportional to the penetration depth.

所定の波長についての検出深さは、表面の検出ビームの
エネルギ密度(パワー/エリア)に強力に関係し、また
、この検出深さは拡散光検出器システムの感度、及び偏
光、入射角、検出された固体角、及びシステム全体のノ
イズから分離され、検出される拡散信号としてこの文書
で定義されるシステム信号/ノイズ比のような他の物理
的パラメータにも関係する。
The detection depth for a given wavelength is strongly related to the energy density (power/area) of the detection beam at the surface, and this detection depth also depends on the sensitivity of the diffuse photodetector system, as well as the polarization, angle of incidence, detection It is also related to other physical parameters such as the solid angle detected, and the system signal/noise ratio, which is defined in this document as the diffuse signal that is detected separated from the overall system noise.

表面欠陥拡散についての偏光は、反射ビーム22の最小
強度、及び送信ビーム24の最大強度について選択され
る。全ての場合、最大送信強度は、p偏光によって出力
される。この場合のpは、ステートに関し、このステー
トに於いて、入射する放射16の電気ベクトル25が入
射平面に平行である。これによって、送信ビーム24の
強度は最大となり、従って、表面下の欠陥からの拡散1
8は最大となる。
The polarization for surface defect diffusion is selected for the minimum intensity of the reflected beam 22 and the maximum intensity of the transmitted beam 24. In all cases, the maximum transmitted power is output by p-polarized light. p in this case refers to the state in which the electric vector 25 of the incident radiation 16 is parallel to the plane of incidence. This maximizes the intensity of the transmitted beam 24 and therefore reduces the spread from the subsurface defects.
8 is the maximum.

他の偏光は様々の結果を達成するために用いることがで
きる。例えば、S偏向が使用される場合(この場合、S
は電気ベクトルが入射平面に対し直角であるステートに
関する)、反射強度は最大であり、送信強度は最小であ
る。従って、表面下の拡散18に対する表面拡散17を
高める。この偏光は表面欠陥の検出に用いられる。
Other polarizations can be used to achieve various results. For example, if S deflection is used (in this case S
(for the state in which the electric vector is perpendicular to the plane of incidence), the reflected intensity is maximum and the transmitted intensity is minimum. Therefore, the surface diffusion 17 is enhanced relative to the subsurface diffusion 18. This polarized light is used to detect surface defects.

入射ビーム16の強度は、対象の深さに於ける測定に関
し、十分大きな表面拡散強度18を供給するために十分
てなければならない。深さに従って、強度は減少するの
で、強度を調節することによって、検出深さを制御する
ことができる。しかし、表面でのビームエネルギ強度(
パワー/エリア)は、試験される材料のダメージ・スレ
ショルドに接近してはならない。ローパワー・ビームで
さえ、極小のスポットに集光した場合、ある材料内の結
晶構造にダメージを与えるに十分なエネルギが蓄積され
、このビームで測定することによって欠陥を生じること
もある。
The intensity of the incident beam 16 must be sufficient to provide a sufficiently large surface spread intensity 18 for measurements at the depth of the object. The intensity decreases with depth, so by adjusting the intensity the detection depth can be controlled. However, the beam energy intensity at the surface (
power/area) should not approach the damage threshold of the material being tested. Even a low-power beam, when focused into a tiny spot, can store enough energy to damage the crystalline structure within a material, causing defects when measured with this beam.

入射角Aは、06から906の間で変化することができ
る。一般に、大きな入射角は、最も良い結果を生む。な
ぜかというと、貫通電磁放射は表面下の線形欠陥と相互
に作用し合い、表面上欠陥は格子のよに動作し、表面を
介して光を背面に拡散するからである。第1a図の拡大
部12は、実際の表面及び表面下はいかなるものかを示
し、深さに伴って増加する欠陥の密度を示す。
The angle of incidence A can vary between 06 and 906. Generally, large angles of incidence produce the best results. This is because the penetrating electromagnetic radiation interacts with subsurface linear defects, and the surface defects act like a lattice, diffusing light through the surface and back. The enlarged section 12 in FIG. 1a shows what the actual surface and subsurface are like and shows the density of defects increasing with depth.

第2図は、試験に供される部分10の表面15の略図で
ある。X1YSZ軸は、Z軸が表面15に直交する形で
示される。入射ビーム16は、入射角Aを何する。検出
器(図示されず)の視線26は、角りによって決定され
る。入射ビーム16、反射ビーム22、検出器の視線2
6、及びZ軸は全て同一平面上にある。平面28とX軸
によって生じる角は、角Rである。Z軸、入射ビム16
、及び検出器の視線26は、試験部分の表面上にある同
一点、即ち試験される点に於いて交差する。
FIG. 2 is a schematic representation of the surface 15 of the part 10 subjected to testing. The X1YSZ axis is shown with the Z axis perpendicular to surface 15. What is the angle of incidence A of the incident beam 16? The line of sight 26 of the detector (not shown) is determined by the corner. Incident beam 16, reflected beam 22, detector line of sight 2
6, and the Z axis are all on the same plane. The angle formed by plane 28 and the X axis is angle R. Z axis, entrance beam 16
, and the detector line of sight 26 intersect at the same point on the surface of the test part, ie the point being tested.

表面下の測定に於いて、ビーム16の入射角Aは、材料
に伝送されるエネルギを最大にするために、また同時に
表面から拡散するエネルギを最小にするために、ブルー
スター角(Brewster−s  angle)(P
偏向に於ける最小反射角、偏光角と呼ばれることもある
)にてきるたけ近いほうがよい。例えばシリコンについ
てのブルースター角は、約75°である。
In subsurface measurements, the angle of incidence A of the beam 16 is adjusted to the Brewster angle in order to maximize the energy transferred into the material and at the same time minimize the energy diffused from the surface. angle)(P
It is better to be as close as possible to the minimum reflection angle in deflection (sometimes called the polarization angle). For example, the Brewster angle for silicon is approximately 75°.

一般に、入射角は55″より大きく、これか問題となる
。なぜかというと、入射ビーム16の衝撃点は、表面を
介して広がり始めるからである。
Generally, the angle of incidence is greater than 55'', which is problematic because the point of impact of the incident beam 16 begins to spread through the surface.

波長632.8ナノメータ、入射角55″のP偏向光の
反射率は、約15%である。即ち、光の8596が材料
を貫通する。実際的にこの光のパーセンテージは、30
watts/am2のエネルギ密度、直径(1,25m
mビームを使用する適切な検出器を用いて、表面下4か
ら5ミクロンにあるシリコン内の欠陥を検出することが
できる。入射面に直交する楕円の主軸を用いて、ビーム
断面を円から楕円に形成することができ、それによって
、更に円断面が大きな入射角に於いて表面に投影するこ
とができる。55°以下の他の角を使用することができ
るが、信号・ノイズ比に於いて劣っており、この信号・
ノイズ比はこの文書に於いて、検出された全出力に対す
る検出された表面下の拡散力の比として用いられる。
The reflectance of P-polarized light at a wavelength of 632.8 nanometers and an angle of incidence of 55'' is approximately 15%, i.e., 8596 of the light penetrates the material. In practice, this percentage of light is 30
Energy density in watts/am2, diameter (1,25 m
With a suitable detector using m-beam, defects in silicon that are 4 to 5 microns below the surface can be detected. With the main axis of the ellipse perpendicular to the plane of incidence, the beam cross section can be shaped from a circle to an ellipse, thereby allowing even more circular cross sections to be projected onto the surface at large angles of incidence. Other angles less than 55° can be used, but the signal-to-noise ratio is inferior and this signal-to-noise ratio is inferior.
The noise ratio is used in this document as the ratio of the detected subsurface diffusive power to the total detected power.

S偏光を用いる表面欠陥の検出に関して、ビーム16の
入射角は、表面拡散の量を最大にし、表面下拡散を最小
にすべきである。与えられたあらゆる材料及びSに偏光
された入射ビームの与えられた波長に関して、入射角が
大ききほど反射率が大きいので、これは必要である。 
ブルースタガ”がS偏光について存在しないので、最も
大きな角が選択可能である。設計及び装置の構造上の便
宜のため、ブルースター角が使用でき、測定された欠陥
の種類、表面又は表面下に依存して、偏光はSからPへ
切り替わる。
For detection of surface defects using S-polarized light, the angle of incidence of beam 16 should maximize the amount of surface diffusion and minimize subsurface diffusion. This is necessary because for any given material and given wavelength of the S-polarized incident beam, the greater the angle of incidence, the greater the reflectivity.
Since Brewster's stagger does not exist for S-polarized light, the largest angle can be selected. For convenience in design and equipment construction, Brewster's angle can be used, depending on the type of defect measured, surface or subsurface. Depending, the polarization switches from S to P.

検出器の検出ライン26の角りは、反射ビーム22の反
対方向に位置すべきである。AD間の角度差は少ないこ
とが望ましい。大きなAの値に対して30″以下、Aの
小さい値に関して30@以上である。表面下から拡散し
たエネルギは材料のある厚み(第1A図の19)を横切
らなければならず、高インデックスから低インデックス
に現れるので、前記したことは正しい。これによって、
試験される材料10の表面15に向かう拡散光の厳しい
屈折の原因となり、特に半導体のような高インデックス
材料に対する屈折の原因となる。他の角度り及びAを使
用することができるが、信号・ノイス比の低下した結果
となる。反射ビーム22にスペクトル的に近い値にある
Dの値は、表面下の測定を極めて正確に行うことができ
ないという点て、検出された信号の表面拡散成分を増加
する。
The corner of the detection line 26 of the detector should be located in the opposite direction of the reflected beam 22. It is desirable that the angular difference between ADs is small. less than 30" for large values of A, and greater than 30" for small values of A. Energy diffused from below the surface must traverse some thickness of the material (19 in Figure 1A), and from high index The above is correct because it appears at a low index.
This causes severe refraction of the diffused light towards the surface 15 of the material 10 being tested, especially for high index materials such as semiconductors. Other angles and A can be used, but will result in a reduced signal-to-noise ratio. Values of D that are spectrally close to the reflected beam 22 increase the surface diffuse component of the detected signal to the extent that subsurface measurements cannot be made very accurately.

検出器の検出ライン26は、この発明に関して非常に重
要である。その理由は、検出器によって遮られる固定角
27は、他の測定技術に比べ比較的少ないからである。
The detection line 26 of the detector is very important with respect to this invention. The reason is that the fixed angle 27 blocked by the detector is relatively small compared to other measurement techniques.

大部分の拡散II定技術に於いて、拡散は大きな固定角
から集められる。効果として、この平均化する方法は、
表面及び表面下の測定に於ける特定の種類の重要な情報
を削除し、それはR角の位置情報である。欠陥部は、実
質的に全ての方向からの拡散を削除する一方、格子のよ
うに動作し、拡散を特定のR角方向に向けるので前記し
たことは拡散の特徴を高める重要な要素である。大きな
固定角27はこの角度情報を集合し、稀薄にする。ここ
に説明する発明は、検出器によって遮られる固定角か0
.1以下、好ましくは0.001と0.01ステラジア
ンの間のとき、最も良く動作する。
In most diffusion II constant techniques, the diffusion is collected from a large fixed angle. As an effect, this averaging method is
We eliminate one type of important information in surface and subsurface measurements, and that is R-angle position information. The above is an important factor in enhancing the diffusion characteristics since the defect portion acts like a lattice and directs the diffusion in a specific R-angle direction while eliminating diffusion from virtually all directions. A large fixed angle 27 aggregates and dilutes this angular information. The invention described herein is based on the fixed angle or zero angle intercepted by the detector.
.. It works best when it is less than 1, preferably between 0.001 and 0.01 steradians.

高透過性材料の場合、測定領域の範囲は制限され、自然
バルク拡散及び他の表面からの外来拡散は検出されず、
結果を歪める。一般的な方法は、検出器の光学系に範囲
ストップを設定することによって検出器の検出範囲を制
限するが、この聞届を解決するために他の方法を用いる
こともできる。
For highly permeable materials, the range of the measurement area is limited, natural bulk diffusion and extraneous diffusion from other surfaces are not detected, and
distort the results. A common method is to limit the detection range of a detector by setting a range stop on the detector optics, but other methods can also be used to solve this problem.

ある状況では、両面を研磨した透過薄膜のように、部品
背面からの拡散も又重要である。この場合、広い視野範
囲が、表面及び表面下からの拡散の検出に必要となる。
In some situations, diffusion from the back side of the component is also important, such as transparent membranes that are polished on both sides. In this case, a wide field of view is required for detection of surface and subsurface diffusion.

材料の自然バルク拡散の効果が、この状態のために考慮
しなければならない。
The effects of the natural bulk diffusion of the material must be considered for this condition.

入射平面28の角Rは、特定材料内の表面下の欠陥の方
向を判断する上で非常に重要である。多くの材料の表面
ド欠陥の特性は、線を有する形式であり、この線は切断
、研削、研磨、更に洗浄の工程にあっても形成される。
The angle R of the plane of incidence 28 is very important in determining the orientation of subsurface defects within a particular material. The nature of surface defects in many materials is in the form of lines, which are formed during cutting, grinding, polishing, and even cleaning processes.

これらの線は、広さというより長さが重要な欠陥領域の
形式である。
These lines are a type of defect area where length is more important than width.

この効果は、精密格子からのこれら線である。従ってこ
れら特徴からの拡散は強力に方向ずけられ、入射平面2
8の表面かそれらに直交する場合、拡散は入射平面に於
いて非常に強力である。他のあらゆる角度に於いて、拡
散は入射平面内の拡散より少ないか又は存在しない。こ
れは、角Rは表面下の欠陥の方向に直接関係することを
意味する。
The effect is these lines from a precision grid. Diffusion from these features is therefore strongly directed and the plane of incidence 2
8 or perpendicular to them, the diffusion is very strong in the plane of incidence. At all other angles, the diffusion is less than or non-existent in the plane of incidence. This means that the angle R is directly related to the direction of the subsurface defect.

この方向性は、表面を形成するために用いる処理に直接
関係する。従って、処理の種類の効果は直接観察するこ
とかできる。理想的に、角R及びこの角に関する最大拡
散は、材料の各方向に関して各々判定される。
This directionality is directly related to the process used to form the surface. Therefore, the effect of the type of treatment can be directly observed. Ideally, the angle R and the maximum diffusion with respect to this corner are determined separately for each direction of the material.

角Rについての他の位置も又、結晶学的観点に於いて重
要である。例えば、堆積誤りのようなある種の欠陥は、
ある結晶学的方向に向いている。
Other positions for the angle R are also important from a crystallographic point of view. For example, certain defects, such as deposition errors,
Oriented in a certain crystallographic direction.

従って、この特定形式の欠陥が重要である場合、この既
知の特定方向に一致する角Rを選択し、他の欠陥の効果
を最小にする一方で、堆積誤りを検出する。その方向か
らの信号が、対象とする欠陥からの信号を圧倒する場合
があるので回避されなければならない既知方向が存在す
る状態がある。
Therefore, if this particular type of defect is important, select an angle R that coincides with this known particular direction to detect deposition errors while minimizing the effects of other defects. There are situations where there are known directions that must be avoided because the signal from that direction may overwhelm the signal from the defect of interest.

これは測定ダイアモンドが回転する場合である。This is the case when the measuring diamond rotates.

表面及び表面下に残されたダイアモンドの回転による引
っかきマークは大きく、それらからの信号が、更に小さ
い欠陥を検出不可能とする。引っがきマークに直交する
方向を避け、引っかきマーツクに平行な方向に集中する
ことによって、表面及び表面下の小さい欠陥を検出する
ことができる。
The scratch marks left by the diamond rotation on the surface and below the surface are large and the signals from them make smaller defects undetectable. By avoiding directions perpendicular to the scratch marks and concentrating on directions parallel to the scratch marks, small surface and subsurface defects can be detected.

R角を使用する他の種類は、最大のR角位置のみを使用
して検出することができる第′2最大値又は二次効果を
求めるときなどに可能である。
Other types of using the R-angle are possible, such as when determining a '2nd maximum or quadratic effect that can be detected using only the maximum R-angle position.

分離された表面欠陥を探すとき、R角は又非常に重要で
ある。多くの表面欠陥、特に高々検出ビームの波長りよ
り小さいサイズの破片であり、特異な形状を有するもの
は、重要なエネルギの量を単一の狭義に定義されたR角
方向に拡散する。与えられた点に於ける拡散対R角の変
化を検査することによって、それらが検出ビームの波長
りよりも非常に小さい場合でも、これら破片又は他の欠
陥を検出することができる。
The R angle is also very important when looking for isolated surface defects. Many surface defects, especially debris that are smaller in size than the wavelength of the detection beam and have unusual shapes, scatter a significant amount of energy in a single, narrowly defined R-angle direction. By examining the change in spread vs. R angle at a given point, these debris or other defects can be detected even if they are much smaller than the wavelength of the detection beam.

拡散の検出は、固定状態装置、又はフォトマルチプライ
ア形式の装置で可能である。あらゆる場合に於いてビー
ムをチョップ(chop)又はパルス状にすることによ
って、拡散信号の検出を高めることができ、この技術は
この分野で良く知られている。これは、高品質単一結晶
材料を検出し、可能な限り高い信号・ノイズ比を達成す
るときに必要である。
Detection of diffusion is possible with fixed state devices or photomultiplier type devices. Detection of diffuse signals can be enhanced in all cases by chopping or pulsing the beam, a technique well known in the art. This is necessary when detecting high quality single crystal materials and achieving the highest possible signal-to-noise ratio.

前記したこの発明の各アスペクトに関して、入射角A、
視角りの検出ライン、Z軸の角R及び検出器27によっ
て遮られる固定角は、表面下の欠陥からの拡散特性を改
善するために有益である。
Regarding each aspect of the invention described above, the angle of incidence A,
The viewing angle detection line, the Z-axis angle R, and the fixed angle intercepted by the detector 27 are beneficial for improving the diffusion properties from subsurface defects.

この発明のこれら4つのアスペクトを結合し、最も困難
な種類の表面下欠陥に対する測定装置の感度を大幅に改
善できる。以下に説明されるこの発明の各実施例は、こ
の発明のこれら要素を最も良く使用する装置の能力を高
めるために特に選択されたものである。
These four aspects of the invention can be combined to significantly improve the sensitivity of the measurement device to the most difficult types of subsurface defects. The embodiments of the invention described below have been specifically selected to enhance the ability of the apparatus to best utilize these elements of the invention.

以下の図面はこの発明の主な実施例である。第1の実施
例は、第3図に示される。この実施例に於いて、電磁放
射の源、即ちレーザ32は及び検出器34は、固定であ
り、試験部10はX軸及びY軸について移動し、Z軸を
中心として回転する。
The following drawings are main embodiments of the invention. A first embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the source of electromagnetic radiation, laser 32, and detector 34 are stationary, and test station 10 moves about the X and Y axes and rotates about the Z axis.

検出器34は、フォトマルチプライア・チューブ又はソ
リッドステート検出器である。試験部の様々な動作は、
コンピュータ制御、X軸、Y軸方向の移動用のモータ駆
動マイクロボジショニング・ステージ39及び37、及
びZ軸を中心とする回転運動のためのステージ41によ
って達成される。
Detector 34 is a photomultiplier tube or solid state detector. The various operations of the testing department are
This is accomplished by computer-controlled, motor-driven micropositioning stages 39 and 37 for movement in the X-axis, Y-axis, and stage 41 for rotational movement about the Z-axis.

3つのステージは、測定されるX−Y座標の交点に於い
て、Z軸が常に試験表面を捕らえるように構成される。
The three stages are configured such that the Z axis always captures the test surface at the intersection of the X-Y coordinates being measured.

各X及びYポジションにおいて角Rは0″から、360
°まで変化し、最大値は検出器34によって読み取られ
、コンピュータに受信される。最大拡散強度対位置のマ
ツプが生成される。これは、多くの可能なデータセット
の中の一つに過ぎない。最大値ではなく方向、又は多重
方向より構成されるマツプも又作成可能である。これら
マツプは、この発明の測定装置の出力である。
At each X and Y position, the angle R is from 0'' to 360
The maximum value is read by the detector 34 and received by the computer. A map of maximum diffuse intensity versus position is generated. This is just one of many possible datasets. Maps consisting of directions rather than maxima, or multiple directions, can also be created. These maps are the output of the measuring device of this invention.

特殊フィルタ・ビーム拡張器36は、ビームにガウス断
面を与え、ビームを所定直径に集光し、試験表面に入射
させ、エネルギ密度を測定に適するレベルにまで増加す
る。他のビーム断面も可能であり、ビーム直径を介して
一定強度を有するトップハツト(tophat)のよう
に走査するものもあるが、しかし、ガウス断面は容認で
きるものであり、生成するのが最も容易である。偏光器
38は、表面又は表面下の欠陥のどちらが測定されるか
に依存して、正しい偏光P又はSを確保する。S及びP
偏光の合成が可能であるがこの場合、検出器は対象の偏
光を選択しなければならず、又はその結果は表面及び表
面下効果の合成となるであろう。ビーム分光器30はビ
ームを分割しエネルギの小部分が検出器31の方向に向
うようにし、検出器31の出力はコンピュータに供給さ
れる。
A special filter beam expander 36 imparts a Gaussian cross-section to the beam, focuses the beam to a predetermined diameter, and impinges on the test surface, increasing the energy density to a level suitable for measurement. Other beam cross-sections are possible, some scanning like a tophat with constant intensity through the beam diameter, but a Gaussian cross-section is acceptable and the easiest to produce. It is. Polarizer 38 ensures the correct polarization P or S depending on whether surface or subsurface defects are being measured. S and P
Combination of polarizations is possible, but in this case the detector would have to select the polarization of interest, or the result would be a combination of surface and subsurface effects. A beam spectrometer 30 splits the beam so that a small portion of the energy is directed towards a detector 31 whose output is fed to a computer.

この情報は、レーザ32からの入力の変化に対する検出
器34の出力を校正するために用いられる。
This information is used to calibrate the output of detector 34 to changes in the input from laser 32.

シリンダ状レンズ33はビーム断面を楕円形に再形成し
、試験部表面の足跡を円形にする。反射ビーム22は、
吸収部40によって阻止され、偽の反射を削除する。
The cylindrical lens 33 reshapes the beam cross-section into an ellipse, making the footprint on the test section surface circular. The reflected beam 22 is
It is blocked by the absorber 40 to eliminate false reflections.

第4図において、検出器34は固定され、試験部10は
Z軸を中心として回転運動のみを行い、Z軸も又試験部
10に関して固定されている。検出ビーム16は可動ミ
ラー42.44を用いてX及びY方向に走査される。可
動ミラー42.44は互いに90″をなす平面に於いて
発振する。レンズ46は走査によって生じたビーム変化
角を校正する。ビームストップ40は走査されたビーム
を収容するだけの大きさを6し、ビームが検出器に再び
反射又は拡散したことによる誤った読み込みを防止する
。この構成によって、広い範囲に渡り走査を短時間に行
うことができる。微小位置設定部41を用いて、試験下
にある材料を回転させることによって、角Rはまだ変化
しなければならないが、材料はX及びY方向に於いて固
定されている。
In FIG. 4, the detector 34 is fixed and the test section 10 makes only rotational movement about the Z-axis, which is also fixed with respect to the test section 10. In FIG. The detection beam 16 is scanned in the X and Y directions using movable mirrors 42,44. The movable mirrors 42, 44 oscillate in planes that are 90" from each other. A lens 46 calibrates the angle of beam change caused by the scan. The beam stop 40 is large enough to accommodate the scanned beam. , prevents erroneous readings due to the beam being reflected back to the detector or diffused. With this configuration, scanning can be performed over a wide range in a short time. Using the micro position setting section 41, By rotating a material, the angle R must still change, but the material is fixed in the X and Y directions.

前記実施例により、X−Y座標を検出することは不可能
であり、試験部の特定点を介して、Z軸を中心に回転す
るのは不可能である。R角は固定されなければならず、
試験部の全表面はX及びY方向に走査され、一つの完全
なマツプを作成する。
According to the embodiment, it is not possible to detect the X-Y coordinates, and it is not possible to rotate around the Z-axis through a specific point of the test part. The R angle must be fixed,
The entire surface of the test section is scanned in the X and Y directions to create one complete map.

これは、最終構成のマツプを得るための処理をかなり必
要とし、又は欠陥の方向が、以前の測定によって判って
いるときに使用される。この構成に於いて、視野の検出
範囲は、正確な結果を得るために走査される全領域を包
囲しなければならない。
This requires considerable processing to obtain a map of the final configuration, or is used when the direction of the defect is known from previous measurements. In this configuration, the detection range of the field of view must encompass the entire area scanned to obtain accurate results.

第5図は、試験部10が微小位置設定部3つ及び37に
よって、X及びY方向に移動し、ビームはZ軸を中心に
ステージ41によって回転する。
In FIG. 5, the test section 10 is moved in the X and Y directions by three minute position setting sections and 37, and the beam is rotated by a stage 41 around the Z axis.

この軸の分離は、多くの点で、特に、装置の回転部に電
気的接続かないので設計を簡単にすることができる。ビ
ームはレーザ32によって発生し、要素38が入射する
放射を円形偏光に変換することを除き、前述したように
処理される。次にビムは、方向走査ミラー48によって
、環状ミラ50の中心を介して、及び回転ステージ41
の中心を介して方向か決定する。この点で、ビーム16
はZ軸と一致する。ビームはミラー56によって、偏光
フィルタ62及びシリンダ状の集光レンズ64を介して
方向が決定し、偏光フィルタ62は入射する放射を正し
い偏光に変換する。
This separation of the shafts can simplify the design in many ways, especially since there are no electrical connections to the rotating parts of the device. The beam is generated by laser 32 and processed as described above, except that element 38 converts the incoming radiation to circularly polarized light. The beam is then moved through the center of the annular mirror 50 by the directional scanning mirror 48 and through the rotation stage 41
Determine the direction through the center of. At this point, beam 16
coincides with the Z axis. The beam is directed by mirror 56 through a polarizing filter 62 and a cylindrical focusing lens 64, which converts the incoming radiation to the correct polarization.

最後にビーム16はミラー60に入射し、ミラ60はビ
ームが試験部10に入射するときの正しい入射角を与え
る。反射ビーム22は、ビーム吸収器40によって遮ら
れる。拡散した電磁放射はミラー58によって収集され
、ミラー56によって反射し、ステージ41内の穴を介
してミラー50に到達し、経路26を介して検出器34
に到達する。光学ヘンナ52に搭載された全ての光学構
成要素は、ステージ41の可動部分のZ軸について回転
する。
Finally, the beam 16 is incident on a mirror 60 which provides the correct angle of incidence for the beam to enter the test section 10. The reflected beam 22 is intercepted by a beam absorber 40. The diffused electromagnetic radiation is collected by mirror 58 , reflected by mirror 56 , passes through a hole in stage 41 to mirror 50 , and travels via path 26 to detector 34 .
reach. All optical components mounted on the optical henna 52 rotate about the Z axis of the movable part of the stage 41.

第6図はこの発明の実施例であり、半導体ウェハ又は平
面表面材料上の高速欠陥測定器を示す。
FIG. 6 shows an embodiment of the invention, a high speed defect detector on semiconductor wafers or planar surface materials.

この場合、試験部10は微小位置設定部39.37によ
ってX及びY方向に移動し、ビームは空気ヘアリング支
持光学要素65によってZ軸について回転する。空気ベ
アリング66によって光学要素は非常に高速に回転する
ことができ、従って測定か速やかに行える。検出ビーム
16は、レザ32によって発生し、光学素子36を介し
てビームを前述のように濾波及び形成される。光学要素
38は、ビームを円形偏光に変換する。ビームは、空気
ベアリング66の回転軸であるZ軸に−致しなければな
らない。ビームは回転光学要素65を通過する。回転光
学要素65は、2つのプリズム67及び68より構成さ
れ、これら2つのプリズムは、光を通過しない材料69
によって分離されている。プリズム67は、表面に偏光
フィルム70を有するプリズム67のフェースを介して
、ビームをZ軸について90°反射する。これによって
、円形偏光ビーム16を表面下の測定のために、P偏光
状態に変換する。ビームは環状ミラー71から反射して
、試験部10に入射するときの正しい入射角が提供され
、次に反射ビーム22はミラー71に戻り、S偏光のみ
を通過させる偏光フィルム72を有するプリズム68の
フェスに到達する。その結果、反射ビーム22の強度を
重要な要因によって減少させ、残りの光をS偏光に変換
する。次にビームは、角度を有するプリズム68のフェ
ースから反射し、プリズム68はP偏光のみを通過する
偏光フィルム73を有し、プリズム68のボトムフェー
スを介して再びビームの強度を減少する。残りの光は、
回転要素65の角度を有する内部表面に衝突し、回転要
素65は背面吸収コーティング74を有する。光学要素
65のこの部分、及び反射ビーム22についての回路経
路の目的は、測定を妨害する可能性のある光学システム
に戻ってしまう検出ビームのあらゆる反射を削除するた
めである。表面測定について、偏光フィルム70.72
及び73はs、p、及びS偏光に各々設定できる。試験
部10の表面欠陥から拡散した光は、環状ミラー75に
よって収集され、反射し、回転光学要素65及び環状ミ
ラー75に経路26を介して帰還する。集光光学系76
を介して光は検出器34に到達する。垂直微小位置設定
部77は、試験部10の上方の回転要素65の高さを調
節し、様々な試験部のあらゆる厚みに適合することがで
きる。コンピュータCはデータを分析し、マツピング機
能を提供する。マツピング機能は現在のスケールに従っ
てデータをカラーに変換し、又試験される部分のX−Y
座標に従ってそのカラーをマツピングすることである。
In this case, the test section 10 is moved in the X and Y directions by means of the micropositioning section 39.37, and the beam is rotated about the Z axis by means of the air hair ring support optical element 65. The air bearing 66 allows the optical element to rotate very quickly, so that measurements can be made quickly. Detection beam 16 is generated by laser 32, and the beam is filtered and shaped as described above via optical element 36. Optical element 38 converts the beam to circularly polarized light. The beam must align with the Z axis, which is the axis of rotation of the air bearing 66. The beam passes through rotating optical element 65. The rotating optical element 65 consists of two prisms 67 and 68, which are made of a material 69 that does not transmit light.
separated by. Prism 67 reflects the beam 90 degrees about the Z-axis through the face of prism 67, which has a polarizing film 70 on its surface. This converts the circularly polarized beam 16 to a P polarization state for subsurface measurements. The beam is reflected from the annular mirror 71 to provide the correct angle of incidence when entering the test section 10, and the reflected beam 22 then returns to the mirror 71 and passes through the prism 68, which has a polarizing film 72 that passes only the S-polarized light. Reach Fes. As a result, the intensity of the reflected beam 22 is reduced by an important factor, converting the remaining light into S-polarized light. The beam then reflects off the face of angled prism 68, which has a polarizing film 73 that passes only P-polarized light, reducing the intensity of the beam again through the bottom face of prism 68. The remaining light is
Impinging on the angled interior surface of the rotating element 65 , the rotating element 65 has a backside absorbent coating 74 . The purpose of this portion of optical element 65, and the circuit path for reflected beam 22, is to eliminate any reflections of the detection beam back into the optical system that could interfere with the measurements. For surface measurement, polarizing film 70.72
and 73 can be set to s, p, and s polarization, respectively. Light scattered from surface defects in test section 10 is collected by annular mirror 75 , reflected and returned to rotating optical element 65 and annular mirror 75 via path 26 . Condensing optical system 76
The light reaches the detector 34 via the . The vertical micro-positioning section 77 can adjust the height of the rotating element 65 above the test section 10 and adapt to any thickness of different test sections. Computer C analyzes the data and provides mapping functionality. The mapping function converts the data to color according to the current scale and also
The process is to map the color according to its coordinates.

第7図はこの発明の一実施例であり、第6図に示した例
に類似するが、この例では異なる波長を有する3つのレ
ーザ、及びそれら波長に対する3つの検出器を含む。こ
の発明の実施例は特に表面下の測定を目的としている。
FIG. 7 is an embodiment of the invention, similar to the example shown in FIG. 6, but this example includes three lasers with different wavelengths and three detectors for those wavelengths. Embodiments of the invention are specifically aimed at subsurface measurements.

3つのレーザ78.79.8nは各々異なる波長で動作
する。それぞれの波長は、測定される材料について、明
らかに異なる貫通深さを得るために選択される。各レー
ザーは空間フィルタ/ビーム拡張器36を有し、出力を
集光及び濾波し、ビームの一部は夫々の場合、ミラー3
0によって分離され、検出器31によって捕らえられ、
ビームパワーかモニタされる。
Each of the three lasers 78.79.8n operates at a different wavelength. Each wavelength is chosen to obtain distinctly different penetration depths for the material being measured. Each laser has a spatial filter/beam expander 36 to focus and filter the output, with a portion of the beam in each case being directed to mirror 3.
separated by 0 and captured by detector 31,
Beam power is monitored.

ミラー81.82.83は各々対応するし〜ザの波長を
良く反射するように設計され、一方他の波長は透過する
。この結果、単一ビーム16は3つの波長を含み、光学
要素38によって円形に偏光される。この単一構成ビー
ムは回転要素65により反射し環状ミラー71に到達し
、試験部10の方向に向く。光はレンズ76によって集
光し、光学要素90によって規準され、転送ミラー87
.88.89によって反射し検出器84.85.86に
到達する。これら転送ミラーも又選択される波長を強力
に反射し、それ以外の波長は通過する。従って各ミラー
は、単一の波長のみを、対応する検出器に反射し、対応
する検出器はその波長についてチューニングし、及び波
長を濾波する。
The mirrors 81, 82, 83 are each designed to reflect well the corresponding wavelength, while transmitting other wavelengths. As a result, single beam 16 contains three wavelengths and is circularly polarized by optical element 38. This single component beam is reflected by the rotating element 65 and reaches the annular mirror 71, which directs it towards the test station 10. The light is focused by lens 76, referenced by optical element 90, and directed to transfer mirror 87.
.. 88.89 and reaches the detector 84.85.86. These transfer mirrors also strongly reflect selected wavelengths and pass other wavelengths. Each mirror therefore reflects only a single wavelength to its corresponding detector, which tunes and filters that wavelength.

例えばミラー89は単一波長を検出器86に反射する一
方、他の2つの波長を透過し、次の2つのミラーに伝送
する。
For example, mirror 89 reflects a single wavelength to detector 86 while transmitting two other wavelengths to the next two mirrors.

前述したM1定装置に2波長、3波長、又はそれ以上の
波長を使用する効果は、波長を分離し、異なる深さて貫
通させ、個別に検出することである。
The effect of using two, three, or more wavelengths in the M1 constant device described above is to separate the wavelengths, penetrate them to different depths, and detect them individually.

各検出器は、異なる信号を受信し、この信号は表面直下
の欠陥拡散特性を有し、試験される材料内をあらゆ深さ
に貫通できる波長の信号を含む。最小の深さを貫通する
波長は最小限の情報を含む一方、次に深く貫通する波長
は、以前の全ての情報と更に深い欠陥に一ついての更に
新しい情報を含む。
Each detector receives a different signal, which includes signals at wavelengths that have subsurface defect diffusion characteristics and are capable of penetrating to any depth within the material being tested. The wavelength that penetrates the smallest depth contains the least amount of information, while the next wavelength that penetrates deeper contains all the previous information plus newer information for one of the deeper defects.

浅い情報がより深い情報から減算することによって得ら
れる場合、この結果はより深い欠陥についての情報であ
る。これら深さが既知の場合、既知の深さの欠陥領域に
認識される。同様の処理が次の波長によって、第3の深
さ領域を得るために実行され、第1の深さ領域が最も浅
い貫通波長のみによって得られ、第2の深さ領域は、2
番目に深い貫通波長から第1の深さ領域を差し引くこと
によって得られる。所望の情報量及び装置の複雑性に依
存して、更に多い又は少ない波長を使用することができ
る。情報の減算は欠陥の方向深さによって変化するので
、欠陥の回転方向に関して行われなければならない。最
善の方法は、与えられた点に於ける各波長についての回
転データを取り、それを減算し、所望の深さ領域に於け
るその点についての大きさと方向の両方を得ることであ
る。
If shallow information is obtained by subtracting from deeper information, the result is information about deeper defects. When these depths are known, defective areas of known depths are recognized. A similar process is performed to obtain a third depth region with the next wavelength, the first depth region being obtained only with the shallowest penetration wavelength, and the second depth region being obtained with the shallowest penetration wavelength only.
It is obtained by subtracting the first depth region from the deepest penetration wavelength. More or fewer wavelengths can be used depending on the amount of information desired and the complexity of the device. Since the information subtraction varies with the directional depth of the defect, it must be performed with respect to the rotational direction of the defect. The best method is to take the rotational data for each wavelength at a given point and subtract it to obtain both the magnitude and direction for that point in the desired depth region.

この発明に係る実施例の利点は、欠陥の深さを非破壊で
正確に判定することができることである。
An advantage of embodiments according to the invention is that the depth of defects can be accurately determined in a non-destructive manner.

この深さ情報は、この発明の前の実施例では得ることが
できない。
This depth information is not available in previous embodiments of this invention.

第8図に示される実施例では、欠陥深さは異なる方法に
より決定される。この実施例は第6図に示される実施例
に良く似ており、表面下欠陥を測定するために特に設計
することができる。違いは、ここでレーザ32はコンピ
ュータCによって制御されるパワーモジュレータ91を
有する。これによってレーザの出力が変化し、制御され
、入射ビム16に異なるレベルを使用することができる
In the embodiment shown in FIG. 8, the defect depth is determined by a different method. This embodiment is very similar to the embodiment shown in FIG. 6 and can be specifically designed for measuring subsurface defects. The difference is that now the laser 32 has a power modulator 91 controlled by the computer C. This allows the power of the laser to be varied and controlled and different levels for the input beam 16 to be used.

検出ビームの波長及び出力は、所定の検出深さを達成す
るために選択され、検出ビームパワーは一度試験材料に
入った後は指数関数的に減少するので、パワーの減少は
検出深さを減少する。これは真実である。なぜかという
と、表面に現れた欠陥からの拡散が非常に少なく、シス
テムのノイズレベル以ドであるような絶対パワーレベル
が存在するからである。
The wavelength and power of the detection beam are selected to achieve a predetermined detection depth, and since the detection beam power decreases exponentially once it enters the test material, a decrease in power decreases the detection depth. do. This is true. This is because the diffusion from surface defects is very low, and there is an absolute power level that is below the noise level of the system.

このパワーに伴なう検出深さは、第7図に示されるよう
に、波長の変化と同じように使用することができ、欠陥
領域の深さを決定するために用いられる。しかしこの場
合の適用は僅かに異なる。
This detection depth with power can be used in the same way as the change in wavelength, as shown in FIG. 7, and is used to determine the depth of the defect area. However, the application in this case is slightly different.

二の技術を適用することができる一つの方法は、試験部
に渡る各々異なるパワーレベルを有する幾つかの経路を
実際に形成することであり、適切なデータを減算して深
さ情報を得る。他の方法は各回転位置に於いて2つ又は
それ以上のレベルが使用できるようにパワーレベルを即
座に変調する方法である。次にデータは適切に減算され
、深さ情報を得る。
One way in which the second technique can be applied is to actually create several paths, each with a different power level, across the test section and subtract the appropriate data to obtain the depth information. Another method is to modulate the power level on the fly so that two or more levels are available at each rotational position. The data is then subtracted appropriately to obtain depth information.

この方法は、第7図に示される多重波長方式について幾
つかの利点がある。この結果の装置は簡単な構造をHし
、従って高価ではない。所望の深さを(コンピュータ制
御することは可能であり、この制御は検出深さの僅かな
変化に対し、繊細な制御が可能である。主な問題は、パ
ワーを増加することによる検出深さの増加は、試験部、
特に半導体にダメーンを及はすパワーレベルに容易に達
してしまう。それは試験状況の光の吸収の非直線性によ
るからである。
This method has several advantages over the multiple wavelength scheme shown in FIG. The resulting device has a simple construction and is therefore not expensive. It is possible to control the desired depth by computer, and this control allows for delicate control over small changes in the detection depth.The main problem is that the detection depth by increasing the power The increase in testing department,
In particular, power levels can easily be reached that can damage semiconductors. This is due to the non-linearity of light absorption in the test situation.

考えられる他の方法は、第7図及び第8図に示される実
施例の組み合わせであり、第7図のレザ78.79.8
0に変調器91が追加される。
Another possible method is a combination of the embodiments shown in FIGS.
A modulator 91 is added to 0.

これによって、多重波長及び多重パワーレベルを、装置
の試験される材料及び所望の検出深さに対する動作を最
適化するために組み合わせることである。
Thereby, multiple wavelengths and multiple power levels are combined to optimize the operation of the device for the material being tested and the desired detection depth.

この発明のあらゆる実施例は、二つの重要な方法に於け
る状況から分離されるべきである。この装置は振動から
分離されるべきであり、検出ビームと試験部の間の微妙
な動きの影響を取り去る。
Any embodiment of this invention should be separated from the situation in two important ways. This device should be isolated from vibrations, eliminating the effects of subtle movements between the detection beam and the test part.

試験部の隣接する部分は大きく異なる拡散特性を有する
ことがあるので、振動は大きな誤差の原因となる。この
装置は又、清潔な環境の中で分離され、測定される表面
の汚染に関する問題を除くべきである。あらゆる種類の
汚染、特に個々の微粒子の19染に関する装置の感度は
非常に大きいので、前記したことは必要である。この最
後の効果は破片の検出及び位置の検出のために装置を用
いる場合に有益である。
Vibrations can cause large errors since adjacent parts of the test section can have widely different diffusion properties. The device should also be isolated in a clean environment, eliminating problems with contamination of the measured surfaces. This is necessary because the sensitivity of the device with respect to all types of contamination, especially to contamination of individual particles, is very high. This last effect is beneficial when using the device for debris detection and location detection.

この文書で説明された測定方法及び装置はこの発明の好
適実施例を構成する一方、この発明はここに説明された
h゛法や装置に限るものではない。
While the measurement methods and apparatus described in this document constitute preferred embodiments of the invention, the invention is not limited to the methods and apparatus described herein.

(発明の効果) この発明によって、半導体、光学材料及び他の特殊材料
、及びコーティングの結晶表面及び表面下の密度、及び
他の微小欠陥を非破壊で測定する能力を効果的に改善す
ることができる。従って、欠陥か、−様に形成されてお
らず、球面状又は半球面状でない場合、約1ミクロン以
下の欠陥は従来の技術によっては正確に検出することが
不可能であったが、この発明によって正確に検出するこ
とができる。
(Effects of the Invention) The present invention effectively improves the ability to nondestructively measure crystal surface and subsurface densities and other microdefects in semiconductors, optical materials and other specialty materials, and coatings. can. Therefore, defects of approximately 1 micron or less, which are not shaped like a spherical or hemispherical surface, cannot be accurately detected by conventional techniques, but the present invention can be detected accurately by

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明による電磁放射ビームによって照明
された表面及び表面下の欠陥を有する材料の拡大断面図
、第1a図は材料とビームの交点部の拡大図、第2図は
材料表面の斜視図であり、材料表面に関する検出器の検
出ラインとビームの方向を示す略図、第3図は材料が固
定ビーム及び固定検出器の下に移動するこの発明の一実
施例であり、第4図はビームが文字どうりX及びY方向
に走査し、一方材料はX軸付近を回転し、検出器は固定
されている場合のこの発明の一実施例を示し、第5図は
材料が文字どうりX軸及びY軸方向に動き、電磁放射ビ
ームはX軸付近に回転する場合のこの発明の一実施例を
示し、第6図は半導体ウェハ又は他の平らな表面を有す
る材料の非常に高速なマツピングを目的として設計され
たこの発明の一実施例であり、第7図は第6図に示され
る一実施例に、検出ビームについて同時に3つの波長を
用いた場合を示し、及び第8図は第6図に示される一実
施例に於ける検出ビームを可変させた場合を示す。
1 is an enlarged cross-sectional view of a material with surface and subsurface defects illuminated by a beam of electromagnetic radiation according to the invention; FIG. 1a is an enlarged view of the intersection of the material and the beam; and FIG. 3 is a perspective view and a schematic diagram showing the detection line of the detector and the direction of the beam with respect to the material surface; FIG. 3 is an embodiment of the invention in which the material moves below a fixed beam and a fixed detector; FIG. 4; Figure 5 shows an embodiment of the invention where the beam scans in the literal X and Y directions, while the material rotates about the X axis and the detector is fixed. FIG. 6 shows an embodiment of the present invention where the beam of electromagnetic radiation rotates about the X-axis, and FIG. FIG. 7 shows a case where three wavelengths are used simultaneously for the detection beam in the embodiment shown in FIG. 6, and FIG. 6 shows the case where the detection beam is varied in the embodiment shown in FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、(a)電磁放射ビームを発生するステップと、 (b)所定の固定入射角で、前記ビームを測定される材
料の表面に向け、前記材料の微小部分が前記電磁放射を
受けるために前記ビームを集光するステップと、 (c)前記ビームが前記表面を捕らえる所まで検出器の
検出ラインを材料の表面に向けるステップと、 (d)前記検出ライン付近の微小固定角からの拡散を検
出するために前記検出器に入力し、拡散した電磁放射の
程度を制限し、拡散した電磁放射の一部分を検出し、こ
の放射を検出した強度に比例した電気信号に変換するス
テップであり、 更に (e)前記表面に実質的に直交する軸、及び前記ビーム
が前記表面を捕らえる部分についてのビームと前記材料
の相対的回転を発生し、ビームが表面を捕らえる部分に
関する選択された最大拡散の回転位置を決定するステッ
プと(f)ビームと材料間の相対的横移動を発生し、隣
接する材料の一部を電磁放射にさらすステップと、 (g)前記ステップ(e)及び(f)を電磁放射にさら
された材料の各部分に対して、所定の領域が接近する方
法で覆われるまで繰り返し、 及び (h)前記所定要域についての選択された最高拡散強度
、対、前記各測定点の座標位置をマッピングするステッ
プであり、前記拡散強度は、サイズ、欠陥の数に比例し
、最大拡散の回転位置は欠陥の方向特性に関係し、 を具備し、前記材料の前記所定領域に於ける微小欠陥の
分布を測定する測定方法。 2、前記電磁放射は、表面下の欠陥検出に関し、Pに偏
光されていることを特徴とす請求項1記載の測定方法。 3、前記電磁放射は、表面の欠陥検出に関し、Sに偏光
されていることを特徴とす請求項1記載の測定方法。 4、前記電磁放射の前記波長は、前記材料の光学特性に
従って選択され、対象とする欠陥の検出に必要な深さの
み貫通することを特徴とす請求項1記載の測定方法。 5、電磁放射ビームの前記入射角は一般にブルースター
角に近いことを特徴とす請求項1記載の測定方法。 6、前記表面に対する前記検出器の検出ラインは入射ビ
ームに関して鋭い角であり入射ビームと同一方向である
ことを特徴とす請求項1記載の測定方法。 7、前記検出器に受信される前記拡散した 電磁放射の程度は、0.001ステラジアンと0.01
ステラジアンの間にあることを特徴とす請求項1記載の
測定方法。 8、Pに偏光された多重電磁放射ビームは所定の波長を
有し、異なる材料の深さまで貫通することができ、これ
ら多重ビームは同時に生成され、及び前記表面に向けら
れ、多重検出器の検出ラインを生成し、各波長の一つは
同期しており、前記材料の異なる深さにある欠陥を検出
するために、前記多重ビームが前記表面を捕らえる点ま
で、前記材料の表面に向かう前記検出ラインを操作する
ことを特徴とす請求項1記載の測定方法。 9、Pに偏光された電磁放射ビームを発生し、前記材料
の異なる深さの欠陥を検出するために、前記放射のパワ
ーレベルは制御され変化することを特徴とす請求項1記
載の測定方法。 10、(a)電磁放射ビームを発生する手段と、 (b)所定の固定入射角で、前記ビームを測定される材
料の表面に向け、前記材料の微小部分が前記電磁放射を
受けるために前記ビームを集光する手段と、 (c)前記ビームが前記表面を捕らえる所まで検出器の
検出ラインを材料の表面に向ける手段と、 (d)前記検出ライン付近の微小固定角からの拡散を検
出するために前記検出器に入力し、拡散した電磁放射の
程度を制限し、拡散した電磁放射の一部分を検出し、こ
の放射を検出した強度に比例した電気信号に変換する手
段であり、 更に (e)前記表面に実質的に直交する軸、及び前記ビーム
が前記表面を捕らえる部分についてのビームと前記材料
の相対的回転を発生し、ビームが表面を捕らえる部分に
関する選択された最大拡散の回転位置を決定する手段と
(f)ビームと材料間の相対的横移動を発生し、隣接す
る材料の一部を電磁放射にさらす手段と、 (g)前記手段(e)及び(f)を電磁放射にさらされ
た材料の各部分に対して、所定の領域が接近する方法で
覆われるまで繰り返し、 及び (h)前記所定要域についての選択された最高拡散強度
、対、前記各測定点の座標位置をマッピングする手段で
あり、前記拡散強度は、サイズ、欠陥の数に比例し、最
大拡散の回転位置は欠陥の方向特性に関係し、を具備し
、前記材料の前記所定領域に於ける微小欠陥の分布を測
定する測定装置。
Claims: 1. (a) generating a beam of electromagnetic radiation; (b) directing the beam at a predetermined fixed angle of incidence onto the surface of a material to be measured so that a minute portion of the material is exposed to the electromagnetic radiation; focusing the beam to receive radiation; (c) directing a detection line of a detector toward the surface of the material until the beam captures the surface; and (d) microfixing near the detection line. input to said detector to detect the diffusion from the corners, limit the extent of the diffused electromagnetic radiation, detect a portion of the diffused electromagnetic radiation, and convert this radiation into an electrical signal proportional to the detected intensity; and (e) generating a relative rotation of the beam and the material about an axis substantially orthogonal to the surface and about the portion where the beam captures the surface, and further comprising: (f) generating a relative lateral movement between the beam and the material to expose a portion of the adjacent material to electromagnetic radiation; and (g) step (e) and (f) is repeated for each portion of the material exposed to electromagnetic radiation until the predetermined area is covered in an approximating manner; and (h) the selected maximum diffusion intensity for said predetermined area is mapping the coordinate position of each measurement point, the diffusion intensity being proportional to the size and number of defects, and the rotational position of maximum diffusion being related to the directional characteristics of the defects, comprising: A measurement method that measures the distribution of micro defects in a predetermined area. 2. The method of claim 1, wherein the electromagnetic radiation is P-polarized for subsurface defect detection. 3. Method according to claim 1, characterized in that the electromagnetic radiation is S-polarized for surface defect detection. 4. Method according to claim 1, characterized in that the wavelength of the electromagnetic radiation is selected according to the optical properties of the material and penetrates only to a depth necessary for the detection of defects of interest. 5. The method of claim 1, wherein the angle of incidence of the beam of electromagnetic radiation is generally close to Brewster's angle. 6. The method of claim 1, wherein the detection line of the detector relative to the surface is at a sharp angle with respect to the incident beam and in the same direction as the incident beam. 7. The extent of the diffuse electromagnetic radiation received by the detector is 0.001 steradians and 0.01 steradians.
2. The measuring method according to claim 1, wherein the measuring method is between steradians. 8. Multiple beams of electromagnetic radiation polarized in P have predetermined wavelengths and can penetrate to different material depths, and these multiple beams are simultaneously generated and directed to the surface for detection by multiple detectors. the detection line, one of each wavelength is synchronized and directed toward the surface of the material until the point where the multiple beams capture the surface, in order to detect defects at different depths of the material. 2. The measuring method according to claim 1, further comprising manipulating a line. 9. Method according to claim 1, characterized in that a beam of electromagnetic radiation polarized in P is generated and the power level of said radiation is controlled and varied in order to detect defects at different depths in said material. . 10. (a) means for generating a beam of electromagnetic radiation; (b) means for directing said beam at a predetermined fixed angle of incidence onto the surface of a material to be measured so that a minute portion of said material receives said electromagnetic radiation; (c) means for directing a detection line of a detector towards the surface of the material until said beam captures said surface; and (d) detecting dispersion from a small fixed angle in the vicinity of said detection line. means for detecting a portion of the diffused electromagnetic radiation and converting this radiation into an electrical signal proportional to the detected intensity; e) an axis substantially perpendicular to said surface and a selected rotational position of maximum divergence with respect to the portion where said beam captures the surface, generating a relative rotation of the beam and said material about the portion where said beam captures the surface; (f) means for generating a relative lateral movement between the beam and the material, exposing a portion of the adjacent material to electromagnetic radiation; and (g) means for determining said means (e) and (f) to the electromagnetic radiation. repeating for each portion of the material exposed to , until the predetermined area is covered in an approximating manner; and (h) the selected maximum diffusion intensity for said predetermined area versus the coordinates of each said measurement point. means for mapping the position, the diffusion intensity being proportional to the size and number of defects, and the rotational position of maximum diffusion being related to the directional characteristics of the defects, comprising: A measurement device that measures the distribution of defects.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04132942A (en) * 1990-09-25 1992-05-07 Rikagaku Kenkyusho Light scattering tomography method
JPH05264468A (en) * 1992-03-19 1993-10-12 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Method and apparatus for detecting internal
CN118501173A (en) * 2024-05-14 2024-08-16 大连理工大学 Device and method for detecting subsurface damage signal of fused quartz hemispherical harmonic oscillator

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