JPS6242537Y2 - - Google Patents

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JPS6242537Y2
JPS6242537Y2 JP1981175369U JP17536981U JPS6242537Y2 JP S6242537 Y2 JPS6242537 Y2 JP S6242537Y2 JP 1981175369 U JP1981175369 U JP 1981175369U JP 17536981 U JP17536981 U JP 17536981U JP S6242537 Y2 JPS6242537 Y2 JP S6242537Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は、LSI製造工程の初期段階で重要とな
る半導体ウエハの良否を判定する半導体ウエハ検
査装置に関する。
〔考案の背景〕
多数の加工工程を必要とするICやLSIの製造に
おける初期段階で、原基板であるウエハの良否を
オンラインで判定し、LSI素子などの歩留まりの
向上をはかることが必要とされている。
一般に、半導体ウエハの代表的な欠陥の一つで
あるスワール欠陥は少数キヤリアの寿命と密接に
関係することはよく知られている。従つて、ウエ
ハの良否の判定を少数キヤリアの寿命の値で判定
することは良く行なわれている。ところで、少数
キヤリアの寿命の測定には、半導体試料にオーミ
ツク接触を有する電極を取付け、光の単パルスを
照射して光導電現象に関わる出力信号の減衰時間
を測定して行なう方法が標準的である。このよう
な方法としては、日本工業規格(JIS)H0604−
1978に記載されたシリコンの光導電減衰法による
ライフタイム測定方法がある。しかし、この方法
では、ウエハ上に電極を形成することが必要であ
り、その結果、破壊検査となるから、このような
検査方法は抜きとり検査にしか使用できない。一
方、電極を形成することなく非接触で少数キヤリ
アの寿命を測定する一方法としては光の単パルス
で少数キヤリアを注入し、その減衰特性をマイク
ロ波の吸収を用いて検知する方法がある。しかし
ながら、この方法ではマイクロ波装置という高価
な装置が必要なうえ、装置全体が複雑になるとい
う問題点がある。
〔考案の目的〕
したがつて、本考案は、半導体デバイスの生産
ラインにおいて、原基板である半導体ウエハの良
否をプロセス開始以前の段階で判定することによ
つて半導体デバイス生産ライン全体の歩留り向上
を計るために、構成が簡単で、かつ、安価な生産
現場向きの半導体ウエハ検査装置を提供すること
を目的とする。
〔考案の概要〕
上記目的を構成するために本考案においては、
半導体ウエハに断続光を照射し、発生した光電圧
を非接触で検出し、検出された光信号を予め定め
られたしきい値で弁別することによつて半導体ウ
エハの良否を判別するように半導体ウエハ検査装
置を構成したことを特徴としている。
かかる本考案の特徴的な構成により、非破壊、
かつ、オンラインで半導体ウエハの良否を判別で
きるようになり、その結果、半導体ウエハの欠陥
を製造プロセスの初期段階でチエツク可能となる
ため製造ライン全体の歩留向上をはかれるように
なつた。尚、当面対象とする半導体は、酸化膜を
有するP型Siウエハ、n型Siウエハ、基板ウエハ
(P型もしくはn型)の表面に薄い接合層がある
Siウエハ基板が主であるが、GeやGasなどの他
の半導体材料にも適用可能であることは当然であ
る。
以下、本考案を図面を用いて詳述する。はじめ
に、本考案の原理について述べる。
すなわち、本考案は、光起電力効果を利用した
少数キヤリア寿命の測定を応用している。光の照
射によつて発生する、いわゆる光電圧は、半導体
表面、あるいはP−n接合、n−n+接合の境界
に内在する比較的に高い電界により、光で発生し
た電子−正孔対が分離されて生じる。代表的な例
として、P型Siウエハに酸化膜が付いている場合
を取り上げるが、P−n接合において、基板に対
する接合層の厚さが、接合層の拡散距離よりも十
分小さい時も、同様に取扱うことができる。
一般に、光の照射によつて生じる光電流密度J
は、よく知られているように近似的に次式で表わ
される。
J=αL/αL+1Φ ……(1) ここで、α:照射光の半導体中での吸収係数 L:少数キヤリアの拡散距離 Φ:単位時間,単位体積当りに吸収さ
れるホトン数 さらに、αL≪1となるような光の吸収係数の
小さい波長の光(例えばSiに対しては、波長1μ
mの程度の近赤外光)を使用すれば、光電流密度
Jは次式で与えられることになる。
J=αLΦ ……(2) 上式で、少数キヤリアの拡散距離Lは少数キヤ
リアの寿命時間の平方根に比例することはよく知
られている。従つて、何らかの形で光電流密度J
を検出すれば、本考案の目的とする基板ウエハ内
の少数キヤリア寿命時間を計測することができ
る。
一方、光の強度が、周波数でパルス化されて
いるとき、少数キヤリアの拡散距離Lは少数キヤ
リアの寿命時間τと拡散定数Dとを用いて次式で
表わされる。
L=(D〓/1+j2πτ)〓 ……(3) さて、光電流が求まると、よく知られているよ
うに、接合の両端、つまり、本考案の場合は、ウ
エハの表裏間、に発生する光電圧Vpは次式で表
わされる。
p=KαZj(D〓/1+j2πτ)〓……(4
) ここに、Kは定数であり、Zjは接合などに内
在するインビーダンスである。ここで、パルス周
波数を≪1/2πτとなるように選べば光電圧Vp は次のようになる。
p=KαZj√〓 ……(5) 即ち、光電圧Vpはキヤリアの寿命時間τの平
方根に比例することになり、キヤリア寿命時間τ
と結晶欠陥との相関から、結晶状態を評価できる
ことになる。
既に述べたように、本考案の目的とするところ
は非破壊検査であるから、ウエハ上に電極を形成
してはならない。従つて、上式(5)に示す光電圧を
非接触的に計測する必要がある。
そのため、本考案では、光電圧Vpを電気的容
量を介して検知する。即ち、光が透過するような
透明電極を光の照射直下のウエハ面に接近させて
配置することにより、光電圧Vpを容量的に検知
することができる。なお、光電圧Vpが容量的に
検知されるのは、光がパルス化されているためで
あり、本考案の一つの特徴は、従来の直流光の代
りに、パルス光(単パルスではなく、デユテイフ
アクターがほぼ1/2の連続パルスが最適である。)
を利用するというところにある。
〔考案の実施例〕
次に本考案の具体例について述べる。
第1図に、本考案による半導体ウエハ検査装置
の基本構成を示す。アースされた金属製試料台1
の上には、半導体試料2が設置される。また、試
料台1は、試料2を固定するため、真空チヤツク
(図示せず)機能を有する。試料2の表面から数
百μm前後の間隔で、透明電極3をもつガラス板
3′が設置される。パルス電源6で駆動された発
光ダイオード5の光(パルスのくり返し周波数
=1KHz前後)は、レンズ4によつて透明電極3
を通して試料2の表面上に照射される。発生した
光電圧Vpは試料台と兼用の電極1と透明電極3
とから取り出され、同期検波型増幅器7によつて
パルス電源6の出力を参照信号として増幅され
る。その後、信号処理回路8によつて式(5)に示し
た光電圧Vpの出力信号が得られるようになつて
いる。このようにして、光の照射点を相対的に試
料(ウエハ)2上で移動させると、ウエハ2の面
内の少数キヤリアの寿命τ、ひいては結晶の優劣
分布状態が検知できる。
第2図a〜dには、生産ラインにおける光電圧
pの検知部の実施例を示す。試料2は第2図
b,dに示すように黒矢印方向に流れている。同
図aは発光ダイオード(LED)5とレンズ4と
試料2の面上を照射した実施例である。このと
き、透明電極3は、スペーサ3″によつて試料台
1と一定間隔が保たれている。第2図cは、
LED5の光を光フアイバ4′で試料2の面上近傍
にまで導き、光電圧Vpをとり出すための透明電
極3をフアイバ4′の先端に付けた実施例を示
す。
第3図a,bは、光電圧Vpの検知部(単純に
言えば透明電極部)下を同図aの試料ウエハ2が
通過したときの光電圧Vpの測定例を示す。同図
bの横軸は同図aの試料2上のABで、光が照
射されている位置に相当し、縦軸は光電圧Vp
表わす。試料2にスワールなどの結晶欠陥がある
と、その部分での少数キヤリアの寿命τは小さく
なり、その結果、光電圧Vpも小さく現われ、S1
およびS2で示すように、光電圧Vpの分布に凹部
が生じ、欠陥の存在が判定されることになる。
なお、ウエハ2が90度回転した後のラインにも
適用すれば、ウエハ2を同図aで示したクロス方
向(CD方向)にも検査でき、検査の信頼性が
向上することは当然である。
第3図bに示す光電圧Vpの変化を、例えば、
信号処理回路8で処理し、その最大値,最小値を
認識せしめ、これに特定のしきい値をセツトする
ことにより、当該ウエハ2が良品か不良品かを判
別することができる。この判別信号をウエハ2の
流路の制御部(図示せず)に加えれば、ウエハ2
の自動選別が可能となる。
なお、光源としてLED5についてのみ述べた
が、半導体レーザ、あるいは、その他のレーザ、
あるいは、適当な光フイルタを有するキヤノンラ
ンプなど一般の光源が適用できることは言うまで
もない。
又、信号処理部8にマイクロコンピユータを適
用すれば、判別しきい値の入れ替えなどが簡便化
され、操作性が向上することは言うまでもない。
〔考案の効果〕
以上説明したごとく、本考案によれば、生産ラ
インにおける半導体ウエハ基板の検査を、簡便で
安価な装置によつてオンラインで行なうことがで
きる。従つて、製造ラインの初期段階でのチエツ
クが可能となるため、歩留り向上にとつて極めて
有効であり、工業的効果が大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案による半導体ウエハ検査装置の
基本構成を示す図、第2図a〜dは第1図におけ
るセンサ部の実施例を示した図、第3図a,bは
試料の場所による光電圧の分布測定例を示す図で
ある。 1……試料台(兼電極)、2……試料(ウエ
ハ)、3……透明電極、3′……ガラス基板、3″
……スペーサ、4……レンズ、5……発光ダイオ
ード(LED)、6……パルス電源、7……同期検
波型増幅器、8……信号処理回路。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 1 半導体ウエハに断続光を照射する光照射手段
    と、該半導体ウエハに対して隔てて設けられた
    透明電極を通過する光の照射によつて該半導体
    ウエハ内に生じた光起電力効果による光電圧を
    該半導体ウエハに対して容量結合で取出す検出
    手段と、該検出された信号を検波する手段と、
    該検波された光電圧信号をあらかじめ定められ
    たしきい値によつて弁別して該半導体ウエハの
    良否を判別する信号処理手段とを備え、かつ上
    記断続照射光は、照射光の半導体ウエハ中での
    吸収係数をα、少数キヤリアの拡散距離をL、
    少数キヤリアの寿命時間をτ、照射光のパルス
    周波数をとした時、αL≪1、および≪
    1/2πτを満足する波長の連続パルス光であるこ とを特徴とする半導体ウエハ検査装置。 2 実用新案登録請求の範囲第1項において、該
    検波手段が、同期検波型増幅器であることを特
    徴とする半導体ウエハ検査装置。 3 実用新案登録請求の範囲第1項において、該
    照射される光が、ほぼ1/2のデユテイフアクタ
    ーを有するパルス光であることを特徴とする半
    導体ウエハ検査装置。
JP17536981U 1981-11-27 1981-11-27 半導体ウエハ検査装置 Granted JPS5881944U (ja)

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