JPS6245965B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に半導体ウエハの結晶欠陥を観察す
るのに適した試料観察装置に関する。

近年ICの高集積化と共により商品質の半導体
ウエハが要求されている。中でも表面にエピタキ
シヤル成長半導体層を備えた半導体ウエハではこ
のエピタキシヤル層の改善が急務である。下地で
ある半導体基板内部の結晶欠陥は銅を拡散してこ
の欠陥部にデコレートし、透過赤外光で暗部とし
て観察することができる。

一方、エピタキシヤル層中の結晶欠陥はその表
面にピツト（段差）として現われる。

従つて初期のエピタキシヤル層を得るには両者
の相関を観ながら基体の品質、基体表面清浄化処
理、エピタキシヤル成長条件を決定することが望
ましい。

従来、試料表面及び内部像を観察するものとし
て、試料内部は透過赤外光で、試料表面は落射照
明光の反射光で夫々イメージコンバータチユーブ
を用いて切換え観察する顕微鏡が公知である。

しかしながら表面像は通常のイメージコンバー
タチユーブによる光学顕微鏡の光学系を用いて捕
えた場合、エピタキシヤル層表面のピツトは微細
であるが故に不鮮明である上に、切換え操作の為
に基板内部の欠陥との対応付けは難しく、殊にピ
ツト、欠陥が多数存在するときには両者の相関を
得ることは困難であつた。

他方、公知の微分干渉顕微鏡又は位相差顕微鏡
に依ればピツト像の検出は可能なるものの基板内
部の観察は出来なかつた。

本発明は上記従来の光学顕微鏡が不鮮明であ
り、ピツトと基板内部の対応付けが困難であると
いう事情に鑑みて為されたもので、試料表面像を
得る、可視光を用いた微分干渉顕微鏡又は位相差
顕微鏡と、透過赤外光を可視光に変換して試料内
部像を得る手段と、ピント調整手段とを備え、試
料表面像及び内部像を同一視野内でオーバーラツ
プさせて観察するようにされてなり、以つて従来
より鮮明でかつピツト像、内部欠陥両者の対応を
容易につけることが出来る試料観察装置を提供す
るものである。

以下本発明を一実施例につき図面を参照して詳
述する。

第１図は本実施例を説明する為の装置の概略的
な断面図である。先ず透過赤外光を用いる微分干
渉顕微鏡、落射可視光を用いる光学顕微鏡及びピ
ント調整手段の各部に分けて説明する。

微分干渉顕微鏡では、第１のハロゲンランプ１
から発した可視光はコンデンサレンズ２、ボララ
イザー（偏光板）３及び絞り４を径たのちハーフ
ミラー５で試料６方向に直角に曲げられ、さらに
断面がくさび状を為すウオラストンプリズム７、
対物レンズ８を通つて試料６上方より落射照明す
る。反射光は再び前記対物レンズ８、プリズム
７、ハーフミラー５をこの順に通過したのち、ア
ナライザー（偏光板）９、接眼レンズ１０を経て
光電変換手段である、可視光から赤外光にわたつ
て感知するビジコン１１（Pbo―Pbsビジコン、
その他Siビジコン等）の入射面１１ａに結像し、
白黒モニタテレビジヨン１２の画面上に試料表面
像を写し出す。

ここでボラライザー３で直線偏光にされた可視
光は、ウオラストンプリズム７で互いに偏向方向
が直角な２つの成分を有する光となつて試料に照
射される。その反射光は試料表面の凹凸に応じた
位相差を有し、アナライザー９を経てビジコン入
射面１１ａ上に形成された像には前記位相差に応
じた色の分布が現われる。モニタテレビジヨン１
２の試料表面像は色の分布が白黒の濃淡として現
われる。即ち試料表面の微細な波長オーダーの凹
凸が濃淡パターンとして観察される。

次に試料内部像を得る光学顕微鏡では、第２の
ハロゲンランプ１３から発した赤外成分を含む光
はコンデンサレンズ１４ａ，１４ｂを通過したの
ち、ミラー１５で試料６方向に直角に曲げられ、
赤外光のみを通過させるシリコンフイルタ１５
ａ、コンデンサレンズ１６ａ，１６ｂを介して試
料６を裏面より赤外光を照射する。コンデンサレ
ンズ１６ａと１６ｂ間には偏光観察可能にする偏
光板１７、及び絞り１８が挿入されている。試料
を通過した赤外光は、前記対物レンズ８、接眼レ
ンズ１０を経てビジコン入射面１１ａに結像し、
ここで光電変換され、可視光に変換された試料内
部像をモニタテレビジヨン１２の画面上に写し出
す。

次にピント調整手段は本実施例ではコンデンサ
レンズ１６ａ乃至１６ｂに至る試料台１９を本体
２０に対して上下に（面Ａで矢印方向に）スライ
ドさせるものである。

試料は厚みを有しているので、試料表面からの
試料内部物体面距離が、接眼レンズ１０、対物レ
ンズ８から成る光学系の焦点深度内に入つている
場合には、ピント調整即ち試料台１９の上下によ
つてモニタテレビジヨン１２画面上に同一視野内
で前述した光学顕微鏡によつて得られる試料内部
像及び前述した微分干渉顕微鏡から得られる表面
像が同時にオーバーラツプして観察される。一方
前記距離が深度以上であれば、試料台を上下しな
がら前記内部像と表面像の両像をオーバーラツプ
して同一視野内で観察される。

上記装置を用いてアンチモン（Sb）埋込み層
を有するシリコン基板上に、新たなシリコン層を
エピタキシヤル成長させた半導体ウエハの結晶欠
陥を観察した。第２図はモニタテレビジヨン画面
上に写し出された像を示す図である。尚、基板中
の欠陥には銅をデコレートしてある。

画面には、基板とエピタキシヤル層間で発生し
た積層欠陥が表面のピツトとして表われた三角形
状のピツト２１、デコレートされた基板内の欠陥
２２、Sb拡散層２３が明瞭に観察出来た。ピツ
ト２１と基板内の欠陥２２との重畳は両者の対応
を示している。

SiフイルターとPbo―Pbsビジコンとからなる
赤外光は波長1.1μの単色光となり、内部観察に
最適で分解能は約１μが得られ、微分干渉にある
表面像分解能に近づけることが出来る。つまり、
赤外光がSiフイルターを通ることにより純粋な赤
外光のみが試料に照射されてより純粋な赤外光の
みが試料に照射されてより鮮明な像を得ることが
できる。

また表面像は赤外光でなく可視光を用いて捕え
ているので試料内部迄入射することがなく迷光が
減少し表面像形成にのみ寄与しＳ／Ｎが向上す
る。

上記実施例では微分干渉顕微鏡を用いたが、位
相差顕微鏡を用いることも出来る。

但し本発明者等の実験に依れば位相差顕微鏡で
は視野が暗い等前者の方が一層有効であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明する為の装置の
概略的な断面図、第２図はモニタテレビジヨン画
面上に写し出された画像を示す図である。 図に於いて、１，１３…ハロゲンランプ、３…
ボラライザー、６…試料、７…ウオラストンプリ
ズム、８…対物レンズ、９…アナライザー、１０
…接眼レンズ、１１…ビジコン、１２…モニタテ
レビジヨン、１５ａ…シリコンフイルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体試料表面を可視光で落射照明してその
   反射光から試料表面像を得る微分干渉顕微鏡又は
   位相差顕微鏡において、前記試料裏面より赤外光
   を照射して前記試料内部に赤外光を透過せしめ、
   可視光及び赤外光を感知し得る光電変換手段に上
   記反射可視光及び透過赤外光を照射して観察像を
   得る手段と、試料表面及び試料内部を焦点深度内
   にピント調整する手段とを少なくとも備えること
   により、試料表面像及び試料内部像を同一視野内
   でオーバーラツプさせて観察するようにされてな
   る試料観察装置。