專利名稱：檢查缺陷的方法及缺陷檢查裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢查被檢查體的缺陷的方法及缺陷檢查裝置，特別是涉及進行如半導 體晶片這樣的要求高度的均質性的被檢查體的缺陷檢測和/或分類的檢查缺陷的方法及 缺陷檢查裝置。
背景技術：
在半導體的制造工序中，存在于晶片內部的缺陷成為作為產品的半導體器件的電 特性劣化、不良的原因。因此，制造半導體裝置時，對于處于半導體制造前的階段的晶片或 進入制造工序對表面進行了工序處理的晶片進行缺陷的檢查。如果對于存在缺陷的晶片直 接進行工序處理的話，最終的半導體產品會成為不良品，因此必須預先進行缺陷的去除。
近年來，隨著半導體器件的集成度的增加，構成器件的圖案的微細化不斷發(fā)展，應 該檢測出的晶片的缺陷的尺寸也變小，相應的需要更高的缺陷的檢測能力。此外，在缺陷檢 測中存在破壞性方法和非破壞性方法，前者以蝕刻液溶解晶片，或者進行物理切削等，使缺 陷顯現于表面，以顯微鏡、電子顯微鏡等進行觀察。但是，以這樣的方法進行檢查的晶片已 不能夠在半導體器件的制造中使用。
作為非破壞性的檢查方法，有電方法，使用光、超聲波的非接觸檢查方法。電檢查 方法是在晶片上加以電極，或者將探針壓向晶片，對晶片施加電信號，根據電信號的變化對 晶片上存在缺陷的情況進行檢測，但是難以確定缺陷的位置，電極等的接觸是必需的，因此 也不能夠使用于產品的制造階段中的晶片。
利用超聲波進行的缺陷檢測是對被檢查體施加超聲波，以檢測器檢測從缺陷反射 的超聲波的方法。因為對于金屬等不透過光的材料的內部的缺陷也能夠進行檢測，所以在 封裝體內部的檢查等中使用，但是由于檢測極限、分辨率方面的問題，不能夠以高分辨率檢 測晶片的缺陷、異物，因此也不能夠使用。
使用光進行檢查的方法是以暗視野、明視野的光學系統(tǒng)來檢測由缺陷、異物產生 的散射光，同時檢測缺陷的位置的方法。在晶片內部的缺陷檢測中使用對于硅透明的激光， 在表面或表層的缺陷的檢測中使用可見光激光。
關于使用光、超聲波的缺陷的檢查，公開有以下的文獻。
在專利文獻1中記載有下述配管、鋼材等被檢查體的超聲波探傷方法對被檢查 體發(fā)送電磁超聲波，并且對與由該超聲波引起的被檢查體的激振部分相同的部分發(fā)射激 光，基于其反射信號檢測被檢查體的缺陷、板厚等。
在專利文獻2中，記載有下述缺陷檢測裝置對被檢查物從超聲波振子入射表面 彈性波，并且對被檢查物的表面照射激光，接收其反射光，利用信號處理裝置檢測激光的出 射光和反射光的頻率的差，根據該差測定被檢查物的振動速度而檢測缺陷。
在專利文獻3中，記載有下述材料非破壞檢測方法、裝置對被測定物面照射脈沖 激光來產生彈性波，與脈沖激光同軸地對被測定物面照射連續(xù)振蕩的信號用的激光，受到 被測定物面的散射面和彈性波的影響的反射光入射至激光干涉計而檢測頻率成分的變化，由此檢測被測定物的內部缺陷。
在專利文獻4中，記載有下述內容對半導體晶片等被檢查物照射激光，在多個方 向檢測來自被檢查物的反射散射光，比較檢測結果來檢測反射散射光的指向性，由此區(qū)別 檢測被檢查物中的傷痕等缺陷和異物。
在專利文獻5中，記載有下述缺陷檢查方法對被檢查試樣入射激光，將其散射 光、發(fā)出的光分割為多個不同的波段，并在攝像裝置中成像，根據得到的多個圖像識別缺陷 的內容。
在專利文獻6中，記載有下述檢查方法對半導體晶片等的面照射以入射角度不 同的方式設定的使振蕩定時錯開的兩個脈沖振蕩激光，一束激光由于顆粒和坑點這兩者而 產生散射光，另一束激光以使由坑點產生的散射光盡可能地少的方式設定，根據兩方的散 射光的檢測結果辨別是顆粒還是坑點。
在專利文獻7、8中記載有下述缺陷的檢測方法在改變入射至被檢物體的激光的 波長時，預先求取反射率R為極大值的波長λ 1和反射率R為極小值的波長λ 2，通過得到 使波長λ 、λ 2的激光分別入射至被檢物體時的光信息，區(qū)別被檢物體的極靠表層附近的 缺陷和表面的缺陷。此外，還記載有在該情況下，激光傾斜入射被檢物體，利用配置于上方 的顯微鏡整體觀察缺陷的散射像的內容。
在專利文獻9中記載有下述半導體晶片表面的檢查方法對晶片表面照射激光并 使其掃描，以相對于入射光的受光角度不同(高角度、低角度)的多個受光系統(tǒng)來接收由晶 片表面反射或散射的光，基于這些多個受光系統(tǒng)的受光強度比求取標準粒子換算尺寸的差 異，由此判別缺陷的形態(tài)、種類。
專利文獻10是本發(fā)明者公開的發(fā)明，在對晶片施加了超聲波的狀態(tài)和不施加超 聲波的狀態(tài)下對晶片表面照射激光，利用偏光鏡和配置為正交尼科耳的受光單元檢測由空 洞缺陷引起的散射的光的強度在超聲波施加前后的變化，根據該強度變化判斷異物。
在專利文獻1、2中不能夠以高分辨率檢測內部的空洞缺陷。在專利文獻3中，能 夠檢測內部缺陷的有無，但是其是以信號光檢測超聲波引起的材料表面的散射面的影響， 雖然適合混凝土構造物的非破壞檢查，但是并不適合以高分辨率檢測半導體晶片等的內部 缺陷。
在專利文獻4、5中，根據反射散射光的指向性、與波段的關系識別缺陷的內容，但 是仍然不適合高精度地檢測內部缺陷。此外，在專利文獻6中，使兩個脈沖激光錯開定時進 行照射，因此結構、控制機構變得復雜，并且即使能夠檢測由顆粒、坑點這樣的表面的缺陷， 也不適合檢測內部的空洞缺陷。
在專利文獻7、8中，根據波長的不同區(qū)別檢測表面的缺陷和內部的缺陷，但是不 能夠判別缺陷是否為內部的空洞缺陷。
在專利文獻9中，基于不同的受光角度下的散射光強度比，根據散射體的標準粒 子換算尺寸的數值的組合，判別晶片表面的缺陷的種類、形態(tài)，但是不能夠判別晶片內部的 空洞缺陷。
專利文獻10的方法中，在檢測表層的異物時，由于超聲波而表面產生位移，結果 散射強度發(fā)生變化，因此會出現誤檢測，此外，因為僅能夠檢測P偏光或S偏光，所以存在缺 陷的分類不充分等的問題。
專利文獻1
專利文獻2
專利文獻3
專利文獻4
專利文獻5
專利文獻6
專利文獻7
專利文獻8
專利文獻9
專利文獻10_說明書日本專利公開S62-177447號 日本專利公開2001-208729號 日本專利公開2005-147813號 日本專利公開2002-188999號 日本專利公開Hl 1-211668號 日本專利公開2000-216208號 日本專利公開H10-293101號 日本專利公開H10493102號 日本專利第3664134號 日本專利公開2008-8740號3/10 頁發(fā)明內容
如前所述，在半導體晶片等被檢查體的缺陷檢查中，在現有的電檢查，或者使用 光、應力的缺陷檢查中，也不能夠檢測表層的裂紋等。在半導體晶片這樣的被檢查體的情況 下，根據缺陷的種類不同，其去除方法、再生可能性也不同，因此，不僅要判別在被檢查體是 否存在缺陷，還要判別缺陷的種類，因此尋求能夠以高分辨率區(qū)別檢測被檢查體表面的異 物、表層的裂紋和內部的析出物等缺陷的，能夠進行缺陷分類的缺陷的檢查。
本發(fā)明為了解決上述問題而提出，第一方面的本發(fā)明的檢查被檢查體的缺陷的方 法是，在對被檢查體不施加應力的狀態(tài)和施加應力的狀態(tài)下，利用偏光鏡使能夠透入該被 檢查體內的波長的光成為偏光的基礎上，照射該被檢查體的面，檢測其散射光，由此檢查被 檢查體的缺陷，其包括以下步驟在對上述被檢查體不施加應力的狀態(tài)下，在上述被檢查體 的面上的位置，將成為偏光后的光相對于該面從傾斜方向照射，將由此產生的散射光分離 為P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各個成分光的強度以及作為它們的比的偏光方 向；在對上述被檢查體施加了應力的狀態(tài)下，在與上述不施加應力的狀態(tài)下照射光的位置 相同的上述被檢查體的面上的位置，將成為偏光后的光相對于該面從傾斜方向照射，將由 此產生的散射光分離為P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各個成分光的強度以及作 為它們的比的偏光方向；將在不對上述被檢查體施加應力的狀態(tài)下求取的各個成分光的強 度和偏光方向以及在對上述被檢查體施加了應力的狀態(tài)下求取的各個成分光的強度和偏 光方向與規(guī)定的閾值進行對比，由此進行缺陷的檢查和/或分類。
根據第一方面的第二方面的發(fā)明，利用配置在暗視野的偏光分離單元將在上述被 檢查體的面上的位置照射的光的散射光分離為P偏光的偏光成分和S偏光的偏光成分，并 求取各成分光的強度。
根據第一方面或第二方面中任一項的第三方面的發(fā)明，在對上述被檢查體沒有施 加了應力的狀態(tài)下求取的散射光的偏光方向與對上述被檢查體施加應力的狀態(tài)下求取的 散射光的偏光方向的差超過規(guī)定的閾值時，判別為被檢查體的缺陷為裂紋或空洞缺陷，在 沒有超過該規(guī)定的閾值時判別為其它種類的缺陷。
根據第一方面 第三方面中任一項的第四方面的發(fā)明，將上述被檢查體隔著高度 調整部件載置在真空卡盤上，通過對上述被檢查體施加真室卡盤的吸引作用，對上述被檢 查體施加應力。
根據第一方面 第三方面中任一項的第五方面的發(fā)明，將上述被檢查體隔著壓電 元件載置在真空卡盤上，對上述被檢查體施加真空卡盤的吸引作用，并且施加壓電元件的 作用，由此對上述被檢查體施加應力。
根據第一方面 第三方面中任一項的第六方面的發(fā)明，在將上述被檢查體載置于 加熱工作臺上的狀態(tài)下進行上述被檢查體的加熱和/或冷卻，使上述被檢查體產生熱應 力，由此施加應力。
根據第一方面 第三方面中任一項的第七方面的發(fā)明，通過對上述被檢查體作用 超聲波，對上述被檢查體施加應力。
根據第一方面 第七方面中任一項的第八方面的發(fā)明，上述被檢查體為用于半導 體制造的硅晶片，作為照射的光使用紅外光進行內部的空洞缺陷的檢測。
第九方面的發(fā)明提供一種缺陷檢查裝置，其包括支承部，其載置被檢查體；應力 施加單元，其能夠切換對載置于上述支承部的被檢查體施加應力的狀態(tài)和不施加應力的狀 態(tài)；光源裝置，其經由偏光鏡將能夠透入上述被檢查體內的波長的光對支承于上述支承部 的上述被檢查體的面從傾斜方向進行照射；掃描驅動部，其用于使上述被檢查體和光源裝 置進行相對移動；偏光分離單元，其接受照射于上述被檢查體的光的散射光，配置在暗視野 的位置；受光單元，其具有分別檢測由該偏光分離單元分離出的P偏光的成分光和S偏光的 成分光的P偏光受光部和S偏光受光部；控制部，其進行上述應力施加單元中的應力的施加 狀態(tài)和包含上述掃描驅動部中的上述被檢查體與上述光源裝置的相對移動的動作的控制； 以及運算處理部，其將在對上述被檢查體施加有應力的狀態(tài)和不施加應力的狀態(tài)下分別由 上述受光單元檢測出的P偏光的成分光和S偏光的成分光的強度以及作為它們的比而求得 的偏光方向，與規(guī)定的閾值進行對比，由此進行上述被檢查體的缺陷的檢測和/或缺陷的 種類的判別。
根據第九方面的第十方面的發(fā)明，上述偏光分離單元為光束偏移器，上述受光單 元為CXD攝像裝置，使由上述光束偏移器分離的P偏光和S偏光的成分光形成的像在CXD 上成像。
根據第九方面的第十一方面的發(fā)明，上述偏光分離單元為偏光分束器，上述受光 單元為使由上述偏光分束器分離的P偏光和S偏光的成分光形成的像分別在CCD上成像的 另外的CXD攝像裝置。
根據第九方面 第十一方面中任一項的第十二方面的發(fā)明，上述被檢查體的支承 部具有真空卡盤，該真空卡盤對隔著高度調整部件載置的上述被檢查體施加吸引作用，由 此對上述被檢查體施加應力。
根據第九方面 第十一方面中任一項的第十三方面的發(fā)明，上述被檢查體的支承 部具有真空卡盤和配置在該真空卡盤的上側的壓電元件，在對載置在該壓電元件上的上述 被檢查體施加上述真空卡盤的吸引作用的狀態(tài)下，施加上述壓電元件的變形作用，由此對 上述被檢查體施加應力。
根據第九方面 第十一方面中任一項的第十四方面的發(fā)明，上述被檢查體的支承 部形成為加熱工作臺和/或冷卻工作臺，對載置在上述加熱工作臺和/或冷卻工作臺上的 上述被檢查體進行加熱和/或冷卻來使上述被檢查體產生熱應力，由此施加應力。
根據第九方面 第十一方面中任一項的第十五方面的發(fā)明，具有用于對載置在上述被檢查體的支承部的上述被檢查體作用超聲波的超聲波產生單元，利用該超聲波產生單 元對上述被檢查體施加超聲波，由此對上述被檢查體施加應力。
根據第九方面 第十五方面中任一項的第十六方面的發(fā)明，上述光源裝置為產生 紅外光的裝置，檢測作為上述被檢查體的半導體制造用的硅晶片的內部的空洞缺陷。
在本發(fā)明的被檢查體的缺陷的檢查中，將施加有偏光的激光照射于被檢查體面， 同時計測其散射光的P偏光成分光和S偏光成分光，比較施加應力的情況和不施加應力的 情況，由此能夠檢測被檢查體的缺陷，并且能夠檢測內部析出物、空洞缺陷、表面的異物或 劃痕、表層的裂紋這樣的缺陷，進而確定其種類，進行缺陷的分類。


圖1是表示被檢查體的缺陷的例子的圖2是概略表示對被檢查體面照射激光時的缺陷引起的散射光的成像圖案的例 子的圖3是概略表示本發(fā)明的被檢查體的檢查原理的圖4是表示將圖3中由光束偏移器分離的不同的偏光成分光成像于一個面的例子 的圖5是表示成分光強度和偏光方向的關系的圖6(a)是表示入射光的偏光方向的例子的圖。圖6(b)是表示由缺陷引起的散射 光的偏光方向的例子的圖7是表示對被檢查體施加應力時的偏光方向的例子的圖，(a)表示沒有缺陷的 情況，(b)表示存在缺陷的情況；
圖8(a)是表示使作為應力施加單元的超聲波不作用時的缺陷引起的散射光強度 的根據超聲波頻率的變化的圖，圖8(b)是表示根據兩偏光成分的強度的比求取的偏光方 向的根據超聲波頻率的變化的圖9(a)是表示使作為應力施加單元的超聲波作用時的缺陷引起的散射光強度的 根據超聲波頻率的變化的圖；圖9(b)是表示根據兩偏光成分的強度的比求取的偏光方向 的根據超聲波頻率的變化的圖10是表示本發(fā)明的被檢查體的缺陷檢查的方法的流程圖11是例示本發(fā)明的缺陷檢查裝置的結構的圖；以及
圖12是表示圖6的缺陷檢查裝置的應力施加單元的例子的圖，(a)是真空卡盤和 壓電元件所構成的應力施加單元，(b)是真空卡盤所構成的應力施加單元，(c)是加熱單元 所構成的應力施加單元。
附圖標記
I-XY工作臺；Ia-基臺；Ib-臺板；2_被檢查體固定裝置(真空卡盤VC) ；3_壓電 元件；4-激光裝置；5-偏光鏡(P) ；6-聚光透鏡；7-CXD攝像裝置；8-物鏡；9-光束偏移器 (BD) ； 10-驅動控制部；20-圖像分析處理裝置；21-顯示器；W-晶片；M-反射鏡；LB-激光； IB-入射光束；SB-散射光；D-缺陷；AS-高度調整部件；SF-應力場；PI-P偏光成分光的圖 像；SI-S偏光成分光的圖像；a-裂紋；b-表面異物；C-內部析出物；d-空洞缺陷具體實施方式
本發(fā)明對具有高度的均勻性的被檢查體的表面，照射能夠透至被檢查體內部的波 長的光，并測定、分析其散射，由此進行缺陷的檢查。作為被檢查體，有用于IC等半導體電 路制作的晶片、用于衍射光柵等光學功能元件制作的基板、超點陣構造體、MEMS構造體、用 于液晶面板的玻璃、中間掩模(reticule)等，對于它們來說具有高度的均勻性是很重要 的。
作為在被檢查體中妨礙其功能的缺陷，如圖1所示，有表層的裂紋a、表面的異物 (上部廢料)或劃痕b、內部的析出物C、空洞缺陷d等。使用存在這樣的缺陷的原料制作成 的半導體電路、光學功能元件等產品，由于該缺陷而損害本來的功能，因此，需要預先檢查、 判別是否能夠修復去除，還是不能夠使用。
在本發(fā)明中，照射被檢查體的光是能夠透至被檢查體的內部的波長的光，使用對 激光、鹵素燈光進行分光而成為光束狀等的光。此處對使用激光的情況進行說明。被檢查 體如前所述具有高度的均勻性，作為代表性的例子，說明用于半導體電路制作的硅晶片的 情況。
對能夠透至被檢查體的內部的波長的激光，利用偏光鏡(起偏鏡)施加偏光，并 且對晶片的表面傾斜照射，利用配置在暗視野的光檢測單元檢測其散射光，對于施加了應 力的狀態(tài)和不施加應力的狀態(tài)下的晶片進行這樣的散射光的檢測，進行檢測出的結果的分 析，并進行缺陷的檢測、分類。由偏光鏡產生的偏光可以為直線偏光也可以為橢圓偏光。
在晶片的結晶內部的空洞缺陷的情況下，已知在不對晶片施加應力的狀態(tài)下，由 結晶內部的缺陷產生的散射光保存入射光的偏光方向，在對被檢查體施加了應力的狀態(tài)下 偏光狀態(tài)發(fā)生變化。
對于通過對晶片施加應力或不施加應力使得散射光的偏光狀態(tài)不同的情況進行 進一步思考，在結晶內部的空洞缺陷(COP)處空洞和硅的彈性系數大為不同，因此通過施 加應力，在該附近產生彈性變形。結晶內部的空洞缺陷一般為八面體的形狀，在空洞的角附 近應力特別集中，由于這樣的局部的空洞附近的結晶構造的應變場，在散射光中包含了向 通常不產生散射的方向偏光的散射波，在這樣的結晶內部的空洞缺陷下，由于應力的作用， 產生相對于入射光，散射光的偏光狀態(tài)發(fā)生改變的光彈性效果。因此，對于結晶內部的空洞 缺陷引起的散射光來說，施加了應力的狀態(tài)和沒有施加應力的狀態(tài)下檢測出的散射光的狀 態(tài)不同。
晶片或形成在晶片上的絕緣膜(氧化膜)表層的裂紋，因為應力集中于裂紋的前 端而顯示光彈性效果，因此與空洞同樣，由于應力的施加而偏光方向發(fā)生變化。
與此相對，在被檢查體的表面的異物的情況下，已知與內部的空洞缺陷不同，在散 射時偏光狀態(tài)發(fā)生變化。但是，在為表面的異物的情況下，周圍為真空或氣體，所以施加應 力時的光彈性效果較弱，偏光狀態(tài)不太會由于應力的施加而產生變化。
此外，在被檢查體內部的析出物的情況下，根據實驗能夠確認，與空洞缺陷同樣， 散射光的偏光方向與入射光的偏光方向相同。但是，因為一般析出物的彈性常數較大，所以 由于應變場引起的應力較小，光彈性效果較弱。
對晶片面照射激光時，沒有缺陷的位置不產生散射光，因此配置在暗視野的二維 光檢測單元不會檢測出散射光。在存在缺陷的位置由二維光檢測單元檢測出散射光，散射光例如像圖2所示的那樣，以在黑的背景中由于散射光而產生的明亮的點不均地位于圖像 上的方式被檢測出來。
圖3概略表示檢測缺陷或根據種類對缺陷進行分類的本發(fā)明的被檢查體的檢查 原理，如上所述，對被檢查體W入射施加有偏光的激光，并利用由于缺陷而散射，或根據缺 陷的種類使得散射的狀況、偏光方向的變化不同的特性。將對于被檢查體W能夠透至內部 的波長的激光LB利用偏光鏡P施加偏光，并且作為入射光束IB對晶片W的面傾斜照射，由 于晶片W的表面、表層或內部的缺陷D而散射的激光SB通過配置于暗視野的光束偏移器BD 被偏光分離。SF表示由于對晶片施加應力的狀況而在缺陷的周圍存在應力場。
在使用方解石的光束偏移器BD的情況下，P偏光成分的光束和S偏光成分的光束 分離2mm左右(由方解石的長度決定)。當以CCD攝像機拍攝這樣的光束時，如圖4所示， 作為P偏光成分光的圖像(PI)和S偏光成分光的圖像(Si)以各自成為圖像的方式分離顯 示的圖像被攝取。對于相同缺陷的散射光引起的亮點的分布圖像(PI、SI)中亮點的分布圖 案近似，但是各自的亮點的亮度等特征在P偏光成分光引起的亮點和S偏光成分光引起的 亮點間是不同的。
于是，分別求取P偏光成分光的圖像(PI)和S偏光成分光的圖像(Si)的亮點的 特征值，獲得兩成分光的值的比。作為該特征值，求取各圖像的亮點的積分強度值。亮點的 積分強度值是將包含亮點的周邊的區(qū)域中的像素的亮度值在該區(qū)域內積分而得的值，作為 該區(qū)域，求取亮度的峰值部的位置、峰值部的亮度值、成為峰值部的亮度值與背景的亮度值 的平均即中間亮度值的位置，以峰值部位置為中心，考慮將從峰值部到成為中間亮度值的 位置的距離的兩倍為中心的正方形，將其作為亮度的積分區(qū)域。
對圖像(PI)中的各亮點求取積分強度值，存儲該亮點的位置和積分強度值的數 據。同樣地，對圖像(Si)中的各亮點求取積分強度值，存儲該亮點的位置和積分強度值的 數據。這樣的對晶片的表面照射激光，取得產生散射光的位置的散射光強度(積分強度值) 和存在亮點的位置的數據并進行存儲的操作，在不對晶片施加應力的狀態(tài)和對晶片施加應 力的狀態(tài)下分別進行。
在此基礎上，比較被檢查體中的相同位置的沒有施加應力的狀態(tài)下的散射光的偏 光方向和施加應力的狀態(tài)下的散射光的偏光方向，求取該偏光方向的差，判別該差是否超 過某閾值，以此作為缺陷的種類判別的指標。在本發(fā)明中，偏光可以為直線偏光也可以為橢 圓偏光。在為橢圓偏光的情況下，以長軸方向作為偏光方向。
以表示為對各亮點求取的積分強度值的偏光強度為基礎，如圖5所示求取散射光 的偏光方向。圖5中P偏光強度為圖像(PI)中某亮點的偏光強度，S偏光強度為圖像(Si) 中對應的亮點的偏光強度。P偏光強度和S偏光強度的比與正切函數(tangent)相當，表示 偏光方向。偏光方向是作為P偏光強度與S偏光強度的比求得的量，對于入射光也求取該 偏光方向。
圖6(a)表示入射光的偏光方向的例子，圖6(b)表示成為圖6(a)的偏光方向的入 射光由于晶片中的缺陷而散射的光的偏光方向的例子。散射光的偏光方向根據散射體(缺 陷)不同而各有不同，但一般是根據入射光的偏光方向有一定程度的變化。
圖7(a)、(b)表示不存在裂紋、空洞缺陷的情況和存在裂紋、空洞缺陷的情況下的 對比，圖7(a)表示不存在裂紋、空洞缺陷，偏光方向不會由于應力的施加而變化的情況，在存在裂紋、空洞缺陷的情況下由于應力的施加會像圖7(b)所示的地那樣偏光方向發(fā)生變 化。
在不施加應力的狀態(tài)和施加應力的狀態(tài)下散射光的偏光方向的差大到超過某閾 值的程度的情況下，認為該散射光緣于裂紋、結晶內部的空洞缺陷，在施加應力的狀態(tài)和不 施加應力的狀態(tài)下散射光的偏光方向的差小于某閾值，并沒有太大的變化的情況下，認為 該散射光緣于表面的異物或析出物，像上述這樣基于散射光的檢測結果進行缺陷的分類。 該閾值根據包含晶片的被檢查體的種類、缺陷的形態(tài)不同而不同，預先求取與被檢查體的 種類等對應的值。
這樣根據偏光方向是否存在變化和偏光的強度能夠對缺陷的種類進行分類，表1 所示的為分類表。
[表 1]
缺陷的種類不施加應力施加應力S偏先P偏光S偏光P偏光偏光方向內部析出物強微弱微小變化微小變化χ閾值以下空洞缺陷強微弱變化變化O閾值以上表面異物強強微小變化微小變化χ閾值以下裂紋弱微弱變化變化O閾值以上
表1中以入射光的偏光方向為S偏光，這是因為一般在觀察內部缺陷時使用S偏 光成分。以下表示各個缺陷引起的偏光方向的變化。
(內部析出物)
經過實驗能夠確認散射光保存入射光的偏光方向，在不施加應力的情況下，保持 原樣散射，偏光方向不變化。由于施加應力而在異物的周圍產生應力場，散射光強度發(fā)生變 化，但是其效果較小，偏光方向的變化也為閾值以下。
(空洞缺陷)
內部的空洞缺陷與內部析出物同樣，散射光的偏光方向被保存。由此，在不施加應 力的情況下與內部析出物同樣。由于施加應力在空洞缺陷的周圍存在應力場，P偏光成分 和S偏光成分發(fā)生變化，結果偏光方向發(fā)生變化。
(表面異物或劃痕)
表面異物由于偏光消除效果不保存偏光方向。由此，即使入射P偏光也能夠觀測 到強S偏光成分。如果在不施加應力的情況下入射光的偏光方向和散射光的偏光方向大為 不同，則在此時就能夠判斷缺陷為表面異物。(即使施加應力，在表面異物的周圍一般僅存 在微弱的應力場，因此偏光方向不發(fā)生變化)。
(裂紋)11
裂紋是從表面到達內部的缺陷，認為與空洞缺陷同樣。此外，因為裂紋的前端的曲 率半徑非常小，所以相比于空洞缺陷，集中更大的應力，與空洞缺陷相比偏光方向的變化更 大。
圖8、圖9表示測定使用超聲波產生單元作為應力施加單元時的偏光成分強度所 得的結果。圖8 (a)表示對于作為被檢查體的硅晶片不作用超聲波時的散射光的P偏光和S 偏光的強度根據超聲波頻率的變化， 表示P偏光，〇表示S偏光。圖8 (b)表示根據P偏 光的強度和S偏光的強度的比求得的偏光方向。這樣，在不作用超聲波時，偏光方向為大致一定的值。
圖9(a)表示對硅晶片作用超聲波時的散射光的P偏光和S偏光的強度根據超聲 波頻率的變化， 表示P偏光，〇表示S偏光。圖9(b)表示根據P偏光的強度和S偏光的 強度的比求得的偏光方向。在作用超聲波時，作為整體的偏光方向發(fā)生變化，其中，特別是 在超聲波頻率70kHz附近，偏光方向變化約2°。
如圖8、圖9所示，根據不施加應力時和施加應力時的散射光的偏光成分強度檢測 被檢查體的缺陷，而且能參照表1判別其種類。
根據照射被檢查體時光的波長的不同，距離照射時的表面的透入長度存在差別， 根據被檢查體的材質、觀察距離表面的怎樣程度的深度等的條件選擇照射光的種類、波長。 在為用于半導體電路制作的晶片的情況下，可見光激光的透入長度距離表面為數微米左 右，與此相對，紅外光激光到達晶片部的整體，因此適于檢測晶片內部的空洞缺陷。此外，形 成在晶片上的氧化膜對于可見光是透明的，能夠檢測膜中的裂紋、空洞缺陷。
為了對晶片等被檢查體施加應力，需要對被檢查體施加某種變形，有將被檢查體 載置于真空卡盤并施加吸引作用的方法、經由壓電元件施加吸引作用的方法、利用加熱作 用的方法、作用超聲波的方法、利用重物的靜負載重量和按壓單元施加重量的方法等各種 方式，具體地在與缺陷檢測裝置的關系中進行說明。
圖10表示檢測被檢查體的缺陷的工序的流程。
(缺陷檢測裝置)
參照圖11說明本發(fā)明的被檢查體的缺陷檢查裝置的一個方式。此處，對于作為被 檢查體使用用于半導體電路制作的硅晶片的情況、并且作為照射的光使用激光的情況進行 說明。
圖11中，1是XY工作臺，由基臺Ia和架設在其上的能夠沿XY方向驅動的臺板Ib 構成。2是安裝在XY工作臺1的臺板Ib上的用于載置晶片W的被檢查體固定裝置，該例中 使用真空卡盤。3是板狀的壓電元件，在其上側載置晶片W，作為晶片固定裝置2的真空卡 盤和壓電元件3是利用真空卡盤的吸引和壓電元件的作用對晶片W施加彎曲變形的作用的 部件，構成向晶片內施加應力的應力施加單元。
4是激光裝置，使用能夠透入硅晶片內的波長例如375nm的波長的激光。5是對激 光施加偏光的偏光鏡，6是聚光透鏡，M是反射鏡。7是接收被偏光鏡5施加了偏光并傾斜 入射到晶片面的入射光束(IB)入射至晶片W面而散射的散射光SB的，配置在暗視野位置 的CXD攝像裝置，8是其物鏡，9是對透過物鏡的光進行偏光分離的光束偏移器。
10是驅動控制部，進行利用XY工作臺1的晶片W的XY方向的移動控制，利用作 為被檢查體固定裝置4的真空卡盤的吸引動作控制，壓電元件的動作控制，激光裝置的動作控制。20是用于對由CCD攝像裝置攝取的散射光的圖像數據進行運算處理的圖像分析 處理裝置，具有圖像分析處理時必需的存儲單元。21是用于顯示由CXD攝像裝置得到的圖 像、分析處理結果等的顯示器。
圖12(a) (b)表示晶片固定裝置2和應力施加單元的方式的例子，(a)是組合圖 11中的真空卡盤和壓電元件而成的。作為晶片固定單元的真空卡盤VC利用真空泵VP的吸 引作用對隔著壓電元件載置的晶片W施加吸引作用。利用從壓電元件驅動部PZTD對壓電 元件PZT施加的電壓使壓電元件PZT動作，對晶片W施加變形作用，對晶片W施加應力。
圖12(b)僅利用真空卡盤VC的作用對晶片W施加應力。此時，不設置(a)那樣的 壓電元件，而設置厚度與壓電元件相當的高度調整部件AS，在其上側載置晶片W，利用真空 卡盤VC的作用對晶片W施加變形、應力。
圖12(c)利用加熱裝置HS對晶片W施加應力。在被檢查體是具有氧化硅的覆蓋 層的由硅層構成的用于半導體電路制作的晶片的情況下，因為是整體的熱膨脹系數不一致 的介質，所以由加熱帶來的變形不一致，由此產生應力。此外，由單一的元件構成的物體整 體熱膨脹時，在裂紋等缺陷的周邊部也會產生一定程度的應力集中。
像這樣在被檢查體的材質中存在某些非均勻性的情況下，會由于加熱而在內部產 生應力，但是在被檢查體的材質均勻的情況下，根據加熱方式也能夠在被檢查體的內部產 生應力。作為這樣的加熱方式能夠為下述方式將被檢查體的加熱范圍分為多個區(qū)域，在各 區(qū)域中配置加熱量不同的加熱單元或冷卻單元，施加加熱或冷卻作用，使被檢查體的加熱 狀態(tài)非均勻，在內部產生應力。例如，能夠對被檢查體的一側的面利用加熱單元進行加熱， 而對另一側的面利用冷卻單元進行冷卻，由此也能夠在上表面與下表面產生熱膨脹的差， 在內部產生應力。
作為對被檢查體施加應力的單元，在這些方式之外，還能夠考慮僅使被檢查體的 中央附近浮起并向下方吸引的方法，在被檢查體的周圍載置重物，利用按壓棒的前端從下 方按壓被檢查體的中心附近以施加負載的方法等各種方法。此外，也能夠應用借助夾具對 被檢查體進行拉伸、扭轉、切斷、施加彎曲負載而施加應力的方法。進一步，也有在被檢查體 固定單元中設置超聲波產生單元，通過對被檢查體作用超聲波而施加應力的方法。在作用 超聲波的情況下，被檢查體不是宏觀形狀發(fā)生變形，而是在超聲波的振動作用下以微觀的 方式被施加以應力。這樣，能夠根據作為對象的被檢查體的種類、尺寸、條件選擇適宜的應 力施加單元來使用。
產業(yè)上的可利用性
本發(fā)明通過對用于IC等半導體電路制作的晶片、用于衍射光柵等光學功能元件 制作的基板、超點陣構造體、MEMS構造體、液晶面板用的玻璃、中間掩模這樣的由具有高度 均勻性的材質構成的被檢查體的缺陷進行檢測并對缺陷的種類進行分類，能夠用于被檢查 體的品質評價、除去缺陷的方法的判別。
權利要求
1.一種檢查缺陷的方法，其在對被檢查體不施加應力的狀態(tài)和施加應力的狀態(tài)下，利 用偏光鏡使能夠透入該被檢查體內的波長的光形成為偏光的基礎上，照射該被檢查體的 面，檢測其散射光，由此檢查被檢查體的缺陷，該檢查缺陷的方法的特征在于，包括以下步 驟在對所述被檢查體不施加應力的狀態(tài)下，在所述被檢查體的面上的位置，將成為偏光 后的光相對于該面從傾斜方向照射，將由此產生的散射光分離為P偏光的成分光和S偏光 的成分光，求取各個成分光的強度以及作為它們的比的偏光方向；在對所述被檢查體施加了應力的狀態(tài)下，在與所述不施加應力的狀態(tài)下照射光的位置 相同的所述被檢查體的面上的位置，將成為偏光后的光相對于該面從傾斜方向照射，將由 此產生的散射光分離為P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各個成分光的強度以及作 為它們的比的偏光方向；將在不對所述被檢查體施加應力的狀態(tài)下求取的各個成分光的強度和偏光方向以及 在對所述被檢查體施加了應力的狀態(tài)下求取的各個成分光的強度和偏光方向與規(guī)定的閾 值進行對比，由此進行缺陷的檢測和/或分類。
2.如權利要求1所述的檢查缺陷的方法，其特征在于利用配置在暗視野的偏光分離單元將在所述被檢查體的面上的位置照射的光的散射 光分離為P偏光的偏光成分和S偏光的偏光成分，并求取各成分光的強度。
3.如權利要求1或2所述的檢查缺陷的方法，其特征在于在對所述被檢查體不施加應力的狀態(tài)下求取的散射光的偏光方向與對所述被檢查體 施加了應力的狀態(tài)下求取的散射光的偏光方向的差超過規(guī)定的閾值時，判別為被檢查體的 缺陷為裂紋或空洞缺陷，在不超過該規(guī)定的閾值時判別為其它種類的缺陷。
4.如權利要求1至3中任一項所述的檢查缺陷的方法，其特征在于將所述被檢查體隔著高度調整部件載置在真空卡盤上，對所述被檢查體施加真空卡盤 的吸引作用，由此對所述被檢查體施加應力。
5.如權利要求1至3中任一項所述的檢查缺陷的方法，其特征在于將所述被檢查體隔著壓電元件載置在真空卡盤上，對所述被檢查體施加真空卡盤的吸 引作用，并且施加壓電元件的作用，由此對所述被檢查體施加應力。
6.如權利要求1至3中任一項所述的檢查缺陷的方法，其特征在于在將所述被檢查體載置于加熱工作臺上的狀態(tài)下進行所述被檢查體的加熱和/或冷 卻，使所述被檢查體產生熱應力，由此施加應力。
7.如權利要求1至3中任一項所述的檢查缺陷的方法，其特征在于通過對所述被檢查體作用超聲波，對所述被檢查體施加應力。
8.如權利要求1至7中任一項所述的檢查缺陷的方法，其特征在于所述被檢查體為用于半導體制造的硅晶片，作為照射的光使用紅外光進行內部的空洞 缺陷的檢測。
9.一種缺陷檢查裝置，其特征在于，包括支承部，其載置被檢查體；應力施加單元，其能夠切換對載置于所述支承部的被檢查 體施加應力的狀態(tài)和不施加應力的狀態(tài)；光源裝置，其經由偏光鏡將能夠透入所述被檢查 體內的波長的光對支承于所述支承部的所述被檢查體的面從傾斜方向進行照射；掃描驅動部，其用于使所述被檢查體和光源裝置進行相對移動；偏光分離單元，其接受照射于所述被 檢查體的光的散射光，配置在暗視野的位置；受光單元，其具有分別檢測由該偏光分離單元 分離出的P偏光的成分光和S偏光的成分光的P偏光受光部和S偏光受光部；控制部，其進 行所述應力施加單元中的應力的施加狀態(tài)和包含所述掃描驅動部中的所述被檢查體與所 述光源裝置的相對移動的動作的控制；以及運算處理部，其將在對所述被檢查體施加有應 力的狀態(tài)和不施加應力的狀態(tài)下分別由所述受光單元檢測出的P偏光的成分光和S偏光的 成分光的強度以及作為它們的比而求得的偏光方向，與規(guī)定的閾值進行對比，由此進行所 述被檢查體的缺陷的檢測和/或缺陷的種類的判別。
10.如權利要求9所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述偏光分離單元為光束偏移器，所述受光單元為CCD攝像裝置，使由所述光束偏移 器分離的P偏光和S偏光的成分光形成的像在CXD上成像。
11.如權利要求9所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述偏光分離單元為偏光分束器，所述受光單元為使由所述偏光分束器分離的P偏光 和S偏光的成分光形成的像分別在CXD上成像的另外的CXD攝像裝置。
12.如權利要求9至11中任一項所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述被檢查體的支承部具有真空卡盤，該真空卡盤對隔著高度調整部件載置的所述被 檢查體施加吸引作用，由此對所述被檢查體施加應力。
13.如權利要求9至11中任一項所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述被檢查體的支承部具有真空卡盤和配置在該真空卡盤的上側的壓電元件，在對載 置在該壓電元件上的所述被檢查體施加所述真空卡盤的吸引作用的狀態(tài)下，施加所述壓電 元件的變形作用，由此對所述被檢查體施加應力。
14.如權利要求9至11中任一項所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述被檢查體的支承部形成為加熱工作臺和/或冷卻工作臺，對載置在所述加熱工作 臺和/或冷卻工作臺上的所述被檢查體進行加熱和/或冷卻來使所述被檢查體產生熱應 力，由此施加應力。
15.如權利要求9至11中任一項所述的缺陷檢查裝置，其特征在于具有用于對載置在所述被檢查體的支承部的所述被檢查體作用超聲波的超聲波產生 單元，利用該超聲波產生單元對所述被檢查體施加超聲波，由此對所述被檢查體施加應力。
16.如權利要求9至15中任一項所述的缺陷檢查裝置，其特征在于所述光源裝置為產生紅外光的裝置，檢測作為所述被檢查體的用于半導體制造的硅晶 片的內部的空洞缺陷。
全文摘要
本發(fā)明提供檢查缺陷的方法和缺陷檢查裝置。經由偏光鏡(5)使來自光源裝置(4)的光成為偏光，并對被檢查體(W)從傾斜方向入射，以具有配置在暗視野的偏光分離元件(9)的CCD攝像裝置(7)對其散射光(SB)進行攝像，對于得到的P偏光成分圖像和S偏光成分圖像得到成分光強度，求得作為它們的比的偏光方向。根據對被檢查體不施加應力的狀態(tài)和施加了應力的狀態(tài)下的光散射體的由攝像得到的圖像求取成分光強度、偏光方向，與規(guī)定的閾值進行對比，由此能夠高精度地檢測被檢查體的內部析出物、空洞缺陷、表面的異物或劃痕、表層的裂紋的缺陷，確定缺陷的種類，進行缺陷的分類。
文檔編號H01L21/66GK102037348SQ20098011800
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2008年5月22日
發(fā)明者坂井一文, 野中一洋 申請人:獨立行政法人產業(yè)技術綜合研究所