检查缺陷的方法及缺陷检查装置的制作方法

专利名称：检查缺陷的方法及缺陷检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检查被检查体的缺陷的方法及缺陷检查装置，特别是涉及进行如半导 体晶片这样的要求高度的均质性的被检查体的缺陷检测和/或分类的检查缺陷的方法及 缺陷检查装置。
背景技术：
在半导体的制造工序中，存在于晶片内部的缺陷成为作为产品的半导体器件的电 特性劣化、不良的原因。因此，制造半导体装置时，对于处于半导体制造前的阶段的晶片或 进入制造工序对表面进行了工序处理的晶片进行缺陷的检查。如果对于存在缺陷的晶片直 接进行工序处理的话，最终的半导体产品会成为不良品，因此必须预先进行缺陷的去除。
近年来，随着半导体器件的集成度的增加，构成器件的图案的微细化不断发展，应 该检测出的晶片的缺陷的尺寸也变小，相应的需要更高的缺陷的检测能力。此外，在缺陷检 测中存在破坏性方法和非破坏性方法，前者以蚀刻液溶解晶片，或者进行物理切削等，使缺 陷显现于表面，以显微镜、电子显微镜等进行观察。但是，以这样的方法进行检查的晶片已 不能够在半导体器件的制造中使用。
作为非破坏性的检查方法，有电方法，使用光、超声波的非接触检查方法。电检查 方法是在晶片上加以电极，或者将探针压向晶片，对晶片施加电信号，根据电信号的变化对 晶片上存在缺陷的情况进行检测，但是难以确定缺陷的位置，电极等的接触是必需的，因此 也不能够使用于产品的制造阶段中的晶片。
利用超声波进行的缺陷检测是对被检查体施加超声波，以检测器检测从缺陷反射 的超声波的方法。因为对于金属等不透过光的材料的内部的缺陷也能够进行检测，所以在 封装体内部的检查等中使用，但是由于检测极限、分辨率方面的问题，不能够以高分辨率检 测晶片的缺陷、异物，因此也不能够使用。
使用光进行检查的方法是以暗视野、明视野的光学系统来检测由缺陷、异物产生 的散射光，同时检测缺陷的位置的方法。在晶片内部的缺陷检测中使用对于硅透明的激光， 在表面或表层的缺陷的检测中使用可见光激光。
关于使用光、超声波的缺陷的检查，公开有以下的文献。
在专利文献1中记载有下述配管、钢材等被检查体的超声波探伤方法对被检查 体发送电磁超声波，并且对与由该超声波引起的被检查体的激振部分相同的部分发射激 光，基于其反射信号检测被检查体的缺陷、板厚等。
在专利文献2中，记载有下述缺陷检测装置对被检查物从超声波振子入射表面 弹性波，并且对被检查物的表面照射激光，接收其反射光，利用信号处理装置检测激光的出 射光和反射光的频率的差，根据该差测定被检查物的振动速度而检测缺陷。
在专利文献3中，记载有下述材料非破坏检测方法、装置对被测定物面照射脉冲 激光来产生弹性波，与脉冲激光同轴地对被测定物面照射连续振荡的信号用的激光，受到 被测定物面的散射面和弹性波的影响的反射光入射至激光干涉计而检测频率成分的变化，由此检测被测定物的内部缺陷。
在专利文献4中，记载有下述内容对半导体晶片等被检查物照射激光，在多个方 向检测来自被检查物的反射散射光，比较检测结果来检测反射散射光的指向性，由此区别 检测被检查物中的伤痕等缺陷和异物。
在专利文献5中，记载有下述缺陷检查方法对被检查试样入射激光，将其散射 光、发出的光分割为多个不同的波段，并在摄像装置中成像，根据得到的多个图像识别缺陷 的内容。
在专利文献6中，记载有下述检查方法对半导体晶片等的面照射以入射角度不 同的方式设定的使振荡定时错开的两个脉冲振荡激光，一束激光由于颗粒和坑点这两者而 产生散射光，另一束激光以使由坑点产生的散射光尽可能地少的方式设定，根据两方的散 射光的检测结果辨别是颗粒还是坑点。
在专利文献7、8中记载有下述缺陷的检测方法在改变入射至被检物体的激光的 波长时，预先求取反射率R为极大值的波长λ 1和反射率R为极小值的波长λ 2，通过得到 使波长λ 、λ 2的激光分别入射至被检物体时的光信息，区别被检物体的极靠表层附近的 缺陷和表面的缺陷。此外，还记载有在该情况下，激光倾斜入射被检物体，利用配置于上方 的显微镜整体观察缺陷的散射像的内容。
在专利文献9中记载有下述半导体晶片表面的检查方法对晶片表面照射激光并 使其扫描，以相对于入射光的受光角度不同(高角度、低角度)的多个受光系统来接收由晶 片表面反射或散射的光，基于这些多个受光系统的受光强度比求取标准粒子换算尺寸的差 异，由此判别缺陷的形态、种类。
专利文献10是本发明者公开的发明，在对晶片施加了超声波的状态和不施加超 声波的状态下对晶片表面照射激光，利用偏光镜和配置为正交尼科耳的受光单元检测由空 洞缺陷引起的散射的光的强度在超声波施加前后的变化，根据该强度变化判断异物。
在专利文献1、2中不能够以高分辨率检测内部的空洞缺陷。在专利文献3中，能 够检测内部缺陷的有无，但是其是以信号光检测超声波引起的材料表面的散射面的影响， 虽然适合混凝土构造物的非破坏检查，但是并不适合以高分辨率检测半导体晶片等的内部 缺陷。
在专利文献4、5中，根据反射散射光的指向性、与波段的关系识别缺陷的内容，但 是仍然不适合高精度地检测内部缺陷。此外，在专利文献6中，使两个脉冲激光错开定时进 行照射，因此结构、控制机构变得复杂，并且即使能够检测由颗粒、坑点这样的表面的缺陷， 也不适合检测内部的空洞缺陷。
在专利文献7、8中，根据波长的不同区别检测表面的缺陷和内部的缺陷，但是不 能够判别缺陷是否为内部的空洞缺陷。
在专利文献9中，基于不同的受光角度下的散射光强度比，根据散射体的标准粒 子换算尺寸的数值的组合，判别晶片表面的缺陷的种类、形态，但是不能够判别晶片内部的 空洞缺陷。
专利文献10的方法中，在检测表层的异物时，由于超声波而表面产生位移，结果 散射强度发生变化，因此会出现误检测，此外，因为仅能够检测P偏光或S偏光，所以存在缺 陷的分类不充分等的问题。
专利文献1
专利文献2
专利文献3
专利文献4
专利文献5
专利文献6
专利文献7
专利文献8
专利文献9
专利文献10_说明书日本专利公开S62-177447号 日本专利公开2001-208729号 日本专利公开2005-147813号 日本专利公开2002-188999号 日本专利公开Hl 1-211668号 日本专利公开2000-216208号 日本专利公开H10-293101号 日本专利公开H10493102号 日本专利第3664134号 日本专利公开2008-8740号3/10 页发明内容
如前所述，在半导体晶片等被检查体的缺陷检查中，在现有的电检查，或者使用 光、应力的缺陷检查中，也不能够检测表层的裂纹等。在半导体晶片这样的被检查体的情况 下，根据缺陷的种类不同，其去除方法、再生可能性也不同，因此，不仅要判别在被检查体是 否存在缺陷，还要判别缺陷的种类，因此寻求能够以高分辨率区别检测被检查体表面的异 物、表层的裂纹和内部的析出物等缺陷的，能够进行缺陷分类的缺陷的检查。
本发明为了解决上述问题而提出，第一方面的本发明的检查被检查体的缺陷的方 法是，在对被检查体不施加应力的状态和施加应力的状态下，利用偏光镜使能够透入该被 检查体内的波长的光成为偏光的基础上，照射该被检查体的面，检测其散射光，由此检查被 检查体的缺陷，其包括以下步骤在对上述被检查体不施加应力的状态下，在上述被检查体 的面上的位置，将成为偏光后的光相对于该面从倾斜方向照射，将由此产生的散射光分离 为P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各个成分光的强度以及作为它们的比的偏光方 向；在对上述被检查体施加了应力的状态下，在与上述不施加应力的状态下照射光的位置 相同的上述被检查体的面上的位置，将成为偏光后的光相对于该面从倾斜方向照射，将由 此产生的散射光分离为P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各个成分光的强度以及作 为它们的比的偏光方向；将在不对上述被检查体施加应力的状态下求取的各个成分光的强 度和偏光方向以及在对上述被检查体施加了应力的状态下求取的各个成分光的强度和偏 光方向与规定的阈值进行对比，由此进行缺陷的检查和/或分类。
根据第一方面的第二方面的发明，利用配置在暗视野的偏光分离单元将在上述被 检查体的面上的位置照射的光的散射光分离为P偏光的偏光成分和S偏光的偏光成分，并 求取各成分光的强度。
根据第一方面或第二方面中任一项的第三方面的发明，在对上述被检查体没有施 加了应力的状态下求取的散射光的偏光方向与对上述被检查体施加应力的状态下求取的 散射光的偏光方向的差超过规定的阈值时，判别为被检查体的缺陷为裂纹或空洞缺陷，在 没有超过该规定的阈值时判别为其它种类的缺陷。
根据第一方面 第三方面中任一项的第四方面的发明，将上述被检查体隔着高度 调整部件载置在真空卡盘上，通过对上述被检查体施加真室卡盘的吸引作用，对上述被检 查体施加应力。
根据第一方面 第三方面中任一项的第五方面的发明，将上述被检查体隔着压电 元件载置在真空卡盘上，对上述被检查体施加真空卡盘的吸引作用，并且施加压电元件的 作用，由此对上述被检查体施加应力。
根据第一方面 第三方面中任一项的第六方面的发明，在将上述被检查体载置于 加热工作台上的状态下进行上述被检查体的加热和/或冷却，使上述被检查体产生热应 力，由此施加应力。
根据第一方面 第三方面中任一项的第七方面的发明，通过对上述被检查体作用 超声波，对上述被检查体施加应力。
根据第一方面 第七方面中任一项的第八方面的发明，上述被检查体为用于半导 体制造的硅晶片，作为照射的光使用红外光进行内部的空洞缺陷的检测。
第九方面的发明提供一种缺陷检查装置，其包括支承部，其载置被检查体；应力 施加单元，其能够切换对载置于上述支承部的被检查体施加应力的状态和不施加应力的状 态；光源装置，其经由偏光镜将能够透入上述被检查体内的波长的光对支承于上述支承部 的上述被检查体的面从倾斜方向进行照射；扫描驱动部，其用于使上述被检查体和光源装 置进行相对移动；偏光分离单元，其接受照射于上述被检查体的光的散射光，配置在暗视野 的位置；受光单元，其具有分别检测由该偏光分离单元分离出的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，其进行上述应力施加单元中的应力的施加 状态和包含上述扫描驱动部中的上述被检查体与上述光源装置的相对移动的动作的控制； 以及运算处理部，其将在对上述被检查体施加有应力的状态和不施加应力的状态下分别由 上述受光单元检测出的P偏光的成分光和S偏光的成分光的强度以及作为它们的比而求得 的偏光方向，与规定的阈值进行对比，由此进行上述被检查体的缺陷的检测和/或缺陷的 种类的判别。
根据第九方面的第十方面的发明，上述偏光分离单元为光束偏移器，上述受光单 元为CXD摄像装置，使由上述光束偏移器分离的P偏光和S偏光的成分光形成的像在CXD 上成像。
根据第九方面的第十一方面的发明，上述偏光分离单元为偏光分束器，上述受光 单元为使由上述偏光分束器分离的P偏光和S偏光的成分光形成的像分别在CCD上成像的 另外的CXD摄像装置。
根据第九方面 第十一方面中任一项的第十二方面的发明，上述被检查体的支承 部具有真空卡盘，该真空卡盘对隔着高度调整部件载置的上述被检查体施加吸引作用，由 此对上述被检查体施加应力。
根据第九方面 第十一方面中任一项的第十三方面的发明，上述被检查体的支承 部具有真空卡盘和配置在该真空卡盘的上侧的压电元件，在对载置在该压电元件上的上述 被检查体施加上述真空卡盘的吸引作用的状态下，施加上述压电元件的变形作用，由此对 上述被检查体施加应力。
根据第九方面 第十一方面中任一项的第十四方面的发明，上述被检查体的支承 部形成为加热工作台和/或冷却工作台，对载置在上述加热工作台和/或冷却工作台上的 上述被检查体进行加热和/或冷却来使上述被检查体产生热应力，由此施加应力。
根据第九方面 第十一方面中任一项的第十五方面的发明，具有用于对载置在上述被检查体的支承部的上述被检查体作用超声波的超声波产生单元，利用该超声波产生单 元对上述被检查体施加超声波，由此对上述被检查体施加应力。
根据第九方面 第十五方面中任一项的第十六方面的发明，上述光源装置为产生 红外光的装置，检测作为上述被检查体的半导体制造用的硅晶片的内部的空洞缺陷。
在本发明的被检查体的缺陷的检查中，将施加有偏光的激光照射于被检查体面， 同时计测其散射光的P偏光成分光和S偏光成分光，比较施加应力的情况和不施加应力的 情况，由此能够检测被检查体的缺陷，并且能够检测内部析出物、空洞缺陷、表面的异物或 划痕、表层的裂纹这样的缺陷，进而确定其种类，进行缺陷的分类。


图1是表示被检查体的缺陷的例子的图2是概略表示对被检查体面照射激光时的缺陷引起的散射光的成像图案的例 子的图3是概略表示本发明的被检查体的检查原理的图4是表示将图3中由光束偏移器分离的不同的偏光成分光成像于一个面的例子 的图5是表示成分光强度和偏光方向的关系的图6(a)是表示入射光的偏光方向的例子的图。图6(b)是表示由缺陷引起的散射 光的偏光方向的例子的图7是表示对被检查体施加应力时的偏光方向的例子的图，(a)表示没有缺陷的 情况，(b)表示存在缺陷的情况；
图8(a)是表示使作为应力施加单元的超声波不作用时的缺陷引起的散射光强度 的根据超声波频率的变化的图，图8(b)是表示根据两偏光成分的强度的比求取的偏光方 向的根据超声波频率的变化的图9(a)是表示使作为应力施加单元的超声波作用时的缺陷引起的散射光强度的 根据超声波频率的变化的图；图9(b)是表示根据两偏光成分的强度的比求取的偏光方向 的根据超声波频率的变化的图10是表示本发明的被检查体的缺陷检查的方法的流程图11是例示本发明的缺陷检查装置的结构的图；以及
图12是表示图6的缺陷检查装置的应力施加单元的例子的图，(a)是真空卡盘和 压电元件所构成的应力施加单元，(b)是真空卡盘所构成的应力施加单元，(c)是加热单元 所构成的应力施加单元。
附图标记
I-XY工作台；Ia-基台；Ib-台板；2_被检查体固定装置(真空卡盘VC) ；3_压电 元件；4-激光装置；5-偏光镜(P) ；6-聚光透镜；7-CXD摄像装置；8-物镜；9-光束偏移器 (BD) ； 10-驱动控制部；20-图像分析处理装置；21-显示器；W-晶片；M-反射镜；LB-激光； IB-入射光束；SB-散射光；D-缺陷；AS-高度调整部件；SF-应力场；PI-P偏光成分光的图 像；SI-S偏光成分光的图像；a-裂纹；b-表面异物；C-内部析出物；d-空洞缺陷具体实施方式
本发明对具有高度的均勻性的被检查体的表面，照射能够透至被检查体内部的波 长的光，并测定、分析其散射，由此进行缺陷的检查。作为被检查体，有用于IC等半导体电 路制作的晶片、用于衍射光栅等光学功能元件制作的基板、超点阵构造体、MEMS构造体、用 于液晶面板的玻璃、中间掩模(reticule)等，对于它们来说具有高度的均勻性是很重要 的。
作为在被检查体中妨碍其功能的缺陷，如图1所示，有表层的裂纹a、表面的异物 (上部废料)或划痕b、内部的析出物C、空洞缺陷d等。使用存在这样的缺陷的原料制作成 的半导体电路、光学功能元件等产品，由于该缺陷而损害本来的功能，因此，需要预先检查、 判别是否能够修复去除，还是不能够使用。
在本发明中，照射被检查体的光是能够透至被检查体的内部的波长的光，使用对 激光、卤素灯光进行分光而成为光束状等的光。此处对使用激光的情况进行说明。被检查 体如前所述具有高度的均勻性，作为代表性的例子，说明用于半导体电路制作的硅晶片的 情况。
对能够透至被检查体的内部的波长的激光，利用偏光镜(起偏镜)施加偏光，并 且对晶片的表面倾斜照射，利用配置在暗视野的光检测单元检测其散射光，对于施加了应 力的状态和不施加应力的状态下的晶片进行这样的散射光的检测，进行检测出的结果的分 析，并进行缺陷的检测、分类。由偏光镜产生的偏光可以为直线偏光也可以为椭圆偏光。
在晶片的结晶内部的空洞缺陷的情况下，已知在不对晶片施加应力的状态下，由 结晶内部的缺陷产生的散射光保存入射光的偏光方向，在对被检查体施加了应力的状态下 偏光状态发生变化。
对于通过对晶片施加应力或不施加应力使得散射光的偏光状态不同的情况进行 进一步思考，在结晶内部的空洞缺陷(COP)处空洞和硅的弹性系数大为不同，因此通过施 加应力，在该附近产生弹性变形。结晶内部的空洞缺陷一般为八面体的形状，在空洞的角附 近应力特别集中，由于这样的局部的空洞附近的结晶构造的应变场，在散射光中包含了向 通常不产生散射的方向偏光的散射波，在这样的结晶内部的空洞缺陷下，由于应力的作用， 产生相对于入射光，散射光的偏光状态发生改变的光弹性效果。因此，对于结晶内部的空洞 缺陷引起的散射光来说，施加了应力的状态和没有施加应力的状态下检测出的散射光的状 态不同。
晶片或形成在晶片上的绝缘膜(氧化膜)表层的裂纹，因为应力集中于裂纹的前 端而显示光弹性效果，因此与空洞同样，由于应力的施加而偏光方向发生变化。
与此相对，在被检查体的表面的异物的情况下，已知与内部的空洞缺陷不同，在散 射时偏光状态发生变化。但是，在为表面的异物的情况下，周围为真空或气体，所以施加应 力时的光弹性效果较弱，偏光状态不太会由于应力的施加而产生变化。
此外，在被检查体内部的析出物的情况下，根据实验能够确认，与空洞缺陷同样， 散射光的偏光方向与入射光的偏光方向相同。但是，因为一般析出物的弹性常数较大，所以 由于应变场引起的应力较小，光弹性效果较弱。
对晶片面照射激光时，没有缺陷的位置不产生散射光，因此配置在暗视野的二维 光检测单元不会检测出散射光。在存在缺陷的位置由二维光检测单元检测出散射光，散射光例如像图2所示的那样，以在黑的背景中由于散射光而产生的明亮的点不均地位于图像 上的方式被检测出来。
图3概略表示检测缺陷或根据种类对缺陷进行分类的本发明的被检查体的检查 原理，如上所述，对被检查体W入射施加有偏光的激光，并利用由于缺陷而散射，或根据缺 陷的种类使得散射的状况、偏光方向的变化不同的特性。将对于被检查体W能够透至内部 的波长的激光LB利用偏光镜P施加偏光，并且作为入射光束IB对晶片W的面倾斜照射，由 于晶片W的表面、表层或内部的缺陷D而散射的激光SB通过配置于暗视野的光束偏移器BD 被偏光分离。SF表示由于对晶片施加应力的状况而在缺陷的周围存在应力场。
在使用方解石的光束偏移器BD的情况下，P偏光成分的光束和S偏光成分的光束 分离2mm左右(由方解石的长度决定)。当以CCD摄像机拍摄这样的光束时，如图4所示， 作为P偏光成分光的图像(PI)和S偏光成分光的图像(Si)以各自成为图像的方式分离显 示的图像被摄取。对于相同缺陷的散射光引起的亮点的分布图像(PI、SI)中亮点的分布图 案近似，但是各自的亮点的亮度等特征在P偏光成分光引起的亮点和S偏光成分光引起的 亮点间是不同的。
于是，分别求取P偏光成分光的图像(PI)和S偏光成分光的图像(Si)的亮点的 特征值，获得两成分光的值的比。作为该特征值，求取各图像的亮点的积分强度值。亮点的 积分强度值是将包含亮点的周边的区域中的像素的亮度值在该区域内积分而得的值，作为 该区域，求取亮度的峰值部的位置、峰值部的亮度值、成为峰值部的亮度值与背景的亮度值 的平均即中间亮度值的位置，以峰值部位置为中心，考虑将从峰值部到成为中间亮度值的 位置的距离的两倍为中心的正方形，将其作为亮度的积分区域。
对图像(PI)中的各亮点求取积分强度值，存储该亮点的位置和积分强度值的数 据。同样地，对图像(Si)中的各亮点求取积分强度值，存储该亮点的位置和积分强度值的 数据。这样的对晶片的表面照射激光，取得产生散射光的位置的散射光强度(积分强度值) 和存在亮点的位置的数据并进行存储的操作，在不对晶片施加应力的状态和对晶片施加应 力的状态下分别进行。
在此基础上，比较被检查体中的相同位置的没有施加应力的状态下的散射光的偏 光方向和施加应力的状态下的散射光的偏光方向，求取该偏光方向的差，判别该差是否超 过某阈值，以此作为缺陷的种类判别的指标。在本发明中，偏光可以为直线偏光也可以为椭 圆偏光。在为椭圆偏光的情况下，以长轴方向作为偏光方向。
以表示为对各亮点求取的积分强度值的偏光强度为基础，如图5所示求取散射光 的偏光方向。图5中P偏光强度为图像(PI)中某亮点的偏光强度，S偏光强度为图像(Si) 中对应的亮点的偏光强度。P偏光强度和S偏光强度的比与正切函数(tangent)相当，表示 偏光方向。偏光方向是作为P偏光强度与S偏光强度的比求得的量，对于入射光也求取该 偏光方向。
图6(a)表示入射光的偏光方向的例子，图6(b)表示成为图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据散射体(缺 陷)不同而各有不同，但一般是根据入射光的偏光方向有一定程度的变化。
图7(a)、(b)表示不存在裂纹、空洞缺陷的情况和存在裂纹、空洞缺陷的情况下的 对比，图7(a)表示不存在裂纹、空洞缺陷，偏光方向不会由于应力的施加而变化的情况，在存在裂纹、空洞缺陷的情况下由于应力的施加会像图7(b)所示的地那样偏光方向发生变 化。
在不施加应力的状态和施加应力的状态下散射光的偏光方向的差大到超过某阈 值的程度的情况下，认为该散射光缘于裂纹、结晶内部的空洞缺陷，在施加应力的状态和不 施加应力的状态下散射光的偏光方向的差小于某阈值，并没有太大的变化的情况下，认为 该散射光缘于表面的异物或析出物，像上述这样基于散射光的检测结果进行缺陷的分类。 该阈值根据包含晶片的被检查体的种类、缺陷的形态不同而不同，预先求取与被检查体的 种类等对应的值。
这样根据偏光方向是否存在变化和偏光的强度能够对缺陷的种类进行分类，表1 所示的为分类表。
[表 1]
缺陷的种类不施加应力施加应力S偏先P偏光S偏光P偏光偏光方向内部析出物强微弱微小变化微小变化χ阈值以下空洞缺陷强微弱变化变化O阈值以上表面异物强强微小变化微小变化χ阈值以下裂纹弱微弱变化变化O阈值以上
表1中以入射光的偏光方向为S偏光，这是因为一般在观察内部缺陷时使用S偏 光成分。以下表示各个缺陷引起的偏光方向的变化。
(内部析出物)
经过实验能够确认散射光保存入射光的偏光方向，在不施加应力的情况下，保持 原样散射，偏光方向不变化。由于施加应力而在异物的周围产生应力场，散射光强度发生变 化，但是其效果较小，偏光方向的变化也为阈值以下。
(空洞缺陷)
内部的空洞缺陷与内部析出物同样，散射光的偏光方向被保存。由此，在不施加应 力的情况下与内部析出物同样。由于施加应力在空洞缺陷的周围存在应力场，P偏光成分 和S偏光成分发生变化，结果偏光方向发生变化。
(表面异物或划痕)
表面异物由于偏光消除效果不保存偏光方向。由此，即使入射P偏光也能够观测 到强S偏光成分。如果在不施加应力的情况下入射光的偏光方向和散射光的偏光方向大为 不同，则在此时就能够判断缺陷为表面异物。(即使施加应力，在表面异物的周围一般仅存 在微弱的应力场，因此偏光方向不发生变化)。
(裂纹)11
裂纹是从表面到达内部的缺陷，认为与空洞缺陷同样。此外，因为裂纹的前端的曲 率半径非常小，所以相比于空洞缺陷，集中更大的应力，与空洞缺陷相比偏光方向的变化更 大。
图8、图9表示测定使用超声波产生单元作为应力施加单元时的偏光成分强度所 得的结果。图8 (a)表示对于作为被检查体的硅晶片不作用超声波时的散射光的P偏光和S 偏光的强度根据超声波频率的变化， 表示P偏光，〇表示S偏光。图8 (b)表示根据P偏 光的强度和S偏光的强度的比求得的偏光方向。这样，在不作用超声波时，偏光方向为大致一定的值。
图9(a)表示对硅晶片作用超声波时的散射光的P偏光和S偏光的强度根据超声 波频率的变化， 表示P偏光，〇表示S偏光。图9(b)表示根据P偏光的强度和S偏光的 强度的比求得的偏光方向。在作用超声波时，作为整体的偏光方向发生变化，其中，特别是 在超声波频率70kHz附近，偏光方向变化约2°。
如图8、图9所示，根据不施加应力时和施加应力时的散射光的偏光成分强度检测 被检查体的缺陷，而且能参照表1判别其种类。
根据照射被检查体时光的波长的不同，距离照射时的表面的透入长度存在差别， 根据被检查体的材质、观察距离表面的怎样程度的深度等的条件选择照射光的种类、波长。 在为用于半导体电路制作的晶片的情况下，可见光激光的透入长度距离表面为数微米左 右，与此相对，红外光激光到达晶片部的整体，因此适于检测晶片内部的空洞缺陷。此外，形 成在晶片上的氧化膜对于可见光是透明的，能够检测膜中的裂纹、空洞缺陷。
为了对晶片等被检查体施加应力，需要对被检查体施加某种变形，有将被检查体 载置于真空卡盘并施加吸引作用的方法、经由压电元件施加吸引作用的方法、利用加热作 用的方法、作用超声波的方法、利用重物的静负载重量和按压单元施加重量的方法等各种 方式，具体地在与缺陷检测装置的关系中进行说明。
图10表示检测被检查体的缺陷的工序的流程。
(缺陷检测装置)
参照图11说明本发明的被检查体的缺陷检查装置的一个方式。此处，对于作为被 检查体使用用于半导体电路制作的硅晶片的情况、并且作为照射的光使用激光的情况进行 说明。
图11中，1是XY工作台，由基台Ia和架设在其上的能够沿XY方向驱动的台板Ib 构成。2是安装在XY工作台1的台板Ib上的用于载置晶片W的被检查体固定装置，该例中 使用真空卡盘。3是板状的压电元件，在其上侧载置晶片W，作为晶片固定装置2的真空卡 盘和压电元件3是利用真空卡盘的吸引和压电元件的作用对晶片W施加弯曲变形的作用的 部件，构成向晶片内施加应力的应力施加单元。
4是激光装置，使用能够透入硅晶片内的波长例如375nm的波长的激光。5是对激 光施加偏光的偏光镜，6是聚光透镜，M是反射镜。7是接收被偏光镜5施加了偏光并倾斜 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，配置在暗视野位置 的CXD摄像装置，8是其物镜，9是对透过物镜的光进行偏光分离的光束偏移器。
10是驱动控制部，进行利用XY工作台1的晶片W的XY方向的移动控制，利用作 为被检查体固定装置4的真空卡盘的吸引动作控制，压电元件的动作控制，激光装置的动作控制。20是用于对由CCD摄像装置摄取的散射光的图像数据进行运算处理的图像分析 处理装置，具有图像分析处理时必需的存储单元。21是用于显示由CXD摄像装置得到的图 像、分析处理结果等的显示器。
图12(a) (b)表示晶片固定装置2和应力施加单元的方式的例子，(a)是组合图 11中的真空卡盘和压电元件而成的。作为晶片固定单元的真空卡盘VC利用真空泵VP的吸 引作用对隔着压电元件载置的晶片W施加吸引作用。利用从压电元件驱动部PZTD对压电 元件PZT施加的电压使压电元件PZT动作，对晶片W施加变形作用，对晶片W施加应力。
图12(b)仅利用真空卡盘VC的作用对晶片W施加应力。此时，不设置(a)那样的 压电元件，而设置厚度与压电元件相当的高度调整部件AS，在其上侧载置晶片W，利用真空 卡盘VC的作用对晶片W施加变形、应力。
图12(c)利用加热装置HS对晶片W施加应力。在被检查体是具有氧化硅的覆盖 层的由硅层构成的用于半导体电路制作的晶片的情况下，因为是整体的热膨胀系数不一致 的介质，所以由加热带来的变形不一致，由此产生应力。此外，由单一的元件构成的物体整 体热膨胀时，在裂纹等缺陷的周边部也会产生一定程度的应力集中。
像这样在被检查体的材质中存在某些非均勻性的情况下，会由于加热而在内部产 生应力，但是在被检查体的材质均勻的情况下，根据加热方式也能够在被检查体的内部产 生应力。作为这样的加热方式能够为下述方式将被检查体的加热范围分为多个区域，在各 区域中配置加热量不同的加热单元或冷却单元，施加加热或冷却作用，使被检查体的加热 状态非均勻，在内部产生应力。例如，能够对被检查体的一侧的面利用加热单元进行加热， 而对另一侧的面利用冷却单元进行冷却，由此也能够在上表面与下表面产生热膨胀的差， 在内部产生应力。
作为对被检查体施加应力的单元，在这些方式之外，还能够考虑仅使被检查体的 中央附近浮起并向下方吸引的方法，在被检查体的周围载置重物，利用按压棒的前端从下 方按压被检查体的中心附近以施加负载的方法等各种方法。此外，也能够应用借助夹具对 被检查体进行拉伸、扭转、切断、施加弯曲负载而施加应力的方法。进一步，也有在被检查体 固定单元中设置超声波产生单元，通过对被检查体作用超声波而施加应力的方法。在作用 超声波的情况下，被检查体不是宏观形状发生变形，而是在超声波的振动作用下以微观的 方式被施加以应力。这样，能够根据作为对象的被检查体的种类、尺寸、条件选择适宜的应 力施加单元来使用。
产业上的可利用性
本发明通过对用于IC等半导体电路制作的晶片、用于衍射光栅等光学功能元件 制作的基板、超点阵构造体、MEMS构造体、液晶面板用的玻璃、中间掩模这样的由具有高度 均勻性的材质构成的被检查体的缺陷进行检测并对缺陷的种类进行分类，能够用于被检查 体的品质评价、除去缺陷的方法的判别。
权利要求
1.一种检查缺陷的方法，其在对被检查体不施加应力的状态和施加应力的状态下，利 用偏光镜使能够透入该被检查体内的波长的光形成为偏光的基础上，照射该被检查体的 面，检测其散射光，由此检查被检查体的缺陷，该检查缺陷的方法的特征在于，包括以下步 骤在对所述被检查体不施加应力的状态下，在所述被检查体的面上的位置，将成为偏光 后的光相对于该面从倾斜方向照射，将由此产生的散射光分离为P偏光的成分光和S偏光 的成分光，求取各个成分光的强度以及作为它们的比的偏光方向；在对所述被检查体施加了应力的状态下，在与所述不施加应力的状态下照射光的位置 相同的所述被检查体的面上的位置，将成为偏光后的光相对于该面从倾斜方向照射，将由 此产生的散射光分离为P偏光的成分光和S偏光的成分光，求取各个成分光的强度以及作 为它们的比的偏光方向；将在不对所述被检查体施加应力的状态下求取的各个成分光的强度和偏光方向以及 在对所述被检查体施加了应力的状态下求取的各个成分光的强度和偏光方向与规定的阈 值进行对比，由此进行缺陷的检测和/或分类。
2.如权利要求1所述的检查缺陷的方法，其特征在于利用配置在暗视野的偏光分离单元将在所述被检查体的面上的位置照射的光的散射 光分离为P偏光的偏光成分和S偏光的偏光成分，并求取各成分光的强度。
3.如权利要求1或2所述的检查缺陷的方法，其特征在于在对所述被检查体不施加应力的状态下求取的散射光的偏光方向与对所述被检查体 施加了应力的状态下求取的散射光的偏光方向的差超过规定的阈值时，判别为被检查体的 缺陷为裂纹或空洞缺陷，在不超过该规定的阈值时判别为其它种类的缺陷。
4.如权利要求1至3中任一项所述的检查缺陷的方法，其特征在于将所述被检查体隔着高度调整部件载置在真空卡盘上，对所述被检查体施加真空卡盘 的吸引作用，由此对所述被检查体施加应力。
5.如权利要求1至3中任一项所述的检查缺陷的方法，其特征在于将所述被检查体隔着压电元件载置在真空卡盘上，对所述被检查体施加真空卡盘的吸 引作用，并且施加压电元件的作用，由此对所述被检查体施加应力。
6.如权利要求1至3中任一项所述的检查缺陷的方法，其特征在于在将所述被检查体载置于加热工作台上的状态下进行所述被检查体的加热和/或冷 却，使所述被检查体产生热应力，由此施加应力。
7.如权利要求1至3中任一项所述的检查缺陷的方法，其特征在于通过对所述被检查体作用超声波，对所述被检查体施加应力。
8.如权利要求1至7中任一项所述的检查缺陷的方法，其特征在于所述被检查体为用于半导体制造的硅晶片，作为照射的光使用红外光进行内部的空洞 缺陷的检测。
9.一种缺陷检查装置，其特征在于，包括支承部，其载置被检查体；应力施加单元，其能够切换对载置于所述支承部的被检查 体施加应力的状态和不施加应力的状态；光源装置，其经由偏光镜将能够透入所述被检查 体内的波长的光对支承于所述支承部的所述被检查体的面从倾斜方向进行照射；扫描驱动部，其用于使所述被检查体和光源装置进行相对移动；偏光分离单元，其接受照射于所述被 检查体的光的散射光，配置在暗视野的位置；受光单元，其具有分别检测由该偏光分离单元 分离出的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，其进 行所述应力施加单元中的应力的施加状态和包含所述扫描驱动部中的所述被检查体与所 述光源装置的相对移动的动作的控制；以及运算处理部，其将在对所述被检查体施加有应 力的状态和不施加应力的状态下分别由所述受光单元检测出的P偏光的成分光和S偏光的 成分光的强度以及作为它们的比而求得的偏光方向，与规定的阈值进行对比，由此进行所 述被检查体的缺陷的检测和/或缺陷的种类的判别。
10.如权利要求9所述的缺陷检查装置，其特征在于所述偏光分离单元为光束偏移器，所述受光单元为CCD摄像装置，使由所述光束偏移 器分离的P偏光和S偏光的成分光形成的像在CXD上成像。
11.如权利要求9所述的缺陷检查装置，其特征在于所述偏光分离单元为偏光分束器，所述受光单元为使由所述偏光分束器分离的P偏光 和S偏光的成分光形成的像分别在CXD上成像的另外的CXD摄像装置。
12.如权利要求9至11中任一项所述的缺陷检查装置，其特征在于所述被检查体的支承部具有真空卡盘，该真空卡盘对隔着高度调整部件载置的所述被 检查体施加吸引作用，由此对所述被检查体施加应力。
13.如权利要求9至11中任一项所述的缺陷检查装置，其特征在于所述被检查体的支承部具有真空卡盘和配置在该真空卡盘的上侧的压电元件，在对载 置在该压电元件上的所述被检查体施加所述真空卡盘的吸引作用的状态下，施加所述压电 元件的变形作用，由此对所述被检查体施加应力。
14.如权利要求9至11中任一项所述的缺陷检查装置，其特征在于所述被检查体的支承部形成为加热工作台和/或冷却工作台，对载置在所述加热工作 台和/或冷却工作台上的所述被检查体进行加热和/或冷却来使所述被检查体产生热应 力，由此施加应力。
15.如权利要求9至11中任一项所述的缺陷检查装置，其特征在于具有用于对载置在所述被检查体的支承部的所述被检查体作用超声波的超声波产生 单元，利用该超声波产生单元对所述被检查体施加超声波，由此对所述被检查体施加应力。
16.如权利要求9至15中任一项所述的缺陷检查装置，其特征在于所述光源装置为产生红外光的装置，检测作为所述被检查体的用于半导体制造的硅晶 片的内部的空洞缺陷。
全文摘要
本发明提供检查缺陷的方法和缺陷检查装置。经由偏光镜(5)使来自光源装置(4)的光成为偏光，并对被检查体(W)从倾斜方向入射，以具有配置在暗视野的偏光分离元件(9)的CCD摄像装置(7)对其散射光(SB)进行摄像，对于得到的P偏光成分图像和S偏光成分图像得到成分光强度，求得作为它们的比的偏光方向。根据对被检查体不施加应力的状态和施加了应力的状态下的光散射体的由摄像得到的图像求取成分光强度、偏光方向，与规定的阈值进行对比，由此能够高精度地检测被检查体的内部析出物、空洞缺陷、表面的异物或划痕、表层的裂纹的缺陷，确定缺陷的种类，进行缺陷的分类。
文档编号H01L21/66GK102037348SQ20098011800
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者坂井一文, 野中一洋 申请人:独立行政法人产业技术综合研究所