JP5417793B2 - Surface inspection method - Google Patents

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Description

本発明は、表面検査方法に関し、詳しくは、前記シリコンウェーハの表面、または前記シリコン酸化膜の表面に存在する微細な凹凸を検出する技術に関する。   The present invention relates to a surface inspection method, and more particularly, to a technique for detecting fine irregularities present on the surface of the silicon wafer or the surface of the silicon oxide film.

半導体デバイスの高集積化、微細化に伴って、半導体デバイスの基板であるシリコンウェーハの表層、特にデバイス活性領域に欠陥が存在しない結晶構造の完全性が求められている。こうした欠陥の一例としては、例えば、COP(Crystal Originated Particle)、FPD(Flow Pattern Defects)、LSTD(Laser Scattering Tomography Defects)などのGrow−in欠陥が挙げられる。これらGrown−in欠陥は、シリコンウェーハの表面で微細な凹凸となって現れ、半導体デバイスを形成した際に、例えば酸化膜耐圧特性を劣化させる。   Along with the high integration and miniaturization of semiconductor devices, there is a demand for the completeness of the crystal structure in which no defects exist in the surface layer of the silicon wafer that is the substrate of the semiconductor device, particularly the device active region. Examples of such defects include Grow-in defects such as COP (Crystal Originated Particle), FPD (Flow Pattern Defects), and LSTD (Laser Scattering Tomography Defects). These Grown-in defects appear as fine irregularities on the surface of the silicon wafer, and when the semiconductor device is formed, for example, the oxide film breakdown voltage characteristic is deteriorated.

このようなシリコンウェーハの表面に存在する欠陥を検出する方法として、例えば、レーザー散乱型の表面検査装置を用いて、シリコンウェーハの表面の微細な凹凸を測定する方法が知られている(例えば、特許文献1)。この表面検査装置は、レーザー光をシリコンウェーハの表面に照射する。この時、シリコンウェーハの表面に欠陥などに起因する微細な凹凸が存在せず、平滑な状態であれば、照射したレーザー光はシリコンウェーハの表面で全て所定の角度で反射された正反射光として出力される。   As a method of detecting defects present on the surface of such a silicon wafer, for example, a method of measuring fine irregularities on the surface of the silicon wafer using a laser scattering type surface inspection apparatus is known (for example, Patent Document 1). This surface inspection apparatus irradiates the surface of a silicon wafer with laser light. At this time, if the surface of the silicon wafer does not have fine irregularities due to defects or the like and is in a smooth state, the irradiated laser light is reflected as a regular reflection light that is reflected at a predetermined angle on the surface of the silicon wafer. Is output.

一方、シリコンウェーハの表面に欠陥などに起因する微細な凹凸が存在する場合、照射したレーザー光がこうした微細な凹凸に当たると、その部分で正反射光とは異なる角度の乱反射が生じる。このような散乱光を正反射光とは別な角度から受光素子や光電子倍増管などの光検出器で検出することにより、シリコンウェーハの表面に存在する欠陥などの個数、密度分布、大きさなどを検出することができる。   On the other hand, in the case where fine irregularities due to defects or the like exist on the surface of the silicon wafer, when the irradiated laser light hits such fine irregularities, irregular reflection at an angle different from that of the regular reflection light occurs at that portion. By detecting such scattered light with a photodetector such as a light receiving element or a photomultiplier tube from an angle different from the specularly reflected light, the number of defects, density distribution, size, etc. present on the surface of the silicon wafer Can be detected.

図16は、上述したレーザー散乱型の表面検査装置を用いてシリコンウェーハの表面を検査した際の出力信号(受光信号)の一例を示す波形図である。この図によれば、表面検査装置からは、常に一定範囲のバックグラウンドノイズ(Haze成分)が出力され、異物、例えば欠陥に起因する凹みやコンタミネーションが存在する箇所では、バックグラウンドノイズよりも大きな振れ幅の波(異物からの散乱)が観測される。   FIG. 16 is a waveform diagram showing an example of an output signal (light reception signal) when the surface of the silicon wafer is inspected using the laser scattering type surface inspection apparatus described above. According to this figure, a background noise (Haze component) in a certain range is always output from the surface inspection apparatus, and is larger than the background noise in a place where a foreign object, for example, a dent or contamination due to a defect exists. A wave of fluctuation width (scattering from a foreign object) is observed.

こうした異物からの散乱によって生じる波の振れ幅は、シリコンウェーハの表面に存在する微細な凹凸のサイズが小さいほど小さくなる。即ち、より小さいサイズの微細な凹凸(欠陥)を高精度に検出しようとすれば、バックグラウンドノイズ(N)と、シリコンウェーハの表面で生じた散乱光による波(S)との振れ幅の比率(S/N比)を大きくする必要がある。
米国特許第6201601号明細書
The amplitude of the wave generated by scattering from such a foreign object becomes smaller as the size of the fine irregularities present on the surface of the silicon wafer is smaller. That is, if a fine unevenness (defect) of a smaller size is to be detected with high accuracy, the ratio of the fluctuation width between the background noise (N) and the wave (S) caused by the scattered light generated on the surface of the silicon wafer. It is necessary to increase (S / N ratio).
US Pat. No. 6,201,601

しかしながら、従来のレーザー散乱光を用いた表面検査方法では、バックグラウンドノイズ(N)と、シリコンウェーハの表面で生じた散乱光による波(S)との比率(S/N比)を大きくする方法に限界があった。このため、例えば、シリコンウェーハの表面に存在する、例えば0.05μm以下の微細な凹凸では、この微細な凹凸によって生じる散乱光からの信号がバックグラウンドノイズに埋もれてしまい、こうした0.05μm以下の微細な凹凸(欠陥)を検出することが困難であるという課題があった。   However, in the conventional surface inspection method using laser scattered light, a method of increasing the ratio (S / N ratio) between the background noise (N) and the wave (S) caused by the scattered light generated on the surface of the silicon wafer. There was a limit. For this reason, for example, in the fine unevenness of, for example, 0.05 μm or less existing on the surface of the silicon wafer, the signal from the scattered light generated by this fine unevenness is buried in the background noise, and such 0.05 μm or less There was a problem that it was difficult to detect fine irregularities (defects).

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、シリコンウェーハの表面、またはこのシリコンウェーハの一面に形成したシリコン酸化膜の表面に存在する欠陥や異物等に起因する微細な凹凸を高精度に検出することが可能な表面検査方法を提供する。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to increase the fine unevenness caused by defects or foreign matter existing on the surface of the silicon wafer or the surface of the silicon oxide film formed on one surface of the silicon wafer. A surface inspection method capable of detecting with high accuracy is provided.

上記課題を解決するために、本発明は次のような表面検査方法を提供する。
すなわち、本発明の表面検査方法は、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハの表面、または該シリコンウェーハの内部にシリコン酸化膜を形成したSOIウェーハの表面に向けてレーザー光を照射し、前記シリコンウェーハの表面、または前記SOIウェーハの表面で乱反射した散乱光を光検出器で検出することにより、前記シリコンウェーハの表面、または前記SOIウェーハの表面に存在する微細な凹凸を検出する表面検査方法であって、
光の電気ベクトルの振動方向が入射面に含まれる直線偏光をP偏光、光の電気ベクトルの振動方向が入射面の法線と光の波面の法線とを含む面に垂直な直線偏光をS偏光、光の電気ベクトルの振動方向が、入射面に対して円状に回転する円偏光をC偏光、としたときに、前記表面に入射させる前記レーザ光および前記光検出器に入射させる前記散乱光を共に前記P偏光とするPPモード、または、前記表面に入射させる前記レーザ光を前記C偏光、前記光検出器に入射させる散乱光を偏光させないCUモード、あるいは、前記表面に入射させる前記レーザ光および前記光検出器に入射させる前記散乱光を共に前記S偏光とするSSモード、のうち、いずれか1つのモードに設定し、前記PPモードおよび前記CUモードによって、波長355nmのレーザー波長を用い30nm以下の結晶欠陥や異物を検出するとともに、前記SSモードによって、波長355nmのレーザー波長を用い30nm以下の結晶欠陥や異物を検出することを特徴とする表面検査方法。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following surface inspection method.
That is, the surface inspection method of the present invention irradiates a laser beam toward the surface of a silicon wafer made of silicon single crystal or the surface of an SOI wafer in which a silicon oxide film is formed inside the silicon wafer. A surface inspection method for detecting fine irregularities present on the surface of the silicon wafer or the surface of the SOI wafer by detecting scattered light irregularly reflected on the surface or the surface of the SOI wafer with a photodetector. ,
The linearly polarized light whose vibration direction of the light electric vector is included in the incident plane is P-polarized light, and the vibration direction of the light electric vector is perpendicular to the plane including the normal of the incident surface and the normal of the wavefront of light. When the circularly polarized light whose polarization direction and the electric vector of light rotate in a circular shape with respect to the incident surface is C-polarized light, the laser light incident on the surface and the scattering incident on the photodetector PP mode in which both light is the P-polarized light, or the laser light that is incident on the surface is the C-polarized light, the CU mode that does not polarize scattered light that is incident on the photodetector, or the laser that is incident on the surface SS mode in which the scattered light both the S-polarized light incident on the light and the light detector, one of, and set to either one mode, by the PP mode and the CU mode, wavelength 355 detects the following crystal defects and foreign matter 30nm using a laser wavelength of m, it said by the SS mode, surface inspection method characterized by detecting a 30nm less crystal defects and foreign matter with a laser wavelength of 355 nm.

前記シリコンウェーハの表面を検査する際には、前記PPモード、または前記CUモード、前記SOIウェーハの表面を検査する際には、前記SSモードがそれぞれ選択されることが好ましい。   When inspecting the surface of the silicon wafer, the PP mode, the CU mode, or the SS mode is preferably selected when inspecting the surface of the SOI wafer.

本発明の表面検査方法によれば、被検査対象として、内部にシリコン酸化膜を形成しないシリコンウェーハの場合、シリコンウェーハの表面に入射させるレーザ光および光検出器に入射させる散乱光を共にP偏光とするPPモードか、または、シリコンウェーハの表面に入射させるレーザ光をC偏光、光検出器に入射させる散乱光を偏光させないCUモードとすることによって、表面検査時のバックグラウンドノイズを大幅に低減することが可能になる。   According to the surface inspection method of the present invention, in the case of a silicon wafer in which no silicon oxide film is formed as an object to be inspected, both the laser light incident on the surface of the silicon wafer and the scattered light incident on the photodetector are both P-polarized light. The background noise during surface inspection is greatly reduced by using the PP mode or the CU mode in which the laser light incident on the surface of the silicon wafer is C-polarized and the scattered light incident on the photodetector is not polarized. It becomes possible to do.

このバックグラウンドノイズ(N)を低減することにより、シリコンウェーハの表面に存在する微細な凹凸(欠陥)によって生じた散乱光による出力信号波(S)の振れ幅が小さい、即ち凹凸のサイズが極めて小さくても、S/N比を大きくすることができるため、こうした微細な凹凸を高精度に検出することが可能になる。   By reducing the background noise (N), the fluctuation width of the output signal wave (S) due to scattered light caused by fine irregularities (defects) existing on the surface of the silicon wafer is small, that is, the size of the irregularities is extremely large. Even if it is small, the S / N ratio can be increased, so that such fine irregularities can be detected with high accuracy.

また、被検査対象として、シリコンウェーハの内部にシリコン酸化膜を形成したSOIウェーハの場合、SOIウェーハの表面に入射させるレーザ光および光検出器に入射させる散乱光を共にS偏光とするSSモードにすることによって、シリコン酸化膜上に存在する単結晶薄膜の膜厚に依存せずに、表面検査時のバックグラウンドノイズを大幅に低減することが可能になる。これにより、SOIウェーハの微細な凹凸を高精度に検出することが可能になる。   Further, in the case of an SOI wafer in which a silicon oxide film is formed inside a silicon wafer as an object to be inspected, an SS mode in which both laser light incident on the surface of the SOI wafer and scattered light incident on a photodetector are S-polarized light is used. By doing so, it becomes possible to greatly reduce the background noise during the surface inspection without depending on the thickness of the single crystal thin film existing on the silicon oxide film. This makes it possible to detect fine irregularities on the SOI wafer with high accuracy.

以下、本発明に係る表面検査方法の最良の実施形態について、図面に基づき説明する。本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, the best embodiment of the surface inspection method according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is specifically described in order to make the gist of the invention better understood, and is not intended to limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for the sake of convenience. Not necessarily.

なお、本発明における微細な凹凸とは、シリコンウェーハの表面に存在する不純物、微小な塵(コンタミネーション)などの異物に起因するもの、および、COP、FPD、LSTDなどの結晶欠陥に起因するものなと、シリコンウェーハの表面において狭い範囲で局部的に存在する凹凸である。
一方、バックグラウンドノイズは、上述した微細な凹凸とは異なり、シリコンウェーハ全体になだらかに生じた傾斜(マイクロラフネス)により生じるとされる。本発明において、微細な凹凸とは、特に断りの無い限り、上述したシリコンウェーハの表面において、異物や結晶欠陥に起因する、狭い範囲で局部的に存在する凹凸を指す。
The fine irregularities in the present invention are those caused by foreign matters such as impurities and fine dust (contamination) existing on the surface of the silicon wafer, and those caused by crystal defects such as COP, FPD and LSTD. In particular, the irregularities exist locally in a narrow range on the surface of the silicon wafer.
On the other hand, unlike the above-described fine unevenness, the background noise is assumed to be caused by a gentle slope (microroughness) generated on the entire silicon wafer. In the present invention, fine unevenness means unevenness locally present in a narrow range due to foreign matters and crystal defects on the surface of the silicon wafer described above unless otherwise specified.

図1は、本発明の表面検査方法に用いるレーザー散乱型表面検査装置の一例を示す概要図である。表面検査装置10は、レーザー光源11、側方集光ミラー12、および光検出器13を備えている。また、レーザー光源11の出射側、および光検出器13の入射側には、それぞれ第一の偏光手段14、第二の偏光手段15が設けられている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a laser scattering type surface inspection apparatus used in the surface inspection method of the present invention. The surface inspection apparatus 10 includes a laser light source 11, a side collector mirror 12, and a photodetector 13. A first polarizing unit 14 and a second polarizing unit 15 are provided on the emission side of the laser light source 11 and the incident side of the photodetector 13, respectively.

レーザー光源11は、所定の強度、波長のレーザー光Lを照射できるレーザー照射装置が用いられれば良い。照射するレーザー光Rは、例えば、波長域200〜700nm、強度1mW以上であればよい。側方集光ミラー12は、被検査対象、即ちシリコンウェーハ21の周縁部に沿って、シリコンウェーハ21の表面21aで生じた散乱光を光検出器13に向けて反射させる形状に形成されていればよい。光検出器13は、例えば、受光素子や光電子倍増管などから構成されていればよい。   The laser light source 11 may be a laser irradiation device that can irradiate laser light L having a predetermined intensity and wavelength. The laser beam R to be irradiated may be, for example, a wavelength region of 200 to 700 nm and an intensity of 1 mW or more. The side collector mirror 12 only needs to be formed in a shape that reflects the scattered light generated on the surface 21 a of the silicon wafer 21 toward the photodetector 13 along the periphery of the inspection target, that is, the silicon wafer 21. . The photodetector 13 only needs to be composed of, for example, a light receiving element or a photomultiplier tube.

被検査対象として内部にシリコン酸化膜を形成しない、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハ21の場合、レーザー光源11の出射側に形成された第一の偏光手段14は、レーザー光源11から出射されたレーザー光Lを、光の電気ベクトルの振動方向が入射面、即ちシリコンウェーハ21の表面21aに含まれる直線偏光、いわゆるP偏光Lpになるように偏光させる。   In the case of a silicon wafer 21 made of a silicon single crystal in which a silicon oxide film is not formed inside as an object to be inspected, the first polarizing means 14 formed on the emission side of the laser light source 11 is a laser emitted from the laser light source 11. The light L is polarized so that the vibration direction of the electric vector of the light becomes linearly polarized light included in the incident surface, that is, the surface 21a of the silicon wafer 21, that is, so-called P-polarized light Lp.

一方、被検査対象として内部にシリコン酸化膜を形成しない、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハ21の場合、シリコンウェーハ21の表面21aで生じた散乱光Ldを検出する光検出器13の入射側に形成した第二の偏光手段15も、第一の偏光手段14と同様に、シリコンウェーハ21の表面21aに含まれる直線偏光、いわゆるP偏光Lpdになるように偏光させる。   On the other hand, in the case of a silicon wafer 21 made of a silicon single crystal that does not form a silicon oxide film as an object to be inspected, it is formed on the incident side of the photodetector 13 that detects scattered light Ld generated on the surface 21a of the silicon wafer 21. Similarly to the first polarizing means 14, the second polarizing means 15 is also polarized so as to become linearly polarized light included in the surface 21 a of the silicon wafer 21, so-called P-polarized light Lpd.

内部にシリコン酸化膜を形成しないシリコンウェーハ21の表面21aを検査する際には、第一の偏光手段14を介したP偏光をシリコンウェーハ21の表面21aに入射させる。この時、図2に示すように、シリコンウェーハ21の表面21aに欠陥や異物などに起因する微細な凹凸が存在せず平滑な場合は、入射したP偏光Lpはそのまま角度で正反射され、正反射光Lfとして出射される。   When inspecting the surface 21 a of the silicon wafer 21 in which no silicon oxide film is formed, P-polarized light is incident on the surface 21 a of the silicon wafer 21 through the first polarizing means 14. At this time, as shown in FIG. 2, when the surface 21a of the silicon wafer 21 is smooth without any fine irregularities due to defects or foreign matter, the incident P-polarized light Lp is regularly reflected at an angle as it is. It is emitted as reflected light Lf.

一方、シリコンウェーハ21の表面21aに異物などに起因する突起(微細な凹凸)31や、欠陥などに起因する凹み(微細な凹凸)32が存在する場合、入射したP偏光Lpは、これら突起31や凹み32などの微細な凹凸によって乱反射され、散乱光Ldとして正反射光Lf以外の角度で出射される。   On the other hand, when the surface 21a of the silicon wafer 21 has protrusions (fine irregularities) 31 due to foreign matters or the like, and depressions (fine irregularities) 32 due to defects or the like, the incident P-polarized light Lp has these protrusions 31. The light is irregularly reflected by fine irregularities such as the dent 32 and the like, and is emitted as scattered light Ld at an angle other than the regular reflected light Lf.

再び図1を参照して、こうした散乱光Ldは、側方集光ミラー12によって光検出器13に向けて反射される。そして、散乱光Ldは第二の偏光手段15を介してP偏光Lpdとされた後、光検出器13に入射する。光検出器13は、入射された散乱光LdのP偏光Lpdの強度に応じて、所定の信号(波形信号)を出力する。   Referring to FIG. 1 again, such scattered light Ld is reflected by the side collector mirror 12 toward the photodetector 13. The scattered light Ld is converted to P-polarized light Lpd via the second polarizing means 15 and then enters the photodetector 13. The photodetector 13 outputs a predetermined signal (waveform signal) according to the intensity of the P-polarized light Lpd of the incident scattered light Ld.

なお、こうしたシリコンウェーハ21の表面21aに存在する微細な凹凸は、例えば、不純物、微小な塵(コンタミネーション)などの異物に起因するもの、および、COP、FPD、LSTDなどの結晶欠陥に起因するものが例として挙げられる。   Such fine irregularities present on the surface 21a of the silicon wafer 21 are caused by foreign matters such as impurities and fine dust (contamination), and crystal defects such as COP, FPD, and LSTD. Examples are given.

また、シリコンウェーハ21は、検査範囲をカバーするように移動させつつ表面検査を行えば良い。また、シリコンウェーハ21を移動させずに、レーザー光Lを検査範囲で走査させて表面検査を行っても良い。   Further, the silicon wafer 21 may be subjected to surface inspection while moving so as to cover the inspection range. Further, the surface inspection may be performed by scanning the laser beam L in the inspection range without moving the silicon wafer 21.

本発明の表面検査方法では、被検査対象として、内部にシリコン酸化膜を形成しないシリコンウェーハ21においては、上述したように、シリコンウェーハ21に入射させるレーザー光Lを第一の偏光手段14によってP偏光Lpとするとともに、シリコンウェーハ21の表面21aで乱反射した散乱光Ldも第二の偏光手段15によってP偏光Lpdとして光検出器13に入射させたPPモードを用いて、シリコンウェーハ21の表面21aの検査を行う。   In the surface inspection method of the present invention, as described above, in the silicon wafer 21 in which no silicon oxide film is formed, the laser beam L incident on the silicon wafer 21 is P by the first polarizing means 14 as described above. The surface 21a of the silicon wafer 21 is converted into the polarized light Lp by using the PP mode in which the scattered light Ld diffusely reflected by the surface 21a of the silicon wafer 21 is incident on the photodetector 13 as the P-polarized light Lpd by the second polarizing means 15. Perform the inspection.

また、図3に示すように、被検査対象として、内部にシリコン酸化膜を形成しないシリコンウェーハ21において、シリコンウェーハ21に入射させるレーザー光Lを、第三の偏光手段44によって、光の電気ベクトルの振動方向が入射面、即ちシリコンウェーハ21の表面21aに対して円状に回転する円偏光Lcになるように偏光させるのも好ましい。この場合、シリコンウェーハ21の表面21aで乱反射した散乱光Ldを偏光手段を介さずにそのまま光検出器13に入射させる。このようなCUモードを用いて、シリコンウェーハ21の表面21aの検査を行う。   Further, as shown in FIG. 3, in a silicon wafer 21 in which a silicon oxide film is not formed inside as an object to be inspected, a laser beam L incident on the silicon wafer 21 is converted into an electric vector of light by a third polarizing means 44. It is also preferable to polarize the light so that the vibration direction becomes circularly polarized light Lc that rotates in a circle with respect to the incident surface, that is, the surface 21 a of the silicon wafer 21. In this case, the scattered light Ld diffusely reflected by the surface 21a of the silicon wafer 21 is directly incident on the photodetector 13 without passing through the polarization means. The surface 21a of the silicon wafer 21 is inspected using such a CU mode.

以上のように、内部ににシリコン酸化膜を形成しない、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハ21を検査する際に、上述したPPモード、またはCUモードを用いることによって、測定時のバックグラウンドノイズ(N)を低減することが可能になる。バックグラウンドノイズ(N)を低減できれば、微細な凹凸(欠陥)によって生じた散乱光による波(S)の振れ幅が小さい、即ち微細な凹凸のサイズが極めて小さくても、S/N比を大きくすることができるため、こうした微細な凹凸を高精度に検出することが可能になる。   As described above, when inspecting the silicon wafer 21 made of silicon single crystal, in which no silicon oxide film is formed, the above-described PP mode or CU mode is used to measure the background noise (N ) Can be reduced. If the background noise (N) can be reduced, the S / N ratio is increased even if the amplitude of the wave (S) caused by the scattered light caused by the fine irregularities (defects) is small, that is, the size of the fine irregularities is extremely small. Therefore, it is possible to detect such fine irregularities with high accuracy.

図4は、各種偏光モードで、内部にシリコン酸化膜を形成しない、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハを検査した際のバックグラウンドノイズ(Haze)、および5種類の粒子サンプルを用いて微細な凹凸を形成した際の出力波形の振れ幅の平均を示したグラフである。図4において、横軸の各偏光モードは2文字のアルファベットで示されている。即ち、各偏光モードを示す左のアルファベットは、シリコンウェーハの表面に入射させる光の偏光状態、また、各偏光モードを示す右のアルファベットは、シリコンウェーハの表面で乱反射された散乱光が光検出器に入射する際の光の偏光状態を示している。そして各アルファベットは、PがP偏光、SがS偏光、Cが円偏光、Uは偏光手段によって変更させない状態をそれぞれ示している。   4 shows background noise (Haze) when inspecting a silicon wafer made of a silicon single crystal without forming a silicon oxide film in various polarization modes, and fine irregularities using five kinds of particle samples. It is the graph which showed the average of the fluctuation width of the output waveform at the time of forming. In FIG. 4, each polarization mode on the horizontal axis is indicated by a two-letter alphabet. That is, the left alphabet indicating each polarization mode is the polarization state of the light incident on the surface of the silicon wafer, and the right alphabet indicating each polarization mode is the light detector of scattered light irregularly reflected on the surface of the silicon wafer. The polarization state of the light when it enters into is shown. Each alphabet indicates a state in which P is P-polarized light, S is S-polarized light, C is circularly polarized light, and U is not changed by polarizing means.

また、微細な凹凸を形成するための粒子サンプルは、ダスト粒子測定用標準ウェーハの作成などに用いられる標準粒子であるPSL(Polystyrene Latex)粒子を用いた。PSL粒子は極めて単散分に近い粒子であり、粒子径として0.499μm、0.300μm、0.240μm、0.204μm、および0.126μmの5種類の粒子を用いて、図5(a)に示すように、シリコンウェーハ21の表面21aに形成した。なお、こうした5種類の粒径のPSL粒子を形成したシリコンウェーハの測定例を図5(b)に示す。   In addition, PSL (Polystyrene Latex) particles, which are standard particles used for producing a standard wafer for measuring dust particles, were used as particle samples for forming fine irregularities. PSL particles are particles that are very close to a single fraction, and five types of particles having particle diameters of 0.499 μm, 0.300 μm, 0.240 μm, 0.204 μm, and 0.126 μm are used, and FIG. As shown in FIG. 2, the silicon wafer 21 was formed on the surface 21a. Note that FIG. 5B shows a measurement example of a silicon wafer on which such five kinds of PSL particles having a particle diameter are formed.

図4に示すように、内部にシリコン酸化膜を形成しない、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハを検査する際には、PPモード、即ち、シリコンウェーハの表面に入射させる光および光検出器に入射させる散乱光を共にP偏光とするモードか、または、CUモード、即ち、シリコンウェーハの表面に入射させる光をC偏光、光検出器に入射させる散乱光を偏光させないモードによって測定すると、バックグラウンドノイズ(Haze)を顕著に低減させることが可能となる。   As shown in FIG. 4, when inspecting a silicon wafer made of a silicon single crystal, in which no silicon oxide film is formed, the PP mode, that is, the light incident on the surface of the silicon wafer and the light detector. When measured in a mode in which both scattered light is P-polarized or in CU mode, that is, in which light incident on the surface of the silicon wafer is C-polarized and scattered light incident on the photodetector is not polarized, background noise ( Haze) can be significantly reduced.

バックグラウンドノイズ(Haze)を低減させることによって、微弱な散乱光、即ち、シリコンウェーハの表面に存在する微細な凹凸サイズが極めて小さい場合でも、この微細な凹凸に起因する出力波形を正確に検出することができる。このような、PPモードやCUモードによってシリコンウェーハの表面を検査すると、例えば、波長355nmのレーザー波長を用いると、30nm以下、好ましくは20nm以下の極めて微細な結晶欠陥や異物を確実に検出することが可能になる。   By reducing the background noise (Haze), even if weak scattered light, that is, the fine unevenness size existing on the surface of the silicon wafer is extremely small, the output waveform caused by the fine unevenness is accurately detected. be able to. When the surface of a silicon wafer is inspected in such a PP mode or CU mode, for example, if a laser wavelength of 355 nm is used, extremely fine crystal defects and foreign matters of 30 nm or less, preferably 20 nm or less can be reliably detected. Is possible.

一方、シリコンウェーハの内部にシリコン酸化膜を形成したSOIウェーハの場合、シリコン酸化膜上に存在するシリコン単結晶薄膜に入射させるレーザー光をS偏光とするとともに、この単結晶薄膜の表面で乱反射した散乱光もS偏光として光検出器に入射させたSSモードを用いて、SOIウェーハの表面を検査することが好ましい。   On the other hand, in the case of an SOI wafer in which a silicon oxide film is formed inside the silicon wafer, the laser light incident on the silicon single crystal thin film existing on the silicon oxide film is made S-polarized light and is irregularly reflected on the surface of the single crystal thin film. It is preferable to inspect the surface of the SOI wafer using the SS mode in which the scattered light is also incident on the photodetector as S-polarized light.

図6〜15は、シリコンウェーハの内部にシリコン酸化膜を形成したSOIウェーハを用いて、各種偏光モードで表面を検査した際のバックグラウンドノイズ(Haze)、および5種類の粒子サンプルを用いて微細な凹凸を形成した際の出力波形の振れ幅の平均を示したグラフである。   6 to 15 show a background noise (Haze) when a surface is inspected in various polarization modes using an SOI wafer in which a silicon oxide film is formed inside a silicon wafer, and fineness using five kinds of particle samples. It is the graph which showed the average of the fluctuation width of the output waveform at the time of forming unevenness.

シリコン酸化膜上に存在するシリコン単結晶薄膜の膜厚を、36nm,45nm,48nm,50nm,52nm,54nm,57nm,60nm,65nm,70nmの10段階に変化させたSOIウェーハを用意した。なお、シリコン酸化膜の膜厚は全て140nmとした。微細な凹凸を形成するためのPSL粒子サンプルは、粒子径として0.499μm、0.300μm、0.240μm、0.152μm、および0.126μmの5種類の粒子を用いた。   An SOI wafer was prepared in which the thickness of the silicon single crystal thin film existing on the silicon oxide film was changed to 10 levels of 36 nm, 45 nm, 48 nm, 50 nm, 52 nm, 54 nm, 57 nm, 60 nm, 65 nm, and 70 nm. The thickness of the silicon oxide film was all 140 nm. As the PSL particle sample for forming fine irregularities, five kinds of particles having particle diameters of 0.499 μm, 0.300 μm, 0.240 μm, 0.152 μm, and 0.126 μm were used.

偏光モードは、図4に示すグラフと同様に、横軸の各偏光モードは2文字のアルファベットで示されている。即ち、各モードを示す左のアルファベットは、SOIウェーハの表面に入射させる光の偏光状態、また、各モードを示す右のアルファベットは、SOIウェーハの表面で乱反射された散乱光が光検出器に入射する際の光の偏光状態を示している。そして各アルファベットは、PがP偏光、SがS偏光、Cが円偏光、Uは偏光手段によって変更させない状態をそれぞれ示している。   As in the graph shown in FIG. 4, the polarization mode is indicated by a two-letter alphabet. That is, the left alphabet indicating each mode is the polarization state of the light incident on the surface of the SOI wafer, and the right alphabet indicating each mode is the scattered light that is irregularly reflected on the surface of the SOI wafer entering the photodetector. It shows the polarization state of the light. Each alphabet indicates a state in which P is P-polarized light, S is S-polarized light, C is circularly polarized light, and U is not changed by polarizing means.

図6〜15によれば、シリコン酸化膜上のシリコン単結晶薄膜の膜厚を段階的に変えた際に、全ての単結晶薄膜の膜厚において、SSモード、即ち、SOIウェーハの表面に入射させるレーザー光をS偏光とするとともに、SOIウェーハの表面で乱反射した散乱光もS偏光として光検出器に入射させると、バックグラウンドノイズ(Haze)を低減できることが分かる。このSSモードでSOIウェーハの表面を検査することによって、例えば、波長355nmのレーザー波長を用いた場合、シリコン酸化膜上のシリコン単結晶薄膜の膜厚によらず、例えば、30nm以下、好ましくは20nm以下の極めて微細な結晶欠陥や異物を確実に検出することが可能になる。   According to FIGS. 6 to 15, when the thickness of the silicon single crystal thin film on the silicon oxide film is changed stepwise, all the single crystal thin films are incident on the SS mode, that is, the surface of the SOI wafer. It can be seen that the background noise (Haze) can be reduced by making the laser light to be S-polarized and the scattered light irregularly reflected on the surface of the SOI wafer incident on the photodetector as S-polarized light. By inspecting the surface of the SOI wafer in this SS mode, for example, when a laser wavelength of 355 nm is used, for example, 30 nm or less, preferably 20 nm, regardless of the thickness of the silicon single crystal thin film on the silicon oxide film. The following extremely fine crystal defects and foreign matters can be reliably detected.

本発明の表面検査方法に用いられる表面検査装置の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the surface inspection apparatus used for the surface inspection method of this invention. シリコンウェーハ表面での入射光の反射の様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the mode of reflection of the incident light on the silicon wafer surface. 本発明の表面検査方法に用いられる表面検査装置の別な一例を示した概略図である。It is the schematic which showed another example of the surface inspection apparatus used for the surface inspection method of this invention. 酸化膜を形成しないシリコンウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in the silicon wafer which does not form an oxide film. 図4に示す検証の際に用いた標準粒子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the standard particle used in the case of the verification shown in FIG. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. SOIウェーハにおけるバックグラウンドノイズの低減効果を示したグラフである。It is the graph which showed the reduction effect of the background noise in an SOI wafer. ウェーハ表面の微細な凹凸に起因する信号と、バックグラウンドノイズとの関係を示した波形図である。It is the wave form diagram which showed the relationship between the signal resulting from the fine unevenness | corrugation of a wafer surface, and background noise.

符号の説明Explanation of symbols

10 表面検査装置、11 レーザー光源、12 側方集光ミラー、13 光検出器、14 第一の偏光手段、15 第二の偏光手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface inspection apparatus, 11 Laser light source, 12 Side condensing mirror, 13 Photo detector, 14 1st polarizing means, 15 2nd polarizing means

Claims (2)

シリコン単結晶からなるシリコンウェーハの表面、または該シリコンウェーハの内部にシリコン酸化膜を形成したSOIウェーハの表面に向けてレーザー光を照射し、前記シリコンウェーハの表面、または前記SOIウェーハの表面で乱反射した散乱光を光検出器で検出することにより、前記シリコンウェーハの表面、または前記SOIウェーハの表面に存在する微細な凹凸を検出する表面検査方法であって、
光の電気ベクトルの振動方向が入射面に含まれる直線偏光をP偏光、
光の電気ベクトルの振動方向が入射面の法線と光の波面の法線とを含む面に垂直な直線偏光をS偏光、
光の電気ベクトルの振動方向が、入射面に対して円状に回転する円偏光をC偏光、
としたときに、
前記表面に入射させる前記レーザ光および前記光検出器に入射させる前記散乱光を共に前記P偏光とするPPモード、
または、前記表面に入射させる前記レーザ光を前記C偏光、前記光検出器に入射させる散乱光を偏光させないCUモード、
あるいは、前記表面に入射させる前記レーザ光および前記光検出器に入射させる前記散乱光を共に前記S偏光とするSSモード、
のうち、いずれか1つのモードに設定し、
前記PPモードおよび前記CUモードによって、波長355nmのレーザー波長を用い30nm以下の結晶欠陥や異物を検出するとともに、
前記SSモードによって、波長355nmのレーザー波長を用い30nm以下の結晶欠陥や異物を検出することを特徴とする表面検査方法。
Irradiate a laser beam toward the surface of a silicon wafer made of silicon single crystal or the surface of an SOI wafer in which a silicon oxide film is formed inside the silicon wafer, and diffusely reflect on the surface of the silicon wafer or the surface of the SOI wafer. A surface inspection method for detecting fine irregularities present on the surface of the silicon wafer or the surface of the SOI wafer by detecting the scattered light with a photodetector,
Linearly polarized light whose vibration direction of the electric vector of light is included in the incident surface is P-polarized light,
S-polarized light is a linearly polarized light whose vibration direction of the electric vector of light is perpendicular to the plane including the normal of the incident surface and the normal of the wavefront of the light,
Circularly polarized light whose vibration direction of the electric vector of light rotates circularly with respect to the incident surface is C-polarized light,
And when
PP mode in which both the laser light incident on the surface and the scattered light incident on the photodetector are P-polarized light,
Alternatively, the laser light incident on the surface is C-polarized light, and the CU mode that does not polarize scattered light incident on the photodetector,
Alternatively, an SS mode in which the laser light incident on the surface and the scattered light incident on the photodetector are both S-polarized light,
Set one of the modes ,
With the PP mode and the CU mode, while detecting a crystal defect or foreign matter of 30 nm or less using a laser wavelength of 355 nm,
A surface inspection method for detecting crystal defects and foreign matters of 30 nm or less using a laser wavelength of 355 nm by the SS mode .
前記シリコンウェーハの表面を検査する際には、前記PPモード、または前記CUモード、
前記SOIウェーハの表面を検査する際には、前記SSモードがそれぞれ選択されることを特徴とする請求項1記載の表面検査方法。
When inspecting the surface of the silicon wafer, the PP mode, or the CU mode,
The surface inspection method according to claim 1, wherein the SS mode is selected when inspecting the surface of the SOI wafer.
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