JPH11258175A - 異物検査方法 - Google Patents

異物検査方法

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JPH11258175A
JPH11258175A JP8282598A JP8282598A JPH11258175A JP H11258175 A JPH11258175 A JP H11258175A JP 8282598 A JP8282598 A JP 8282598A JP 8282598 A JP8282598 A JP 8282598A JP H11258175 A JPH11258175 A JP H11258175A
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JP
Japan
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thin film
foreign matter
incident
polarized
laser
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Application number
JP8282598A
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English (en)
Inventor
Noboru Kuwabara
登 桑原
Kiyoshi Mitani
清 三谷
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1.5μm以下の極めて薄い薄膜上の微小異
物を検出することが可能な異物検査方法を提供する。 【解決手段】 薄膜9の表面9aに波長が488nmよ
り短いP偏光レーザー15をθ±3°(θはブリュース
ター角)の角度で入射し、前記薄膜9の表面9a上に存
在する異物2からの散乱光16を受光してS偏光成分の
みを抽出し、該S偏光成分を電気信号に変換して分析す
ることにより異物の有無を検査する。特に、絶縁性基板
10上に薄膜9が形成されたSOI基板1の表面に存在
する異物2を検査するのに適する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は異物検査方法に関
する。さらに詳しくは、薄膜上に存在する微小異物の有
無を検査する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に異物が存在すると、その
半導体基板を用いて半導体デバイスを製造した場合のデ
バイス製造歩留りに悪影響を及ぼすことが知られてい
る。そのため、異物の個数は非常に重要なウェーハ品質
であり、その評価には従来から種々の方法が行われてい
た。
【0003】図10は、従来の異物検査装置の概要を示
す。この異物検査装置は、被検査対象物1を載置するテ
ーブル3と、レーザー光5を所定角度で被検査対象物1
に入射するレーザー光源4、被検査対象物1からの散乱
光6を検出するための光検出器7及び光検出器7から出
力される散乱光強度に応じた電気信号を処理する処理部
8などよりなる。
【0004】上記装置においては、レーザー光源4とし
て、波長488nmのレーザーを発振するアルゴンレー
ザー管が一般に使用され、光検出器7として、散乱光を
検出して増幅する光電子増倍管が用いられる。また、処
理部8では、光検出器7からの信号のうち、所定の閾値
以下の信号をノイズとして除去し、異物の大きさが求め
られる。
【0005】異物の粒径は、散乱光の強度から求めるこ
とができる。すなわち、粒径が既知のポリスチレン・ラ
テックス(PSL)標準粒子と散乱光強度との相関式を
用い、検出した異物からの散乱光強度を相関式に当ては
めて異物の粒径を算出する。また、ある異物検査装置に
ついてPSL標準粒子と散乱光強度との相関式を求める
ことにより、その異物検査装置の検出可能な最小粒径も
推測され、従来の装置では検出可能な最小粒径は0.1
μm程度であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】異物の粒径は散乱光の
強度から求められるが、測定するウェーハ上の薄膜厚さ
が異なると、界面からの反射又は散乱光と異物の散乱光
との干渉が生じ、検出感度の差となって現れる。その結
果、異物の散乱光の強度が影響を受け、粒径が正確に評
価できないという問題があった。また、界面からの反射
によってバックグラウンドノイズが大きくなり、微小な
粒径の異物がノイズに隠れて測定できないという問題が
あった。
【0007】図11に示すように、SOI(Silic
on On Insulator)基板のように基板1
0上に形成された薄膜9上の異物2を検査する場合、入
射したレーザー光5の一部は薄膜9の表面9aで反射又
は散乱し、光検出器7で検出される。また、薄膜9内に
透過したレーザー光も、薄膜9と基板10との間の界面
10aで反射又は散乱し、反射光12として光検出器7
で検出される。これらはバックグラウンドノイズとな
る。
【0008】薄膜9の表面9aでの反射又は散乱の問題
については、特開平9−210918号に開示されてい
るように、P偏光成分のみを有するレーザー光を表面に
対してブリュースター角で入射し、散乱光からS偏光成
分のみを抽出して検出することにより解決される。すな
わち、P偏光をブリュースター角で入射すると、表面で
の反射光はほとんどゼロになる。また、表面の粗さ(ヘ
イズ)が大きいことによる散乱も、そのほとんどがP偏
光であり、S偏光が少ないので、フィルターによりP偏
光をカットすれば、検出されるS偏光は極めて低レベル
となる。一方、異物2からの散乱光6は、P偏光及びS
偏光の両成分を含んでいるので、S偏光のみを抽出すれ
ば、感度よく散乱光を検出することができる。
【0009】しかし、薄膜9と基板10との界面10a
からの反射又は散乱の問題は解決されていない。特に薄
膜9が1.5μm以下であると、この影響は顕著であ
り、微小異物の検出は困難となる。例えば波長488n
mのアルゴンレーザーをシリコン薄膜に入射した場合、
シリコン薄膜表面から透過したレーザー光の侵入深さ
(入射強度が1/eの強度になる深さ)は700nm程
度であるため、界面からの反射又は散乱光の影響を無視
できない。
【0010】そこで本発明は、1.5μm以下の極めて
薄い薄膜上の微小異物を検出することが可能な異物検査
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1記載の発
明は、薄膜の表面に波長が488nmより短いP偏光レ
ーザーをθ±3°(θはブリュースター角)の角度で入
射し、前記薄膜の表面上に存在する異物からの散乱光を
受光してS偏光成分のみを抽出し、該S偏光成分を電気
信号に変換して分析することにより異物の有無を検査す
ることを特徴とする異物検査方法を提供する。
【0012】本願の請求項2記載の発明は、請求項1に
おいて、波長が430nmのP偏光レーザーを入射する
ことを特徴とする異物検査方法を提供する。
【0013】本願の請求項3記載の発明は、請求項1又
は請求項2において、絶縁性基板上に薄膜が形成された
SOI基板の表面に存在する異物を検査することを特徴
とする異物検査方法を提供する。
【0014】本願の請求項4記載の発明は、請求項1な
いし請求項3のいずれかにおいて、厚さが0.5〜1.
5μmの薄膜上の異物を検査することを特徴とする異物
検査方法を提供する。
【0015】本願の請求項5記載の発明は、請求項1な
いし請求項4のいずれかにおいて、前記薄膜がシリコン
薄膜であり、前記レーザービームの入射角度が75.5
°〜81.0°であることを特徴とする異物検査方法を
提供する。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態の一例
を示す。ここで使用する異物検査装置は、被検査対象物
としてのSOI基板1を載置するテーブル1と、SOI
基板1の表面に75.5°〜81.0°の入射角度で波
長が488nmより短いP偏光レーザーを入射するレー
ザー光源14と、異物2からの散乱光6をS偏光フィル
ター19を介して検出する光検出器17と、光検出器1
7から出力される散乱光強度に応じた電気信号を処理す
る処理部18とを備えている。なお、実際には集光レン
ズ等も備えているが、ここではこれらを省略して説明す
る。被検査対象物としてのSOI基板1は、図2に示す
ように、絶縁性基板10上に厚さ1.5μm以下のシリ
コン薄膜9が形成されている。
【0017】波長が488nmより短いレーザーとして
は、例えば波長430nmのレーザーである半導体レー
ザー励起のSHG(Second Harmonic
Generation)レーザーが、従来のアルゴンレ
ーザーの波長488nmより短波長であり、微小異物の
検査に適している。
【0018】この装置系において、レーザー光源14か
らシリコン薄膜9の表面9aに75.5°〜81.0°
の角度、すなわちθ±3°(θはブリュースター角)で
入射したP偏光レーザー15は、薄膜9の表面9aでは
ほとんど反射せずに透過する。なお、実際にはレーザー
光の波長や入射角に若干の分布があること、薄膜の表面
には自然酸化膜が存在すること、および入射した特定波
長(例えば430nm)の光吸収により薄膜の屈折率が
微妙に変化すること等の理由により、正確にブリュース
ター角で入射しても、反射が完全にはゼロにはならない
が、その強度は極めて小さい。また、表面9aの粗さに
よる散乱光もそのほとんどがP偏光である。
【0019】一方、シリコン薄膜9上に存在する異物2
により、P偏光及びS偏光を含んだ散乱光16を生じ
る。散乱光16のうち、S偏光フィルター19を通った
ものはP偏光がカットされ、S偏光のみが抽出されて光
検出器17で検出され、電気信号に変換されて処理部1
8で処理される。したがって、シリコン薄膜9で反射又
は散乱した光はその強度が極めて微弱で且つそのほとん
どがP偏光成分なので、S偏光フィルター19を通って
得られるS偏光成分は極めて少なく、処理部18での閾
値処理により除去でき、異物2からの散乱光16のうち
のS偏光成分のみが有効な信号として把握される。
【0020】また、シリコン薄膜9の表面9aから薄膜
9内に透過した透過光21は減衰し、そのほとんどがシ
リコン薄膜9下の基板10に到達しない。すなわち、波
長430nmのレーザー光は、シリコン薄膜9への侵入
深さが250nm程度であるため、薄膜9の厚さが侵入
深さの約2倍以上である0.5μm以上あれば、薄膜と
基板との間の界面での反射又は散乱による影響を無視で
きる。
【0021】P偏光のブリュースター角は薄膜の屈折率
によって異なり、薄膜の屈折率をnとすると、n=ta
nθの関係式から求められる。したがって、例えば波長
430nmのブリュースター角は、例えば薄膜が屈折率
4.92のシリコンの場合は78.5°、屈折率4.7
4のポリシリコンの場合は78.1°(一例)、屈折率
1.47のシリコン酸化膜(SiO2)の場合は55.
7、屈折率2.06の窒化膜(Si34)の場合は6
4.1(一例)となる。
【0022】したがって、薄膜がシリコン以外の場合
は、その屈折率nからブリュースター角θを求め、θ±
3°の角度範囲で波長が488nmより短いP偏光レー
ザーを入射すればよい。
【0023】図3は、表面に自然酸化膜(厚さ1nm程
度)が形成されたシリコンウェーハに、波長430nm
のP偏光レーザーを入射した場合の反射率の入射角依存
性を示す。一般に、反射率が0.015(1.5%)以
下であれば、バックグラウンドノイズに影響されずに正
確な測定が可能となる。図3から、反射率を0.015
以下にするには、入射角を78.5±3°に設定すれば
よいことが分かる。
【0024】図4〜図9は、シリコンウェーハ上に酸化
膜(厚さ0.5μm)及び薄膜(種々の厚さ)を順次形
成したSOI基板(表面に自然酸化膜付き)に、波長4
30nmのP偏光レーザーを入射した場合の入射角に対
する反射強度の膜厚依存性を示す。各図から分かるよう
に、薄膜の膜厚が1.5μm、1.0μm(以上図
4)、0.9μm、0.8μm(以上図5)、0.7μ
m、0.6μm(以上図6)及び0.5μm(図7)で
は、それぞれ波形に大きな乱れが発生しないのに対し、
0.4μm、0.3μm(以上図8)、0.2μm及び
0.1μm(以上図9)では波形に乱れが発生してい
る。従って、本発明の方法における測定可能な最小膜厚
は0.5μmであると言える。
【0025】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、従来
のアルゴンレーザーを用いた方法では不可能であった
1.5μm以下の極めて薄い薄膜上の微小異物を検出す
ることが可能となった。また、測定ウェーハの薄膜厚さ
が異なることに起因した感度変化がなくなるため、測定
された散乱光の強度によって、異物の粒径を正確に評価
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いる異物検査装置の一例を示す概略
構成図である。
【図2】本発明における薄膜付近でのレーザー光の光路
を示す説明図である。
【図3】シリコンウェーハに波長430nmのP偏光レ
ーザーを入射した場合の反射率の入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図4】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図5】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図6】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図7】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図8】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図9】SOI基板に波長430nmのP偏光レーザー
を入射した場合の入射角に対する反射強度の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図10】従来の方法で用いる異物検査装置の一例を示
す概略構成図である。
【図11】従来の方法における薄膜付近でのレーザー光
の光路を示す説明図である。
【符号の説明】
1 SOI基板 2 異物 3 テーブル 9 シリコン薄膜 9a シリコン薄膜の表面 10 基板 10a 薄膜と基板の界面 14 レーザー光源 15 レーザー光 16 散乱光 17 光検出器 18 処理部 19 S偏光フィルター
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年3月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【図8】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図9
【補正方法】変更
【補正内容】
【図9】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜の表面に波長が488nmより短い
    P偏光レーザーをθ±3°(θはブリュースター角)の
    角度で入射し、前記薄膜の表面上に存在する異物からの
    散乱光を受光してS偏光成分のみを抽出し、該S偏光成
    分を電気信号に変換して分析することにより異物の有無
    を検査することを特徴とする異物検査方法。
  2. 【請求項2】 波長が430nmのP偏光レーザーを入
    射することを特徴とする請求項1記載の異物検査方法。
  3. 【請求項3】 絶縁性基板上に薄膜が形成されたSOI
    基板の表面に存在する異物を検査することを特徴とする
    請求項1又は請求項2記載の異物検査方法。
  4. 【請求項4】 厚さが0.5〜1.5μmの薄膜上の異
    物を検査することを特徴とする請求項1ないし請求項3
    のいずれか記載の異物検査方法。
  5. 【請求項5】 前記薄膜がシリコン薄膜であり、前記レ
    ーザービームの入射角度が75.5°〜81.0°であ
    ることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか
    記載の異物検査方法。
JP8282598A 1998-03-13 1998-03-13 異物検査方法 Pending JPH11258175A (ja)

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