JP6086050B2 - Wafer evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光を用いて結晶の内部欠陥を検出してウエーハを評価する方法に関し、特に、ＦＤ−ＳＯＩ（Ｆｕｌｌｙ Ｄｅｐｌｅｔｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）等に使われる薄いＳＯＩ層を持つ、貼り合せＳＯＩウエーハの原料となるシリコンウエーハ（ボンドウエーハ）の、光散乱法による、ＳＯＩ層の厚さ程度の深さの表面近傍に存在する内部欠陥を評価するウエーハの評価方法に関するものである。 The present invention relates to a method of evaluating a wafer by detecting an internal defect of a crystal using a laser beam, and in particular, a bonded SOI wafer having a thin SOI layer used for FD-SOI (Fully Deployed Silicon On Insulator) or the like. The present invention relates to a wafer evaluation method for evaluating internal defects existing in the vicinity of a surface having a depth of about the thickness of an SOI layer, by a light scattering method, of a silicon wafer (bond wafer) as a raw material.
ＦＤ−ＳＯＩデバイス用ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層が１２ｎｍ程度の厚さになり、材料として使うシリコン単結晶ウエーハの極表面近傍に存在する欠陥が、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の欠陥となる。すなわち、ＳＯＩ層が１２ｎｍであるため、ＳＯＩの材料として用いるボンドウエーハの表面近傍の例えば２０ｎｍ程度の深さにある、１０ｎｍ程度の大きさの欠陥がＳＯＩ層の欠陥となる。したがって、ＳＯＩウエーハの製造前のボンドウエーハで、表面近傍の欠陥を検出してスクリーニングする必要がある。 The SOI layer in the SOI wafer for FD-SOI devices has a thickness of about 12 nm, and the defects present in the vicinity of the extreme surface of the silicon single crystal wafer used as a material become defects in the SOI layer of the SOI wafer. That is, since the SOI layer is 12 nm, a defect of about 10 nm in the vicinity of the surface of the bond wafer used as an SOI material, for example, at a depth of about 20 nm becomes a defect of the SOI layer. Therefore, it is necessary to detect and screen defects near the surface of the bond wafer before manufacturing the SOI wafer.
そして、従来、シリコン単結晶ウエーハの表面近傍の欠陥を検査する方法としては、例えば、波長が４００ｎｍ以上のレーザー光を用いた、特許文献１に記載されているような方法が用いられていた。
Conventionally, as a method for inspecting defects near the surface of a silicon single crystal wafer, for example, a method described in
上記特許文献１の方法について本発明者が調査したところ、この従来の方法では深い領域に存在する欠陥を検出してしまい、表面に近い領域までの欠陥を感度良く検出することができていなかった。
When the present inventor investigated the method of
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ウエーハの表面近傍に存在する結晶欠陥を感度良く検出して評価することができるウエーハの評価方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wafer evaluation method capable of detecting and evaluating crystal defects existing in the vicinity of the wafer surface with high sensitivity.
上記目的を達成するために、本発明は、ウエーハの表面にレーザー光を照射し、ウエーハ内部の欠陥による散乱光を検出してウエーハを評価する方法であって、前記評価するウエーハとしてシリコンウエーハまたは酸化膜付シリコンウエーハを用意し、該ウエーハの表面に３６５〜３８０ｎｍの範囲から選択された１波長のレーザー光を垂直入射し、ウエーハの表面を走査しながら、異なる角度で設置した複数の光検出器で散乱光を検出して散乱光強度を別々に測定し、前記異なる角度で設置した複数の光検出器のうち、高角度側に設置した光検出器で測定された散乱光強度Ｈおよび低角度側に設置した光検出器で測定された散乱光強度Ｌの比Ｈ／Ｌが１以上になる欠陥を、ウエーハ表面近傍に存在する内部欠陥として評価することを特徴とするウエーハの評価方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for evaluating a wafer by irradiating the surface of the wafer with laser light and detecting scattered light due to defects inside the wafer, wherein the wafer to be evaluated is a silicon wafer or A silicon wafer with an oxide film is prepared, and a plurality of light detectors are installed at different angles while vertically scanning a laser beam of one wavelength selected from a range of 365 to 380 nm on the surface of the wafer and scanning the surface of the wafer. Scattered light is detected by a detector and the scattered light intensity is measured separately, and among the plurality of photodetectors installed at different angles, the scattered light intensity H and low measured by the photodetector installed on the high angle side are measured. It is characterized in that a defect having a ratio H / L of scattered light intensity L measured by a photodetector installed on the angle side is 1 or more is evaluated as an internal defect existing in the vicinity of the wafer surface. To provide a method of evaluating that wafer.
上記範囲の波長のレーザー光を用いれば、シリコン内部への適度な侵入長を得ることができ、表面近傍（例えば２０ｎｍ程度の深さまで）に存在する内部欠陥（表面近傍内部欠陥）の検出を行うことができる。また、このような波長におけるシリコンの屈折率は高く、後述する式からわかるように表面近傍内部欠陥からの散乱光強度を高めることができ、検出感度を高めることができる。 If laser light having a wavelength in the above range is used, an appropriate penetration depth into the silicon can be obtained, and internal defects (internal defects near the surface) existing near the surface (for example, to a depth of about 20 nm) are detected. be able to. In addition, the refractive index of silicon at such a wavelength is high, and as can be seen from the formula described later, the intensity of scattered light from internal defects near the surface can be increased, and the detection sensitivity can be increased.
さらに、表面近傍内部欠陥からの散乱光強度を、異なる角度で設置した複数の光検出器で別々に測定する。
検出の目的である表面近傍内部欠陥（酸素析出物等）としては、基本的に、低角度側の光検出器には殆ど検出されず、高角度側の光検出器で検出されるものと考えられる。一方、表面上パーティクルの場合は、Ｈ／Ｌは１に近い値になるが、パーティクルが非常に小さくなると高角度側の光検出器に検出されない場合が出てくるため、Ｈ／Ｌはゼロに近づく。したがってＨ／Ｌが１より小さければ表面上パーティクルと考えることができ、Ｈ／Ｌが１以上であれば表面近傍内部欠陥と考えることができる。
このようにして、ウエーハ表面に存在するパーティクル等と表面近傍内部欠陥とを簡便に区別して評価することができる。
Furthermore, the scattered light intensity from the internal defects near the surface is separately measured with a plurality of photodetectors installed at different angles.
Basically, internal defects (oxygen precipitates, etc.) near the surface, which are the object of detection, are hardly detected by the light detector on the low angle side, but are detected by the light detector on the high angle side. It is done. On the other hand, in the case of particles on the surface, H / L is a value close to 1, but if the particles are very small, the high angle side photodetector may not be detected, so H / L is zero. Get closer. Therefore, if H / L is smaller than 1, it can be considered as a particle on the surface, and if H / L is 1 or more, it can be considered as a near-surface internal defect.
In this way, particles and the like existing on the wafer surface and internal defects near the surface can be easily distinguished and evaluated.
そして、上記表面近傍内部欠陥の評価により、評価したシリコンウエーハ等を用いて貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した場合に極薄のＳＯＩ層となる領域の内部欠陥を評価することができる。 Then, by evaluating the internal defects in the vicinity of the surface, it is possible to evaluate internal defects in a region that becomes an extremely thin SOI layer when a bonded SOI wafer is manufactured using the evaluated silicon wafer or the like.
このとき、前記ウエーハ表面近傍に存在する内部欠陥を評価するとき、前記レーザー光の斜入射による散乱光の測定を別個行い、該斜入射による測定において低角度側に設置した光検出器で散乱光が検出された欠陥を排除して評価することができる。 At this time, when evaluating the internal defects existing near the wafer surface, the scattered light is measured separately by the oblique incidence of the laser light, and the scattered light is detected by a photodetector installed on the low angle side in the measurement by the oblique incidence. Can be evaluated by eliminating the detected defects.
垂直入射による測定だけでは、ウエーハ表面の微小パーティクルや表面の凹凸形状を表面近傍内部欠陥として検知してしまう場合があるので、上記のような斜入射による測定を加えて行うことで表面近傍内部欠陥の検出精度を一層高めることができる。 Only measurements by normal incidence may detect minute particles on the wafer surface or irregularities on the surface as internal defects near the surface. The detection accuracy can be further increased.
また、前記レーザー光の波長を３７２〜３７３ｎｍとすることができる。 The wavelength of the laser beam can be 372 to 373 nm.
このような波長においてシリコンの屈折率は最大になる。屈折率が高いほど表面近傍内部欠陥からの散乱光強度を高めることができるので、より一層検出感度を高めることができる。 At such wavelengths, the refractive index of silicon is maximized. The higher the refractive index, the higher the scattered light intensity from the internal defects near the surface, so that the detection sensitivity can be further increased.
また、前記酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜厚を、該酸化膜付シリコンウエーハをボンドウエーハとして用いて作製する貼り合わせＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜と同じ厚さにすることができる。 Further, the oxide film thickness of the silicon wafer with an oxide film can be set to the same thickness as the buried oxide film of a bonded SOI wafer manufactured using the silicon wafer with an oxide film as a bond wafer.
貼り合わせＳＯＩウエーハを作製する場合、いずれもシリコン単結晶からなるボンドウエーハ及びベースウエーハの少なくとも一方にシリコン酸化膜を形成して貼り合わせが行われる。ボンドウエーハにシリコン酸化膜を形成する熱処理を行うと、その熱処理によってボンドウエーハの表面近傍に酸素析出物等の内部欠陥が成長する場合がある。
したがって、上記のようにボンドウエーハに酸化膜を形成して酸化膜付シリコンウエーハを用意し、後にそれをＳＯＩウエーハの作製に用いる場合には、より正確な評価を得るため、評価する酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜厚をＢＯＸ層と同じ厚さで形成した状態で表面近傍内部欠陥の検出を行うことがより好ましい。
In the case of manufacturing a bonded SOI wafer, a silicon oxide film is formed on at least one of a bond wafer made of silicon single crystal and a base wafer for bonding. When heat treatment for forming a silicon oxide film on the bond wafer is performed, internal defects such as oxygen precipitates may grow near the surface of the bond wafer.
Accordingly, when an oxide film is formed on a bond wafer as described above to prepare a silicon wafer with an oxide film and later used for manufacturing an SOI wafer, an oxide film to be evaluated is obtained in order to obtain a more accurate evaluation. It is more preferable to detect internal defects near the surface in a state in which the silicon wafer is formed with the same thickness as the BOX layer.
また、前記酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜厚を、前記レーザー光に対して反射率が最低となる厚さにすることができる。 In addition, the oxide film thickness of the silicon wafer with an oxide film can be set to a thickness at which the reflectance with respect to the laser beam is minimized.
このようにすれば、シリコン内部へ入るレーザー光の光強度をより高くすることができ、表面近傍内部欠陥をより高感度で検出することができる。 In this way, the light intensity of the laser beam entering the silicon can be increased, and the internal defects near the surface can be detected with higher sensitivity.
また、前記ウエーハ表面近傍に存在する内部欠陥を、前記シリコンウエーハの表面から、または、前記酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜とシリコンウエーハとの界面から、２０ｎｍ以内の深さに存在する欠陥とすることができる。 Further, the internal defect existing in the vicinity of the wafer surface is a defect existing within a depth of 20 nm from the surface of the silicon wafer or from the interface between the oxide film of the silicon wafer with an oxide film and the silicon wafer. be able to.
このようにすれば、これらのシリコンウエーハまたは酸化膜付シリコンウエーハをボンドウエーハとして貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した場合に２０ｎｍ程度の極薄のＳＯＩ層（ＦＤ−ＳＯＩ等に使われるＳＯＩ層等）となる領域に存在する内部欠陥を検出することができる。 In this way, when an SOI wafer is manufactured by bonding these silicon wafers or silicon wafers with an oxide film as a bond wafer, an ultra-thin SOI layer (such as an SOI layer used for FD-SOI etc.) of about 20 nm It is possible to detect an internal defect existing in a certain area.
以上のように、本発明によれば、表面近傍（例えば表面から２０ｎｍ程度の領域内）に存在する内部欠陥を簡便に高感度で検出して評価することができ、貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した場合に極薄のＳＯＩ層となる領域の内部欠陥を評価することができる。 As described above, according to the present invention, internal defects existing in the vicinity of the surface (for example, in a region of about 20 nm from the surface) can be easily detected and evaluated with high sensitivity, and a bonded SOI wafer is manufactured. In some cases, internal defects in a region that becomes an extremely thin SOI layer can be evaluated.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明者は、ＦＤ−ＳＯＩ等に用いられる極薄のＳＯＩ層となるようなシリコンウエーハ（ボンドウエーハ）の表面近傍（例えば表面から２０ｎｍ以内の深さ）に存在する内部欠陥の評価方法について鋭意調査を行った。
上述した特許文献１の他、特許文献１とは異なる波長のレーザー光を用いてウエーハ表面の散乱光を検出するレーザー表面検査装置として、ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社のＳＰ２（入射波長：３５５ｎｍ）、ＳＰ３（入射波長：２６６ｎｍ）などが知られている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
The present inventor has earnestly examined an internal defect evaluation method existing in the vicinity of a surface (for example, a depth within 20 nm from the surface) of a silicon wafer (bond wafer) that becomes an ultrathin SOI layer used for FD-SOI or the like. We conducted a survey.
In addition to the above-mentioned
しかしながら、特許文献１の方法は、検査に使用するレーザー光は４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長のものを用いているため、シリコン結晶への侵入長が１００ｎｍ以上となり、表面近傍よりも深い領域の欠陥を検出してしまう。また、このような波長におけるシリコンの屈折率も十分大きくないため、欠陥からの散乱光強度が弱い。これにより、表面近傍の欠陥（例えば２０ｎｍ程度の深さにある１０ｎｍ程度の大きさの欠陥）を検出することはできなかった。
また上記のＳＰ２、ＳＰ３といった従来装置を用いた場合では、シリコン結晶への侵入長が１０ｎｍに届かず、欠陥を検出可能な領域が狭く、表面近傍の評価としては不十分であった。
However, since the method of
Further, when the conventional apparatus such as SP2 or SP3 is used, the penetration length into the silicon crystal does not reach 10 nm, the area where defects can be detected is narrow, and the evaluation in the vicinity of the surface is insufficient.
これらの課題を見出した本発明者が行った調査について以下にさらに詳述する。
まず、シリコン単結晶ウエーハ表面に存在するパーティクルからの散乱光強度は以下の式（１）で表される。
The investigation conducted by the present inventors who have found these problems will be described in further detail below.
First, scattered light intensity from particles existing on the surface of a silicon single crystal wafer is expressed by the following formula (1).
ここで、Ｐｓｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：散乱光強度、ｄｓ：パーティクルサイズ（直径）、ｎｓ：ウエーハ屈折率、λｓ：入射光波長、Ｉｓｉｎｃｉｄｅｎｔ：入射光強度である。 Here, Ps scattering : scattered light intensity, d s : particle size (diameter), n s : wafer refractive index, λ s : incident light wavelength, Is incident : incident light intensity.
これは、検出対象であるパーティクルがウエーハ表面に存在する場合についての散乱光強度を求める式である。
一方、シリコン単結晶中の内部欠陥として酸素析出物（ＳｉＯ２）が存在し、それを散乱体として検出する場合は下記式（２）となる。
This is an expression for obtaining the scattered light intensity when the particles to be detected are present on the wafer surface.
On the other hand, when an oxygen precipitate (SiO 2 ) exists as an internal defect in the silicon single crystal and is detected as a scatterer, the following equation (2) is obtained.
ここで、Ｐｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：散乱光強度、ｄ：酸素析出物サイズ（直径）、ＮＳｉ：シリコン単結晶の屈折率、ＮＳｉＯ２：酸素析出物の屈折率、λ：入射光波長、Ｉｉｎｃｉｄｅｎｔ：入射光強度である。 Here, P scattering : Scattered light intensity, d: oxygen precipitate size (diameter), N Si : refractive index of silicon single crystal, N SiO2 : refractive index of oxygen precipitate, λ: incident light wavelength, I incident : incident Light intensity.
図３は、シリコン単結晶における屈折率（ｎ）と消衰係数（ｋ）の波長依存性を示している（出典：Ｇ．Ｅ．Ｊｅｌｌｉｓｏｎ Ｊｒ．，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ １ （１９９２） ４１−４７）。
図３に基づいて、従来より使用されているレーザー光波長（２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、４８８ｎｍ）のシリコン単結晶への侵入長Ｄ（ｎｍ）を算出すると下記表１の通りとなる。すなわち、表面近傍（例えば表面から２０ｎｍ程度までの深さ）に存在する結晶欠陥を検出するにあたっては、２６６ｎｍや３５５ｎｍの波長では侵入長が短く、４８８ｎｍでは長すぎてしまうため適さないことがわかる。
FIG. 3 shows the wavelength dependence of refractive index (n) and extinction coefficient (k) in a silicon single crystal (Source: GE Jellison Jr., Optical Material 1 (1992) 41-47).
Based on FIG. 3, the penetration length D (nm) of a conventionally used laser light wavelength (266 nm, 355 nm, 488 nm) into a silicon single crystal is calculated as shown in Table 1 below. That is, it can be seen that in detecting a crystal defect existing in the vicinity of the surface (for example, a depth of about 20 nm from the surface), the penetration length is short at wavelengths of 266 nm and 355 nm and is too long at 488 nm.
表面から２０ｎｍ程度までの深さに存在する内部欠陥を感度よく検出するための重要なポイントは、シリコン単結晶に対する入射光の屈折率、および侵入長である。上の式（２）により、内部欠陥である酸素析出物からの散乱光強度を大きくして感度を高めるためには、シリコン単結晶と酸素析出物との屈折率差（ＮＳｉ−ＮＳｉＯ２）を大きくする必要があるが、酸素析出物（ＳｉＯ２）の屈折率はほぼ一定であることより、シリコンの屈折率ができるだけ大きくなる波長を選択することが最も有利である。
一方、表面近傍の２０ｎｍ程度の深さの欠陥を検出したいことから、侵入長が２０ｎｍ程度になる波長を選択することも必要となる。
Important points for detecting an internal defect existing at a depth of about 20 nm from the surface with high sensitivity are the refractive index of the incident light and the penetration depth with respect to the silicon single crystal. According to the above formula (2), in order to increase the scattered light intensity from the oxygen precipitate which is an internal defect and increase the sensitivity, the refractive index difference between the silicon single crystal and the oxygen precipitate (N Si —N SiO 2 ). However, it is most advantageous to select a wavelength at which the refractive index of silicon is as large as possible because the refractive index of oxygen precipitates (SiO 2 ) is substantially constant.
On the other hand, since it is desired to detect a defect having a depth of about 20 nm near the surface, it is also necessary to select a wavelength at which the penetration depth is about 20 nm.
これらの観点に基づいて、図３において屈折率がピークとなる３７２〜３７３ｎｍ（屈折率：６．９５）前後の波長における、屈折率、消衰率、侵入長を算出した結果を下記表２に示した。 Based on these viewpoints, the results of calculating the refractive index, extinction rate, and penetration depth at wavelengths around 372 to 373 nm (refractive index: 6.95) at which the refractive index peaks in FIG. Indicated.
表２からわかるように、屈折率がピークとなる３７２〜３７３ｎｍの前後の波長を選択することによって、高い屈折率と適度な侵入長が得られる。
すなわち波長を３６５〜３８０ｎｍの範囲から選択すれば、６．５０以上の屈折率と１１〜３６ｎｍの侵入長が得られ、表面近傍内部欠陥を高感度で検出可能になる。また、そのうち屈折率が最大となる３７２〜３７３ｎｍの波長を選択すれば、侵入長も２０ｎｍ程度（１６〜１９ｎｍ）であり、特に目的とする深さの内部欠陥を最も高感度で検出することができ、より好ましい。
本発明者はこれらのことを見出して本発明を完成させた。
As can be seen from Table 2, a high refractive index and an appropriate penetration length can be obtained by selecting wavelengths around 372 to 373 nm where the refractive index peaks.
That is, if the wavelength is selected from the range of 365 to 380 nm, a refractive index of 6.50 or more and an penetration length of 11 to 36 nm can be obtained, and internal defects near the surface can be detected with high sensitivity. Further, if a wavelength of 372 to 373 nm that maximizes the refractive index is selected, the penetration length is also about 20 nm (16 to 19 nm), and an internal defect having a target depth can be detected with the highest sensitivity. More preferable.
The present inventor found these things and completed the present invention.
図２に本発明のウエーハの評価方法を実施するための評価装置の一例を示す。
図２に示すように、この評価装置１は、評価対象のウエーハＷの表面にレーザー光（波長：３６５〜３８０ｎｍ）を照射するレーザー光照射手段２、レーザー光でウエーハＷの表面を走査させるための移動手段３、照射されたレーザー光がウエーハ内部の欠陥等によって散乱する散乱光を検出するための複数の光検出器４を備えている。
FIG. 2 shows an example of an evaluation apparatus for carrying out the wafer evaluation method of the present invention.
As shown in FIG. 2, the
レーザー光照射手段２の他にミラーを備えたものとし、該ミラーを利用してウエーハＷの表面にレーザー光を垂直入射することが可能である。また、レーザー光照射手段２からウエーハＷの表面にレーザー光を斜入射することも可能である。 It is assumed that a mirror is provided in addition to the laser beam irradiation means 2, and the laser beam can be vertically incident on the surface of the wafer W by using the mirror. Further, it is possible to obliquely make the laser light incident on the surface of the wafer W from the laser light irradiation means 2.
移動手段３は、ウエーハＷを適切に水平移動させることによって、レーザー光をウエーハ面内を走査させることができるものであれば良く、特に限定されない。例えばＸＹステージとすることができる。 The moving means 3 is not particularly limited as long as it can scan the wafer surface with the laser beam by appropriately moving the wafer W horizontally. For example, an XY stage can be used.
また光検出器４としては、異なる角度で複数設置されている（高角度側の光検出器（高角検出器５）と低角度側の光検出器（低角検出器６））。これら高角検出器５および低角検出器６によって、散乱光を散乱角の高低の違いに応じて検出してその散乱光強度を別個に測定することが可能になっている。
A plurality of photodetectors 4 are installed at different angles (a high-angle side photodetector (high-angle detector 5) and a low-angle side photodetector (low-angle detector 6)). The
図１に、このような評価装置１を用いた本発明のウエーハの評価方法の一例を示す。
まず、評価対象のウエーハを用意する（工程１）。ここではシリコン単結晶ウエーハを用意した場合について説明するが、このほか、このシリコン単結晶ウエーハの表面にシリコン酸化膜が形成されている酸化膜付のウエーハを評価対象とすることもできる。
なお、シリコンウエーハとしては表面を鏡面研磨等されたもの、酸化膜付シリコンウエーハとしては表面を鏡面研磨したシリコンウエーハに酸化熱処理を施して酸化膜を形成したものなどが挙げられる。
FIG. 1 shows an example of a wafer evaluation method of the present invention using such an
First, a wafer to be evaluated is prepared (Step 1). Although a case where a silicon single crystal wafer is prepared will be described here, a wafer with an oxide film in which a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon single crystal wafer can also be evaluated.
Examples of silicon wafers include those whose surfaces are mirror-polished, and examples of silicon wafers with an oxide film include those in which an oxide film is formed by subjecting a silicon wafer whose surfaces are mirror-polished to an oxidation heat treatment.
また、これらのシリコンウエーハや酸化膜付シリコンウエーハとしては、例えば、貼り合わせＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の原料となるボンドウエーハとすることができる。
この場合、酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜厚をその作製する貼り合わせＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜と同じ厚さにすると良い。ＳＯＩウエーハの作製にあたっては材料のシリコンウエーハに、後に埋め込み酸化膜となるシリコン酸化膜を熱処理で形成する場合があり、そしてその熱処理によってシリコンウエーハの表面近傍に酸素析出物等の内部欠陥が成長する場合がある。実際に材料として用いるときと同じ状態（埋め込み酸化膜と同じ厚さの酸化膜が形成された状態）の酸化膜付シリコンウエーハを用意して評価することで、ＳＯＩウエーハを作製した際のＳＯＩ層内の欠陥に関する評価をより適切に把握することが可能になる。
Moreover, as these silicon wafers and silicon wafers with oxide films, for example, bond wafers that are used as raw materials for the SOI layers of bonded SOI wafers can be used.
In this case, the oxide film thickness of the silicon wafer with an oxide film is preferably set to the same thickness as the buried oxide film of the bonded SOI wafer to be manufactured. When manufacturing an SOI wafer, a silicon oxide film that will later become a buried oxide film may be formed on the silicon wafer of the material by heat treatment, and internal defects such as oxygen precipitates grow near the surface of the silicon wafer by the heat treatment. There is a case. By preparing and evaluating a silicon wafer with an oxide film in the same state as when actually used as a material (a state where an oxide film having the same thickness as the buried oxide film is formed), the SOI layer when the SOI wafer is manufactured It becomes possible to grasp the evaluation about the defect in the inside more appropriately.
また、酸化膜付シリコンウエーハとしては、照射するレーザー光に対して反射率ができるだけ小さくなるように酸化膜の厚さを適宜調整して形成したものを用意することができる。特には選択したレーザー光の波長に応じて反射率が最低となる厚さにするのが好ましい。このようにすれば、シリコン内部へ入るレーザー光の光強度をより高くすることができ、内部欠陥をより高感度で検出することができるからである。 As the silicon wafer with an oxide film, a silicon wafer formed by appropriately adjusting the thickness of the oxide film so that the reflectance with respect to the irradiated laser beam is as small as possible can be prepared. In particular, it is preferable to set the thickness so that the reflectance is minimum according to the wavelength of the selected laser beam. This is because the light intensity of the laser light entering the silicon can be made higher and internal defects can be detected with higher sensitivity.
図４は、波長３７２ｎｍに対する反射率の酸化膜厚依存性を示すグラフである。反射率は酸化膜厚に対して周期的に変動し、６１ｎｍ、１８７ｎｍ、３１３ｎｍ等で極小値となる。従って、このような極小値となる酸化膜厚を選択すれば、内部欠陥の検出の感度を高めることができる。
なお、このような極小値となる酸化膜厚がＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の厚さと異なる場合には、散乱光強度を測定した後に酸化膜のエッチングを行い、埋め込み酸化膜と同じ厚さにしてから貼り合わせを行うこともできる。
FIG. 4 is a graph showing the dependence of the reflectance on the oxide film thickness with respect to the wavelength of 372 nm. The reflectance varies periodically with respect to the oxide film thickness, and becomes a minimum value at 61 nm, 187 nm, 313 nm, and the like. Therefore, the sensitivity of detecting internal defects can be increased by selecting an oxide film thickness that has such a minimum value.
In addition, when the oxide film thickness having such a minimum value is different from the thickness of the buried oxide film of the SOI wafer, the oxide film is etched after measuring the scattered light intensity so as to have the same thickness as the buried oxide film. Can also be pasted together.
次に、レーザー光をウエーハ表面に垂直入射し、ウエーハを走査する（工程２）。
ウエーハの走査は移動手段３を用いて行うことができる。
また、レーザー光照射手段２から照射するレーザー光は、波長が３６５〜３８０ｎｍの範囲のものから選択する（表２参照）。照射するレーザー光の波長がこのような範囲の場合、シリコンの屈折率が高く、シリコンへの侵入長が適度であり、表面近傍内部欠陥を検出するのに極めて有利である。従来法のように波長が長すぎて必要以上の深さまで欠陥検出を行うのを防ぐことができ、また、波長が短すぎて欠陥検出の対象範囲が狭く不十分な評価になってしまうのを防ぐことができる。
Next, laser light is vertically incident on the wafer surface, and the wafer is scanned (step 2).
The wafer can be scanned using the moving means 3.
Moreover, the laser beam irradiated from the laser beam irradiation means 2 is selected from those having a wavelength in the range of 365 to 380 nm (see Table 2). When the wavelength of the irradiated laser beam is in such a range, the refractive index of silicon is high, the penetration length into silicon is moderate, and it is extremely advantageous for detecting internal defects near the surface. As in the conventional method, it is possible to prevent the detection of defects to a depth more than necessary due to the wavelength being too long, and the wavelength is too short and the target range for defect detection is narrow and insufficient. Can be prevented.
表面近傍、特には、シリコンウエーハの表面（または酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜とシリコンウエーハとの界面）から２０ｎｍ以内の深さまでの領域に存在する欠陥を評価対象とすることができる。このような深さの領域は、ＦＤ−ＳＯＩ等に使われる薄いＳＯＩ層の厚さと同程度である。したがって、その薄いＳＯＩ層を作製する際にあたって、本発明で得られた評価結果を有効に用いることができる。 Defects existing in the vicinity of the surface, in particular, in the region from the surface of the silicon wafer (or the interface between the oxide film of the silicon wafer with an oxide film and the silicon wafer) to a depth of 20 nm or less can be evaluated. Such a depth region is about the same as the thickness of a thin SOI layer used for FD-SOI or the like. Therefore, when the thin SOI layer is manufactured, the evaluation result obtained by the present invention can be used effectively.
なお、当然、表面から２０ｎｍ以内の深さという領域に限定されるものではない。表面から深さ２０ｎｍより深いところの欠陥を検査したい場合、例えば３０ｎｍの深さまでにある欠陥を検査したい場合は、例えば３７８ｎｍの波長のレーザー光を使って、表面近傍内部欠陥の検査を行うことができる。 Of course, the region is not limited to a depth of 20 nm or less from the surface. When it is desired to inspect a defect deeper than 20 nm from the surface, for example, when it is desired to inspect a defect up to a depth of 30 nm, for example, a laser beam having a wavelength of 378 nm is used to inspect internal defects near the surface. it can.
次に、高角検出器５と低角検出器６で散乱光を散乱角ごとに検出して、散乱光強度Ｈおよび散乱光強度Ｌを測定し（工程３）、Ｈ／Ｌが１以上になる欠陥（低角検出器６で検出されない欠陥を含む）を検出し、表面近傍内部欠陥として評価する（工程４）。ここで、散乱光強度Ｈ及び散乱光強度Ｌは、予め標準粒子を使って校正しておく。
このようにしてウエーハ表面に存在するパーティクル等と区別して、表面近傍内部欠陥を簡便に検出することができる。
Next, the scattered light is detected for each scattering angle by the
In this way, it is possible to easily detect internal defects near the surface in distinction from particles and the like existing on the wafer surface.
なお、必要に応じて、以下のようにさらに精度の高い評価を行うことができる。
ウエーハ表面に散乱光の弱い、小さい異物が存在する場合は垂直入射では検出しにくい。このような小さな異物が存在する場合を想定し、この表面の異物の分だけ排除してより精密な評価を行うため、工程２〜工程４の垂直入射による散乱光の測定に加え、別個に斜入射による散乱光の測定を行うことができる。
If necessary, it is possible to evaluate with higher accuracy as follows.
When small foreign matter with weak scattered light is present on the wafer surface, it is difficult to detect at normal incidence. Assuming the presence of such small foreign matter, in order to eliminate the amount of foreign matter on the surface and perform a more precise evaluation, in addition to the measurement of scattered light by normal incidence in
例えば入射角６０−８５度でレーザー光をウエーハ表面に斜入射して（工程５）、高角検出器５と低角検出器６で散乱光を散乱角ごとに検出し（工程６）、低角検出器６で検出される欠陥を検出する（工程７）。そして、工程４での、垂直入射による測定で表面近傍内部欠陥として評価された欠陥から、工程７での、斜入射による測定で検出された欠陥を排除し、残ったものを最終的に表面近傍内部欠陥として評価することができる（工程８）。
For example, laser light is obliquely incident on the wafer surface at an incident angle of 60 to 85 degrees (step 5), and scattered light is detected for each scattering angle by the
（実験例、参考例１−３）
本発明でのレーザー光の波長域の有効性を、従来法での波長域と比較しつつ説明する。
本発明での波長域（３６５〜３８０ｎｍ）のように波長が３７２ｎｍのレーザー光を用いた場合と（実験例）、従来法のように波長が２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、４８８ｎｍ（参考例１〜３）を用いた場合について、シリコン単結晶表面からの侵入長や、該侵入長に相当する深さ付近までの内部欠陥の検出感度（相対感度）を比較した。尚、相対感度は、２６６ｎｍのＰｓｃａｔｔｅｒｉｎｇを基準として規格化した数値として算出した。その結果を表３に示す。
(Experimental Example, Reference Example 1-3)
The effectiveness of the wavelength range of the laser beam in the present invention will be described in comparison with the wavelength range in the conventional method.
When laser light having a wavelength of 372 nm is used as in the wavelength range (365 to 380 nm) in the present invention (experimental example), the wavelengths are 266 nm, 355 nm, and 488 nm (reference examples 1 to 3) as in the conventional method. When used, the penetration depth from the surface of the silicon single crystal and the detection sensitivity (relative sensitivity) of internal defects up to a depth corresponding to the penetration length were compared. The relative sensitivity was calculated as a numerical value normalized with reference to 266 nm P scattering . The results are shown in Table 3.
表３に示す結果より、実験例によれば、ＳＯＩ層の膜厚が１７ｎｍの超薄膜ＳＯＩウエーハの製造に用いるボンドウエーハ中の表面近傍の内部欠陥（酸素析出物）を検出することができる。しかも従来よりも２倍以上の高感度で測定できることがわかる。 From the results shown in Table 3, according to the experimental example, it is possible to detect internal defects (oxygen precipitates) in the vicinity of the surface in the bond wafer used for manufacturing an ultra-thin SOI wafer having an SOI layer thickness of 17 nm. Moreover, it can be seen that the measurement can be performed with a sensitivity that is twice or more that of the prior art.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
１…評価装置、 ２…レーザー光照射手段、 ３…移動手段、 ４…光検出器、
５…高角検出器、 ６…低角検出器。
DESCRIPTION OF
5 ... High angle detector, 6 ... Low angle detector.
Claims (5)
前記評価するウエーハとして、貼り合わせＳＯＩウエーハの原料となるボンドウエーハとしてのシリコンウエーハまたは酸化膜付シリコンウエーハを用意し、
該ウエーハの表面に３６５〜３８０ｎｍの範囲から選択された１波長のレーザー光を垂直入射し、ウエーハの表面を走査しながら、異なる角度で設置した複数の光検出器で散乱光を検出して散乱光強度を別々に測定し、
前記異なる角度で設置した複数の光検出器のうち、高角度側に設置した光検出器で測定された散乱光強度Ｈおよび低角度側に設置した光検出器で測定された散乱光強度Ｌの比Ｈ／Ｌが１以上になる欠陥を、前記シリコンウエーハの表面から、または、前記酸化膜付シリコンウエーハの酸化膜とシリコンウエーハとの界面から、２０ｎｍ以内の深さに存在する内部欠陥として評価することを特徴とするウエーハの評価方法。 A method for evaluating a wafer by irradiating the surface of a wafer with laser light and detecting scattered light due to defects inside the wafer,
As the wafer to be evaluated, a silicon wafer or a silicon wafer with an oxide film as a bond wafer as a raw material for a bonded SOI wafer is prepared,
A laser beam of one wavelength selected from the range of 365 to 380 nm is vertically incident on the surface of the wafer, and the scattered light is detected and scattered by a plurality of photodetectors installed at different angles while scanning the surface of the wafer. Measure the light intensity separately,
Of the plurality of photodetectors installed at different angles, the scattered light intensity H measured by the photodetector installed on the high angle side and the scattered light intensity L measured by the photodetector installed on the low angle side. Defects with a ratio H / L of 1 or more are evaluated as internal defects existing at a depth of 20 nm or less from the surface of the silicon wafer or from the interface between the oxide film of the silicon wafer with an oxide film and the silicon wafer. A wafer evaluation method characterized by:
前記レーザー光の斜入射による散乱光の測定を別個行い、該斜入射による測定において低角度側に設置した光検出器で散乱光が検出された欠陥を排除して評価することを特徴とする請求項１に記載のウエーハの評価方法。 When evaluating the previous Symbol in part defect,
The measurement of scattered light by oblique incidence of the laser light is performed separately, and evaluation is performed by eliminating defects in which scattered light is detected by a photodetector installed on the low angle side in the measurement by oblique incidence. Item 2. The wafer evaluation method according to Item 1.
5. The wafer according to claim 1, wherein the oxide film thickness of the silicon wafer with an oxide film is set to a thickness that provides a minimum reflectance with respect to the laser beam. Evaluation method.
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