CN115791634A - 基板评价方法 - Google Patents

Abstract

提供一种在可见光区域能够观察微小的晶体缺陷的基板评价方法，包括以下步骤：向基板照射偏振所得到的平行光；以及基于利用透过了基板的光或经基板反射后的光得到的图像，来对基板的至少一部分的晶体品质进行评价。该平行光的半值宽度(HW)、发散角(DA)以及中心波长(CWL)满足以下的条件。3≤HW≤100；0.1≤DA≤5；250≤CWL≤1600。其中，中心波长(CWL)和半值宽度(HW)的单位为nm，发散角(DA)的单位为mrad。

Description

基板评价方法

本申请是申请日为2016年11月4日、申请号为201680078505.7、发明名称为“基板评价方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包括利用偏振所得到的平行光对基板进行评价的方法。

背景技术

在日本专利公开2015-178438号中记载了以下内容：提供一种能够形成结晶性好的高品质的半导体设备结构的氮化镓自立基板。当氮化镓晶体接近于完美晶体时，不呈现基于X射线的吸收系数的衰减而出现X射线通过晶体的异常透射现象，通过将利用了该现象的X射线透射形貌术作为试验项目，在检查工序中能够检测不能容许的缺陷。

在日本专利公开2014-189484号中记载了以下内容：由于SiC单晶基板表面的晶体缺陷传播至外延层、或者基板内的无缺陷部位的晶体结构紊乱，因此难以在基板上形成晶体缺陷非常少的高品质的外延层。该文献所记载的碳化硅半导体基板制造方法包括以下工序：缺陷位置确定工序，通过X射线形貌术或光致发光法来确定形成于碳化硅半导体基板的晶体缺陷的位置；晶体缺陷无效化工序，通过向晶体缺陷的确定区域照射量子束，来进行用于抑制晶体缺陷向外延层的传播的无效化处理；以及外延层形成工序，在实施了无效化处理的基板上形成外延层。

在日本专利公开2014-2104号公报中记载了以下内容：提供一种能够不使用单色器而通过X射线反射形貌术来对SiC单晶基板的位错密度进行评价的SiC单晶基板的评价方法。该文献的SiC单晶基板的评价方法是通过X射线反射形貌术来对SiC单晶基板的位错进行评价的方法，其特征在于，使用MoKα射线作为X射线源，使用非对称反射面作为衍射面，来获得SiC单晶基板的X射线形貌像，使用该X射线形貌像来测量SiC单晶基板的位错密度。

发明内容

在SiC单晶基板或GaN单晶基板等的晶体缺陷的评价中，以往使用了X射线形貌法、光致发光法。为了通过X射线形貌法或光致发光法来对基板进行检查或观察，需要X射线产生装置、冷却装置等规定的设备，很难说具有经济性。如果能够在可见光域、紫外光域或红外光域进行与这些方法同等或与其接近的检查或观察，则具有经济性，其用途进一步扩大。

本发明的一个方式是包括以下步骤的方法。

1.向基板照射偏振所得到的平行光。

2.评价步骤，基于利用透过了基板的光或经基板反射后的光得到的图像，来对基板的至少一部分的晶体品质进行评价。

其中，平行光的中心波长CWL、半值宽度HW以及发散角DA满足以下的条件。

3≤HW≤100…(1)

0.1≤DA≤5…(2)

250≤CWL≤1600…(3)

中心波长CWL和半值宽度HW的单位为nm，发散角DA的单位为mrad。

本申请的发明人们发现，只要是满足上述的条件(1)和(2)的平行光，就能够通过利用条件(3)的区域的中心波长的光、即可见光区域或与其接近的区域的光观察基板，来无损地对基板的至少一部分的晶体品质、例如源自于晶体品质的缺陷、因晶体缺陷所致的畸变、基于原子排列的位移的晶格畸变等进行评价。

评价步骤也可以包括利用交叉棱镜进行评价，在该情况下，期望隔着基板相对置的起偏振器和检偏振器的消光比ER满足以下的条件。

10^-4＜ER＜10^-2…(4)

评价步骤也可以包括改变焦深。另外，期望评价步骤包括对基于原子排列的位移的晶格畸变进行评价。另外，也可以对光弹性进行评价。作为基于原子排列的位移的晶格畸变，能够列举螺型穿透位错(TSD:threading screw dislocation)、刃型穿透位错(TED：threading edge dislocation)、基面位错(BPD:basal plane dislocation)、堆垛层错、包裹体(inclusion)、加工损伤。此外，加工损伤可以是加工变质层，也可以是潜伤，还可以是除此以外的情况。

该方法也可以包括制造使用了通过评价选择出的基板的产品的步骤，该方法也可以是使用了基板的产品的制造方法。另外，该方法也可以包括对通过评价所确定的基板的区域实施处理的步骤。

作为被平行光照射的基板，能够列举半导体基板、半导体单晶基板、半导体单晶基板的外延生长基板、矿物基板、玻璃基板、塑料基板、塑料膜基板。作为半导体单晶基板，能够列举包括单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板的单轴极性晶体基板；包括单晶GaN、单晶Ga₂O₃、单晶AlN中的至少任一个的宽带隙半导体基板；单晶金刚石、单晶蓝宝石等透明氧化物的单晶基板、单晶硅基板、单晶硅外延基板。作为半导体基板，能够列举多晶硅基板。

附图说明

图1是表示包括利用通过平行光获取到的图像来对基板进行评价的工序的方法、例如制造方法的流程图。

图2是表示向基板照射平行光的光学系统的例子的图。

图3的(a)是利用工业用显微镜(白色光)进行了拍摄的一例，图3的(b)是使用平行光进行了拍摄的一例。

图4的(a)和(b)是将图3的(a)和(b)各自的与图3的(b)中四角形所示的部分对应的部分放大所得到的图像。

图5的(a)是向基板照射平行光所获取到的图像的不同的例子，图5的(b)是相同的基板的X射线透射形貌像，图5的(c)是相同的基板的放射光X射线反射形貌像。

图6的(a)是向基板照射平行光所获取到的图像的不同的例子，图6的(b)是通过图像处理而变得清晰的图像，图6的(c)是蚀坑的图像。

图7的(a)是利用工业用显微镜(白色光)进行了拍摄的一例，图7的(b)是使用平行光进行了拍摄的一例。

图8的(a)是利用工业用显微镜(白色光)进行了拍摄的一例，图8的(b)是使用平行光进行了拍摄的一例。

具体实施方式

下面，以基于某些原材料、基板、特别是单晶4H-SiC基板等单轴极性晶体基板中的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错、堆垛层错等晶体位错以及包裹体、加工损伤等某些基于原子排列的位移的晶格畸变、光弹性为例，进一步说明通过使用了特定条件的光的光学显微镜对基板的晶体品质和/或源自于晶体品质的现象进行观察、或者基于光学显微镜像无损地对基板的晶体品质和/或源自于晶体品质的现象进行检查/评价的方法。

以往，无损地对单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板等单轴极性晶体基板中的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错等晶体位错以及堆垛层错、加工损伤等晶格畸变进行的评价主要使用了放射光X射线形貌法，包括其它半导体的各种晶体材料的晶体位错缺陷的评价也是同样的。放射光X射线形貌法的分辨率受到二维检测器(核乳胶等)的限制，因此是1μm左右。这基于作为二维检测器的核乳胶等上所涂布的作为感光材料(乳化剂)的卤化银等的颗粒的粒径。因而，通过放射光X射线形貌像观察的是由于晶体位错而产生的弹性应变所致的X射线衍射的失真。

然而，进行放射光X射线形貌法需要用于生成放射光的光源的大型放射光设施。因此，存在需要巨大的设备费用和维护费用、利用时间受到限制的问题。另外，还存在基板的翘曲的影响大、难以进行同一对比度下的整面观察的问题点。

从这样的观点出发，使用了小型的X射线光源的实验室类的X射线形貌装置也进行了开发。然而，由于使用X射线的关系，作为检查装置而言依然残留昂贵的问题。另外，关于实际的设置，还产生需要向中央省厅/公立机构/民间机构等申请、需要进行X射线作业负责人的任命之类的附带问题。

关于单晶4H-SiC基板等半导体基板，利用光致发光法对晶体位错的评价方法也进行了开发。然而，光致发光法存在检查对象受到通过光激励而发光的材料、缺陷类型的限制的问题。

另一方面，当存在晶体位错时，发生双折射的现象。折射率为表示光行进的容易程度的数值，而双折射为针对各偏振光的折射率在某物质内紊乱的状态。当通过偏光显微镜观察发生了双折射的物质时，相位差(延迟量)所致的相位的紊乱作为光学失真而被观察到。例如，已知以下情况：单晶6H-SiC基板中存在的微管缺陷是一种螺型穿透位错，因此产生了双折射，当通过偏光显微镜观察微管时，观察到由干涉图案形成的光学失真。

然而，对于以往的偏光显微镜，观察如微管缺陷那样具有比较大的光学失真的晶体缺陷是极限，无法对基于在原子水平下产生了原子排列的位移的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错等晶体位错的少许的延迟量进行观察/拍摄。

在图1中以流程图的方式示出了包括使用平行光对基板进行评价的工序的方法的概要。该方法50在步骤51中，向基板照射偏振所得到的平行光，在步骤52中，基于利用透过了基板的光或经基板反射后的光得到的图像，来对基板的至少一部分的晶体品质、例如源自于晶体品质的缺陷、因晶体缺陷所致的畸变、基于原子排列的位移的晶格畸变等进行评价。并且，在步骤53中，如有必要则对基板进行处理。步骤53也可以是制造使用了通过步骤52的评价选择出(挑选出)的基板的产品的步骤，也可以是对通过评价所确定的基板的区域实施处理的步骤，还可以是基于评价的其它处理。因而，方法50也可以是制造方法。该方法50还可以是仅进行评价的评价方法。

在图2中示出了向作为观察对象的基板5照射平行光30来获取图像的装置的概要。该装置(偏光显微镜的光学系统)1具有照明光学系统(投射光学系统)10和受光光学系统(摄像光学系统)20，照明光学系统10通过远心聚光镜11来输出准直光30，使准直光30通过偏光器(起偏振器)15后，向作为检查对象的基板等观察对象5照射准直光(平行光)30。在受光光学系统20中，透过了基板等观察对象5的光通过分析仪(检偏振器)25后被物镜21聚光，通过图像传感器(未图示)对所得到的透射偏振光进行检测，基于其强度信息，将基板等观察对象5的光学失真(双折射)的二维分布作为影像或图像来获取。

准直光30的条件如下。

3≤HW≤100…(1)

0.1≤DA≤5…(2)

250≤CWL≤1600…(3)

其中，CWL为平行光的中心波长(nm)，HW为半值宽度(nm)，DA为发散角(mrad)。另外，起偏振器15和检偏振器25的消光比ER的条件如下。

10^-4＜ER＜10^-2…(4)

期望条件(1)的下限超过3，且期望上限小于60。另外，期望条件(2)的下限超过0.1，且期望上限小于3。中心波长CWL的一例满足以下的条件(3-1)。

300＜CWL＜500…(3-1)

包含条件(3-1)在内的上述条件的平行光是在对带隙比2.48eV宽的观察对象进行评价时优选的条件的一例。例如能够列举对单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板等单轴极性晶体基板的源自于晶体结构缺陷的光学失真进行观察的情况。期望条件(3-1)的下限为310以上，且期望上限为460以下。

中心波长CWL的另一例满足以下的条件(3-2)。

1100＜CWL＜1600…(3-2)

是在对单晶硅基板、单晶硅外延基板以及多晶硅基板的源自于晶体结构缺陷的光学失真进行观察时优选的条件的一例。期望条件(3-2)的下限为1200以上，且期望上限为1550以下。

测定对象的基板的一例是以成为规定的厚度的方式对表面进行磨削或研磨所得到的基板。期望测定对象的基板的厚度t满足以下的条件(5)。

50≤t≤800…(5)

其中，厚度t的单位为μm。

期望条件(5)的下限为60以上，且期望上限为400以下。由于透射率增大，而容易进行失真等的观察。该厚度的测定对象的一例为半导体单晶基板，包括单轴极性晶体基板，该单轴极性晶体基板包括单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板。测定对象也可以是太阳能电池用的单晶硅基板，还可以是IGBT等功率元件用的单晶硅基板，例如厚度t被调整为60μm以上且150μm以下。

期望对测定对象的基板的表面和背面进行研磨，期望表面的表面粗糙度Ra1和背面的表面粗糙度Ra2中的至少一方满足以下的条件(6)和(7)。

0.001≤Ra1≤30…(6)

0.001≤Ra2≤30…(7)

其中，表面粗糙度Ra1和Ra2的单位为nm。另外，条件(6)和(7)的上限优选为5以下，更优选为1以下。

这些条件(1)～(7)能够根据测定对象的基板的条件、例如光学特性、测定所需要的经济性的条件、对评价要求的灵敏度或精度等来在上述范围内灵活地进行选择。例如，在对带隙为2.48eV以下的基板进行测定时，光学系统、基板的准备能够容许某种程度的成本的情况下的优选条件的一例如下，这种条件的平行光例如能够通过Vision Psytec有限公司制造的偏光显微镜XS-1来提供。

3＜HW＜60

0.1＜DA＜3

300＜CWL＜500

10^-4＜ER＜10^-2

50≤t≤400

0.001≤Ra1≤1

0.001≤Ra2≤1

在步骤52中，能够通过图像传感器对使用如上述那样选择了条件的平行光30所得到的透射偏振光进行检测，能够基于其强度信息，将基板等观察对象5的光学失真(双折射)的二维分布作为影像或图像而获得。另外，通过改变受光光学系统20与观察对象物5的距离来使焦点位置可变，从而图像的对比度发生变化，例如还能够获得关于单轴极性晶体基板的深度方向上的光学失真的信息。

在步骤52中，使偏光器(起偏振器)15与分析仪(检偏振器)25呈90度正交，能够在以使各自的直线偏振光透射的方式配置的交叉棱镜的状态下进行与偏光显微镜的正相镜检观察同样的观察。另外，也能够在维持交叉棱镜的状态下，使偏光器15和分析仪25同轴地旋转来进行用于区分穿透类的晶体位错与除此以外的晶体位错或某些晶格畸变的评价。

满足条件(1)和(3-1)的光是可见光至近紫外光的区域的准单色光，光源的一例是UV-LED。满足上述条件的平行光如激光那样因相干性过强而产生斑点噪声的情形少，另一方面，由于是大致相干的光，因此能够留下透过观察对象时的微小的延迟量来作为信息。并且，通过照射扩散角(发散角)DA处于条件(2)的范围的平行度非常高且被进行了准直的光，能够获得在透过观察对象5时留下了如基于原子排列的位移的晶格畸变那样的更微小的延迟量来作为信息的图像。

式(3-1)的上限由平行光30的透射性和针对失真的灵敏度所限定，也可以使用超出式(3-1)的波长进行观察，但是在步骤52中难以对基于原子排列的位移的晶格畸变进行评价。式(3-1)的下限是由于作为受光元件的CCD或CMOS的波长灵敏度在300nm左右下急剧地减少，从而难以低成本地提供灵敏度高的受光系统。

(实施例1)

作为实施例1，对厚度约为360μm、直径约为76.2mm的偏8°的p型单晶4H-SiC基板进行了评价。在图3中示出其结果。图3的(a)是通过尼康株式会社制造的工业用显微镜ECLIPSE·LV100D对基板的表面进行透射简易偏振光观察所得到的结果，图3的(b)是通过Vision Psytec有限公司的偏光显微镜XS-1对同一位置进行观察所得到的结果。在本观察中，工业用显微镜ECLIPSE·LV100D的光源使用了白色的卤素灯。因此，在使用了工业用显微镜ECLIPSE·LV100D的观察中没有中心波长CWL、半值宽度HW的概念。另一方面，偏光显微镜XS-1使用U-TECHNOLOGY株式会社制造的UV-LED光源·UFLS-501-UV-UT-VI，设定为偏光显微镜XS-1向基板照射由将405nm设为中心波长CWL、半值宽度HW为50nm的准单色光构成的发散角DA为0.5mrad以下的平行光30，并使用消光比ER为10^-3以下的偏光器15与分析仪25的组合获取了图像。

在观察之前，观察对象的晶圆为Si面CMP(chemical mechanical polishing：化学机械研磨)精加工(优先面)、C面镜面精加工(背面)的状态，因此在将C面侧变更为优先面后，以设定研磨量10μm追加进行研磨加工来设为C面CMP精加工。其结果，基板的两个面的表面粗糙度Ra1和Ra2(Ra)被推测为小于1nm。研磨后的p型单晶4H-SiC基板在丙酮和异丙醇中进行了超声波清洗之后，进行SPM(Sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture：硫酸和双氧水的混合物)清洗、RCA(将被称为SC1或APM的使用氨/过氧化氢/水的清洗与被称为SC2或HPM的使用盐酸/过氧化氢/水的清洗组合进行的清洗)清洗，从而形成为足够清洁的表面状态。

在是单轴极性晶体基板的情况下，观察对象5的基板的表面精加工优选设为至少具有与镜面精加工、优选CMP精加工相当的平坦性的状态。关于难以研磨加工的基板，表面粗糙度Ra1和Ra2也优选小于5nm，但是如果能够进行观察，则也可以为5nm以上。

由于表面附着物成为噪声，因此优选的是基于基板的材质，通过各自适当的方法进行清洗精加工后，进行这些观察。基板的翘曲(SORI)优选为小于40μm，但是如果不需要进行整面观察，则也可以为40μm以上。

图3的(a)被判断为是对作为观察对象的p型单晶4H-SiC基板的微管缺陷的光学失真进行观察所得到的透射简易偏振光像。另一方面，在Vision Psytec公司的偏光显微镜XS-1中使用准单色的平行光对同一位置进行观察所得到的图像即图3的(b)中可知，除了微管以外，还观察到无法通过工业用显微镜观察到的很多的光学失真。

图4的(a)和(b)分别与图3的(a)和(b)对应，表示将图3的(a)和(b)的在图3的(b)中四角形所示的部分放大得到的图像。在通过Vision Psytec公司的偏光显微镜XS-1获取到的图像(图4的(b))中可知，无法通过通常的工业用显微镜探测到的很多的晶体位错能够作为光学失真而被探测到。

(实施例2)

在实施例2中，将厚度约为355μm、直径约为76.2mm的偏4°的n型单晶4H-SiC基板设为评价的对象。在观察之前，关于n型单晶4H-SiC基板，在以设定研磨量1μm对优先面侧的Si面进行了CMP加工之后，对背面侧的C面也以设定研磨量1μm进行CMP加工，设为双面CMP精加工。基板的两个面的表面粗糙度Ra1和Ra2(Ra)被推测为小于1nm。在将研磨后的n型单晶4H-SiC基板在丙酮和异丙醇中进行超声波清洗之后，进行SPM清洗、RCA清洗，形成为足够清洁的表面状态。

图5的(a)是使用Vision Psytec有限公司的偏光显微镜XS-1对进行了上述处理后的基板进行观察并进行拍摄所得到的透射偏振光像。平行光30的条件与实施例1相同。此外，关于左下方的区域，由于形成标记的激光打标的影响而图像的亮度异常地增加从而变白，因此是难以进行评价的区域，但是如果不存在像激光打标加工那样由极端的凹凸形状引起的失真，则不产生这样的现象。

在图5的(b)中示出使用实验室类的小型X射线形貌装置对相同的基板进行拍摄所得到的X射线透射形貌像。X射线源使用Mo射线源，X射线衍射条件设为[11-20](φ＝0°)。

当将图5的(a)和(b)进行比较时，能够观察到图5的(a)所示的在Vision Psytec公司的XS-1的透射偏振光像中观察到的光学失真与图5的(b)所示的X射线透射形貌像的黑点、即穿透类的晶体位错相对应。

在图5的(c)中示出对相同的基板的C面侧进行观察所得到的放射光X射线反射形貌像。X射线的波长设为0.15nm，X射线束的衍射面设为[11-2-8]，二维检测器设为核乳胶。

当将图5的(a)和(c)进行比较时，能够确认，X射线反射形貌像观测到仅表面附近的X射线衍射的失真，与此相对地，Vision Psytec公司的装置XS-1的透射偏振光像能够观察到更多的光学失真。另外，关于在图5的(c)的右上方观察到的六个螺型穿透位错，能够观察到位置与图5的(a)的光学失真大致一致。因而，认为能够通过Vision Psytec公司的装置XS-1的透射偏振光像观察到螺型穿透位错。

(实施例3)

在实施例3中，将厚度约为351μm、直径约为76.2mm的偏4°的n型单晶4H-SiC基板设为评价的对象。关于该n型单晶4H-SiC基板，在以设定研磨量125μm对优先面侧的Si面进行了CMP加工之后，对背面侧的C面也以设定研磨量125μm进行研磨加工，设为残余厚度约为100μm的单面CMP精加工。研磨后的n型单晶4H-SiC基板在丙酮和异丙醇中进行了超声波清洗之后，进行HF蚀刻和SC-1清洗，从而形成为足够清洁的表面状态。

在图6的(a)中示出使用Vision Psytec有限公司的偏光显微镜XS-1对清洗后的基板进行观察并进行拍摄所得到的透射偏振光像。作为利用偏光显微镜XS-1的观察条件，将中心波长CWL设为460nm，其它的平行光的条件设为与上述的实施例相同。在图6的(b)中示出通过微软(注册商标)公司的powerpoint(注册商标)2010对所得到的图像(透射偏振光像)将锐利度调整为+100％、将对比度调整为-40％后的图像。

在本实施例中，还利用KOH熔融盐蚀刻法对n型单晶4H-SiC基板在Si面形成了蚀坑。用纯水对KOH熔融盐蚀刻后的n型单晶4H-SiC基板充分地进行了清洗。之后，使用尼康株式会社制造的工业用显微镜ECLIPSE·LV100D观察蚀坑，在图6的(c)中示出其结果。

当将通过Vision Psytec公司制造的XS-1获得的图像(图6的(a))、通过图像处理对光学失真进行强调所得到的图像(图6的(b))以及蚀坑的图像(图6的(c))进行比较时可知，通过Vision Psytec公司制造的XS-1，不仅观察螺型穿透位错、刃型穿透位错，还观察到了由源自于基面位错的蚀坑引起的光学失真。

在通常的偏振光观察中所使用的偏光显微镜中，在单晶4H-SiC基板的厚度为50μm～600μm的情况下检测微管缺陷是极限，难以检测源自于更微小的晶体缺陷的畸变。与此相对地，根据本实施例的测定结果可知，通过使用满足上述条件的平行光30，即使是源自于比微管更微小的晶体缺陷的畸变，也能够无损地进行测定。

(实施例4)

在实施例4中，将通过氨热法制造出的厚度约为378μm、尺寸为10mm见方、Ga面外延基片精加工、N面粗加工的无掺杂n型单晶GaN基板设为评价的对象。晶体取向为c面(0001)，偏角约为0.6°。Ga面的表面粗糙度Ra小于0.5nm，N面的表面粗糙度Ra为20nm～30nm。单晶GaN的带隙在室温下约为3.4eV，因此平行光30的条件设为与实施例1相同。

在图7的(a)中示出利用工业用显微镜ECLIPSE·LV100D得到的透射简易偏振光像，在图7的(b)中示出利用偏光显微镜XS-1得到的透射偏振光像。在工业用显微镜ECLIPSE·LV100D中使白色光从Ga面侧入射，在偏光显微镜XS-1中使平行光30从Ga面侧入射，从N面侧进行了观察。在图7的(a)中，几乎没有观察到任何失真，但是在图7的(b)中观察到了多个黑白的对比度显著的区域。因而，认为在使用了白色光的工业用显微镜ECLIPSE·LV100D几乎什么也没有观察到的区域中，通过偏光显微镜XS-1，使平行光30从Ga面侧入射并从N面侧进行观察，由此能够探测到某些晶体位错。

(实施例5)

在实施例5中，将厚度约为350μm、直径约为50.8mm、双面镜面精加工的单晶蓝宝石基板设为评价的对象。晶体取向为c面(0001)。单晶蓝宝石为绝缘性的透明氧化物基板，因此平行光30的条件设为与实施例1相同。

在图8的(a)中示出通过工业用显微镜ECLIPSE·LV100D得到的在基板的中心附近任意选择的位置的透射简易偏振光像，在图8的(b)中示出通过偏光显微镜XS-1得到的同一位置处的透射偏振光像。在工业用显微镜ECLIPSE·LV100D中使白色光从优先面侧入射，在偏光显微镜XS-1中使平行光30从优先面侧入射，从背面侧进行了观察。在图8的(a)中，除了被认为是清洗残渣的附着物以外，什么都没有看到，可知使用了白色光的工业用显微镜ECLIPSE·LV100D完全观察不到光学失真。另一方面，在图8的(b)中，观察到了多个黑白的对比度显著的区域，可知使用了平行光30的偏光显微镜XS-1能够探测到某些晶体位错。

(实施例6)

在实施例6中，将厚度约为200μm、尺寸为156mm、双面CMP精加工的p型多晶硅基板设为评价的对象。作为光学系统，使用了与偏光显微镜XS-1同样结构的封闭(バラック)状态的光学系统。作为观察条件，使用中心波长CWL为1550nm的红外LED光源，其它的平行光的条件设为与上述的实施例相同。能够进行从多晶硅的晶界产生的晶体位错缺陷的透射观察。

(实施例7)

在实施例7中，将在厚度为300μm的p型单晶硅基板的表面使n型单晶硅以设定膜厚350μm进行厚膜外延生长之后通过磨削/研磨去除p型单晶硅基板而以残余厚度300μm进行背面CMP精加工所得到的n型单晶硅自立外延基板设为评价的对象。

作为光学系统，使用了与偏光显微镜XS-1同样的结构的封闭状态的光学系统。作为观察条件，使用中心波长CWL为1550nm的红外LED光源，其它的平行光的条件设为与上述的实施例相同。能够进行由于p型单晶硅与n型单晶硅的晶格失配而产生的失配位错缺陷的透射观察。

另外，在单晶硅基板中也是，使用作为太阳能电池用的基板而言残余厚度为100μm～150μm左右、或者即使是IGBT(Insulated Gate Bipolar Toransistor：绝缘栅双极型晶体管)等纵向功率元件也在600V耐压下研磨至60μm左右的单晶硅基板，这些60μm～150μm的基板也存在透射率增大的情形，能够进行这种较薄的单晶硅基板的应变观察。

以上，可知通过使用以相干性(Coherent)的准单色光高精度地进行准直所得到的平行光，能够使用可见光或与可见光相邻的波长范围的光来无损地对某些原材料、基板等、特别是单晶4H-SiC基板等单轴极性晶体基板中的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错等晶体位错以及某些基于原子排列的畸变的晶格畸变进行检查/评价。因而，能够提供使用能够供给规定条件的平行光的偏光显微镜对光学失真的密度、分布等进行了评价的基板等原材料。在对单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板等单轴极性晶体基板的源自于晶体结构缺陷的光学失真进行观察的情况下，光源的中心波长CWL优选设为310nm～460nm。另外，在对单晶硅基板、单晶硅外延基板、多晶硅基板的源自于晶体结构缺陷的光学失真进行观察的情况下，光源的中心波长CWL优选设为1100nm～1600nm，更优选设为1200nm～1550nm。

以往的偏光显微镜基于低准直性且非相干性的光学特性，导致从各种光的角度得到的试样的透射偏振光相互作用而被累积。并且，由于将具有宽范围的光源波长的卤素灯等设为光源，因此透镜的折射率按每个波长而不同，透射偏振光的方向变得各种各样。由于这些原因，针对光学失真的空间分辨率必然降低。

在本发明所涉及的使用了偏振所得到的平行光的检查方法中，能够获得如下的效果：通过使波长(半值宽度)被限制的被变换为准直光的空间相干性高的光依次透过起偏振器、观察对象的基板等、检偏振器来对透射偏振光进行探测，由此通过偏光显微镜容易地探测基于少许的因原子排列的位移而产生的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错等晶体位错的光学失真。

本检查方法不限于在上述的实施例中进行了评价的单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板等单轴极性晶体基板，也能够应用于包括它们的外延生长基板、宽带隙半导体基板、宽带隙半导体基板的外延生长基板、其它半导体单晶基板、其它半导体单晶基板的外延生长基板、矿物基板、单晶硅基板、单晶硅外延基板、多晶硅基板、玻璃基板、塑料基板、塑料膜基板的多种多样的基板。宽带隙半导体基板包括单晶GaN、单晶Ga₂O₃、单晶AlN、单晶金刚石等。另外，也可以是在这些基板的表面上形成有金属、半导体、氧化物、有机物或无机化合物等薄膜的基板，薄膜也可以是异质外延生长膜。

例如，根据本发明，在是单晶4H-SiC基板、单晶6H-SiC基板等单轴极性晶体基板、外延生长基板的源自于晶体结构缺陷的光学失真(双折射)的情况下，能够通过可见光区域或与其接近的区域的光来检测微管缺陷、螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错、堆垛层错、包裹体以及加工损伤中的任一个的光学失真(双折射)。特别地，通过使用了满足本发明的条件的平行光的光学显微镜来对基于晶体基板的螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错等晶体位错以及由于原子排列的位移而产生的晶格畸变的光学失真进行观察以及拍摄光学显微镜像，由此对基于光学失真的晶体位错进行观察，或者能够对基于光学失真(双折射)的晶体位错等的密度/分布等进行评价，或者能够对光弹性进行评价。因此，相对于为了这些目的而以往所采用的放射光X射线形貌法、光致发光法之类的方法而言，能够低成本且简单地提供一种包含进行基板的检查的步骤的方法。

Claims (10)

1.一种基板评价方法，包括以下步骤：

从LED向基板照射偏振所得到的平行光；以及

评价步骤，基于利用透过了所述基板的光得到的图像，来对所述基板的至少一部分的晶体品质进行评价，

其中，所述评价步骤包括利用交叉棱镜来进行评价，所述平行光的半值宽度HW、所述平行光的发散角DA、所述平行光的中心波长CWL、隔着所述基板相对置的起偏振器和检偏振器的消光比ER、所述基板的表面侧的表面粗糙度Ra1以及所述基板的背面侧的表面粗糙度Ra2满足以下的条件，

3≤HW≤100

0.1≤DA≤5

300＜CWL＜500

10^-4＜ER＜10^-2

0.001≤Ra1≤30

0.001≤Ra2≤30

其中，中心波长CWL和半值宽度HW的单位为nm，发散角DA的单位为mrad，表面粗糙度Ra1和Ra2的单位为nm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述半值宽度HW满足以下的条件，

3＜HW＜60。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述发散角DA满足以下的条件，

0.1＜DA＜3。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述评价步骤包括改变焦深。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述评价步骤包括对基于原子排列的位移的晶格畸变进行评价。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述基于原子排列的位移的晶格畸变包括螺型穿透位错、刃型穿透位错、基面位错、堆垛层错、包裹体、加工损伤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述评价步骤包括对光弹性进行评价。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述基板是半导体基板、半导体单晶基板、半导体单晶基板的外延生长基板、矿物基板、玻璃基板、塑料基板、或者塑料膜基板。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述半导体单晶基板包括单轴极性晶体基板、宽带隙半导体基板、透明氧化物的单晶基板、单晶硅基板以及单晶硅外延基板中的至少任一个，其中，所述单轴极性晶体基板包括单晶4H-SiC基板或单晶6H-SiC基板，所述宽带隙半导体基板包括单晶GaN、单晶Ga₂O₃、单晶AlN以及单晶金刚石中的至少任一种，所述透明氧化物包括单晶蓝宝石。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述半导体单晶基板是单轴极性晶体基板，该单轴极性晶体基板包括单晶4H-SiC基板或单晶6H-SiC基板，所述半导体单晶基板的厚度t满足以下的条件，

50≤t≤600

其中，厚度t的单位为μm。

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