JP2018014377A - ワイドギャップ半導体基板の欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象の撮像範囲を可変にしつつ、簡単な装置構成にもかかわらず従来よりも迅速かつ確実に欠陥の検査ができ、欠陥の拡張も防止することができる、欠陥検査装置を提供すること。
【解決手段】 ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
励起光照射部と、蛍光撮像部を備え、
蛍光撮像部には、観察倍率の異なる対物レンズを複数備え、当該複数の対物レンズの内いずれか１つを選択して切り替える撮像倍率切替部が備えられ、
励起光照射部には、励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する照射倍率変更部が備えられ、
撮像倍率切替部において選択された対物レンズの観察倍率に応じて、照明倍率変更部における励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する制御部を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイドギャップ半導体基板上に形成させたエピタキシャル層又はワイドギャップ半導体基板を構成する材料そのものに生じた欠陥を検査する装置に関する。

ＳｉＣ基板上にエピタキシャル層を形成させたもの（いわゆる、ＳｉＣエピタキシャル基板）は、ワイドギャップ半導体であり、太陽光発電やハイブリッドカー、電気自動車の普及に伴い注目されるパワー半導体デバイスである。しかし、ＳｉＣエピタキシャル基板は、未だ多くの欠陥結晶が存在するため、パワー半導体デバイスとして使用するためには全数検査を行う必要がある。

中でも、基底面転位と呼ばれる結晶欠陥は、ｐｎ接合型ダイオードの順方向特性低下の要因となる積層欠陥の拡張の原因となる。そのため、基底面転位を含む結晶欠陥の密度が低くなるような製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

そして、従来から、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法によるＳｉＣエピタキシャル基板の結晶欠陥を検査する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

或いは、Ｘ線トポグラフィー法を利用して、非破壊的に欠陥を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献３）。

また、生体標本を観察するための蛍光顕微鏡において、観察倍率をズームで変更しつつ、当該ズーム倍率の変化に伴って照明系の視野絞りの大きさ（つまり、絞り径）を調節することで、観察する範囲だけに励起光を照明させ、不要な光を標本に照射することを防ぐ（つまり、標本の褪色を防止する）技術が提案されている（例えば、特許文献４）。

国際公開ＷＯ２０１４／０９７４４８ 特許３９１７１５４号公報 特開２００９−４４０８３号公報 特開平１０−１２３４２５号公報

ＳｉＣエピタキシャル基板に生じる欠陥には複数の種類があり、欠陥の種類によって製造したデバイスの寿命や性能に与える影響が異なる。そのため、製造方法の改善前後の欠陥の数や大きさを比較して改善の効果が表れているか確認したり、出荷前の製品検査を実施したりするために、特定の種類の欠陥のみを迅速に抽出したいという要望が強かった。

しかし、特許文献２の様にフォトルミネッセンス（ＰＬ）法を利用して、モノクロカメラによる赤外光領域の波長を撮像する場合、検査に必要な画像を取得するのに時間がかかるだけでなく、確実には欠陥の種類を分類することができなかった。

一方、特許文献３の様にＸ線トポグラフィー法を利用する場合、非破壊での検査が可能であるが、検査に必要な画像を取得するのに時間がかかる上、さらに高強度のＸ線を照射するための大規模な特殊施設が必要となる。

そして、ＰＬ法を利用したＳｉＣエピタキシャル基板の検査において、検査対象の撮像倍率を可変にしたいという要望がある一方で、検査対象領域に励起光を過剰に照射すると欠陥が拡張する可能性もあるため、励起光の照射は必要最小限に抑えたいという要望があった。

しかし、特許文献４の様に、観察倍率の変更に伴って照明系の絞り径を調節する形態では、低倍率での撮像と比較して高倍率での撮像に励起光の光量が不足し、撮像時間が長くなってしまう。そのため、撮像に要する時間を短くできないという課題があった。

そこで本発明は、検査対象の撮像範囲を可変にしつつ、簡単な装置構成にもかかわらず従来よりも迅速かつ確実に欠陥の検査ができ、欠陥の拡張も防止することができる、欠陥検査装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射する励起光照射部と、
励起光がワイドギャップ半導体基板に照射されることで発せられたフォトルミネッセンス光を撮像する蛍光撮像部とを備え、
蛍光撮像部には、観察倍率の異なる対物レンズを複数備え、当該複数の対物レンズの内いずれか１つを選択して切り替える撮像倍率切替部が備えられ、
励起光照射部には、励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する照射倍率変更部が備えられ、
撮像倍率切替部において選択された対物レンズの観察倍率に応じて、照明倍率変更部における励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する制御部を備えた
ことを特徴とする、欠陥検査装置である。

検査対象の撮像範囲を可変にしつつ、簡単な装置構成にもかかわらず従来よりも迅速かつ確実に欠陥の検査ができ、欠陥の拡張も防止することができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。 検査対象となる各種欠陥を模式的に表した斜視図である。 検査対象となる基板および各種欠陥の蛍光発光特性を示す図である。 本発明により撮像された各種欠陥の白黒画像とカラー画像を模式的に表したイメージ図である。 本発明を具現化する別の形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化するさらに別の形態の一例の全体構成を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
なお、各図では、水平方向をｘ方向、ｙ方向と表現し、ｘｙ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をｚ方向と表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図であり、欠陥検査装置１を構成する各部の配置が概略的に記載されている。

本発明に係る欠陥検査装置１は、ワイドギャップ半導体基板Ｗに生じた欠陥を検査するものである。具体的には、欠陥検査装置１は、励起光照射部２、蛍光撮像部３、欠陥検査部４、制御部５等を備えている。さらに、欠陥検査装置１には、基板保持部８と、相対移動部９が備えられている。

励起光照射部２は、ワイドギャップ半導体基板Ｗに向けて励起光Ｌ１を照射するものである。具体的には、励起光照射部２は、励起光照射ユニット２０と、投影レンズ２２，２３と、照射倍率変更部２５等を備えている。励起光照射部２は、装置フレーム１ｆに取付金具（図示せず）などを介して取り付けられている。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図であり、投影レンズ２２，２３の間隔が変わると、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）が変わる様子が示されている。

励起光照射ユニット２０は、励起光Ｌ１の元になる光エネルギーを発生させるものであり、光源２１を備えている。具体的には、励起光照射ユニット２０は、発光波長成分が３６５ｎｍ前後の発光ダイオード（いわゆる、ＵＶ−ＬＥＤ）を光源２１として備えたものが例示できる。

投影レンズ２２，２３は、光源２１から発せられた励起光Ｌ１を集光させ、ワイドギャップ半導体基板Ｗに設定した照射範囲Ｆに投影・照射するものである。具体的には、投影レンズ２２，２３は、１枚ないし複数の凸レンズや凹レンズを含む組合せレンズ等で構成されている。

照射倍率変更部２５は、励起光Ｌ１の照射範囲およびエネルギー密度を変更するものである。具体的には、照射倍率変更部２５は、励起光Ｌ１を通過させる複数のレンズ２２，２３間の距離を変更するものである。より具体的には、照射倍率変更部２５は、電動アクチュエータで構成されており、電動アクチュエータのスライダー２６にレンズ２３が取り付けられている。電動アクチュエータは、制御部５からの制御信号に基づいてスライダーを移動・静止させる機構であり、レンズ２３を位置Ｐ１〜Ｐ３に移動・静止させることができる。つまり、レンズ２３をレンズ２２に対して遠ざけたり近づけたりすることで、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆおよびエネルギー密度が変更される。このとき、光源２１から放射される光のエネルギーが同じであれば、レンズ２３を位置Ｐ１〜Ｐ３で移動させると、各照射範囲Ｆ１〜Ｆ３の面積比に概ね反比例して励起光Ｌ１の集光度合いが変化し、エネルギー密度が変化する。例えば、各照射範囲Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の縦横寸法の比率が、概ね４：２：１であれば、各照射範囲Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３での励起光Ｌ１のエネルギー密度の比率は、概ね１：４：１６となる。

なお、スライダー２６（つまり、レンズ２３）の位置Ｐ１〜Ｐ３は、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆが、蛍光撮像部３で使用する対物レンズ３０ａ〜３０ｃ各々に適した照射範囲Ｆ１〜Ｆ３となるよう、予め設定しておく。

蛍光撮像部３は、励起光Ｌ１がワイドギャップ半導体基板Ｗに照射されることで発せられたフォトルミネッセンス光Ｌ２を撮像するものである。
具体的には、蛍光撮像部３は、レンズ部３０と、撮像倍率切替部３１と、蛍光フィルタ部３２と、撮像カメラ３３等を備えている。蛍光撮像部３は、装置フレーム１ｆに取付金具（図示せず）などを介して取り付けられている。

レンズ部３０は、ワイドギャップ半導体基板Ｗの検査対象となる部位の平面像を、撮像カメラ３３のイメージセンサ３４に投影・結像させるものである。具体的には、レンズ部３０は、観察倍率の異なる対物レンズを複数備えている。より具体的には、レンズ部３０には、観察倍率が５倍の対物レンズ３０ａ、１０倍の対物レンズ３０ｂ、２０倍の対物レンズ３０ｃを備えている。

撮像倍率切替部３１は、レンズ部３０に備えられた複数の対物レンズ３０ａ〜３０ｃの内いずれか１つを選択して切り替えるものである。具体的には、撮像倍率切替部３１は、電動アクチュエータ機構で構成されており、電動アクチュエータ機構には各対物レンズ３０ａ〜３０ｃが取り付けられている。より具体的には、電動アクチュエータ機構は、制御部５からの制御信号に基づいてスライド・静止する機構であり、どの倍率の対物レンズを使用するかを選択的に切り替えるものである。

蛍光フィルタ部３２は、励起光Ｌ１の波長成分を吸収又は反射させて減衰させつつ、検査対象となる部位から発せられたフォトルミネッセンス光Ｌ２を通過させるものである。具体的には、蛍光フィルタ部３２は、レンズ部３０と撮像カメラ３３との間に配置されたバンドパスフィルタで構成されている。より具体的には、このバンドパスフィルタは、励起光Ｌ１に含まれる波長成分（上述の場合は、紫外線領域の光。特に波長３８５ｎｍ以下の光）及び、赤外領域（例えば８００ｎｍ以上）の光を吸収または反射して減衰させ、フォトルミネッセンス光Ｌ２に含まれる３８５ｎｍより波長の長い紫外光や可視光を通過させるものである。

撮像カメラ３３は、蛍光フィルタ部３２を通過したフォトルミネッセンス光Ｌ２を撮像し、外部へ映像信号（アナログ信号）や映像データ（デジタル信号）を出力するものである。撮像カメラ３３は、イメージセンサ３４を備えている。

イメージセンサ３４は、受光した光エネルギーを時系列処理して、逐次電気信号に変換するものである。具体的には、イメージセンサ４５は、多数の受光素子が２次元配列されたエリアセンサが例示でき、より具体的にはＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサなどを備えた、白黒カメラまたはカラーカメラで構成されている。

欠陥検査部４は、蛍光撮像部３で撮像された画像に基づいて検査を行うものである。具体的には、欠陥検査部４は、画像処理機能を備えたコンピュータ（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）により構成されている。

より具体的には、欠陥検査部４は、撮像カメラ３３から出力された映像信号（アナログ信号）や映像データ（デジタル信号）が入力されると、画像の濃淡情報（例えば、輝度値。カラー画像であれば色相・明度・彩度などの色情報も含む）に基づいて欠陥候補を抽出し、どのような欠陥種類であるかを判定したり、欠陥種類を細分類したり、欠陥の計数や位置情報の出力など（いわゆる、欠陥検査）を行う。

［欠陥の種類］
図３は、検査対象となる欠陥の種類を模式的に表した斜視図である。
ここでは、ワイドギャップ半導体基板Ｗに生じた欠陥の種類として、ＳｉＣ基板Ｗ１上に形成させたＳｉＣエピタキシャル層Ｗ２の内部に生じた種々の欠陥が例示されている。また、エピタキシャル層Ｗ２の基底面Ｂが、破線で示されている。また、図では、欠陥の成長方向は、ｘ方向と所定の角度をなす、基底面Ｂに沿う方向として示されている。

本発明の検査対象となる欠陥としては、ＳｉＣエピタキシャル層に内在する基底面転位Ｅ１や、ＳｉＣエピタキシャル層に内在する積層欠陥Ｅ２が代表的に挙げられる。なお、積層欠陥Ｅ２は、単に「積層欠陥」と呼ばれるが、さらに１ＳＳＦ〜４ＳＳＦ等の欠陥種類に細分類することができる。なお、１ＳＳＦは、シングル・ショックレイ・スタッキング・フォルト（Single Shockley Stacking Fault）とも呼ばれる。同様に、２ＳＳＦはダブル・ショックレイ・スタッキング・フォルト（Double Shockley Stacking Fault）、３ＳＳＦはトリプル・ショックレイ・スタッキング・フォルト（Triple Shockley Stacking Fault）、４ＳＳＦはクアドラプル・ショックレイ・スタッキング・フォルト（Quadruple Shockley Stacking Fault）とも呼ばれる。

図４は、検査対象となる基板および各種欠陥の蛍光発光特性を示す図であり、横軸に波長、縦軸に蛍光発光の強度の一例が示されている。

ワイドギャップ半導体基板Ｗから発せられるフォトルミネッセンス光Ｌ２は、「基底面転位」も「積層欠陥」も無い場合、バンド端発光による波長成分（主に、３８５〜３９５ｎｍ）と、不純物準位の発光（いわゆる、Ｄ−Ａペア発光）による波長成分（主に、４５０〜７００ｎｍ）が含まれる。

一方、ワイドギャップ半導体基板Ｗに「基底面転位」があれば、当該基底面転位部位から発せられるフォトルミネッセンス光Ｌ２は、主に６１０ｎｍ以上の波長の光、特に７５０ｎｍ前後の波長の光が放出される。

一方、ワイドギャップ半導体基板Ｗに「積層欠陥」があれば、当該積層欠陥部位からは、積層欠陥の欠陥種類に応じて、１ＳＳＦなら波長４２０ｎｍ付近、２ＳＳＦなら波長５００ｎｍ付近、３ＳＳＦなら波長４８０ｎｍ付近、４ＳＳＦなら波長４６０ｎｍ付近のフォトルミネッセンス光が、主に放出される。また、前記以外にも、波長６００ｎｍ以下のフォトルミネッセンス光を放出する積層欠陥が確認されている。

［欠陥の抽出］
図５は、本発明により撮像された各種欠陥の白黒画像とカラー画像を模式的に表したイメージ図である。図５には、撮像カメラ３３にて撮像された画像が、白黒画像である場合の各種欠陥の濃淡画像イメージと、カラー画像である場合の各種欠陥の見え方が例示されている。さらに比較のため、従来技術で撮像された画像（赤外領域のフォトルミネッセンス光を撮像）での各種欠陥の濃淡画像イメージも示されている。なお、カラー画像について白黒で代用説明を行う都合上、色情報の違いは、適宜ハッチングの種類を変えつつ、撮像されたフォトルミネッセンス光の視覚的表現及び主な波長成分を併記して表現している。

本発明に係る欠陥検査部４では、取得した画像に対して画像処理を行い、背景画像と異なる濃淡情報や色情報の領域や部位を欠陥候補として抽出し、予め規定された判定基準に則って欠陥検査を行う、一連のプログラム処理が実行される。

制御部５は、撮像倍率切替部３０において選択された対物レンズの観察倍率に応じて、照明倍率変更部２０における励起光Ｌ１の照射範囲Ｆおよびエネルギー密度を変更するものである。

制御部５は、照射倍率変更部２５、撮像倍率切替部３１と各々接続されており、電動アクチュエータをスライド・静止させて使用する対物レンズ３０ａ〜３０ｃを切り替えたり、スライダー２６の位置Ｐ１〜Ｐ３を変更することができる。そのため、制御部５は、複数の対物レンズ３０ａ〜３０ｃの内、いずれを使用するかを選択すると共に、対物レンズの倍率に適した励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ１〜Ｆ３となるよう、レンズ２２とレンズ２３との間の距離を変更することができる。つまり、使用する対物レンズ３０ａ〜３０ｃの観察倍率に連動させて、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆおよびエネルギー密度を変更することができる様に構成されている。

また、制御部５は、基板保持部８の基板保持機構や相対移動部９などの、欠陥検査装置１に備えられた各機器とも接続されており、各機器を統括して制御することができる。具体的には、制御部５は、コンピュータＣＰやプログラマブルロジックコントローラ（シーケンサとも言う）などのハードウェアと、その実行プログラム（ソフトウェア）を備え、操作パネルやスイッチ類（図示せず）を介したオペレータによる操作、各種設定データおよび実行プログラムに基づいて、各機器の制御が行われる。

基板保持部８は、検査対象となるワイドギャップ半導体基板Ｗを所定の姿勢で保持するものである。具体的には、基板保持部８は、負圧吸着プレートや静電吸着プレート、把持チャック機構などの基板保持機構によりワイドギャップ半導体基板Ｗを保持するものが例示でき、上面が水平となるように配置されている。

相対移動部９は、励起光照射部２及び蛍光撮像部３に対して、基板保持部８を相対移動させるものである。具体的には、相対移動部９は、装置フレーム１ｆに取り付けられたＸ方向やＹ方向に延びるレール９１Ｘ，９１Ｙと、そのレール上を所定の速度で移動したり当該レール上の所定の位置で静止するスライダー９２Ｘ，９２Ｙ等を備えている。そして、スライダー９２Ｙ上には基板保持部８が取り付けられている。

スライダー９２Ｘ，９２Ｙは、制御用のアンプユニットなどを介して、制御部５と接続されており、制御部５からの制御信号に基づいてレール９１Ｘ，９１Ｙ上を所定の速度で移動させたり当該レール上の所定の位置で静止させることができる。より具体的には、検査のための画像取得（つまり、撮像）は静止状態で行われ、次の撮像位置への移動した後、再び画像取得のために静止状態となる、いわゆるステップアンドリピート方式で画像取得が行われる。

この様な構成をしているため、本発明にかかる欠陥検査装置１は、ワイドギャップ半導体基板Ｗの検査対象の撮像範囲を可変にしつつ、簡単な装置構成にもかかわらず従来よりも迅速かつ確実に欠陥の検査ができ、欠陥の拡張も防止することができる。

なお上述では、励起光照射部２の実施形態として照射倍率変更部２５を備えた構成を例示し、照射倍率変更部２５が、投影レンズ２２，２３のレンズ間の距離を変更することで励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）およびエネルギー密度を変更する形態を例示した。この様な形態であれば、必要最小限のレンズ枚数で励起光照射部２を構成しつつ、多段階での倍率変更が可能となるので好ましい。また、投影レンズ２２，２３を用いることで、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ１〜Ｆ３の内外での光量差を急峻に設定することができ、照射範囲を変更してもエネルギーロスを防ぎつつ、照射範囲Ｆ１〜Ｆ３内のエネルギー密度を変更することができる。
［別の形態］
しかし、本発明を具現化する上では、上述の様な形態に限らず、励起光照射部として投影倍率の異なる投影レンズを複数備え、照射倍率変更部は、励起光Ｌ１を通過させる投影レンズを切り替える形態であっても良い。

図６は、本発明を具現化する別の形態の一例の要部を示す概略図であり、励起光照射部２に代えて励起光照射部２Ｂを備えた形態が例示されている。

励起光照射部２Ｂは、励起光照射ユニット２０と、照射倍率変更部２５Ｂと、投影レンズ２８ａ〜２８ｃ等を備えている。励起光照射部２Ｂを構成する励起光照射ユニット２０と、照射倍率変更部２５Ｂは、装置フレーム１ｆに取付金具（図示せず）などを介して取り付けられている。

励起光照射ユニット２０は、上述の励起光照射部２に備えられたものと同様の構成のため、詳細な説明は省く。

照射倍率変更部２５Ｂは、ターレット式レンズホルダと回転アクチュエータで構成されている。回転アクチュエータは、制御部５からの制御信号に基づいてターレット式レンズホルダを所定の角度に回転・静止させるものである。ターレット式レンズホルダには、それぞれ投影倍率の異なる投影レンズ２８ａ〜２８ｃが取り付けられている。

投影レンズ２８ａ〜２８ｃは、励起光照射ユニット２０の光源２１から発せられた励起光Ｌ１を集光させ、ワイドギャップ半導体基板Ｗに設定した照射範囲Ｆに投影・照射するものである。具体的には、投影レンズ２８ａ〜２８ｃは、照射範囲Ｆ１〜Ｆ３に、光源２１から発せられた光を所定の投影倍率で投影するものであり、各々が１枚ないし複数の凸レンズや凹レンズを含む組合せレンズ等で構成されている。

励起光照射部２Ｂは、この様な構成をしているため、制御部５からの制御信号に基づいて使用する投影レンズ２８ａ〜２８ｃを切り替えて、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）およびエネルギー密度を変更することができる。そして、投影レンズ２８ａ〜２８ｃをそれぞれ、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ１〜Ｆ３に最適化設計しておくことにより、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ１〜Ｆ３の内外での光量差を急峻に設定することができ、照射範囲を変更してもエネルギーロスを防ぎつつ、照射範囲Ｆ１〜Ｆ３内のエネルギー密度を変更することができるので、好ましい。

なお、本発明に係る照射倍率変更部は、図１や図６を示しながら説明した上述の形態（つまり、照射倍率変更部２５，２５Ｂ）に限らず、以下の様な形態であっても、本発明を具現化することができる。

図７は、本発明を具現化するさらに別の形態の一例の要部を示す概略図であり、上述の励起光照射部２，２５Ｂに代えて励起光照射部２Ｃを備えた形態が例示されている。

励起光照射部２Ｃは、励起光照射ユニット（図示せず）と、拡散板２４と、投影レンズ２２，２３と、照射倍率変更部２５等を備えている。励起光照射ユニットは、ランプ光源などをライトガイドで導光する構成が例示でき、ライトガイド出射部２９から励起光Ｌ１が出射される。また、ライトガイド出射部２９から照射される励起光Ｌ１は、拡散板２４に照射されるよう配置されている。拡散板２４は、励起光Ｌ１が照射される面内の照度均一性を向上させるものである。そして、拡散板２４を隔ててライトガイド出射部２９と対向する位置に投影レンズ２２，２３が配置されている。

投影レンズ２２，２３は、拡散板２４に照射されて通過した励起光Ｌ１を、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射するものである。そして、励起光照射部２Ｃを構成する投影レンズ２２，２３、拡散板２４、照射倍率変更部２５Ｂは、装置フレーム１ｆに取付金具（図示せず）などを介して取り付けられている。さらに、照射倍率変更部２５のスライダー２６上には、ライトガイド出射部２９が取り付けられている。なお、励起光照射部２Ｃに備えられた投影レンズ２２，２３と、照射倍率変更部２５は、上述した励起光照射部２に備えられたそれらと概ね同様の構成であるため、詳細な説明は省く。

励起光照射部２Ｃは、この様な形態をしているため、制御部５からの制御信号に基づいて照射倍率変更部２５のスライダー２６（つまり、ライトガイド出射部２９）を位置Ｐ１〜Ｐ３に移動・静止させることで、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆおよびエネルギー密度が変更される。なお、スライダー２６の位置Ｐ１〜Ｐ３は、励起光Ｌ１の照射範囲Ｆが、蛍光撮像部３で使用する対物レンズ３０ａ〜３０ｃ各々に適した照射範囲Ｆ１〜Ｆ３となるよう、予め設定しておく。

励起光照射部２Ｃは、この様な構成をしているため、制御部５からの制御信号に基づいてライトガイド出射部２９の位置Ｐ１〜Ｐ３を切り替えて、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）およびエネルギー密度を変更することができる。この場合、上述した励起光照射部２，２Ｂの様に励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ１〜Ｆ３の内外での光量差が急峻ではないものの、比較的簡易な装置構成でワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）およびエネルギー密度を変更することができるので、好ましい。

また、本発明に係る照射倍率変更部は、この様な形態に限らず、励起光照射ユニット２０と投影レンズ２２を備えて、一定の拡がり角で励起光Ｌ１を照射する構成とし、励起光照射ユニット２０と投影レンズ２２を一体的に、ワイドギャップ半導体基板Ｗに対して近づけたり遠ざけたりする形態であっても良い。

照射倍率変更部は、この様な形態であっても、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面に投影照射される励起光Ｌ１の照射範囲Ｆ（例えば、Ｆ１〜Ｆ３）およびエネルギー密度を変更することができ、本発明を具現化することができる。

［検査対象となる基板、欠陥の種類］
上述では、検査対象となるワイドギャップ半導体基板Ｗの一類型として、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル層を成長させたものを例示し、このエピタキシャル層の内部、およびＳｉＣ基板との界面に生じた欠陥を検査する形態を示した。

しかし、ワイドギャップ半導体としては、ＳｉＣ基板に限定されず、ＧａＮなどの半導体からなる基板であっても良い。そして、検査対象となる基板の材料に応じて、照射する励起光Ｌ１の波長は適宜設定すれば良い。そして、検査対象となる基板の材料、励起光の波長Ｌ１および欠陥種類に対するフォトルミネッセンス光Ｌ２の特性に応じて、欠陥種類を分類するための濃淡情報や色情報は適宜設定すれば良い。

また、本発明に係る欠陥検査装置１は、ワイドギャップ半導体基板Ｗの表面上に形成させたエピタキシャル層に生じた欠陥のみならず、ワイドギャップ半導体基板Ｗを構成する材料そのものに生じた欠陥の検査にも適用することができる。

また、検査対象となる欠陥は、上述で例示した欠陥に限らず、マイクロパイプ、貫通らせん転位、貫通刃状転位などの転位欠陥や、他の種類の欠陥であっても良い。そして、これら検出対象となる欠陥の種類に応じて、励起光Ｌ１の波長や、蛍光フィルタ部２０を通過させるフォトルミネッセンス光Ｌ２の波長（つまり、蛍光フィルタ部２０のフィルタリング波長）を適宜設定すれば良い。

［励起光／蛍光フィルタの変形例］
上述では、励起光照射部２の励起光照射ユニット２０が、ＵＶ−ＬＥＤを光源として備え、波長３６５ｎｍ前後の光を励起光Ｌ１として照射し、フォトルミネッセンス光Ｌ２が波長３８５〜８００ｎｍの光（つまり、可視光領域に近い紫外光ないし可視光領域の光）である構成を例示した。

しかし、励起光Ｌ１の波長成分は、検査対象となる基板や欠陥の種類に応じて適宜決定すれば良い。同様に、欠陥検査のための撮像対象とするフォトルミネッセンス光Ｌ２は、どのような波長帯域の光を通過（つまり、フィルタリング）させるかは、検査対象となる基板や欠陥の種類や、励起光Ｌ１の波長に応じて適宜決定すれば良い。

具体的には、検査対象となる各種欠陥が、ＳｉＣ基板上に成長させたＳｉＣエピタキシャル層に生じたものであれば、３７５ｎｍ以下（いわゆる紫外光）の光を励起光Ｌ１として照射し、ＧａＮ基板上に成長させたＧａＮエピタキシャル層に生じたものであれば３６５ｎｍ以下の深紫外光を励起光Ｌ１として照射する。

例えば、検査対象となる各種欠陥がＧａＮ基板上に成長させたＧａＮエピタキシャル層に生じたものので、励起光Ｌ１の波長が３００ｎｍ付近の深紫外光であり、フォトルミネッセンス光Ｌ２が３５０〜４００ｎｍの可視光領域に近い紫外光であれば、蛍光観察フィルタとして、３５０ｎｍ以下を減衰させ、３５０ｎｍ以上を通過させる特性のものを用いる。

また、励起光照射ユニット２０に備えられた光源２１としては、ＵＶ−ＬＥＤに限らず、レーザ発振器やレーザダイオード、キセノンランプ等を用いた構成でも良い。例えば、レーザ発振器やレーザダイオードを用いる場合であれば、ＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザとＴＨＧとを組み合わせた、いわゆるＵＶレーザを用いて所定波長の励起光Ｌ１を照射する様に構成されている。一方、キセノンランプやメタルハライドランプ、水銀キセノンランプ、水銀ランプ等の白色光源を用いる場合であれば、励起光Ｌ１の波長成分を通過させてそれ以外の波長成分を吸収もしくは反射させるＵＶ透過フィルタやダイクロイックミラーなどを用いて、所定波長の励起光Ｌ１を照射する様に構成されている。なお、光源２１は、点光源や面光源などの方式を適宜選定することができ、光源の方式に応じて投影レンズの焦点距離や配置場所を設定すれば良い。

また、蛍光フィルタ部３２は、上述の様な構成に限らず、対物レンズ３０ａ〜３０ｃやイメージセンサ３５の表面に施されたコーティング膜にて構成しても良い。

［撮像倍率切替部の変形例］
上述では、撮像倍率切替部３１として、制御部５からの制御信号に基づいてスライド・静止する電動アクチュエータ機構を例示した。しかし、撮像倍率切替部３１は、他の方式により対物レンズ３０ａ〜３０ｃを切り替える構成でも良く、制御部５からの制御信号に基づいて回転・静止する電動レボルバ機構などにて構成されていても良い。

［制御部の変形例］
本発明を具現化する上では、上述の様にステップアンドリピート方式で画像取得が行われる形態の場合、次の撮像位置への移動している間は、励起光Ｌ１を照射させない（いわゆる、消灯）状態にしておくことが好ましい。

具体的には、照明光照射ユニット２０と制御部５とを接続し、リモート操作によって照明光を出射させるための電流のＯＮ／ＯＦＦやシャッターの開閉により、励起光Ｌ１のＯＮ／ＯＦＦを切り替え制御する構成とする。この様な構成であれば、制御部５は、撮像カメラ３３での撮像時に励起光Ｌ１を照射し、次の撮像位置への移動している間は励起光Ｌ１を照射させない（いわゆる、消灯）状態に切り替えることができ、ワイドギャップ半導体基板Ｗの移動中（つまり、非検査時）に不必要な励起光Ｌ１を照射させないため、欠陥の拡張防止効果を高めることができる。

しかし、この励起光Ｌ１のＯＮ／ＯＦＦを切り替え制御は、必須の機能ではなく、低倍率での観察などエネルギー密度が低い場合や、検査時間に要する時間と比較して次の場所への移動の間に励起光Ｌ１が照射されている時間が短い場合など、欠陥の拡張にさほど影響しない程度であれば、励起光Ｌ１を常時照射していても良い。

［相対移動部／撮像カメラの変形例］
なお上述では、相対移動部９の一例として、ステップアンドリピート方式で画像取得が行われる形態を例示したが、本発明を具現化する上ではこの様な方式に限らず、スキャン方式で画像取得が行われる形態であっても良い。

具体的には、以下の様な形態が例示できる。
（１）エリアセンサを備えた撮像カメラを用い、励起光Ｌ１をストロボ的に発光させる。
（２）ラインセンサやＴＤＩセンサを備えた撮像カメラを用い、励起光Ｌ１を常時照射し続ける。このとき、ラインセンサやＴＤＩセンサの長手方向が、相対移動部９のスキャン方向と交差（望ましくは、直交）する様に配置しておく。

また上述では、相対移動部９の一例として、装置フレーム１ｆに取り付けられた励起光照射部２及び蛍光撮像部３に対して、ワイドギャップ半導体基板Ｗを載置する基板保持部８をＸ方向およびＹ方向に移動させる形態を例示した。しかし、相対移動部９は、この様な構成に限らず、以下の様な形態であっても良い。
（１）励起光照射部２及び蛍光撮像部３をＸ方向またはＹ方向に移動させ、基板保持部８をＹ方向またはＸ方向に移動させる。
（２）励起光照射部２及び蛍光撮像部３をＸ方向およびＹ方向に移動させ、基板保持部８は装置フレーム１ｆに固定しておく。

１ 欠陥検査装置
２ 励起光照射部
３ 蛍光撮像部
４ 欠陥検査部
５ 制御部
８ 基板保持部
９ 相対移動部
２０ 励起光照射ユニット
２１ 光源
２２ 投影レンズ
２３ 投影レンズ
２４ 拡散板
２５ 照射倍率変更部
２６ スライダー
２７ 照射倍率変更部
２８ａ〜２８ｂ 投影レンズ
２９ ライトガイド出射部
３０ レンズ部
３０ａ〜３０ｃ 対物レンズ
３１ 撮像倍率切替部
３２ 蛍光フィルタ部
３３ 撮像カメラ
３４ イメージセンサ
Ｌ１ 励起光
Ｌ２ フォトルミネッセンス光
Ｗ ワイドギャップ半導体基板（検査対象）
Ｗ１ 基板（ＳｉＣ，ＧａＮなど）
Ｗ２ エピタキシャル層
Ｅ１ 基底面転位
Ｅ２ 積層欠陥
Ｆ 照射範囲
Ｆ１ 照射範囲（５倍の対物レンズ用）
Ｆ２ 照射範囲（１０倍の対物レンズ用）
Ｆ３ 照射範囲（２０倍の対物レンズ用）

Claims (3)

1. ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   前記ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射する励起光照射部と、
   前記励起光が前記ワイドギャップ半導体基板に照射されることで発せられたフォトルミネッセンス光を撮像する蛍光撮像部とを備え、
   前記蛍光撮像部には、観察倍率の異なる対物レンズを複数備え、当該複数の対物レンズの内いずれか１つを選択して切り替える撮像倍率切替部が備えられ、
   前記励起光照射部には、前記励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する照射倍率変更部が備えられ、
   前記撮像倍率切替部において選択された対物レンズの観察倍率に応じて、前記照明倍率変更部における前記励起光の照射範囲およびエネルギー密度を変更する制御部を備えた
   ことを特徴とする、欠陥検査装置。
   
2. 前記励起光照射部は、投影倍率の異なる投影レンズを複数備え、
   前記照射倍率変更部は、前記励起光を通過させる投影レンズを切り替える
   ことを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
   
3. 前記励起光照射部は、前記励起光を通過させる複数のレンズを備え、
   前記照射倍率変更部は、前記複数のレンズ間の距離を変更する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。

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