JP2019160999A - Defect inspection device, and defect inspection method - Google Patents

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和美 高野
Kazumi Takano
和美 高野
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AITESU KK
Ites Co Ltd
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AITESU KK
Ites Co Ltd
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Abstract

To provide a defect inspection device capable of detecting crystal defect of a silicon carbide specimen, especially basal surface displacement becoming problem in manufacturing of power device, in a short time with high efficiency.SOLUTION: A defect inspection device 10 for detecting crystal defect of a silicon carbide specimen A includes irradiation means 11 for irradiating the inspection region of the silicon carbide specimen A with exciting light L1, photography means 12 for photographing PL emission images in the inspection region collectively via a color filter 12a, conversion means 13 for converting the RGB value in the RGB color space of the PL emission images into CIE 1931 colorimetric system, and obtaining the x value in the xy color chromaticity coordinate, and determination means 14 for determining crystal defect of the silicon carbide specimen A.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置、及び欠陥検査方法に関する。   The present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for detecting crystal defects in a silicon carbide sample.

炭化珪素は、ワイドギャップ半導体であり、パワーデバイス分野において近年注目されている材料である。通常、炭化珪素は、エピタキシャル成長法により薄膜基板が製造されるが、炭素原子と珪素原子とで原子半径の差が大きいため、同じワイドギャップ半導体である窒化ガリウムと比較して、エピタキシャル層に結晶欠陥が生じやすい。結晶欠陥の中でも基底面転位は、順方向通電劣化の原因やリーク点となるため、パワーデバイスの製造において問題となる。そこで、炭化珪素基板の結晶欠陥を検出する手法として、フォトルミネッセンス(以下、「PL」と称する。)を利用した検査方法が開発されている。   Silicon carbide is a wide-gap semiconductor and is a material that has attracted attention in recent years in the field of power devices. Normally, silicon carbide produces a thin film substrate by an epitaxial growth method. However, since there is a large difference in atomic radii between carbon atoms and silicon atoms, there are crystal defects in the epitaxial layer compared to gallium nitride, which is the same wide gap semiconductor. Is likely to occur. Among the crystal defects, the basal plane dislocation causes a forward conduction deterioration and a leak point, and thus becomes a problem in the production of a power device. Therefore, an inspection method using photoluminescence (hereinafter referred to as “PL”) has been developed as a method for detecting a crystal defect in a silicon carbide substrate.

例えば、炭化珪素基板を走査してPL光をマッピングすることにより結晶欠陥を検出する検査方法がある(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1の検査方法では、高い空間分解能で結晶欠陥の2次元的な分布を調べることができるとされている。   For example, there is an inspection method for detecting crystal defects by scanning a silicon carbide substrate and mapping PL light (see, for example, Patent Document 1). In the inspection method of Patent Document 1, it is said that the two-dimensional distribution of crystal defects can be examined with high spatial resolution.

また、炭化珪素基板に励起光を照射し、炭化珪素基板からの反射光とPL光とを分離して、反射光による欠陥像と、PL光による欠陥像とを撮影する検査方法がある(例えば、特許文献2を参照)。特許文献2の検査方法では、基底面転位を他の結晶欠陥から分類することができる。   In addition, there is an inspection method for irradiating a silicon carbide substrate with excitation light, separating reflected light from the silicon carbide substrate and PL light, and photographing a defect image by the reflected light and a defect image by the PL light (for example, , See Patent Document 2). In the inspection method of Patent Document 2, basal plane dislocations can be classified from other crystal defects.

特開2006−147848号公報JP 2006-147848 A 特開2015−119056号公報JP 2015-1119056 A

しかしながら、特許文献1及び2の検査方法は、基板の全面を走査するために、励起光の照射とPL光の検出とを数多く繰り返す必要があり、検査時間が非常に長いという問題がある。炭化珪素基板は、近年の製造技術の改良により大口径化を果たしており、大口径の炭化珪素基板に特許文献1及び2の検査方法を適用した場合、検査時間の問題はさらに顕著なものとなる。また、炭化珪素基板は、高品質化の面でも長足の進歩を遂げており、特に、基底面転位は、4インチウェハ及び6インチウェハの何れでも基板中に数個程度にまで発生を抑えることが可能となっている。実際には基板中に基底面転位が数個しかない高品質な炭化珪素基板を、結晶欠陥が数多く存在することを想定して高い分解能で個々の結晶欠陥を識別する特許文献1及び2の検査方法によって検査することは、検査時間及び設備コストの両面で非効率である。このように従来の検査技術は、炭化珪素基板の大口径化及び高品質化に十分に対応できておらず、新たな検査手法の開発が求められている。   However, the inspection methods of Patent Documents 1 and 2 have a problem that the inspection time is very long because it is necessary to repeat irradiation of excitation light and detection of PL light many times in order to scan the entire surface of the substrate. Silicon carbide substrates have been increased in diameter due to recent improvements in manufacturing technology, and when the inspection methods of Patent Documents 1 and 2 are applied to large-diameter silicon carbide substrates, the problem of inspection time becomes even more prominent. . In addition, silicon carbide substrates have made significant progress in terms of quality improvement, and in particular, basal plane dislocations can be suppressed to several in the substrate for both 4-inch and 6-inch wafers. Is possible. Inspection of Patent Documents 1 and 2 for identifying a high-quality silicon carbide substrate having only a few basal plane dislocations in the substrate and identifying individual crystal defects with high resolution on the assumption that many crystal defects exist Inspection by the method is inefficient in terms of both inspection time and equipment cost. As described above, the conventional inspection technique cannot sufficiently cope with the increase in the diameter and quality of the silicon carbide substrate, and development of a new inspection method is required.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、炭化珪素試料の結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、短時間に高効率で検出することができる欠陥検査装置、及び欠陥検査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 is a defect inspection capable of detecting a crystal defect of a silicon carbide sample, particularly a basal plane dislocation which is a problem in the manufacture of a power device, in a short time with high efficiency. An object is to provide an apparatus and a defect inspection method.

上記課題を解決するための本発明に係る欠陥検査装置の特徴構成は、
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射手段と、
前記検査領域におけるPL発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影手段と、
前記PL発光画像のRGB色空間におけるRGB値をCIE 1931表色系に変換して、xy色度座標におけるx値を得る変換手段と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、xy色度座標における白色点のx値より大きい第1閾値と前記白色点のx値より小さい第2閾値とを参照し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第1閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第2閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定することにある。
The characteristic configuration of the defect inspection apparatus according to the present invention for solving the above problems is as follows.
A defect inspection apparatus for detecting crystal defects in a silicon carbide sample,
Irradiating means for irradiating the inspection region of the silicon carbide sample with excitation light;
Imaging means for collectively capturing PL emission images in the inspection area via a color filter;
Conversion means for converting an RGB value in the RGB color space of the PL emission image into a CIE 1931 color system to obtain an x value in an xy chromaticity coordinate;
Determination means for determining the presence or absence of crystal defects in the silicon carbide sample,
The determination means refers to a first threshold value larger than the x value of the white point in the xy chromaticity coordinates and a second threshold value smaller than the x value of the white point, and the x value obtained by the conversion of the RGB value is the first value. It is determined that there is a basal plane dislocation at the position of the silicon carbide sample corresponding to a pixel exceeding one threshold, and the silicon carbide sample corresponding to a pixel whose x value obtained by conversion of the RGB value is less than the second threshold It is determined that there is a stacking fault at the position.

パワーデバイスの製造に使用される厚みが数十μmの炭化珪素単結晶基板において、基底面転位等の結晶欠陥は、結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μm程度であり、例えば、炭化珪素単結晶の4インチウェハを炭化珪素試料とした場合、基板表面の法線方向から見た結晶欠陥の大きさは、炭化珪素試料の直径の1/1000程度になる。そのため、画素数が数百万〜数千万程度の普及品クラスのイメージセンサーを用いて炭化珪素試料の全面を一括して撮影した場合、結晶欠陥は複数画素に相当する大きさで撮影される。6インチウェハを炭化珪素試料とする場合にも、炭化珪素試料の全面の1/4程度の検査領域を一括して撮影することで、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなる画像を容易に得ることができる。本発明者は、このような炭化珪素試料の全面、又は全面を数分の一に分割した相当に広い領域において、PL発光画像を様々な条件で一括して撮影し、結晶欠陥が存在する位置に相当する画素の特徴を詳細に検討した。その結果、本発明者は、カラーフィルターを介してPL発光画像をカラー撮影した場合に、結晶欠陥が存在する位置に相当する画素では、RGB色空間におけるRGB値をCIE 1931表色系のxy色度座標に変換して得られるx値が、結晶欠陥の種類によって特徴的な値を示すことを見出した。本構成の欠陥検査装置によれば、RGB値を変換して得られるx値に基づいて、基底面転位と積層欠陥とを判別できるため、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなるPL発光画像から、結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、同程度の大きさの積層欠陥と容易に識別して検出することができる。この結果、炭化珪素試料の走査によるPL光のマッピングを必要とすることなく、一度のPL発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度の結晶欠陥が点在する場合でも、当該結晶欠陥を短時間に効率よく検出することができ、検査時間を大幅に短縮することができる。   In a silicon carbide single crystal substrate having a thickness of several tens of μm used for manufacturing power devices, crystal defects such as basal plane dislocations have a length of about several hundred μm along the off-cut direction of the crystal. When a silicon carbide sample is a 4-inch wafer of silicon single crystal, the size of crystal defects viewed from the normal direction of the substrate surface is about 1/1000 of the diameter of the silicon carbide sample. Therefore, when the entire surface of a silicon carbide sample is photographed in a lump using a popular product class image sensor having a number of pixels of several million to several tens of millions, crystal defects are photographed in a size corresponding to a plurality of pixels. . Even when a 6-inch wafer is used as a silicon carbide sample, it is possible to easily capture an image in which crystal defects have a size corresponding to a plurality of pixels by collectively photographing an inspection area of about ¼ of the entire surface of the silicon carbide sample. Obtainable. The present inventor has taken a PL emission image collectively under various conditions on the entire surface of such a silicon carbide sample or a considerably wide area obtained by dividing the entire surface by a fraction, and positions where crystal defects exist. The characteristics of the pixel corresponding to are examined in detail. As a result, when the PL emission image is photographed in color through the color filter, the present inventor converts the RGB value in the RGB color space to the xy color of the CIE 1931 color system at the pixel corresponding to the position where the crystal defect exists. It has been found that the x value obtained by converting into degree coordinates shows a characteristic value depending on the type of crystal defect. According to the defect inspection apparatus of this configuration, since the basal plane dislocation and the stacking fault can be distinguished based on the x value obtained by converting the RGB value, the PL emission image in which the crystal defect has a size corresponding to a plurality of pixels. Thus, crystal defects, particularly basal plane dislocations that are problematic in the production of power devices, can be easily identified and detected as stacking faults of the same size. As a result, even if several crystal defects are scattered in a wide inspection region by photographing a PL emission image once without requiring mapping of PL light by scanning a silicon carbide sample, the crystal defects are eliminated. Detection can be efficiently performed in a short time, and the inspection time can be greatly shortened.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記第1閾値は、0.35〜0.50の間に存在し、前記第2閾値は、0.20〜0.28の間に存在することが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
Preferably, the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28.

本構成の欠陥検査装置によれば、第1閾値が0.35〜0.50の間に存在し、第2閾値が0.20〜0.28の間に存在するため、基底面転位と積層欠陥とが同程度の大きさであっても、x値に基づいて両者を明確に識別することができ、パワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を精度よく検出することができる。   According to the defect inspection apparatus of this configuration, the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28. Even if the size of the defect is about the same, both can be clearly identified based on the x value, and the basal plane dislocation causing a problem in the production of the power device can be detected with high accuracy.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記撮影手段は、前記検査領域における散乱光画像をさらに撮影し、
前記判定手段は、前記散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定することが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
The imaging means further captures a scattered light image in the inspection area,
Preferably, the determination means determines the presence or absence of a micropipe based on the scattered light image.

本構成の欠陥検査装置によれば、散乱光画像に基づいてマイクロパイプの有無を判定することで、PL発光画像に基づいてその有無を判定する基底面転位及び積層欠陥と、マイクロパイプとを明確に識別することができる。   According to the defect inspection apparatus of this configuration, by determining the presence or absence of the micropipe based on the scattered light image, the basal plane dislocation and stacking fault for determining the presence or absence based on the PL emission image and the micropipe are clarified. Can be identified.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記照射手段は、紫外線LEDと、前記紫外線LEDから発せられた紫外光を均一化する均一化手段とを有することが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
The irradiating means preferably includes an ultraviolet LED and a homogenizing means for homogenizing the ultraviolet light emitted from the ultraviolet LED.

本構成の欠陥検査装置によれば、紫外線LEDから発せられた紫外光を均一化するため、炭化珪素試料の検査領域を均一に励起して、結晶欠陥を精度よく検出することができる。   According to the defect inspection apparatus of this configuration, since the ultraviolet light emitted from the ultraviolet LED is made uniform, the inspection region of the silicon carbide sample can be excited uniformly and the crystal defect can be detected with high accuracy.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記撮影手段は、前記検査領域が含まれる状態で、前記PL発光画像の撮影範囲を変更して補正用PL発光画像を撮影し、
前記補正用PL発光画像に基づいて、前記PL発光画像を補正する補正手段をさらに備えることが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
The imaging unit is configured to capture a correction PL emission image by changing the imaging range of the PL emission image in a state where the inspection area is included,
It is preferable to further include a correcting unit that corrects the PL light emission image based on the correction PL light emission image.

本構成の欠陥検査装置によれば、PL発光画像にPL光に由来しない撮影手段固有のノイズが含まれる場合、撮影範囲を変更して撮影した補正用PL発光画像でも同じ座標にノイズが含まれることになるため、PL発光画像から撮影手段固有のノイズを容易に検出して補正することができる。この結果、PL光に由来しない撮影手段固有のノイズによる影響を抑えて、結晶欠陥を高精度に検出することができる。   According to the defect inspection apparatus of this configuration, when the PL emission image includes noise specific to the imaging means not derived from the PL light, the correction coordinate emission light image captured by changing the imaging range also includes noise at the same coordinates. Therefore, it is possible to easily detect and correct noise specific to the photographing means from the PL emission image. As a result, it is possible to detect the crystal defect with high accuracy while suppressing the influence of noise inherent to the imaging means that is not derived from the PL light.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜であることが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
The silicon carbide sample is preferably an epitaxial thin film of silicon carbide single crystal.

本構成の欠陥検査装置によれば、エピタキシャル薄膜において好発する基底面転位及び積層転位を検出することができる。   According to the defect inspection apparatus of this configuration, it is possible to detect basal plane dislocations and stacking dislocations that are common in epitaxial thin films.

本発明に係る欠陥検査装置において、
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶の4インチウェハであることが好ましい。
In the defect inspection apparatus according to the present invention,
The silicon carbide sample is preferably a 4-inch wafer of silicon carbide single crystal.

炭化珪素試料が炭化珪素単結晶の4インチウェハであれば、炭化珪素試料の全面を検査領域として一括して撮影した場合、PL発光画像において結晶欠陥は、複数画素に相当する大きさとなる。この結果、本構成の欠陥検査装置によれば、炭化珪素試料の全面を検査領域として一括して一度撮影するだけで、炭化珪素試料に含まれる結晶欠陥を短時間に高効率で検出することができる。   If the silicon carbide sample is a 4-inch wafer of silicon carbide single crystal, when the entire surface of the silicon carbide sample is photographed collectively as the inspection region, crystal defects in the PL emission image have a size corresponding to a plurality of pixels. As a result, according to the defect inspection apparatus of this configuration, it is possible to detect the crystal defects contained in the silicon carbide sample in a short time with high efficiency only by photographing the entire surface of the silicon carbide sample once as an inspection region. it can.

上記課題を解決するための本発明にかかる欠陥検査方法の特徴構成は、
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射工程と、
前記検査領域におけるPL発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影工程と、
前記PL発光画像のRGB色空間におけるRGB値をCIE 1931表色系に変換して、xy色度座標におけるx値を得る変換工程と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定工程と
を包含し、
前記判定工程において、xy色度座標における白色点のx値より大きい第1閾値と前記白色点のx値より小さい第2閾値とを参照し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第1閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第2閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定することにある。
The characteristic configuration of the defect inspection method according to the present invention for solving the above problems is as follows.
A defect inspection method for detecting crystal defects in a silicon carbide sample,
An irradiation step of irradiating the inspection region of the silicon carbide sample with excitation light;
An imaging process for collectively capturing PL emission images in the inspection area via a color filter;
A conversion step of converting an RGB value in the RGB color space of the PL emission image into a CIE 1931 color system to obtain an x value in an xy chromaticity coordinate;
A determination step of determining the presence or absence of crystal defects in the silicon carbide sample,
In the determination step, the first threshold value larger than the x value of the white point in the xy chromaticity coordinates and the second threshold value smaller than the x value of the white point are referred to, and the x value obtained by the conversion of the RGB values is the first value. It is determined that there is a basal plane dislocation at the position of the silicon carbide sample corresponding to a pixel exceeding one threshold, and the silicon carbide sample corresponding to a pixel whose x value obtained by conversion of the RGB value is less than the second threshold It is determined that there is a stacking fault at the position.

本構成の欠陥検査方法によれば、RGB値を変換して得られるx値に基づいて、基底面転位と積層欠陥とを判別できるため、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなるPL発光画像から、結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、同程度の大きさの積層欠陥と容易に識別して検出することができる。この結果、炭化珪素試料の走査によるPL光のマッピングを必要とすることなく、一度のPL発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度の結晶欠陥が点在する場合でも、当該結晶欠陥を短時間に効率よく検出することができ、検査時間を大幅に短縮することができる。   According to the defect inspection method of this configuration, basal plane dislocations and stacking faults can be discriminated based on the x value obtained by converting the RGB values, so that the PL emission image in which the crystal defects have a size corresponding to a plurality of pixels. Thus, crystal defects, particularly basal plane dislocations that are problematic in the production of power devices, can be easily identified and detected as stacking faults of the same size. As a result, even if several crystal defects are scattered in a wide inspection region by photographing a PL emission image once without requiring mapping of PL light by scanning a silicon carbide sample, the crystal defects are eliminated. Detection can be efficiently performed in a short time, and the inspection time can be greatly shortened.

本発明に係る欠陥検査方法において、
前記第1閾値は、0.35〜0.50の間に存在し、前記第2閾値は、0.20〜0.28の間に存在することが好ましい。
In the defect inspection method according to the present invention,
Preferably, the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28.

本構成の欠陥検査方法によれば、第1閾値が0.35〜0.50の間に存在し、第2閾値が0.20〜0.28の間に存在するため、基底面転位と積層欠陥とが同程度の大きさであっても、x値に基づいて明確に識別することができ、パワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を精度よく検出することができる。   According to the defect inspection method of this configuration, the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28. Even if the size of the defect is about the same, it can be clearly identified based on the x value, and the basal plane dislocation that causes a problem in the production of the power device can be detected with high accuracy.

図1は、本発明の欠陥検査装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a defect inspection apparatus according to the present invention. 図2は、補正手段による補正処理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of correction processing by the correction means. 図3は、マイクロパイプが形成された領域の散乱光画像である。FIG. 3 is a scattered light image of the region where the micropipes are formed. 図4は、本発明の欠陥検査方法のフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart of the defect inspection method of the present invention.

以下、本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。   Hereinafter, embodiments relating to a defect inspection apparatus and a defect inspection method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not intended to be limited to the configuration described below.

〔欠陥検査装置〕
図1は、本発明の欠陥検査装置10の説明図である。欠陥検査装置10は、半導体に励起光L1を照射したときに発生するPL光L2を利用して炭化珪素試料Aを検査することで、結晶欠陥である基底面転位、及び積層欠陥を検出する装置である。本実施形態では、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板(4インチウェハ)である炭化珪素試料Aを検査対象とする。欠陥検査装置10は、照射手段11、撮影手段12、変換手段13、及び判定手段14を備え、さらに任意の構成として、補正手段15、及び可視光照射手段16を備えている。
[Defect inspection equipment]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a defect inspection apparatus 10 according to the present invention. The defect inspection apparatus 10 is an apparatus for detecting basal plane dislocations and stacking faults that are crystal defects by inspecting the silicon carbide sample A using PL light L2 generated when the semiconductor is irradiated with excitation light L1. It is. In this embodiment, a silicon carbide sample A, which is a silicon carbide single crystal thin film substrate (4-inch wafer) manufactured by an epitaxial growth method, is an inspection object. The defect inspection apparatus 10 includes an irradiation unit 11, an imaging unit 12, a conversion unit 13, and a determination unit 14, and further includes a correction unit 15 and a visible light irradiation unit 16 as optional configurations.

照射手段11は、炭化珪素試料AにPL光L2を発光させるための励起光L1を、炭化珪素試料Aの検査領域に照射する。照射手段11は、炭化珪素試料Aの検査領域に一括して励起光L1を照射可能な位置に配置される。本実施形態では、炭化珪素試料Aの全面を検査領域としており、照射手段11は、図1に示すように、炭化珪素試料Aの全体を含む範囲に励起光L1を照射可能な位置に配置される。照射手段11は、光源11a、及び均一化手段11bを有することが好ましい。光源11aは、例えば、紫外線LED等を含んで構成され、波長が350〜400nmの紫外線領域の光を出射する。均一化手段11bは、例えば、ロッドインテグレータレンズ等を含んで構成され、紫外線LEDの出射光の照度分布を均一化する。   Irradiation means 11 irradiates the inspection region of silicon carbide sample A with excitation light L 1 for causing silicon carbide sample A to emit PL light L 2. Irradiation means 11 is disposed at a position where the inspection region of silicon carbide sample A can be irradiated with excitation light L1 all at once. In the present embodiment, the entire surface of the silicon carbide sample A is used as the inspection region, and the irradiation means 11 is arranged at a position where the excitation light L1 can be irradiated in a range including the entire silicon carbide sample A as shown in FIG. The The irradiation unit 11 preferably includes a light source 11a and a uniformizing unit 11b. The light source 11a includes, for example, an ultraviolet LED, and emits light in the ultraviolet region having a wavelength of 350 to 400 nm. The uniformizing unit 11b includes, for example, a rod integrator lens and the like, and uniformizes the illuminance distribution of the emitted light from the ultraviolet LED.

撮影手段12は、赤(R)、青(B)、緑(G)の三原色のカラーフィルター12a、及びCCD(Charged-coupled devices)、CMOS(Complementary metal−oxide−semiconductor)等の固体撮像素子を二次元アレイ状に配列したイメージセンサー12bを有し、撮影手段12への入射光をカラーフィルター12aを透過させてイメージセンサー12bで検知するデジタルカメラである。撮影手段12は、カラーフィルター12aを介して光を取り込むことで、RGB色空間におけるR、G、及びBの階調レベルを示すRGB値を画素毎に有する画像を生成する。撮影手段12は、炭化珪素試料Aの検査領域を一括して撮影可能な位置に配置される。撮影手段12は、PL光撮影モードと、散乱光撮影モードとの2つの撮影モードを有する。PL光撮影モードでは、照射手段11から励起光L1を照射した後に、PL光L2を発光する状態の炭化珪素試料Aを撮影する。以下、PL光撮影モードで撮影された画像を、「PL発光画像」と称する。炭化珪素試料Aの基底面転位が存在する位置からは、波長が750nmである近赤外光領域のPL光L2が放出され、CCD等の固体撮像素子ではこのPL光L2が、赤色光(波長700nm以上)として受光される。この結果、撮影手段12において撮影したPL発光画像では、基底面転位が存在する位置にR値の輝点が生じる。散乱光撮影モードでは、白色LED等を光源とした可視光照射手段16により炭化珪素試料Aに可視光L3が照射されている状態で、炭化珪素試料Aの表面における可視光L3の散乱光を撮影する。以下、散乱光撮影モードで撮影された画像を、「散乱光画像」と称する。撮影手段12は、撮影した画像を、例えば、ハードディスク等のストレージに記録する。   The photographing unit 12 includes a color filter 12a of three primary colors of red (R), blue (B), and green (G), and a solid-state imaging device such as a CCD (Charged-coupled devices) and a CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor). This is a digital camera having an image sensor 12b arranged in a two-dimensional array and detecting light incident on the photographing means 12 through the color filter 12a and detected by the image sensor 12b. The photographing unit 12 captures light through the color filter 12a, thereby generating an image having RGB values indicating R, G, and B gradation levels in the RGB color space for each pixel. Imaging means 12 is arranged at a position where the inspection region of silicon carbide sample A can be imaged collectively. The photographing means 12 has two photographing modes, a PL light photographing mode and a scattered light photographing mode. In the PL light imaging mode, after irradiating the excitation light L1 from the irradiation means 11, the silicon carbide sample A in a state of emitting the PL light L2 is imaged. Hereinafter, an image photographed in the PL light photographing mode is referred to as a “PL light emission image”. The PL light L2 in the near-infrared light region having a wavelength of 750 nm is emitted from the position where the basal plane dislocation of the silicon carbide sample A exists, and in a solid-state imaging device such as a CCD, the PL light L2 is red light (wavelength). (700 nm or more). As a result, in the PL emission image photographed by the photographing means 12, a bright spot having an R value is generated at a position where the basal plane dislocation exists. In the scattered light imaging mode, the scattered light of the visible light L3 on the surface of the silicon carbide sample A is photographed in a state where the visible light L3 is irradiated on the silicon carbide sample A by the visible light irradiation means 16 using a white LED or the like as a light source. To do. Hereinafter, an image photographed in the scattered light photographing mode is referred to as a “scattered light image”. The photographing unit 12 records the photographed image in a storage such as a hard disk.

イメージセンサー12bは、画素数が100万以上であることが好ましい。基底面転位等の結晶欠陥は結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μm程度のサイズを有しており、イメージセンサー12bの画素数が100万以上であれば、4インチウェハの全面を一括して撮影した場合に、複数画素に相当するサイズで結晶欠陥を撮影できる。そのため、炭化珪素試料Aが4インチウェハであれば、炭化珪素試料Aの全面を検査領域に設定して、一度の撮影で結晶欠陥の有無を検査することができる。画素数が100万を下回ると、4インチウェハの全面を一括して撮影した場合に、結晶欠陥の撮影サイズが小さくなり、結晶欠陥の有無を正確に判定することが困難になる虞がある。   The image sensor 12b preferably has 1 million or more pixels. Crystal defects such as basal plane dislocations have a size of about several hundreds μm in length along the off-cut direction of the crystal. If the number of pixels of the image sensor 12b is 1 million or more, the entire surface of a 4-inch wafer is covered. When the images are taken together, crystal defects can be taken with a size corresponding to a plurality of pixels. Therefore, if the silicon carbide sample A is a 4-inch wafer, the entire surface of the silicon carbide sample A can be set as an inspection region, and the presence or absence of crystal defects can be inspected by one imaging. When the number of pixels is less than 1 million, when the entire surface of a 4-inch wafer is imaged collectively, the imaging size of crystal defects becomes small, and it may be difficult to accurately determine the presence or absence of crystal defects.

変換手段13、判定手段14、及び補正手段15は、CPU、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいて、メモリに記録されているプログラムをCPUが読み出して実行することで、それらの機能が実現される。変換手段13は、撮影手段12が撮影してストレージに記録したPL発光画像が有するRGB値をCIE 1931表色系に変換し、xy色度座標におけるxy色度値を生成する。変換手段13によるxy色度値の生成は、PL発光画像の一画素毎、又は複数画素毎に実施する。xy色度値の生成を複数画素毎に実施する場合は、例えば、エッジ検出処理によりRGB値が近い一群の画素を検出し、この一群の画素のRGB値の平均値を用いて、xy色度値を生成することが好ましい。xy色度値の生成は、RGB値から三刺激値X、Y、Zへの変換を経て、これをxy色度座標へ変換することで実施される。例えば、画像データのRGB色空間として国際電気標準会議により規定されたsRGB表色系を用いる場合、先ず、下記の式(1)〜(3)により、sRGB表色系におけるR、G、Bを、PL光の元の明るさに比例する色空間(以下、「リニアRGB色空間」と称する。)におけるR’、G’、B’に変換する。   The conversion means 13, the determination means 14, and the correction means 15 are realized by a computer having a CPU, a memory, a storage, and the like when the CPU reads and executes a program recorded in the memory. The conversion unit 13 converts the RGB value of the PL emission image captured by the imaging unit 12 and recorded in the storage into the CIE 1931 color system, and generates an xy chromaticity value in the xy chromaticity coordinates. The generation of the xy chromaticity value by the conversion unit 13 is performed for each pixel of the PL emission image or for each of a plurality of pixels. When the generation of the xy chromaticity value is performed for each of a plurality of pixels, for example, a group of pixels having similar RGB values is detected by edge detection processing, and the average value of the RGB values of the group of pixels is used to determine the xy chromaticity. It is preferable to generate a value. The generation of the xy chromaticity value is performed by converting the RGB value into the tristimulus values X, Y, and Z, and then converting them into the xy chromaticity coordinates. For example, when the sRGB color system defined by the International Electrotechnical Commission is used as the RGB color space of the image data, first, R, G, and B in the sRGB color system are expressed by the following equations (1) to (3). , Converted into R ′, G ′, and B ′ in a color space proportional to the original brightness of the PL light (hereinafter referred to as “linear RGB color space”).

次に、下記の式(4)〜(6)により、リニアRGB色空間におけるR’、G’、B’を、CIE 1931表色系の三刺激値X、Y、Zに変換する。
X = 0.4124×R’ + 0.3576×G’ + 0.1805×B’ (4)
Y = 0.2126×R’ + 0.7152×G’ + 0.0722×B’ (5)
Z = 0.0193×R’ + 0.1192×G’ + 0.9505×B’ (6)
Next, R ′, G ′, and B ′ in the linear RGB color space are converted into tristimulus values X, Y, and Z in the CIE 1931 color system by the following equations (4) to (6).
X = 0.4124 × R ′ + 0.3576 × G ′ + 0.1805 × B ′ (4)
Y = 0.2126 × R ′ + 0.7152 × G ′ + 0.0722 × B ′ (5)
Z = 0.0193 x R '+ 0.1192 x G' + 0.9505 x B '(6)

さらに、下記の式(7)、(8)により、三刺激値X、Y、Zからxy色度値を得る。
x = X / (X+Y+Z) (7)
y = Y / (X+Y+Z) (8)
Furthermore, an xy chromaticity value is obtained from the tristimulus values X, Y, and Z by the following equations (7) and (8).
x = X / (X + Y + Z) (7)
y = Y / (X + Y + Z) (8)

判定手段14は、変換手段13が生成したxy色度値を参照して、炭化珪素試料Aの結晶欠陥の有無を判定する。判定手段14による判定では、具体的には、白色点のx値より大きい第1閾値を参照して、PL発光画像において、xy色度値のx値が第1閾値を超える画素に対応した炭化珪素試料Aの位置に、基底面転位が存在すると判定する。xy色度座標における白色点は、例えば、CIE標準光源D65を用いる場合、x値が0.3127である。第1閾値は、好ましくは0.35〜0.50の間に存在する値、より好ましくは0.40に設定する。第1閾値を上記の値に設定することで、炭化珪素試料Aにおける基底面転位を高い精度で検出できる。第1閾値を0.35未満の値に設定すると、結晶欠陥が生じていない位置、及び他の種類の結晶欠陥が生じている位置において、基底面転位を誤検出する虞がある。第1閾値を0.50を超える値に設定すると、基底面転位の検出漏れが発生する虞がある。判定手段14による判定では、さらに、白色点のx値より小さい第2閾値を参照して、PL発光画像において、xy色度値のx値が第2閾値を未満である画素に対応した炭化珪素試料Aの位置に、積層欠陥が存在すると判定する。第2閾値は、好ましくは0.20〜0.28の間に存在する値、より好ましくは0.25に設定する。第2閾値を上記の値に設定することで、炭化珪素試料Aにおける積層欠陥を高い精度で検出できる。第2閾値を0.20未満の値に設定すると、積層欠陥の検出漏れが発生する虞がある。第2閾値を0.28を超える値に設定すると、結晶欠陥が生じていない位置、及び他の種類の結晶欠陥が生じている位置において、積層欠陥を誤検出する虞がある。   Determination means 14 refers to the xy chromaticity value generated by conversion means 13 to determine the presence or absence of crystal defects in silicon carbide sample A. In the determination by the determination means 14, specifically, referring to the first threshold value that is larger than the x value of the white point, the carbonization corresponding to the pixel in which the x value of the xy chromaticity value exceeds the first threshold value in the PL emission image. It is determined that a basal plane dislocation exists at the position of the silicon sample A. For example, when the CIE standard light source D65 is used, the white value in the xy chromaticity coordinates has an x value of 0.3127. The first threshold value is preferably set to a value existing between 0.35 and 0.50, and more preferably set to 0.40. By setting the first threshold value to the above value, the basal plane dislocation in the silicon carbide sample A can be detected with high accuracy. When the first threshold value is set to a value less than 0.35, there is a possibility that the basal plane dislocation is erroneously detected at a position where no crystal defect occurs and at a position where another type of crystal defect occurs. If the first threshold value is set to a value exceeding 0.50, there is a possibility that detection failure of basal plane dislocation occurs. In the determination by the determination unit 14, the silicon carbide corresponding to the pixel whose x value of the xy chromaticity value is less than the second threshold value in the PL emission image with reference to the second threshold value smaller than the x value of the white point. It is determined that there is a stacking fault at the position of the sample A. The second threshold is preferably set to a value existing between 0.20 and 0.28, more preferably 0.25. By setting the second threshold value to the above value, the stacking fault in the silicon carbide sample A can be detected with high accuracy. If the second threshold value is set to a value less than 0.20, a stacking fault may be missed. If the second threshold is set to a value exceeding 0.28, stacking faults may be erroneously detected at positions where no crystal defects have occurred and positions where other types of crystal defects have occurred.

判定手段14は、さらに、撮影手段12が撮影してストレージに記録した散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定する。マイクロパイプとは、結晶欠陥の一種であり、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜基板に生じる微細な貫通孔である。図3は、マイクロパイプが形成された領域の散乱光画像である。マイクロパイプの有無の判定処理として、判定手段14は、散乱光画像の画像解析により、図3に示すように、周囲より輝度の低い六本の線が放射状に広がる構造の中心Mの画素を検出し、中心Mの画素に対応した炭化珪素試料の位置に、マイクロパイプが存在すると判定する。   The determination unit 14 further determines the presence / absence of a micropipe based on the scattered light image captured by the imaging unit 12 and recorded in the storage. A micropipe is a kind of crystal defect and is a fine through-hole formed in an epitaxial thin film substrate of a silicon carbide single crystal. FIG. 3 is a scattered light image of the region where the micropipes are formed. As a process for determining the presence or absence of a micropipe, the determination means 14 detects a pixel at the center M of a structure in which six lines having lower brightness than the surroundings spread radially as shown in FIG. 3 by analyzing the scattered light image. Then, it is determined that the micropipe exists at the position of the silicon carbide sample corresponding to the pixel at the center M.

補正手段15は、撮影手段12が撮影してストレージに記録したPL発光画像、及び散乱光画像に対して補正処理を施し、イメージセンサー12bの感度ムラに起因するノイズや、固体撮像素子を非冷却で使用する場合に生じるノイズを除去又は軽減する。ストレージ中のPL発光画像、及び散乱光画像を補正手段15が補正し、変換手段13、及び判定手段14が補正後の画像を処理に用いることで、イメージセンサー12bの感度ムラ等に起因するノイズの影響を抑えて、結晶欠陥の有無を高い精度で判定できる。図2は、補正手段15による補正処理の説明図である。図2(a)は、PL発光画像の撮影範囲B1と、補正用PL発光画像の撮影範囲B2とを示す図である。図2(b)は、撮影範囲B1で撮影されたPL発光画像C1の模式図である。図2(c)は、撮影範囲B2で撮影された補正用PL発光画像C2の模式図である。補正手段15が補正処理を実施する前に、先ず、撮影手段12は、図2(a)に示すように、PL発光画像を撮影した撮影範囲B1を炭化珪素試料Aの検査領域が含まれる状態のまま撮影範囲B2に変更し、撮影範囲B2で補正用PL発光画像を撮影する。撮影範囲の変更は、撮影範囲B1から撮影範囲B2への平行移動であることが好ましい。例えば、炭化珪素試料Aを載置した載置台を炭化珪素試料Aの表面と平行に移動させる。他の方法として、撮影手段12を炭化珪素試料Aの表面と平行に移動させてもよい。撮影手段12として炭化珪素試料Aの上方に設置したカメラを用いる場合、PL発光画像の撮影後に、イメージセンサー12bにおいて固体撮像素子が二次元アレイ状に配列する縦方向及び横方向に、夫々50画素に相当する幅だけ載置台を移動させて補正用PL発光画像を撮影することで、撮影範囲を平行に移動させることができる。補正手段15は、撮影範囲B1で撮影された図2(b)のPL発光画像C1と、撮影範囲B2で撮影された図2(c)の補正用PL発光画像C2とを比較し、PL発光画像C1と、補正用PL発光画像C2とで同じ座標に存在する輝点をノイズと判定して、PL発光画像C1を補正する。図2の例では、PL発光画像C1における輝点D1は、補正用PL発光画像C2の同じ座標に同輝度の輝点D2が存在するため、補正手段15は、輝点D1をノイズであると判定する。補正手段15は、ノイズと判定した輝点D1を、輝点D1に対応する炭化珪素試料Aの位置を撮影した補正用PL発光画像C2の画素Fと置換することで補正する。一方、PL発光画像C1における輝点E1は、補正用PL発光画像C2の同じ座標に輝点がなく、補正用PL発光画像C2において、炭化珪素試料Aの同じ位置に対応する座標に輝点E2が存在するため、補正手段15は、輝点E1をノイズではなくPL光L2に由来する輝点であると判定する。補正手段15は、さらに、上記の補正処理に加えて、シェーディング補正等の画像処理を、PL発光画像、及び散乱光画像に施してもよい。   The correction unit 15 performs correction processing on the PL emission image and the scattered light image which are captured by the imaging unit 12 and recorded in the storage, and noise caused by uneven sensitivity of the image sensor 12b and the solid-state imaging device are not cooled. Removes or reduces noise generated when used in The correction unit 15 corrects the PL emission image and the scattered light image in the storage, and the conversion unit 13 and the determination unit 14 use the corrected image for processing, thereby causing noise caused by unevenness of sensitivity of the image sensor 12b. The presence or absence of crystal defects can be determined with high accuracy. FIG. 2 is an explanatory diagram of correction processing by the correction means 15. FIG. 2A is a diagram illustrating a PL emission image shooting range B1 and a correction PL emission image shooting range B2. FIG. 2B is a schematic diagram of the PL emission image C1 captured in the imaging range B1. FIG. 2C is a schematic diagram of the correction PL emission image C2 captured in the imaging range B2. Before the correction unit 15 performs the correction process, the imaging unit 12 first includes a state in which the inspection region of the silicon carbide sample A is included in the imaging range B1 in which the PL emission image is captured as illustrated in FIG. The shooting range B2 is changed as it is, and a correction PL emission image is shot in the shooting range B2. The change of the photographing range is preferably a parallel movement from the photographing range B1 to the photographing range B2. For example, the mounting table on which the silicon carbide sample A is mounted is moved in parallel with the surface of the silicon carbide sample A. As another method, the photographing means 12 may be moved in parallel with the surface of the silicon carbide sample A. When a camera installed above the silicon carbide sample A is used as the imaging means 12, 50 pixels are respectively arranged in the vertical direction and the horizontal direction in which the solid-state imaging devices are arranged in a two-dimensional array in the image sensor 12b after the PL emission image is captured. The photographing range can be moved in parallel by moving the mounting table by a width corresponding to and photographing the correction PL light emission image. The correction means 15 compares the PL emission image C1 of FIG. 2B taken in the shooting range B1 with the correction PL emission image C2 of FIG. 2C taken in the shooting range B2, and PL emission is performed. The bright spot existing at the same coordinates in the image C1 and the correction PL emission image C2 is determined as noise, and the PL emission image C1 is corrected. In the example of FIG. 2, the bright spot D1 in the PL light emission image C1 has a bright spot D2 having the same luminance at the same coordinates of the correction PL light emission image C2, and therefore the correction means 15 determines that the bright spot D1 is noise. judge. The correcting means 15 corrects the bright spot D1 determined as noise by replacing the pixel F of the correction PL emission image C2 obtained by photographing the position of the silicon carbide sample A corresponding to the bright spot D1. On the other hand, the bright spot E1 in the PL light emission image C1 has no bright spot at the same coordinates of the correction PL light emission image C2, and the bright spot E2 is at the coordinates corresponding to the same position of the silicon carbide sample A in the correction PL light emission image C2. Therefore, the correcting unit 15 determines that the bright spot E1 is not a noise but a bright spot derived from the PL light L2. The correction unit 15 may further perform image processing such as shading correction on the PL emission image and the scattered light image in addition to the above correction processing.

以上の構成により、欠陥検査装置10は、一度のPL発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度が点在する基底面転位、及び積層欠陥を検出することができる。また、一度の散乱光画像の撮影によって、炭化珪素試料Aの検査領域に存在するマイクロパイプを検出することができる。この結果、広い検査領域に数個程度が点在する基底面転位を他の結晶欠陥と識別して、短い検査時間で高精度に検出することができる。   With the above configuration, the defect inspection apparatus 10 can detect basal plane dislocations and stacking faults that are scattered in several large inspection areas by capturing a single PL emission image. Moreover, the micropipe which exists in the test | inspection area | region of the silicon carbide sample A is detectable by imaging | photography of a once scattered light image. As a result, basal plane dislocations in which about several dots are scattered in a wide inspection region can be distinguished from other crystal defects and detected with high accuracy in a short inspection time.

〔欠陥検査方法〕
図4は、本発明の欠陥検査方法のフローチャートである。欠陥検査方法は、図1の欠陥検査装置10において、照射工程(S1)、撮影工程(S2)、変換工程(S3)、及び判定工程(S4〜S9)を実行することにより実施される。フローチャートに示す各ステップの詳細は、欠陥検査装置10についての説明と重複するため、その説明を省略し、ここでは、フローチャートにより示した手順に重点を置いて説明する。
[Defect inspection method]
FIG. 4 is a flowchart of the defect inspection method of the present invention. The defect inspection method is performed by executing an irradiation step (S1), a photographing step (S2), a conversion step (S3), and a determination step (S4 to S9) in the defect inspection apparatus 10 of FIG. The details of each step shown in the flowchart overlap with the description of the defect inspection apparatus 10, and thus the description thereof will be omitted. Here, description will be given with an emphasis on the procedure shown in the flowchart.

欠陥検査方法では、先ず、照射工程(S1)を実施する。照射工程(S1)では、紫外線LEDを用いた光源11aが発した波長350〜400nmの紫外光を、ロッドインテグレータレンズを用いた均一化手段11bで輝度分布を均一化し、励起光L1として炭化珪素試料Aの検査領域の全体に照射する。照射工程(S1)の実施により、炭化珪素試料AがPL光L2を発光する。炭化珪素試料Aの検査領域のサイズは、撮影手段12に用いるイメージセンサー12bの画素数に応じて、結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μm程度である結晶欠陥を、複数画素に相当する大きさで撮影できるサイズに設定することが好ましい。   In the defect inspection method, first, an irradiation step (S1) is performed. In the irradiation step (S1), the luminance distribution of the ultraviolet light having a wavelength of 350 to 400 nm emitted from the light source 11a using the ultraviolet LED is homogenized by the homogenizing means 11b using the rod integrator lens, and the silicon carbide sample is used as the excitation light L1. The entire inspection area A is irradiated. By performing the irradiation step (S1), silicon carbide sample A emits PL light L2. The size of the inspection region of the silicon carbide sample A corresponds to a plurality of pixels with a crystal defect whose length along the off-cut direction of the crystal is about several hundred μm depending on the number of pixels of the image sensor 12 b used in the imaging unit 12. It is preferable to set it to a size that can be photographed at a size to be captured.

炭化珪素試料AがPL光L2を発光している状態で、撮影工程(S2)を実施する。撮影工程(S2)では、撮影手段12が、炭化珪素試料Aの検査領域を、カラーフィルター12aを介して一括して撮影することで、PL発光画像を生成する。   The imaging step (S2) is performed in a state where the silicon carbide sample A emits the PL light L2. In the imaging step (S2), the imaging means 12 generates a PL emission image by collectively imaging the inspection region of the silicon carbide sample A via the color filter 12a.

次に、変換手段13が、変換工程(S3)を実施する。変換工程(S3)では、撮影工程(S2)において撮影されたPL発光画像のRGB色空間におけるRGB値をxy色度座標に変換して、画素毎のxy色度値を得る。   Next, the conversion means 13 performs a conversion process (S3). In the conversion step (S3), the RGB values in the RGB color space of the PL emission image captured in the imaging step (S2) are converted into xy chromaticity coordinates to obtain xy chromaticity values for each pixel.

次に、判定手段14が、判定工程(S4〜S9)を実施する。判定工程では、先ず、PL発光画像の任意の画素を判定位置に選択し(S4)、判定位置のxy色度値のx値が第1閾値より大きいか否かを判定する(S5)。x値が第1閾値より大きい場合(S5:Yes)、判定手段14は、判定位置の画素に対応した炭化珪素試料Aの位置において、基底面転位を検出し(S6)、その後、S9に処理を進める。x値が第1閾値以下である場合(S5:No)、判定位置のxy色度値のx値が第2閾値より小さいか否かを判定する(S7)。x値が第2閾値より小さい場合(S7:Yes)、判定手段14は、判定位置の画素に対応した炭化珪素試料Aの位置において、積層欠陥を検出し(S8)、その後、S9に処理を進める。x値が第2閾値以上である場合(S7:No)、そのままS9に処理を進める。   Next, the determination means 14 performs a determination process (S4 to S9). In the determination step, first, an arbitrary pixel of the PL emission image is selected as a determination position (S4), and it is determined whether or not the x value of the xy chromaticity value at the determination position is larger than the first threshold (S5). When the x value is larger than the first threshold value (S5: Yes), the determination unit 14 detects the basal plane dislocation at the position of the silicon carbide sample A corresponding to the pixel at the determination position (S6), and thereafter, the process proceeds to S9. To proceed. When the x value is equal to or smaller than the first threshold value (S5: No), it is determined whether the x value of the xy chromaticity value at the determination position is smaller than the second threshold value (S7). When the x value is smaller than the second threshold (S7: Yes), the determination unit 14 detects a stacking fault at the position of the silicon carbide sample A corresponding to the pixel at the determination position (S8), and then performs the process at S9. Proceed. If the x value is greater than or equal to the second threshold (S7: No), the process proceeds directly to S9.

S9においては、判定手段14は、PL発光画像において判定位置に選択していない未処理画素があるかを判定する。未処理画素がある場合(S9:Yes)、S4に戻って未処理画素を判定位置に選択し、S5〜S9の判定工程を継続する。未処理画素がない場合(S9:No)、炭化珪素試料Aの検査を終了する。   In S9, the determination unit 14 determines whether there is an unprocessed pixel that is not selected at the determination position in the PL emission image. When there is an unprocessed pixel (S9: Yes), the process returns to S4, selects the unprocessed pixel as a determination position, and continues the determination process of S5 to S9. When there is no unprocessed pixel (S9: No), the inspection of the silicon carbide sample A is finished.

〔別実施形態〕
本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、上記の実施形態で説明した構成を変更することも可能である。そのような変更例を別実施形態として説明する。
[Another embodiment]
The defect inspection apparatus and the defect inspection method of the present invention can also change the configuration described in the above embodiment. Such a modification will be described as another embodiment.

<別実施形態1>
本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、炭化珪素単結晶の4インチウェハだけではなく、他の口径の炭化珪素単結晶のウェハを炭化珪素試料として検査することも可能である。また、炭化珪素試料の検査領域は、必ずしも炭化珪素試料の全面とする必要はない。炭化珪素試料の検査領域の大きさは、撮影手段で検査領域を一括して撮影した場合に、炭化珪素試料の100μmの領域を少なくとも2画素以上の大きさで撮影できるように、設定することが好ましい。例えば、炭化珪素単結晶の6インチウェハを炭化珪素試料とし、画素数が100万のイメージセンサーを有する撮影手段でPL発光画像を撮影する場合、炭化珪素試料の表面を4分割して、4つの検査領域を設ける。6インチウェハの炭化珪素試料の全面の1/4の広さの検査領域を画素数が100万のイメージセンサーで撮影すると、炭化珪素試料の100μmの領域が縦横2画素で撮影されるため、100μm程度の大きさの結晶欠陥を検出することができる。
<Another embodiment 1>
The defect inspection apparatus and the defect inspection method of the present invention can inspect not only a silicon carbide single crystal 4-inch wafer but also a silicon carbide single crystal wafer having another diameter as a silicon carbide sample. Further, the inspection region of the silicon carbide sample is not necessarily the entire surface of the silicon carbide sample. The size of the inspection region of the silicon carbide sample can be set so that a 100 μm region of the silicon carbide sample can be imaged with a size of at least two pixels when the inspection region is imaged collectively with the imaging means. preferable. For example, when a PL light emission image is taken with a photographing means having an image sensor having a pixel number of 1 million using a 6-inch wafer of silicon carbide single crystal as a silicon carbide sample, the surface of the silicon carbide sample is divided into four parts. An inspection area is provided. When an inspection area having a width of 1/4 of the entire surface of a 6-inch wafer silicon carbide sample is photographed with an image sensor having one million pixels, a 100 μm region of the silicon carbide sample is photographed with two pixels in the vertical and horizontal directions. A crystal defect of a certain size can be detected.

<別実施形態2>
RGB値からxy色度値への変換は、必ずしもPL発光画像の全ての画素で実施する必要はない。例えば、PL発光画像においてエッジ検出処理を実施し、エッジが検出された領域でのみRGB値からxy色度値への変換を行い、第1閾値及び第2閾値との比較を行うように構成してもよい。この構成は、xy色度値へ変換するためのデータ処理量が少なく、検査時間、及び設備コストの増大を抑制することができるため、特に、数千万以上の画素数を有する大型のイメージセンサーを用いて、10インチを超える大口径ウェハを検査する場合等に有用である。
<Another embodiment 2>
The conversion from the RGB value to the xy chromaticity value is not necessarily performed on all the pixels of the PL emission image. For example, the edge detection process is performed on the PL emission image, the RGB value is converted into the xy chromaticity value only in the region where the edge is detected, and the first threshold value and the second threshold value are compared. May be. This configuration has a small amount of data processing for conversion into xy chromaticity values, and can suppress an increase in inspection time and equipment cost. Therefore, particularly, a large image sensor having a number of pixels of tens of millions or more. This is useful when inspecting a large-diameter wafer exceeding 10 inches.

次に、具体的実施例に基づいて、本発明に係る欠陥検査装置、及び欠陥検査方法を詳細に説明する。   Next, the defect inspection apparatus and the defect inspection method according to the present invention will be described in detail based on specific examples.

〔炭化珪素試料〕
炭化珪素試料には、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板(4インチウェハ)を用い、結晶欠陥として、基底面転位、積層欠陥、及びインクルージョンが存在する位置が既知のものを準備した。
[Silicon carbide sample]
As a silicon carbide sample, a silicon carbide single crystal thin film substrate (4-inch wafer) manufactured by an epitaxial growth method is used, and a crystal defect having a known position of basal plane dislocation, stacking fault, and inclusion is prepared. did.

〔PL発光画像の撮影〕
励起光の波長が365nmである紫外線LEDを光源として用い、紫外光の輝度分布をロッドインテグレータレンズにより均一化して、炭化珪素試料の全面に照射した。照射を受けてPL光を発光した炭化珪素試料を、三原色のカラーフィルター、及び画素数が400万である非冷却CCDイメージセンサーを有するデジタルカメラで撮影し、sRGB表色系におけるRGB値を画素毎に有するPL発光画像を得た。PL発光画像の撮影は、35mmレンズを使用し、露光時間30秒、絞り4、ISO感度800の条件で行った。
〔xy色度値〕
PL発光画像において、炭化珪素試料の基底面転位、積層欠陥、及びインクルージョンが存在する位置を撮影した画素のRGB値を、CIE 1931表色系の三刺激値X、Y、Zに変換し、xy色度値を算出した。基底面転位が存在する位置に対応する画素では、x値が0.5761であった。積層欠陥が存在する位置に対応する画素では、x値が0.160816であった。インクルージョンが存在する位置に対応する画素では、x値が0.291956であった。
[Shooting PL flash images]
An ultraviolet LED having a wavelength of excitation light of 365 nm was used as a light source, the luminance distribution of the ultraviolet light was made uniform by a rod integrator lens, and the entire surface of the silicon carbide sample was irradiated. A silicon carbide sample that emits PL light upon irradiation is photographed with a digital camera having three primary color filters and an uncooled CCD image sensor with 4 million pixels, and RGB values in the sRGB color system are taken for each pixel. A PL emission image was obtained. The PL emission image was taken using a 35 mm lens under the conditions of an exposure time of 30 seconds, an aperture 4 and an ISO sensitivity of 800.
[Xy chromaticity value]
In the PL emission image, the RGB value of a pixel that captures the position of the basal plane dislocation, stacking fault, and inclusion of the silicon carbide sample is converted into tristimulus values X, Y, and Z of the CIE 1931 color system, and xy Chromaticity values were calculated. In the pixel corresponding to the position where the basal plane dislocation exists, the x value was 0.5761. The pixel corresponding to the position where the stacking fault exists has an x value of 0.160816. In the pixel corresponding to the position where the inclusion exists, the x value was 0.291956.

この結果、基底面転位を検出するための第1閾値として、0.4を用いた場合、PL発光画像のRGB値をxy色度座標に変換して得られるx値に基づいて、積層欠陥、及びインクルージョンと明確に識別して、基底面転位を検出できることが確認された。また、積層欠陥を検出するための第2閾値として、0.25を用いた場合、PL発光画像のRGB値をxy色度座標に変換して得られるx値に基づいて、基底面転位、及びインクルージョンと明確に識別して、積層欠陥を検出できることが確認された。   As a result, when 0.4 is used as the first threshold for detecting the basal plane dislocation, stacking faults based on the x value obtained by converting the RGB value of the PL emission image into the xy chromaticity coordinates, It was confirmed that the basal plane dislocation can be detected by clearly distinguishing it from the inclusion. Further, when 0.25 is used as the second threshold value for detecting the stacking fault, the basal plane dislocation is based on the x value obtained by converting the RGB value of the PL emission image into the xy chromaticity coordinates, and It was confirmed that stacking faults can be detected by clearly distinguishing from inclusions.

本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、炭化珪素基板、及び炭化珪素基板を用いたパワーデバイス素子の製造プロセスにおいて、炭化珪素試料の検査に利用することが可能である。   The defect inspection apparatus and the defect inspection method of the present invention can be used for inspection of a silicon carbide sample in a manufacturing process of a silicon carbide substrate and a power device element using the silicon carbide substrate.

10 欠陥検査装置
11 照射手段
11a 光源(紫外線LED)
11b 均一化手段
12 撮影手段(デジタルカメラ)
12a カラーフィルター
13 変換手段
14 判定手段
15 補正手段
A 炭化珪素試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Defect inspection apparatus 11 Irradiation means 11a Light source (ultraviolet LED)
11b Uniform means 12 Image taking means (digital camera)
12a Color filter 13 Conversion means 14 Judgment means 15 Correction means A Silicon carbide sample

Claims (9)

炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射手段と、
前記検査領域におけるPL発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影手段と、
前記PL発光画像のRGB色空間におけるRGB値をCIE 1931表色系に変換して、xy色度座標におけるx値を得る変換手段と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、xy色度座標における白色点のx値より大きい第1閾値と前記白色点のx値より小さい第2閾値とを参照し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第1閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第2閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定する欠陥検査装置。
A defect inspection apparatus for detecting crystal defects in a silicon carbide sample,
Irradiating means for irradiating the inspection region of the silicon carbide sample with excitation light;
Imaging means for collectively capturing PL emission images in the inspection area via a color filter;
Conversion means for converting an RGB value in the RGB color space of the PL emission image into a CIE 1931 color system to obtain an x value in an xy chromaticity coordinate;
Determination means for determining the presence or absence of crystal defects in the silicon carbide sample,
The determination means refers to a first threshold value larger than the x value of the white point in the xy chromaticity coordinates and a second threshold value smaller than the x value of the white point, and the x value obtained by the conversion of the RGB value is the first value. It is determined that there is a basal plane dislocation at the position of the silicon carbide sample corresponding to a pixel exceeding one threshold, and the silicon carbide sample corresponding to a pixel whose x value obtained by conversion of the RGB value is less than the second threshold A defect inspection apparatus that determines that there is a stacking fault at the position.
前記第1閾値は、0.35〜0.50の間に存在し、前記第2閾値は、0.20〜0.28の間に存在する請求項1に記載の欠陥検査装置。   The defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28. 前記撮影手段は、前記検査領域における散乱光画像をさらに撮影し、
前記判定手段は、前記散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定する請求項1又は2に記載の欠陥検査装置。
The imaging means further captures a scattered light image in the inspection area,
The defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines the presence or absence of a micropipe based on the scattered light image.
前記照射手段は、紫外線LEDと、前記紫外線LEDから発せられた紫外光を均一化する均一化手段とを有する請求項1〜3の何れか一項に記載の欠陥検査装置。   The said irradiation means is a defect inspection apparatus as described in any one of Claims 1-3 which has ultraviolet-ray LED and the homogenization means which homogenizes the ultraviolet light emitted from the said ultraviolet LED. 前記撮影手段は、前記検査領域が含まれる状態で、前記PL発光画像の撮影範囲を変更して補正用PL発光画像を撮影し、
前記補正用PL発光画像に基づいて、前記PL発光画像を補正する補正手段をさらに備える請求項1〜4の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
The imaging unit is configured to capture a correction PL emission image by changing the imaging range of the PL emission image in a state where the inspection area is included,
The defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects the PL light emission image based on the correction PL light emission image.
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜である請求項1〜5の何れか一項に記載の欠陥検査装置。   The defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the silicon carbide sample is a silicon carbide single crystal epitaxial thin film. 前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶の4インチウェハである請求項1〜6の何れか一項に記載の欠陥検査装置。   The defect inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the silicon carbide sample is a silicon carbide single crystal 4-inch wafer. 炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射工程と、
前記検査領域におけるPL発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影工程と、
前記PL発光画像のRGB色空間におけるRGB値をCIE 1931表色系に変換して、xy色度座標におけるx値を得る変換工程と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定工程と
を包含し、
前記判定工程において、xy色度座標における白色点のx値より大きい第1閾値と前記白色点のx値より小さい第2閾値とを参照し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第1閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記RGB値の変換により得たx値が前記第2閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定する欠陥検査方法。
A defect inspection method for detecting crystal defects in a silicon carbide sample,
An irradiation step of irradiating the inspection region of the silicon carbide sample with excitation light;
An imaging process for collectively capturing PL emission images in the inspection area via a color filter;
A conversion step of converting an RGB value in the RGB color space of the PL emission image into a CIE 1931 color system to obtain an x value in an xy chromaticity coordinate;
A determination step of determining the presence or absence of crystal defects in the silicon carbide sample,
In the determination step, the first threshold value larger than the x value of the white point in the xy chromaticity coordinates and the second threshold value smaller than the x value of the white point are referred to, and the x value obtained by the conversion of the RGB values is the first value. It is determined that there is a basal plane dislocation at the position of the silicon carbide sample corresponding to a pixel exceeding one threshold, and the silicon carbide sample corresponding to a pixel whose x value obtained by conversion of the RGB value is less than the second threshold A defect inspection method for determining that a stacking fault exists at the position of.
前記第1閾値は、0.35〜0.50の間に存在し、前記第2閾値は、0.20〜0.28の間に存在する請求項8に記載の欠陥検査方法。   The defect inspection method according to claim 8, wherein the first threshold value exists between 0.35 and 0.50, and the second threshold value exists between 0.20 and 0.28.
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