JP7238564B2 - 検査装置、検査方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、検査装置、検査方法およびプログラムに関する。

従来、半導体基板内の結晶欠陥等の転位を評価する方法が知られている（例えば、特許文献１から３参照）。
特許文献１ 特開２００７－２４０５１０号公報
特許文献２ 特開２０１２－２３５０１８号公報
特許文献３ 特開２０１４－９９５６１号公報

半導体基板内の転位を精度よく評価できることが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体試料の検査装置を提供する。検査装置は、半導体試料を通過した電磁波による元画像であって、半導体試料に対する電磁波の照射方向が異なる複数の元画像を取得する元画像取得部を備えてよい。検査装置は、それぞれの元画像から、照射方向に応じた方向に結晶歪を有する転位を抽出する転位抽出部を備えてよい。検査装置は、それぞれの元画像から抽出したそれぞれの転位を、共通の画像に合成した合成画像を生成する画像合成部を備えてよい。

それぞれの元画像は、半導体試料の深さ方向における複数の位置における複数の断面画像を含んでよい。転位抽出部は、深さ方向と直交する平面における各画素の、深さ方向における輝度プロファイルに基づいて転位を抽出してよい。

転位抽出部は、輝度プロファイルにおけるピークに基づいて、転位を抽出してよい。

転位抽出部は、輝度プロファイルにおいて、深さ方向における各位置の輝度強度と、当該位置に対して予め定められた距離離れた位置における輝度強度との差分に基づいて、転位を検出してよい。

転位抽出部は、元画像に含まれる複数の転位について、２つの転位間の距離に基づいて１つ以上のグループに分類してよい。

転位抽出部は、グループ毎に転位を線で結んだ転位線を算出してよい。

画像合成部は、複数の元画像に基づいて、それぞれの転位線の結晶歪の方向を検出してよい。

画像合成部は、いずれかの元画像と、当該元画像と照射方向の差分が最も小さい元画像である隣接画像とを比較して、２つの元画像の位置合わせを行ってよい。

転位抽出部は、複数の元画像において対応する位置の輝度変化に基づいて、転位を抽出してよい。

本発明の第２の態様においては、半導体試料を検査する検査方法を提供する。検査方法は、半導体試料を通過した電磁波による元画像であって、半導体試料に対する電磁波の照射方向が異なる複数の元画像を取得する元画像取得段階を備えてよい。検査方法は、それぞれの元画像から、照射方向に応じた方向に歪を有する転位を抽出する転位抽出段階を備えてよい。検査方法は、それぞれの元画像から抽出したそれぞれの転位を、共通の画像に合成した合成画像を生成する画像合成段階を備えてよい。

本発明の第３の態様においては、コンピュータに第２の態様に係る検査方法を実行させるためのプログラムを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る検査装置１００の概要を示す図である。 電磁波１４の照射方向の一例を示す平面図である。 元画像取得部２０が取得する複数の元画像を説明する図である。 画像合成部２４の動作の概要を説明する図である。 元画像Ａに含まれる転位３０の一例を示す図である。 画素４２－１～４２－ｎの輝度プロファイルの一例を示す図である。 ２つの元画像における、輝度プロファイルの一例を示す図である。 それぞれの輝度プロファイルにおける転位３０を検出する方法の一例を説明する図である。 指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の空間分布の一例を示す図である。 空間分布にプロットされた注目点の指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の指標値のヒストグラムの一例を示す。 図１０に示したヒストグラムに基づいて、転位抽出部２２が抽出した注目点を示す空間分布である。 主軸ベクトルを算出する方法の一例を示す図である。 主軸ベクトル５４を射影したベクトルを示す図である。 条件判別用の図形モデルを示す図である。 元画像Ａの各断面画像で抽出された転位３３をプロットした図である。 同一のグループの転位３３を線で結んだ転位線３２を示す図である。 元画像Ｂにおける転位線３２を示す図である。 複数の元画像における転位線３２を、同一の座標系に配置した合成画像を示す図である。 画像合成部２４が生成する合成画像の他の例を示す図である。 半導体試料の検査方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る検査装置１００の概要を示す図である。検査装置１００は、半導体試料１０を検査する。半導体試料１０は、半導体材料で形成された試料である。半導体試料１０は、半導体インゴット、半導体インゴットから切り出された半導体ウエハ、半導体ウエハから個片化された半導体基板、半導体基板またはその他の材料の基板上に形成された半導体層等であってよい。図１においては、半導体試料１０の深さ方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸と直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。

検査装置１００は、元画像取得部２０、転位抽出部２２および画像合成部２４を備える。元画像取得部２０は、半導体試料１０を通過した電磁波による元画像であって、半導体試料１０に対する電磁波の照射方向が異なる複数の元画像を取得する。一例として電磁波はＸ線である。元画像は、半導体試料１０を透過したＸ線から得られる画像である。元画像は、半導体試料１０の内部において回折したＸ線から得られる画像であってもよい。元画像は、半導体試料１０のＸＹ断面の画像であってよい。元画像は、深さ方向等の所定の方向の複数の位置における複数の断面画像を含んでよい。

検査装置１００は、電磁波照射部１２と、撮像部１８とを備えてよい。電磁波照射部１２は、Ｘ線等の電磁波１４を、半導体試料１０に照射する。撮像部１８は、半導体試料１０を透過したＸ線等の電磁波１６を受光して、受光結果に応じた元画像を生成する。

例えば電磁波照射部１２は、半導体試料１０の内部の任意の位置（ｘ、ｙ、ｚ）に、電磁波１４を数μｍ程度のサイズに集光する。撮像部１８は、当該位置（ｘ、ｙ、ｚ）からのブラッグの回折条件を満たす電磁波１６を撮像する。検査装置１００は、半導体試料１０を、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿って、電磁波１４のビームサイズと同等のピッチで移動させながら、回折線を検出して記録する。これにより、半導体試料１０の内部の転位に対応する電磁波１６の強度分布、すなわち、転位の３次元のマッピング像を取得できる。３次元のマッピング像の取得方法は、特許文献１と同様であってよい。

元画像取得部２０は、撮像部１８が生成した元画像を取得する。電磁波照射部１２および撮像部１８は、検査装置１００に設けられていてよく、検査装置１００とは異なる装置に設けられていてもよい。

電磁波照射部１２は、半導体試料１０に対して、電磁波１４の照射方向が変更可能である。例えば照射方向は、ＸＹ面における方向である。撮像部１８は、照射方向毎に元画像を撮像する。

転位抽出部２２は、それぞれの元画像から転位を抽出する。半導体試料１０の結晶の塑性変形の多くは、ある結晶面における特定の結晶方向への変形により、当該結晶面の上下の原子が相対的にずれることにより起こる。これにより、当該結晶方向への結晶歪が生じる。当該結晶面はすべり面とも称される。すべり面の上下の原子が一斉にずれるためには、非常に大きな応力が必要となるため、多くの場合、原子が局所的にずれていく。すべり面上で原子がずれた領域とずれていない領域との境界部分には、線状の結晶欠陥が存在する。このような結晶欠陥が生じている状態を転位と呼ぶ。

半導体試料１０には、様々な方向の結晶歪を有する転位が存在する。一方で、特定の照射方向から電磁波１４を照射して元画像を撮像すると、結晶歪の方向によって、元画像に現れやすい転位と、現れにくい転位とが存在する。例えば、画像における転位のコントラストは、下式を満たす場合に消失する。
ｇ・ｎ＝０、且つ、ｇ・（ｂ×ｕ）＝０
ただし、ｇは電磁波の回折ベクトルであり、電磁波１４の運動量ベクトルをｋ１、電磁波１６の運動量ベクトルをｋ２とすると、ｇ＝ｋ２－ｋ１である。また、ｂは転位の歪方向を表すベクトルであり、ｕは転位線の向きに対応する単位ベクトルである。転位線の向きとは、線状の転位の各点における線の方向である。このため、単一の照射方向による元画像からは、半導体試料１０内の転位を精度よく検出できない場合がある。

本例の転位抽出部２２は、照射方向の異なる元画像から転位を抽出する。このため転位抽出部２２は、それぞれの元画像から、照射方向に応じた方向に結晶歪を有する転位を抽出できる。

画像合成部２４は、照射方向が異なるそれぞれの元画像から抽出したそれぞれの転位を、共通の画像に合成した合成画像を生成する。つまり画像合成部２４は、複数の元画像から抽出した転位を含む合成画像を生成する。これにより、半導体試料１０中の転位を精度よく検出できる。

図２は、電磁波１４の照射方向の一例を示す平面図である。上述したように、電磁波照射部１２は、ＸＹ面における複数の方向から、半導体試料１０に対して電磁波を照射する。電磁波照射部１２は、半導体試料１０を囲む複数の位置から電磁波を照射してよい。電磁波照射部１２は、半導体試料１０に対する角度が所定角度（図２の例では６０度）ずつ異なる複数の照射方向（図２の例では方向Ａ～Ｆ）から、電磁波を照射してよい。

図３は、元画像取得部２０が取得する複数の元画像を説明する図である。本例の元画像取得部２０は、６つの照射方向Ａ～Ｆに対応する６つの元画像Ａ～Ｆを取得する。本明細書では、元画像および照射方向の個数が６個の例を説明するが、元画像および照射方向の個数は６個に限定されない。

それぞれの元画像は、半導体試料１０の複数の断面画像を含む。複数の断面画像は、深さ方向（Ｚ軸方向）における位置が異なる画像である。図３の例では、それぞれの元画像は、ｎ個の断面画像を含んでいる。

図４は、画像合成部２４の動作の概要を説明する図である。図４における断面画像ａｋ～ｆｋは、元画像Ａ～Ｆにおける深さ位置ｋの断面画像である。なおｋは１からｎの間の整数である。図４では、それぞれの断面画像に含まれる転位３０の画像を模式的に示している。転位抽出部２２は、断面画像において、輝度強度が所定の閾値以上の画素を、転位３０の候補として抽出してよい。輝度強度は、画像上における隣接画素との輝度差、すなわち、コントラストの大きさを示す値であってよい。

当該断面において、半導体試料１０には複数の転位３０が含まれている。上述したように、電磁波の照射方向と結晶歪の方向により、同一の転位３０であっても、断面画像ａｋ～ｆｋ間で見え方が異なる。例えばそれぞれの断面画像ａｋ～ｆｋには、電磁波の照射方向および結晶歪の方向により、一部の転位３０の輝度強度が変化し、または、転位３０自体が現れない場合がある。図４においては、それぞれの断面画像ａｋ～ｆｋにおいて、輝度強度が閾値以上の転位３０だけを模式的に表示している。

画像合成部２４は、それぞれの断面画像ａｋ～ｆｋに含まれる全ての転位３０を含む、一つの合成画像４０－ｋを生成してよい。画像合成部２４は、深さ位置毎に、合成画像４０－ｋを生成してよい。このような処理により、半導体試料１０に含まれる転位３０を精度よく検出でき、また、転位３０の検出漏れが少ない合成画像４０－ｋを提供できる。

画像合成部２４は、それぞれの断面画像ａｋ～ｆｋに含まれる転位３０に基づいて、それぞれの断面画像ａｋ～ｆｋの位置合わせを行ってよい。画像合成部２４は、断面画像間でパターンマッチングを行い、位置が一致する転位３０の個数が最も多くなるように、断面画像ａｋ～ｆｋの位置合わせを行ってよい。ただし、画像合成部２４がパターンマッチングに用いる画像上の特徴は、転位３０には限定されない。これにより、合成画像４０－ｋにおいて、それぞれの転位３０を精度よく配置できる。

画像合成部２４は、いずれかの断面画像と、当該断面画像と電磁波の照射方向の差分が最も小さい断面画像である隣接断面画像とを比較して、２つの断面画像間の位置合わせを行ってよい。例えば断面画像ａｋの隣接断面画像は、断面画像ｂｋおよびｆｋである。各断面画像と隣接断面画像は、電磁波の照射方向の差異が小さいので、画像に含まれる転位３０の差異が小さくなる。このため、各断面画像と隣接断面画像とを比較することで、位置合わせの精度を向上できる。

なお、転位抽出部２２は、複数の元画像の断面画像において、対応する位置の輝度変化に基づいて、転位３０を抽出してよい。上述したように、電磁波の照射方向と、結晶歪の方向とにより、同一の位置の転位３０であっても、断面画像間で見え方が変化する。つまり、同一深さ位置における断面画像間で見え方が変化しない成分は、転位３０ではないと判断できる。転位抽出部２２は、転位３０の候補として抽出した成分であっても、同一深さ位置の断面画像間（例えばａｋ～ｆｋ）における輝度変化が所定の閾値以下の成分は、転位３０の候補から除外してよい。転位抽出部２２は、同一深さ位置の断面画像の全てに現れている成分２９を、転位３０の候補から除外してもよい。

また、転位抽出部２２は、それぞれの元画像において、複数の断面画像からそれぞれの断面画像における転位３０を検出してよい。転位抽出部２２は、元画像における深さ方向の輝度強度のプロファイルに基づいて、それぞれの断面画像における転位を抽出してよい。

図５は、元画像Ａに含まれる転位３０の一例を示す図である。なお元画像Ａ以外の他の元画像については説明を省略するが、他の元画像も元画像Ａと同様である。半導体試料１０における転位は、深さ方向に伸びている場合がある。このため、元画像Ａにおいても、３次元的に転位３０が含まれている。図５においては、それぞれの断面画像に含まれる転位３０を線でつないで示している。

転位抽出部２２は、元画像Ａについて、深さ方向と垂直な平面における各画素の、深さ方向における輝度プロファイルに基づいて転位３０を抽出する。つまり転位抽出部２２は、それぞれの断面画像においてｘ軸およびｙ軸における座標が共通する画素４２－１～４２－ｎの、深さ方向における輝度変化を示す輝度プロファイルから、転位３０を抽出する。図５では、ｘ軸およびｚ軸の座標がｘｐおよびｙｐである画素４２－１～４２－ｎを示している。

転位抽出部２２は、画素４２－１～４２－ｎの輝度プロファイルから、画素４２－１～４２－ｎにおいて転位３０に相当する画素４２を抽出する。転位抽出部２２は、ｘｙ面における各画素について、同様に転位３０に相当する画素４２を抽出する。

図６は、画素４２－１～４２－ｎの輝度プロファイルの一例を示す図である。本例の転位抽出部２２は、輝度プロファイルにおけるピーク４４に基づいて、転位３０を抽出する。本例のピーク４４は、輝度強度が極大値を取る山形の分布である。転位抽出部２２は、輝度強度が予め定められた閾値Ｔ１以上となる範囲をピーク４４として検出してよい。転位抽出部２２は、ピーク４４に含まれる画素４２を、転位３０の画素としてよい。転位抽出部２２は、極大値と、隣接する極小値との差異が所定の閾値以上となる山形の分布をピーク４４として検出してもよい。これらの閾値は、輝度プロファイルにおける輝度強度の平均値、最小値、最大値等に応じて調整してもよい。このような処理により、画素４２－１～４２－ｎにおいて転位３０に相当する画素を抽出できる。

図７は、２つの元画像における、輝度プロファイルの一例を示す図である。図７においては、元画像ＡおよびＢについて、ｘ軸およびｙ軸の座標が同一の画素の輝度プロファイルを示している。

２つの輝度プロファイルは、同一の領域の輝度プロファイルなので、同様の形状を有する。ただし、転位３０等における輝度強度は、転位３０の方向と、電磁波の照射方向との相対関係により変化する。図７の例では、元画像Ｂの輝度プロファイルにおけるピーク４４は、元画像Ａの輝度プロファイルにおけるピーク４４よりも輝度強度が小さい。

この場合、２つの輝度プロファイルに対して共通の閾値Ｔ１を用いてピーク４４を検出しようとすると、元画像Ｂのピーク４４を検出できない場合がある。転位抽出部２２は、ピーク４４の形状、傾き、ピークの大きさおよび極大値の少なくとも一つに応じて、輝度プロファイル毎に転位３０の抽出条件を変化させることが好ましい。転位抽出部２２は、ピーク４４の形状等に応じて、閾値Ｔ１を輝度プロファイル毎に変化させてよく、他の抽出条件を変化させてもよい。

図８は、それぞれの輝度プロファイルにおける転位３０を検出する方法の一例を説明する図である。本例の転位抽出部２２は、輝度プロファイルにおいて、深さ方向における各位置の輝度強度と、当該位置に対して予め定められた距離離れた位置における輝度強度との差分に基づいて、ピークを検出する。

より具体的には、転位抽出部２２は、輝度プロファイルから順次選択される注目点（深さ位置ｚｐの画素）の強度Ｆ_ｐと、注目点から距離αはなれた２つの参照点（深さ位置ｚｐ＋α、ｚｐ－αの画素）の輝度強度Ｆ_ｐ＋α、Ｆ_ｐ－αを算出する。距離αは、例えば断面画像の１０層分の距離より小さくてよく、５層分の距離より小さくてもよい。転位抽出部２２は、注目点と、それぞれの参照点とを結ぶ２つの直線の傾きを算出してよい。本例の転位抽出部２２は、下記の３つの指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を算出する。転位抽出部２２は、輝度プロファイルにおけるそれぞれの深さ位置の画素を順番に注目点として選択し、それぞれの注目点に対して、下記の３つの指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を算出する。
Ｇ１＝Ｆ_ｐ
Ｇ２＝（Ｆ_ｐ－Ｆ_ｐ－α）／α
Ｇ３＝（Ｆ_ｐ－Ｆ_ｐ＋α）／α

図９は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の空間分布の一例を示す図である。転位抽出部２２は、輝度プロファイルのそれぞれの注目点に対して算出した指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に応じた点を、空間座標にプロットする。図９の空間座標においては、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に対応する３つの直交軸Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を有する。転位抽出部２２は、それぞれの注目点を座標（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）にプロットする。転位抽出部２２は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の絶対値を用いて、それぞれの注目点を空間座標にプロットしてもよい。転位抽出部２２は、ＸＹ平面における各画素の輝度プロファイルにおける注目点を、一つの空間座標にプロットしてよい。つまり転位抽出部２２は、元画像毎に空間分布を生成してよい。

ピーク４４においては、各注目点における輝度プロファイルの傾きが同等の値を取る。このため、ピーク４４に含まれる注目点の間では、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の値が類似しやすくなる。図９においては、例えば領域５０内に、ピーク４４に含まれる注目点がプロットされている。領域５０は、他の領域に比べて高密度に注目点がプロットされている。また、輝度プロファイルが平坦な領域においても、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の値が類似する注目点が多くなる。図９においては、例えば領域５１内に、平坦領域に含まれる注目点がプロットされている。領域５１は、領域５０よりも指標Ｇ１の値（つまり注目点の輝度強度）が小さい。領域５１は、指標Ｇ１の値がほぼゼロであってよい。領域５１と領域５０との間には、平坦領域以外の、転位３０が発生していない領域の注目点がプロットされている。

転位抽出部２２は、空間分布における注目点の密度に基づいて、ピーク４４に含まれる注目点を抽出してよい。転位抽出部２２は、注目点の密度が所定の閾値より高く、且つ、指標Ｇ１の値が所定の閾値より高い領域５０を抽出してよい。転位抽出部２２は、領域５０に含まれる注目点を、転位３０として抽出してよい。

図１０は、空間分布にプロットされた注目点の指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の指標値のヒストグラムの一例を示す。本例の指標値は、１から２５６の整数で示される。転位抽出部２２は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３毎に、それぞれの指標値が現れる頻度を示すヒストグラムを生成してよい。

転位抽出部２２は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれについて、度数が所定の閾値ＴＨ以上となる指標値を抽出する。転位抽出部２２は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の少なくとも一つが、抽出した指標値となる注目点を検出してよい。ピーク４４に含まれる注目点は、指標Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の少なくとも一つが、同様の値になりやすい。このため、度数の高い指標値を有する注目点を抽出することで、ピーク４４に含まれる注目点を抽出できる。

図１１は、図１０に示したヒストグラムに基づいて、転位抽出部２２が抽出した注目点を示す空間分布である。図１０において説明した処理により、転位３０が発生していない領域の注目点が取り除かれている。

転位抽出部２２は、残存した注目点を、注目点間の距離に基づいてクラスター化する。転位抽出部２２は、クラスター分析により、注目点をクラスター化してよい。クラスター分析は、２点間の距離に基づいて、近距離の２点を同じクラスターに分類する処理である。図１１の例では、残存した注目点が、分布５２－１、分布５２－２、分布５２－３に分類されている。図９において説明したように、指標Ｇ１の値が小さい分布５２－２および分布５２－３は平坦領域に対応している。転位抽出部２２は、指標Ｇ１の値が所定の閾値以上の分布５２－１を、転位３０に対応するグループとして抽出してよい。

転位抽出部２２は、分布５２－１の主軸ベクトルを算出してよい。主軸ベクトルは、分布５２－１において注目点の分散が最も大きい方向を示すベクトルである。図１１の例では、転位３０に対応する分布５２－１は一つだけであったが、転位３０に対応する分布５２が複数存在する場合、転位抽出部２２は、それぞれの分布５２に対して主軸ベクトルを算出してよい。

図１２は、主軸ベクトルを算出する方法の一例を示す図である。分布５２の主軸ベクトルは、例えば主成分分析により算出してよい。主成分分析は、分布の特徴ベクトルをもっともよく近似するベクトルを算出する処理である。本例の転位抽出部２２は、分布５２に含まれる注目点の各指標値の平均値から分散を算出（Ｓ１２０２）し、共分散行列を作成する（Ｓ１２０４）。

転位抽出部２２は、共分散行列の固有値を計算し（Ｓ１２０６）、固有ベクトルを計算する（Ｓ１２０８）。これにより、共分散行列を対角化して、主軸ベクトルを算出できる。転位抽出部２２は、主軸ベクトルを図１１に示した空間座標の各平面に射影することで、各平面における主軸ベクトルの角度を算出してもよい（Ｓ１２１０）。

図１３は、主軸ベクトル５４を射影したベクトルを示す図である。本例の転位抽出部２２は、主軸ベクトル５４を、Ｇ１Ｇ２平面に射影した射影ベクトル５５と、Ｇ２Ｇ３平面に射影した射影ベクトル５７を算出する。

主軸ベクトル５４のうち、Ｇ１軸、Ｇ２軸、Ｇ３軸と平行な成分を、Ｅｇ１、Ｅｇ２、Ｅｇ３とする。射影ベクトル５５と、Ｇ２軸との成す角度θｇ３は、下式から算出できる。
θｇ３＝ｔａｎ^－１（｜Ｅｇ２｜／｜Ｅｇ１｜）
また、射影ベクトル５７と、主軸ベクトル５４との成す角度θＰｏｌｅは、下式から算出できる。
θＰｏｌｅ＝ｃｏｓ^－１（（Ｅｇ２^２＋Ｅｇ３^２）／（Ｅｇ１^２＋Ｅｇ２^２＋Ｅｇ３^２））^１／２

主軸は、三次元空間を構成する１つの基準軸と、選択されていない基準軸のパラメータを除いたベクトルパラメータで表される主軸の直交ベクトルによって、姿勢が決定されている。主軸の固有ベクトルの角度は、図１３のようにＧ１Ｇ２平面へ射影された射影ベクトル５５の成す角度θｇ３と、図１３に示すような、主軸ベクトル５４とＧ２Ｇ３平面上に射影された射影ベクトル５７の成す角度θＰｏｌｅで構成できる。角度θＰｏｌｅの回転を行うには、下の直交ベクトル式で示される軸を回転軸として用いればよい。
（０，ｓｉｎ（θｇ３－π／２），ｃｏｓ（θｇ３－π／２））
当該直交ベクトル式は、主軸ベクトルのＧ１成分を除いたＧ２成分・Ｇ３成分に対して、直交したベクトルを示している。この軸を回転基準軸として、主軸ベクトルを－θＰｏｌｅ回転すると、Ｇ１Ｇ２平面に射影した射影ベクトル５５と合致させることができる。

図１４は、条件判別用の図形モデルを示す図である。図１１から図１３において説明したように、転位抽出部２２は、図１１に示した分布５２－１、５２－２、５２－３のそれぞれについて主軸ベクトルを算出する。転位抽出部２２は、それぞれの主軸ベクトルに基づいて、空間座標において分布５２－１、５２－２、５２－３をそれぞれ包含する楕円球を算出する。主軸ベクトルは、各分布５２においてデータが最も広く分布している方向を示すベクトルである。転位抽出部２２は、各分布５２内の全注目点が包含されるように、主軸ベクトルを中心軸とする楕円球モデルを算出してよい。転位抽出部２２は、楕円球モデルの内側の注目点を転位候補とし、楕円球モデルの外側の注目点を対象外と判定してよい。

これにより、図１４に示すような条件判別用の図形モデルを自動的に決定可能となる。図形モデルは、空間座標において複数の領域５８を有する。図１４の例においては、多数の領域５８を示しているが、図形モデルは、図１１に示した分布５２－１、５２－２、５２－３に対応する領域５８だけを有していてよい。それぞれの領域５８は、主軸ベクトル５４により定義されている。転位抽出部２２は、領域５８毎に転位３０の検出条件を設定してよい。本図形モデルにより転位欠陥を自動判別する事で、それぞれの断面画像における転位候補位置を抽出する事ができ、これらを深さ方向にて合成を行う事で、元画像における転位欠陥を３次元化して表示する事が可能となる。

図１５は、元画像Ａの各断面画像で抽出された転位３３をプロットした図である。図１５における各点が、抽出された転位３３に対応している。転位抽出部２２は、それぞれの断面画像における複数の転位３３について、２つの転位３３間の距離ｄに基づいて１つ以上のグループに分類する。転位抽出部２２は、それぞれの転位３３を順番に注目転位３３－１として選択し、注目転位３３－１と他の全ての転位３３との距離ｄを算出してよい。転位抽出部２２は、他の転位３３のうち、距離ｄが所定の閾値より小さい転位３３を、注目転位３３－１と同一のグループとする。

図１６は、同一のグループの転位３３を線で結んだ転位線３２を示す図である。転位抽出部２２は、転位線３２を算出してよい。これにより、半導体試料１０における転位３０の状態を識別しやすくなる。画像合成部２４は、転位線３２を含む合成画像を生成してよい。

図１７は、元画像Ｂにおける転位線３２を示す図である。上述したように、元画像Ｂには、元画像Ａとは異なる転位線３２－６が含まれ得る。同様に、元画像Ｃ～元画像Ｆにおいても、他の元画像とは異なる転位線３２が含まれ得る。

図１８は、複数の元画像における転位線３２を、同一の座標系に配置した合成画像を示す図である。画像合成部２４は、図１８に示す合成画像を生成してよい。画像合成部２４は、いずれかの深さ位置における断面画像における転位のパターンに基づいて、元画像どうしの位置合わせを行ってよい。図４において説明したように、画像合成部２４は、いずれかの元画像と、当該元画像と電磁波の照射方向の差分が最も小さい元画像である隣接画像とを比較して、２つの元画像の位置合わせを行ってよい。

画像合成部２４は、複数の元画像に基づいて、それぞれの転位線３２に含まれる転位３０における結晶歪の方向を検出してよい。一つの転位線３２には、同一方向の転位３０が多く含まれている。画像合成部２４は、それぞれの元画像について、それぞれの転位線３２に含まれる転位３０の個数を計数してよい。画像合成部２４は、転位３０の個数が最も大きい元画像の電磁波照射方向に基づいて、当該転位線３２の結晶歪の方向を検出してよい。例えば画像合成部２４は、元画像Ａにおける転位線３２－１に含まれる転位の個数が、他の元画像における転位線３２－１に含まれる転位の個数よりも多い場合、元画像Ａの電磁波照射方向から、転位線３２－１の歪方向を判別してよい。

図１９は、画像合成部２４が生成する合成画像の他の例を示す図である。本例の画像合成部２４は、それぞれの転位線３２の結晶歪の方向を示す情報を含む合成画像を生成する。画像合成部２４は、それぞれの転位線３２の結晶歪の方向を、転位線３２の表示態様によって示してよい。つまり画像合成部２４は、同一方向の転位線３２を、同一の表示態様で表示してよい。表示態様には、線の色、線の太さ、実線、点線、鎖線等の線の種別が含まれる。

図２０は、半導体試料の検査方法の概要を示すフローチャートである。検査方法は、図１から図１９において説明した方法と同一である。検査方法は、元画像取得段階Ｓ２００２、転位抽出段階Ｓ２００４、画像合成段階Ｓ２００６を有する。元画像取得段階Ｓ２００２の処理は、図１から図１９において説明した元画像取得部２０における処理と同一である。転位抽出段階Ｓ２００４の処理は、図１から図１９において説明した転位抽出部２２における処理と同一である。画像合成段階Ｓ２００６の処理は、図１から図１９において説明した画像合成部２４における処理と同一である。

図２１は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る方法または当該方法の段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インタフェース２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。

ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。

通信インタフェース２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。

ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。

プログラムが、ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ－ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・半導体試料、１２・・・電磁波照射部、１４・・・電磁波、１６・・・電磁波、１８・・・撮像部、２０・・・元画像取得部、２２・・・転位抽出部、２４・・・画像合成部、２９・・・成分、３０・・・転位、３２・・・転位線、３３・・・転位、４２・・・画素、４４・・・ピーク、５０・・・領域、５１・・・領域、５２・・・分布、５４・・・主軸ベクトル、５５・・・射影ベクトル、５７・・・射影ベクトル、５８・・・領域、１００・・・検査装置、２２００・・・コンピュータ

Claims (11)

1. 半導体試料を通過した電磁波による元画像であって、前記半導体試料に対する電磁波の照射方向が異なる複数の元画像を取得する元画像取得部と、
   それぞれの前記元画像から、前記照射方向に応じた方向に結晶歪を有する転位を抽出する転位抽出部と、
   それぞれの前記元画像から抽出したそれぞれの前記転位を、共通の画像に合成した合成画像を生成する画像合成部と
   を備える検査装置。
2. それぞれの前記元画像は、前記半導体試料の深さ方向における複数の位置における複数の断面画像を含み、
   前記転位抽出部は、前記深さ方向と直交する平面における各画素の、前記深さ方向における輝度プロファイルに基づいて前記転位を抽出する
   請求項１に記載の検査装置。
3. 前記転位抽出部は、前記輝度プロファイルにおけるピークに基づいて、前記転位を抽出する
   請求項２に記載の検査装置。
4. 前記転位抽出部は、前記輝度プロファイルにおいて、前記深さ方向における各位置の輝度強度と、当該位置に対して予め定められた距離離れた位置における輝度強度との差分に基づいて、前記転位を検出する
   請求項３に記載の検査装置。
5. 前記転位抽出部は、前記元画像に含まれる複数の前記転位について、２つの前記転位間の距離に基づいて１つ以上のグループに分類する
   請求項２から４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記転位抽出部は、前記グループ毎に前記転位を線で結んだ転位線を算出する
   請求項５に記載の検査装置。
7. 前記画像合成部は、前記複数の元画像に基づいて、それぞれの前記転位線の前記結晶歪の方向を検出する
   請求項６に記載の検査装置。
8. 前記画像合成部は、いずれかの前記元画像と、当該元画像と前記照射方向の差分が最も小さい前記元画像である隣接画像とを比較して、２つの前記元画像の位置合わせを行う
   請求項１から７のいずれか一項に記載の検査装置。
9. 前記転位抽出部は、複数の前記元画像において対応する位置の輝度変化に基づいて、前記転位を抽出する
   請求項１から８のいずれか一項に記載の検査装置。
10. 半導体試料を通過した電磁波による元画像であって、前記半導体試料に対する電磁波の照射方向が異なる複数の元画像を取得する元画像取得段階と、
    それぞれの前記元画像から、前記照射方向に応じた方向に歪を有する転位を抽出する転位抽出段階と、
    それぞれの前記元画像から抽出したそれぞれの前記転位を、共通の画像に合成した合成画像を生成する画像合成段階と
    を備える検査方法。
11. コンピュータに請求項１０に記載の検査方法を実行させるためのプログラム。

Images