JP7846811B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

欠陥検査装置

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Description

本開示は、欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
炭化ケイ素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ、以下、ＳｉＣと呼ぶ。）は、優れた物理的特性及び熱的特性を有するので、高耐圧で低損失の半導体デバイスの製造にとって有用である。ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板上にＳｉＣを含むエピタキシャル層を形成したウェハである。ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いた半導体デバイスの製造工程において、製造上の歩留りを改良するためには、エピタキシャル層に存在する欠陥を検出すること及び検出された欠陥を分類することが極めて重要である。特に、基底面転位（Ｂａｓａｌ Ｐｌａｎｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、以下、ＢＰＤと呼ぶ。）は、ＳｉＣエピタキシャルウェハに半導体デバイスを製造する際、半導体デバイスの性能に致命的な悪影響を及ぼすキラー欠陥となる。このため、ＢＰＤを他の欠陥から区別して検出することが強く望まれている。
ＳｉＣ基板上にＳｉＣを含むドリフト層を形成させたＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、ドリフト層におけるＢＰＤの発生を防ぐために、ドリフト層とＳｉＣ基板との間に高濃度に不純物をドーピングしたバッファ層を挟んだ構造をとる場合がある。このような構造とすることにより、バッファ層におけるＢＰＤを、バッファ層とドリフト層との界面で、貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、以下、ＴＥＤと呼ぶ。）に変換することができる。キラー欠陥となるのは、一般的に、ドリフト層におけるＢＰＤである。したがって、バッファ層におけるＢＰＤをドリフト層でＴＥＤに変換することにより、ドリフト層におけるキラー欠陥の発生を抑制することができる。
しかしながら、長期信頼性を考慮すると、バッファ層とドリフト層との界面で、ＴＥＤに変換されたバッファ層のみに存在するＢＰＤも検出することが望まれる。
特開２０１５―１１９０５６号公報 特許第６９９９２１２号公報 特開２０１９－０９９４３８号公報
特許文献１には、ＳｉＣエピタキシャルウェハに紫外光を照射し、発生したフォトルミネッセンス光から欠陥を検出する欠陥検査装置が記載されている。特許文献１の欠陥検査装置は、フォトルミネッセンス光における近赤外光の波長帯域の画像から、ドリフト層におけるＢＰＤを検出する。しかしながら、特許文献１の欠陥検査装置は、バッファ層におけるＢＰＤを検出することが困難である。
特許文献２には、ドリフト層及びバッファ層におけるＢＰＤを、ショックレー型積層欠陥（Ｓｈｏｃｋｌｅｙ ｔｙｐｅ Ｓｔａｃｈｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ、以下、ＳＳＦと呼ぶ。）に変換し、変換したＳＳＦからのフォトルミネッセンス光によってＢＰＤを検出することが記載されている。特許文献２の手法は、バッファ層におけるＢＰＤを検出することができるが、ＢＰＤをＳＳＦに変換する必要があり、検査にかかるプロセスが非常に煩雑である。
特許文献３には、高濃度のエピタキシャル層におけるＢＰＤを、４３０ｎｍ以下の波長帯域を透過させたフォトルミネッセンス光により検出することが記載されている。特許文献３の欠陥検査装置は、高濃度のエピタキシャル層におけるＢＰＤを、周囲に比べて黒い線状の欠陥として検出することができる。しかしながら、検出されたＢＰＤとドリフト層におけるＴＥＤとの関係については何ら記載されていない。
ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、ＢＰＤがバッファ層からドリフト層までつながっているのか、バッファ層のみに存在するのか判別することが所望されている。
本開示は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるＢＰＤを判別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ものである。
本実施形態の一態様にかかる欠陥検査装置は、炭化ケイ素基板、炭化ケイ素基板上に形成されたバッファ層、及び、バッファ層上に形成されたドリフト層を含む試料に励起光を照射する照射光学系と、前記試料から発生したフォトルミネッセンス光を透過させる波長帯域を制御するフィルタ部と、前記フィルタ部を透過した前記フォトルミネッセンス光を検出する検出光学系と、検出された前記フォトルミネッセンス光から画像を形成し、形成された前記画像に撮像された欠陥を判別する画像処理部と、を備え、前記フィルタ部は、前記フォトルミネッセンス光における４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む前記波長帯域を透過させ、前記ドリフト層の厚さをＤ１とし、前記バッファ層の厚さをＤ２とし、オフセット角をθとし、第１長さ及び第２長さをそれぞれ以下で示すＬ１及びＬ２とした場合に、
Ｌ１＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｔａｎθ
Ｌ２＝Ｄ２／ｔａｎθ
前記画像処理部は、前記欠陥の長さが前記第１長さを含む所定の第１範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記バッファ層から前記ドリフト層につながる基底面転位を含む前記欠陥と判別し、前記欠陥の前記長さが前記第２長さを含む所定の第２範囲であって、前記第１範囲と異なる前記第２範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記バッファ層における前記基底面転位及び前記ドリフト層における刃状転位を含む前記欠陥と判別する。
上記の欠陥検査装置では、前記フィルタ部は、透過させる前記波長帯域を、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む前記波長帯域から近赤外光を含む前記波長帯域に変更し、前記検出光学系は、変更した前記フィルタ部を透過した前記近赤外光を検出し、前記画像処理部は、検出された前記近赤外光から近赤外画像を形成し、形成された前記近赤外画像に撮像された前記欠陥を判別する際に、第３長さを以下で示すＬ３とした場合に、
Ｌ３＝Ｄ１／ｔａｎθ
前記欠陥の長さが前記第３長さを含む所定の第３範囲であって、前記第１範囲及び前記第２範囲と異なる前記第３範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記ドリフト層における前記基底面転位を含む前記欠陥と判別してもよい。
上記の欠陥検査装置では、前記画像処理部は、前記第１範囲に属する前記長さの前記欠陥の数と、前記第３範囲に属する前記長さの前記欠陥の前記数とを比較することにより、判別した前記欠陥の精度を算出してもよい。
上記の欠陥検査装置では、前記画像処理部は、前記第１範囲に属する複数の前記欠陥、及び、前記第２範囲に属する複数の前記欠陥を学習データとしてあらかじめ機械学習させたアルゴリズムを用いることにより、前記画像に撮像された前記欠陥を判別してもよい。
上記の欠陥検査装置では、前記ドリフト層の不純物濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上５×１０１７ｃｍ－３未満であり、前記バッファ層の前記不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ－３以上１×１０１９ｃｍ－３以下でもよい。
本実施形態の一態様にかかる欠陥検査方法は、炭化ケイ素基板、炭化ケイ素基板上に形成されたバッファ層、及び、バッファ層上に形成されたドリフト層を含む試料に励起光を照射するステップと、透過させる波長帯域を制御するフィルタ部に、前記試料から発生したフォトルミネッセンス光を透過させるステップと、前記フィルタ部を透過した前記フォトルミネッセンス光を検出するステップと、検出された前記フォトルミネッセンス光から画像を形成するステップと、形成された前記画像に撮像された欠陥を判別するステップと、を備え、前記フォトルミネッセンス光を透過させるステップにおいて、前記フィルタ部は、前記フォトルミネッセンス光における４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む前記波長帯域を透過させ、前記欠陥を判別するステップにおいて、前記ドリフト層の厚さをＤ１とし、前記バッファ層の厚さをＤ２とし、オフセット角をθとし、第１長さ及び第２長さをそれぞれ以下で示すＬ１及びＬ２とした場合に、
Ｌ１＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｔａｎθ
Ｌ２＝Ｄ２／ｔａｎθ
前記欠陥の長さが前記第１長さを含む所定の第１範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記バッファ層から前記ドリフト層につながる基底面転位を含む前記欠陥と判別し、前記欠陥の前記長さが前記第２長さを含む所定の第２範囲であって、前記第１範囲と異なる前記第２範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記バッファ層における前記基底面転位及び前記ドリフト層における刃状転位を含む前記欠陥と判別する。
上記の欠陥検査方法では、前記欠陥を判別するステップの後で、前記フィルタ部に透過させる前記波長帯域を、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む前記波長帯域から近赤外光を含む前記波長帯域に変更するステップと、変更した前記フィルタ部を透過した近赤外光を検出するステップと、検出された前記近赤外光から近赤外画像を形成するステップと、形成された前記近赤外画像に撮像された前記欠陥を判別するステップと、をさらに備え、前記近赤外画像に撮像された前記欠陥を判別するステップにおいて、第３長さを以下で示すＬ３とした場合に、
Ｌ３＝Ｄ１／ｔａｎθ
前記近赤外画像に撮像された前記欠陥の長さが前記第３長さを含む所定の第３範囲であって、前記第１範囲及び前記第２範囲と異なる前記第３範囲に属する場合に、前記欠陥を、前記ドリフト層における前記基底面転位を含む前記欠陥と判別してもよい。
上記の欠陥検査方法では、前記第１範囲に属する前記長さの前記欠陥の数と、前記第３範囲に属する前記長さの前記欠陥の前記数とを比較することにより、判別した前記欠陥の精度を算出するステップをさらに備えてもよい。
上記の欠陥検査方法では、前記第１範囲に属する複数の前記欠陥、及び、前記第２範囲に属する複数の前記欠陥を学習データとしてあらかじめ機械学習させたアルゴリズムを用いることにより、前記画像に撮像された前記欠陥を判別してもよい。
上記の欠陥検査方法では、前記ドリフト層の不純物濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上５×１０１７ｃｍ－３未満であり、前記バッファ層の前記不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ－３以上１×１０１９ｃｍ－３以下でもよい。
本開示によれば、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるＢＰＤを判別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ができる。
実施形態１に係る欠陥検査装置を例示した構成図である。 実施形態１に係る欠陥検査装置において、検査対象となる試料を例示した断面図である。 実施形態１に係る欠陥検査装置において、画像処理部が形成した画像を例示した模式図である。 実施形態１に係る欠陥検査方法を例示したフローチャート図である。 実施形態２に係る欠陥検査装置を例示した構成図である。 実施形態２に係る欠陥検査装置において、画像処理部が形成した画像を例示した模式図である。 実施形態１に係る欠陥検査装置及び実施形態２に係る欠陥検査装置で撮像された欠陥におけるＢＰＤの見え方を例示した図である。 実施形態２に係る欠陥検査方法を例示したフローチャート図である。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本開示の好適な実施形態を示すものであって、本開示の範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
（実施形態１）
実施形態１に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法を説明する。図１は、実施形態１に係る欠陥検査装置１を例示した構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る欠陥検査装置１は、照射光学系１０、フィルタ部２０、検出光学系３０、画像処理部４０を備えている。
照射光学系１０は、ステージ６０上に載置された試料５０に励起光ＥＬを照射する。照射光学系１０は、光源１１を含んでもよい。また、照射光学系１０は、フィルタ、ミラー及びレンズ等の光学部材を含んでもよい。照射光学系１０は、試料５０となるＳｉＣエピタキシャルウェハに向けて励起光ＥＬを照射する。励起光ＥＬは、例えば、ＳｉＣエピタキシャルウェハからフォトルミネッセンス光ＰＬを発生させる紫外光を含んでもよい。すなわち、励起光ＥＬは、ＳｉＣの禁制帯幅のエネルギーよりも大きいエネルギーを有している。
例えば、励起光ＥＬは、Ｈｅ－Ｃｄレーザから生成される３２０ｎｍの波長を有するレーザ光でもよいし、ＹＡＧレーザから生成される２６６ｎｍの波長を有する第４高調波レーザ光でもよい。また、励起光ＥＬは、水銀キセノンランプから生成される紫外光でもよい。照射光学系１０は、フィルタによって、励起光ＥＬにおける所定の波長帯域を透過させてもよい。例えば、光源１１が水銀キセノンランプの場合には、励起光ＥＬは、フィルタを透過させた３１３ｎｍの波長を有するビームを含んでもよい。照射光学系１０は、光源１１から出射した励起光ＥＬが試料５０を照射するまでの光路上に、ミラー及びレンズ等の光学部材を有してもよい。例えば、ガルバノミラー等を用いることにより、励起光ＥＬで試料５０の検査面を走査させてもよい。または、ステージ６０を移動させることにより、励起光ＥＬで試料５０の検査面を走査させてもよい。
ここで、欠陥検査装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。ステージ６０の上面に直交する方向をＺ軸方向とし、ステージ６０の上面に平行な面をＸＹ面とする。例えば、＋Ｚ軸方向を上方とし、－Ｚ軸方向を下方とする。なお、上方及び下方は、欠陥検査装置１の説明の便宜のための方向であり、実際の欠陥検査装置１が配置される方向を示すものではない。
フィルタ部２０は、試料５０から発生したフォトルミネッセンス光ＰＬを透過させる波長帯域を制御する。具体的には、例えば、フィルタ部２０は、フォトルミネッセンス光ＰＰにおける４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させるフィルタ２１を有してもよい。フィルタ２１は、フォトルミネッセンス光Ｐ１における４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させる。例えば、フィルタ２１は、中心波長４２５±１３ｎｍを含む波長帯域を透過させてもよいし、中心波長４２５±５ｎｍを含む波長帯域を透過させてもよい。
また、フィルタ部２０は、近赤外光を含む波長帯域を透過させるフィルタ２２を含んでもよい。フィルタ２２は、例えば、７００ｎｍ～１１００ｎｍを含む波長帯域を透過させる。フィルタ部２０は、検出する波長帯域に応じて、フィルタ２１またはフィルタ２２を選択してもよい。
検出光学系３０は、検出器３１を含む。検出光学系３０は、フィルタ部２０を透過したフォトルミネッセンス光Ｐ１を検出する。なお、検出光学系３０は、検出器３１の他に、フィルタ部２０を透過したフォトルミネッセンス光Ｐ１を検出器３１に導くレンズ及びミラー等の光学部材を含んでもよい。
検出器３１は、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を含んでもよいし、複数の撮像素子が一列に並んだラインセンサを含んでもよい。
画像処理部４０は、検出光学系３０によって検出されたフォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成する。そして、画像処理部４０は、形成された画像に撮像された欠陥を判別する。画像処理部４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータである。画像処理部４０は、画像を表示させるためのディスプレイ等を含む入出力手段を有してもよい。
図２は、実施形態１に係る欠陥検査装置１において、検査対象となる試料５０を例示した断面図である。図２に示すように、試料５０は、ＳｉＣ基板５１、バッファ層５２及びドリフト層５３を含む。試料５０は、ＳｉＣ基板５１、バッファ層５２及びドリフト層５３が積層された構造を有する。バッファ層５２は、ＳｉＣ基板５１上に形成され、ドリフト層５３は、バッファ層５２上に形成されている。よって、バッファ層５２は、ＳｉＣ基板５１とドリフト層５３との間に配置されている。
ＳｉＣ基板５１は、エピタキシャル成長法によるバッファ層５２及びドリフト層５３の薄膜製造のための下地となる。ＳｉＣ基板５１は、ＳｉＣ単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）を含む基板である。ＳｉＣ基板５１の作製方法は、特に問わない。例えば、ＳｉＣ基板５１は、昇華法等で得られたＳｉＣインゴットをスライスすることで得られる。ＳｉＣ基板５１には、ＢＰＤが（０００１）面（ｃ面）に沿って存在してもよい。
バッファ層５２及びドリフト層５３は、エピタキシャル成長法によりＳｉＣ基板５１上に堆積されたＳｉＣ単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）を含む薄膜である。バッファ層５２及びドリフト層５３を含むエピタキシャル層は、具体的には、例えば、（０００１）面から＜１１－２０＞方向にオフセット角を有する面を成長面とするＳｉＣ基板５１上に形成されてもよい。エピタキシャル層は、ＳｉＣ基板５１上にステップフロー成長（原子ステップからの横方向成長）させた４Ｈ－ＳｉＣとしてもよい。
バッファ層５２は、ＳｉＣ基板５１上に高濃度の不純物を含むエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた層である。ドープする不純物は、窒素、ホウ素、チタン、バナジウム、アルミニウム、ガリウム、リン等を用いてもよい。バッファ層５２は、例えば、パワーデバイスにおいてドリフト層５３への小数キャリアの到達を抑制するように機能する。バッファ層５２を積層することで、ＢＰＤを有するバイポーラデバイスの順方向に電流を流した場合に、その少数キャリアがＳｉＣ基板５１に存在するＢＰＤまで到達することを防ぐことができる。
ドリフト層５３は、バッファ層５２上に低濃度の不純物を含むエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた層である。ドープする不純物は、前述のバッファ層５２と同様に、窒素、ホウ素、チタン、バナジウム、アルミニウム、ガリウム、リン等を用いてもよい。ドリフト層５３は、不純物がバッファ層５２よりも低濃度にドープされており、例えば、ＳｉＣ-ＭＯＳＦＥＴのドリフト層として機能する。
バッファ層５２の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上が好ましい。例えば、バッファ層５２の不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ－３以上１×１０１９ｃｍ－３以下である。ドリフト層の不純物濃度は、１×１０１６ｃｍ－３程度が好ましい。例えば、ドリフト層の不純物濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上５×１０１７ｃｍ－３未満である。
バッファ層５２の厚さＤ２は、例えば、１μｍである。なお、バッファ層５２の厚さＤ２は、１μｍに限らない。ドリフト層５３の厚さＤ１は、例えば、１０μｍである。なお、ドリフト層５３の厚さＤ１は、１０μｍに限らない。ドリフト層５３の厚さＤ１は、バッファ層５２の厚さＤ２と異なることが望ましい。例えば、ドリフト層５３の厚さＤ１は、バッファ層５２の厚さＤ２よりも大きいことが望ましいが、これにこだわらない。
試料５０では、ＢＰＤの一部は、ドリフト層５３まで継承されている。つまり、試料５０に形成される欠陥Ｋ１は、例えば、バッファ層５２からドリフト層５３につながるＢＰＤを含む。具体的には、欠陥Ｋ１は、ＳｉＣ基板５１からバッファ層５２を通り、ドリフト層５３に達するＢＰＤを含んでいる。このような欠陥Ｋ１において、ＢＰＤが延びる方向とＳｉＣ基板５１の上面（基底面と呼ぶ。）とのなす角は、オフセット角θである。つまり、ＢＰＤは、基底面に対してオフセット角θの方向に延びている。ドリフト層５３まで継承されたＢＰＤは、試料５０への励起光ＥＬの照射により生成されるキャリアの再結合により波長７１０ｎｍのフォトルミネッセンス光ＰＬを発光する。
一方、ＢＰＤがバッファ層５２とドリフト層５３との界面５４においてＴＥＤに変換される場合がある。この場合には、試料５０に形成される欠陥Ｋ２は、バッファ層５２におけるＢＰＤ及びドリフト層５３におけるＴＥＤを含む。具体的には、欠陥Ｋ２は、バッファ層５２におけるＢＰＤ、及び、バッファ層５２とドリフト層５３との界面５４でＢＰＤから変換されたＴＥＤを含んでいる。欠陥Ｋ２において、バッファ層５２におけるＢＰＤが延びる方向と基底面とのなす角は、オフセット角θである。界面５４で変換される前のバッファ層１０２中のＢＰＤは、バッファ層５２におけるキャリア寿命が短いため、試料５０に励起光ＥＬが照射されてもフォトルミネッセンス光ＰＬを発光しない。
図３は、実施形態１に係る欠陥検査装置１において、画像処理部４０が形成した画像を例示した模式図である。図３は、試料５０のフォトルミネッセンス光ＰＬから形成された＋Ｚ軸方向から撮像された画像である。例えば、図３は、検査時の１視野を示しており、１．７５ｍｍ□または１．５ｍｍ□である。
図３に示すように、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させたフォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成した場合において、画像には、周囲に比べて暗く（黒く）長い線状の欠陥及び短い線状の欠陥が観察される。例えば、黒い線状の欠陥は、Ｙ軸方向に延びている。Ｙ軸方向において、長い線状の欠陥の長さを第１長さＬ１と呼ぶ。短い線状の欠陥の長さを第２長さＬ２と呼ぶ。
ここで、ドリフト層５３の厚さをＤ１とし、バッファ層５２の厚さをＤ２とし、オフセット角をθとし、第１長さ及び第２長さをそれぞれ以下の（１）式及び（２）式で示すＬ１及びＬ２とする。なお、ドリフト層５３の厚さＤ１と、バッファ層５２の厚さＤ２とは異なることが望ましいが、同じ厚さでもよい。
Ｌ１＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｔａｎθ （１）
Ｌ２＝Ｄ２／ｔａｎθ （２）
そうすると、長さが第１長さＬ１の欠陥は、バッファ層５２からドリフト層５３につながるＢＰＤを含む欠陥Ｋ１に対応する。長さが第２長さＬ２の欠陥は、バッファ層５２におけるＢＰＤ及びドリフト層５３におけるＴＥＤを含む欠陥Ｋ２に対応する。そこで、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第１長さＬ１の場合に、当該欠陥を、バッファ層５２からドリフト層５３につながるＢＰＤを含む欠陥Ｋ１と判別する。一方、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第２長さの場合に、当該欠陥を、バッファ層５２におけるＢＰＤ及びドリフト層５３におけるＴＥＤを含む欠陥Ｋ２と判別する。
なお、欠陥Ｋ１の長さは、第１長さＬ１に限らず、バッファ層５２及びドリフト層５３を形成する際に発生する厚さのバラツキ等による不可避の誤差を含んだ第１長さＬ１を含んでもよい。欠陥Ｋ２の長さも同様に、第２長さＬ２に限らず、不可避の誤差を含んだ第２長さＬ２を含んでもよい。不可避の誤差は、バッファ層５２及びドリフト層５３の形成時の厚さ等の条件によるが、例えば、第１長さＬ１及び第２長さＬ２の±１０％でもよいし、±５％でもよい。
したがって、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第１長さＬ１を含む所定の第１範囲に属する場合に、当該欠陥を、バッファ層５２からドリフト層５３につながるＢＰＤを含む欠陥Ｋ１と判別する。また、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第２長さＬ２を含む所定の第２範囲であって、第１範囲と異なる第２範囲に属する場合に、当該欠陥を、バッファ層５２におけるＢＰＤ及びドリフト層５３におけるＴＥＤを含む欠陥Ｋ２と判別する。第１範囲は、不可避の誤差を含んだ第１長さＬ１の範囲であり、例えば、（第１長さ－不可避の誤差）から（第１長さＬ１＋不可避の誤差）までの範囲である。第２範囲は、不可避の誤差を含んだ第２長さＬ２の範囲であり、例えば、（第２長さＬ２－不可避の誤差）から（第２長さＬ２＋不可避の誤差）までの範囲である。
欠陥の長さの算出方法は、画像処理部４０によって欠陥として検出された領域のピクセル数から算出してもよい。また、画像処理部４０は、第１範囲に属する複数の欠陥Ｋ１、及び、第２範囲に属する複数の欠陥Ｋ２を学習データとしてあらかじめ機械学習させたアルゴリズムを用いることにより、画像に撮像された欠陥を判別してもよい。
次に、本実施形態の欠陥検査方法を説明する。図４は、実施形態１に係る欠陥検査方法を例示したフローチャート図である。図４に示すように、本実施形態の欠陥検査方法は、試料５０に励起光ＥＬを照射するステップＳ１１、フィルタ部２０にフォトルミネッセンス光ＰＬを透過させるステップＳ１２、フォトルミネッセンス光ＰＬを検出するステップＳ１３、フォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成するステップＳ１４、及び、画像に撮像された欠陥を判別するステップＳ１５を備えている。
まず、ステップＳ１１に示すように、試料５０に励起光ＥＬを照射する。試料５０は、ＳｉＣ基板５１、ＳｉＣ基板５１上に形成されたバッファ層５２、及び、バッファ層５２上に形成されたドリフト層５３を含んでいる。ドリフト層の不純物濃度は、例えば、１×１０１５ｃｍ－３以上５×１０１７ｃｍ－３未満であり、バッファ層の前記不純物濃度は、例えば、５×１０１７ｃｍ－３以上１×１０１９ｃｍ－３以下である。よって、バッファ層５２の不純物濃度は、ドリフト層５３の不純物濃度よりも大きい。励起光ＥＬは、照射光学系１０によって照射される。照射光学系１０は、励起光ＥＬで試料５０を走査してもよい。ステージ６０の移動によって、励起光ＥＬで試料５０を走査してもよい。励起光ＥＬを照射された試料５０は、フォトルミネッセンス光ＰＬを発生する。
次に、ステップＳ１２に示すように、フィルタ部２０に試料５０から発生したフォトルミネッセンス光ＰＬを透過させる。具体的には、透過させる波長帯域を制御するフィルタ部２０に、試料５０から発生したフォトルミネッセンス光ＰＬを透過させる。例えば、フィルタ部２０は、フィルタ２１によって、フォトルミネッセンス光ＰＬにおける４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させる。
次に、ステップＳ１３に示すように、フィルタ部２０を透過したフォトルミネッセンス光Ｐ１を検出する。例えば、検出光学系３０における検出器３１は、フィルタ２１を透過したフォトルミネッセンス光ＰＬを検出する。
次に、ステップＳ１４に示すように、検出されたフォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成する。具体的には、画像処理部４０は、検出器３１を含む検出光学系３０によって検出されたフォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成する。
次に、ステップＳ１５に示すように、形成された画像に撮像された欠陥を判別する。例えば、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第１長さＬ１を含む所定の第１範囲に属する場合に、当該欠陥を、バッファ層５２からドリフト層５３につながるＢＰＤを含む欠陥Ｋ１と判別してもよい。また、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さが第２長さＬ２を含む所定の第２範囲であって、第１範囲と異なる第２範囲に属する場合に、当該欠陥を、バッファ層５２におけるＢＰＤ及びドリフト層５３におけるＴＥＤを含む欠陥Ｋ２と判別してもよい。このようにして、ＳｉＣエピタキシャルウェハの欠陥を検査することができる。
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の欠陥検査装置１は、フィルタ２１を透過させた４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を有するフォトルミネッセンス光Ｐ１から画像を形成する。よって、画像処理部４０は、形成した画像において、エピタキシャル層に形成されたＢＰＤを、黒い線状の欠陥として検出することができる。また、画像処理部４０は、画像に撮像された欠陥の長さによって、当該欠陥を判別することができる。これにより、ＳｉＣエピタキシャルウェハの欠陥を判別することができる。
また、欠陥検査装置１は、バッファ層５２のＢＰＤを判別することができる。よって、バッファ層５２とドリフト層５３との界面５４で、ＴＥＤに変換されたバッファ層５２のみに存在するＢＰＤを判別することができ、ドリフト層５３のデバイス特性を向上させることができる。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る欠陥検査装置を説明する。本実施形態の欠陥検査装置は、フィルタ部２０が透過させるフォトルミネッセンス光Ｐ１の波長帯域を、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域から、近赤外光を含む波長帯域に変更する。図５は、実施形態２に係る欠陥検査装置を例示した構成図である。図５に示すように、本実施形態の欠陥検査装置２は、前述の欠陥検査装置１に比べて、フィルタ部２０におけるフィルタ２１をフィルタ２２に変更する。
検出光学系３０は、変更したフィルタ部２０を透過した近赤外光を含むフォトルミネッセンス光ＰＬを検出する。画像処理部４０は、検出された近赤外光を含むフォトルミネッセンス光ＰＬから画像を形成する。近赤外光を含むフォトルミネッセンス光ＰＬから形成された画像を近赤外画像と呼ぶ。画像処理部４０は、近赤外画像に撮像された欠陥を判別する。
図６は、実施形態２に係る欠陥検査装置２において、画像処理部４０が形成した画像を例示した模式図である。図６は、試料５０における図３と同じ位置を撮像された図となっている。図６に示すように、画像処理部４０は、近赤外光を含む波長帯域を透過させたフォトルミネッセンス光ＰＬから近赤外画像を形成する。この場合において、近赤外画像には、線状の欠陥が観察される。線状の欠陥の長さを第３長さＬ３と呼ぶ。図６では、説明の便宜のために、近赤外画像における線状の欠陥を図３と同様に黒い線で示している。
バッファ層５２におけるＢＰＤは、近赤外画像に撮像されない。ドリフト層５３におけるＴＥＤは、近赤外画像に撮像されない。一方、ドリフト層５３におけるＢＰＤは、近赤外画像に撮像されている。
ここで、ドリフト層５３の厚さをＤ１とし、バッファ層５２の厚さをＤ２とし、オフセット角をθとし、第３長さを以下の（３）式で示すＬ３とする。なお、ドリフト層５３の厚さＤ１と、バッファ層５２の厚さＤ２とは異なることが望ましい。
Ｌ３＝Ｄ１／ｔａｎθ （３）
そうすると、長さが第３長さＬ３の欠陥は、ドリフト層５３におけるＢＰＤを含む欠陥Ｋ３に対応する。画像処理部４０は、欠陥の長さが第３長さＬ３の場合に、当該欠陥を、ドリフト層５３におけるＢＰＤを含む欠陥Ｋ３と判別する。欠陥Ｋ３の長さは、第３長さＬ３に限らず、バッファ層５２及びドリフト層５３を形成する際に発生する厚さのバラツキ等による不可避の誤差を含んだ第３長さＬ３を含んでもよい。したがって、画像処理部４０は、近赤外画像に撮像された欠陥の長さが第３長さＬ３を含む所定の第３範囲であって、第１範囲及び第２範囲と異なる第３範囲に属する場合に、当該欠陥を、ドリフト層５３におけるＢＰＤを含む欠陥Ｋ３と判別する。
図７は、実施形態１に係る欠陥検査装置１及び実施形態２に係る欠陥検査装置２で撮像された欠陥Ｋ１～欠陥Ｋ２におけるＢＰＤの見え方を例示した図である。図３及び図７に示すように、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させた場合には、欠陥Ｋ１及び欠陥Ｋ２がともに画像に撮像されている。一方、図６及び図７に示すように、近赤外光を含む波長帯域を透過させた場合には、欠陥Ｋ３が近赤外画像に撮像される。欠陥Ｋ１及び欠陥Ｋ２は、近赤外画像に撮像されない。なお、欠陥Ｋ３は、欠陥Ｋ１から欠陥Ｋ２の部分を引いたものである。よって、第３長さＬ３は、第１長さＬ１と第２長さＬ２との差になっている。
また、画像処理部４０は、第１範囲に属する長さの欠陥Ｋ１の数と、第３範囲に属する長さの欠陥Ｋ３の数とを比較することにより、判別した欠陥の精度を算出してもよい。欠陥Ｋ１と数と欠陥Ｋ３とが近いほど、欠陥を判別した精度は高いことを示している。
次に、本実施形態の欠陥検査方法を説明する。図８は、実施形態２に係る欠陥検査方法を例示したフローチャート図である。図８に示すように、本実施形態の欠陥検査方法は、前述のステップＳ１１～ステップＳ１５に加えて、フィルタ部２０に透過させる波長帯域を近赤外光に変更するステップＳ１６、近赤外光を検出するステップＳ１７、近赤外光から近赤外画像を形成するステップＳ１８、画像に表示された欠陥を判別するステップＳ１９を備えている。
ステップＳ１６に示すように、欠陥を判別するステップＳ１５の後で、フィルタ部２０に透過させる波長帯域を、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域から近赤外光を含む波長帯域に変更する。具体的には、フィルタ部２０において、フィルタ２１からフィルタ２２に変更する。
次に、ステップＳ１７に示すように、変更したフィルタ部２０を透過した近赤外光を検出する。具体的には、検出光学系３０における検出器３１は、フィルタ部２０におけるフィルタ２２を透過した近赤外光を検出する。
次に、ステップＳ１８に示すように、画像処理部４０は、検出光学系３０によって検出された近赤外光から近赤外画像を形成する。
次に、ステップＳ１９に示すように、画像処理部４０は、近赤外画像に撮像された欠陥を判別する。具体的には、画像処理部４０は、近赤外画像に撮像された欠陥の長さが第３長さＬ３を含む所定の第３範囲に属する場合に、当該欠陥を、ドリフト層５３におけるＢＰＤを含む欠陥Ｋ３と判別する。このようにして、欠陥を判別することにより、ＳｉＣエピタキシャルウェハを検査することができる。
なお、ステップＳ１９の後に、第１範囲に属する長さの欠陥Ｋ１の数と、第３範囲に属する長さの欠陥Ｋ３の数とを比較することにより、判別した欠陥の精度を算出するステップをさらに備えてもよい。
本実施形態によれば、欠陥検査装置２は、近赤外画像に撮像された欠陥Ｋ３を判別することができる。これにより、ドリフト層５３におけるＢＰＤを検出することができる。また、４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域を透過させた画像に撮像された欠陥Ｋ１と、近赤外画像に撮像された欠陥Ｋ３とを対比させることができ、欠陥の検出率を向上させることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。また、実施形態１及び２の各構成を組み合わせたものも本開示の技術思想の範囲である。
１、２ 欠陥検査装置
１０ 照射光学系
１１ 光源
２０ フィルタ部
２１、２２ フィルタ
３０ 検出光学系
３１ 検出器
４０ 画像処理部
５０ 試料
５１ ＳｉＣ基板
５２ バッファ層
５３ ドリフト層
５４ 界面
６０ ステージ
Ｄ１、Ｄ２ 厚さ
ＥＬ 励起光
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３ 欠陥
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ
ＰＬ フォトルミネッセンス光

Claims (4)

  1. 炭化ケイ素基板、炭化ケイ素基板上に形成されたバッファ層、及び、バッファ層上に形成されたドリフト層を含む試料に励起光を照射する照射光学系と、
    前記試料から発生したフォトルミネッセンス光を検出する検出光学系と、
    検出された前記フォトルミネッセンス光から画像を形成し、形成された前記画像に撮像された欠陥を判別する画像処理部と、
    前記フォトルミネッセンス光における４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域の光を、選択的に前記検出光学系に導く光学素子と、
    を備え、
    前記画像処理部は、前記欠陥の長さと、前記バッファ層の厚さ及びオフセット角とに基づく参照長さとの比較に基づいて、前記欠陥を、前記バッファ層から前記ドリフト層につながる基底面転位を含む前記欠陥か、前記バッファ層における前記基底面転位及び前記ドリフト層における刃状転位を含む前記欠陥のいずれであるかを、判定する、
    欠陥検査装置。
  2. 前記バッファ層の厚さＤ２とし、前記オフセット角をθとして、前記参照長さを以下で示すＬ２とした場合に、
    Ｌ２＝Ｄ２／ｔａｎθ
    前記画像処理部は、前記欠陥の長さが、前記参照長さに対応する長さである場合に、前記欠陥を、前記バッファ層における前記基底面転位及び前記ドリフト層における刃状転位を含む前記欠陥と判定する
    請求項１に記載の欠陥検査装置。
  3. 前記ドリフト層の厚さをＤ１とし、前記バッファ層の厚さＤ２とし、前記オフセット角をθとして、前記参照長さを以下で示すＬ１とした場合に、
    Ｌ１＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ｔａｎθ
    前記画像処理部は、前記欠陥の長さが、前記参照長さに対応する長さである場合に、前記欠陥を、前記バッファ層から前記ドリフト層につながる基底面転位を含む前記欠陥と判定する、
    請求項１に記載の欠陥検査装置。
  4. 炭化ケイ素基板、炭化ケイ素基板上に形成されたバッファ層、及び、バッファ層上に形成されたドリフト層を含む試料に励起光を照射する照射光学系と、
    前記試料から発生したフォトルミネッセンス光を検出する検出光学系と、
    検出された前記フォトルミネッセンス光から画像を形成し、形成された前記画像に撮像された欠陥を判別する画像処理部と、
    前記フォトルミネッセンス光における４２０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下を含む波長帯域の光を、選択的に前記検出光学系に導く光学素子と、
    を備え、
    前記バッファ層の厚さＤ２とし、オフセット角をθとして、参照長さを以下で示すＬ２とした場合に、
    Ｌ２＝Ｄ２／ｔａｎθ
    前記画像処理部は、前記欠陥の長さが、前記参照長さに対応する長さである場合に、前記欠陥を、前記バッファ層における基底面転位及び前記ドリフト層における刃状転位を含む前記欠陥と判定する、
    欠陥検査装置。
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