JPWO2016121628A1 - ワイドギャップ半導体基板の欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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、特定の種類の欠陥のみを抽出したい場合がある。これは、製造方法の改善前後の欠陥の数や大きさを比較し、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である。
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、特定の種類の欠陥のみを抽出したい場合がある。これは、製造方法の改善前後の欠陥の数や大きさを比較し、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である。
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、特定の種類の欠陥のみを抽出したい場合がある。これは、製造方法の改善前後の欠陥の数や大きさを比較し、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である。
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。中でも、転位欠陥は、デバイスに与える影響が大きいと考えられており、製造プロセス改善の効果を確認したり、出荷前の製品検査を実施したりする必要があるため、転位欠陥の検査が求められている。
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。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する方法であって、
ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射し、
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可視光領域のフォトルミネッセンス光を撮像し、
撮像された可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査を行うことを特徴とする、欠陥検査方法である。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する装置であって、
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可視光領域の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、
撮像された可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えたことを特徴とする、欠陥検査装置である。
励起光を照射する励起光照射部と、
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、フォトルミネッセンス光の波長成分をカラー画像として撮像するカラーカメラを備え、
カラーカメラで撮像したカラー画像の色情報に基づいて、ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えた、欠陥検査装置である。
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、
励起光の波長成分を減衰させつつ、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のうち一部の波長成分を通過させる、蛍光撮像フィルタを2種類以上備えた、蛍光撮像フィルタ部と、
2種類以上の蛍光撮像フィルタの内、いずれを使用するかを選択して切り替える蛍光撮像フィルタ切替部と、
蛍光撮像フィルタ部の蛍光撮像フィルタを通過した光を撮像する蛍光撮像部とを備え、
2種類以上の蛍光撮像フィルタは各々通過する光の波長成分が異なり、
使用する蛍光撮像フィルタを切り替えて蛍光撮像部で撮像した、2種類以上の画像の明暗の組合せに基づいて、ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えた、欠陥検査装置である。
励起光を照射する励起光照射部と、
励起光の波長成分を減衰させつつ、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のうち一部の波長成分を通過させる、蛍光撮像フィルタ部と、
蛍光撮像フィルタを通過した光を撮像する蛍光撮像部と、
蛍光撮像部で撮像された画像に基づいて、ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥を検出する転位欠陥検出部とを備え、
蛍光撮像部では、転位欠陥が生じている部位を、転位欠陥が生じていない部位よりも低い輝度レベルの画像として撮像し、
転位欠陥検出部は、蛍光撮像部で撮像された画像内の、基準レベルよりも低い輝度レベルの部位を、ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥として検出する、欠陥検査装置である。
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に生じた欠陥を検査する、欠陥検査装置であって、
励起光を照射する励起光照射部と、
励起光照射部から照射された励起光がエピタキシャル層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第1分岐光と第2分岐光に分岐する光分岐部と、
光分岐部で分岐された第1分岐光を白黒画像として撮像する第1撮像部と、
光分岐部で分岐された第2分岐光をカラー画像として撮像する第2撮像部と、
第1撮像部で撮像された画像の濃淡情報と第2撮像部で撮像された画像の色情報との組合せに基づいて、エピタキシャル層に生じた結晶構造の欠陥を検査する欠陥検査部を備えた、欠陥検査装置である。
第1撮像部で撮像された画像の濃淡差からエッジ抽出して欠陥候補の外縁を検出し、当該外縁で囲まれた部位を欠陥候補として抽出する、欠陥候補抽出部と、
欠陥候補の形状情報に基づいて当該欠陥候補が積層欠陥かどうかを判別する欠陥判別部と、
欠陥判別部で積層欠陥と判別された部位について、第2撮像部で撮像されたカラー画像の色情報に基づいて欠陥種類を細分類する、欠陥種類分類部を備えたものとしても良い。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査において、簡単な装置構成にもかかわらず、迅速に欠陥の検査をしたり、確実に特定の種類の欠陥を対象にした検査もしくは欠陥種類の分類ができる。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査において、簡単な装置構成にもかかわらず、確実に特定の種類の欠陥を対象にした検査もしくは欠陥種類の分類ができる。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査において、簡単な装置構成にもかかわらず、迅速かつ確実に特定の種類の欠陥を検査すること、又は欠陥の種類を分類することがができる。
簡単な装置構成にもかかわらず、従来よりも迅速に、転位欠陥の検査ができる。
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、欠陥の検査ができる。
以下に、本発明を実施するための第1の形態について、説明する。
ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する方法であって、
ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射し、
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可視光領域のフォトルミネッセンス光を撮像し、
撮像された可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査を行うものである。
励起光照射部は、ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射するものである。
蛍光撮像部は、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可視光領域のフォトルミネッセンス光を撮像するものである。
欠陥検出部は、撮像された可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出するものである。
以下に、本発明を実施するための第2の形態について、図を用いながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態における検査装置の構成全体を模式的に示した図である。
本発明に係る欠陥検査装置101は、励起光照射部102と、蛍光撮像部103と、欠陥検出部104とを備えて構成されている。この欠陥検査装置101は、検査対象となるワイドギャップ半導体基板Wに向けて励起光を照射し、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を撮像し、撮像されたフォトルミネッセンス光の色情報に基づいて、欠陥を検出したり、欠陥の種類を分類するものである。また、欠陥検査装置101には、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基板保持部109が備えられている。
具体的には、欠陥検出部104は、画像処理装置(ハードウェア)とその実行プログラム(ソフトウェア)により構成することができる。
図2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基板上に形成させたエピタキシャル層の内部や、SiC基板とエピタキシャル層の界面に生じた種々の欠陥が例示されている。
上述では、検査対象となるワイドギャップ半導体基板の一類型として、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L101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L101および欠陥種類に対するフォトルミネッセンス光L102の特性に応じて、欠陥種類を分類するための色情報は適宜設定すれば良い。
上述では、励起光照射部102の光源として、UV−LEDを用いて励起光L101を照射する構成を例示した。しかし、この様な構成に限らず、レーザ発振器やレーザダイオード、ハロゲ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レーザを用いて励起光L101を照射する。一方、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、水銀ランプ等の白色光源を用いる場合であれば、励起光L101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透過フィルターやダイクロイックミラーなどを用いて、励起光L101を照射する。
上述では、カラーカメラ130として、多数の受光素子が2次元配列された、いわゆるエリアセンサーカメラを例示した。しかし、この様な構成に限らず、多数の受光素子が直線上に配列された、ラインセンサーカメラを用いる構成でも良い。この場合は、ラインセンサーの各受光素子が配列されている方向と交差する方向(望ましくは直交する方向)に、カラーカメラ130とワイドギャップ半導体基板Wとを相対移動させながら、連続して画像を取得する構成とする。
1)励起光照射部102とカラーカメラ130とを固定したまま、アクチュエータやスライダー機構により、ワイドギャップ半導体基板Wを載置した基板保持部109を移動させる。
2)ワイドギャップ半導体基板Wを載置した基板保持部109を固定したまま、励起光照射部102とカラーカメラ130とを同時に一体で移動させる。
また、上述では3色のカラーフィルタを備えた単板式のカラーカメラや、3板式のカラーカメラを例示したが、2色や4色以上にフィルタリング又は分光した光を撮像するものでも良い。
以下に、本発明を実施するための第3の形態について、図を用いながら説明する。なお、装置構成を示す各図においては、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、XY平面を水平面、Z方向を鉛直方向とする。特にZ方向は矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。
Bフィルタ232は、波長:750nm以上の波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタである。
Cフィルタ233は、主波長:420nm付近の波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタである。
Dフィルタ234は、主波長:460nm付近の波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタである。
Eフィルタ235は、主波長:480nm付近の波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタである。
Fフィルタ236は、主波長:500nm付近の波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタである。
図5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基板上に形成させたエピタキシャル層の内部や、SiC基板とエピタキシャル層の界面に生じた種々の欠陥が例示されている。
図7は、本発明を具現化する形態の一例における欠陥検査の一例を示すフロー図である。図7には、欠陥検査装置201にて検査対象となるワイドギャップ半導体基板Wの欠陥検査を行う際の、一連のフローが例示されている。
上述のステップs101〜s114の処理を適宜行うことで、単なる「転位欠陥」のみならず、「基底面転位」や「界面にある転位」を特定した検出や有無の検査をしたり、「転位欠陥」の細分類をすることができる。
上述では、蛍光撮像フィルタ部203の第1蛍光撮像フィルタとして、Aフィルタ231を用いる例を示した。Aフィルタ231は、385〜610nmの波長成分の光を通過させ、それ以外の光を減衰させるバンドパスフィルタであるため、ワイドギャップ半導体基板Wのバンド端発光やD−Aペア発光による波長成分の光を効率よく通過させつつ、転位欠陥部位から発せられるフォトルミネッセンス光の波長成分(750nm以上)の光を確実に減衰させることができる。そのため、撮像カメラ240で撮像される白黒の濃淡画像のコントラストを極めて高くすることができ、より好ましい。
上述では、検査対象となるワイドギャップ半導体基板の一類型として、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内ないしSiC基板との界面に生じた欠陥を検査する形態を示した。
上述では、励起光照射部202の光源として、UV−LEDを用いて励起光L201を照射する構成を例示した。しかし、この様な構成に限らず、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レーザを用いて励起光L201を照射する。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L201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透過フィルターやダイクロイックミラーなどを用いて、励起光L201を照射する。
上述では、撮像カメラ250として、多数の受光素子が2次元配列された、いわゆるエリアセンサーカメラを例示した。しかし、この様な構成に限らず、多数の受光素子が直線上に配列された、ラインセンサーカメラを用いる構成でも良い。この場合は、ラインセンサーの各受光素子が配列されている方向と交差する方向(望ましくは直交する方向)に、撮像カメラ250とワイドギャップ半導体基板Wとを相対移動させながら、連続して画像を取得する構成とする。
上述では、1種類のレンズ251を用いて、第1蛍光撮像フィルタおよび第2蛍光撮像フィルタを切り替えて撮像する構成を例示した。しかし、2種類以上のレンズを備え、それらレンズがレボルバー機構や手作業による段取り替えなどにより、交換可能な構成としても良い。例えば、最初に、第1蛍光撮像フィルタを用いて撮像する際は、一度に広範囲を撮像できる低倍率のレンズを用いて撮像し、欠陥候補の抽出を行う。その後、第2蛍光撮像フィルタを用いて撮像する際に、拡大して撮像できる高倍率のレンズを用いて撮像し、欠陥種類の判定を行う。
なお、上述では、蛍光撮像フィルタ部203には、第1蛍光撮像フィルタとして機能するAフィルタ231並びに、第2蛍光撮像フィルタとして機能するBフィルタ232〜Fフィルタ236が備えられ、その内いずれのフィルタを用いるか、蛍光撮像フィルタ切替部204にて選択して切り替える構成を示した。しかし、基底面転位E201と、界面にある転位E203とを分類する場合であれば、Aフィルタ231とBフィルタ232を備えた構成であれば足りる。
なお、上述のステップs105では、周囲の領域に対して輝度レベルが低い部位か、輝度レベルが高い部位かによって、「転位欠陥候補」であるか、「積層欠陥候補」であるかを判別していた。しかし、この様な形態に限らず、予め設定しておいた基準の輝度レベル(いわゆる、閾値)と対比して、それよりも輝度レベルが低ければ「転位欠陥候補」とし、それよりも輝度レベルが高ければ「積層欠陥候補」としても良い。また、基準の輝度レベルは、1つのみならず、それぞれの欠陥候補に応じて異なる基準レベルとしても良い。さらに、それら基準レベルは、上下限値(いわゆる、閾値の範囲)を設定しても良い。
同様に、上述のステップs122〜123において、欠陥候補部位について、予め設定しておいた基準の輝度レベル(いわゆる、閾値)と対比して、それよりも輝度レベルが高ければ「1SSFの積層欠陥」と判定しても良い。
以下に、本発明を実施するための第4の形態について、図を用いながら説明する。
図9は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す側面図である。
本発明に係る転位欠陥検査装置301は、励起光照射部302と、蛍光撮像フィルタ部303と、蛍光撮像部304と、転位欠陥検出部305とを備えて構成されている。この転位欠陥検査装置301は、検査対象となるワイドギャップ半導体基板Wに向けて励起光L301を照射し、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L302の内、特定の波長成分の光L303を撮像し、撮像された光の強弱に基づいて、転位欠陥を検出するものである。また、転位欠陥検査装置301には、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基板保持部309が備えられている。
転位欠陥検出部305は、輝度情報に対して閾値を設定し、その条件で検出されたものを全てを転位欠陥として検出することができる。このとき設定する、閾値が不適切であると、過検出や検出漏れとなる可能性があるため、閾値を厳密に設定したり、適宜変更が必要になったりする場合がある。また、検査する際に作業者の衣服やマスクなどから発生したホコリなどの有機物が基板Wの表面に付着すると、有機物からフォトルミネッセンス光を発する。後から付着したホコリなどは、後の洗浄工程で除去されるものであったとしても、検査結果に含まれてしまうため、検出対象から除きたい場合がある。
本発明に係る転位欠陥検査装置301Bは、励起光照射部302と、蛍光撮像部304と、蛍光撮像フィルタ部303と、転位欠陥検出部305Bとを備えて構成されている。なお、励起光照射部302と、蛍光撮像部304と、蛍光撮像フィルタ部303については、上述と同様の構成のため、詳細な説明は省略する。
なお、蛍光撮像フィルタ部303は、上述の波長帯域の光を通過させ、それ以外の光を減衰させる構成に限らず、下述のような構成であっても良い。
なお、蛍光撮像フィルタ部303は、図9に示す様な配置(つまり、レンズ341と基板Wの間に配置)しても良いし、レンズ341を構成する光学素子群の光路中や、レンズ341と撮像カメラ340の間に配置しても良い。
上述では、検査対象となるワイドギャップ半導体基板の一類型として、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内ないしエピタキシャル層とSiC基板との界面に生じた転位欠陥を検査する形態を示した。
上述では、励起光照射部302の光源として、UV−LEDを用いて励起光L301を照射する構成を例示した。しかし、この様な構成に限らず、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レーザを用いて励起光L301を照射する。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L301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透過フィルターやダイクロイックミラーなどを用いて、励起光L301を照射する。
以下に、本発明を実施するための第5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14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基板上に形成させたエピタキシャル層の内部に生じた種々の欠陥が例示されている。また、ワイドギャップ半導体基板Wに形成されたエピタキシャル層の基底面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。
なお上述では、欠陥検査部406にて、白黒画像の濃淡情報に基づいて欠陥候補を抽出し、各欠陥候補が基底面転位かどうか、積層欠陥かどうかを判定する構成を例示した。しかし、本発明に係る欠陥検査部は、基底面転位かどうかの判定処理を省いても良く、各欠陥候補が積層欠陥かどうかを判定したり、その積層欠陥をさらに細分類したりする構成であっても良い。
また、本発明を具現化するために、上述の欠陥検査部406を備えた欠陥検査装置401に代えて、欠陥検査部406Bを備えた構成の欠陥検査装置401Bであっても良い。
なお上述では、カラー画像の色情報の違いとして、主に色合い(色相:Hueとも言う)の違いについて説明した。しかし、これに限らず、明度(Value)や彩度(Saturation)を含めて判断しても良い。
また上述では、欠陥検査部406Bの欠陥候補抽出部461で抽出された欠陥候補が、積層欠陥E402かどうかを判別する欠陥判別部462が備えられた構成を示した。しかし、本発明に係る欠陥検査部は、欠陥候補を先ず基底面転位E401かどうか判別し、基底面転位E401でないと判別された欠陥候補について、積層欠陥E402かどうかを判別する構成であっても良い。或いは、欠陥候補を先ず積層欠陥E402かどうかを判別し、積層欠陥E402でないと判別された欠陥候補について、基底面転位E401かどうか判別する構成であっても良い。或いは、欠陥候補について、一度に基底面転位E401か積層欠陥E402かどうかを判別する構成であっても良い。
上述では、第1分岐光L403と第2分岐光L404に分岐する類型として、分岐の基準とされる波長を600nmとして、それよりも長波長側または単波長側の波長帯域の光に分岐する例を示した。
上述では、検査対象となるワイドギャップ半導体基板の一類型として、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に生じた基底面転位E401や積層欠陥E402を検査する形態を示した。
上述では、励起光照射部402の光源として、UV−LEDを用いて励起光L401を照射する構成を例示した。しかし、この様な構成に限らず、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レーザを用いて励起光L401を照射する。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L401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、励起光L401を照射する。
上述では、白黒撮像カメラ440及びカラー撮像カメラ450として、多数の受光素子が2次元配列された、いわゆるエリアセンサーカメラを例示した。しかし、この様な構成に限らず、多数の受光素子が直線上に配列された、ラインセンサーカメラを用いる構成でも良い。この場合は、ラインセンサーの各受光素子が配列されている方向と交差する方向(望ましくは直交する方向)に、励起光照射部402、レンズ部409、光分岐部403、第1撮像部404及び第2撮像部405で構成される検査用ユニットと、ワイドギャップ半導体基板Wを保持する基板保持部408とを相対移動させながら、連続して画像を取得する構成とする。
上述では、レンズ部409として、ワイドギャップ半導体基板Wと光分岐部403との間に配置した対物レンズ490と、光分岐部403と第1撮像部404および第2撮像部405の間に配置した結像レンズ491,492を備えた構成を示した。しかし、この様な構成に限らず、結像レンズ491,492を省いて対物レンズのみで結像させる構成や、対物レンズ490を省いて結像レンズのみで結像させる構成であっても良い。
102 励起光照射部
103 蛍光撮像部
104 欠陥検出部
109 基板保持部
130 カラーカメラ
131 レンズ
134 カラーフィルタ
135 イメージセンサ
L101 励起光
L102 フォトルミネッセンス光
E101 基底面転位
E102 積層欠陥
E103 界面にある転位
201 欠陥検査装置
202 励起光照射部
203 蛍光撮像フィルタ部
204 蛍光撮像フィルタ切替部
205 蛍光撮像部
206 欠陥検出部
209 基板保持部
231 Aフィルタ
232 Bフィルタ
233 Cフィルタ
234 Dフィルタ
235 Eフィルタ
236 Fフィルタ
241 ターレット
242 回転機構
250 撮像カメラ(白黒)
251 レンズ
255 イメージセンサ
L201 励起光
L202 フォトルミネッセンス光
L203 フィルタリングされた光
E201 基底面転位
E202 積層欠陥
E203 界面にある転位
E204 界面にある転位
301 転位欠陥検査装置
302 励起光照射部
303 蛍光撮像フィルタ部
304 蛍光撮像部
305 転位欠陥検出部
305B 転位欠陥検出部
309 基板保持部
340 撮像カメラ
341 レンズ
345 イメージセンサ(白黒)
L301 励起光
L302 フォトルミネッセンス光
L303 特定の波長帯域の光(蛍光撮像フィルタ部を通過した光)
E301 基底面転移による転位欠陥
E302 マイクロパイプによる転位欠陥
E303 貫通らせん転位による転位欠陥
E304 貫通刃状転位による転位欠陥
E305 界面にある転位による転位欠陥
E306 界面にある転位による転位欠陥
401 欠陥検査装置
402 励起光照射部
403 光分岐部
404 第1撮像部
405 第2撮像部
406 欠陥検査部
408 基板保持部
409 レンズ部
430 ダイクロイックミラー
430s ダイクロイックミラーの表面側
430b ダイクロイックミラーの裏面側
440 白黒撮像カメラ
445 イメージセンサ
450 カラー撮像カメラ
454 カラーフィルタ
455 イメージセンサ
461 欠陥候補抽出部
462 欠陥判別部
463 欠陥種類分類部
490 対物レンズ
491 結像レンズ
492 結像レンズ
L401 励起光
L402 フォトルミネッセンス光
L403 第1分岐光(長波長側)
L404 第2分岐光(短波長側)
E401 基底面転位
E402 積層欠陥
E401e 基底面転位のエッジ
E402e 積層欠陥のエッジ
B 基底面
Lx 欠陥候補のx方向の長さ
Ly 欠陥候補のy方向の長さ
W ワイドギャップ半導体基板
W1 基板(SiC,GaNなど)
W2 エピタキシャル層
Claims (38)
- ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する方法であって、
前記ワイドギャップ半導体基板に向けて励起光を照射し、
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可視光領域のフォトルミネッセンス光を撮像し、
撮像された前記可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
前記ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査を行うことを特徴とする、欠陥検査方法。 - 前記ワイドギャップ半導体基板の前記検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる可視光領域の特定波長のフォトルミネッセンス光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる可視光領域の特定波長の光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の検査を行うことを特徴とする、請求項1に記載の欠陥検査方法。
- 前記ワイドギャップ半導体基板の前記検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる可視光領域の特定波長のフォトルミネッセンス光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる可視光領域の特定波長の光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の種類を分類することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の欠陥検査方法。
- ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する装置であって、
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可視光領域の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、
撮像された前記可視光領域のフォトルミネッセンス光を含む画像における、
前記ワイドギャップ半導体基板の検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えた
ことを特徴とする、欠陥検査装置。 - 前記欠陥検出部は、前記ワイドギャップ半導体基板の前記検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる可視光領域の特定波長のフォトルミネッセンス光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる可視光領域の特定波長の光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出することを特徴とする、請求項4に記載の欠陥検査装置。
- 前記ワイドギャップ半導体基板の前記検査対象とする欠陥が含まれている部位から発せられる可視光領域の特定波長のフォトルミネッセンス光の強度と、当該ワイドギャップ半導体基板の当該検査対象とする欠陥が含まれていない部位から発せられる可視光領域の特定波長の光の強度との違いに基づいて、当該ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の種類を分類する欠陥分類部が備えられたことを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の欠陥検査装置。
- ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する装置であって、
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、
前記励起光照射部から照射された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、前記フォトルミネッセンス光の波長成分をカラー画像として撮像するカラーカメラを備え、
前記カラーカメラで撮像したカラー画像の色情報に基づいて、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えた、欠陥検査装置。 - 前記欠陥検出部で検出される欠陥が、基底面転位、積層欠陥または界面転位のいずれかである
ことを特徴とする、請求項7に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥検出部で検出される欠陥が、前記積層欠陥のうち、1SSF、2SSF、3SSFまたは4SSFのいずれかであることを特徴とする、請求項8に記載の欠陥検査装置。
- 前記欠陥検出部には、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の種類を分類する欠陥分類部が備えられている
ことを特徴とする、請求項7に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥分類部は、前記欠陥検出部で検出された欠陥が、前記基底面転位、前記積層欠陥または前記界面転位のいずれであるかを分類する
ことを特徴とする、請求項10に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥分類部で分類される欠陥の種類が、前記積層欠陥のうち、1SSF、2SSF、3SSFまたは4SSFのいずれかである
ことを特徴とする、請求項11に記載の欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥が、当該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に生じた欠陥である
ことを特徴とする、請求項7〜12のいずれかに記載の欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥が、当該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である
ことを特徴とする、請求項7〜12のいずれかに記載の欠陥検査装置。
- ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検査する装置であって、
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、
前記励起光の波長成分を減衰させつつ、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のうち一部の波長成分を通過させる、蛍光撮像フィルタを2種類以上備えた、蛍光撮像フィルタ部と、
前記2種類以上の蛍光撮像フィルタの内、いずれを使用するかを選択して切り替える蛍光撮像フィルタ切替部と、
前記蛍光撮像フィルタ部の蛍光撮像フィルタを通過した光を撮像する蛍光撮像部とを備え、
前記2種類以上の蛍光撮像フィルタは各々通過する光の波長成分が異なり、
使用する蛍光撮像フィルタを切り替えて前記蛍光撮像部で撮像した、2種類以上の画像の明暗情報の組合せに基づいて、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出する欠陥検出部を備えた、欠陥検査装置。 - 前記蛍光撮像フィルタ部には、
欠陥候補を抽出するための第1蛍光撮像フィルタと、
特定の種類の欠陥であるかを判別するための第2蛍光撮像フィルタとが備えられ、
前記欠陥検出部では、
前記第1蛍光撮像フィルタを用いて撮像した画像と、前記第2蛍光撮像フィルタを用いて撮像した画像との明暗情報の組合せに基づいて、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥を検出することを特徴とする、請求項15に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥検出部で検出される欠陥が、基底面転位、積層欠陥または界面転位のいずれかであることを特徴とする、請求項15又は請求項16に記載の欠陥検査装置。
- 前記欠陥検出部で検出される欠陥が、前記積層欠陥のうち、1SSF、2SSF、3SSFまたは4SSFのいずれかであることを特徴とする、請求項17に記載の欠陥検査装置。
- 前記蛍光撮像フィルタ部には、第1蛍光撮像フィルタと、当該第1蛍光撮像フィルタとは通過する光の波長成分が異なる第2蛍光撮像フィルタを備えられ、
前記欠陥検出部には、
前記第1蛍光撮像フィルタに切り替えて前記蛍光撮像部で撮像した画像の明暗情報から前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥候補を抽出する欠陥候補検出部と、
前記欠陥候補に対して、前記第2蛍光撮像フィルタに切り替えて前記蛍光撮像部で撮像した画像の明暗情報から前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥の欠陥種類を分類する欠陥分類部とが備えられている
ことを特徴とする、請求項15又は請求項16に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥分類部は、前記欠陥検出部で検出された欠陥が、基底面転位、積層欠陥または界面転位のいずれであるかを分類する
ことを特徴とする、請求項19に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥候補検出部は、前記蛍光撮像部で撮像した画像において、周囲の領域に対して輝度レベルが低い部位があれば、当該部位を転位欠陥候補と判別し、
前記欠陥分類部は、前記転位欠陥候補と判別された部位について、当該部位の輝度レベルを、予め設定した基準となる輝度レベルを比較して、基底面転位または界面転位に分類することを特徴とする、請求項20又は請求項21に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥分類部で分類される欠陥の欠陥種類が、前記積層欠陥のうち、1SSF、2SSF、3SSFまたは4SSFのいずれかである
ことを特徴とする、請求項20に記載の欠陥検査装置。 - 前記欠陥候補検出部は、前記蛍光撮像部で撮像した画像において、周囲の領域に対して輝度レベルが高い部位があれば、当該部位を積層欠陥候補と判別し、
前記欠陥分類部は、前記積層欠陥候補と判別された部位について、当該部位とその周辺の領域との輝度レベルを比較して、1SSF、2SSF、3SSFまたは4SSFのいずれかに分類することを特徴とする、請求項22に記載の欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥が、当該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に生じた欠陥である
ことを特徴とする、請求項15〜22のいずれかに記載の欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた欠陥が、当該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である
ことを特徴とする、請求項15〜22のいずれかに記載の欠陥検査装置。
- ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥を検査する装置であって、
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、
前記励起光の波長成分を減衰させつつ、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のうち一部の波長成分を通過させる、蛍光撮像フィルタ部と、
前記蛍光撮像フィルタを通過した光を撮像する蛍光撮像部と、
前記蛍光撮像部で撮像された画像に基づいて、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥を検出する転位欠陥検出部とを備え、
前記蛍光撮像部では、転位欠陥が生じている部位を、転位欠陥が生じていない部位よりも低い輝度レベルの画像として撮像し、
前記転位欠陥検出部は、前記蛍光撮像部で撮像された画像内の、基準レベルよりも低い輝度レベルの部位を、ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥として検出する
ことを特徴とする、転位欠陥検査装置。 - ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥を検査する装置であって、
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、
前記励起光の波長成分を減衰させつつ、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のうち一部の波長成分を通過させる、蛍光撮像フィルタ部と、
前記蛍光撮像フィルタを通過した光を撮像する蛍光撮像部と、
前記蛍光撮像部で撮像された画像に基づいて、前記ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥を検出する転位欠陥検出部とを備え、
前記蛍光撮像部では、転位欠陥が生じている部位を、転位欠陥が生じていない部位よりも低い輝度レベルの画像として撮像し、
前記転位欠陥検出部は、
前記蛍光撮像部で撮像された画像内の、基準レベルよりも低い輝度レベルの部位を欠陥候補として抽出する欠陥候補抽出部と、
前記欠陥候補抽出部で抽出した欠陥候補の形状を識別する欠陥候補形状識別部と、
前記欠陥候補形状識別部で識別された欠陥候補の形状に基づいて、当該欠陥候補がワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥であるかどうかを判別する欠陥判別部とを備えた
ことを特徴とする、請求項26に記載の転位欠陥検査装置。 - 蛍光撮像フィルタ部は、前記ワイドギャップ半導体基板から発せられた前記フォトルミネッセンス光の波長成分の内、385〜750nmの波長成分の光を通過させる
ことを特徴とする、請求項26又は請求項27に記載の転位欠陥検査装置。 - 蛍光撮像フィルタ部は、前記ワイドギャップ半導体基板から発せられた前記フォトルミネッセンス光の波長成分の内、385〜610nmの波長成分の光を通過させる
ことを特徴とする、請求項26又は請求項27に記載の転位欠陥検査装置。 - 蛍光撮像フィルタ部は、前記ワイドギャップ半導体基板から発せられた前記フォトルミネッセンス光の波長成分の内、385〜395nmの波長成分を含む光を通過させる
ことを特徴とする、請求項26又は請求項27に記載の転位欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥が、当該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に生じた欠陥であることを特徴とする、
請求項26〜30のいずれかに記載の欠陥検査装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基板に生じた転位欠陥が、当該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であることを特徴とする、
請求項26〜30のいずれかに記載の欠陥検査装置。
- 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に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記エピタキシャル層に向けて励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光照射部から照射された励起光が前記エピタキシャル層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第1分岐光と第2分岐光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された前記第1分岐光を白黒画像として撮像する第1撮像部と、
前記光分岐部で分岐された前記第2分岐光をカラー画像として撮像する第2撮像部と、
前記第1撮像部で撮像された画像の濃淡情報と前記第2撮像部で撮像された画像の色情報との組合せに基づいて、前記エピタキシャル層に生じた結晶構造の欠陥を検査する欠陥検査部を備えたことを特徴とする、欠陥検査装置。 - 前記欠陥検査部は、
前記第1撮像部で撮像された白黒画像の濃淡情報に基づいて欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出部と、
前記欠陥候補が積層欠陥かどうかを判別する欠陥判別部と、
前記欠陥判別部で積層欠陥と判別された部位について、前記第2撮像部で撮像された前記カラー画像の色情報に基づいて欠陥種類を細分類する、欠陥種類分類部を備えた
ことを特徴とする、請求項33に記載の欠陥検査装置。 - 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に生じた欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記エピタキシャル層に向けて励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光照射部から照射された励起光が前記エピタキシャル層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、第1分岐光と第2分岐光に分岐する、光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された前記第1分岐光を白黒画像として撮像する第1撮像部と、
前記光分岐部で分岐された前記第2分岐光をカラー画像として撮像する第2撮像部と、
前記エピタキシャル層に生じた結晶構造の欠陥を検査する欠陥検査部を備え、
前記欠陥検査部は、
前記第1撮像部で撮像された画像の濃淡差からエッジ抽出して欠陥候補の外縁を検出し、当該外縁で囲まれた部位を欠陥候補として抽出する、欠陥候補抽出部と、
前記欠陥候補の形状情報に基づいて当該欠陥候補が積層欠陥かどうかを判別する欠陥判別部と、
前記欠陥判別部で積層欠陥と判別された部位について、前記第2撮像部で撮像された前記カラー画像の色情報に基づいて欠陥種類を細分類する、欠陥種類分類部を備えた
ことを特徴とする、欠陥検査装置。 - 前記欠陥検査部は、前記積層欠陥のうち、1SSF、2SSF、3SSF又は4SSFのいずれかに細分類することを特徴とする、請求項34又は請求項35に記載の欠陥検査装置。
- 前記欠陥判別部は、前記欠陥候補が基底面転位かどうかをも判別することを特徴とする、請求項34又は請求項35に記載の欠陥検査装置。
- 前記光分岐部は、
分岐の基準とされる波長より長波長側の波長帯域の光を前記第1分岐光として分岐し、
当該分岐の基準とされる波長より短波長側の波長帯域の光を前記第2分岐光として分岐することを特徴とする、請求項33〜37のいずれかに記載の欠陥検査装置。
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