KR20190031233A

KR20190031233A - 와이드 갭 반도체 기판의 결함 검사 장치

Info

Publication number: KR20190031233A
Application number: KR1020197001018A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 무라타
Original assignee: 토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2019-03-25
Also published as: CN109478523A; JP2018014377A; TW201812943A; TWI698942B; KR102268931B1; CN109478523B; JP6688184B2; WO2018016154A1

Abstract

검사 대상의 촬상 범위를 가변으로 하면서, 간단한 장치 구성임에도 불구하고 종래보다 신속하고 또한 확실하게 결함의 검사를 할 수 있고, 결함의 확장도 방지할 수 있는, 결함 검사 장치를 제공한다. 구체적으로는, 와이드 갭 반도체 기판에 발생한 결함을 검사하는 결함 검사 장치이며, 여기광 조사부와, 형광 촬상부를 구비하고, 형광 촬상부에는, 관찰 배율이 상이한 대물 렌즈를 복수 구비하고, 당해 복수의 대물 렌즈 중 어느 하나를 선택하여 전환하는 촬상 배율 전환부가 구비되고, 여기광 조사부에는, 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 조사 배율 변경부가 구비되고, 촬상 배율 전환부에 있어서 선택된 대물 렌즈의 관찰 배율에 따라서, 조명 배율 변경부에 있어서의 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 제어부를 구비한다.

Description

와이드 갭 반도체 기판의 결함 검사 장치

본 발명은, 와이드 갭 반도체 기판 상에 형성시킨 에피택셜층 또는 와이드 갭 반도체 기판을 구성하는 재료 자체에 발생한 결함을 검사하는 장치에 관한 것이다.

SiC 기판 상에 에피택셜층을 형성시킨 것(이른바, SiC 에피택셜 기판)은, 와이드 갭 반도체이며, 태양광 발전이나 하이브리드카, 전기 자동차의 보급에 수반하여 주목받는 파워 반도체 디바이스이다. 그러나 SiC 에피택셜 기판은, 아직 많은 결함 결정이 존재하기 때문에, 파워 반도체 디바이스로서 사용하기 위해서는 전수 검사를 행할 필요가 있다.

그 중에서도, 기저면 전위라고 불리는 결정 결함은, pn 접합형 다이오드의 순방향 특성 저하의 요인이 되는 적층 결함의 확장의 원인이 된다. 그 때문에, 기저면 전위를 포함하는 결정 결함의 밀도가 낮아지는 제조 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1).

그리고 종래부터, 포토루미네선스(PL)법에 의한 SiC 에피택셜 기판의 결정 결함을 검사하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2).

혹은, X선 토포그래피법을 이용하여, 비파괴적으로 결함을 검출하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3).

또한, 생체 표본을 관찰하기 위한 형광 현미경에 있어서, 관찰 배율을 줌으로 변경하면서, 당해 줌 배율의 변화에 수반하여 조명계의 시야 조리개의 크기(즉, 조리개 직경)를 조절함으로써, 관찰하는 범위에만 여기광을 조명시켜, 불필요한 광을 표본에 조사하는 것을 방지하는(즉, 표본의 퇴색을 방지하는) 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 4).

국제 공개 WO2014/097448 일본 특허 제3917154호 공보 일본 특허 공개 제2009-44083호 공보 일본 특허 공개 평10-123425호 공보

SiC 에피택셜 기판에 발생하는 결함에는 복수의 종류가 있고, 결함의 종류에 따라 제조한 디바이스의 수명이나 성능에 미치는 영향이 상이하다. 그 때문에, 제조 방법의 개선 전후의 결함의 수나 크기를 비교하여 개선의 효과가 나타나 있는지 확인하거나, 출하 전의 제품 검사를 실시하거나 하기 위해, 특정 종류의 결함만을 신속하게 추출하고자 한다는 요망이 강했다.

그러나 특허문헌 2와 같이 포토루미네선스(PL)법을 이용하여, 모노크롬 카메라에 의한 적외광 영역의 파장을 촬상하는 경우, 검사에 필요한 화상을 취득하는 데 시간이 걸릴뿐만 아니라, 확실하게는 결함의 종류를 분류할 수 없었다.

한편, 특허문헌 3과 같이 X선 토포그래피법을 이용하는 경우, 비파괴로의 검사가 가능하지만, 검사에 필요한 화상을 취득하는 데 시간이 걸리는 데다가, 더욱 고강도의 X선을 조사하기 위한 대규모의 특수 시설이 필요해진다.

그리고 PL법을 이용한 SiC 에피택셜 기판의 검사에 있어서, 검사 대상의 촬상 배율을 가변으로 하고자 한다는 요망이 있는 한편, 검사 대상 영역에 여기광을 과잉으로 조사하면 결함이 확장될 가능성도 있기 때문에, 여기광의 조사는 필요 최소한으로 억제하고자 한다는 요망이 있었다.

그러나 특허문헌 4와 같이, 관찰 배율의 변경에 수반하여 조명계의 조리개 직경을 조절하는 형태에서는, 저배율에서의 촬상과 비교하여 고배율에서의 촬상에 여기광의 광량이 부족하여, 촬상 시간이 길어져 버린다. 그 때문에, 촬상에 요하는 시간을 짧게 할 수 없다는 과제가 있었다.

그래서 본 발명은, 검사 대상의 촬상 범위를 가변으로 하면서, 간단한 장치 구성임에도 불구하고 종래보다 신속하고 또한 확실하게 결함의 검사를 할 수 있고, 결함의 확장도 방지할 수 있는, 결함 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 일 양태는,

와이드 갭 반도체 기판에 발생한 결함을 검사하는 결함 검사 장치이며,

와이드 갭 반도체 기판을 향해 여기광을 조사하는 여기광 조사부와,

여기광이 와이드 갭 반도체 기판에 조사됨으로써 발해진 포토루미네선스 광을 촬상하는 형광 촬상부를 구비하고,

형광 촬상부에는, 관찰 배율이 상이한 대물 렌즈를 복수 구비하고, 당해 복수의 대물 렌즈 중 어느 하나를 선택하여 전환하는 촬상 배율 전환부가 구비되고,

여기광 조사부에는, 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 조사 배율 변경부가 구비되고,

촬상 배율 전환부에 있어서 선택된 대물 렌즈의 관찰 배율에 따라서, 조명 배율 변경부에 있어서의 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 제어부를 구비한

것을 특징으로 하는, 결함 검사 장치이다.

검사 대상의 촬상 범위를 가변으로 하면서, 간단한 장치 구성임에도 불구하고 종래보다 신속하고 또한 확실하게 결함의 검사를 할 수 있고, 결함의 확장도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 주요부를 도시하는 개략도이다.
도 3은 검사 대상이 되는 각종 결함을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 검사 대상이 되는 기판 및 각종 결함의 형광 발광 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의해 촬상된 각종 결함의 흑백 화상과 컬러 화상을 모식적으로 나타낸 이미지도이다.
도 6은 본 발명을 구현화하는 다른 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명을 구현화하는 또 다른 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 사용하면서 설명한다.

또한, 각 도면에서는, 수평 방향을 x 방향, y 방향이라고 표현하고, xy 평면에 수직인 방향(즉, 중력 방향)을 z 방향이라고 표현한다.

도 1은, 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이며, 결함 검사 장치(1)를 구성하는 각 부의 배치가 개략적으로 기재되어 있다.

본 발명에 관한 결함 검사 장치(1)는, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 발생한 결함을 검사하는 것이다. 구체적으로는, 결함 검사 장치(1)는, 여기광 조사부(2), 형광 촬상부(3), 결함 검사부(4), 제어부(5) 등을 구비하고 있다. 또한, 결함 검사 장치(1)에는, 기판 보유 지지부(8)와, 상대 이동부(9)가 구비되어 있다.

여기광 조사부(2)는, 와이드 갭 반도체 기판(W)을 향해 여기광(L1)을 조사하는 것이다. 구체적으로는, 여기광 조사부(2)는, 여기광 조사 유닛(20)과, 투영 렌즈(22, 23)와, 조사 배율 변경부(25) 등을 구비하고 있다. 여기광 조사부(2)는, 장치 프레임(1f)에 설치 금속 부재(도시하지 않음) 등을 개재시켜 설치되어 있다.

도 2는, 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 주요부를 도시하는 개략도이며, 투영 렌즈(22, 23)의 간격이 바뀌면, 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3)가 바뀌는 모습이 도시되어 있다.

여기광 조사 유닛(20)은, 여기광(L1)의 원인이 되는 광 에너지를 발생시키는 것이며, 광원(21)을 구비하고 있다. 구체적으로는, 여기광 조사 유닛(20)은, 발광 파장 성분이 365㎚ 전후인 발광 다이오드(이른바, UV- LED)를 광원(21)으로서 구비한 것을 예시할 수 있다.

투영 렌즈(22, 23)는, 광원(21)으로부터 발해진 여기광(L1)을 집광시켜, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 설정한 조사 범위(F)에 투영·조사하는 것이다. 구체적으로는, 투영 렌즈(22, 23)는, 1매 내지 복수의 볼록 렌즈나 오목 렌즈를 포함하는 조합 렌즈 등으로 구성되어 있다.

조사 배율 변경부(25)는, 여기광(L1)의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 것이다. 구체적으로는, 조사 배율 변경부(25)는, 여기광(L1)을 통과시키는 복수의 렌즈(22, 23) 사이의 거리를 변경하는 것이다. 더 구체적으로는, 조사 배율 변경부(25)는, 전동 액추에이터로 구성되어 있고, 전동 액추에이터의 슬라이더(26)에 렌즈(23)가 설치되어 있다. 전동 액추에이터는, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 슬라이더를 이동·정지시키는 기구이며, 렌즈(23)를 위치 P1∼P3으로 이동·정지시킬 수 있다. 즉, 렌즈(23)를 렌즈(22)에 대해 멀어지게 하거나 근접시키거나 함으로써, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F) 및 에너지 밀도가 변경된다. 이때, 광원(21)으로부터 방사되는 광의 에너지가 동일하면, 렌즈(23)를 위치 P1∼P3으로 이동시키면, 각 조사 범위(F1∼F3)의 면적비에 대략 반비례하여 여기광(L1)의 집광 정도가 변화되어, 에너지 밀도가 변화된다. 예를 들어, 각 조사 범위 F1, F2, F3의 종횡 치수의 비율이, 대략 4:2:1이면, 각 조사 범위 F1, F2, F3에서의 여기광(L1)의 에너지 밀도의 비율은, 대략 1:4:16이 된다.

또한, 슬라이더(26)(즉, 렌즈(23))의 위치 P1∼P3은, 여기광(L1)의 조사 범위(F)가, 형광 촬상부(3)에서 사용하는 대물 렌즈(30a∼30c) 각각에 적합한 조사 범위(F1∼F3)가 되도록, 미리 설정해 둔다.

형광 촬상부(3)는, 여기광(L1)이 와이드 갭 반도체 기판(W)에 조사됨으로써 발해진 포토루미네선스 광(L2)을 촬상하는 것이다.

구체적으로는, 형광 촬상부(3)는, 렌즈부(30)와, 촬상 배율 전환부(31)와, 형광 필터부(32)와, 촬상 카메라(33) 등을 구비하고 있다. 형광 촬상부(3)는, 장치 프레임(1f)에 설치 금속 부재(도시하지 않음) 등을 개재시켜 설치되어 있다.

렌즈부(30)는, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 검사 대상이 되는 부위의 평면 이미지를, 촬상 카메라(33)의 이미지 센서(34)에 투영·결상시키는 것이다. 구체적으로는, 렌즈부(30)는, 관찰 배율이 상이한 대물 렌즈를 복수 구비하고 있다. 더 구체적으로는, 렌즈부(30)에는, 관찰 배율이 5배인 대물 렌즈(30a), 10배인 대물 렌즈(30b), 20배인 대물 렌즈(30c)를 구비하고 있다.

촬상 배율 전환부(31)는, 렌즈부(30)에 구비된 복수의 대물 렌즈(30a∼30c) 중 어느 하나를 선택하여 전환하는 것이다. 구체적으로는, 촬상 배율 전환부(31)는, 전동 액추에이터 기구로 구성되어 있고, 전동 액추에이터 기구에는 각 대물 렌즈(30a∼30c)가 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 전동 액추에이터 기구는, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 슬라이드·정지하는 기구이며, 어느 배율의 대물 렌즈를 사용할지를 선택적으로 전환하는 것이다.

형광 필터부(32)는, 여기광(L1)의 파장 성분을 흡수 또는 반사시켜 감쇠시키면서, 검사 대상이 되는 부위로부터 발해진 포토루미네선스 광(L2)을 통과시키는 것이다. 구체적으로는, 형광 필터부(32)는, 렌즈부(30)와 촬상 카메라(33) 사이에 배치된 대역 통과 필터로 구성되어 있다. 더 구체적으로는, 이 대역 통과 필터는, 여기광(L1)에 포함되는 파장 성분(상술한 경우는, 자외선 영역의 광. 특히 파장 385㎚ 이하의 광), 및 적외 영역(예를 들어, 800㎚ 이상)의 광을 흡수 또는 반사하여 감쇠시켜, 포토루미네선스 광(L2)에 포함되는 385㎚보다 파장이 긴 자외광이나 가시광을 통과시키는 것이다.

촬상 카메라(33)는, 형광 필터부(32)를 통과한 포토루미네선스 광(L2)을 촬상하여, 외부로 영상 신호(아날로그 신호)나 영상 데이터(디지털 신호)를 출력하는 것이다. 촬상 카메라(33)는, 이미지 센서(34)를 구비하고 있다.

이미지 센서(34)는, 수광한 광 에너지를 시계열 처리하여, 순차적으로 전기 신호로 변환하는 것이다. 구체적으로는, 이미지 센서(45)는, 다수의 수광 소자가 2차원 배열된 에어리어 센서를 예시할 수 있고, 더 구체적으로는 CCD 이미지 센서나, CMOS 이미지 센서 등을 구비한, 흑백 카메라 또는 컬러 카메라로 구성되어 있다.

결함 검사부(4)는, 형광 촬상부(3)로 촬상된 화상에 기초하여 검사를 행하는 것이다. 구체적으로는, 결함 검사부(4)는, 화상 처리 기능을 구비한 컴퓨터(하드웨어)와 그 실행 프로그램(소프트웨어)에 의해 구성되어 있다.

더 구체적으로는, 결함 검사부(4)는, 촬상 카메라(33)로부터 출력된 영상 신호(아날로그 신호)나 영상 데이터(디지털 신호)가 입력되면, 화상의 농담 정보(예를 들어, 휘도값. 컬러 화상이면 색상·명도·채도 등의 색 정보도 포함함)에 기초하여 결함 후보를 추출하여, 어떠한 결함 종류인지를 판정하거나, 결함 종류를 세분류하거나, 결함의 계수나 위치 정보의 출력 등(이른바, 결함 검사)을 행한다.

[결함의 종류]

도 3은, 검사 대상이 되는 결함의 종류를 모식적으로 나타낸 사시도이다.

여기서는, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 발생한 결함의 종류로서, SiC 기판(W1) 상에 형성시킨 SiC 에피택셜층(W2)의 내부에 발생한 다양한 결함이 예시되어 있다. 또한, 에피택셜층(W2)의 기저면(B)이, 파선으로 나타나 있다. 또한, 도면에서는, 결함의 성장 방향은, x 방향과 소정의 각도를 이루는, 기저면(B)을 따르는 방향으로서 도시되어 있다.

본 발명의 검사 대상이 되는 결함으로서는, SiC 에피택셜층에 내재하는 기저면 전위(E1)나, SiC 에피택셜층에 내재하는 적층 결함(E2)을 대표적으로 들 수 있다. 또한, 적층 결함(E2)은, 단순히 「적층 결함」이라고 불리지만, 다시 1SSF∼4SSF 등의 결함 종류로 세분류할 수 있다. 또한, 1SSF는, 싱글 쇼클리 스태킹 폴트(Single Shockley Stacking Fault)라고도 불린다. 마찬가지로, 2SSF는 더블 쇼클리 스태킹 폴트(Double Shockley Stacking Fault), 3SSF는 트리플 쇼클리 스태킹 폴트(Triple Shockley Stacking Fault), 4SSF는 쿼드러플 쇼클리 스태킹 폴트(Quadruple Shockley Stacking Fault)라고도 불린다.

도 4는, 검사 대상이 되는 기판 및 각종 결함의 형광 발광 특성을 나타내는 도면이며, 횡축에 파장, 종축에 형광 발광의 강도의 일례가 나타나 있다.

와이드 갭 반도체 기판(W)으로부터 발해지는 포토루미네선스 광(L2)은, 「기저면 전위」도 「적층 결함」도 없는 경우, 대역단 발광에 의한 파장 성분(주로, 385∼395㎚)와, 불순물 준위의 발광(이른바, D-A 페어 발광)에 의한 파장 성분(주로, 450∼700㎚)이 포함된다.

한편, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 「기저면 전위」가 있으면, 당해 기저면 전위 부위로부터 발해지는 포토루미네선스 광(L2)은, 주로 610㎚ 이상의 파장 광, 특히 750㎚ 전후의 파장의 광이 방출된다.

한편, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 「적층 결함」이 있으면, 당해 적층 결함 부위로부터는, 적층 결함의 결함 종류에 따라서, 1SSF이면 파장 420㎚ 부근, 2SSF이면 파장 500㎚ 부근, 3SSF이면 파장 480㎚ 부근, 4SSF이면 파장 460㎚ 부근의 포토루미네선스 광이, 주로 방출된다. 또한, 상기 이외에도, 파장 600㎚ 이하의 포토루미네선스 광을 방출하는 적층 결함이 확인되어 있다.

[결함의 추출]

도 5는, 본 발명에 의해 촬상된 각종 결함의 흑백 화상과 컬러 화상을 모식적으로 나타낸 이미지도이다. 도 5에는, 촬상 카메라(33)로 촬상된 화상이, 흑백 화상인 경우의 각종 결함의 농담 화상 이미지와, 컬러 화상인 경우의 각종 결함의 모습이 예시되어 있다. 또한 비교를 위해, 종래 기술로 촬상된 화상(적외 영역의 포토루미네선스 광을 촬상)에서의 각종 결함의 농담 화상 이미지도 나타나 있다. 또한, 컬러 화상에 대해 흑백으로 대용 설명을 행하는 사정상, 색 정보의 차이는, 적절하게 해칭의 종류를 바꾸면서, 촬상된 포토루미네선스 광의 시각적 표현 및 주된 파장 성분을 병기하여 표현하고 있다.

본 발명에 관한 결함 검사부(4)에서는, 취득한 화상에 대해 화상 처리를 행하여, 배경 화상과 상이한 농담 정보나 색 정보의 영역이나 부위를 결함 후보로서 추출하고, 미리 규정된 판정 기준에 준하여 결함 검사를 행하는, 일련의 프로그램 처리가 실행된다.

제어부(5)는, 촬상 배율 전환부(30)에 있어서 선택된 대물 렌즈의 관찰 배율에 따라서, 조명 배율 변경부(20)에 있어서의 여기광(L1)의 조사 범위(F) 및 에너지 밀도를 변경하는 것이다.

제어부(5)는, 조사 배율 변경부(25), 촬상 배율 전환부(31)와 각각 접속되어 있고, 전동 액추에이터를 슬라이드·정지시켜 사용하는 대물 렌즈(30a∼30c)를 전환하거나, 슬라이더(26)의 위치 P1∼P3을 변경할 수 있다. 그 때문에, 제어부(5)는, 복수의 대물 렌즈(30a∼30c) 중, 어느 것을 사용할지를 선택함과 함께, 대물 렌즈의 배율에 적합한 여기광(L1)의 조사 범위(F1∼F3)가 되도록, 렌즈(22)와 렌즈(23) 사이의 거리를 변경할 수 있다. 즉, 사용하는 대물 렌즈(30a∼30c)의 관찰 배율에 연동시켜, 여기광(L1)의 조사 범위(F) 및 에너지 밀도를 변경할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 제어부(5)는, 기판 보유 지지부(8)의 기판 보유 지지 기구나 상대 이동부(9) 등의, 결함 검사 장치(1)에 구비된 각 기기와도 접속되어 있어, 각 기기를 통괄하여 제어할 수 있다. 구체적으로는, 제어부(5)는, 컴퓨터 CP나 프로그래머블 로직 컨트롤러(시퀀서라고도 함) 등의 하드웨어와, 그 실행 프로그램(소프트웨어)을 구비하고, 조작 패널이나 스위치류(도시하지 않음)를 통한 오퍼레이터에 의한 조작, 각종 설정 데이터 및 실행 프로그램에 기초하여, 각 기기의 제어가 행해진다.

기판 보유 지지부(8)는, 검사 대상이 되는 와이드 갭 반도체 기판(W)을 소정의 자세로 보유 지지하는 것이다. 구체적으로는, 기판 보유 지지부(8)는, 부압 흡착 플레이트나 정전 흡착 플레이트, 파지 척 기구 등의 기판 보유 지지 기구에 의해 와이드 갭 반도체 기판(W)을 보유 지지하는 것을 예시할 수 있고, 상면이 수평이 되도록 배치되어 있다.

상대 이동부(9)는, 여기광 조사부(2) 및 형광 촬상부(3)에 대해, 기판 보유 지지부(8)를 상대 이동시키는 것이다. 구체적으로는, 상대 이동부(9)는, 장치 프레임(1f)에 설치된 X 방향이나 Y 방향으로 연장되는 레일(91X, 91Y)과, 그 레일 상을 소정의 속도로 이동하거나 당해 레일 상의 소정의 위치에서 정지하는 슬라이더(92X, 92Y) 등을 구비하고 있다. 그리고 슬라이더(92Y) 상에는 기판 보유 지지부(8)가 설치되어 있다.

슬라이더(92X, 92Y)는, 제어용 앰프 유닛 등을 통해, 제어부(5)와 접속되어 있고, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 레일(91X, 91Y) 상을 소정의 속도로 이동시키거나 당해 레일 상의 소정의 위치에서 정지시킬 수 있다. 더 구체적으로는, 검사를 위한 화상 취득(즉, 촬상)은 정지 상태에서 행해지고, 다음 촬상 위치로 이동한 후, 다시 화상 취득을 위해 정지 상태로 되는, 이른바 스텝 앤드 리피트 방식으로 화상 취득이 행해진다.

이러한 구성을 하고 있기 때문에, 본 발명에 관한 결함 검사 장치(1)는, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 검사 대상의 촬상 범위를 가변으로 하면서, 간단한 장치 구성임에도 불구하고 종래보다 신속하고 또한 확실하게 결함의 검사를 할 수 있고, 결함의 확장도 방지할 수 있다.

또한 상술에서는, 여기광 조사부(2)의 실시 형태로서 조사 배율 변경부(25)를 구비한 구성을 예시하고, 조사 배율 변경부(25)가 투영 렌즈(22, 23)의 렌즈 사이의 거리를 변경함으로써 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3) 및 에너지 밀도를 변경하는 형태를 예시하였다. 이러한 형태라면, 필요 최소한의 렌즈 매수로 여기광 조사부(2)를 구성하면서, 다단계에서의 배율 변경이 가능해지므로 바람직하다. 또한, 투영 렌즈(22, 23)를 사용함으로써 여기광(L1)의 조사 범위(F1∼F3)의 내외에서의 광량 차를 급준하게 설정할 수 있어, 조사 범위를 변경해도 에너지 손실을 방지하면서, 조사 범위(F1∼F3) 내의 에너지 밀도를 변경할 수 있다.

[다른 형태]

그러나 본 발명을 구현화하는 데 있어서는, 상술한 바와 같은 형태에 한정되지 않고, 여기광 조사부로서 투영 배율이 상이한 투영 렌즈를 복수 구비하고, 조사 배율 변경부는, 여기광(L1)을 통과시키는 투영 렌즈를 전환하는 형태여도 된다.

도 6은, 본 발명을 구현화하는 다른 형태의 일례의 주요부를 도시하는 개략도이며, 여기광 조사부(2) 대신에 여기광 조사부(2B)를 구비한 형태가 예시되어 있다.

여기광 조사부(2B)는, 여기광 조사 유닛(20)과, 조사 배율 변경부(25B)와, 투영 렌즈(28a∼28c) 등을 구비하고 있다. 여기광 조사부(2B)를 구성하는 여기광 조사 유닛(20)과, 조사 배율 변경부(25B)는, 장치 프레임(1f)에 설치 금속 부재(도시하지 않음) 등을 개재시켜 설치되어 있다.

여기광 조사 유닛(20)은, 상술한 여기광 조사부(2)에 구비된 것과 마찬가지의 구성이므로, 상세한 설명은 생략한다.

조사 배율 변경부(25B)는, 터렛식 렌즈 홀더와 회전 액추에이터로 구성되어 있다. 회전 액추에이터는, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 터렛식 렌즈 홀더를 소정의 각도로 회전·정지시키는 것이다. 터렛식 렌즈 홀더에는, 각각 투영 배율이 상이한 투영 렌즈(28a∼28c)가 설치되어 있다.

투영 렌즈(28a∼28c)는, 여기광 조사 유닛(20)의 광원(21)으로부터 발해진 여기광(L1)을 집광시켜, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 설정한 조사 범위(F)에 투영·조사하는 것이다. 구체적으로는, 투영 렌즈(28a∼28c)는, 조사 범위(F1∼F3)에, 광원(21)으로부터 발해진 광을 소정의 투영 배율로 투영하는 것이며, 각각이 1매 내지 복수의 볼록 렌즈나 오목 렌즈를 포함하는 조합 렌즈 등으로 구성되어 있다.

여기광 조사부(2B)는, 이러한 구성을 하고 있기 때문에, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 사용하는 투영 렌즈(28a∼28c)를 전환하여, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3) 및 에너지 밀도를 변경할 수 있다. 그리고 투영 렌즈(28a∼28c)를 각각, 여기광(L1)의 조사 범위(F1∼F3)에 최적화 설계해 둠으로써, 여기광(L1)의 조사 범위(F1∼F3)의 내외에서의 광량 차를 급준하게 설정할 수 있어, 조사 범위를 변경해도 에너지 손실을 방지하면서, 조사 범위(F1∼F3) 내의 에너지 밀도를 변경할 수 있으므로, 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 조사 배율 변경부는, 도 1이나 도 6을 나타내면서 설명한 상술한 형태(즉, 조사 배율 변경부(25, 25B))에 한정되지 않고, 이하와 같은 형태라도, 본 발명을 구현화할 수 있다.

도 7은, 본 발명을 구현화하는 또 다른 형태의 일례의 주요부를 도시하는 개략도이며, 상술한 여기광 조사부(2, 25B) 대신에 여기광 조사부(2C)를 구비한 형태가 예시되어 있다.

여기광 조사부(2C)는, 여기광 조사 유닛(도시하지 않음)과, 확산판(24)과, 투영 렌즈(22, 23)와, 조사 배율 변경부(25) 등을 구비하고 있다. 여기광 조사 유닛은, 램프 광원 등을 라이트 가이드로 도광하는 구성을 예시할 수 있고, 라이트 가이드 출사부(29)로부터 여기광(L1)이 출사된다. 또한, 라이트 가이드 출사부(29)로부터 조사되는 여기광(L1)은, 확산판(24)에 조사되도록 배치되어 있다. 확산판(24)은, 여기광(L1)이 조사되는 면 내의 조도 균일성을 향상시키는 것이다. 그리고 확산판(24)을 사이에 두고 라이트 가이드 출사부(29)와 대향하는 위치에 투영 렌즈(22, 23)가 배치되어 있다.

투영 렌즈(22, 23)는, 확산판(24)에 조사되어 통과한 여기광(L1)을, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사하는 것이다. 그리고 여기광 조사부(2C)를 구성하는 투영 렌즈(22, 23), 확산판(24), 조사 배율 변경부(25B)는, 장치 프레임(1f)에 설치 금속 부재(도시하지 않음) 등을 개재시켜 설치되어 있다. 또한, 조사 배율 변경부(25)의 슬라이더(26) 상에는, 라이트 가이드 출사부(29)가 설치되어 있다. 또한, 여기광 조사부(2C)에 구비된 투영 렌즈(22, 23)와, 조사 배율 변경부(25)는, 상술한 여기광 조사부(2)에 구비된 그것들과 대략 마찬가지의 구성이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

여기광 조사부(2C)는, 이러한 형태를 하고 있기 때문에, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 조사 배율 변경부(25)의 슬라이더(26)(즉, 라이트 가이드 출사부(29))를 위치 P1∼P3으로 이동·정지시킴으로써, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F) 및 에너지 밀도가 변경된다. 또한, 슬라이더(26)의 위치 P1∼P3은, 여기광(L1)의 조사 범위(F)가, 형광 촬상부(3)에서 사용하는 대물 렌즈(30a∼30c) 각각에 적합한 조사 범위(F1∼F3)가 되도록, 미리 설정해 둔다.

여기광 조사부(2C)는, 이러한 구성을 하고 있기 때문에, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 라이트 가이드 출사부(29)의 위치 P1∼P3을 전환하여, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3) 및 에너지 밀도를 변경할 수 있다. 이 경우, 상술한 여기광 조사부(2, 2B)와 같이 여기광(L1)의 조사 범위(F1∼F3)의 내외에서의 광량 차가 급준하지는 않지만, 비교적 간이한 장치 구성으로 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3) 및 에너지 밀도를 변경할 수 있으므로, 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 조사 배율 변경부는, 이러한 형태에 한정되지 않고, 여기광 조사 유닛(20)과 투영 렌즈(22)를 구비하여, 일정한 확대각으로 여기광(L1)을 조사하는 구성으로 하고, 여기광 조사 유닛(20)과 투영 렌즈(22)를 일체적으로, 와이드 갭 반도체 기판(W)에 대해 근접시키거나 멀어지게 하는 형태여도 된다.

조사 배율 변경부는, 이러한 형태라도, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면에 투영 조사되는 여기광(L1)의 조사 범위(F)(예를 들어, F1∼F3) 및 에너지 밀도를 변경할 수 있어, 본 발명을 구현화할 수 있다.

[검사 대상이 되는 기판, 결함의 종류]

상술에서는, 검사 대상이 되는 와이드 갭 반도체 기판(W)의 한 유형으로서, SiC 기판 상에 에피택셜층을 성장시킨 것을 예시하고, 이 에피택셜층의 내부 및 SiC 기판과의 계면에 발생한 결함을 검사하는 형태를 나타냈다.

그러나 와이드 갭 반도체로서는, SiC 기판에 한정되지 않고, GaN 등의 반도체로 이루어지는 기판이어도 된다. 그리고 검사 대상이 되는 기판의 재료에 따라서, 조사하는 여기광(L1)의 파장은 적절하게 설정하면 된다. 그리고 검사 대상이 되는 기판의 재료, 여기광의 파장(L1) 및 결함 종류에 대한 포토루미네선스 광(L2)의 특성에 따라서, 결함 종류를 분류하기 위한 농담 정보나 색 정보는 적절하게 설정하면 된다.

또한, 본 발명에 관한 결함 검사 장치(1)는, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 표면 상에 형성시킨 에피택셜층에 발생한 결함뿐만 아니라, 와이드 갭 반도체 기판(W)을 구성하는 재료 자체에 발생한 결함의 검사에도 적용할 수 있다.

또한, 검사 대상이 되는 결함은, 상술에서 예시한 결함에 한정되지 않고, 마이크로 파이프, 관통 나선 전위, 관통 칼날 전위 등의 전위 결함이나, 다른 종류의 결함이어도 된다. 그리고 이들 검출 대상이 되는 결함의 종류에 따라서, 여기광(L1)의 파장이나, 형광 필터부(20)를 통과시키는 포토루미네선스 광(L2)의 파장(즉, 형광 필터부(20)의 필터링 파장)을 적절하게 설정하면 된다.

[여기광/형광 필터의 변형예]

상술에서는, 여기광 조사부(2)의 여기광 조사 유닛(20)이 UV-LED를 광원으로서 구비하고, 파장 365㎚ 전후의 광을 여기광(L1)으로서 조사하고, 포토루미네선스 광(L2)이 파장 385∼800㎚인 광(즉, 가시광 영역에 가까운 자외광 내지 가시광 영역의 광)인 구성을 예시하였다.

그러나 여기광(L1)의 파장 성분은, 검사 대상이 되는 기판이나 결함의 종류에 따라서 적절하게 결정하면 된다. 마찬가지로, 결함 검사를 위한 촬상 대상으로 하는 포토루미네선스 광(L2)은, 어떠한 파장 대역의 광을 통과(즉, 필터링)시킬지는, 검사 대상이 되는 기판이나 결함의 종류나, 여기광(L1)의 파장에 따라서 적절하게 결정하면 된다.

구체적으로는, 검사 대상이 되는 각종 결함이, SiC 기판 상에 성장시킨 SiC 에피택셜층에 발생한 것이면, 375㎚ 이하(이른바, 자외광)의 광을 여기광(L1)으로서 조사하고, GaN 기판 상에 성장시킨 GaN 에피택셜층에 발생한 것이면 365㎚ 이하의 심자외광을 여기광(L1)으로서 조사한다.

예를 들어, 검사 대상이 되는 각종 결함이 GaN 기판 상에 성장시킨 GaN에 피택셜층에 발생한 것이고, 여기광(L1)의 파장이 300㎚ 부근의 심자외광이고, 포토루미네선스 광(L2)이 350∼400㎚의 가시광 영역에 가까운 자외광이면, 형광 관찰 필터로서, 350㎚ 이하를 감쇠시키고, 350㎚ 이상을 통과시키는 특성의 것을 사용한다.

또한, 여기광 조사 유닛(20)에 구비된 광원(21)으로서는, UV-LED에 한정되지 않고, 레이저 발진기나 레이저 다이오드, 크세논 램프 등을 사용한 구성이어도 된다. 예를 들어, 레이저 발진기나 레이저 다이오드를 사용하는 경우이면, YAG 레이저나 YVO4 레이저와 THG를 조합한, 이른바 UV 레이저를 사용하여 소정 파장의 여기광(L1)을 조사하도록 구성되어 있다. 한편, 크세논 램프나 메탈 할라이드 램프, 수은 크세논 램프, 수은 램프 등의 백색 광원을 사용하는 경우이면, 여기광(L1)의 파장 성분을 통과시켜 그 이외의 파장 성분을 흡수 혹은 반사시키는 UV 투과 필터나 다이크로익 미러 등을 사용하여, 소정 파장의 여기광(L1)을 조사하도록 구성되어 있다. 또한, 광원(21)은, 점 광원이나 면 광원 등의 방식을 적절하게 선정할 수 있어, 광원의 방식에 따라서 투영 렌즈의 초점 거리나 배치 장소를 설정하면 된다.

또한, 형광 필터부(32)는, 상술한 바와 같은 구성에 한정되지 않고, 대물 렌즈(30a∼30c)나 이미지 센서(35)의 표면에 실시된 코팅막으로 구성해도 된다.

[촬상 배율 전환부의 변형예]

상술에서는, 촬상 배율 전환부(31)로서, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 슬라이드·정지하는 전동 액추에이터 기구를 예시하였다. 그러나 촬상 배율 전환부(31)는, 다른 방식에 의해 대물 렌즈(30a∼30c)를 전환하는 구성이어도 되고, 제어부(5)로부터의 제어 신호에 기초하여 회전·정지하는 전동 리볼버 기구 등으로 구성되어 있어도 된다.

[제어부의 변형예]

본 발명을 구현화하는 데 있어서는, 상술한 바와 같이 스텝 앤드 리피트 방식으로 화상 취득이 행해지는 형태의 경우, 다음 촬상 위치로 이동하고 있는 동안은, 여기광(L1)을 조사시키지 않는(이른바, 소등) 상태로 해 두는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 조명광 조사 유닛(20)과 제어부(5)를 접속하고, 리모트 조작에 의해 조명광을 출사시키기 위한 전류의 ON/OFF나 셔터의 개폐에 의해, 여기광(L1)의 ON/OFF를 전환 제어하는 구성으로 한다. 이러한 구성이면, 제어부(5)는, 촬상 카메라(33)에 의한 촬상 시에 여기광(L1)을 조사하고, 다음 촬상 위치로 이동하고 있는 동안은 여기광(L1)을 조사시키지 않는(이른바, 소등) 상태로 전환할 수 있어, 와이드 갭 반도체 기판(W)의 이동 중(즉, 비검사 시)에 불필요한 여기광(L1)을 조사시키지 않으므로, 결함의 확장 방지 효과를 높일 수 있다.

그러나 이 여기광(L1)의 ON/OFF의 전환 제어는, 필수적인 기능은 아니며, 저배율로의 관찰 등 에너지 밀도가 낮은 경우나, 검사 시간에 요하는 시간과 비교하여 다음 장소로의 이동 사이에 여기광(L1)이 조사되고 있는 시간이 짧은 경우 등, 결함의 확장에 그다지 영향을 미치지 않는 정도이면, 여기광(L1)을 상시 조사하고 있어도 된다.

[상대 이동부/촬상 카메라의 변형예]

또한 상술에서는, 상대 이동부(9)의 일례로서, 스텝 앤드 리피트 방식으로 화상 취득이 행해지는 형태를 예시하였지만, 본 발명을 구현화하는 데 있어서는 이러한 방식에 한정되지 않고, 스캔 방식으로 화상 취득이 행해지는 형태여도 된다.

구체적으로는, 이하와 같은 형태를 예시할 수 있다.

(1) 에어리어 센서를 구비한 촬상 카메라를 사용하여, 여기광(L1)을 스트로보스코프적으로 발광시킨다.

(2) 라인 센서나 TDI 센서를 구비한 촬상 카메라를 사용하여, 여기광(L1)을 상시 계속 조사한다. 이때, 라인 센서나 TDI 센서의 길이 방향이 상대 이동부(9)의 스캔 방향과 교차(바람직하게는, 직교)하도록 배치해 둔다.

또한 상술에서는, 상대 이동부(9)의 일례로서, 장치 프레임(1f)에 설치된 여기광 조사부(2) 및 형광 촬상부(3)에 대해, 와이드 갭 반도체 기판(W)을 적재하는 기판 보유 지지부(8)를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 형태를 예시하였다. 그러나 상대 이동부(9)는, 이러한 구성에 한정되지 않고, 이하와 같은 형태여도 된다.

(1) 여기광 조사부(2) 및 형광 촬상부(3)를 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시키고, 기판 보유 지지부(8)를 Y 방향 또는 X 방향으로 이동시킨다.

(2) 여기광 조사부(2) 및 형광 촬상부(3)를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키고, 기판 보유 지지부(8)는 장치 프레임(1f)에 고정해 둔다.

1 : 결함 검사 장치
2 : 여기광 조사부
3 : 형광 촬상부
4 : 결함 검사부
5 : 제어부
8 : 기판 보유 지지부
9 : 상대 이동부
20 : 여기광 조사 유닛
21 : 광원
22 : 투영 렌즈
23 : 투영 렌즈
24 : 확산판
25 : 조사 배율 변경부
26 : 슬라이더
27 : 조사 배율 변경부
28a∼28b : 투영 렌즈
29 : 라이트 가이드 출사부
30 : 렌즈부
30a∼30c : 대물 렌즈
31 : 촬상 배율 전환부
32 : 형광 필터부
33 : 촬상 카메라
34 : 이미지 센서
L1 : 여기광
L2 : 포토루미네선스 광
W : 와이드 갭 반도체 기판(검사 대상)
W1 : 기판(SiC, GaN 등)
W2 : 에피택셜층
E1 : 기저면 전위
E2 : 적층 결함
F : 조사 범위
F1 : 조사 범위(5배의 대물 렌즈용)
F2 : 조사 범위(10배의 대물 렌즈용)
F3 : 조사 범위(20배의 대물 렌즈용)

Claims

와이드 갭 반도체 기판에 발생한 결함을 검사하는 결함 검사 장치이며,
상기 와이드 갭 반도체 기판을 향해 여기광을 조사하는 여기광 조사부와,
상기 여기광이 상기 와이드 갭 반도체 기판에 조사됨으로써 발해진 포토루미네선스 광을 촬상하는 형광 촬상부를 구비하고,
상기 형광 촬상부에는, 관찰 배율이 상이한 대물 렌즈를 복수 구비하고, 당해 복수의 대물 렌즈 중 어느 하나를 선택하여 전환하는 촬상 배율 전환부가 구비되고,
상기 여기광 조사부에는, 상기 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 조사 배율 변경부가 구비되고,
상기 촬상 배율 전환부에 있어서 선택된 대물 렌즈의 관찰 배율에 따라서, 상기 조명 배율 변경부에 있어서의 상기 여기광의 조사 범위 및 에너지 밀도를 변경하는 제어부를 구비한
것을 특징으로 하는, 결함 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 여기광 조사부는, 투영 배율이 상이한 투영 렌즈를 복수 구비하고,
상기 조사 배율 변경부는, 상기 여기광을 통과시키는 투영 렌즈를 전환하는
것을 특징으로 하는, 결함 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 여기광 조사부는, 상기 여기광을 통과시키는 복수의 렌즈를 구비하고,
상기 조사 배율 변경부는, 상기 복수의 렌즈 사이의 거리를 변경하는
것을 특징으로 하는, 결함 검사 장치.