(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体ウェーハの結晶面をエッチング処理して結晶の転位を露出させると共に、エッチング処理された上記結晶面の拡大画像から転位ピット密度を測定する化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法において、
エッチング処理された上記結晶面の拡大モノクロ画像を得る工程と、この拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第一基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの輪郭部分が含まれた二値化第一画像に変換する工程と、上記拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第二基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの芯部分が含まれた二値化第二画像に変換する工程と、得られた第一画像および第二画像から両画像が重なる部分を抽出して二値化第三画像に変換しこの第三画像に含まれる独立図形を求めてこれを計数する工程と、計数された数値を転位ピット数として転位ピット密度を求める工程、
の各工程を有することを特徴とする化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶欠陥を評価する技術として利用される化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度（Etch Pit Density:EPD）の測定方法に係り、特に、画像処理技術を利用し、かつ、化合物半導体におけるウェーハ表面の平坦度や転位ピットの重なりに左右されることなく、転位ピット密度を精度よく求めることができる化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体であるＧａＰやＧａＡｓ等のウェーハは受発光素子や電子素子として広く用いられている。これ等化合物半導体ウェーハを使用するには欠陥の少ない良質な単結晶であることが必要である。これは、例えば、引上げ法等で育成されたＧａＰ単結晶インゴットから得られるＧａＰウェーハ上にエピタキシャル成長法等で結晶成長させる場合、ＧａＰウェーハ上の欠陥がエピタキシャル成長層へ伝播して素子特性を劣化させる弊害があるからである。
【０００３】
この結晶欠陥を評価する技術として転位ピット密度（ＥＰＤ）の測定がある。すなわち、欠陥が存在する部分は欠陥のない部分より原子間の結合力が弱いため、半導体ウェーハ表面を薬液で処理すると、欠陥部分はそれのない部分より速く溶解されて穴(ピット)状になる。この穴を転位ピット、このとき用いる薬液をエッチャント、この操作をエッチングという。
【０００４】
そして、この転位ピット密度（ＥＰＤ）の測定により、化合物半導体ウェーハにおける結晶の欠陥密度を評価することができる。
【０００５】
ところで、転位ピット密度（ＥＰＤ）の測定は、上記転位ピットが認識できるようにウェーハ面を顕微鏡等により拡大し、拡大画像中に存在するピットを単位面積当たりの個数に換算することにより行われている。
【０００６】
そして、転位ピットを数える基本的な手段として、人間が拡大画像を見て転位ピットを認識しその個数を数えるという目視による方法が知られている。例えば、１視野を２００μｍ×２００μｍの面積にして、ウェーハの直径方向に５視野ないし７視野について計数する。
【０００７】
計数された転位ピットの数は、単位面積（１ｃｍ2）当たりの個数に換算され、転位ピット密度として結晶品質の判定の指標の一つとして用いられる。
【０００８】
ところで、ウェーハ１枚当たりの転位ピット密度（ＥＰＤ）の測定には１０〜１５分程度を要する。
【０００９】
しかし、ウェーハが化合物半導体の場合、顕微鏡により拡大されたウェーハ面をＣＲＴモニターに表示し、かつ、その映像に一辺が２００〜５００μｍ程度の線を引いてその矩形内の転位ピットを数えると、数えるべきピットの数は１００個を越えることも少なくない。また、目視による方法は、ＣＲＴモニターを見ながらの作業となるため作業者の目への負担が大きい問題があった。
【００１０】
そこで、目視による方法に代わって、以下に述べるようなコンピュータシステムによる画像処理技術を利用した測定法の開発が進められている。ただし、目視による方法は、作業者が転位ピット一つ一つについてその形状や色合い等を判断しながら測定する方法であるため信頼性が高い。従って、画像処理技術を利用した測定法の開発に際しては、目視による方法と同程度の測定精度が得られるか否かが問題となる。
【００１１】
以下、画像処理技術を利用した従来の転位ピットの測定法について説明する。
【００１２】
まず、反射型顕微鏡を利用し上記ウェーハ面の拡大画像を得る方式として、暗視野と明視野の２つの照明方式がある。明視野照明の場合、照明光が測定面に対し垂直に落射するので転位ピットが暗く見え、転位ピットでない部分は明るく見える。他方、暗視野照明の場合、レンズ周辺から照射された照明光が測定面に対しやや斜めに落射するので、照明光が上記レンズにちょうど反射するような傾きを持った面が明るく見える。すわなち、転位ピットの一部分が明るく見え、転位ピットのない部分が暗く見える。
【００１３】
また、転位ピットの形状は、化合物半導体ウェーハにおける結晶の種類や面方位によって特徴のある形を取る。例えば、ＧａＰ（１１１）エッチング面の明視野照明による反射型顕微鏡の拡大モノクロ画像は図１のようになる。図１において角のない三角錐状で中心部に芯を有する図形が転位ピットを示している。従って、図１では転位ピットの部分は黒く見え、その他の部分は白く見える。
【００１４】
そして、画像処理技術を利用した従来法における転位ピットの測定は、以下のようにしてなされる。
【００１５】
すなわち、拡大モノクロ画像の各画素について濃度階調を基に白い部分と黒い部分に分類する基準濃度(閾値)を設定し、図１の拡大モノクロ画像を構成する画素群から上記閾値よりも黒い部分の画素を抽出すると、図１の拡大モノクロ画像は図２の画像に変換される。図２の画像は、図１の拡大モノクロ画像から転位ピット部分を抽出したものとなっている。この方法を二値化といい、図２のような二値化された画像を二値化画像という。そして、二値化画像中に含まれる独立図形の数を機械計測あるいは目視により数えて転位ピット数とし、この数値を単位面積あたりに換算し転位ピット密度（ＥＰＤ）を求めている。
【００１６】
また、上記閾値については転位ピットを除く全ての部分が取り出されないように設定する。明視野照明の場合、白い部分の画素を取り除き過ぎると転位ピットである部分（黒い部分の画素）を検出できない。また、黒い部分の画素を抽出し過ぎると、転位ピットでない部分（白い部分の画素）までもが検出されてしまう。よって、この間で上記閾値を設定する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記画像処理技術を利用した従来の転位ピットの測定法は、エッチング処理されたウェーハ面の平坦度が良い場合には転位ピット密度を精度よく測定することが可能である。
【００１８】
しかし、ウェーハ面の平坦度が悪い場合には、図３に示すようにウェーハ面の細かい凹凸が拡大画像の濃淡として出てしまい、転位ピットをほとんどすべて検出するように閾値を設定しただけでは、図４に示すようにその凹凸までもが検出されて転位ピットを精度よく測定できなくなる問題点を有していた。
【００１９】
また、上記転位ピットの個数が多い場合には、転位ピットが互いに重なり合っており、これ等を画像処理によって分離することは難しいため、転位ピット密度（ＥＰＤ）が少なく計数されるという問題点も有していた。
【００２０】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、画像処理技術を利用し、かつ、化合物半導体ウェーハ表面の平坦度および転位ピットの重なりに左右されることなく転位ピット密度（ＥＰＤ）を精度よく求めることができる化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するため、本発明者等は化合物半導体ウェーハのエッチング面について拡大モノクロ画像を求め、この拡大モノクロ画像から転位ピットとウェーハ面における凹凸とを分離する方法について鋭意検討を行った。
【００２２】
まず、明視野照明による反射型顕微鏡の拡大モノクロ画像においては、転位ピットの中央付近にある芯部分は図３に示すように白くなる。しかし、ウェーハ表面に存在する凹凸部も同時に白くなるため、転位ピット検出のために濃淡の閾値を転位ピットの芯部分に合わせて二値化画像に変換すると、上述したように凹凸部も一緒に検出されてしまう不具合が生ずる。
【００２３】
但し、上記凹凸部または転位ピット部になんらかのフィルターをかけて転位ピットの芯部分だけを検出できるようにすれば、凹凸部を二値化画像から除去することができる。すなわち、図３に示すように転位ピットの輪郭部分は黒い部分として、また、上記凹凸部は比較的白い部分として観察される。
【００２４】
そこで、転位ピットの輪郭の黒い部分に濃淡の閾値を合わせて二値化画像に変換すれば、上記凹凸部は除かれかつ転位ピットが重なっている部分についてはこれ等を個別に分離して計数することはできないもののその存在する位置を特定することができる。従って、この転位ピットの位置を示す二値化画像に上記転位ピットの芯部分と凹凸部が検出された二値化画像とを重ね合わせ、両者が同時に存在する画素のみを抽出すれば原理的に転位ピットの芯部分のみを検出することが可能となる。本発明はこの様な技術的分析の結果、完成されたものである。
【００２５】
すなわち、請求項１に係る発明は、
化合物半導体ウェーハの結晶面をエッチング処理して結晶の転位を露出させると共に、エッチング処理された上記結晶面の拡大画像から転位ピット密度を測定する化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法を前提とし、
エッチング処理された上記結晶面の拡大モノクロ画像を得る工程と、この拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第一基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの輪郭部分が含まれた二値化第一画像に変換する工程と、上記拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第二基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの芯部分が含まれた二値化第二画像に変換する工程と、得られた第一画像および第二画像から両画像が重なる部分を抽出して二値化第三画像に変換しこの第三画像に含まれる独立図形を求めてこれを計数する工程と、計数された数値を転位ピット数として転位ピット密度を求める工程、
の各工程を有することを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
まず、本発明において測定対象となる化合物半導体ウェーハとしてはＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の化合物半導体ウェーハが挙げられる。また、エッチング処理された結晶面の拡大モノクロ画像とは、反射型顕微鏡や微分干渉顕微鏡等の手法により転位ピットが認識できる大きさにエッチング面を拡大したモノクロ画像を意味する。また、二値化第三画像中に含まれる独立図形を数える手段については、従来技術と同様、機械計測あるいは目視により数えてもよい。また、本発明は画像処理技術を利用しているが、この画像処理とは、ビデオカメラ等撮像手段を介してモノクロ画像を画像データとしてコンピュータに取り込みかつこの画像データを二値化する等の演算処理を行う一連の処理を意味している。
【００２８】
以下、本発明の測定方法を一般的なシステムで使用した場合について説明する。まず、反射型顕微鏡にビデオカメラを取付け、かつ、ビデオカメラで撮影した画像が取り込めるようにビデオカメラの出力側をコンピュータに接続する。
【００２９】
次に、測定するウェーハを上記顕微鏡にセットし、測定点を顕微鏡の視野内に入れると共に焦点を合わせる。次に、ウェーハ測定面の拡大画像がコンピュータのモニター上に表示されるのでこの拡大画像をコンピュータに取り込む。
【００３０】
そして、拡大モノクロ画像を二値化して転位ピットの輪郭部分が含まれた二値化第一画像と転位ピットの芯部分が含まれた二値化第二画像をそれぞれ求め、かつ、得られた第一画像および第二画像から両画像が重なる部分の二値化第三画像を求めた後、この二値化第三画像中に含まれる独立図形をそれぞれ数え、その値を転位ピット数としＥＰＤに換算して終了する。
【００３１】
【実施例】
以下、表面に凹凸がありまた転位ピットの重なりのあるウェーハについて、本発明に係る測定方法によりＥＰＤ測定した実施例について具体的に説明する。
【００３２】
まず、ＬＥＣ法で育成されたＧａＰ単結晶インゴットから得られたウェーハについて、その（１１１）面を加熱した王水で１０分間程度エッチング処理した後、ＨＦを４００ｍｌ、ＮＯ3を６００ｍｌ、Ｈ2Ｏを８００ｍｌ、ＡｇＮＯ3を１ｇの割合で混合して得られたエッチャントを６０〜７０℃に加熱した状態で上記ウェーハの（１１１）面をさらに６〜７分間エッチングした。
【００３３】
次に、このエッチング面を反射型顕微鏡の明視野照明下で照明光量と焦点を合わせて拡大し、この拡大画像について工業用カメラを介してコンピュータに取り込みモノクロ画像として表示したものが図３である。
【００３４】
そして、図３の転位ピットの芯部分に濃淡の基準を合わせた二値化画像（二値化第二画像）を図４に示す。この画像からは凹凸部も転位ピットと併せて検出されている。
【００３５】
次に、図３の転位ピットの輪郭部分に濃淡の基準を合わせた二値化画像（二値化第一画像）を図５に示す。図４と図５の二値化画像を重ね合わせ、両者が同時に存在する位置の画素を抽出した二値化画像（二値化第三画像）を図６に示す。
【００３６】
この図６の二値化第三画像には、図３の転位ピットの芯部分に相当する位置に二値化画像の独立図形が残っており、転位ピットが上記凹凸部と分離されて検出されている。
【００３７】
図４、図５、図６の各二値化画像中における独立図形をそれぞれ計数した結果を表１に示す。図４の二値化画像（二値化第二画像）中に含まれる独立図形の数は１３５個と凹凸部も検出しているため目視例の７８個よりも多く、また、図５の二値化画像（二値化第一画像）中に含まれる独立図形の数は４６個と転位ピットが重なっているため目視例よりも少ない。しかし、図４と図５に重なる画像を抽出した図６の二値化画像（二値化第三画像）中に含まれる独立図形の数は８１個と目視例に記載された転位ピット数７８個に極めて近い値になっている。
【００３８】
すなわち、図６の二値化画像（二値化第三画像）中に含まれる独立図形の数を数えることで、目視による方法と同程度の精度で転位ピットの数を求められることが確認される。
【００３９】
【表１】
0003705358.tif 000002
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係る化合物半導体ウェーハにおける転位ピット密度の測定方法によれば、
エッチング処理された上記結晶面の拡大モノクロ画像を得る工程と、この拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第一基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの輪郭部分が含まれた二値化第一画像に変換する工程と、上記拡大モノクロ画像を構成する各画素群から閾値となる第二基準濃度より高濃度もしくは低濃度を有する画素を抽出して転位ピットの芯部分が含まれた二値化第二画像に変換する工程と、得られた第一画像および第二画像から両画像が重なる部分を抽出して二値化第三画像に変換しこの第三画像に含まれる独立図形を求めてこれを計数する工程と、計数された数値を転位ピット数として転位ピット密度を求める工程、の各工程を有するため、化合物半導体ウェーハにおけるウェーハ表面の平坦度や転位ピットの重なりに左右されることなく転位ピット密度を精度良く測定することができる効果を有する。
【００４１】
また、この測定方法は画像処理とその演算処理で実施できるため、転位ピット密度の自動測定に応用可能となる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＰ（１１１）エッチング面の明視野照明による反射型顕微鏡の拡大モノクロ(白黒)画像図。
【図２】図１における拡大画像の転位ピットに濃淡の基準を合わせた二値化画像図。
【図３】表面平坦度が悪くまた転位ピットの重なりのあるウェーハのエッチング面の明視野照明による反射型顕微鏡の拡大モノクロ画像図。
【図４】図３における拡大画像の転位ピットの芯部分に濃淡の基準を合わせた二値化画像（二値化第二画像）図。
【図５】図３における拡大画像の転位ピットの輪郭部分に濃淡の基準を合わせた二値化画像（二値化第一画像）図。
【図６】図４と図５の各二値化画像から両画像が重なる部分を抽出して得られた二値化画像（二値化第三画像）図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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