(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
紫外域の照明ビームを発生する照明光源、照明光源から出射した照明ビームを平行光束に変換するコリメータレンズ系、及び、コリメータレンズ系から出射した照明ビームを検査すべきエピタキシャル層に向けて集束性ビームとして投射する集束レンズを有する照明光学系と、
前記照明ビームによりエピタキシャル層の表面を走査する走査系と、
前記エピタキシャル層から出射した散乱光及びフォトルミネッセンス光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光を、散乱光とフォトルミネッセンス光とに分離する光分離手段と、
分離された散乱光及びフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する第１及び第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号に基づき欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を用いて散乱光画像及びフォトルミネッセンス画像をそれぞれ形成する手段、散乱光画像から欠陥を検出する第１の欠陥検出手段、及び、フォトルミネッセンス画像から欠陥を検出する第２の欠陥検出手段を含み、
前記光分離手段と第２の光検出手段との間の光路中に、集束性レンズと空間フィルタが配置され、空間フィルタは、前記エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させると共に下地の炭化珪素基板で発生したフォトルミネッセンス光を遮光するように作用し、
前記照明系のコリメータレンズ系はズームレンズ系として構成され、当該コリメータレンズの拡大倍率を制御することにより、照明光学系の開口角が制御されると共にエピタキシャル層の下地の炭化珪素基板で発生し前記空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が制御され、
前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて前記コリメータレンズを調整することにより、炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が調整されることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
紫外域の照明ビームを発生する照明光源、照明光源から出射した照明ビームを平行光束に変換するコリメータレンズ系、及び、コリメータレンズ系から出射した照明ビームを検査すべきエピタキシャル層に向けて集束性ビームとして投射する集束レンズとを有する照明光学系と、
前記照明ビームによりエピタキシャル層の表面を走査する走査系と、
前記エピタキシャル層から出射した散乱光及びフォトルミネッセンス光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光を、散乱光とフォトルミネッセンス光とに分離する第１の光分離手段、及び分離されたフォトルミネッセンス光を炭化珪素のバンド端発光波長を含む第１の波長域の第１のフォトルミネッセンス光と可視又は赤外域の第２の波長域の第２のフォトルミネッセンス光とに分離する第２の光分離手段を含む光分離光学系と、
分離された散乱光、第１のフォトルミネッセンス光及び第２のフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する第１、第２及び第３の光検出手段と、
前記第１、第２及び第３の光検出手段から出力される出力信号に基づき欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、前記第１〜第３の光検出手段からの出力信号を用いて散乱光画像、第１の波長域のフォトルミネッセンス光の第１のフォトルミネッセンス画像及び第２の波長位置のフォトルミネッセンス光の第２のフォトルミネッセンス画像をそれぞれ形成する手段、前記散乱光画像から欠陥を検出する第１の欠陥検出手段、前記第１のフォトルミネッセンス画像から欠陥を検出する第２の欠陥検出手段及び第２のフォトルミネッセンス画像から欠陥を検出する第３の欠陥検出手段を含み、
前記第２の光分離手段と前記第１及び第２の光検出手段との間に光路中に、それぞれ集束性レンズと空間フィルタとが配置され、これら空間フィルタは、前記エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させると共に下地の炭化珪素基板で発生したフォトルミネッセンス光を遮光するように作用し、
前記照明系のコリメータレンズ系はズームレンズ系として構成され、当該コリメータレンズの拡大倍率を制御することにより、照明光学系の開口角が制御されると共に前記エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が制御され、
前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて前記コリメータレンズを調整することにより、炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が調整されることを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検査装置において、前記空間フィルタは、フォトルミネッセンス光を通過させるための調整可能な可変開口を有し、前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて空間フィルタの開口径が調整されることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか1項に記載の検査装置において、前記信号処理装置は、基底面内欠陥を他の結晶欠陥から区別して分類する欠陥分類手段を有し、
前記欠陥分類手段は、前記散乱光による欠陥検出の結果とフォトルミネッセンス光による欠陥検出の結果の両方を用いて基底面内欠陥を識別することを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検査装置において、前記欠陥分類手段は、前記フォトルミネッセンス光により欠陥が検出され、前記散乱光による欠陥検出により欠陥が検出されない場合、検出した欠陥を基底面内欠陥として分類し、フォトルミネッセンス光及び散乱光の両方により欠陥が検出された場合、検出された欠陥はキャロット欠陥として分類し、前記フォトルミネッセンス光により欠陥が検出されず散乱光により欠陥が検出された場合、検出された欠陥は異物欠陥として分類することを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記照明光源とエピタキシャル層が形成されている炭化珪素基板との間の光路中に前記照明光源から出射した照明ビームをマルチビームに変換する１次元又は２次元回折格子が配置され、前記エピタキシャル層の表面はマルチビームにより形成される複数の光スポットにより走査され、前記第１及び第２の光検出手段は、１次元又は２次元アレイ状に配列された複数の受光素子を有することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する基底面内欠陥を他の結晶欠陥から区別して検出する検査装置であって、
紫外域の照明ビームを発生する照明光源、照明光源から出射した照明ビームを平行光束に変換するコリメータレンズ系、及び、コリメータレンズ系から出射した照明ビームを検査すべきエピタキシャル層に向けて集束性ビームとして投射する集束レンズとを有する照明光学系と、
前記照明ビームによりエピタキシャル層の表面を走査する走査系と、
前記エピタキシャル層から出射した散乱光及びフォトルミネッセンス光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光を、散乱光とフォトルミネッセンス光とに分離する第１の光分離手段と、
分離された散乱光及びフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する第１及び第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号に基づき欠陥を検出し、検出された欠陥を分類する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号を用いて散乱光画像及びフォトルミネッセンス画像をそれぞれ形成する手段、散乱光画像から欠陥像を検出する第１の欠陥検出手段、及びフォトルミネッセンス画像から欠陥像を検出する第２の欠陥検出手段、並びに、検出された欠陥像を用いて欠陥を分類する欠陥分類手段を含み、
前記欠陥分類手段は、前記第２の欠陥検出手段により欠陥像が検出され、第１の欠陥検出手段により欠陥像が検出されない場合、当該欠陥を基底面内欠陥として分類し、
前記光分離手段と第２の光検出手段との間に光路中に、集束性レンズと空間フィルタが配置され、空間フィルタは、前記エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させると共に下地の炭化珪素基板で発生したフォトルミネッセンス光を遮光するように作用し、
前記照明系のコリメータレンズ系はズームレンズ系として構成され、当該コリメータレンズの拡大倍率を制御することにより、照明光学系の開口角が制御されると共に前記エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が制御され、
前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて前記コリメータレンズを調整することにより、炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が調整されることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検査装置において、前記第２の光検出手段は近赤外域のフォトルミネッセンス光を受光するように構成され、
前記欠陥分類手段は、前記第２の欠陥検出手段により欠陥像としてライン状の高輝度画像が検出され前記第１の欠陥検出手段により欠陥像が検出されない場合、当該欠陥を基底面内欠陥として分類し、前記第１及び第２の欠陥検出手段がライン状の欠陥像を検出した場合、当該欠陥をキャロット欠陥として分類することを特徴とする検査装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記照明光源としてレーザ光源が用いられ、レーザ光源と炭化珪素基板との間の光路中に前記照明光源から出射した照明ビームをマルチビームに変換する１次元又は２次元回折格子が配置され、前記エピタキシャル層の表面はマルチビームにより形成される複数の光スポットにより走査され、前記第１及び第２の光検出手段は、１次元又は２次元アレイ状に配列された複数の受光素子を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記コリメータレンズ系と集束レンズとの間の光路中に、前記照明光源から出射した照明ビームを周期的に一方向に高速振動する照明ビームに変換するビーム偏向素子が配置され、前記エピタキシャル層の表面は周期的に高速振動する集束性の照明ビームにより走査され、
前記空間フィルタは、前記照明ビームの振動方向と対応する方向に形成されたライン状のスリット開口を有することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素基板又は炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を検出する検査装置に関するものである。
さらに、本発明は、炭化珪素基板上に形成したエピタキシャル層に存在する基底面内欠陥を他の結晶欠陥から区別して検出できる検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は優れた物理的特性及び熱的特性を有し、高耐圧で低損失の半導体デバイスの製造に有用である。ＳｉＣ基板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ＳｉＣ基板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できることが極めて重要である。特に、基底面内欠陥（Basal Plane Dislocation：ＢＰＤ）は、バイポーラ型の高電圧素子を製造する際、素子の性能に致命的な悪影響を及ぼすキラー欠陥となるため、ＢＰＤを他の結晶欠陥から区別して検出することが強く望まれている。
【０００３】
炭化珪素基板の製造プロセスにおいて、エピタキシャル層の形成工程中に基底面内欠陥を貫通刃状転位（Threading Edge Dislocation：ＴＥＤ）に構造変換する技術が開発されている。すなわち、ＢＰＤを含むエリアにバイポーラデバイスが形成された場合、順方向に電流が流れるとＢＰＤはショックレイ型の積層欠陥に変化し、デバイス特性が変化する不具合が発生する。一方、ＴＥＤが存在する部位にバイポーラデバイスが形成されても、デバイス特性への影響が少ないため、エピタキシャル層中にＴＥＤが含まれる基板を用いても実用化可能なデバイスを製造することができる。また、この構造変換技術を用いれば、炭化珪素基板中に多数のＢＰＤが存在しても、その上に形成されるエピタキシャル層にはＢＰＤが形成されず、ＴＥＤに変換することが可能である。従って、デバイスの製造歩留りを一層改善することが可能になり、高耐圧素子の製造に極めて有益である。
【０００４】
一方、ＢＰＤからＴＥＤへの構造変換は、エピタキシャル層の成長工程において、有機金属化学成長法（MOCVD）の各種パラメータを適切に制御することにより行われている。このMOCVDによる成膜工程における各種パラメータの最適条件を見出すためには、エピタキシャル層に存在するＢＰＤを他の結晶欠陥から区別して選択的に検出することが重要である。すなわち、ＳｉＣ基板上に形成されたエピタキシャル層中に存在するＢＰＤが検出できれば、MOCVDプロセスのコントロールに有用な情報をフィードバックすることができる。従って、ＢＰＤのＴＥＤへの変換効率を改善し製造の歩留りを改良するためには、基底面内欠陥を他の結晶欠陥から区別して検出できる欠陥検査装置の開発が急務の課題である。
【０００５】
ＳｉＣ基板中に存在する結晶欠陥を検出する検査装置として、フォトルミネッセンス法（PL法）を利用した検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、炭化珪素基板に向けて紫外光を投射し、炭化珪素基板から出射したフォトルミネッセンス光を分光装置を介して光検出手段により検出している。この既知の検査装置は、フォトルミネッセンス光を検出しているので、基板の内部に存在する結晶欠陥を検出できる利点がある。
【０００６】
ＳｉＣ基板又はエピタキシャル層中に存在するＢＰＤを検出する欠陥分類方法として、炭化珪素基板に向けて紫外域の照明ビームを投射し、炭化珪素基板から出射する散乱光及びフォトルミネッセンス光（ＰＬ光）の両方を個別に検出し、ＰＬ光検査及び散乱光検査の両方を用いてＢＰＤを検出する方法が既知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ウエハ上に形成されたエピ層中に存在する欠陥を検出する欠陥検査システムとして、エピ層に向けて斜めに照明ビームを投射するレーザ光源と垂直に投射するレーザ光源との２つの照明光源を有し、サンプルからの散乱光及びＰＬ光の両方を個別に検出する欠陥検査システムも既知である（例えば、特許文献３参照）。この既知の欠陥検査システムでは、照明ビームとして、波長が４０５ｎｍの照明光及び６６０ｎｍの照明光が用いられている。また、この特許文献には、検査の対象としてＭＯＣＶ堆積後のエピウエハと記載されているだけであり、炭化珪素基板に存在する結晶欠陥を検出する旨は記載されず、炭化珪素基板上に形成したエピタキシャル層中に存在するＢＰＤを選択的に検出することも開示されていない。さらに、炭化珪素の禁制帯エネルギーよりも大きいエネルギーの照明光を用いることも開示されていない。
【特許文献１】特開２００６−１４７８４８号公報
【特許文献２】特許第５６３３０９９号公報
【特許文献３】特表２０１３−５３６４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に開示されているように、炭化珪素基板中又はエピタキシャル層中にＢＰＤが存在すると、ＢＰＤから近赤外域のＰＬ光が発生する。従って、エピタキシャル層の表面を紫外域の照明ビームで走査し、エピタキシャル層から出射するＰＬ光を検出することによりＢＰＤを検出することができる。また、ＰＬ光画像と散乱光画像の両方を用いることにより、ＢＰＤを他の結晶欠陥から区別して検出することも可能である。
【０００９】
しかしながら、照明光源としてレーザ光源を用いる場合、照明光の波長が固定されているため、多種多様なサンプルに対して柔軟に対応できない課題があった。すなわち、エピタキシャル層が形成されている炭化珪素基板の場合、エピタキシャル層の厚さは耐圧に応じて相違する。一方、照明光のエピタキシャル層への侵入深さは、照明光の波長に応じて相違し、例えば照明光の波長が３１３ｎｍの場合、侵入深さは１０μｍであり、波長が３５５ｎｍの場合侵入深さは６０μｍである。この場合、エピタキシャル層の厚さが１０μｍのサンプルについて波長が３５５ｎｍの照明光を用いて欠陥検査を行うと、大半の照明光がエピタキシャル層を透過して下地の炭化珪素基板の内部まで侵入する。従って、基板の欠陥及び不純物に起因するＰＬ光の影響により、エピタキシャル層中のＢＰＤから発生するＰＬ光の信号強度が相対的に低下し、エピタキシャル層に存在する結晶欠陥を選択的に検出することは困難であった。
【００１０】
前述したように、現在実用化されている炭化珪素基板には多数の結晶欠陥が存在する。しかし、多数の結晶欠陥が存在する炭化珪素基板であっても、その上に形成されるエピタキシャル層の成長プロセスを適切に制御することにより、キラー欠陥の無いエピタキシャル層を形成することが可能である。また、エピタキシャル層中において、デバイスが形成される深さはエピタキシャル層の厚さの範囲内である。従って、炭化珪素基板の欠陥検査において、エピタキシャル層に存在するキラー欠陥であるＢＰＤを選択的に検出できることが強く要請されている。他方において、照明光の侵入深さがエピタキシャル層の厚さを超える場合、下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光の影響を受け、良好な欠陥検出を行うことができない課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、炭化珪素基板又はその上に形成されたエピタキシャル層に存在する各種欠陥を検出できる検査装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する基底面内欠陥を、下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥による影響を受けることなく検出できる検査装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による検査装置は、炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を検出する検査装置であって、
紫外域の照明ビームを発生する照明光源、照明光源から出射した照明ビームを平行光束に変換するコリメータレンズ系、及び、コリメータレンズ系から出射した照明ビームを検査すべきエピタキシャル層に向けて集束性ビームとして投射する集束レンズを有する照明光学系と、
前記照明ビームによりエピタキシャル層の表面を走査する走査系と、
前記エピタキシャル層から出射した散乱光及びフォトルミネッセンス光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光を、散乱光とフォトルミネッセンス光とに分離する光分離手段と、
分離された散乱光及びフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する第１及び第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号に基づき欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、前記第１及び第２の光検出手段から出力された出力信号を用いて散乱光画像及びフォトルミネッセンス画像をそれぞれ形成する手段、散乱光画像から欠陥を検出する第１の欠陥検出手段、及び、フォトルミネッセンス画像から欠陥を検出する第２の欠陥検出手段を含み、
前記光分離手段と第２の光検出手段との間に光路中に、集束性レンズと空間フィルタが配置され、空間フィルタは、前記エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させると共に下地の炭化珪素基板で発生したフォトルミネッセンス光を遮光するように作用し、
前記照明系のコリメータレンズ系はズームレンズ系として構成され、当該コリメータレンズの拡大倍率を制御することにより、照明光学系の開口角が制御されると共に前記エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が制御され、
前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて前記コリメータレンズを調整することにより、炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が調整されることを特徴とする検査装置。
【００１３】
本発明では、照明光学系からＰＬ光を検出する光検出手段までの光学系を共焦点光学系として構成する。共焦点光学系の場合、サンプル中のＰＬ光の発生位置が照明ビームの集束点から光軸方向に変位すると、サンプルで発生したＰＬ光がピンホールにより遮光され、光検出手段に入射しない。すなわち、共焦点光学系を採用することにより、照明ビームの集束点位置から発生したＰＬ光だけが光検出手段に入射し、それ以外のＰＬ光は空間フィルタにより遮光される。従って、光軸方向において所定の位置から発生したＰＬ光だけが光検出手段に入射し、光軸方向に高い感度を有する欠陥検査が可能になる。尚、空間フィルタとして、光を通過させる円形の開口を有するピンホール及びライン状（線状）の開口を有するスリットが含まれる。
【００１４】
本発明による検査装置は、検査すべきサンプルとしてエピタキシャル層が形成された炭化珪素基板が用いられ、第２の光分離手段と第１及び第２の光検出手段との間の光路中には集束性レンズと空間フィルタとがそれぞれ配置され、エピタキシャル層で発生したＰＬ光は空間フィルタを介して光検出手段に入射し、炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光されることを特徴とする。
【００１５】
エピタキシャル層が形成された炭化珪素基板の欠陥検査において、照明ビームの集束点をエピタキシャル層の表面上に設定した場合、炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は、光軸方向の変位した位置から発生するので、空間フィルタにより遮光され、エピタキシャル層で発生したＰＬ光だけが空間フィルタを通過して光検出手段に入射する。この結果、下地の炭化珪素基板の不純物や結晶欠陥から発生するＰＬ光の影響が低減され、エピタキシャル層で発生したＰＬ光による欠陥像を検出することができる。
【００１６】
本発明による検査装置は、炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する基底面内欠陥を他の結晶欠陥から区別して検出する検査装置であって、
紫外域の照明ビームを発生する照明光源、照明光源から出射した照明ビームを平行光束に変換するコリメータレンズ系、及び、コリメータレンズ系から出射した照明ビームを検査すべきエピタキシャル層に向けて集束性ビームとして投射する集束レンズとを有する照明光学系と、
前記照明ビームによりエピタキシャル層の表面を走査する走査系と、
前記エピタキシャル層から出射した散乱光及びフォトルミネッセンス光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光を、散乱光とフォトルミネッセンス光とに分離する第１の光分離手段と、
分離された散乱光及びフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する第１及び第２の光検出手段と、
前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号に基づき欠陥を検出し、検出された欠陥を分類する信号処理装置とを具え、
前記信号処理装置は、前記第１及び第２の光検出手段から出力される出力信号を用いて散乱光画像及びフォトルミネッセンス画像をそれぞれ形成する手段、散乱光画像から欠陥像を検出する第１の欠陥検出手段、及びフォトルミネッセンス画像から欠陥像を検出する第２の欠陥検出手段、並びに、検出された欠陥像を用いて欠陥を分類する欠陥分類手段を含み、
前記欠陥分類手段は、前記第２の欠陥検出手段により欠陥像が検出され、第１の欠陥検出手段により欠陥像が検出されない場合、当該欠陥を基底面内欠陥として分類し、
前記光分離手段と第２の光検出手段との間に光路中に、集束性レンズと空間フィルタが配置され、空間フィルタは、前記エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させると共に下地の炭化珪素基板で発生したフォトルミネッセンス光を遮光するように作用し、
前記照明系のコリメータレンズ系はズームレンズ系として構成され、当該コリメータレンズの拡大倍率を制御することにより、照明光学系の開口角が制御されると共に前記エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が制御され、
前記炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の厚さに応じて前記コリメータレンズを調整することにより、炭化珪素基板で発生し空間フィルタにより遮光されるフォトルミネッセンス光の光量が調整されることを特徴とする検査装置。
【００１７】
本発明による検査装置の好適実施例は、空間フィルタは、エピタキシャル層で発生したフォトルミネッセンス光を通過させ、エピタキシャル層の下側の炭化珪素基板から出射したフォトルミネッセンス光を遮光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、サンプルから出射したフォトルミネッセンス光を検出する光学系を共焦点光学系として構成しているので、光軸方向の所定の位置で発生したＰＬ光だけが光検出手段に入射し、光軸方向に変位した位置で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光される。従って、炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層で発生したＰＬ光だけが光検出手段に入射し、下地の炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は光検出手段に入射せず、従って、炭化珪素基板で発生したＰＬ光による影響が低減された検査装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による検査装置の一例を示す線図である。
【図２】波長が３１３ｎｍの照明光で走査した際のＰＬ光画像及び波長が３５５ｎｍの照明光で走査した際のＰＬ光画像を示す図である。
【図３】共焦点光学系による作用効果を示す図である。
【図４】本発明による信号処理装置の一例を示す図である。
【図５】エピタキシャル層の表面をマルチビームにより走査する例を示す図である。
【図６】エピタキシャル層の表面上に形成される光スポットアレイを示す図である。
【図７】フォトダイオードアレイの一例を示す図である。
【図８】本発明による検査装置の別の変形例を示す図である。
【発明の実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明による検査装置の全体構成を示す図である。照明光源１としてＵＶ固体レーザ（ＹＡＧレーザ）を用い、波長が３５５ｎｍの紫外域の照明ビームを発生する。レーザ以外の照明光源として、水銀ランプやキセノン水銀ランプを用いことができ、例えばキセノン水銀ランプから出射した波長が３１３ｎｍの照明ビームを用いることも可能である。また、Ｈｅ−Ｃｄレーザから出射した波長が３２０ｎｍのレーザビームを照明ビームとして用いることもでき、波長が２９６ｎｍや２６６ｎｍのレーザビームを照明ビームとして利用することも可能である。照明ビームは、コリメータレンズ系２により拡大平行光束に変換され、全反射プリズム３で反射し、集束レンズ４により集束されて炭化珪素基板５の表面に対して垂直に入射する。そして、エピタキシャル層の表面上に微小な光スポットを形成する。本例では、検査すべき炭化珪素基板として、エピタキシャル層が形成された炭化珪素基板を用い、エピタキシャル層に存在する基底面内欠陥（ＢＰＤ）、キャロット欠陥、積層欠陥、マイクロパイプ及び異物欠陥等の各種欠陥を検出し、検出された欠陥を分類する。勿論、エピタキシャル層が形成されていない炭化珪素基板について欠陥検査を行って各種欠陥を検出することともできる。
【００２１】
本発明では、共焦点光学系を利用してエピタキシャル層に存在する欠陥を検出するため、照明ビームの集束点は、炭化珪素基板５の内部ではなく、エピタキシャル層の表面と一致するように設定する。そして、光検出手段の前面に空間フィルタを配置し、炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光を空間フィルタにより遮光し、エピタキシャル層の表面近傍又はエピタキシャル層の内部で発生したＰＬ光だけを光検出手段に入射させる。この結果として、エピタキシャル層の下地である炭化珪素基板に存在する各種結晶欠陥による影響をほとんど受けない欠陥検査を行うことが可能になる。
【００２２】
炭化珪素基板５は、走査系６を構成するステージ装置に配置する。ステージ装置は、回転軸を中心にして回転するθステージ７を有し、炭化珪素基板５はθステージ７上に保持する。θステージ７には、回転角度方向の位置を検出するθステージ角度検出系８を連結する。θステージ７の検出された角度情報は信号処理装置９に供給され、検出された欠陥のアドレス情報として用いることができる。θステージ７及びθステージ角度検出系８はｒステージ１０に連結する。ｒステージ１０は、炭化珪素基板５及びθステージ７を半径方向に並進移動させるステージである。ｒステージ１０の半径方向の位置はｒステージ位置検出系１１により検出され、信号処理装置９に供給される。θステージ７の回転移動及びｒステージ１１の並進移動により、炭化珪素基板５は照明ビームにより形成される微小な光スポットにより螺旋状に走査される。
【００２３】
照明ビームは、炭化珪素の禁制帯幅エネルギーよりも大きいエネルギーを有する紫外光であり、入射した照明光の一部はエピタキシャル層の内部に侵入する。従って、炭化珪素基板５が照明ビームにより走査されると、エピタキシャル層及び下地の炭化珪素基板から各種波長域のＰＬ光が発生する。例えば、結晶欠陥の無い良質な部位を走査した場合、炭化珪素のバンド端発光波長（３８０ｎｍ）域のＰＬ光（第１のＰＬ光）が発生する。また、ＢＰＤや積層欠陥等の結晶欠陥が存在する部位を走査した場合、可視域及び近赤外域のＰＬ光（第２のＰＬ光）が発生する。さらに、各種結晶欠陥がエピタキシャル層の表面に凹状又は凸状の欠陥として出現する場合及びエピタキシャル層の表面に異物欠陥が存在する場合、欠陥が存在する部位から散乱光が発生する。これらＰＬ光及び散乱光は、集光光学系１２により集光される。集光光学系１２は、中央に開口が形成された凹面鏡１２ａとサイズの小さい凸面鏡１２ｂとで構成される。エピタキシャル層から出射した散乱光及びＰＬ光は、凹面鏡１２ａに入射し、凸面鏡１２ｂに向けて反射する。凸面鏡１２ｂに入射したＰＬ光及び散乱光は凹面鏡１２ａの開口を経て集束性ビームとして出射する。
【００２４】
集光光学系１２から出射したＰＬ光及び散乱光は、第１のダイクロィックミラー１３に入射する。第１のダイクロィックミラー１３は、ＰＬ光と散乱光とを分離する第１の光分離手段として機能する。第１のダイクロィックミラー１３は、例えば３６０ｎｍ以下の波長域の光を透過し、３６０ｎｍ以上の波長光を反射するように構成する。散乱光の波長は３５５ｎｍであるから、第１のダイクロィックミラー１３を透過する。一方、バンド端発光波長域の第１のＰＬ光及び可視域及び近赤外域の第２のＰＬ光は第１のダイクロィックミラー１３で反射する。第１のダイクロィックミラー１３を透過した散乱光は、第１の光検出手段１４に入射する。第１の光検出手段は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）で構成することができる。第１の光検出手段１４からの出力信号は信号処理装置９に供給され、散乱光画像が形成される。
【００２５】
第１のダイクロィックミラー１３で反射したＰＬ光は、第２のダイクロィックミラー１５に入射する。第２のダイクロィックミラー１５は、炭化珪素のバンド端発光波長域の第１のＰＬ光と可視又は近赤外域の第２のＰＬ光とを分離する作用を果たし、例えば波長が３９０ｎｍ以下の波長光を透過し、３９０ｎｍを超える波長光を反射するように設定する。この場合、エピタキシャル層から出射したバンド端発光波長域の第１のＰＬ光の中心波長は３８０ｎｍであるから、第２のダイクロィックミラー１５を透過し、集束性レンズ１６及び空間フィルタ１７を介して第２の光検出手段１８に入射する。一方、エピタキシャル層から出射した可視域及び近赤外域の第２のＰＬ光は、第２のダイクロィックミラー１５で反射し、集束性レンズ１９及び空間フィルタ２０を介して第３の光検出手段２１に入射する。第２及び第３の光検出手段は、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）で構成することができる。第２及び第３の光検出手段１８及び２１の出力信号は信号処理装置９に供給され、バンド端発光波長域のＰＬ光による第１のＰＬ光画像及び可視域又は近赤外域のＰＬ光による第２のＰＬ光画像が形成される。尚、本例では、空間フィルタ１７及び２０は、ＰＬ光を通過させる円形開口有するピンホールで構成される。
【００２６】
第１のＰＬ光の光路中には、集束性レンズ１６が配置され、集束レンズ１６から出射するＰＬ光の集束点にピンホール（空間フィルタ）１７が配置され、ピンホール１７を通過したＰＬ光だけが第２の光検出手段１８に入射する。従って、エピタキシャル層の表面は微小な光スポットにより照明され、エピタキシャル層から出射したＰＬ光はピンホールを介して光検出手段により受光されるので、第１のＰＬ光を検出する光学系は共焦点光学系を構成する。同様に、第２のＰＬ光の光路中には、集束性レンズ１９が配置され、集束レンズ１９から出射するＰＬ光の集束点にピンホール２０が配置され、ピンホール２０を通過したＰＬ光だけが第３の光検出手段２１に入射する。従って、エピタキシャル層の表面は微小な光スポットにより照明され、エピタキシャル層から出射したＰＬ光はピンホールを介して光検出手段により受光されるので、第２のＰＬ光を検出する光学系も同様に共焦点光学系を構成する。よって、信号処理装置９は、第１及び第２のＰＬ光による共焦点画像をそれぞれ形成する。
【００２７】
照明ビームは、炭化珪素の禁制帯幅エネルギーよりも大きいエネルギーを有する紫外光であり、エピタキシャル層及び下地の炭化珪素基板に侵入し、エピタキシャル層及び炭化珪素基板により吸収される。照明光がエピタキシャル層や下地の炭化珪素基板により吸収されると、ＰＬ光が発生する。結晶欠陥の無い良質な部位が照明光により走査されると、バンド端発光波長域のＰＬ光が発生し、可視域及び赤外域のＰＬ光は発生しない。これに対して、ＢＰＤ及びキャロット欠陥が存在する部位を照明光により走査すると、バンド端発光波長域のＰＬ光はほとんど発生せず、可視域及び赤外域のＰＬ光が発生する。従って、バンド端発光波長域のＰＬ光画像を形成し、周囲よりも輝度の低い線状の低輝度画像が検出された場合、当該欠陥像はＢＰＤ又はキャロット欠陥による欠陥像であると判定することができ、三角形状の低輝度画像が検出された場合は積層欠陥による欠陥像であると判定することができる。また、可視域又は赤外域のＰＬ光画像を形成し、周囲よりも高輝度の線状の高輝度画像が検出された場合、当該欠陥像はＢＰＤ又はキャロット欠陥と判定することができ、三角形状の高輝度画像が検出された場合積層欠陥による欠陥像であると判定することができる。
【００２８】
一方、照明光のエピタキシャル層及び炭化珪素基板への侵入深さは、照明光の波長と関連し、例えば照明ビームの波長が３１３ｎｍの場合侵入深さは約１０μｍであり、波長が３５５ｎｍの場合侵入深さは約６０μｍである。一方、エピタキシャル層の厚さは、形成されるデバイスの耐圧により規定され、代表例として耐圧が１．２ｋＶのデバイスが形成される場合、エピタキシャル層の膜厚は１０μｍに設定され、耐圧が高くなるにしたがってエピタキシャル層の厚さも厚く設定される。
【００２９】
膜厚が１０μｍのエピタキシャル層の表面を波長が３５５ｎｍの照明光で走査する場合、照明光の侵入深さは６０μｍであるから、一部の照明光はエピタキシャル層により吸収され、エピタキシャル層を透過した照明光は下地の炭化珪素基板により吸収される。よって、光検出手段により検出されるＰＬ光はエピタキシャル層から発生するＰＬ光と下地の炭化珪素基板から発生するＰＬ光との両方の和である。ここで、エピタキシャル層の厚さが１０μｍのサンプルについて波長が３５５ｎｍの照明光で走査した場合、多くの照明光がエピタキシャル層を透過し、下地の炭化珪素基板により吸収されることになる。この場合、下地の炭化珪素基板に多数の結晶欠陥が存在するサンプルの場合、下地の炭化珪素基板から発生するＰＬ光による影響を受け、エピタキシャル層に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光（欠陥情報）が検出できない不具合が発生する。例えば、近赤外域のＰＬ光を検出する欠陥検査において、下地の炭化珪素基板にＢＰＤやキャロット欠陥等の結晶欠陥が存在すると、これら下地の結晶欠陥から発生するＰＬ光が強くなり、エピタキシャル層に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光が下地の基板から出射するＰＬ光に埋もれてしまい、欠陥像が検出されない事態が発生する。また、バンド端発光波長域における欠陥検査においても、下地の炭化珪素基板にＢＰＤやキャロット欠陥が存在すると、これらの欠陥からＰＬ光が発生しないため、エピタキシャル層に存在するＢＰＤの欠陥像が下地の炭化珪素基板によるバンド端発光の影響を受け、周囲の良質な部位よりも輝度の低い低輝度画像として検出できない事態が発生する。
【００３０】
図２は、上述した状態に対応した実際の実験結果を示す図であり、炭化珪素基板上に膜厚が１０μｍのエピタキシャル層が形成されたサンプルについて波長が３１３ｎｍの照明光を用いて走査した場合に撮像されたＰＬ光画像及び波長が３５５ｎｍの照明光を用いて走査した場合に撮像されたＰＬ光画像を示す。図２（Ａ）は波長が３１３ｎｍの照明光で走査した際のＰＬ光画像を示し、図２（Ｂ）は波長が３５５ｎｍの照明光で走査した際のＰＬ光画像を示す。波長が３１３ｎｍの照明光の場合、７００ｎｍ以上の近赤外域において３つのＢＰＤが高輝度画像として撮像され、バンド端発光波長域（３８０ｎｍ）においては同一の３つのＢＰＤが周囲の良質な部位よりも低い輝度の低輝度画像として撮像された。これに対して、波長が３５５ｎｍの照明光の場合、３つのＢＰＤは周囲の良質な部位とは輝度の異なる欠陥像として撮像されず、周囲の良質な部分との輝度差は検出されなかった。
【００３１】
上述した実験結果は、以下のように理解できる。波長が３１３ｎｍの照明光で走査した場合、照明光の侵入深さは約１０μｍであり、照明光はエピタキシャル層内で吸収され炭化珪素基板まで侵入しない。この結果、下地の炭化珪素基板の影響を受けず、近赤外域において基底面内欠陥から発生するＰＬ光が明瞭に検出され、バンド端発光波長域では、基底面内欠陥からＰＬ光が発生せず、周囲の良質な部分よりも低い輝度の低輝度画像が撮像されるものと理解される。
【００３２】
これに対して、波長が３５５ｎｍの照明光の場合、侵入深さは６０μｍであるため、エピタキシャル層に侵入した大部分の照明光がエピタキシャル層を透過して下地の炭化珪素基板まで侵入し、下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生したＰＬ光が強く影響し、基底面内欠陥から発生したＰＬ光が下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光に埋もれたものと理解される。
【００３３】
上述した不具合を解消し、下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥による影響を軽減するため、本発明では、共焦点光学系を利用する。すなわち、微小な光スポットによりエピタキシャル層の表面を走査すると共に、欠陥検出系にピンホールないし空間フィルタを配置して共焦点光学系を形成すれば、エピタキシャル層で発生したＰＬ光だけが空間フィルタを通過して光電子増倍管に入射し、下地の炭化珪素基板で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光することができる。すなわち、照明ビームの集束点をエピタキシャル層の表面上に設定すれば、エピタキシャル層の表面及びその近傍から発生したＰＬ光だけが空間フィルタを通過し、炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光される。
【００３４】
図３は共焦点光学系による作用効果を示す図である。本例では、バンド端発光波長域のＰＬ光を検出する光学系について説明する。図３において、実線は炭化珪素基板５のエピタキシャル層５ａで発生したＰＬ光の進行光路を示し、破線は炭化珪素基板５の内部で発生したＰＬ光の進行光路を示す。尚、図面を明瞭にするため、集光光学系は集束レンズとして図示した。図３に示すように、エピタキシャル層５ａで発生したＰＬ光は、集光光学系及び集束性レンズを経て空間フィルタ１７に入射し、空間フィルタの開口を通過して光検出手段１８により受光される。これに対して、炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は、空間フィルタ１７の前側に集束点を形成するため、大部分が空間フィルタにより遮光され、光検出手段に入射しない。従って、エピタキシャル層により発生したＰＬ光だけが光電子増倍管に入射するため、下地の炭化珪素基板による影響を受けない欠陥検出を行うことが可能になる。このように、検出系を共焦点光学系として構成すれば、短波長の照明光源だけでなく、波長が３５５ｎｍ又は３６５ｎｍのように比較的波長の長い紫外光を発生する光源を利用することも可能になり、使用できる光源の範囲が広くなる利点が達成される。
【００３５】
次に、共焦点光学系の性能（コンフォーカリティ）を一層増強する方策について説明する。第１の方策として、コリメータレンズ系によるビーム径の拡大倍率を調整する方法を挙げる。コリメータレンズ系によるビーム径の拡大倍率が大きい場合、すなわちより太い照明ビームを用いる場合、照明光学系のＮＡ（開口角）がより大きくなり、照明ビームの集束点から変位した位置で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光される光量が増大する。一方、照明ビームのビーム径が小さくなれば、照明系のＮＡも小さくなり、照明ビームの集束点から変位した位置から発生したＰＬ光の空間フィルタを通過する光量が増大する。従って、コリメータレンズ系をズームレンズ系で構成し、照明ビームのビーム径を調整可能にすれば、照明系のＮＡをエピタキシャル層の厚さに応じて調整することが可能になる。この結果、エピタキシャル層の厚さに対応して、エピタキシャル層で発生したＰＬ光だけを光検出手段に入射させることが可能になる。
【００３６】
第２の方策として、空間フィルタ（ピンホール）のＰＬ光を通過させる開口径を制御する方法を挙げる。空間フィルタの開口径が大きくなるにしたがって、照明ビームの集束点から変位した位置で発生したＰＬ光が通過する割合が多くなる。一方、空間フィルタの開口径が小さくなるにしたがって、照明ビームの集束点から変位した位置で発生したＰＬ光の空間フィルタ通過量が減少する。従って、空間フィルタの開口径を調整可能に設定し、検査すべきエピタキシャル層の厚さに応じて空間フィルタの開口径を調整すれば、エピタキシャル層の厚さに応じてエピタキシャル層で発生したＰＬ光を光検出手段に入射させることが可能になる。
【００３７】
次に、欠陥像の形状について説明する。照明ビームにより基底面内欠陥（ＢＰＤ）が存在する位置が走査された際、近赤外域（７００ｎｍ以上の波長域）のＰＬ光が発生し、ライン状の高輝度画像（周囲の良質な部分よりも高い輝度の画像）が撮像される。また、炭化珪素のバンド端発光波長（３８０ｎｍ）を含む波長域において、周囲の良質な部分からＰＬ光が発生するが、ＢＰＤが存在する部位からはＰＬ光が発生せず又は良質な部分よりも弱いＰＬ光が発生する。従って、周囲の良質な部分よりも低い輝度のライン状の低輝度画像が撮像される。同様に、エピタキシャル層にキャロット欠陥が存在すると、近赤外域においてライン状の高輝度画像が撮像され、バンド端発光波長域において低輝度画像が撮像される。従って、ＰＬ光により形成されるＰＬ画像（フォトルミネッセンス画像）の形状から欠陥像を検出することにより、キラー欠陥であるＢＰＤ及びキャロット欠陥を検出することが可能になる。しかしながら、ＰＬ画像だけでは、ＢＰＤとキャロット欠陥とを識別することができない。
【００３８】
さらに、エピタキシャル層や炭化珪素基板に積層欠陥が存在する場合、近赤外域において、ブロック状ないし三角形の低輝度画像が検出され、或いはブロック状の低輝度画像と高輝度画像とが組み合わされたブロック状ないし三角形の画像が検出される。また、バンド端発光波長域において、ブロック状ないし三角形の低輝度画像が検出される。従って、積層欠陥は、ＰＬ画像の形状及び特徴に基づいて検出することが可能である。
【００３９】
一方、散乱光画像検査において、炭化珪素基板の表面及びエピタキシャル層の表面に欠陥が存在しない良質な結晶体の場合、照明ビームにより走査しても、エピタキシャル層及び炭化珪素基板の表面から散乱光は発生しない。これに対して、良質なエピタキシャル層上に異物が存在する場合、異物上を照明ビームで走査すると、異物から散乱光が発生する。従って、散乱光画像から異物を検出することが可能である。一方、異物からＰＬ光は発生しないため、散乱光による欠陥像が検出され、ＰＬ光による欠陥像が検出されない場合、当該欠陥像は異物欠陥に起因する欠陥像として分類される。
【００４０】
エピタキシャル層にＢＰＤが存在する場合、エピタキシャル層の表面には、ＢＰＤに起因する表面形状の変化は生じない。すなわち、ＢＰＤはエピタキシャル層の内部に存在し、エピタキシャル層の表面には出現しない特性がある。従って、ＢＰＤが存在する部位を照明ビームにより走査しても、散乱光による欠陥像は発生しない。これに対して、エピタキシャル層にキャロット欠陥が存在する場合、キャロット欠陥はエピタキシャル層の内部だけでなく、エピタキシャル層の表面にも出現し、エピタキシャル層の表面に凸状又は凹状の形状変化として出現する。従って、キャロット欠陥が存在する部位を走査した際、ライン状の散乱光画像が検出される。従って、ＰＬ光による欠陥像及び散乱光による欠陥像が検出された場合、当該欠陥像はキャロット欠陥に起因する欠陥像であると判定することができる。
【００４１】
上述した結果より、以下の事項が導かれる。ＢＰＤが存在する部位を走査した場合、可視域及び赤外域において、ライン状の高輝度のＰＬ光画像が撮像され、バンド端発光波長域においてライン状の低輝度のＰＬ画像が撮像され、散乱光による欠陥検査では欠陥像は検出されない。従って、ＢＰＤについては、ＰＬ光によるライン状の欠陥像が検出され、散乱光による欠陥像が検出されない場合、当該欠陥像はＢＰＤに起因する欠陥像として分類することができる。
【００４２】
キャロット欠陥が存在する部位を走査した場合、可視域及び赤外域において、ライン状の高輝度のＰＬ光画像が撮像され、バンド端発光波長域においてライン状の低輝度のＰＬ画像が撮像され、散乱光による欠陥検査でもライン状の高輝度画像が検出される。従って、キャロット欠陥については、ＰＬ光によるライン状の欠陥像が検出されると共に散乱光によるライン状の欠陥像が検出された場合、当該欠陥像はキャロット欠陥に起因する欠陥像として分類することができる。
【００４３】
積層欠陥が存在する部位を走査した場合、三角形や四角形等のブロック状の低輝度又は低輝度画像と高輝度画像とが結合したブロック画像が検出される。従って、積層欠陥については、ＰＬ画像の形状から判断し、ＰＬ光によるブロック状の欠陥像が検出された場合、当該欠陥像は積層欠陥として分類することができる。
【００４４】
図４は本発明による信号処理装置の一例を示す図である。本例では、散乱光検査による欠陥検出とフォトルミネッセンス光検査による欠陥検出とを並行して実行し、これらの検査結果に基づいて検出された欠陥を分類する。第１〜第３の光検出手段１４、１８及び２１から出力される輝度信号は、増幅器により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３０〜３２にそれぞれ供給され、デジタル信号に変換する。
【００４５】
第１の光検出手段１４から出力される輝度信号を第１の画像形成手段３３に供給して散乱光による２次元画像（散乱光画像）を形成する。第２の光検出手段１８から出力される第２の輝度信号を第２の画像形成手段３４に供給し、中心波長が３８０ｎｍのＰＬ光による２次元画像（第１のＰＬ画像）を形成する。第３の光検出手段２１から出力される第３の輝度信号を第３の画像形成手段３５に供給し、波長が７００ｎｍ以上のＰＬ光による２次元画像（第２のＰＬ画像）を形成する。
【００４６】
第１〜第３の画像形成手段から出力される画像信号は欠陥像検出手段３６に供給する。欠陥像検出手段３６は、入力した画像信号を各画素ごとに基準輝度値と比較し、基準輝度値の範囲から外れた輝度値を示す画素を検出し、マッピングすることにより欠陥像を形成する。例えば、散乱光画像における欠陥像の検出は、基準輝度値の範囲から外れた画素をマッピングすることにより欠陥像が形成され、ＰＬ画像検査においては基準値を超える輝度の画像信号が検出された画素をマッピングすることにより欠陥像が検出される。
【００４７】
欠陥像検出手段３６には、照明ビームが入射した基板の位置を示すアドレス情報も供給される。このアドレス情報は、炭化珪素基板５を支持するθステージ及びｒステージの位置情報を用いることができる。検出された欠陥像及びそのアドレスは欠陥形状判定手段３７に供給する。欠陥形状判定手段３７は、検出された散乱光画像の欠陥像並びに第１及び第２のＰＬ画像の欠陥像について、それらの形状を判定する。すなわち、散乱光画像の欠陥像の形状についは、例えば異物欠陥に起因する欠陥像とライン状の欠陥像とを識別する。さらに、第１のフォトルミネッセンス画像については、入力した欠陥像をライン状画像とブロック状の欠陥像とを識別する。さらに、第２のフォトルミネッセンス画像の欠陥像の形状についても、ライン状の欠陥像とブロック状の欠陥像とを識別する。欠陥形状判定手段３７は、欠陥像の画素から欠陥像のサイズも判定する。さらに、照明ビームが入射した基板の位置を示すアドレス情報も供給される。そして、検出された欠陥像の形状情報、サイズ情報及びアドレス情報を含む欠陥データ情報を作成し、欠陥データメモリ３８に記憶する。尚、この欠陥像の形状分類は一例であり、検査目的及び欠陥の種類に応じて種々の欠陥形状に分類することが可能である。尚、操作者は、基板の全面の検査が終了した後、欠陥のアドレスを用いて欠陥画像メモリ３８にアクセスすることにより、希望する欠陥画像をモニタ上に表示して観察することができる。
【００４８】
欠陥形状判定手段３７は、分類すべき欠陥情報として、欠陥の識別番号、欠陥の各種データ及びアドレスを含む欠陥情報を欠陥分類手段３９に供給する。欠陥分類手段３９は、欠陥情報が入力すると、欠陥データメモリ３８にアクセスし、入力した欠陥情報に含まれるアドレスにおける欠陥データを取得し、取得した欠陥データに基づいて欠陥を分類する。すなわち、欠陥情報において指定されたアドレス位置における散乱光画像の欠陥像の形状及び特徴並びにフォトルミネッセンス画像の欠陥像の形状及び特徴に基づいて、当該アドレスの欠陥を分類する。例えば、散乱光画像による欠陥像が検出され、当該アドレスにおいてＰＬ画像の欠陥像が検出されない場合、当該欠陥像は異物欠陥の欠陥像であると分類する。また、ＰＬ画像についてライン状の欠陥像が存在し、散乱光画像には欠陥像が存在しない場合、当該アドレスサイトには基底面内欠陥が存在すると判定する。さらに、欠陥情報に含まれるアドレスサイトにＰＬ画像のライン状の欠陥像が存在し、散乱光画像においてもライン状の欠陥像が存在する場合、当該アドレスサイトにはキャロット欠陥が存在すると判定する。さらに、ＰＬ画像の欠陥像としてブロック状の欠陥像が検出された場合、当該欠陥像は積層欠陥による欠陥像として分類する。本例では、個別に検出されたＰＬ画像と散乱光画像とが、欠陥の位置を示すアドレスを用いて相互に関連付けられているので、アドレスを指定することにより、当該アドレスサイトの欠陥を分類することができる。
【００４９】
分類された欠陥分類情報はアドレス情報と共に出力手段４０に供給される。操作者はキーボードのような入力装置を介して希望する欠陥の種類や発生態様を特定した指定情報を入力する。例えば、基底面内欠陥（ＢＰＤ）の発生密度が指定された場合、出力手段４０は基底面内欠陥の単位面積当たりの個数や密度を算出し、その結果を出力する。或いは、炭化珪素基板の主表面をチィップが形成される予定のチィップ区域に分割し、各チィップ区域ごとに検出されたＢＰＤの個数を示す欠陥情報を出力することができる。さらに、指定情報において各チィップ領域の検出された欠陥の種類及び個数が指定された場合、出力手段４０は、各チィップ領域に存在する欠陥の種類及び個数を表示する欠陥情報を各チィップ区域ごとに出力することができる。
【００５０】
図５は本発明による検査装置の変形例を示す図である。本例では、複数の光ビーム（マルチビーム）によりエピタキシャル層の表面を走査し、検査のスループットを増大した例を示す。すなわち、単一の照明ビームを用いてエピタキシャル層の表面を螺旋状に走査したのでは、ウエハ全体を走査するのに相当な時間が必要である。そこで、本例では、マルチビームを用いてエピタキシャル層表面を螺旋状に走査すると共に、光検出手段として複数のフォトダイオードが２次元アレイ状に配列されたフォトダイオードアレイを用い、スループットを増大する。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。
【００５１】
波長が３５５ｎｍの照明ビームを発生するレーザ光源１を用い、レーザ光源から出射した照明ビームはコリメータレンズ２により拡大平行光束に変換する。コリメータレンズ２の後段に照明ビームをマルチビームに変換する２次元回折格子５０を配置する。２次元回折格子５０に入射した照明ビームは、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配列された２次元光ビームアレイに変換される。このマルチビームは、反射プリズム４及び集束レンズ５を介して炭化珪素基板６のエピタキシャル層表面に向けて投射する。各光ビームは、集束レンズ５により集束性ビームに変換され、エピタキシャル層の表面にｍ行ｎ列の光スポットアレイが形成される。従って、エピタキシャル層の表面は、ｍ×ｎ本の集束性の光ビームbijにより走査される。尚、２次元回折格子の代わりに１次元回折格子を用い、複数の光ビームがライン状に配列された１次元マルチビームを用いてエピタキシャル層の表面を走査することも可能である。
【００５２】
図６は、光ビームｂij によりエピタキシャル層の表面上に形成される光スポットアレイを示す。本例では、図面を明瞭にするため、４行３列にマトリックス状に配列されたマルチビーム（図面上白丸で示す）を示す。図６において、並進移動手段であるｒステージの移動軸線Ｌ上に投影される投影スポットを黒丸で示す。本例では、エピタキシャル層の表面は、４×３＝１２個の光スポットで走査され、従って１２個の光スポットによるスキャン長で走査され、スループットは相当増大する。
【００５３】
各光ビームｂijの走査により発生した散乱光及びＰＬ光は、集光光学系１０により集光され、第１のダイクロィックミラー１１により散乱光とＰＬ光とが分離される。分離されたた散乱光Sijは、結像レンズ５１を経て第１のフォトダイオードアレイ５２上に結像される。第１のフォトダイオードアレイ５２の構成を図７示す。フォトダイオードアレイ５２は、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたフォトダイオード５３ijを有する。ここで、ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜３とする。各散乱光Ｓijはそれぞれ対応するフォトダイオードに入射する。このフォトダイオードアレイ５２の各フォトダイオード５３ijは相互に分離され、ＰＬ光は光入射開口を介して散乱光が入射するので、受光素子の前面にピンホールが配置された光学系と等価である。従って、共焦点光学系が構成され、散乱光による共焦点画像が撮像される。
【００５４】
第２のダイクロィックミラー１３により分離された第１のＰＬ光Ｐ１ijは、結像レンズ５４を介して第２のフォトダイオードアレイ５５に入射する。また、第２のＰＬ光Ｐ２ijは、結像レンズ５６を介して第３のフォトダイオードアレイ５７に入射する。これらフォトダイオードアレイは、第１のフォトダイオードアレイと同様に、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配列されたフォトダイオードを有する。従って、第１及び第２のＰＬ光の画像を形成する光学系も共焦点光学系を構成する。よって、エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光による影響を受けない光学系が構成される。
【００５５】
図８は本発明による検査装置の別の変形例を示す。本例では、一方向に高速振動する照明ビームによりエピタキシャル層の表面を高速で走査する例について説明する。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。本例では、コリメータレンズ系２の後段に音響光学素子、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等のビーム偏向素子６０を配置し、照明ビームを一方向に周期的に高速偏向する照明ビームに変換する。ビーム偏向素子６０の偏向方向は、炭化珪素基板５を並進移動させるｒステージ１０の進行方向と一致させる。従って、ステージ上に配置され回転する炭化珪素基板は、半径方向に高速振動する照明ビームにより螺旋状に走査される。
【００５６】
炭化珪素基板のエピタキシャル層から出射した散乱光及びＰＬ光は、集光光学系１２により集光され、第１の光分離手段１３により散乱光とＰＬ光とが分離される。散乱光は、集束性レンズ６１を経て空間フィルタ６２に入射する。空間フィルタ６２は、照明ビームの振動方向と対応する方向に延在するスリット開口を有し、散乱光はスリットを介して光検出手段６３に入射する。本例では、光検出手段６３は、照明ビームの振動方向と対応する方向に延在する配列された複数の受光素子を有するラインセンサで構成する。本例では、エピタキシャル層の表面は高速振動する集束性の照明ビームにより走査されると共に、エピタキシャル層から出射した散乱光はスリットを介して受光されるので、共焦点光学系が構成される。尚、ラインセンサ以外の光検出手段として、光電子増倍管（ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等の各種光検出手段を用いることができる。光検出手段としてＰＭＴやＡＰＤを用いる場合、ライン方向の輝度信号は、サンプリング時間から求めることができる。
【００５７】
第１の光分離手段１３により分離されたＰＬ光は、第２の光分離手段１５に入射し、炭化珪素のバンド端発光波長域の第１のＰＬ光と近赤外域の第２のＰＬ光とに分離される。第１のＰＬ光は、第２の光分離手段１５を透過し、集束レンズ６４により集束性ビームに変換され、第２の空間フィルタ６５に入射する。第２の空間フィルタ６５は、照明ビームの振動方向と対応する方向に延在するスリット開口を有し、第１のＰＬ光はスリット開口を介して光検出手段６６に入射する。光検出手段６６は、照明ビームの振動方向と対応する方向に延在する配列された複数の受光素子を有するラインセンサで構成する。第１のＰＬ光についても、エピタキシャル層の表面は高速振動する集束性の照明ビームにより走査されると共に、エピタキシャル層から出射した第１のＰＬ光はスリットを介して受光されるので、共焦点光学系が構成される。この結果、エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光は空間フィルタにより遮光され、エピタキシャル層で発生したＰＬ光だけが光検出手段６６に入射する。従って、エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光による影響を受けず、鮮明なＰＬ画像が形成される。
【００５８】
近赤外域の第２のＰＬ光は、第２の光分離手段１５で反射し、集束性レンズ６７により集束性ビームに変換され、第３の空間フィルタ６８を経て第３の光検出手段６９に入射する。第１のＰＬ光の検出系と同様に、第２のＰＬ光の検出系に配置した空間フィルタ６８は照明ビームの振動方向と対応する方向にスリット開口を有し、光検出手段６９もラインセンサにより構成する。従って、近赤外域の第２のＰＬ光の検出系も共焦点光学系により構成され、エピタキシャル層の下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥から発生するＰＬ光による影響を受けない鮮明なＰＬ画像を形成することができる。
【００５９】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、バンド端発光波長域の第１のフォトルミネッセンス光と近赤外域の第２のフォトルミネッセンス光をそれぞれ検出する構成としたが、近赤外域の第２のフォトルミネッセンス光だけを検出して欠陥像を検出する構成とすることができ、或いは第１のフォトルミネッセンス光だけを検出して第１のフォトルミネッセンス光の欠陥像を検出して欠陥検出を行う構成とすることも可能である。
【００６０】
上述した実施例では、単一の照明ビーム又はマルチビームを用いてエピタキシャル層の表面を走査したが、ライン状の照明ビームを用いてエピタキシャル層の表面を螺旋状に走査することも可能である。この場合、ライン状照明ビームの延在方向はｒステージ１０の進行方向と一致させる。また、光検出手段として、ライン状の照明ビームの延在方向と対応する方向に沿って複数の受光素子が配列されたラインセンサが用いられる。  
【符号の説明】
【００６１】
１  照明光源
２  コリメータレンズ系
３  反射プリズム
４  集束レンズ
５  炭化珪素基板
６  走査系
７  θステージ
８  θステージ角度検出系
９  信号処理装置
１０  ｒステージ
１１  ｒステージ位置検出系
１２  集光系  
１３  第１のダイクロィックミラー
１４  第１の光検出手段
１５  第２の光検出手段
１６，１９  集束性レンズ
１７，２０  ピンホール
１８  第２の光検出手段
２１  第３の光検出手段  
３０〜３２  Ａ／Ｄ変換器
３３〜３５  画像形成手段
３６  欠陥像検出手段
３７  欠陥形状判定手段
３８  欠陥データメモリ
３９  欠陥分類手段
４０  出力手段
【要約】
【課題】炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する基底面内欠陥を、下地の炭化珪素基板に存在する結晶欠陥による影響を受けることなく検出できる検査装置を実現する。
【解決手段】本発明では、照明光学系からＰＬ光を検出する光検出手段（１８，２１）までの光路を共焦点光学系として構成し、ＰＬ光の共焦点画像を形成する。共焦点光学系を利用することにより、照明ビームの集束点から変位した位置から発生するＰＬ光は空間フィルタ（１７，２０）により遮光されるため、エピタキシャル層から発生したＰＬ光だけを光検出手段に入射させることができる。この結果、下地の炭化珪素基板の内部で発生したＰＬ光による影響を受けない検査装置が実現される。
【選択図】図１【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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【図７】
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【図８】
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