(57)【要約】【課題】転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出する。【解決手段】単結晶基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７の上方より励起光を照射して励起した後に、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換手段としてのＸＹ座標変換手段１１２と、座標変換手段１１２により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出手段１１３とを有している。【選択図】図１
2011258904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板の上方より励起光を照射して励起した後に、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換手段と、該座標変換手段により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出手段とを有する欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、前記座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを座標データに変換する欠陥検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の欠陥検出装置において、前記座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを直交座標に分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の欠陥検出装置において、前記座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを極座標に分割して座標（ｒ，θ）データに変換する欠陥検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルのうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出装置。
【請求項８】
請求項５に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、
前記上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差は、次の式（１）〜式（４）のうちの少なくとも複数式により順次求める欠陥検出装置。
【数５】
2011258904.tif 000007
【請求項９】
請求項６に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、
前記左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差は、次の式（５）〜式（８）のうちの少なくとも複数式により順次求める欠陥検出装置。
【数６】
2011258904.tif 000008
【請求項１０】
請求項７に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、
上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルのうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差は、次の式（１）〜式（８）のうちの少なくとも５つの式により順次求める欠陥検出装置。
【数７】
2011258904.tif 000009
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれかに記載の欠陥検出装置において、前記欠陥検出手段は、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが大きい場合には、その囲まれた該一または複数のピクセルは欠陥ピクセルであると決定する欠陥検出装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の欠陥検出装置において、前記欠陥ピクセルの欠陥情報を所定の記憶部に登録する不良登録手段を更に有する欠陥検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の欠陥検出装置において、前記不良登録手段は、前記欠陥情報として、前記欠陥検出手段により欠陥ピクセルであると決定された領域の光強度をそのアドレスの座標と共に前記所定の記憶部に登録するかまたは、当該座標のみを該所定の記憶部に登録する欠陥検出装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の欠陥検出装置において、前記不良登録手段は、前記欠陥ピクセル数を前記エピタキシャル成長基板毎に計数し、この計数値を前記欠陥情報として前記所定の記憶部に登録すると共に、該計数値により該エピタキシャル成長基板の品質を判定可能とする欠陥検出装置。
【請求項１５】
発光により前記エピタキシャル成長基板の全面を均一光強度で照射する発光手段と、該エピタキシャル成長基板からのフォトルミネッセンス光を含む反射光を撮像する撮像手段と、該発光手段および該撮像手段を駆動させて該エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを得るＰＬ測定手段とを更に有する欠陥検出装置。
【請求項１６】
単結晶基板上に、化合物半導体層をエピタキシャル成長させ、該化合物半導体層の上方より励起光を照射して励起した後、座標変換手段が、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換ステップと、欠陥検出手段が、該座標変換手段により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検出方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを座標データに変換する欠陥検出方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の欠陥検出方法において、前記座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを直交座標に分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する欠陥検出方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の欠陥検出方法において、前記座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを極座標に分割して座標（ｒ，θ）データに変換する欠陥検出方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下のうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する欠陥検出方法。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれかに記載の欠陥検出方法において、前記欠陥検出手段は、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが大きい場合には、その囲まれた該一または複数のピクセルは欠陥ピクセルであると決定する欠陥検出方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記欠陥ピクセルの欠陥情報を所定の記憶部に登録する不良登録手段を更に有する欠陥検出方法。
【請求項２５】
請求項１６に記載の欠陥検出方法において、前記不良登録ステップは、前記欠陥情報として、前記欠陥検出手段により欠陥ピクセルであると決定された領域の光強度をそのアドレスの座標と共に前記所定の記憶部に登録するかまたは、当該座標のみを前記欠陥情報として該所定の記憶部に登録する欠陥検出方法。
【請求項２６】
請求項２４または２５に記載の欠陥検出方法において、前記不良登録ステップは、前記欠陥ピクセル数を前記エピタキシャル成長基板毎に計数し、この計数値を前記欠陥情報として前記所定の記憶部に登録すると共に、該計数値により該エピタキシャル成長基板の品質を判定可能とする欠陥検出方法。
【請求項２７】
請求項１６〜２６のいずれかに記載の欠陥検出方法の各ステップをコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＥＤなどの発光素子やパワーデバイスに用いられる化合物半導体エピタキシャルウエハの欠陥検出装置およびこれを用いた欠陥検出方法、この欠陥検出方法の各ステップをコンピュータに実行させるための制御プログラム、この制御プログラムが格納された可読記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
この化合物半導体エピタキシャルウエハは、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子の製造には必要不可欠である。特に、ＧａＮ（窒化ガリウム）を始めとする窒化物半導体材料は、ＧａＡｓと比べてバンドギャップが約３倍、飽和ドリフト速度が約２倍、絶縁破壊電界強度が約１０倍と非常に優れた物性値を有しており、大きな熱伝導率を有する半導体である。青色ＬＥＤなどの発光素子のほか、次世代の高電圧・低損失半導体素子を実現する材料として期待されている。
【０００３】
一般的に、窒化物半導体は、サファイア単結晶基板上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）およびＨＶＰＥ（ハロゲン化物気相成長法）などを用いて作成される。
【０００４】
特に、近年では、環境意識の高まりによって、ＬＥＤを始めとする窒化物半導体デバイスの需要が高まり、生産性を上げるためにウエハ径も大口径化しつつある。
【０００５】
化合物半導体エピタキシャルウエハの品質評価として、エピタキシャル完了の段階でフォトルミネッセンス法により発光波長および発光強度の測定が行われる。これにより、素子化された後の発光波長や発光強度が予測される。
【０００６】
特に、近年では、フォトルミネッセンス測定をウエハ全体に渡って行ってマッピングデータを取得する方法が採られている。
【０００７】
その方法としては、図１０のようにレーザ素子１０１からのレーザ光Ｌを用いてウエハ１０２上をスキャンし、測定スポットＰ１からのフォトルミネッセンス光を含む反射光ＰＬを、分光器またはバンドパスフィルタ１０３を通して光検出器１０４で検出する方法がある。また、図１１のように発光ダイオードアレイ２０１からの発光によりウエハ２０２全面を均一光強度で照射して測定エリアＰ２からのフォトルミネッセンス光を含む反射光ＰＬを、バンドパスフィルタ２０３を通して２次元ＣＣＤアレイ２０４で検出する方法がある。
【０００８】
このようにして得られたフォトルミネッセンスマッピングデータのうち、光波長は、化合物半導体エピタキシャル膜の組成や膜厚によって変化するため、マッピングデータより組成や膜厚に影響を及ぼすエピタキシャル層の管理に活用される。一方、光強度は組成や膜厚以外にエピタキシャル層の結晶中の転位、積層欠陥、コンタミネーション、異物にも関係するものと考えられる。
【０００９】
特許文献１には、この発光強度のマッピングデータを元に、ウエハ面内での結晶欠陥領域を特定して、これをスクリーニングすることにより信頼性の高い半導体素子を製造する方法が示されている。
【００１０】
この結晶欠陥の判定方法として、まず、結晶欠陥のないウェハの発光スペクトルを検査開始前に予め測定してコンピュータの記憶部に格納しておき、試料の測定により得られた光強度をこの基準となる発光スペクトルと比較し、結晶欠陥の有無を判定する方法がある。また、結晶欠陥の判定方法として、コントラストなどとして把握される欠陥形状の画像解析などによって、転位、積層欠陥などの結晶欠陥の種類を判別する方法がある。結晶欠陥の判定方法としてこれらの２種類の方法があり、ピクセルを最小単位とした結晶欠陥の位置およびその種類がコンピュータに格納されるとしている。
【００１１】
また、特許文献２では、この発光強度マッピングデータを元に、ウエハ面内での欠陥領域（金属コンタミネーション）を特定するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３１８０３１号公報
【特許文献２】特表２００４−５１１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来の上記構成のように、結晶欠陥のない基準のウェハとの比較を行って結晶欠陥を検出する方法では、予め基準のウエハを準備したり、基準のウエハを測定したりする手間がかかるという問題があった。
【００１４】
また、特許文献１に開示されている従来の上記コントラストで結晶欠陥かどうかを判定する方法では、その定義によっては、異なった結果を与える。例えば特許文献２では、点（ｘ，ｙ）でのコントラストを次の式１（数１）で定義している。
【００１５】
【数１】
2011258904.tif 000003
ＩＰＬ（ｘ，ｙ）は、ウエハ面内位置（ｘ，ｙ）における光強度、ＩＰＬ（∞）はコンタミネーションから最も離れた位置の光強度である。しかしながら、比較対象との距離が離れるにつれ結晶欠陥以外の膜厚分布などの要因もコントラストに影響しやすくなるため、コントラストで結晶欠陥かどうかを判定する精度が悪くなるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、欠陥測定に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することができる欠陥検出装置およびこれを用いた欠陥検出方法、この欠陥検出方法の各ステップをコンピュータに実行させるための制御プログラム、この制御プログラムが格納された可読記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の欠陥検出装置は、単結晶基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板の上方より励起光を照射して励起した後に、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換手段と、該座標変換手段により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１８】
また、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを座標データに変換する。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを直交座標に分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における座標変換手段は、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを極座標に分割して座標（ｒ，θ）データに変換する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルのうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、前記上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差は、後述する式（１）〜式（４）のうちの少なくとも複数式により順次求める。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、前記左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差は、後述する式（５）〜式（８）のうちの少なくとも複数式により順次求める。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルのうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差は、後述する式（１）〜式（８）のうちの少なくとも５つの式により順次求める。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における欠陥検出手段は、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが大きい場合には、その囲まれた該一または複数のピクセルは欠陥ピクセルであると決定する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置において、前記欠陥ピクセルの欠陥情報を所定の記憶部に登録する不良登録手段を更に有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における不良登録手段は、前記欠陥情報として、前記欠陥検出手段により欠陥ピクセルであると決定された領域の光強度をそのアドレスの座標と共に前記所定の記憶部に登録するかまたは、当該座標のみを該所定の記憶部に登録する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置における不良登録手段は、前記欠陥ピクセル数を前記エピタキシャル成長基板毎に計数し、この計数値を前記欠陥情報として前記所定の記憶部に登録すると共に、該計数値により該エピタキシャル成長基板の品質を判定可能とする。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出装置において、発光により前記エピタキシャル成長基板の全面を均一光強度で照射する発光手段と、該エピタキシャル成長基板からのフォトルミネッセンス光を含む反射光を撮像する撮像手段と、該発光手段および該撮像手段を駆動させて該エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを得るＰＬ測定手段とを更に有する。
【００３２】
本発明の欠陥検出方法は、単結晶基板上に、化合物半導体層をエピタキシャル成長させ、該化合物半導体層の上方より励起光を照射して励起した後、座標変換手段が、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換ステップと、欠陥検出手段が、該座標変換手段により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出ステップとを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
また、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを座標データに変換する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを直交座標に分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における座標変換ステップは、前記エピタキシャル成長基板全面の反射光強度分布データを極座標に分割して座標（ｒ，θ）データに変換する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における欠陥検出ステップは、前記欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下のうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における欠陥検出手段は、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが負の値である場合には、その囲まれた該一または複数のピクセルは欠陥ピクセルであると決定する。ここで閾値は負の値である。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における欠陥ピクセルの欠陥情報を所定の記憶部に登録する不良登録手段を更に有する。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における不良登録ステップは、前記欠陥情報として、前記欠陥検出手段により欠陥ピクセルであると決定された領域の光強度をそのアドレスの座標と共に前記所定の記憶部に登録するかまたは、当該座標のみを前記欠陥情報として該所定の記憶部に登録する。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の欠陥検出方法における不良登録ステップは、前記欠陥ピクセル数を前記エピタキシャル成長基板毎に計数し、この計数値を前記欠陥情報として前記所定の記憶部に登録すると共に、該計数値により該エピタキシャル成長基板の品質を判定可能とする。
【００４３】
本発明の制御プログラムは、本発明の上記欠陥検出方法の各ステップをコンピュータに実行させるための処理手順が記述されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
本発明の可読記録媒体は、本発明の上記制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能なものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４６】
本発明においては、単結晶基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板の上方より励起光を照射して励起した後に、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換手段と、座標変換手段により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出手段とを有している。
【００４７】
これによって、発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行うと共に、欠陥検出に隣接複数ピクセルとの差を用いるので、欠陥検出に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することが可能となる。
できる
【発明の効果】
【００４８】
以上により、本発明によれば、発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行うと共に、欠陥検出に隣接複数ピクセルとの差を用いるため、欠陥検出に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１における欠陥検出装置の要部ハード構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１のＸＹ座標変換手段が基板面光強度データを座標（Ｘｎ，Ｙｍ）に複数分割した状態を模式的に示す図、（ｂ）は、基板面光強度データを極座標（ｒ，θ）に複数分割した状態を模式的に示す図である。
【図３】図１のＸＹ座標変換手段によりＸＹ座標変換されたマッピングデータ情報を模式的に示す図である。
【図４】図３のマッピングデータ情報のエピタキシャル欠陥Ｆの付近におけるＸ方向のピクセル位置とＰＬ光強度Ｉとの関係を示す図である。
【図５】図１の欠陥検出装置により欠陥検出する化合物半導体層のエピタキシャル成長方法を説明するためのＭＯＣＶＤ反応室を模式的に示す図である。
【図６】図１の欠陥検出装置における欠陥検出動作について説明するためのフローチャートである。
【図７】欠陥ピクセル数／ウエハに対する歩留まりの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２における欠陥検出装置の要部ハード構成例を示すブロック図である。
【図９】図８の欠陥検出装置における欠陥検出動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の欠陥検出装置におけるフォトルミネッセンス欠陥測定をレーザ素子を用いて行うための模式図である。
【図１１】従来の欠陥検出装置におけるフォトルミネッセンス欠陥測定をＬＥＤアレイを用いて行うための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に、本発明の欠陥検出装置およびこれを用いた欠陥検出方法の実施形態１，２について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における欠陥検出装置の要部ハード構成例を示すブロック図である。
【００５１】
図１において、本実施形態１の欠陥検出装置１０は、全体の制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）からなる制御手段１１と、制御手段１１に対して入力指令を行うためのキーボード、マウス、タッチパネルおよびペン入力装置、さらには通信ネットワーク（例えばインターネットやイントラネット）を介して受信入力する入力装置などの操作部１２と、表示画面上に、初期画面、選択場面、制御手段１１による制御結果画面および操作入力画面などの各種画面を表示する表示部１３と、欠陥検出するための制御プログラムおよびそのデータなどが記憶されたコンピュータ読み出し可能な可読記録媒体としてのＲＯＭ１４と、起動時に制御プログラムおよびそのデータなどが読み出されて、制御手段１１による制御毎にデータを読み出し・記憶するワークメモリとして高速に働く一時記憶部としてのＲＡＭ１５と、発光手段としての発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ）からの発光によりウエハなどのエピタキシャル成長基板１７全面を均一光強度で照射する発光部１６と、エピタキシャル成長基板１７からのフォトルミネッセンス光ＰＬを含む反射光を撮像する撮像部１８（撮像手段）とを有している。
【００５２】
制御手段１１は、ＲＯＭ１４内の制御プログラムおよびそのデータに基づいて、発光部１６および撮像部１８を用いてエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを得るＰＬ測定手段１１１と、ＰＬ測定手段１１１により得たエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを直交座標に分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換するＸＹ座標変換手段１１２と、ＸＹ座標変換手段１１２により分割された複数の小領域（画素またはピクセル）に対し、これに隣接する複数ピクセル（ここでは４）を用いて欠陥領域かどうかを順次検出する欠陥検出手段１１３と、欠陥小領域の座標（Ｘ，Ｙ）データを登録する不良登録手段１１４との各機能を実行する。
【００５３】
ＰＬ測定手段１１１は、発光部１６を発光させると共に撮像部１８を動作させてエピタキシャル成長基板１７からの反射光を撮像することにより反射光強度（または反射光波長）の基板面分布を測定することができる。
【００５４】
ＸＹ座標変換手段１１２は、図２（ａ）に示すようにＰＬ測定手段１１１により得た反射光強度分布データを行列方向（縦方向および横方向）のマトリクス状の複数の小領域（画素またはピクセル）に分割し、複数の小領域（画素またはピクセル）の反射光強度およびその位置をそれぞれ示す座標（Ｘｎ，Ｙｍ；ｎ，ｍは自然数）データに変換する。このように、図３に示すように、エピタキシャル成長基板１７に対して反射光強度分布がＸＹ座標変換された、エピタキシャル欠陥Ｆを含むマッピングデータ情報は一旦コンピュータシステム内の記憶部（ＲＡＭ１５）に記憶される。
【００５５】
図４は、図３のマッピングデータ情報のエピタキシャル欠陥Ｆの付近におけるＸ方向のピクセル位置とＰＬ光強度Ｉとの関係を示している。ここでは、エピタキシャル欠陥Ｆ付近のマッピングデータを拡大して示しており、図４からも分かるように、エピタキシャル欠陥Ｆの付近で急激にフォトルミネッセンス光強度（ＰＬ光強度Ｉ）が３ピクセル分だけ最も低く変化している。
【００５６】
欠陥検出手段１１３は、コントラストＣによって欠陥検出をより精度よく行うために、隣接小領域（隣接ピクセル）の光強度Ｉの差によりエピタキシャル欠陥Ｆかどうかを判定する。即ち、図２（ａ）に示すように、欠陥検出すべき中心ピクセルの光強度Ｉ（ｘ、ｙ）に対して、その斜線部に示す上下左右の４隣接ピクセル（中心ピクセルに対して１行上の隣接ピクセル、１行下の隣接ピクセル、一つ左の隣接ピクセルおよび一つ右の隣接ピクセル）の光強度Ｉとの差（コントラストＣ）のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と判定する。ここで閾値Ｔは負の値である。
【００５７】
不良登録手段１１４は、欠陥検出手段１１３により欠陥画素（欠陥領域）であると決定された小領域の光強度Ｉをそのアドレスの座標（Ｘ，Ｙ）と共に所定の記憶部（例えばＲＡＭ１５）にＮＧ登録する。または、座標（Ｘ，Ｙ）のみを欠陥登録してもよい。また、不良登録手段１１４は、欠陥ピクセル数をエピタキシャル成長基板１７毎に計数し、この計数値によりエピタキシャル成長基板１７の品質を判定可能としている。
【００５８】
上記構成の欠陥検出装置１０の動作について詳細に説明する前に、本実施形態１で欠陥検出する化合物半導体層のエピタキシャル成長方法について説明する。
【００５９】
図５は、図１の欠陥検出装置により欠陥検出する化合物半導体層のエピタキシャル成長方法を説明するためのＭＯＣＶＤ反応室を模式的に示す図である。
【００６０】
ＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板を元にＧａＮ系のエピタキシャル成長基板１７を作成する。ＬＥＤ素子の場合、以下のような方法でエピタキシャル成長基板１７を作成することができる。
【００６１】
図５に示すように、ＭＯＣＶＤ反応室１内に収容されたヒータ２上にサセプタ３が搭載され、このサセプタ３上にサファイア基板４が搭載される。ＭＯＣＶＤ反応室１には、外部より有機ガリウムなどの有機金属、アンモニアガスおよび水素ガスをサファイア基板４上に供給し、これらを外部に排気できるようになっている。
【００６２】
ここで、まず、単結晶ウエハとしてのサファイア基板４の温度をおよそ摂氏１１００度に昇温し、有機ガリウムおよびアンモニアガスなどをＭＯＣＶＤ反応室１内に供給し、サファイア基板４上にテンプレート層を形成する。
【００６３】
次に、上記有機ガリウム、有機アルミニウムおよびアンモニアガスと共に、容器から供給されたシランなどのＳｉ化合物を管を通してＭＯＣＶＤ反応室１内に供給して、テンプレート層上にｎ型半導体層を形成する。
【００６４】
続いて、およそ摂氏８００度に降温し、上記有機ガリウム、有機アルミニウムおよびアンモニアガスと共に、有機ガリウムインジウムを反応室内に供給して、ｎ型半導体層上に活性層を形成する。
【００６５】
さらに、およそ摂氏１１００度に再び昇温し、上記有機ガリウム、有機アルミニウムおよびアンモニアガスと共に、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムなどのＭｇ化合物をＭＯＣＶＤ反応室１内に供給して、活性層上にｐ型半導体層を形成し、この状態の基板をＭＯＣＶＤ反応室１内から取り出す。
【００６６】
これによって、単結晶ウエハとしてのサファイア基板４上にテンプレート層を形成した後に、このテンプレート層上に、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層がこの順に形成されてエピタキシャル成長基板１７を形成することができる。
【００６７】
このように、単結晶ウエハ上に、化合物半導体層をエピタキシャル成長させ、この化合物半導体層の上方より励起光を照射して励起した後、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをウエハ全体に渡って行い、隣接ピクセルの光強度差が一定以上のピクセル数をウエハ毎に計数し、これによりエピタキシャルウエハの品質を判断することができる。
【００６８】
上記構成の欠陥検出装置１０により上記エピタキシャル成長基板１７の欠陥部分を検出する動作について説明する。
【００６９】
このようにして得られたフォトルミネッセンスマッピングデータのうち、光波長は、化合物半導体エピタキシャル膜の組成や膜厚によって変化するため、マッピングデータより組成や膜厚に影響を及ぼすエピタキシャル層の管理に活用される。また、光強度は、組成や膜厚以外にエピタキシャル層の結晶中の転位、積層欠陥、コンタミネーションおよび異物に関係する。ここでは、光強度Ｉの差（コントラストＣ）を用いて欠陥検出を行う場合について説明する。
【００７０】
図６は、図１の欠陥検出装置１０の欠陥検出動作について説明するためのフローチャートである。
【００７１】
図６に示すように、まず、ステップＳ１で、ＰＬ測定手段１１１は、発光部１６の発光ダイオードアレイを発光させると共に撮像部１８を撮像駆動する。発光部１６からの光がエピタキシャル成長基板１７の表面で反射し、その反射光を撮像部１７で撮像する。撮像部１８からの光強度Ｉの基板全面の分布を示す反射光強度分布データを得る。なお、この反射光強度分布データは、図１０および図１１に示すような従来のフォトルミネッセンスマッピング測定装置により得るようにしてもよい。
【００７２】
次に、ステップＳ２で、ＸＹ座標変換手段１１２が、撮像部１８から得た反射光強度分布データをマトリクス状の複数の小領域（画素；ピクセル）に分割し、複数のピクセル（小領域）の光強度Ｉと共にその位置をそれぞれ示す座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する。この複数のピクセル毎の（Ｘ，Ｙ）変換情報は一旦コンピュータシステム内の記憶部（ＲＡＭ１５）に記憶される。
【００７３】
その後、コンピュータシステムの欠陥検出手段１１３は、ＸＹ座標変換されたマッピングデータを元に、各ピクセル毎に、対応するウエハ（エピタキシャル成長基板１７）の各ピクセル毎の欠陥の有無を判定する。この場合、コントラストＣによって欠陥検出をより精度よく行うために、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）の光強度Ｉに対して、平面視で上下左右の４隣接ピクセル（１行上の隣接ピクセル、１行下の隣接ピクセル、一つ左の隣接ピクセルおよび一つ右の隣接ピクセル）の光強度Ｉとの差（コントラストＣ）のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）の光強度Ｉが欠陥であると判定する。ここで閾値Ｔ２は負の値である。
【００７４】
このように、欠陥ピクセルの決定方法を、閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと決定する。このようにすることにより、正常ピクセルを欠陥ピクセルとする問題をより精度良くに回避することができる。
【００７５】
その欠陥判定方法は以下の計算による。
【００７６】
まず、ステップＳ３で、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべきピクセル（Ｘｎ、Ｙｍ）を設定する。このピクセル（Ｘｎ、Ｙｍ）は、第ｍ行第ｎ列の複数のピクセルに対して、第１行第１列目の（１，１）からスタートしてその行の終端の（ｎ、１）、次の行の先頭の第２行第１列目の（１，２）からその終端の（ｎ、２）、・・・最終行の先頭の第ｍ行第１列目の（１，ｍ）からその行の終端の（ｎ、ｍ）の順で順次、欠陥検出すべきピクセルを設定する。
【００７７】
次に、ステップＳ４で、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）位置の設定ピクセルに対する上下左右の４隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１〜Ｃ４）を次の式（１）〜式（４）により順次求めるが、まずは、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する右横の隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１）を次の式（１）により求める。
【００７８】
【数２】
2011258904.tif 000004
ここで、式（１）〜式（４）において、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸プラス方向への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ−１，ｙ）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｙ軸プラス方向への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｙ軸マイナス方向への隣接ピクセルの光強度を表している。これは図２（ａ）に示ように、欠陥検出すべき設定ピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）に対して斜線部分の上下左右の４隣接ピクセルの光強度Ｉに対応している。
【００７９】
次に、ステップＳ５で、欠陥検出手段１１３が、上記式（１）のコントラストＣ１を、予め決めた閾値Ｔと比較して、Ｃ１＜閾値Ｔであれば（ＹＥＳ）、欠陥ピクセルであると認定（ＹＥＳ）して次のステップＳ６の処理に移行する。
【００８０】
さらに、ステップＳ６では、不良登録手段１１４が、欠陥検出手段１１３により欠陥ピクセルであると決定された光強度Ｉをそのアドレスの座標（Ｘ，Ｙ）と共に所定の記憶部（例えばＲＡＭ１５）にＮＧ登録する。この場合、座標（Ｘ，Ｙ）だけをＮＧ登録してもよい。
【００８１】
また、ステップＳ５で、欠陥検出手段１１３が、上記式（１）のコントラストＣ１を、予め決めた閾値Ｔと比較して、コントラストＣ１＜閾値Ｔ以外であれば（ＮＯ）、ステップＳ７の処理に移行する。
【００８２】
さらに、ステップＳ７では、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して４隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ４の比較を全て終えたかどうかを決定する。欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して４隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ４の比較を全て終えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ４で再びコントラストＣ２を求め、ステップＳ５でコントラストＣ２と閾値Ｔと比較して、コントラストＣ２＜閾値Ｔ２以外であれば（ＮＯ）、ステップＳ７の処理に再び戻ってくる。ステップＳ７で、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して４隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ４の比較を全て終えた場合（ＹＥＳ）には、次のステップＳ８の処理に移行する。
【００８３】
さらに、ステップＳ８では、設定した座標（ｘ、ｙ）ピクセルが欠陥ピクセルではないと判定するが、ここでは、欠陥検出手段１１３により欠陥ピクセルではないと決定された光強度Ｉをそのアドレスの座標（Ｘ，Ｙ）と共に所定の記憶部（例えばＲＡＭ１５）に良品登録はせず、なにもしない。その理由は、もちろん良品登録してもよいが、ＮＧ登録をしておけば、ＮＧ登録されていない座標（Ｘ，Ｙ）のピクセルは全て良品と判定することができるからである。
【００８４】
要するに、ステップＳ５において、上記式（１）〜式（４）のコントラストＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４を、予め決めた閾値Ｔとそれぞれ比較するが、コントラストＣ１＜Ｔ、コントラストＣ２＜Ｔ、コントラストＣ３＜Ｔ、コントラストＣ４＜Ｔのいずれかに当てはまる場合（ＹＥＳ）、座標（ｘ，ｙ）に該当する設定ピクセルは欠陥ピクセルと判定してステップＳ６のＮＧ登録処理を行う。
【００８５】
ステップＳ６またはステップＳ８の後、ステップＳ９の処理に移行して、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行ったかどうかを決定する。ステップＳ９で、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行っていなければ（ＮＯ）、ステップＳ３の処理に戻り、次の欠陥判定すべきピクセルを設定する。また、ステップＳ９で、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行っていれば（ＹＥＳ）、この欠陥判定処理を終了する。
【００８６】
この欠陥ピクセルの個数は、ＮＧ登録結果によって、ウエハ（エピタキシャル成長基板１７）単位で集計され、ウエハの品質を表す指標を簡便に求めることができる。
【００８７】
測定が完了したウエハ（エピタキシャル成長基板１７）は、その後の電極形成工程、個片化工程を経て、発光ダイオードなどのデバイス完成品となる。
【００８８】
このように、化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７に対してフォトルミネッセンスによる発光強度Ｉのマッピングデータを取得し、隣接ピクセルとの差を演算することにより、化合物半導体基板の欠陥を評価することができる。これにより、ウエハの品質を表す指標を簡便に求めることができる。
【００８９】
欠陥と判定されたピクセルの個数とウエハ一枚辺りのデバイスの歩留まりとの関係を図７に示している。欠陥と判定されたピクセルの個数とウエハ一枚辺りのデバイスの歩留まりとの間に相関が見られるが、これを活用して、デバイス歩留まり予測やエピタキシャル装置の管理などに用いることができる。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態１によれば、化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７に対しフォトルミネッセンスによる発光強度Ｉの反射光強度分布データを細かく各ピクセル領域（例えば１ｍｍ角程度であれば、半径１０ｃｍのウエハで数万個）に分割してＸ，Ｙ座標変換して取得し、欠陥検出をすべきピクセルと複数（ここでは４）の隣接ピクセルとの差をコントラストＣとして演算し、このコントラストＣと所定の閾値Ｔとの比較により、当該化合物半導体基板の欠陥を評価するようにしたので、従来のように、欠陥測定に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、また、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位、積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することができる。要するに、エピタキシャル成長基板１７に対する光強度分布を示す反射光強度分布データを複数のピクセル領域に分割してＸ，Ｙ座標変換して取得し、細かく分割した小領域（ピクセル領域）毎にアドレスを座標（ｘ、ｙ）で指定し、これと隣接ピクセルとの差を用いて良否判定するので、ＮＧピクセルの数もその位置も明確になり、化合物半導体エピタキシャルウエハ（エピタキシャル成長基板１７）の品質を表す指標を簡便に求めることができる。これを活用して、デバイス歩留まり予測やエピタキシャル装置の管理などに用いることができる。
【００９１】
なお、本実施形態１では、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する上下左右の４隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１〜Ｃ４）を上記式（１）〜式（４）により順次求めたが、これに限らず、上下左右の４隣接ピクセルに代えて、左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルであってもよい。即ち、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルとの差（コントラストＣ５〜Ｃ８）を上記式（５）〜式（８）により順次求めるようにしてもよい。
【００９２】
【数３】
2011258904.tif 000005
ここで、式（５）〜式（８）において、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸およびｙ軸プラス方向への隣接ピクセル（右斜め下）の光強度、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ−１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸プラス方向およびｙ軸マイナス方向への隣接ピクセル（右斜め上）の光強度、光強度Ｉ（ｘ−１，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向、ｙ軸プラス方向への隣接ピクセル（左斜め下）の光強度、光強度Ｉ（ｘ−１，ｙ−１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向、ｙ軸マイナス方向への隣接ピクセル（左斜め上）の光強度を表している。これは図２（ａ）に示す中央ピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）に対してドット部分に示す左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルの光強度Ｉに対応している。
【００９３】
なお、本実施形態１では、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右の４隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定する場合または、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定する場合について説明したが、これに限らず、上下左右の４隣接ピクセルおよびのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定するかまたは、その左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルのうちの少なくとも複数隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合（小さい場合）に欠陥画素と決定してもよい。
【００９４】
（実施形態２）
上記実施形態１では、欠陥検出手段１１３が、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する上下左右の４隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１〜Ｃ４）を上記式（１）〜式（４）により順次求めるかまたは、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルとの差（コントラストＣ５〜Ｃ８）を上記式（５）〜式（８）により順次求めるように構成する場合について説明したが、本実施形態２では、欠陥検出手段１１３Ａが、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の８隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１〜Ｃ８；図２（ａ）に示すピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）を取り巻く斜線部分およびドット部分の全ピクセル）を上記式（１）〜式（８）により順次求めるように構成する場合について説明する。この方が欠陥検出精度がより確かなものとなる。
【００９５】
図８は、本発明の実施形態２における欠陥検出装置の要部ハード構成例を示すブロック図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付けてその説明を省略する。
【００９６】
図８において、本実施形態２の欠陥検出装置１０Ａの制御手段１１Ａは、ＲＯＭ１４内の制御プログラムおよびそのデータに基づいて、発光部１６および撮像部１８を用いてエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを得るＰＬ測定手段１１１と、ＰＬ測定手段１１１により得たエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを所定の寸法（例えば１ｍｍ角程度）で分割して座標（Ｘ，Ｙ）データに変換するＸＹ座標変換手段１１２と、ＸＹ座標変換手段１１２により分割された複数の小領域（画素またはピクセル）に対し、これに隣接する複数ピクセル（ここでは８）を用いて欠陥領域（欠陥ピクセル）かどうかを順次検出する欠陥検出手段１１３Ａと、欠陥小領域の座標（Ｘ，Ｙ）データを登録する不良登録手段１１４との各機能を実行する。
【００９７】
欠陥検出手段１１３Ａは、コントラストＣによって欠陥検出をより精度よく行うために、隣接小領域（隣接ピクセル）の光強度Ｉの差によりエピタキシャル欠陥Ｆかどうかを判定する。即ち、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）に対して、上下左右位置の４隣接ピクセルに加えて、左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルの合計８隣接ピクセルの各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥ピクセルと判定する。このように、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）に対して、これを囲む８隣接ピクセルの各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）をそれぞれ求めることにより、上記実施形態１の場合のように４隣接ピクセルの各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）をそれぞれ求める場合に比べて、より精度よく欠陥ピクセルを求めることができる。
【００９８】
しかも、上記実施形態１では、ＸＹ座標変換されたピクセルサイズに比べて欠陥サイズが数倍程度であれば全く問題ないが、ＸＹ座標変換された隣接９ピクセルが欠陥サイズに完全に入ってしまうように、欠陥サイズがピクセルサイズの十倍以上と大きくなって、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが大きい場合には、その囲まれた一または複数のピクセルは欠陥ピクセルでありながら、正常ピクセルであると判定されてしまう不都合が生じる。このため、本実施形態２の欠陥検出手段１１３Ａでは、これをも是正している。
【００９９】
即ち、欠陥検出手段１１３Ａは、欠陥判定すべきピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれた正常ピクセルである場合に、この正常ピクセルを欠陥ピクセルとして変更する処理を行う。
【０１００】
上記構成の欠陥検出装置１０Ａにより上記エピタキシャル成長基板１７の欠陥部分を検出する動作について詳細に説明する。
【０１０１】
図９は、図８の欠陥検出装置１０Ａの欠陥検出動作について説明するためのフローチャートである。
【０１０２】
図９に示すように、まず、ステップＳ１で、ＰＬ測定手段１１１は、発光部１６の発光ダイオードアレイを発光させると共に撮像部１８を撮像駆動する。発光部１６からの光がエピタキシャル成長基板１７の表面で反射し、その反射光を撮像部１７で撮像する。撮像部１８からの光強度Ｉの基板全面の分布を示す反射光強度分布データを得る。
【０１０３】
次に、ステップＳ２で、ＸＹ座標変換手段１１２が、撮像部１８から得た反射光強度分布データをマトリクス状の複数の小領域（画素；ピクセル）に分割し、複数のピクセルの光強度Ｉと共にその位置をそれぞれ示す座標（Ｘ，Ｙ）データに変換する。この複数のピクセル毎の（Ｘ，Ｙ）変換情報は一旦コンピュータシステム内の記憶部（ＲＡＭ１５）に記憶される。
【０１０４】
その後、コンピュータシステムの欠陥検出手段１１３Ａは、ＸＹ座標変換されたマッピングデータを元に、各ピクセル毎に、対応するウエハ（エピタキシャル成長基板１７）の各ピクセル毎の欠陥の有無を判定する。この場合、コントラストＣによって欠陥検出をより精度よく行うために、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）に対して、平面視で上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の合計８隣接ピクセル（１行上の隣接ピクセル、１行下の隣接ピクセル、一つ左の隣接ピクセル、一つ右の隣接ピクセル、左斜め上の隣接ピクセル、左斜め下の隣接ピクセル、右斜め上の隣接ピクセルおよび右斜め下の隣接ピクセル）の各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥と判定する。
【０１０５】
その欠陥判定方法は以下の計算による。
【０１０６】
まず、ステップＳ３で、欠陥検出手段１１３Ａが、欠陥検出すべきピクセル（Ｘｎ、Ｙｍ）を設定する。このピクセル（Ｘｎ、Ｙｍ）は、第ｍ行第ｎ列の複数のピクセルに対して、第１行第１列目の（１，１）からスタートしてその行の終端の（ｎ、１）、次の行の先頭の第２行第１列目の（１，２）からその終端の（ｎ、２）、・・・最終行の先頭の第ｍ行第１列目の（１，ｍ）からその行の終端の（ｎ、ｍ）の順で順次設定する。
【０１０７】
次に、ステップＳ４で、欠陥検出手段１１３Ａが、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の合計８隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１〜８）を次の式（１）〜式（８）により順次求めるが、まずは、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対する右横の隣接ピクセルとの差（コントラストＣ１）を次の式（１）により求める。
【０１０８】
【数４】
2011258904.tif 000006
ここで、式（１）〜式（４）において、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸プラス方向（右横）への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ−１，ｙ）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向（左横）への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｙ軸プラス方向（下側）への隣接ピクセルの光強度、Ｉ（ｘ，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｙ軸マイナス方向（上側）への隣接ピクセルの光強度を表している。これは図２（ａ）に示すピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）に対して斜線部分の上下左右の４隣接ピクセルの光強度Ｉに対応している。
【０１０９】
さらに、式（５）〜式（８）において、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸およびｙ軸プラス方向への隣接ピクセル（右斜め下）の光強度、光強度Ｉ（ｘ＋１，ｙ−１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸プラス方向およびｙ軸マイナス方向への隣接ピクセル（右斜め上）の光強度、光強度Ｉ（ｘ−１，ｙ＋１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向、ｙ軸プラス方向への隣接ピクセル（左斜め下）の光強度、光強度Ｉ（ｘ−１，ｙ−１）は、欠陥検出すべき座標（ｘ，ｙ）ピクセルのｘ軸マイナス方向、ｙ軸マイナス方向への隣接ピクセル（左斜め上）の光強度を表している。これは図２（ａ）に示す中央ピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）に対してドット部分に示す左斜め上、左斜め下、右斜め上および右斜め下の４隣接ピクセルの光強度Ｉに対応している。
【０１１０】
次に、ステップＳ５で、欠陥検出手段１１３Ａが、上記式（１）のコントラストＣ１を、予め決めた閾値Ｔと比較して、コントラストＣ１＜閾値Ｔであれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６の処理に移行する。
【０１１１】
さらに、ステップＳ６では、不良登録手段１１４が、欠陥検出手段１１３Ａにより欠陥ピクセルであると決定された光強度Ｉをそのアドレスの座標（Ｘ，Ｙ）と共に所定の記憶部（例えばＲＡＭ１５）にＮＧ登録する。この場合、座標（Ｘ，Ｙ）だけをＮＧ登録してもよい。
【０１１２】
また、ステップＳ５で、欠陥検出手段１１３Ａが、上記式（１）のコントラストＣ１を、予め決めた閾値Ｔと比較して、コントラストＣ１＜閾値Ｔ以外であれば（ＮＯ）、ステップＳ７Ａの処理に移行する。
【０１１３】
さらに、ステップＳ７Ａでは、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して、座標（ｘ、ｙ）を囲む８隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ８の各比較を全て終えたかどうかを決定する。欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルと、座標（ｘ、ｙ）を囲む８隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ８の各比較を全て終えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ４で別の隣接ピクセルとのコントラストＣ２を求め、ステップＳ５でコントラストＣ２と閾値Ｔと比較して、コントラストＣ２＜閾値Ｔ以外であれば（ＮＯ）、ステップＳ７Ａの処理に戻る。ステップＳ７Ａで、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して８隣接ピクセルとのコントラストＣ１〜Ｃ８の比較を全て終えた場合（ＹＥＳ）に、次のステップＳ８の処理に移行する。
【０１１４】
さらに、ステップＳ８では、設定した座標（ｘ、ｙ）ピクセルが欠陥ピクセルではないと判定するが、ここでは、欠陥検出手段１１３Ａにより欠陥ピクセルではないと決定された光強度Ｉをそのアドレスの座標（Ｘ，Ｙ）と共に所定の記憶部（例えばＲＡＭ１５）に良品登録はせず、なにもしない。その理由は、もちろん良品登録してもよいが、ＮＧ登録をしておけば、登録されていない座標（Ｘ，Ｙ）のピクセルは全て良品と判定することができるからである。
【０１１５】
ステップＳ５において、上記式（１）〜式（８）のコントラストＣ１〜Ｃ８を、予め決めた閾値Ｔ１またはＴ２とそれぞれ比較するが、コントラスＣ１＜Ｔ、コントラストＣ２＜Ｔ、コントラストＣ３＜Ｔ、・・・コントラストＣ８＜Ｔのいずれかに当てはまる場合（ＹＥＳ）、座標（ｘ，ｙ）に該当するピクセルは欠陥ピクセルと判定してステップＳ６のＮＧ登録処理を行う。
【０１１６】
その後、ステップＳ６またはステップＳ８の処理の後、ステップＳ１０の処理に移行する。ステップＳ１０では、欠陥判定すべきピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれた正常ピクセルであるかどうかを欠陥検出手段１１３Ａが決定する。欠陥判定すべきピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれた正常ピクセルである場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）には、この正常ピクセルを欠陥ピクセルとして変更してステップＳ６でＮＧ登録する必要がある。これは、欠陥判定すべき中央ピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれている場合、その中央ピクセルが欠陥ピクセルの場合に、中央ピクセルとその周辺の隣接欠陥ピクセルとの各光強度Ｉの差（コントラストＣ）をとると、両方とも欠陥ピクセルであるため、それらの差（コントラストＣ）が小さく、ステップＳ５では欠陥検出手段１１３Ａは正常ピクセルと判定されてしまうからである。
【０１１７】
最後に、ステップＳ９では、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行ったかどうかを決定する。ステップＳ９で、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行っていなければ（ＮＯ）、ステップＳ３の処理に戻り、次の欠陥判定すべきピクセルを設定する。また、ステップＳ９で、全ピクセルに対して欠陥判定処理を行っていれば（ＹＥＳ）、この欠陥判定処理を終了する。
【０１１８】
この欠陥ピクセルの個数は、ＮＧ登録結果によって、ウエハ（エピタキシャル成長基板１７）単位で集計され、ウエハの品質を表す指標を簡便に求めることができる。
【０１１９】
測定が完了したウエハ（エピタキシャル成長基板１７）は、電極形成工程、個片化工程を経て、発光ダイオードなどのデバイス完成品となる。
【０１２０】
このように、化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７に対してフォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングデータを取得し、隣接ピクセルとの差を測定することにより、化合物半導体基板の欠陥を評価する。これにより、ウエハの品質を表す指標を簡便に求めることができる。
【０１２１】
欠陥と判定されたピクセルの個数とウエハ一枚辺りのデバイスの歩留まりとの関係を図７に示している。欠陥と判定されたピクセルの個数とウエハ一枚辺りのデバイスの歩留まりとの間に相関が見られるが、これを活用して、デバイス歩留まり予測やエピタキシャル装置の管理などに用いることができる。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態２によれば、化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７に対しフォトルミネッセンスによる発光強度Ｉの反射光強度分布データを細かく各ピクセル領域（例えば１ｍｍ角程度であれば、半径１０ｃｍのウエハで数万個）に分割してＸ，Ｙ座標変換して取得し、欠陥検出をすべきピクセルと複数（ここでは８）の隣接ピクセルとの差をコントラストＣとして演算し、このコントラストＣと所定の閾値Ｔとの比較により、当該化合物半導体基板の欠陥を評価するようにしたので、従来のように、欠陥測定に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、また、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位、積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することができる。要するに、エピタキシャル成長基板１７に対する光強度分布を示す反射光強度分布データを複数のピクセル領域に分割してＸ，Ｙ座標変換して取得し、細かく分割した小領域（ピクセル領域）毎にアドレスを座標（ｘ、ｙ）で指定し、これと隣接ピクセルとの差を用いて良否判定するので、ＮＧピクセルの数もその位置も明確になり、化合物半導体エピタキシャルウエハ（エピタキシャル成長基板１７）の品質を表す指標を簡便に求めることができる。これを活用して、デバイス歩留まり予測やエピタキシャル装置の管理などに用いることができる。さらに、欠陥検出すべきピクセル（ｘ、ｙ）に対して、これを囲む８隣接ピクセルの各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）をそれぞれ求めるため、上記実施形態１の場合のように４隣接ピクセルの各光強度Ｉとの差（コントラストＣ）をそれぞれ求める場合に比べて、より精度よく欠陥ピクセルを求めることができる。しかも、欠陥検出手段１１３Ａは、欠陥判定すべきピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれた正常ピクセルである場合に、この正常ピクセルを欠陥ピクセルとして変更するため、ＸＹ座標変換された隣接９ピクセルが欠陥サイズに完全に入ってしまうように、欠陥サイズがピクセルサイズの十倍以上と大きくなって、一または複数のピクセルを複数の欠陥ピクセルが囲むほど欠陥サイズが大きい場合にも、より正確な欠陥ピクセルの判定を行うことができる。
【０１２３】
なお、本実施形態１、２では、特に説明しなかったが、単結晶基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル成長基板１７の上方より励起光を照射して励起した後に、フォトルミネッセンスによる発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行う座標変換手段としてのＸＹ座標変換手段１１２と、座標変換手段１１２により座標に分割された複数のピクセルのそれぞれとこれに隣接する複数ピクセルとの差を用いて、欠陥検出すべきピクセルが欠陥ピクセルかどうかを順次検出する欠陥検出手段１１３または１１３Ａとを有することにより、欠陥測定に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出する本発明の目的を達成することができる。
【０１２４】
なお、本実施形態２では、欠陥判定すべきピクセルが、欠陥ピクセルにより囲まれた正常ピクセルであるかどうかを欠陥検出手段１１３Ａが決定する場合に、囲まれる欠陥ピクセルが、上記８隣接ピクセルの場合について説明したが、これに限らず、上記４隣接ピクセルであってもよく、さらには、その他複数の隣接ピクセルであってもよい。
【０１２５】
なお、本実施形態１、２では、欠陥判定すべき中央ピクセルに対して差（コントラストＣ）を求めるための４または８隣接ピクセルの場合について説明したが、これに限らず、上記上下または左右などの２隣接ピクセルであってもよく、さらには、８隣接ピクセルの外周側のピクセルであってもよく、要するに、欠陥判定すべき中央ピクセルに対して差（コントラストＣ）を求めるための複数の隣接ピクセルであればよい。
【０１２６】
なお、上記実施形態１、２では、ＰＬ測定手段１１１により得たエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを所定の寸法（例えば１ｍｍ角程度）で分割して直交座標（Ｘ，Ｙ）データに変換するＸＹ座標変換手段１１２を用いたが、これに限らず、ＰＬ測定手段１１１により得たエピタキシャル成長基板１７全面の反射光強度分布データを所定の寸法（例えば１ｍｍ角程度）で分割して極座標（ｒ，θ）データに変換する極座標変換手段を用いることもできる。この場合、欠陥検出手段は、極座標変換手段により分割された複数の小領域（画素またはピクセル）に対し、これに隣接する複数ピクセル（ここでは４または８としてもよいが単に複数でもよい）を用いて欠陥領域（欠陥ピクセル）かどうかを順次検出することができる。
【０１２７】
なお、上記実施形態２では、欠陥検出手段１１３Ａは、欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、その上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定する場合について説明したが、これに限らず、上下左右および、左斜め上、左斜め下、右斜め上、右斜め下の８隣接ピクセルのうちの少なくとも５隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定するようにしてもよい。
【０１２８】
なお、上記実施形態１．２では、欠陥検出手段は、欠陥検出すべきピクセルの光強度に対して、４または８隣接ピクセルの光強度との差のいずれかが所定の閾値Ｔよりも負の値である場合に欠陥画素と決定する場合について説明したが、これに限らず、欠陥検出すべき座標（ｘ、ｙ）ピクセルに対して、複数隣接ピクセル（例えば４または８隣接ピクセル）の光強度との差の絶対値のいずれかが所定の閾値Ｔよりも大きい場合に欠陥ピクセルと決定してもよい。この場合、欠陥検出すべき設定ピクセルの光強度Ｉ（ｘ，ｙ）に対して差の絶対値を求めた隣接ピクセルが欠陥ピクセルであると既に認定されたものである場合には、コントラストＣ＞閾値Ｔで差があっても、差を求めた隣接ピクセルが欠陥ピクセルの場合は正常ピクセルであると認定（ＮＯ）することもできる。
【０１２９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、例えばＬＥＤなどの発光素子やパワーデバイスに用いられる化合物半導体エピタキシャルウエハの欠陥検出装置およびこれを用いた欠陥検出方法、この欠陥検出方法の各ステップをコンピュータに実行させるための制御プログラム、この制御プログラムが格納された可読記憶媒体の分野において、発光強度のマッピングをエピタキシャル成長基板全体に渡って行うと共に、欠陥検出に隣接複数ピクセルとの差を用いるため、欠陥検出に予め基準ウエハを用意して測っておく必要がなく、結晶欠陥以外の膜厚分布に左右されることもなく、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を容易かつ精度よく検出することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１０，１０Ａ  欠陥検出装置
１１、１１Ａ  制御手段（ＣＰＵ；中央演算処理装置）
１１２  ＸＹ座標変換手段
１１３、１１３Ａ  欠陥検出手段
１１４  不良登録手段
１２  操作部
１３  表示部
１４  ＲＯＭ（可読記録媒体）
１５  ＲＡＭ（記憶部）
１６  発光部
１７  エピタキシャル成長基板
１８  撮像部
１１１  ＰＬ測定手段
１  ＭＯＣＶＤ反応室
２  ヒータ
３  サセプタ
４  サファイア基板
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ４  コントラスト
Ｉ  光強度
Ｔ１、Ｔ２  閾値
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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