(57)【要約】【課題】炭化珪素試料の結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、短時間に高効率で検出することができる欠陥検査装置を提供する。【解決手段】炭化珪素試料Ａの結晶欠陥を検出する欠陥検査装置１０であって、炭化珪素試料Ａの検査領域に励起光Ｌ１を照射する照射手段１１と、検査領域におけるＰＬ発光画像を、カラーフィルター１２ａを介して一括して撮影する撮影手段１２と、ＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換して、ｘｙ色度座標におけるｘ値を得る変換手段１３と、炭化珪素試料Ａの結晶欠陥の有無を判定する判定手段１４とを備える。【選択図】図１
2019160999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射手段と、
前記検査領域におけるＰＬ発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影手段と、
前記ＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換して、ｘｙ色度座標におけるｘ値を得る変換手段と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、ｘｙ色度座標における白色点のｘ値より大きい第１閾値と前記白色点のｘ値より小さい第２閾値とを参照し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第１閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第２閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定する欠陥検査装置。
【請求項２】
前記第１閾値は、０．３５〜０．５０の間に存在し、前記第２閾値は、０．２０〜０．２８の間に存在する請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記撮影手段は、前記検査領域における散乱光画像をさらに撮影し、
前記判定手段は、前記散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定する請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照射手段は、紫外線ＬＥＤと、前記紫外線ＬＥＤから発せられた紫外光を均一化する均一化手段とを有する請求項１〜３の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記撮影手段は、前記検査領域が含まれる状態で、前記ＰＬ発光画像の撮影範囲を変更して補正用ＰＬ発光画像を撮影し、
前記補正用ＰＬ発光画像に基づいて、前記ＰＬ発光画像を補正する補正手段をさらに備える請求項１〜４の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜である請求項１〜５の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶の４インチウェハである請求項１〜６の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射工程と、
前記検査領域におけるＰＬ発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影工程と、
前記ＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換して、ｘｙ色度座標におけるｘ値を得る変換工程と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定工程と
を包含し、
前記判定工程において、ｘｙ色度座標における白色点のｘ値より大きい第１閾値と前記白色点のｘ値より小さい第２閾値とを参照し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第１閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第２閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定する欠陥検査方法。
【請求項９】
前記第１閾値は、０．３５〜０．５０の間に存在し、前記第２閾値は、０．２０〜０．２８の間に存在する請求項８に記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置、及び欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素は、ワイドギャップ半導体であり、パワーデバイス分野において近年注目されている材料である。通常、炭化珪素は、エピタキシャル成長法により薄膜基板が製造されるが、炭素原子と珪素原子とで原子半径の差が大きいため、同じワイドギャップ半導体である窒化ガリウムと比較して、エピタキシャル層に結晶欠陥が生じやすい。結晶欠陥の中でも基底面転位は、順方向通電劣化の原因やリーク点となるため、パワーデバイスの製造において問題となる。そこで、炭化珪素基板の結晶欠陥を検出する手法として、フォトルミネッセンス（以下、「ＰＬ」と称する。）を利用した検査方法が開発されている。
【０００３】
例えば、炭化珪素基板を走査してＰＬ光をマッピングすることにより結晶欠陥を検出する検査方法がある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の検査方法では、高い空間分解能で結晶欠陥の２次元的な分布を調べることができるとされている。
【０００４】
また、炭化珪素基板に励起光を照射し、炭化珪素基板からの反射光とＰＬ光とを分離して、反射光による欠陥像と、ＰＬ光による欠陥像とを撮影する検査方法がある（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２の検査方法では、基底面転位を他の結晶欠陥から分類することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７８４８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１９０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２の検査方法は、基板の全面を走査するために、励起光の照射とＰＬ光の検出とを数多く繰り返す必要があり、検査時間が非常に長いという問題がある。炭化珪素基板は、近年の製造技術の改良により大口径化を果たしており、大口径の炭化珪素基板に特許文献１及び２の検査方法を適用した場合、検査時間の問題はさらに顕著なものとなる。また、炭化珪素基板は、高品質化の面でも長足の進歩を遂げており、特に、基底面転位は、４インチウェハ及び６インチウェハの何れでも基板中に数個程度にまで発生を抑えることが可能となっている。実際には基板中に基底面転位が数個しかない高品質な炭化珪素基板を、結晶欠陥が数多く存在することを想定して高い分解能で個々の結晶欠陥を識別する特許文献１及び２の検査方法によって検査することは、検査時間及び設備コストの両面で非効率である。このように従来の検査技術は、炭化珪素基板の大口径化及び高品質化に十分に対応できておらず、新たな検査手法の開発が求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、炭化珪素試料の結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、短時間に高効率で検出することができる欠陥検査装置、及び欠陥検査方法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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る欠陥検査装置の特徴構成は、
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射手段と、
前記検査領域におけるＰＬ発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影手段と、
前記ＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換して、ｘｙ色度座標におけるｘ値を得る変換手段と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、ｘｙ色度座標における白色点のｘ値より大きい第１閾値と前記白色点のｘ値より小さい第２閾値とを参照し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第１閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第２閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定することにある。
【０００９】
パワーデバイスの製造に使用される厚みが数十μｍの炭化珪素単結晶基板において、基底面転位等の結晶欠陥は、結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μｍ程度であり、例えば、炭化珪素単結晶の４インチウェハを炭化珪素試料とした場合、基板表面の法線方向から見た結晶欠陥の大きさは、炭化珪素試料の直径の１／１０００程度になる。そのため、画素数が数百万〜数千万程度の普及品クラスのイメージセンサーを用いて炭化珪素試料の全面を一括して撮影した場合、結晶欠陥は複数画素に相当する大きさで撮影される。６インチウェハを炭化珪素試料とする場合にも、炭化珪素試料の全面の１／４程度の検査領域を一括して撮影することで、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなる画像を容易に得ることができる。本発明者は、このような炭化珪素試料の全面、又は全面を数分の一に分割した相当に広い領域において、ＰＬ発光画像を様々な条件で一括して撮影し、結晶欠陥が存在する位置に相当する画素の特徴を詳細に検討した。その結果、本発明者は、カラーフィルターを介してＰＬ発光画像をカラー撮影した場合に、結晶欠陥が存在する位置に相当する画素では、ＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系のｘｙ色度座標に変換して得られるｘ値が、結晶欠陥の種類によって特徴的な値を示すことを見出した。本構成の欠陥検査装置によれば、ＲＧＢ値を変換して得られるｘ値に基づいて、基底面転位と積層欠陥とを判別できるため、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなるＰＬ発光画像から、結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、同程度の大きさの積層欠陥と容易に識別して検出することができる。この結果、炭化珪素試料の走査によるＰＬ光のマッピングを必要とすることなく、一度のＰＬ発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度の結晶欠陥が点在する場合でも、当該結晶欠陥を短時間に効率よく検出することができ、検査時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記第１閾値は、０．３５〜０．５０の間に存在し、前記第２閾値は、０．２０〜０．２８の間に存在することが好ましい。
【００１１】
本構成の欠陥検査装置によれば、第１閾値が０．３５〜０．５０の間に存在し、第２閾値が０．２０〜０．２８の間に存在するため、基底面転位と積層欠陥とが同程度の大きさであっても、ｘ値に基づいて両者を明確に識別することができ、パワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を精度よく検出することができる。
【００１２】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記撮影手段は、前記検査領域における散乱光画像をさらに撮影し、
前記判定手段は、前記散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定することが好ましい。
【００１３】
本構成の欠陥検査装置によれば、散乱光画像に基づいてマイクロパイプの有無を判定することで、ＰＬ発光画像に基づいてその有無を判定する基底面転位及び積層欠陥と、マイクロパイプとを明確に識別することができる。
【００１４】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記照射手段は、紫外線ＬＥＤと、前記紫外線ＬＥＤから発せられた紫外光を均一化する均一化手段とを有することが好ましい。
【００１５】
本構成の欠陥検査装置によれば、紫外線ＬＥＤから発せられた紫外光を均一化するため、炭化珪素試料の検査領域を均一に励起して、結晶欠陥を精度よく検出することができる。
【００１６】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記撮影手段は、前記検査領域が含まれる状態で、前記ＰＬ発光画像の撮影範囲を変更して補正用ＰＬ発光画像を撮影し、
前記補正用ＰＬ発光画像に基づいて、前記ＰＬ発光画像を補正する補正手段をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
本構成の欠陥検査装置によれば、ＰＬ発光画像にＰＬ光に由来しない撮影手段固有のノイズが含まれる場合、撮影範囲を変更して撮影した補正用ＰＬ発光画像でも同じ座標にノイズが含まれることになるため、ＰＬ発光画像から撮影手段固有のノイズを容易に検出して補正することができる。この結果、ＰＬ光に由来しない撮影手段固有のノイズによる影響を抑えて、結晶欠陥を高精度に検出することができる。
【００１８】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜であることが好ましい。
【００１９】
本構成の欠陥検査装置によれば、エピタキシャル薄膜において好発する基底面転位及び積層転位を検出することができる。
【００２０】
本発明に係る欠陥検査装置において、
前記炭化珪素試料は、炭化珪素単結晶の４インチウェハであることが好ましい。
【００２１】
炭化珪素試料が炭化珪素単結晶の４インチウェハであれば、炭化珪素試料の全面を検査領域として一括して撮影した場合、ＰＬ発光画像において結晶欠陥は、複数画素に相当する大きさとなる。この結果、本構成の欠陥検査装置によれば、炭化珪素試料の全面を検査領域として一括して一度撮影するだけで、炭化珪素試料に含まれる結晶欠陥を短時間に高効率で検出することができる。
【００２２】
上記課題を解決するための本発明にかかる欠陥検査方法の特徴構成は、
炭化珪素試料の結晶欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記炭化珪素試料の検査領域に励起光を照射する照射工程と、
前記検査領域におけるＰＬ発光画像を、カラーフィルターを介して一括して撮影する撮影工程と、
前記ＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換して、ｘｙ色度座標におけるｘ値を得る変換工程と、
前記炭化珪素試料の結晶欠陥の有無を判定する判定工程と
を包含し、
前記判定工程において、ｘｙ色度座標における白色点のｘ値より大きい第１閾値と前記白色点のｘ値より小さい第２閾値とを参照し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第１閾値を超える画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に基底面転位が存在すると判定し、前記ＲＧＢ値の変換により得たｘ値が前記第２閾値未満である画素に対応した前記炭化珪素試料の位置に積層欠陥が存在すると判定することにある。
【００２３】
本構成の欠陥検査方法によれば、ＲＧＢ値を変換して得られるｘ値に基づいて、基底面転位と積層欠陥とを判別できるため、結晶欠陥が複数画素に相当する大きさとなるＰＬ発光画像から、結晶欠陥、特にパワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を、同程度の大きさの積層欠陥と容易に識別して検出することができる。この結果、炭化珪素試料の走査によるＰＬ光のマッピングを必要とすることなく、一度のＰＬ発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度の結晶欠陥が点在する場合でも、当該結晶欠陥を短時間に効率よく検出することができ、検査時間を大幅に短縮することができる。
【００２４】
本発明に係る欠陥検査方法において、
前記第１閾値は、０．３５〜０．５０の間に存在し、前記第２閾値は、０．２０〜０．２８の間に存在することが好ましい。
【００２５】
本構成の欠陥検査方法によれば、第１閾値が０．３５〜０．５０の間に存在し、第２閾値が０．２０〜０．２８の間に存在するため、基底面転位と積層欠陥とが同程度の大きさであっても、ｘ値に基づいて明確に識別することができ、パワーデバイスの製造において問題となる基底面転位を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】図２は、補正手段による補正処理の説明図である。
【図３】図３は、マイクロパイプが形成された領域の散乱光画像である。
【図４】図４は、本発明の欠陥検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。
【００２８】
〔欠陥検査装置〕
図１は、本発明の欠陥検査装置１０の説明図である。欠陥検査装置１０は、半導体に励起光Ｌ１を照射したときに発生するＰＬ光Ｌ２を利用して炭化珪素試料Ａを検査することで、結晶欠陥である基底面転位、及び積層欠陥を検出する装置である。本実施形態では、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板（４インチウェハ）である炭化珪素試料Ａを検査対象とする。欠陥検査装置１０は、照射手段１１、撮影手段１２、変換手段１３、及び判定手段１４を備え、さらに任意の構成として、補正手段１５、及び可視光照射手段１６を備えている。
【００２９】
照射手段１１は、炭化珪素試料ＡにＰＬ光Ｌ２を発光させるための励起光Ｌ１を、炭化珪素試料Ａの検査領域に照射する。照射手段１１は、炭化珪素試料Ａの検査領域に一括して励起光Ｌ１を照射可能な位置に配置される。本実施形態では、炭化珪素試料Ａの全面を検査領域としており、照射手段１１は、図１に示すように、炭化珪素試料Ａの全体を含む範囲に励起光Ｌ１を照射可能な位置に配置される。照射手段１１は、光源１１ａ、及び均一化手段１１ｂを有することが好ましい。光源１１ａは、例えば、紫外線ＬＥＤ等を含んで構成され、波長が３５０〜４００ｎｍの紫外線領域の光を出射する。均一化手段１１ｂは、例えば、ロッドインテグレータレンズ等を含んで構成され、紫外線ＬＥＤの出射光の照度分布を均一化する。
【００３０】
撮影手段１２は、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の三原色のカラーフィルター１２ａ、及びＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ-ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子を二次元アレイ状に配列したイメージセンサー１２ｂを有し、撮影手段１２への入射光をカラーフィルター１２ａを透過させてイメージセンサー１２ｂで検知するデジタルカメラである。撮影手段１２は、カラーフィルター１２ａを介して光を取り込むことで、ＲＧＢ色空間におけるＲ、Ｇ、及びＢの階調レベルを示すＲＧＢ値を画素毎に有する画像を生成する。撮影手段１２は、炭化珪素試料Ａの検査領域を一括して撮影可能な位置に配置される。撮影手段１２は、ＰＬ光撮影モードと、散乱光撮影モードとの２つの撮影モードを有する。ＰＬ光撮影モードでは、照射手段１１から励起光Ｌ１を照射した後に、ＰＬ光Ｌ２を発光する状態の炭化珪素試料Ａを撮影する。以下、ＰＬ光撮影モードで撮影された画像を、「ＰＬ発光画像」と称する。炭化珪素試料Ａの基底面転位が存在する位置からは、波長が７５０ｎｍである近赤外光領域のＰＬ光Ｌ２が放出され、ＣＣＤ等の固体撮像素子ではこのＰＬ光Ｌ２が、赤色光（波長７００ｎｍ以上）として受光される。この結果、撮影手段１２において撮影したＰＬ発光画像では、基底面転位が存在する位置にＲ値の輝点が生じる。散乱光撮影モードでは、白色ＬＥＤ等を光源とした可視光照射手段１６により炭化珪素試料Ａに可視光Ｌ３が照射されている状態で、炭化珪素試料Ａの表面における可視光Ｌ３の散乱光を撮影する。以下、散乱光撮影モードで撮影された画像を、「散乱光画像」と称する。撮影手段１２は、撮影した画像を、例えば、ハードディスク等のストレージに記録する。
【００３１】
イメージセンサー１２ｂは、画素数が１００万以上であることが好ましい。基底面転位等の結晶欠陥は結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μｍ程度のサイズを有しており、イメージセンサー１２ｂの画素数が１００万以上であれば、４インチウェハの全面を一括して撮影した場合に、複数画素に相当するサイズで結晶欠陥を撮影できる。そのため、炭化珪素試料Ａが４インチウェハであれば、炭化珪素試料Ａの全面を検査領域に設定して、一度の撮影で結晶欠陥の有無を検査することができる。画素数が１００万を下回ると、４インチウェハの全面を一括して撮影した場合に、結晶欠陥の撮影サイズが小さくなり、結晶欠陥の有無を正確に判定することが困難になる虞がある。
【００３２】
変換手段１３、判定手段１４、及び補正手段１５は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいて、メモリに記録されているプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、それらの機能が実現される。変換手段１３は、撮影手段１２が撮影してストレージに記録したＰＬ発光画像が有するＲＧＢ値をＣＩＥ  １９３１表色系に変換し、ｘｙ色度座標におけるｘｙ色度値を生成する。変換手段１３によるｘｙ色度値の生成は、ＰＬ発光画像の一画素毎、又は複数画素毎に実施する。ｘｙ色度値の生成を複数画素毎に実施する場合は、例えば、エッジ検出処理によりＲＧＢ値が近い一群の画素を検出し、この一群の画素のＲＧＢ値の平均値を用いて、ｘｙ色度値を生成することが好ましい。ｘｙ色度値の生成は、ＲＧＢ値から三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚへの変換を経て、これをｘｙ色度座標へ変換することで実施される。例えば、画像データのＲＧＢ色空間として国際電気標準会議により規定されたｓＲＧＢ表色系を用いる場合、先ず、下記の式（１）〜（３）により、ｓＲＧＢ表色系におけるＲ、Ｇ、Ｂを、ＰＬ光の元の明るさに比例する色空間（以下、「リニアＲＧＢ色空間」と称する。）におけるＲ’、Ｇ’、Ｂ’に変換する。
【００３３】
【数１】
2019160999.tif 000003
【００３４】
【数２】
2019160999.tif 000004
【００３５】
【数３】
2019160999.tif 000005
【００３６】
次に、下記の式（４）〜（６）により、リニアＲＧＢ色空間におけるＲ’、Ｇ’、Ｂ’を、ＣＩＥ  １９３１表色系の三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換する。
Ｘ  ＝  0.4124×Ｒ’  ＋  0.3576×Ｇ’  ＋  0.1805×Ｂ’    （４）
Ｙ  ＝  0.2126×Ｒ’  ＋  0.7152×Ｇ’  ＋  0.0722×Ｂ’    （５）
Ｚ  ＝  0.0193×Ｒ’  ＋  0.1192×Ｇ’  ＋  0.9505×Ｂ’    （６）
【００３７】
さらに、下記の式（７）、（８）により、三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚからｘｙ色度値を得る。
ｘ  ＝  Ｘ  ／  （Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）            （７）
ｙ  ＝  Ｙ  ／  （Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）            （８）
【００３８】
判定手段１４は、変換手段１３が生成したｘｙ色度値を参照して、炭化珪素試料Ａの結晶欠陥の有無を判定する。判定手段１４による判定では、具体的には、白色点のｘ値より大きい第１閾値を参照して、ＰＬ発光画像において、ｘｙ色度値のｘ値が第１閾値を超える画素に対応した炭化珪素試料Ａの位置に、基底面転位が存在すると判定する。ｘｙ色度座標における白色点は、例えば、ＣＩＥ標準光源Ｄ６５を用いる場合、ｘ値が０．３１２７である。第１閾値は、好ましくは０．３５〜０．５０の間に存在する値、より好ましくは０．４０に設定する。第１閾値を上記の値に設定することで、炭化珪素試料Ａにおける基底面転位を高い精度で検出できる。第１閾値を０．３５未満の値に設定すると、結晶欠陥が生じていない位置、及び他の種類の結晶欠陥が生じている位置において、基底面転位を誤検出する虞がある。第１閾値を０．５０を超える値に設定すると、基底面転位の検出漏れが発生する虞がある。判定手段１４による判定では、さらに、白色点のｘ値より小さい第２閾値を参照して、ＰＬ発光画像において、ｘｙ色度値のｘ値が第２閾値を未満である画素に対応した炭化珪素試料Ａの位置に、積層欠陥が存在すると判定する。第２閾値は、好ましくは０．２０〜０．２８の間に存在する値、より好ましくは０．２５に設定する。第２閾値を上記の値に設定することで、炭化珪素試料Ａにおける積層欠陥を高い精度で検出できる。第２閾値を０．２０未満の値に設定すると、積層欠陥の検出漏れが発生する虞がある。第２閾値を０．２８を超える値に設定すると、結晶欠陥が生じていない位置、及び他の種類の結晶欠陥が生じている位置において、積層欠陥を誤検出する虞がある。
【００３９】
判定手段１４は、さらに、撮影手段１２が撮影してストレージに記録した散乱光画像に基づいて、マイクロパイプの有無を判定する。マイクロパイプとは、結晶欠陥の一種であり、炭化珪素単結晶のエピタキシャル薄膜基板に生じる微細な貫通孔である。図３は、マイクロパイプが形成された領域の散乱光画像である。マイクロパイプの有無の判定処理として、判定手段１４は、散乱光画像の画像解析により、図３に示すように、周囲より輝度の低い六本の線が放射状に広がる構造の中心Ｍの画素を検出し、中心Ｍの画素に対応した炭化珪素試料の位置に、マイクロパイプが存在すると判定する。
【００４０】
補正手段１５は、撮影手段１２が撮影してストレージに記録したＰＬ発光画像、及び散乱光画像に対して補正処理を施し、イメージセンサー１２ｂの感度ムラに起因するノイズや、固体撮像素子を非冷却で使用する場合に生じるノイズを除去又は軽減する。ストレージ中のＰＬ発光画像、及び散乱光画像を補正手段１５が補正し、変換手段１３、及び判定手段１４が補正後の画像を処理に用いることで、イメージセンサー１２ｂの感度ムラ等に起因するノイズの影響を抑えて、結晶欠陥の有無を高い精度で判定できる。図２は、補正手段１５による補正処理の説明図である。図２（ａ）は、ＰＬ発光画像の撮影範囲Ｂ１と、補正用ＰＬ発光画像の撮影範囲Ｂ２とを示す図である。図２（ｂ）は、撮影範囲Ｂ１で撮影されたＰＬ発光画像Ｃ１の模式図である。図２（ｃ）は、撮影範囲Ｂ２で撮影された補正用ＰＬ発光画像Ｃ２の模式図である。補正手段１５が補正処理を実施する前に、先ず、撮影手段１２は、図２（ａ）に示すように、ＰＬ発光画像を撮影した撮影範囲Ｂ１を炭化珪素試料Ａの検査領域が含まれる状態のまま撮影範囲Ｂ２に変更し、撮影範囲Ｂ２で補正用ＰＬ発光画像を撮影する。撮影範囲の変更は、撮影範囲Ｂ１から撮影範囲Ｂ２への平行移動であることが好ましい。例えば、炭化珪素試料Ａを載置した載置台を炭化珪素試料Ａの表面と平行に移動させる。他の方法として、撮影手段１２を炭化珪素試料Ａの表面と平行に移動させてもよい。撮影手段１２として炭化珪素試料Ａの上方に設置したカメラを用いる場合、ＰＬ発光画像の撮影後に、イメージセンサー１２ｂにおいて固体撮像素子が二次元アレイ状に配列する縦方向及び横方向に、夫々５０画素に相当する幅だけ載置台を移動させて補正用ＰＬ発光画像を撮影することで、撮影範囲を平行に移動させることができる。補正手段１５は、撮影範囲Ｂ１で撮影された図２（ｂ）のＰＬ発光画像Ｃ１と、撮影範囲Ｂ２で撮影された図２（ｃ）の補正用ＰＬ発光画像Ｃ２とを比較し、ＰＬ発光画像Ｃ１と、補正用ＰＬ発光画像Ｃ２とで同じ座標に存在する輝点をノイズと判定して、ＰＬ発光画像Ｃ１を補正する。図２の例では、ＰＬ発光画像Ｃ１における輝点Ｄ１は、補正用ＰＬ発光画像Ｃ２の同じ座標に同輝度の輝点Ｄ２が存在するため、補正手段１５は、輝点Ｄ１をノイズであると判定する。補正手段１５は、ノイズと判定した輝点Ｄ１を、輝点Ｄ１に対応する炭化珪素試料Ａの位置を撮影した補正用ＰＬ発光画像Ｃ２の画素Ｆと置換することで補正する。一方、ＰＬ発光画像Ｃ１における輝点Ｅ１は、補正用ＰＬ発光画像Ｃ２の同じ座標に輝点がなく、補正用ＰＬ発光画像Ｃ２において、炭化珪素試料Ａの同じ位置に対応する座標に輝点Ｅ２が存在するため、補正手段１５は、輝点Ｅ１をノイズではなくＰＬ光Ｌ２に由来する輝点であると判定する。補正手段１５は、さらに、上記の補正処理に加えて、シェーディング補正等の画像処理を、ＰＬ発光画像、及び散乱光画像に施してもよい。
【００４１】
以上の構成により、欠陥検査装置１０は、一度のＰＬ発光画像の撮影によって、広い検査領域に数個程度が点在する基底面転位、及び積層欠陥を検出することができる。また、一度の散乱光画像の撮影によって、炭化珪素試料Ａの検査領域に存在するマイクロパイプを検出することができる。この結果、広い検査領域に数個程度が点在する基底面転位を他の結晶欠陥と識別して、短い検査時間で高精度に検出することができる。
【００４２】
〔欠陥検査方法〕
図４は、本発明の欠陥検査方法のフローチャートである。欠陥検査方法は、図１の欠陥検査装置１０において、照射工程（Ｓ１）、撮影工程（Ｓ２）、変換工程（Ｓ３）、及び判定工程（Ｓ４〜Ｓ９）を実行することにより実施される。フローチャートに示す各ステップの詳細は、欠陥検査装置１０についての説明と重複するため、その説明を省略し、ここでは、フローチャートにより示した手順に重点を置いて説明する。
【００４３】
欠陥検査方法では、先ず、照射工程（Ｓ１）を実施する。照射工程（Ｓ１）では、紫外線ＬＥＤを用いた光源１１ａが発した波長３５０〜４００ｎｍの紫外光を、ロッドインテグレータレンズを用いた均一化手段１１ｂで輝度分布を均一化し、励起光Ｌ１として炭化珪素試料Ａの検査領域の全体に照射する。照射工程（Ｓ１）の実施により、炭化珪素試料ＡがＰＬ光Ｌ２を発光する。炭化珪素試料Ａの検査領域のサイズは、撮影手段１２に用いるイメージセンサー１２ｂの画素数に応じて、結晶のオフカット方向に沿う長さが数百μｍ程度である結晶欠陥を、複数画素に相当する大きさで撮影できるサイズに設定することが好ましい。
【００４４】
炭化珪素試料ＡがＰＬ光Ｌ２を発光している状態で、撮影工程（Ｓ２）を実施する。撮影工程（Ｓ２）では、撮影手段１２が、炭化珪素試料Ａの検査領域を、カラーフィルター１２ａを介して一括して撮影することで、ＰＬ発光画像を生成する。
【００４５】
次に、変換手段１３が、変換工程（Ｓ３）を実施する。変換工程（Ｓ３）では、撮影工程（Ｓ２）において撮影されたＰＬ発光画像のＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ値をｘｙ色度座標に変換して、画素毎のｘｙ色度値を得る。
【００４６】
次に、判定手段１４が、判定工程（Ｓ４〜Ｓ９）を実施する。判定工程では、先ず、ＰＬ発光画像の任意の画素を判定位置に選択し（Ｓ４）、判定位置のｘｙ色度値のｘ値が第１閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ５）。ｘ値が第１閾値より大きい場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、判定手段１４は、判定位置の画素に対応した炭化珪素試料Ａの位置において、基底面転位を検出し（Ｓ６）、その後、Ｓ９に処理を進める。ｘ値が第１閾値以下である場合（Ｓ５：Ｎｏ）、判定位置のｘｙ色度値のｘ値が第２閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ７）。ｘ値が第２閾値より小さい場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、判定手段１４は、判定位置の画素に対応した炭化珪素試料Ａの位置において、積層欠陥を検出し（Ｓ８）、その後、Ｓ９に処理を進める。ｘ値が第２閾値以上である場合（Ｓ７：Ｎｏ）、そのままＳ９に処理を進める。
【００４７】
Ｓ９においては、判定手段１４は、ＰＬ発光画像において判定位置に選択していない未処理画素があるかを判定する。未処理画素がある場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、Ｓ４に戻って未処理画素を判定位置に選択し、Ｓ５〜Ｓ９の判定工程を継続する。未処理画素がない場合（Ｓ９：Ｎｏ）、炭化珪素試料Ａの検査を終了する。
【００４８】
〔別実施形態〕
本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、上記の実施形態で説明した構成を変更することも可能である。そのような変更例を別実施形態として説明する。
【００４９】
＜別実施形態１＞
本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、炭化珪素単結晶の４インチウェハだけではなく、他の口径の炭化珪素単結晶のウェハを炭化珪素試料として検査することも可能である。また、炭化珪素試料の検査領域は、必ずしも炭化珪素試料の全面とする必要はない。炭化珪素試料の検査領域の大きさは、撮影手段で検査領域を一括して撮影した場合に、炭化珪素試料の１００μｍの領域を少なくとも２画素以上の大きさで撮影できるように、設定することが好ましい。例えば、炭化珪素単結晶の６インチウェハを炭化珪素試料とし、画素数が１００万のイメージセンサーを有する撮影手段でＰＬ発光画像を撮影する場合、炭化珪素試料の表面を４分割して、４つの検査領域を設ける。６インチウェハの炭化珪素試料の全面の１／４の広さの検査領域を画素数が１００万のイメージセンサーで撮影すると、炭化珪素試料の１００μｍの領域が縦横２画素で撮影されるため、１００μｍ程度の大きさの結晶欠陥を検出することができる。
【００５０】
＜別実施形態２＞
ＲＧＢ値からｘｙ色度値への変換は、必ずしもＰＬ発光画像の全ての画素で実施する必要はない。例えば、ＰＬ発光画像においてエッジ検出処理を実施し、エッジが検出された領域でのみＲＧＢ値からｘｙ色度値への変換を行い、第１閾値及び第２閾値との比較を行うように構成してもよい。この構成は、ｘｙ色度値へ変換するためのデータ処理量が少なく、検査時間、及び設備コストの増大を抑制することができるため、特に、数千万以上の画素数を有する大型のイメージセンサーを用いて、１０インチを超える大口径ウェハを検査する場合等に有用である。
【実施例】
【００５１】
次に、具体的実施例に基づいて、本発明に係る欠陥検査装置、及び欠陥検査方法を詳細に説明する。
【００５２】
〔炭化珪素試料〕
炭化珪素試料には、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板（４インチウェハ）を用い、結晶欠陥として、基底面転位、積層欠陥、及びインクルージョンが存在する位置が既知のものを準備した。
【００５３】
〔ＰＬ発光画像の撮影〕
励起光の波長が３６５ｎｍである紫外線ＬＥＤを光源として用い、紫外光の輝度分布をロッドインテグレータレンズにより均一化して、炭化珪素試料の全面に照射した。照射を受けてＰＬ光を発光した炭化珪素試料を、三原色のカラーフィルター、及び画素数が４００万である非冷却ＣＣＤイメージセンサーを有するデジタルカメラで撮影し、ｓＲＧＢ表色系におけるＲＧＢ値を画素毎に有するＰＬ発光画像を得た。ＰＬ発光画像の撮影は、３５ｍｍレンズを使用し、露光時間３０秒、絞り４、ＩＳＯ感度８００の条件で行った。
〔ｘｙ色度値〕
ＰＬ発光画像において、炭化珪素試料の基底面転位、積層欠陥、及びインクルージョンが存在する位置を撮影した画素のＲＧＢ値を、ＣＩＥ  １９３１表色系の三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに変換し、ｘｙ色度値を算出した。基底面転位が存在する位置に対応する画素では、ｘ値が０．５７６１であった。積層欠陥が存在する位置に対応する画素では、ｘ値が０．１６０８１６であった。インクルージョンが存在する位置に対応する画素では、ｘ値が０．２９１９５６であった。
【００５４】
この結果、基底面転位を検出するための第１閾値として、０．４を用いた場合、ＰＬ発光画像のＲＧＢ値をｘｙ色度座標に変換して得られるｘ値に基づいて、積層欠陥、及びインクルージョンと明確に識別して、基底面転位を検出できることが確認された。また、積層欠陥を検出するための第２閾値として、０．２５を用いた場合、ＰＬ発光画像のＲＧＢ値をｘｙ色度座標に変換して得られるｘ値に基づいて、基底面転位、及びインクルージョンと明確に識別して、積層欠陥を検出できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の欠陥検査装置、及び欠陥検査方法は、炭化珪素基板、及び炭化珪素基板を用いたパワーデバイス素子の製造プロセスにおいて、炭化珪素試料の検査に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０        欠陥検査装置
１１        照射手段
１１ａ      光源（紫外線ＬＥＤ）
１１ｂ      均一化手段
１２        撮影手段（デジタルカメラ）
１２ａ      カラーフィルター
１３        変換手段
１４        判定手段
１５        補正手段
Ａ          炭化珪素試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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