(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板等の検査対象の検査を正確かつ効率良く行うことのできる蛍光測定装置及び蛍光測定方法を提供する。【解決手段】検査対象に光線を照射する照明装置３と、光線が照射された検査対象を撮像する撮像部と、撮像部での撮像データに基づき処理を行うデータ処理部とを備える蛍光測定装置であって、照明装置が、レーザ光を出射するレーザ光源３０と、このレーザ光源からのレーザ光を内部で拡散反射させ光束として検査対象に向けて出射する積分球３１とを含む蛍光測定装置である。照明装置によって検査対象に照射する光線は平行光であるとよい。照明装置は積分球から出射する光束の開き角度を調整する調整機構３２を有することが好ましい。調整機構は積分球に対して近接離間可能とされた対物レンズ３７を含むとよい。データ処理部での処理結果に基づき検査対象の欠陥の有無を判定する判定部を備えるとよい。【選択図】図１
2017142143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に光線を照射する照明装置と、
上記光線が照射された検査対象を撮像する撮像部と、
上記撮像部での撮像データに基づき処理を行うデータ処理部と
を備える蛍光測定装置であって、
上記照明装置が、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を内部で拡散反射させ光束として上記検査対象に向けて出射する積分球とを含む蛍光測定装置。
【請求項２】
上記照明装置によって検査対象に照射する光線が平行光である請求項１に記載の蛍光測定装置。
【請求項３】
上記照明装置が、上記積分球から出射する光束の開き角度を調整する調整機構を有する請求項１又は請求項２に記載の蛍光測定装置。
【請求項４】
上記調整機構が、上記積分球からの出射光の光路上に配置され、上記積分球に対して近接離間可能とされた対物レンズを含む請求項３に記載の蛍光測定装置。
【請求項５】
上記データ処理部での処理結果に基づき上記検査対象の欠陥の有無を判定する判定部を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蛍光測定装置。
【請求項６】
上記検出部及び上記データ処理部がＣＣＤカメラにより構成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蛍光測定装置。
【請求項７】
上記レーザ光源から出射されるレーザ光のピーク波長が３５０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蛍光測定装置。
【請求項８】
検査対象に光線を照射し、この照射した検査対象を撮像し、この撮像したデータに基づきデータ処理を行う蛍光測定方法であって、
上記検査対象への照射光線として、レーザ光源からのレーザ光を積分球内部で拡散反射させた光束を用いる蛍光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の検査対象に光線を照射したときの蛍光を利用した蛍光測定装置及び蛍光測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの製造工程において、半導体ウェハの欠陥を低減することは良品率向上や特性不良の低減のために重要である。半導体ウェハの欠陥のうち内部欠陥は、ウェハプロセスの最終工程である半導体ウェハの特性検査工程及び外観検査工程まで検出されずに内在させたままプロセスが進行すると、半導体素子の製造効率が低下するだけでなく、半導体素子の良品率も低下する。そのため、半導体ウェハの内部欠陥は、半導体ウェハの製造工程のできるだけ早い段階で適切に発見することが望ましい。
【０００３】
半導体ウェハの欠陥を検査する方法としては、一般的に非破壊検査によってなされる。この非破壊検査としては、半導体ウェハにレーザ光を照射したときのルミネッセンスによる発光に基づき評価する方法がある（例えば特許文献１及び２参照）。特許文献１及び２に記載の方法は、波長が４００ｎｍ以下のレーザ光による光線を励起光として半導体基板に照射したときのルミネッセンス発光に基づいて基板欠陥を検出する方法である。
【０００４】
しかし、これらの特許文献１及び２に記載の検査方法では、半導体基板に対するレーザ光の照射は、レーザ光を半導体基板の表面にスポット照射しつつ、この照射点を半導体基板と相対的に２方向に走査させることで行われる。このようにスポット照射した照射点を走査させる方法では、半導体基板の表面全体にレーザ光を照射するために比較的長い時間が必要となることから、半導体基板の検査にも比較的長い時間を要し検査効率的に不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８５６７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９８９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、検査効率向上について検討したところ、レーザ光源の出射光のビーム径を拡径し、その拡径された光束を検査対象に照射することにより、その照射領域における検査対象の蛍光による放出光を一度に検出することに想到した。しかし、レーザ光源の出射光をレンズによって拡径して、検査対象に照射し、その照射領域の画像データを取得すると、その画像データにスペックルが生じていることが分かった。このため、上述のようにレンズによって拡径された光束を検査対象に照射した場合、正確な検査を行うことができないことが判明した。この原因は、レーザ光源からの出射光はコヒーレンスが高いので、上述のようにレンズによって拡径した光束は、照射領域の各部分において強度等が相違しているためと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、検査対象の正確な検査を効率良く行うことのできる蛍光測定装置及び蛍光測定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になされた本願発明は、
検査対象に光線を照射する照明装置と、
上記光線が照射された検査対象を撮像する撮像部と、
上記撮像部での撮像データに基づき処理を行うデータ処理部と
を備える蛍光測定装置であって、
上記照明装置が、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を内部で拡散反射させ光束として上記検査対象に向けて出射する積分球とを含む蛍光測定装置である。
【０００９】
当該蛍光測定装置は、検査対象に照射する光線として、従来のスポット照射ではなく積分球から出射された光束を用いるので、この光束によって検査対象の比較的広い領域を一度に光線を照射することができる。そのため、従来のスポット照射による装置に比べて検査対象の全体に光線を照射するのに必要な時間を短くでき、検査時間の短縮を図ることができる。さらに、当該蛍光測定装置は、上記照射光線として、積分球においてレーザ光源からのレーザ光を拡散反射させたコヒーレンスの低い光束を用いているので、一度の照射領域の各部分において均一な照射を行うことができ、その結果検査対象の正確な検査を行うことができる。
【００１０】
上記照明装置によって検査対象に照射する光線が平行光であるとよい。このように検査対象へ平行光を照射することで、検査対象の照射領域において均一な照射を行うことができ、検査対象の欠陥を精度よく検出することが可能となる。
【００１１】
上記照明装置は、上記積分球から出射する光束の開き角度を調整する調整機構を有することが好ましい。このように調整機構を有することで、検査対象の表面に照射する光線の光束径を調整することが可能となる。そのため、上記調整機構により照射光線の光束径を調整することで、検査対象の表面全体に一括して光線を照射することが容易となる。加えて、上記調整機構により照射光線の光束径を調整するだけで、サイズの異なる検査対象に対しても表面全体に一括して均一な光量で光線を照射することが可能となる。そのため、当該蛍光測定装置は、サイズの異なる検査対象の検査に対応できると共に、比較的に大型サイズの検査対象の検査を行う場合であっても簡便な構成により短時間かつコスト的に有利に正確な検査を行うことができる。
【００１２】
上記調整機構は、上記積分球からの出射光の光路上に配置され、上記積分球に対して近接離間可能とされた対物レンズを含むとよい。このような調整機構は、安価かつ簡易に構成可能であるため、当該蛍光測定装置は、コスト的に有利にサイズの異なる検査対象の検査に対応できる。
【００１３】
当該蛍光測定装置は、上記データ処理部での処理結果に基づき上記検査対象の欠陥の有無を判定する判定部を備えることが好ましい。このように判定部を備えることで、当該蛍光測定装置は、検査対象の欠陥の有無の検出に適用することができる。また、上記判定部は、検査対象の蛍光による放出光に基づき検査対象の欠陥の有無を判定するものであるため、検査対象の欠陥、特に検査対象としての半導体基板の欠陥の検出を好適に行うことができる。
【００１４】
上記検出部及び上記データ処理部は、ＣＣＤカメラにより構成されているとよい。このように検出部及びデータ処理部をＣＣＤカメラにより構成することで、既存の装置を用いて蛍光による放射光を適切に検出することができる。そのため、当該蛍光測定装置は、蛍光による放射光を測定するのに十分な感度を簡易な構成により得ることができ、測定装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１５】
上記レーザ光源から出射されるレーザ光のピーク波長としては、３５０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下が好ましい。上記波長範囲にピーク波長を有するレーザ光を用いることで、半導体基板等の検査対象の表層における不純物や格子欠陥の有無等の情報を蛍光から適切に得ることができる。そのため、当該蛍光測定装置は、半導体基板の欠陥等の検査を適切に行うことができる。また、上記波長範囲にピーク波長を有するレーザ光は、既存のレーザ光源を用いて出射させることができる。そのため、当該蛍光測定装置は、特殊なレーザ光源を用いることなく既存のレーザ光源を用いて蛍光を得ることができる。その結果、当該蛍光測定装置は、簡易な構成により製造コスト的に有利に実現できる。
【００１６】
また、本発明は、検査対象に光線を照射し、この照射した検査対象を撮像し、この撮像したデータに基づきデータ処理を行う蛍光測定方法であって、
上記検査対象への照射光線として、レーザ光源からのレーザ光を積分球内部で拡散反射させた光束を用いる蛍光測定方法である。
【００１７】
当該蛍光測定方法は、積分球内部で拡散反射させたコヒーレンスの低い光束を半導体基板への照射光線として用いるので、当該蛍光測定装置と同様に、レーザ光を検査対象の表面にスポット照射する場合に比べて検査対象の表面に対する光照射領域を大きく確保することができる。その結果、当該蛍光測定方法によれば、簡便な構成により短時間かつコスト的に有利に検査対象を正確に検査できるようになる。
【００１８】
なお、本発明における「蛍光」とは、励起一重項からの失活に伴う発光である狭義の蛍光だけでなく、三重項からの失活に伴う発光である燐光も含む。また、本発明における「平行光」とは、光軸と平行な光線の集合体であり、完全な平行光を含み、さらに検査対象への照射光線を構成する光線の最大相対角度（上記照射光線のうち最も角度差のある光線同士の角度）が５°以下である光を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上述のように積分球から出射されたコヒーレンスの比較的低い光束を検査対象に照射するので、比較的広い領域を一度に光線を照射することができ、その結果、検査対象の正確な検査を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフォトルミネッセンス測定装置の模式図である。
【図２】図１のフォトルミネッセンス測定装置の要部を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るフォトルミネッセンス測定装置の要部を示す模式図である。
【図４】図４（Ａ）は図３のフォトルミネッセンス測定装置における照射光選択部材を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す照射光選択部材の断面図であり、図４（Ｃ）は照射光選択部材の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るフォトルミネッセンス測定装置の要部を示す模式図である。
【図６】図５のフォトルミネッセンス測定装置における照射光選択部材を模式的に示す平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るフォトルミネッセンス測定装置の要部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の蛍光測定装置及び測定方法について、フォトルミネッセンス測定装置及び測定方法を例にとり第１から第４の実施形態として適宜図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
［第１の実施形態］
≪フォトルミネッセンス測定装置≫
図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１は、半導体基板２の検査を非破壊で行うために用いられる。このフォトルミネッセンス測定装置１は、照明装置３、撮像部（ＣＣＤカメラ４）及びパーソナルコンピュータ５を備える。
【００２３】
＜半導体基板＞
半導体基板２は、フォトルミネッセンス測定装置１による検査対象となるものである。この半導体基板２としては、特に制限はなく、公知の材料により直径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下、厚みが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成されたものを用いることができる。このような半導体基板２としては、例えばＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）又はＪＥＩＴＡ（Ｊａｐａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に規格化された寸法（直径及び厚み）に形成された化合物半導体基板、シリコン基板、シリコンカーバイト基板、サファイア基板が挙げられる。化合物半導体基板としては、窒化ガリウム基板、リン化ガリウム基板、リン化インジウム基板、ヒ化カリウム基板等が挙げられる。これらの半導体基板の中でも、フォトルミネッセンス測定装置１は、直径が１００ｍｍ（４インチ）〜２００ｍｍ（８インチ）、厚み５２０ｍｍ〜７２５ｍｍに形成された窒化ガリウム基板の検査に好適に用いられる。
【００２４】
＜照明装置＞
照明装置３は、半導体基板２に光線を照射するものである。この照明装置３は、レーザ光源３０、積分球３１及び調整機構３２を有している。
【００２５】
（レーザ光源）
レーザ光源３０は、レーザ光を出射するものである。レーザ光のピーク波長としては、特に限定されないが、３５０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下が好ましい。このような波長範囲にピーク波長を有するレーザ光によれば、半導体基板２の表層における不純物や格子欠陥の有無等の情報をフォトルミネッセンス発光から適切に得ることができる。そのため、フォトルミネッセンス測定装置１は、半導体基板２の欠陥等の検査を適切に行うことができる。また、上記波長範囲にピーク波長を有するレーザ光は、既存のレーザ光源を用いて出射させることができる。そのため、フォトルミネッセンス測定装置１は、特殊なレーザ光源を用いることなく既存のレーザ光源を用いてフォトルミネッセンス発光を得ることができる。その結果、フォトルミネッセンス測定装置１は、簡易な構成により製造コスト的に有利に実現できる。
【００２６】
レーザ光の出力としては、特に限定されるものではないが、この出力は５ｍＷ以上が好ましく、１０ｍＷ以上がより好ましい。一方、この出力は、５００ｍＷ以下が好ましく、３００ｍＷ以下がより好ましい。また、レーザ光の強度（単位面積当たりのレーザ光の出力）は、０．１ｍＷ／ｍｍ２以上が好ましく、０．２ｍＷ／ｍｍ２以上がより好ましい。一方、レーザ光の強度は、１０ｍＷ／ｍｍ２以下が好ましく、６．５ｍＷ／ｍｍ２以下がより好ましい。なお、レーザ光は、連続波であってもパルス波であってもよいが、時間的なゆらぎが少なく、時間的安定性に優れるため、連続波が好ましい。
【００２７】
レーザ光の出射時間、すなわち半導体基板２に出射する光線の照射時間（露光時間）としては、特に限定されるものではないが、この露光時間は０．１秒以上が好ましく、０．５秒以上がより好ましい。また、この露光時間は、６０秒以下が好ましく、１０秒以下がより好ましい。レーザ光の出力又は露光時間が上記下限値よりも小さいと、測定を行うための十分なデータが得られないおそれがある。一方、レーザ光の出力又は露光時間が上記上限値よりも大きいと、装置の高額化や検査時間の長時間化を招くおそれがある。
【００２８】
レーザ光源３０は、特に限定されず公知のものを種々用いることができ、測定対象２の種類、測定対象光の種類等に応じて選択すればよい。中でもピーク波長が３５０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下のレーザ光を出射できるものが好ましい。このようなレーザ光源３０としては、例えばＡｒレーザ発振装置、エキシマＸｅＦ発振装置等の気体レーザ発振装置、ＹＡＧ  ＴＨＧ（第３高調波）レーザ発振装置、ＹＡＧ  ＳＨＧ（第２高調波）レーザ発振装置、ＹＶＯ４  ＴＨＧ（第３高調波）レーザ発振装置、ＹＬＦ  ＴＨＧ（第３高調波）レーザ発振装置、スーパーコンティニュアム光源、半導体レーザ等の固体レーザ発振装置が挙げられる。
【００２９】
（積分球）
積分球３１は、レーザ光源３０からのレーザ光を内部で拡散反射させ光束として出射するものである。この積分球３１は、内部空間３３、入射口３４及び出射口３５を備えている。積分球３１によってレーザ光を拡散反射させることで、レーザ光のコヒーレンスを低減させて出射することができる。
【００３０】
内部空間３３は、反射率の高い反射面３６により球状に規定されている。この反射面３６は、例えば焼結体や塗膜として形成された反射層の表面により構成され、この反射層に入射した光線は乱反射（拡散反射）される。反射層としては、一部の光線が内部に若干染み込んで反射（反射面界面よりも反射層内側に若干入射された後に反射）し、コヒーレンス低減能の高い焼結体が好適に用いられる。焼結体としては、樹脂焼結体及びセラミックス焼結体のいずれであってもよい。焼結体を形成するための粉末の材料としては、ＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）等の樹脂、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の無機酸化物が挙げられ、中でもＰＴＦＥが好ましい。ＰＴＦＥ粉末の焼結体としては、例えばラブズフェア社製のスペクトラロン（登録商標）を用いることができる。さらに、上記焼結体から構成される反射層の厚みとしては、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。なお、この厚みの上限は、特に限定されず、例えば２０ｍｍである。また、反射層としての塗膜は、例えば酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、酸化亜鉛等の反射剤を含有する塗布剤により形成される。なお、反射層は、金メッキ等の金属メッキを施すことで形成してもよい。
【００３１】
内部空間３３の直径は、特に限定されるものではないが、５ｃｍ以上であることが好ましく、１０ｃｍ以上であることがより好ましい。また、内部空間３３の直径は、５０ｃｍ以下が好ましく２０ｃｍ以下がより好ましい。内部空間３３の直径が上記下限値よりも小さいと、半導体基板２への照射光線の光束径を十分な大きさに確保することが困難となる。一方、内部空間３３の直径が上記上限値を超えると、積分球３１の製造コストが大きくなると共に内部空間３３での拡散反射光の減衰量が大きくなって出射光量が小さくなるおそれがある。
【００３２】
入射口３４は、レーザ光源３０から出射されたレーザ光を内部空間３３に投入するためのものであり、例えば円形に形成されている。入射口３４の大きさは、レーザ光源３０からのレーザ光の光束径に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。
【００３３】
出射口３５は、積分球３１の内部空間３３における拡散反射光を内部空間３３から外部に出射させるものであり、例えば円形に形成されている。出射口３５の大きさは、積分球３１から出射させるべき光束の径や光強度等に応じて適宜設定すればよい。
【００３４】
積分球３１における開口率は、積分球３１（出射口３５）から出射される光束ひいては半導体基板２に照射される光束の均一性や低コヒーレンスを確保しつつ、積分球３１でのスループットを好適に確保するために、例えば１／２０以下とされる。この開口率としては、１／４０以下が好ましく、１／６０以下がより好ましく、１／１００以下がさらに好ましい。ここで、開口率は、積分球３１の内表面積に対する開口面積の割合として定義される。具体的には、開口率Ｎは、積分球３１の内表面積をＳ、入射口３４の開口面積をｓ１、出射口３５の開口面積ｓ２とした場合、Ｎ＝（ｓ１＋ｓ２）／Ｓとして表される。
【００３５】
このような積分球３１では、入射口３４から入射されたレーザ光が反射面３６で繰り返し拡散反射し、内部空間３３は略均一な明るさとなる。その結果、出射口３５からの出射光は、コヒーレンスが低減され、かつ積分球３１や出射口３５の直径に応じた開き角度を有する光束として出射される。このようにして均一化された光束は、半導体基板２に対して均一な光量で光線を照射することが可能となる。このようにフォトルミネッセンス測定装置１は、半導体基板２にコヒーレンスが低減された光線を均一な光量で照射できるため、半導体基板２からの散乱光に起因してスペックルが画像データに発生することを抑制でき、その結果フォトルミネッセンス発光による半導体基板２からの放射光に基づき、半導体基板２の検査を正確に行うことができる。
【００３６】
（調整機構）
調整機構３２は、積分球３１から出射する光束の開き角度を調整し半導体基板２の表面への照射面積を調整するものである。この調整機構３２は、対物レンズ３７及びアクチュエータ３８を備えている。
【００３７】
対物レンズ３７は、半導体基板２に照射する光線を平行光にするレンズである。この対物レンズ３７は、光透過性を有するものであり、例えば透明樹脂、透明ガラスにより形成されている。対物レンズ３７の寸法は、積分球３１から出射される光束の径、積分球３１の出射口３５と対物レンズ３７の中心との距離Ｄ１、半導体基板２の寸法等に応じて適宜設定すればよい。対物レンズ３７の直径は、特に限定されるものではないが、例えば１ｃｍ以上２０ｃｍ以下とされ、３ｃｍ以上１０ｃｍ以下が好ましい。
【００３８】
このような対物レンズ３７は、積分球３１からの出射光の光路上に配置されている。さらに詳細には、対物レンズ３７は、積分球３１からの出射光の光軸Ｌがレンズの光軸（主軸）と一致又は略一致する位置に配置される。
【００３９】
また、対物レンズ３７は、半導体基板２に照射する光線を平行光とする位置に配置される。このように対物レンズ３７によって光線を平行光することで、半導体基板２の照射領域において均一な照射を行うことができる。
【００４０】
なお、上記照明装置３は、半導体基板２に対して光軸が垂直とするよう光線を照射するよう構成されている。このため、フォトルミネッセンス発光による放射光を他の光と区別して検出することが容易となり、その結果、フォトルミネッセンス測定装置１によれば、半導体基板２の欠陥を精度よく検出することが可能となる。
【００４１】
アクチュエータ３８は、積分球３１からの光束の光軸Ｌに沿って対物レンズ３７を移動させるものである。すなわち、対物レンズ３７は、アクチュエータ３８により積分球３１に対して近接離間可能とされる。アクチュエータ３８としては、公知の機構、例えば電気式、磁気式、機械式、これらを組み合わせたものを用いることができる。また、アクチュエータ３８は、パーソナルコンピュータ５により制御される。すなわち、対物レンズ３７の位置（距離Ｄ１及び距離Ｄ２）は、パーソナルコンピュータ５によりアクチュエータ３８の動作制御を行うことで規制される。なお、機械式のアクチュエータ３８を採用する場合には、手動で対物レンズ３７の位置を調整する構成としてもよい。
【００４２】
この調整機構３２では、対物レンズ３７を積分球３１に近接させることで（距離Ｄ１を小さくし、距離Ｄ２を大きくすることで）、対物レンズ３７を透過する光束の開き角度を大きくすることができる。これに対して、調整機構３２では、対物レンズ３７を積分球３１から離間させることで（距離Ｄ１を大きくし、距離Ｄ２を小さくすることで）、対物レンズ３７を透過する光束の開き角度を小さくすることができる。このように調整機構３２では、対物レンズ３７の位置を規制することで、対物レンズ３７を透過する光束の開き角度を調整できるため、半導体基板２の表面を照射する光線の光束径を調整することが可能となる。そのため、調整機構３２により上記照射光線の光束径を調整することで、半導体基板２の表面全体に一括して均一な光量で光線を照射することが容易となる。加えて、調整機構３２により照射光線の光束径を調整するだけで、サイズの異なる半導体基板２に対しても表面全体に一括して光線を照射することが可能となる。そのため、フォトルミネッセンス測定装置１は、サイズの異なる半導体基板２の検査に対応できると共に、比較的に大型サイズの半導体基板２の検査を行う場合であっても簡便な構成により短時間かつコスト的に有利に正確な検査を行うことができる。
【００４３】
また、調整機構３２は、必ずしも対物レンズ３７を移動可能に構成する必要はなく、例えば単一サイズの半導体基板２の検査に利用されるフォトルミネッセンス測定装置１では対物レンズ３７の位置を固定してもよい。この場合、対物レンズ３７は、半導体基板２に対して平行光を照射できる位置に固定することが好ましい。
【００４４】
また、調整機構３２のレンズとしては、対物レンズ３７に代えてコリメートレンズを用いてもよい。また、対物レンズやコリメートレンズ等の種類の異なる複数のレンズを組み合わせ、あるいは同種の複数のレンズを組み合わせて調整機構３２のレンズ系として採用してもよい。このような調整機構３２を採用したフォトルミネッセンス測定装置１においても、レンズ系の位置を固定してもよい。この場合、寸法の異なる半導体基板２の検査を可能とするために、レンズ系を構成するレンズの少なくとも１つのレンズを積分球３１に対して近接離間可能としてレンズ系から出射される光束の開き角度を調整するように構成することが好ましい。また、上記レンズ系は、収差補正レンズを備えていることが好ましい。レンズ系が収差補正レンズを備えることで、撮像画像の周縁部におけるぼやけの発生を抑制し、ぼやけの少ない綺麗な画像を撮影することが可能となる。
【００４５】
＜撮像部＞
上記撮像部は、上記照射装置３によって光線が照射された半導体基板２を撮像するものである。この撮像部としては、特に限定されないが、例えば冷却ＣＣＤカメラ等のＣＣＤカメラ４が用いられる。また、本実施形態において、撮像部は、半導体基板２に光線（励起光）を照射したときのルミネッセンス発光による放射光に基づき半導体基板２の検査に必要な情報を得るものである。このＣＣＤカメラ４は、図２に示すように検出部４０、データ処理部４１及び出力部４２を備えている。また、ＣＣＤカメラ４は、収差補正レンズ（ＣＣＴＶレンズ）を装着したものであってもよい。このような収差補正レンズを備えたＣＣＤカメラ４では、撮像画像の周縁部におけるぼやけの発生を抑制し、ぼやけの少ない綺麗な画像を撮影することが可能となる。
【００４６】
検出部４０は、半導体基板２に光線を照射したときのルミネッセンス発光による放射光を検出するものであり、２次元ＣＣＤイメージセンサにより構成されている。また、検出部４０と半導体基板２との間に干渉フィルタ等のフィルタＦを配置してもよい。このフィルタＦにより、検出部４０で検出されるノイズ成分の量を小さくすることができるため、検出感度を高めることができる。このようなフィルタＦは、ＣＣＤカメラ４に一体化してもよい。
【００４７】
データ処理部４１は、検出部４０での検出結果に基づきデータ処理を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭで構成されている。
【００４８】
出力部４２は、データ処理部４１での処理結果をパーソナルコンピュータ５に出力するものである。この出力部４２は、外部接続コネクタ（図示略）を有しており、パーソナルコンピュータ５に対するデータの出力が可能とされている。外部接続コネクタとしては、例えば９ピンシリアルポート、２５ピンパラレルポート、４／６ピン高速シリアルポート、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）、ＰＳ／２コネクタ、ＶＧＡ端子、ＤＶＩポートが挙げられる。
【００４９】
このようにＣＣＤカメラ４は、検出部４０及びデータ処理部４１を備えるものである。すなわち、検出部４０及びデータ処理部４１はＣＣＤカメラにより構成されていることから、フォトルミネッセンス測定装置１は既存のＣＣＤカメラ４を用いてフォトルミネッセンス発光による放射光を適切に検出することができる。そのため、フォトルミネッセンス測定装置１は、フォトルミネッセンス発光による放射光を測定するのに十分な感度を簡易な構成により得ることができ、測定装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００５０】
＜パーソナルコンピュータ＞
パーソナルコンピュータ５は、ＣＣＤカメラ４からのデータに基づき半導体基板２の画像を表示し、またレーザ光源３０や照明装置３を制御するものである。このパーソナルコンピュータ５は、ディスクトップ型であり、本体５０、ディスプレイ５１及びキーボード５２を備えている。なお、パーソナルコンピュータ５としては、市販の汎用品を使用することができ、またラップトップ型のパーソナルコンピュータを用いることもできる。
【００５１】
本体５０は、データ処理部４１での処理結果に基づき半導体基板２の欠陥の有無を判定する判定部５３としての機能を備える。この本体５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭを備えており、これらにより判定部５３としての機能が与えられている。
【００５２】
ディスプレイ５１は、半導体基板２の画像を表示するものであり、例えば液晶表示装置により構成されている。このディスプレイ５１は、半導体基板２の画像の他に、測定条件、レーザ光源３０や照明装置３の設定画像等を表示することができる。
【００５３】
キーボード５２は、パーソナルコンピュータ５の動作に必要な情報を入力するためのものである。
【００５４】
フォトルミネッセンス測定装置１は、判定部５３を備えることで、半導体基板２を撮像するだけなく半導体基板２の欠陥の有無を検出することが可能となる。また、判定部５３は、フォトルミネッセンス発光による放出光に基づき半導体基板２の欠陥の有無を判定するものであるため半導体基板２の欠陥、特に内部欠陥の検出を好適に行うことができる。
【００５５】
以上のように、フォトルミネッセンス測定装置１は、半導体基板２に照射する光線として、従来のスポット照射ではなく積分球３１から出射された光束を用いるので、この光束によって半導体基板２の比較的広い領域を一度に照射することができる。そのため、従来のスポット照射による装置に比べて半導体基板２の全体に光線を照射するのに必要な時間を短くでき、検査時間の短縮を図ることができる。さらに、当該フォトルミネッセンス測定装置１は、上記照射光線として、積分球３１においてレーザ光源からのレーザ光を拡散反射させたコヒーレンスの低い光束を用いているので、一度の照射領域の各部分において均一な照射を行うことができるため半導体基板２からの散乱光に起因してスペックルが画像データに発生することを抑制でき、その結果半導体基板２の正確な検査を容易かつ確実に行うことができる。
【００５６】
≪フォトルミネッセンス測定方法≫
本発明の蛍光測定方法の一例であるフォトルミネッセンス測定方法は、検査対象である半導体基板２に照射光線を照射し、この照射された半導体基板２を撮像し、この撮像したデータに基づきデータ処理を行うフォトルネッセンス測定方法である。半導体基板２への照射光線としては、レーザ光源３０からのレーザ光を積分球３１の内部で拡散反射させた光束を用いる。このようなフォトルミネッセンス測定方法は、フォトルミネッセンス測定装置１により実現することができる。
【００５７】
このフォトルミネッセンス測定方法は、半導体基板２に照射する光線として、積分球３１においてレーザ光源３０からのレーザ光を拡散反射させたコヒーレンスの低い光束を用いているので、検査時間の短縮を図ることができると共に一度の照射領域の各部分において均一な照射を行うことでスペックルが画像データに発生することを抑制でき、半導体基板２の正確な検査を行うことができる。
【００５８】
［第２の実施形態］
図３及び図４に示すフォトルミネッセンス測定装置６は、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と基本的に同様な構成を有しているが、照明装置６０の調整機構６１の構成がフォトルミネッセンス測定装置１とは異なっている。なお、図３においては、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と同様な要素については同一の符号を付してあり、以下における重複説明を省略する。
【００５９】
調整機構６１は、アクチュエータ３８により積分球３１に対して近接離間可能とされた光束調整部材６２を備えている。この光束調整部材６２は、照明装置６０から出射される光束の径及び開き角度を調整するものであり、図３及び図４に示すように光透過領域６３及び光不透過領域６４を有している。
【００６０】
光透過領域６３は、積分球３１を出射した光束を透過させる領域であり、例えば透明樹脂等の透明材料により円形に形成されている。一方、光不透過領域６４は、積分球３１を出射した光束の透過を制限する領域であり、例えば黒色樹脂等の不透明材料により光透過領域６３の周辺部を囲むように形成されている。
【００６１】
このような照明装置６０では、積分球３１からの出射された光束は、調整機構６１において、光不透過領域６４に対応する外周部分の光の透過が制限され、光透過領域６３に対応する領域の光が選択的に透過する。その結果、積分球３１から出射された光束は、光束調整部材６２を透過する際に光束径が小さくなると共に、光束調整部材６２に到達する光束に比べて開き角度が小さくされる。また、照明装置６０では、アクチュエータ３８によって光束調整部材６２の位置を調整することにより、照明装置６０から出射される光束の径及び開き角度を調整することができる。従って、照明装置６０を備えるフォトルミネッセンス測定装置６は、図１及び図２に示すフォトルミネッセンス測定装置１と同様な効果を奏することができる。
【００６２】
なお、光透過領域６３は、積分球３１からの出射光束の透過させることができる限りは必ずしも透明材料により形成する必要はない。例えば、光透過領域６３は、積分球３１からの出射光の波長（レーザ光源３０から出射されるレーザ光の波長）の光のみを選択的に透過させる材料により形成してもよく、貫通孔として形成してもよい。一方、光不透過領域６４は、積分球３１からの出射光束の制限させることができる限りは必ずしも黒色材料により形成する必要はない。すなわち、光透過領域６３及び光不透過領域６４は、積分球３１からの出射光の波長により適宜選択すればよい。
【００６３】
また、光束調整部材６２に代えて、図４（Ｃ）に示す光束調整部材６５を採用してもよい。この光束調整部材６５は透光性部材６６の片面に遮光部６７を形成したものである。この遮光部６７は、円形の貫通孔６８を有している。透光性部材６６は例えば透明樹脂等の透明材料により形成され、遮光部６７は例えば黒色樹脂等の黒色材料により形成されている。なお、光束調整部材６５の透光性部材６６及び遮光部６７に関し、図４（Ｂ）に示す光束調整部材６２の光透過領域６３及び光不透過領域６４と同様な設計変更が可能である。
【００６４】
このような光束調整部材６５では、貫通孔６８を通過した光束が透光性部材６６を透過する一方で、遮光部６７において光束の透過が制限される。すなわち、積分球３１から出射されて調整機構６１から出射する光束は、光束調整部材６５を透過する際に光束径が小さくなると共に、光束調整部材６２に到達する光束に比べて開き角度が小さくされる。
【００６５】
［第３の実施形態］
図５及び図６に示すフォトルミネッセンス測定装置７は、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と基本的に同様な構成を有しているが、照明装置７０の調整機構７１の構成がフォトルミネッセンス測定装置１とは異なっている。なお、図５においては、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と同様な要素については同一の符号を付してあり、以下における重複説明を省略する。
【００６６】
調整機構７１は積分球３１の出射口３５に固定された光束調整要素７２を備えている。この光束調整要素７２は、照明装置７０から出射される光束の径及び開き角度を調整するものであり、例えば複数の表示素子を備える液晶表示要素、有機ＥＬ表示要素等の透過型の表示要素により構成されている。すなわち、光束調整要素７２は、各表示素子の光透過状態を制御することで、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように光透過領域７３と光不透過領域７４とを設けることができると共に、光透過領域７３の大きさを調整することができる。なお、光不透過領域７４は、例えば黒色表示とすることで実現することができる。
【００６７】
このような照明装置７０においても、積分球３１から出射された光束は、光不透過領域７４に対応する外周部分の光の透過が制限され、光透過領域７３に対応する領域の光が選択的に透過する。その結果、調整機構７１から出射する光束は、調整機構７１に入射する際に比べて光束径が小さくなると共に開き角度が小さくなる。
【００６８】
なお、光束調整部材７２は、必ずしも積分球３１の出射口３５に固定する必要はなく、積分球３１から離れた位置において、積分球３１からの光束の光路上に配置してもよく、積分球３１に対して近接離間可能としてもよい。
【００６９】
［第４の実施形態］
図７に示すフォトルミネッセンス測定装置８は、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と基本的に同様な構成を有しているが、照明装置８０の積分球８１の内部構造がフォトルミネッセンス測定装置１とは異なっている。なお、図７においては、図１に示すフォトルミネッセンス測定装置１と同様な要素については同一の符号を付してあり、以下における重複説明を省略する。
【００７０】
図７に示す積分球８１は、入射口３４から入射されたレーザ光の反射面３６で反射された反射光のうち、反射回数が所定回数以下の反射光が出射口３５から出射することを抑制する遮光部材８２を有している。上記所定回数は二回であることが好ましい。具体的には、上記遮光部材８２は、例えば板状部材から構成され、積分球８１内に入射されたレーザ光が入射する入射口３４の対向面８３（以下、第一対向面８３ということがある）と出射口３５の対向面８４（以下、第二対向面８４ということがある）との間に設けられている。これにより、入射口３４から入射され、第一対向面８３で反射したレーザ光のうち第二対向面８４に向かって進む光線が上記遮光部材８２によって遮光される。このように遮光部材８２を設けることで、出射口３５から出射されるレーザ光は、積分球８１内で三回以上反射された光とすることができるので、より確実にレーザ光のコヒーレンスを低減させて出射することができる。
【００７１】
なお、遮光部材８２の表面は、反射面３６と同様に反射率の高いものとして形成することが好ましい。これにより、入射口３５からの入射光が積分球８１の内部で拡散反射するうちに減衰することを抑制し、入射口３５からの入射光の利用効率の低下を抑制することができる。このような遮光部材８２は、少なくとも表層をこの表層に入射した光線を乱反射（拡散反射）する反射層として形成することで得ることができる。この反射層は、上述の積分球３１の反射層と同様な手法により焼結体や塗膜として得ることができる。
【００７２】
［変形例］
本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の技術思想から逸脱しない範囲で種々に設計変更が可能である。例えば、フォトルミネッセンス測定装置における調整機構は必須の構成ではなく省略してもよい。
【００７３】
撮像部として冷却ＣＣＤカメラに代えて、常温ＣＣＤカメラの他、フォトルミネッセンス発光の検出部としてのＣＭＯＳセンサを組み込んだカメラ等、種々のものを用いることができる。また、フォトルミネッセンス発光の検出部やデータ処置部は、必ずしもＣＣＤカメラ等の撮像装置に組み込まれたものを使用する必要はない。さらに、上記実施形態においては、撮像部が半導体基板２に光線（励起光）を照射したときのルミネッセンス発光による放射光に基づき半導体基板２の検査に必要な情報を得るものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。具体的には、例えば、撮像部が、積分球から出射された光線によって照射された半導体基板の反射光を撮像し、この撮像データに基づいて検査を行うことも可能である。また、本発明の蛍光測定装置であるフォトルミネッセンス測定装置の検査対象は半導体基板以外であってもよく、当該蛍光検査装置は半導体基板以外の検査対象の非破壊検査に用いることもできる。
【００７４】
また、上記実施形態の説明において、レーザ光源のレーザ光のピーク波長として３５０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下が好ましい旨、記載したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、例えばピーク波長が７９０ｎｍ以上のレーザ光源（例えばピーク波長１０６７ｎｍのＹＡＧレーザ等）を用い、赤外カメラ（例えばインジウム・ガリウム・ヒ素センサを使用した近赤外線カメラ等）で照射対象からの光線を受光することも可能である。
【００７５】
判定部は、必ずしもパーソナルコンピュータにより構成する必要はなく、検出部やデータ処置部と共にパーソナルコンピュータ以外の情報処理装置により構成してもよい。
【００７６】
フォトルミネッセンス測定装置は、照明装置やＣＣＤカメラをパーソナルコンピュータと分離された別の装置として構成する必要はなく、照明装置やＣＣＤカメラの機能とパーソナルコンピュータの機能とを一体の装置として実現してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態において、当該蛍光測定装置としてのフォトルミネッセンス測定装置が、半導体基板を走査しないものについて説明したが、本願発明は必ずしもこれに限定されるものではない。つまり、当該蛍光測定装置が、半導体基板を照射光線に対して相対的に移動させる走査機構を有するものであっても本願発明の意図する範囲内である。しかし、本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置は、上記実施形態のように走査機構を有さないものであることが好ましく、これによって装置の簡素化が図られると共にコスト低減が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、正確な半導体基板等の検査対象の検査を効率良く行うことのできる蛍光測定装置及び測定方法を提供できる。
【符号の説明】
【００７９】
１  フォトルミネッセンス測定装置
２  半導体基板
３  照明装置
３０  レーザ光源
３１  積分球
３２  調整機構
３３  内部空間
３４  入射口
３５  出射口
３６  反射面
３７  対物レンズ
３８  アクチュエータ
４  ＣＣＤカメラ
４０  検出部
４１  データ処理部
４２  出力部
５  パーソナルコンピュータ
５０  本体
５１  ディスプレイ
５２  キーボード
５３  判定部
６  フォトルミネッセンス測定装置
６０  照明装置
６１  調整機構
６２  光束調整部材
６３  光透過領域
６４  光不透過領域
６５  光束調整部材
６６  透光性部材
６７  遮光部
７  フォトルミネッセンス測定装置
７０  照明装置
７１  調整機構
７２  光束調整要素
７３  光透過領域
７４  光不透過領域
８  フォトルミネッセンス測定装置
８０  照明装置
８１  積分球
８２  遮光板
Ｌ  光軸
Ｆ  フィルタ
【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】
2017142143.tif 000007
【図６】
2017142143.tif 000008
【図７】
2017142143.tif 000009