JP2004309426A - Method and apparatus for evaluating translucent substrate - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア、ダイヤモンドなどからなる透光性基板に存在する欠陥を検出する透光性基板の評価方法及び透光性基板の評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、基板（透光性基板）には、様々な形態の欠陥が存在している。例えば単結晶の炭化珪素基板は、結晶の成長方向に直径数ミクロンのマイクロパイプ欠陥とよばれるピンホール（中空の欠陥）が貫通していることがある。
【０００３】
このような欠陥が存在すると、素子特性（抵抗等）に悪影響を及ぼすので、これらの欠陥の有無、位置、及び形状などの状態を評価することが重要となる。
従来より、このような欠陥を評価する方法として、例えば、可視光、赤外光、又はレーザ光を基板の表面に照射し、表層中に存在する欠陥からの散乱光を検出する方法（方法１）がある。
【０００４】
また、基板内部の欠陥を検出するためには、基板をへき開し、へき開面をエッチングして観察することで欠陥を顕在化させる方法（方法２）がある。
更に、顕微鏡などの光学機器を用い、評価対象に照射した透過光によって撮像した画像を２値化し、画像解析で異物やキズ等を検出する方法（方法３：特許文献１参照）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５８１７１号公報 （第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記方法１の場合には、単に、散乱光による検出では、欠陥、ゴミ等の異物、表面の凹凸などの区別だけでなく、欠陥の種類の判別についても難しいといった問題があった。
【０００７】
また、前記方法２の場合には、へき開、エッチングによる方法は破壊検査であるので、検査後の基板には素子を作製できないといった問題があった。
更に、前記方法３の場合には、２値化した画像を解析しただけでは、表層中に異物があることはわかるが、それが、欠陥、キズ、又はゴミなのかを判断することは出来ないといった問題があった。
【０００８】
特に、マイクロパイプ欠陥は、表面の開口部分が直径１０μｍ以下と微小であり、高倍像の顕微鏡で表面を観察しても、表層の情報のみで基板内部の情報が得られず、キズやゴミ等との区別をつけにくいという問題があった。
その上、上述した従来の方法では、基板表面に開口していない基板内部に存在する欠陥を検出することは不可能である。
【０００９】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、透光性基板に存在するマイクロパイプ等の欠陥を、非破壊で正確に検出できる透光性基板の評価方法及び透光性基板の評価装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明による透光性基板の評価方法及び透光性基板の評価装置では、透明な基板に含まれる欠陥、特に中空状態にある欠陥（中空欠陥）を評価する場合には、透過光を例えば基板裏面から照射して基板の表面側から観察すると、その部分が欠陥の状態に応じた影になって検出される。具体的には、表面欠陥の場合には、濃度の濃い影になり、中空欠陥の場合には、それより濃度の薄い影となる。
【００１１】
上述した欠陥のうち、特に、単結晶の炭化珪素基板のマイクロパイプ欠陥は、ミクロン単位の口径の穴が基板の深さ方向にのびた中空欠陥であり、表面から裏面に向けて穴が貫通している欠陥もある。この欠陥の口径が小さいと、従来の基板表面を反射光で観察する方法では検出が難しい。
【００１２】
しかし、例えば基板裏面から透過光を入れることで、穴の伸びた方向と透過光の方向が平行でなければ、表面には開口部から影がのびた濃度の薄い投影像（投影画像）が観察され、仮に開口部が観察できなくても、同様な投影像によって内部欠陥のあることが検出できる。また、表面が開口していなくても、基板内部に欠陥が存在していることがわかる。更に、ゴミ、キズは、中空欠陥の様な影が生じないため、その影の有無を検出することで、中空欠陥とゴミ、キズとを区別することができる。
【００１３】
本発明は、上述した知見により得られたものであり、以下、各請求項毎に説明する。
（１）請求項１の発明は、光学機器（例えば顕微鏡）によって透光性基板を撮像して、前記透光性基板の欠陥を評価する透光性基板の評価方法において、前記透光性基板の一方の側から光を照射して、前記透光性基板を透過させた透過光により投影画像を撮像し、該投影画像のデータに基づいて、前記透光性基板の内部の欠陥による影を、その影の濃淡の状態により識別して、前記透光性基板の内部の欠陥を検出することを特徴とする透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００１４】
前記透過光によって得られた投射画像では、透光性基板の内部の欠陥による影は、透光性基板の表面のキズやゴミ等の欠陥の影とは、明らかに影の濃淡の状態（明るさの程度）が異なる。従って、投射画像の画像解析を行って、影の濃淡の状態から、基板の内部の欠陥（内部欠陥）による影を認識できるので、内部欠陥を確実に検出することができる。
【００１５】
尚、前記透光性基板は、基板のどちら側から光を照射した場合でも光が透過するものが一般的であるが（例えば炭化珪素基板）、一方からしか光を透過しない基板も、本発明に含まれる。
（２）請求項２の発明は、前記透光性基板の内部の欠陥は、基板内部の中空状の欠陥であることを特徴とする請求項１に記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００１６】
本発明は、透光性基板の内部の欠陥を例示したものであり、例えばマイクロパイプ欠陥の様な基板内部の中空状の欠陥（中空欠陥）を確実に検出することができる。
（３）請求項３の発明は、前記投影画像のデータに基づいて、前記透光性基板の表面の欠陥による影と、前記透光性基板の内部の欠陥による影とを、その濃淡の状態により識別して、前記透光性基板の内部の欠陥の検出を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００１７】
本発明は、基板表面の欠陥と基板内部の欠陥とを識別する手法を例示したものであり、上述した様に、基板表面の欠陥と基板内部の欠陥とでは、その影の濃淡が異なるので、影の濃淡から両欠陥を確実に識別することができる。
（４）請求項４の発明は、前記投影画像を、その濃淡に応じて多値化し、その多値化データに基づいて、前記基板内部の欠陥を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００１８】
本発明は、影の濃淡を用いた欠陥の検出方法を例示したものである。つまり、上述した各欠陥に対応する影の明るさを区別するために閾値を設定し、その閾値によって多値化データを作成して、基板表面の欠陥の影と基板内部の欠陥の影とを識別するのである。
【００１９】
（５）請求項５の発明は、前記投影画像を、所定の閾値で区分し、その区分された所定の領域にて、前記基板内部の欠陥を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
投影画像の一部にしか欠陥が無い場合には、画像全体に対して欠陥を検出する走査を行うことは効率が悪い。従って、明らかに欠陥が無いと見なせる部分（例えば極めて明るい部分）を閾値で除外することにより、欠陥がある可能性の高い領域のみを効率良く走査することができる。
【００２０】
（６）請求項６の発明は、前記影の濃淡を示す濃度条件に加えて、前記影の形状の条件から、前記基板内部の欠陥を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
例えばマイクロパイプ欠陥の様な欠陥は、通常、長く伸びているので、長い影が得られた場合には、マイクロパイプ欠陥である可能性が高い。従って、上述した影の濃淡条件による判定に加えて、影の形状の判定を加えることにより、一層正確に欠陥の検出を行うことができる。
【００２１】
（７）請求項７の発明は、前記透光性基板の表面に対して、垂直に光を照射することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
基板内部の欠陥が、基板表面に対して斜めに伸びている場合には、基板に垂直に照射した光によって検出することができる。
【００２２】
（８）請求項８の発明は、前記透光性基板の表面に対して、斜めに光を照射することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
基板内部の欠陥が、基板表面に対して垂直に伸びている場合には、基板表面に斜めに照射した光によって検出することができる。
【００２３】
（９）請求項９の発明は、前記透光性基板の表面に対して、複数の異なる方向から光を照射することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
基板内部の欠陥は、さまざまな方向に伸びているが、本発明の様に、透光性基板の表面に対して、複数の異なる方向から光を照射することにより、どのような向きに伸びる欠陥でも、確実に検出することができる。
【００２４】
（１０）請求項１０の発明は、前記透光性基板の表面に対する光の照射方向及び／又は照射角度を可変としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
上述した様に、基板内部の欠陥は、さまざまな方向に伸びているが、本発明の様に、透光性基板の表面に対する光の照射方向や照射角度を変更することにより、どのような向きに伸びる欠陥でも、確実に検出することができる。
【００２５】
尚、照射方向とは、投射画像を得るための光軸を中心として水平方向に回動する方向であり、照射角度とは、基板表面に対する角度である。
（１１）請求項１１の発明は、前記光学機器の光軸と垂直な平面に対して、前記透光性基板を斜めに配置することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００２６】
つまり、例えばステージ上に透光性基板を配置した場合に、光の照射方向が同じであっても、ステージを傾斜させることにより、基板表面に対する光の向きを相対的に変更することができる。
（１２）請求項１２の発明は、前記透過光を照射する透過照明のみ、又は、前記透光性基板の表面で反射させる光を照射する反射照明と前記透過照明とを同時に或いは交互に用いて光を照射することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００２７】
本発明は、照射に用いる光を例示したものである。例えば透過照明のみを用いた場合には、その投影画像により、基板内部の欠陥を検出することができる。また、反射照明を用いた場合には、基板表面の欠陥を検出することができる。更に、透過照明と反射照明とを同時に又は交互に用いた場合には、基板内部の欠陥と基板表面の欠陥とを共に検出することができる。
【００２８】
（１３）請求項１３の発明は、前記透光性基板の表面に照射した光の反射光により得られた反射画像と、前記透光性基板の透過光により得られた投影画像とに基づいて、前記透光性基板の表面に開口する前記基板内部の欠陥の開口部を検出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００２９】
本発明では、反射画像及び透過画像を参照することにより、基板内部の欠陥とその欠陥の開口部とを検出することができる。
（１４）請求項１４の発明は、光学機器によって透光性基板を撮像して、前記透光性基板の欠陥を評価する透光性基板の評価方法において、前記透光性基板の画像を撮像する光学機器の焦点位置（焦点深度）を、前記透光性基板の厚み方向に移動させるとともに、その移動に伴う各焦点位置に対応した画像を撮像し、前記各焦点位置に対応した各画像の影の変化から、前記透光性基板の内部の欠陥の３次元形状を認識することを特徴とする透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３０】
例えば顕微鏡の焦点深度を変更すると、その焦点深度に対応した位置に欠陥がある場合には、基板表面の欠陥と同様に、例えば黒点の様な濃度の濃い影が得られる。従って、焦点深度を変更するにつれて、前記黒点が移動するような場合には、黒点の移動に沿った形状の基板内部の欠陥が存在していることが分かる。
【００３１】
尚、本発明では、基板の表側及び裏側のどちら側から焦点深度を変更するかにかかわらず、容易に欠陥の検出が可能である。
（１５）請求項１５の発明は、前記透光性基板の一方の側から光を照射し、前記透光性基板を透過させた透過光により投影画像を撮像することを特徴とする請求項１４に記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３２】
本発明は、欠陥の３次元形状を認識する際に、透過画像を用いることを示したものである。
（１６）請求項１６の発明は、前記投影画像を、その濃淡に応じて２値化し、その２値化データに基づいて、前記基板内部の欠陥の３次元形状を認識することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３３】
焦点深度を調節することによって得られる影は、基板表面の欠陥の様に、例えば明瞭な黒点の様な影が得られるので、その２値化データにより、基板内部の欠陥の３次元形状を認識することができる。
（１７）請求項１７の発明は、前記欠陥は、中空状の欠陥であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３４】
本発明は、欠陥が中空状の欠陥（例えばマイクロパイプ欠陥）であることを例示したものである。
（１８）請求項１８の発明は、前記光学機器により、前記透光性基板の一部又は全体を低倍率で観察した後に、その低倍率の観察結果に基づいて、前記基板内部の欠陥を含む各種の欠陥のある領域を高倍率で観察することを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３５】
本発明では、まず低倍率で広い領域を観察し、次に高倍率で特定の小領域を観察するので、欠陥のある可能性のある領域のみを選択でき、よって、効率良く欠陥を検出することができる。
（１９）請求項１９の発明は、前記透光性基板の一部又は全体を、所定の小領域毎に順次観察して、前記基板内部の欠陥を含む各種の欠陥の分布を求めることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３６】
本発明では、順次小領域の観察を行って欠陥の分布を求めるので、その分布から、基板のどの部分に欠陥が存在するかを、容易に把握することができる。
（２０）請求項２０の発明は、前記透光性基板に照射する光の光量を調光して、前記基板内部の欠陥を含む各種の欠陥の検出に適した光量とすることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の透光性基板の評価方法を要旨とする。
【００３７】
本発明では、照射する光の光量を調節することにより、欠陥の検出を容易にすることができる。
（２１）〜（４０）請求項２１〜４０の発明（透光性基板の評価装置）は、それぞれ、前記請求項１〜２０の発明（透光性基板の評価方法）と同様な作用効果を奏する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の透光性基板の評価方法及び透光性基板の評価装置の実施の形態の例（実施例）を説明する。
（実施例１）
ここでは、透光性基板として半導体基板を例に挙げる。
【００３９】
ａ）まず、本実施例の透光性基板の評価方法に用いる透光性基板の評価装置について、図面に基づいて説明する。図１は、透光性基板の評価装置を構成するブロック図である。
図１に示す様に、本実施例の透光性基板の評価装置は、光学顕微鏡１と、光学顕微鏡１の動作を制御する制御装置３と、入出力機器４とから構成されている。
【００４０】
前記光学顕微鏡１は、（図示しない）周知の接眼レンズ及び撮像レンズを備えるとともに、測定対象である透光性の半導体基板６（以下単に基板とも記す：図２参照）を乗せるステージ５と、半導体基板６の裏側（同図下方）から光を照射する透過照明（以下単に照明とも記す）７と、透過照明７によって半導体基板６を撮影するＴＶカメラ９と、ステージを水平方向に移動させる平面移動機構１１と、ステージ５を垂直方向に移動させる垂直移動機構１３とを備えている。
【００４１】
前記制御装置３は、入力及び制御のために構成として、ＴＶカメラ９からの入力データをアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器１５と、このデジタルデータを一時的に格納する入力バッファ１７と、信号の伝達を行うバス１９と、制御装置３の動作を規定するプログラムを格納するプログラムメモリ２１と、このプログラムに従い装置全体の制御を行うＣＰＵ１３とを備えている。
【００４２】
また、画像処理のための構成として、入力した画像データの濃淡処理（画像の濃淡（明暗）を調節する処理）、２値化処理（明暗２つの領域に区分する処理）、多値化処理（所定の濃度（明るさ）毎に多くの領域に区分する処理）、及び画像解析等を行う画像プロセッサ２５と、濃淡画像データを格納する濃淡画像メモリ２７と、２値化又は多値化画像データを格納する２値化メモリ２９とを備えている。
【００４３】
更に、ステージ５の移動を制御する構成として、オートステージドライバ３１とオートフォーカスドライバ３３とを備えている。このうち、オートステージドライバ３１は、ＣＰＵ２３からの指示によって平面移動機構１１を制御して、ステージ５をＸ、Ｙ方向に移動させて、測定試料の測定位置、領域の設定を行うものである。一方、オートフォーカスドライバ３３は、ＣＰＵ２３からの指示によって垂直移動機構１３を制御して、自動的に焦点を合わせるものである。
【００４４】
また、出力のための構成として、出力するデータを一旦格納する出力バッファ３５と、この出力データをデジタルよりアナログに変換するＤ／Ａ変換器３７とを備えている。
尚、入出力機器４は、出力データを画面に表示するＣＲＴ３８と、オペレータの指示やデータを制御装置３に入力するキーボード３９とから構成されている。
【００４５】
ｂ）次に、本実施例の透光性基板の評価方法の原理について説明する。
ここでは、欠陥検出対象として、半導体基板６である例えば炭化珪素基板におけるマイクロパイプ欠陥を検出する例を挙げて説明する。
まず、図２（ａ）に示す様に、半導体基板６の裏面に光を照射し、その透過光から得られる投影画像を、光学顕微鏡１に通してＴＶカメラ９で撮像する。
【００４６】
撮像した投影画像に、後述する画像処理を施し、得られた投影画像に基づいて、黒点及び黒点から帯状に伸びる影（黒点より薄い灰色状の影）を観察し、マイクロパイプ欠陥（以下単に欠陥とも記す）であるか否かを判断する。
ここで、図２（ｂ）に模式的に及び図２（ｃ）に実際の投影画像を示すが、各図中の黒点が、マイクロパイプ欠陥の開口部であり、そこから帯状の影が出ていることが確認できる。
【００４７】
この帯状の影は、基板内部に貫通（中空状態）した長尺のマイクロパイプ欠陥に透過光を充てることにより得られる。つまり、半導体基板６の裏側から照射された光は、（板厚方向とは異なり傾斜して伸びる）マイクロパイプ欠陥の部分にて散乱するので、マイクロパイプ欠陥の位置に対応する表面では、散乱した分だけ光量が低減し、それによって、開口部を示す黒点とは異なる薄い影ができるのである。
【００４８】
つまり、前記基板表面の開口部（更には表面のゴミやキズ）による明瞭な濃い影（黒点）と、基板内部のマイクロパイプ欠陥による輪郭がそれほどはっきりしない薄い影とは、明らかに異なるので、この投影画像から得られる影の状態によって、マイクロパイプ欠陥の有無を判定することができる。
【００４９】
ｃ）次に、本実施例の透光性基板の評価装置を用いて行われる透光性基板の評価方法の実際の手順について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図３のステップ１００にて、サンプルの半導体基板６をステージ５にセットする。
【００５０】
続くステップ１１０では、サンプルの撮像のために、光学顕微鏡１の焦点等の必要な初期設定を行う。尚、この場合は、例えば焦点は基板表面に設定しておく。
続くステップ１２０では、測定方法の指示を行うための測定コマンドを選択する。例えば１箇所のみで撮像する場合にはその旨のコマンドを選択する。
【００５１】
続くステップ１３０では、透過照明７から光を照射し、この半導体基板６を透過した透過光により、ＴＶカメラ９によって半導体基板６の投影画像を撮像する。
続くステップ１４０では、撮像した投影画像に、マイクロパイプ欠陥の検出のために必要な画像処理を行う。
【００５２】
具体的には、例えば半導体基板６の表面に形成されたキズや、表面に付着したゴミや、表面に開口するマイクロパイプ欠陥の開口部など、基板表面の各種の欠陥に対応する画像の影と、基板内部のマイクロパイプ欠陥に対応する影と、その他の部分とは、透過する光の状態が異なることにより、透過光の光量（明るさ）が異なる。即ち、投影画像における影の状態が異なる。
【００５３】
つまり、基板表面のキズやゴミや開口部の影は暗くはっきりとしており（領域１）、基板内部のマイクロパイプ欠陥の影はそれよりやや明るく（領域２）、それ以外の箇所は非常に明るいので（領域３）、投影画像を前記３つの明るさで区分するように、所定の閾値で区分する様な画像処理を行い、それにより、３つの領域に区分された画像（処理画像：多値化画像）を得るのである。
【００５４】
続くステップ１５０では、前記画像処理によって区分された投影画像（多値化画像）に基づいて、マイクロパイプ欠陥の検出を行う。
具体的には、例えば基板内部のマイクロパイプ欠陥による影と推定される領域２が、所定の面積を有する場合には、マイクロパイプ欠陥があると推定するのである。
【００５５】
尚、影の濃淡からマイクロパイプ欠陥を検出するだけでなく、マイクロパイプ欠陥は、通常長い影（長円形の影）を有するので、この形状も加味して、マイクロパイプ欠陥を検出してもよい。この形状の検出方法としては、例えば薄い影の領域の長さと幅を求め、この比率が所定の（長円形を示す）範囲であれば、マイクロパイプ欠陥による影とする方法を採用できる。
【００５６】
続くステップ１６０では、測定結果の出力を行い、一旦本処理を終了する。
例えば、マイクロパイプ欠陥がある場合には、その旨を表示したり、マイクロパイプ欠陥の個数を表示したり、マイクロパイプ欠陥のある場所を、画像などで示す等の出力を行う。
【００５７】
この様に、本実施例では、半導体基板６に光を照射し、その透過光によって得られる投影画像を処理し、マイクロパイプ欠陥に対応する影を抽出するので、半導体基板６内部のマイクロパイプ欠陥を容易に検出することができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００５８】
本実施例では、半導体基板の基板面に対し、垂直に発生したマイクロパイプ欠陥を検出する方法について説明する。
図４に示す様に、半導体基板の基板面に対し、垂直に発生したマイクロパイプ欠陥は、欠陥の開口部である黒点は捉えることができるが、前記図２（ｃ）に示した様な帯状の影が観察できないため、マイクロパイプ欠陥と判断することが非常に困難である。
【００５９】
これを解決するため、本実施例では、図５（ａ）に示す様に、半導体基板４１の裏面に照射する透過光を、基板面（裏面）４１ｂに対して斜めから当てている。これにより、半導体基板４１の基板面４１ａ、４１ｂに対し、垂直に発生したマイクロパイプ欠陥がある場合は、前記図２（ｂ）の画像と同様に、図５（ｂ）の様な投影画像が得られる。
【００６０】
この照射方法としては、ファイバースコープの透過照明４３を用いることができ、このファイバースコープから照射する光の角度は任意に変更することもできる。
この様に、本実施例では、半導体基板４１の基板面４１ａ、４１ｂに対し、斜めに光を照射するので、半導体基板４１の基板面４１ａ、４１ｂに対し、垂直に発生したマイクロパイプ欠陥であっても、確実にマイクロパイプ欠陥に対応した影を捉えることができる。これによって、マイクロパイプ欠陥を正確に検出することができる。
【００６１】
尚、本実施例とは別に、前記実施例１と同様に、半導体基板の基板面と垂直な向きで光を照射する透過照明を用い、半導体基板を載せたステージ側を傾斜させてもよい。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００６２】
マイクロパイプ欠陥は、半導体基板の基板面に対し、あらゆる方向に発生することが考えられる。そこで、本実施例では、このマイクロパイプ欠陥を検出するために、半導体基板の裏面に照射する光を、半導体基板に対して垂直及び斜め方向から同時（或いは交互）に照射する。
【００６３】
例えば図６（ａ）に示す様に、ステージ５１上の半導体基板５３に対して、その裏側から垂直に光を照射する透過照明５５と、半導体基板５３に対して、その裏側から斜め方向から照射する透過照明５７とを用いて、半導体基板５３に対して同時に光を照射する。
【００６４】
このとき、透過照明５７を、光学顕微鏡５９の光軸を中心として、鉛直面に沿って回動するように移動させることによって、照射方向を変更することにより、マイクロパイプ欠陥の傾斜方向にかかわらず、的確にマイクロパイプ欠陥を検出することができる。
【００６５】
また、光学顕微鏡５９のステージ５１部分を上方から見た図６（ｂ）に示す様に、光学顕微鏡５９の光軸を中心として、透過照明５７を水平方向に回動させることにより、マイクロパイプ欠陥の傾斜方向にかかわらず、的確にマイクロパイプ欠陥を検出することができる。
【００６６】
これにより、マイクロパイプ欠陥がある場合には、投影画像にマイクロパイプ欠陥に対応した影ができるので、この影の状態から、マイクロパイプ欠陥を検出することができる。
尚、複数の方向から透過照明を照射する場合には、単一方向から光を照射した場合と比べて影は薄くなるので、上述した投影画像を領域１〜３に区分するための閾値を調節する必要がある。
【００６７】
また、半導体基板の裏面に照射する光を、半導体基板に対して垂直及び斜め方向から交互に照射してもよい。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００６８】
本実施例は、前記実施例１〜３とは異なり、マイクロパイプ欠陥に対応した帯状の影を用いるのではなく、焦点距離を調節することにより、マイクロパイプ欠陥を検出するものである。
ａ） まず、本実施例の透光性基板の評価方法の原理を説明する。
【００６９】
図７（ａ）に示す様に、本実施例では、まず、半導体基板６１の裏面より、透過照明６３によって光を照射し、その透過光から得られる投影画像を、光学顕微鏡を介してＴＶカメラで撮像する。
そして、この撮像した投影画像を処理して２値化画像とし、この２値化画像によって、初めに（マイクロパイプ欠陥の開口部に対応する濃い影である）黒点を見つける。
【００７０】
次に、図７（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、光学顕微鏡の焦点位置（焦点深度）を、半導体基板６１の表面から裏面の方向（或いは裏面から表面の方向）へ移動させたとき、何らかの欠陥として捉えていた黒点がこれに追従して移動したとき、この欠陥をマイクロパイプ欠陥として検出することができる。
【００７１】
つまり、合焦点面をＡからＣに順次深く変更した場合に、黒点が移動した場合には、傾斜したマイクロパイプ欠陥が存在すると見なせるので、これをマイクロパイプ欠陥と判定するのである。
また、基板表面のゴミやキズは、合焦点面をＡからＣに変更した場合に消失するので、その様な黒点を、ゴミやキズと判定することができる。
【００７２】
更に、基板面に垂直なマイクロパイプ欠陥は、合焦点面をＡからＣに変更した場合に同じ位置に存在するので、その様な黒点を、基板面に垂直なマイクロパイプ欠陥と判定することができる。
ｂ）次に、本実施例における処理手順を、図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００７３】
図８のステップ２００では、ＴＶカメラを用いて、透過光による投影画像を取得する。
続くステップ２１０では、投影画像（処理画像：２値化画像）により、黒点があるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２２０に進み、一方否定判断されるとステップ２５０に進む。
【００７４】
ステップ２５０では、黒点が無いので、マイクロパイプ欠陥が無いと判定して、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ２２０では、黒点があるので、焦点位置を半導体基板６１の表から裏に移動させる。
【００７５】
続くステップ２３０では、黒点が追従するか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２４０に進み、一方否定判断されると前記ステップ２５０に進む。
ステップ２４０では、黒点が追従するので、空孔が連続して存在していると見なし、よって、マイクロパイプ欠陥があると判定して、一旦本処理を終了する。
【００７６】
この様にして、マイクロパイプ欠陥を、自動的に、容易に且つ確実に検出することができる。
（実施例５）
次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００７７】
本実施例では、半導体基板に発生したマイクロパイプ欠陥の分布図を作成する方法について説明する。
ａ）まず、マイクロパイプ欠陥の分布図の作製方法について説明する。
本実施例では、図９に示す様に、例えば半導体基板７１上の１００μｍＸ１００μｍの領域（第１視野）を、前記各実施例の方法によって調べて、マイクロパイプ欠陥を検出する。そして、検出した欠陥の座標値を記憶し、ステージを１００μｍ移動させて次の領域（第２視野）に移動する。
【００７８】
この様な処理を繰り返し行うことにより、半導体基板７１に発生したマイクロパイプ欠陥の位置情報を取得することができる。
図１０は、このようにして得られたマイクロパイプ欠陥の位置をマーキングしたマイクロパイプ欠陥の分布を表す図である。
【００７９】
ｂ）次に、本実施例の処理手順を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
図１１のステップ３００では、サンプルをステージにセットする。
続くステップ３１０では、初期設定を行う。
【００８０】
続くステップ３２０では、（本実施例の方法による測定を指示する）測定コマンドを選択する。
続くステップ３３０では、計測位置を検出する。即ち、サンプルの位置、大きさ、形状、計測基準点を検出する。
【００８１】
続くステップ３４０では、ミクロ測定位置へ移動する。即ち、第１視野への移動を行う。
続くステップ３５０では、第１視野における投影画像を得るために、ステージを移動させる。
【００８２】
続くステップ３６０では、投影画像（処理画像：例えば多値化画像）に基づいて、欠陥（即ちマイクロパイプ欠陥）の有無を判定する。ここで肯定判断されるとステップ３７０に進み、一方否定判断されるとステップ３８０に進む。尚、マイクロパイプ欠陥以外の表面のキズ等の欠陥も検出してもよい。
【００８３】
ステップ３７０では、欠陥が検出されたので、その個数をカウントし、ステップ３８０に進む。尚、このとき、欠陥の座標を記憶してもよい。
ステップ３８０では、最終視野か否か、即ち最後の視野への移動が完了したか否かを判定し、ここで肯定判断されるとステップ３９０に進み、一方否定判断されるとステップ３８５に進む。
【００８４】
ステップ３８５では、最終視野ではないので、次の視野に移動し、前記ステップ３６０に戻って同様な処理を繰り返す。
一方、ステップ３９０では、最終視野であるので、測定結果を出力して、一旦本処理を終了する。
【００８５】
この様に、本実施例では、基板表面を小さな領域に分けて順次欠陥の有無を判定し、その個数をカウントするので、半導体基板７１に形成されたマイクロパイプ欠陥等の欠陥の状態を、自動的に且つ精密に検出することができる。
尚、本実施例とは別に、まず、透光性基板の一部又は全体を低倍率で観察して、何らかの欠陥が存在する領域を見いだし、その後、その領域を高倍率で観察して、その欠陥がどの様な欠陥（例えばマイクロパイプ欠陥）かを正確に検出するようにしてもよい。
（実施例６）
次に、実施例６について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００８６】
本実施例では、反射光と透過光の両方を用いて欠陥を検出する。
半導体基板にマイクロパイプ欠陥があり、そのマイクロパイプ欠陥が基板表面に開口部を有する場合に、半導体基板の表面から光を照射し、その反射光による画像をＴＶカメラで撮像すると、図１２（ａ）に示す様な反射画像が得られる。
【００８７】
また、半導体基板の裏面から光を照射し、その透過光による画像をＴＶカメラで撮像すると、図１２（ｂ）に示す様な透過画像が得られる。
更に、反射光と透過光を共に使用した場合には、図１２（ｃ）に示す様な画像が得られる。従って、この画像が得られた場合には、基板表面に開口部を有するマイクロパイプ欠陥が存在すると判断することができる。
【００８８】
尚、上記の様に欠陥検出を行う場合には、図１３に示す様に、ＴＶカメラに撮像された画像に対して、測定領域内の平均濃度（明るさの程度）を計測し、予め設定した欠陥検出のための適正値となるように光源を調光することにより、欠陥を識別することが容易になる。
（実施例７）
次に、実施例７について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００８９】
本実施例では、欠陥の特徴を捉えて、欠陥の種類を識別する方法を説明する。
前記図１２に示す様に、反射照明及び透過照明を交互に使用する場合には、欠陥の特徴として、反射画像にてマイクロパイプ欠陥の開口部に対応した黒点が見え、透過画像にてマイクロパイプ欠陥に対応した影の部分が見える。
【００９０】
また、図１４に示す様に、基板表面のゴミは、反射画像（図１４（ａ））及び透過画像（図１４（ｂ））において、同じ様な影の画像が得られる。従って、反射画像及び透過画像において、この様な画像が得られた場合には、ゴミと判定することができる。
【００９１】
更に、基板表面のキズも、反射画像及び透過画像において、同じ様な影の画像が得られるが、キズは、通常、細長い特徴を有するので、この形状から、キズと判定することができる。
その上、上述した様に、反射照明と透過照明とを同時に照射する場合には、開口部に対応した高濃度の影（黒点）の部分と、その黒点から伸びる低濃度の影が見える。従って、この様な画像が得られた場合には、基板表面に開口するマイクロパイプ欠陥であると判定することができる。
【００９２】
この様に、濃度条件や形状から、マイクロパイプ欠陥とゴミとキズとを容易に判別することができる。
このことは、透過照明のみを使用する場合にも適用できる。つまり、基板内部のマイクロパイプ欠陥は、図１４（ｂ）に示す様に、例えば長く伸びた低濃度の影（黒点）が見える。従って、この様な画像が得られた場合には、マイクロパイプ欠陥であると判定することができる。
【００９３】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、マイクロパイプ欠陥を検出する場合には、得られた投影画像の全ての領域を調べるのではなく、投影画像を所定の閾値で区分し、例えば非常に明るく、明らかに何の欠陥も存在しない領域を除く様な閾値をして検査対象の領域を区分し、その区分された領域でマイクロパイプ欠陥を調べれば、効率的に作業を行うことができる。
【００９４】
（２）また、透光性基板に照射する光の光量を自動的に調光する構成とし、マイクロパイプ欠陥等を検出するのに好適な光量とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の透光性基板の評価装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は実施例１の垂直の投影方法を示す説明図、（ｂ）は投影画像の模式図、（ｃ）は実際の投影画像を示す顕微鏡写真である。
【図３】実施例１の透光性基板の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】基板表面と垂直のマイクロパイプ欠陥を示す顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）は実施例２の斜めの投影方法を示す説明図、（ｂ）は投影画像の模式図である。
【図６】（ａ）は実施例３の照明の垂直方向の配置を示す説明図、（ｂ）は照明の水平方向の配置を示す説明図である。
【図７】（ａ）は実施例４の投影方法を示す説明図、（ｂ）〜（ｄ）は焦点を変更した場合の画像を示す説明図である。
【図８】実施例４の透光性基板の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】実施例５の透光性基板の評価方法を説明する説明図である。
【図１０】実施例５によるマイクロパイプ欠陥の分布の状態を示す説明図である。
【図１１】実施例５の透光性基板の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施例６における各画像を示す説明図である。
【図１３】実施例６における測定領域を示す説明図である。
【図１４】実施例７における各画像を示す説明図である。
【符合の説明】
１、５９…顕微鏡
３…制御装置
５、５１…ステージ
６、４１、５３、６１、７１…半導体基板
７、４３、５５、５７、６３…透過照明
９…ＴＶカメラ
１１…平面移動機構
１３…垂直移動機構
２３…ＣＰＵ
２５…画像プロセッサ
２７…濃淡画像メモリ
２９…２値化メモリ
３１…ＸＹオートステージドライバ
３３…オートフォーカスドライバ
３８…ＣＲＴ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for evaluating a light-transmitting substrate and a device for evaluating a light-transmitting substrate, which detect defects existing in a light-transmitting substrate made of, for example, silicon carbide (SiC), sapphire, diamond, or the like.
[0002]
[Prior art]
Usually, a substrate (light-transmitting substrate) has various forms of defects. For example, in a single-crystal silicon carbide substrate, a pinhole (hollow defect) called a micropipe defect having a diameter of several microns may penetrate in the crystal growth direction.
[0003]
The presence of such defects adversely affects device characteristics (resistance, etc.), so it is important to evaluate the presence, location, and shape of these defects.
Conventionally, as a method of evaluating such a defect, for example, a method of irradiating a surface of a substrate with visible light, infrared light, or laser light and detecting scattered light from a defect existing in a surface layer (method 1) ).
[0004]
In order to detect a defect inside the substrate, there is a method (method 2) in which the substrate is cleaved, and the cleaved surface is etched and observed to observe the defect.
Further, there is a method of binarizing an image captured by transmitted light irradiating an evaluation target using an optical device such as a microscope, and detecting a foreign substance, a flaw, and the like by image analysis (method 3: see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-258171 (page 2, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the method 1, there is a problem that it is difficult to simply discriminate a defect, a foreign substance such as dust, a surface irregularity, and the like, as well as to determine a type of the defect by the detection using the scattered light.
[0007]
Further, in the case of the method 2, since the method using cleavage and etching is a destructive inspection, there is a problem that an element cannot be manufactured on the substrate after the inspection.
Furthermore, in the case of the above-mentioned
[0008]
In particular, micropipe defects have a very small opening of 10 μm or less in diameter on the surface. Even when observing the surface with a high-magnification microscope, information on the inside of the substrate cannot be obtained only from the information on the surface layer. There was a problem that it was difficult to distinguish between
In addition, the above-described conventional method cannot detect a defect existing inside a substrate that is not open on the substrate surface.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for evaluating a light-transmitting substrate capable of accurately and non-destructively detecting a defect such as a micropipe existing in the light-transmitting substrate. An object of the present invention is to provide a substrate evaluation apparatus.
[0010]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In the method for evaluating a light-transmitting substrate and the apparatus for evaluating a light-transmitting substrate according to the present invention, when evaluating a defect contained in a transparent substrate, particularly a defect in a hollow state (hollow defect), the transmitted light is, for example, a substrate. When illuminated from the back side and observed from the front side of the substrate, that part is detected as a shadow according to the state of the defect. Specifically, in the case of a surface defect, the shadow has a higher density, and in the case of a hollow defect, the shadow has a lower density.
[0011]
Among the above-mentioned defects, in particular, the micropipe defect of the single crystal silicon carbide substrate is a hollow defect in which a hole having a diameter of a micron unit extends in the depth direction of the substrate, and the hole penetrates from the front surface to the rear surface. There are defects. If the diameter of the defect is small, it is difficult to detect the defect by the conventional method of observing the substrate surface with reflected light.
[0012]
However, for example, when transmitted light is input from the back surface of the substrate, if the direction in which the hole extends and the direction of the transmitted light are not parallel, a low-density projected image (projected image) with a shadow extending from the opening is observed on the surface. Even if the opening cannot be observed, the presence of an internal defect can be detected from a similar projection image. It can also be seen that a defect exists inside the substrate even if the surface is not open. Furthermore, since dust and scratches do not produce shadows like hollow defects, by detecting the presence or absence of the shadows, hollow defects can be distinguished from dust and scratches.
[0013]
The present invention has been obtained based on the above findings, and will be described below for each claim.
(1) The light-transmitting substrate evaluation method for imaging a light-transmitting substrate with an optical device (for example, a microscope) to evaluate a defect of the light-transmitting substrate. Irradiate light from one side of the light-transmitting substrate, capture a projected image with transmitted light transmitted through the light-transmitting substrate, and, based on data of the projected image, cast a shadow due to a defect inside the light-transmitting substrate. The gist of the present invention is a method for evaluating a light-transmitting substrate, wherein the method is characterized by detecting a defect inside the light-transmitting substrate by identifying the light-shading state of the shadow.
[0014]
In the projection image obtained by the transmitted light, the shadow due to the defect inside the light-transmitting substrate is clearly different from the shadow of the defect such as scratches or dust on the surface of the light-transmitting substrate in a state of a shade of light (brightness). Degree). Therefore, by performing image analysis of the projected image and recognizing a shadow due to a defect inside the substrate (internal defect) from the shaded state of the shadow, the internal defect can be reliably detected.
[0015]
The light-transmitting substrate generally transmits light regardless of which side of the substrate is irradiated with light (for example, a silicon carbide substrate). include.
(2) The invention of claim 2 provides a method for evaluating a light-transmitting substrate according to claim 1, wherein the defect inside the light-transmitting substrate is a hollow defect inside the substrate. And
[0016]
The present invention exemplifies a defect inside a light-transmitting substrate, and can reliably detect a hollow defect (hollow defect) inside the substrate such as a micropipe defect.
(3) The invention according to
[0017]
The present invention exemplifies a method of distinguishing between a defect on the substrate surface and a defect inside the substrate.As described above, the density of the shadow is different between the defect on the substrate surface and the defect inside the substrate. Both defects can be reliably identified from the shading of the shadow.
(4) The invention according to
[0018]
The present invention exemplifies a method for detecting a defect using the shading of a shadow. That is, a threshold is set to distinguish the brightness of the shadow corresponding to each of the above-described defects, multi-valued data is created based on the threshold, and the shadow of the defect on the substrate surface and the shadow of the defect inside the substrate are determined. Identify.
[0019]
(5) The invention according to claim 5 is characterized in that the projection image is divided by a predetermined threshold, and a defect inside the substrate is detected in the divided predetermined region. The gist is the method for evaluating a light-transmitting substrate according to any one of the above.
When only a part of the projection image has a defect, it is inefficient to perform the scan for detecting the defect on the entire image. Therefore, by excluding a portion (for example, an extremely bright portion) that can be clearly regarded as having no defect by the threshold value, it is possible to efficiently scan only a region having a high possibility of having a defect.
[0020]
(6) The invention according to claim 6, wherein the defect inside the substrate is detected based on the condition of the shape of the shadow in addition to the density condition indicating the density of the shadow. The gist is a method for evaluating a light-transmitting substrate described in Crab.
For example, a defect such as a micropipe defect usually extends for a long time. Therefore, when a long shadow is obtained, it is highly possible that the defect is a micropipe defect. Therefore, in addition to the above-described determination based on the shading condition of the shadow, the defect can be detected more accurately by determining the shape of the shadow.
[0021]
(7) The method for evaluating a light-transmitting substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the light of the light-transmitting substrate is irradiated perpendicularly to the surface of the light-transmitting substrate. Is the gist.
When the defect inside the substrate extends obliquely with respect to the substrate surface, the defect can be detected by light irradiated perpendicularly to the substrate.
[0022]
(8) The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the surface of the light-transmitting substrate is irradiated with light obliquely. Is the gist.
When the defect inside the substrate extends perpendicularly to the substrate surface, it can be detected by light obliquely radiated to the substrate surface.
[0023]
(9) The translucent substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the surface of the translucent substrate is irradiated with light from a plurality of different directions. The gist is the evaluation method.
Defects inside the substrate extend in various directions, but as in the present invention, by irradiating the surface of the transparent substrate with light from a plurality of different directions, the defect extending in any direction However, it can be reliably detected.
[0024]
(10) The light-transmitting material according to any one of claims 1 to 9, wherein an irradiation direction and / or an irradiation angle of light on the surface of the light-transmitting substrate is variable. The gist is a method for evaluating a substrate.
As described above, the defect inside the substrate extends in various directions, but as in the present invention, by changing the irradiation direction and the irradiation angle of the light on the surface of the translucent substrate, Even a defect extending to a point can be reliably detected.
[0025]
The irradiation direction is a direction in which the projection image is horizontally rotated about an optical axis for obtaining a projection image, and the irradiation angle is an angle with respect to the substrate surface.
(11) The invention according to
[0026]
That is, for example, when a light-transmitting substrate is arranged on a stage, the direction of light with respect to the substrate surface can be relatively changed by inclining the stage even if the light irradiation direction is the same.
(12) The twelfth aspect of the present invention is to use only the transmitted illumination for irradiating the transmitted light, or simultaneously or alternately use the reflected illumination for irradiating the light reflected on the surface of the translucent substrate and the transmitted illumination. The gist is the method for evaluating a light-transmitting substrate according to any one of claims 1 to 11, wherein light is applied.
[0027]
The present invention exemplifies light used for irradiation. For example, when only the transmitted illumination is used, a defect inside the substrate can be detected from the projected image. In addition, when reflected illumination is used, a defect on the substrate surface can be detected. Further, when the transmissive illumination and the reflection illumination are used simultaneously or alternately, both the defect inside the substrate and the defect on the substrate surface can be detected.
[0028]
(13) The invention according to
[0029]
According to the present invention, a defect inside a substrate and an opening of the defect can be detected by referring to the reflection image and the transmission image.
(14) The invention according to claim 14, wherein in the light-transmitting substrate evaluation method for imaging the light-transmitting substrate with an optical device and evaluating a defect of the light-transmitting substrate, the image of the light-transmitting substrate is imaged. The focal position (depth of focus) of the optical device to be moved is moved in the thickness direction of the translucent substrate, images corresponding to the respective focal positions accompanying the movement are taken, and the images corresponding to the respective focal positions are taken. The gist of the present invention is a method for evaluating a light-transmitting substrate, characterized by recognizing a three-dimensional shape of a defect inside the light-transmitting substrate from a change in shadow.
[0030]
For example, when the depth of focus of the microscope is changed, if there is a defect at a position corresponding to the depth of focus, a dark shadow such as a black point is obtained as with a defect on the substrate surface. Therefore, when the black point moves as the depth of focus is changed, it can be understood that there is a defect inside the substrate in a shape along the movement of the black point.
[0031]
According to the present invention, it is possible to easily detect a defect regardless of whether the focal depth is changed from the front side or the back side of the substrate.
(15) The invention of
[0032]
The present invention shows that a transmission image is used when recognizing a three-dimensional shape of a defect.
(16) The invention according to claim 16 is characterized in that the projection image is binarized according to its density and the three-dimensional shape of the defect inside the substrate is recognized based on the binarized data. The gist of the present invention is a method for evaluating a light-transmitting substrate according to claim 14 or 15.
[0033]
The shadow obtained by adjusting the depth of focus can be a shadow such as a clear black spot, such as a defect on the surface of the substrate. Therefore, the three-dimensional shape of the defect inside the substrate can be recognized based on the binarized data. can do.
(17) The invention according to
[0034]
The present invention exemplifies that the defect is a hollow defect (for example, a micropipe defect).
(18) The invention according to claim 18 includes, after observing a part or the entirety of the light-transmitting substrate at a low magnification by the optical device, includes a defect inside the substrate based on the observation result at the low magnification. The gist of the method for evaluating a light-transmitting substrate according to any one of claims 1 to 17, wherein regions having various defects are observed at a high magnification.
[0035]
In the present invention, first, a wide area is observed at a low magnification, and then a specific small area is observed at a high magnification. Therefore, it is possible to select only an area that may have a defect, and thus to efficiently detect a defect. Can be.
(19) The invention of
[0036]
According to the present invention, since the distribution of defects is obtained by sequentially observing the small areas, it is possible to easily grasp which part of the substrate has the defect from the distribution.
(20) The twentieth aspect of the present invention is characterized in that the amount of light applied to the light-transmitting substrate is adjusted to be a light amount suitable for detecting various types of defects including defects inside the substrate. The gist is a method for evaluating a light-transmitting substrate according to any one of claims 1 to 19.
[0037]
In the present invention, it is possible to easily detect a defect by adjusting the amount of light to be irradiated.
(21) to (40) The inventions of
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example (embodiment) of an embodiment of a translucent substrate evaluation method and a translucent substrate evaluation apparatus of the present invention will be described.
(Example 1)
Here, a semiconductor substrate is described as an example of the light-transmitting substrate.
[0039]
a) First, an apparatus for evaluating a light-transmitting substrate used in the method for evaluating a light-transmitting substrate of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for evaluating a light-transmitting substrate.
As shown in FIG. 1, the light-transmitting substrate evaluation device of the present embodiment includes an optical microscope 1, a
[0040]
The optical microscope 1 includes a well-known eyepiece and an imaging lens (not shown), a stage 5 on which a light-transmitting semiconductor substrate 6 (hereinafter, also simply referred to as a substrate; see FIG. 2) to be measured, and a semiconductor A transmissive illumination (hereinafter also simply referred to as “illumination”) 7 for irradiating light from the back side of the substrate 6 (the lower side in the figure), a TV camera 9 for photographing the semiconductor substrate 6 by the transmissive illumination 7, and a plane movement for horizontally moving the
[0041]
The
[0042]
Further, as a configuration for image processing, shading processing of input image data (processing for adjusting the shading (brightness and darkness) of the image), binarization processing (processing for dividing into two areas of light and dark), multi-value processing ( An
[0043]
Further, as a configuration for controlling the movement of the stage 5, an
[0044]
Further, as a configuration for output, an
The input /
[0045]
b) Next, the principle of the method for evaluating a light-transmitting substrate according to the present embodiment will be described.
Here, an example of detecting a micropipe defect in the semiconductor substrate 6, for example, a silicon carbide substrate as the defect detection target will be described.
First, as shown in FIG. 2A, light is applied to the back surface of the semiconductor substrate 6, and a projection image obtained from the transmitted light is taken by the TV camera 9 through the optical microscope 1.
[0046]
The captured projection image is subjected to image processing to be described later, and based on the obtained projection image, a black point and a shadow extending in a band shape from the black point (a gray-shaped shadow thinner than the black point) are observed, and a micropipe defect (hereinafter simply referred to as a defect) is detected. Is determined.
Here, FIG. 2 (b) schematically shows an actual projected image, and FIG. 2 (c) shows an actual projected image. The black dots in each figure are the openings of the micropipe defects, from which strip-shaped shadows appear. Can be confirmed.
[0047]
This band-shaped shadow is obtained by applying transmitted light to a long micropipe defect penetrating (hollow state) inside the substrate. In other words, the light emitted from the back side of the semiconductor substrate 6 is scattered at the micropipe defect portion (which extends obliquely different from the plate thickness direction), and is scattered at the surface corresponding to the position of the micropipe defect. The amount of light is reduced by that much, which results in a light shadow different from the black point indicating the opening.
[0048]
In other words, a clear dark shadow (black spot) due to the opening on the substrate surface (further, dust and scratches on the surface) and a thin shadow whose contour due to micropipe defects inside the substrate are not so clear are clearly different. The presence or absence of a micropipe defect can be determined based on the state of the shadow obtained from the projection image.
[0049]
c) Next, the actual procedure of the method for evaluating a light-transmitting substrate performed using the apparatus for evaluating a light-transmitting substrate according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG.
First, in
[0050]
In the
In the following step 120, a measurement command for instructing a measurement method is selected. For example, when imaging is performed at only one location, a command to that effect is selected.
[0051]
In the
In the following step 140, image processing necessary for detecting a micropipe defect is performed on the captured projection image.
[0052]
Specifically, for example, a shadow of an image corresponding to various defects on the substrate surface, such as a flaw formed on the surface of the semiconductor substrate 6, dust attached to the surface, or an opening of a micropipe defect opening on the surface. The light amount (brightness) of the transmitted light differs between the shadow corresponding to the micropipe defect inside the substrate and the other portions due to the different state of the transmitted light. That is, the state of the shadow in the projection image is different.
[0053]
That is, scratches, dust, and shadows of the openings on the substrate surface are dark and clear (region 1), shadows of micropipe defects inside the substrate are slightly brighter (region 2), and other portions are very bright. (Region 3) Image processing is performed such that the projected image is partitioned by a predetermined threshold value so as to be partitioned by the three brightnesses, whereby an image partitioned into three regions (processed image: Image).
[0054]
In the
Specifically, for example, when the region 2 estimated to be a shadow due to a micropipe defect inside the substrate has a predetermined area, it is estimated that there is a micropipe defect.
[0055]
It should be noted that not only the micropipe defect is detected from the shading of the shadow, but the micropipe defect usually has a long shadow (an oval shadow). Therefore, the micropipe defect may be detected in consideration of this shape. . As a method of detecting the shape, for example, a method of determining the length and width of a thin shadow area and adopting a shadow due to a micropipe defect when the ratio is within a predetermined range (indicating an oval) can be adopted.
[0056]
In the
For example, if there is a micropipe defect, an output indicating that fact, displaying the number of micropipe defects, or displaying the location of the micropipe defect with an image or the like is performed.
[0057]
As described above, in the present embodiment, the semiconductor substrate 6 is irradiated with light, the projection image obtained by the transmitted light is processed, and a shadow corresponding to the micropipe defect is extracted. Can be easily detected.
(Example 2)
Next, a second embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0058]
In the present embodiment, a method for detecting a micropipe defect generated perpendicular to a substrate surface of a semiconductor substrate will be described.
As shown in FIG. 4, a micropipe defect generated perpendicularly to the substrate surface of the semiconductor substrate can capture a black spot which is an opening of the defect, but has a band shape as shown in FIG. It is very difficult to judge a micropipe defect since the shadow of the micropipe cannot be observed.
[0059]
In order to solve this, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the transmitted light applied to the back surface of the semiconductor substrate 41 is obliquely applied to the substrate surface (back surface) 41b. Thus, when there is a micropipe defect that occurs perpendicular to the substrate surfaces 41a and 41b of the semiconductor substrate 41, a projected image as shown in FIG. can get.
[0060]
As the irradiation method, a transmission illumination 43 of a fiberscope can be used, and the angle of light emitted from the fiberscope can be arbitrarily changed.
As described above, in the present embodiment, the substrate surfaces 41a and 41b of the semiconductor substrate 41 are irradiated with light obliquely, so that the micropipe defects generated perpendicularly to the substrate surfaces 41a and 41b of the semiconductor substrate 41 are not generated. However, the shadow corresponding to the micropipe defect can be reliably captured. This makes it possible to accurately detect a micropipe defect.
[0061]
Note that, apart from this embodiment, similarly to the first embodiment, the stage on which the semiconductor substrate is mounted may be inclined using transmission illumination that irradiates light in a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate.
(Example 3)
Next, a third embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0062]
Micropipe defects can occur in all directions with respect to the substrate surface of the semiconductor substrate. Therefore, in this embodiment, in order to detect the micropipe defect, the light to be applied to the back surface of the semiconductor substrate is simultaneously (or alternately) applied to the semiconductor substrate from vertical and oblique directions.
[0063]
For example, as shown in FIG. 6A, a transmission illumination 55 for vertically irradiating light to the
[0064]
At this time, by changing the irradiation direction by moving the transmitted illumination 57 so as to rotate along the vertical plane about the optical axis of the
[0065]
Further, as shown in FIG. 6B when the
[0066]
Thus, when there is a micropipe defect, a shadow corresponding to the micropipe defect is formed in the projected image, and the micropipe defect can be detected from the state of the shadow.
In the case where the transmitted illumination is radiated from a plurality of directions, the shadow becomes thinner than the case where the light is radiated from a single direction. Therefore, the threshold for dividing the projected image into the regions 1 to 3 is adjusted. There is a need to.
[0067]
Further, the light applied to the back surface of the semiconductor substrate may be alternately applied to the semiconductor substrate from perpendicular and oblique directions.
(Example 4)
Next, a fourth embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0068]
This embodiment differs from the first to third embodiments in that a micropipe defect is detected by adjusting the focal length, instead of using a band-shaped shadow corresponding to the micropipe defect.
a) First, the principle of the method for evaluating a light-transmitting substrate according to the present embodiment will be described.
[0069]
As shown in FIG. 7A, in the present embodiment, first, light is irradiated from the back surface of the semiconductor substrate 61 by the transmission illumination 63, and a projection image obtained from the transmission light is transmitted to a TV camera through an optical microscope. To image.
The captured projection image is processed into a binarized image, and a black point (a dark shadow corresponding to the opening of the micropipe defect) is first found from the binarized image.
[0070]
Next, as shown in FIGS. 7B to 7D, when the focal position (depth of focus) of the optical microscope is moved from the front surface of the semiconductor substrate 61 to the back surface (or from the back surface to the front surface). When a black spot that has been recognized as some kind of defect moves following it, this defect can be detected as a micropipe defect.
[0071]
In other words, when the focal point is sequentially changed from A to C deeply and the black spot moves, it can be considered that an inclined micropipe defect exists, and this is determined as a micropipe defect.
Further, since dust and scratches on the substrate surface disappear when the focal plane is changed from A to C, such black spots can be determined as dust and scratches.
[0072]
Further, since the micropipe defect perpendicular to the substrate surface exists at the same position when the focal plane is changed from A to C, such a black point can be determined as a micropipe defect perpendicular to the substrate surface. it can.
b) Next, the processing procedure in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0073]
In step 200 in FIG. 8, a projection image using transmitted light is acquired using a TV camera.
In the
[0074]
In
On the other hand, in
[0075]
In the
In
[0076]
In this way, micropipe defects can be automatically, easily and reliably detected.
(Example 5)
Next, a fifth embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0077]
In this embodiment, a method for creating a distribution map of micropipe defects generated in a semiconductor substrate will be described.
a) First, a method for producing a distribution map of micropipe defects will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, for example, an area of 100 μm × 100 μm (first field of view) on the semiconductor substrate 71 is examined by the method of each embodiment to detect a micropipe defect. Then, the coordinate value of the detected defect is stored, and the stage is moved by 100 μm to move to the next area (second visual field).
[0078]
By repeatedly performing such a process, it is possible to obtain position information of a micropipe defect generated in the semiconductor substrate 71.
FIG. 10 is a diagram showing the distribution of micropipe defects in which the positions of the micropipe defects obtained in this manner are marked.
[0079]
b) Next, the processing procedure of this embodiment will be described based on the flowchart of FIG.
In
In the
[0080]
In the
In the
[0081]
In the
In the
[0082]
In the
[0083]
In
In
[0084]
In
On the other hand, in
[0085]
As described above, in the present embodiment, the presence or absence of defects is sequentially determined by dividing the substrate surface into small areas, and the number of defects is counted. Therefore, the state of defects such as micropipe defects formed on the semiconductor substrate 71 is automatically determined. And accurately.
Note that, apart from this example, first, a part or the whole of the light-transmitting substrate was observed at a low magnification to find a region where some defect was present, and then the region was observed at a high magnification, and What kind of defect the defect is (for example, a micropipe defect) may be accurately detected.
(Example 6)
Next, a sixth embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0086]
In this embodiment, a defect is detected using both reflected light and transmitted light.
When a semiconductor substrate has a micropipe defect and the micropipe defect has an opening in the substrate surface, light is emitted from the surface of the semiconductor substrate and an image of the reflected light is captured by a TV camera. A reflection image as shown in FIG.
[0087]
When light is emitted from the back surface of the semiconductor substrate and an image of the transmitted light is captured by a TV camera, a transmitted image as shown in FIG. 12B is obtained.
Further, when both the reflected light and the transmitted light are used, an image as shown in FIG. 12C is obtained. Therefore, when this image is obtained, it can be determined that there is a micropipe defect having an opening on the substrate surface.
[0088]
In the case of performing the defect detection as described above, as shown in FIG. 13, the average density (degree of brightness) in the measurement area is measured for the image captured by the TV camera and set in advance. By dimming the light source so as to have an appropriate value for the detected defect, the defect can be easily identified.
(Example 7)
Next, a seventh embodiment will be described, but the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0089]
In the present embodiment, a method of identifying the type of a defect by capturing the characteristics of the defect will be described.
As shown in FIG. 12, when the reflection illumination and the transmission illumination are used alternately, as a feature of the defect, a black spot corresponding to the opening of the micropipe defect is seen in the reflection image, and the micropipe is seen in the transmission image. The shadow corresponding to the defect is visible.
[0090]
Further, as shown in FIG. 14, dust on the substrate surface has the same shadow image in the reflection image (FIG. 14A) and the transmission image (FIG. 14B). Therefore, when such an image is obtained in the reflection image and the transmission image, it can be determined as dust.
[0091]
Further, the same scratch image can be obtained in the reflection image and the transmission image as the scratch on the substrate surface. However, since the scratch usually has an elongated characteristic, the scratch can be determined from this shape.
In addition, as described above, when the reflection illumination and the transmission illumination are simultaneously applied, a high-density shadow (black point) corresponding to the opening and a low-density shadow extending from the black point are visible. Accordingly, when such an image is obtained, it can be determined that the defect is a micropipe defect opening on the substrate surface.
[0092]
In this manner, micropipe defects, dust, and scratches can be easily determined from the concentration conditions and the shape.
This is applicable to the case where only the transmitted illumination is used. That is, as shown in FIG. 14 (b), for example, a long-extended low-density shadow (black dot) is seen from the micropipe defect inside the substrate. Therefore, when such an image is obtained, it can be determined that the defect is a micropipe defect.
[0093]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the present invention.
(1) For example, when detecting a micropipe defect, instead of examining the entire area of the obtained projected image, the projected image is divided by a predetermined threshold, and for example, a very bright and obviously no defect is detected. If the area to be inspected is divided by setting a threshold value so as to exclude a non-existent area, and a micropipe defect is examined in the divided area, work can be performed efficiently.
[0094]
(2) Further, it is desirable that the light amount of the light to be applied to the translucent substrate is automatically adjusted so that the light amount is suitable for detecting a micropipe defect or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light-transmitting substrate evaluation apparatus according to a first embodiment.
2A is an explanatory diagram illustrating a vertical projection method according to the first embodiment, FIG. 2B is a schematic diagram of a projected image, and FIG. 2C is a micrograph illustrating an actual projected image.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of a method for evaluating a light-transmitting substrate according to the first embodiment.
FIG. 4 is a micrograph showing a micropipe defect perpendicular to the substrate surface.
FIG. 5A is an explanatory diagram illustrating an oblique projection method according to a second embodiment, and FIG. 5B is a schematic diagram of a projected image.
FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating a vertical arrangement of illumination according to a third embodiment, and FIG. 6B is an explanatory diagram illustrating a horizontal arrangement of illumination.
FIG. 7A is an explanatory diagram illustrating a projection method according to a fourth embodiment, and FIGS. 7B to 7D are explanatory diagrams illustrating images when a focus is changed.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a processing procedure of a method for evaluating a light-transmitting substrate according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a method for evaluating a light-transmitting substrate according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state of distribution of micropipe defects according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure of a method for evaluating a translucent substrate according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing each image in a sixth embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a measurement area in the sixth embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing each image according to the seventh embodiment.
[Description of sign]
1, 59… Microscope
3. Control device
5, 51… Stage
6, 41, 53, 61, 71 ... semiconductor substrate
7, 43, 55, 57, 63 ... transmitted light
9 ... TV camera
11 Planar moving mechanism
13 Vertical movement mechanism
23 ... CPU
25 ... Image processor
27: Grayscale image memory
29 ... Binary memory
31 ... XY stage driver
33… Auto focus driver
38 ... CRT
Claims (40)
前記透光性基板の一方の側から光を照射して、前記透光性基板を透過させた透過光により投影画像を撮像し、該投影画像のデータに基づいて、前記透光性基板の内部の欠陥による影を、その影の濃淡の状態により識別して、前記透光性基板の内部の欠陥を検出することを特徴とする透光性基板の評価方法。In the method for evaluating a light-transmitting substrate for imaging a light-transmitting substrate by an optical device and evaluating a defect of the light-transmitting substrate,
By irradiating light from one side of the light-transmitting substrate, a projection image is captured by the transmitted light transmitted through the light-transmitting substrate, and the inside of the light-transmitting substrate is formed based on data of the projection image. A method for evaluating a light-transmitting substrate, comprising: identifying a shadow caused by the defect according to a shade state of the shadow; and detecting a defect inside the light-transmitting substrate.
前記透光性基板の画像を撮像する光学機器の焦点位置を、前記透光性基板の厚み方向に移動させるとともに、その移動に伴う各焦点位置に対応した画像を撮像し、前記各焦点位置に対応した各画像の影の変化から、前記透光性基板の内部の欠陥の３次元形状を認識することを特徴とする透光性基板の評価方法。In the method for evaluating a light-transmitting substrate for imaging a light-transmitting substrate by an optical device and evaluating a defect of the light-transmitting substrate,
The focal position of the optical device that captures an image of the light-transmitting substrate is moved in the thickness direction of the light-transmitting substrate, and an image corresponding to each focal position accompanying the movement is captured, and the focus position is moved to each of the focal positions. A method for evaluating a light-transmitting substrate, comprising: recognizing a three-dimensional shape of a defect inside the light-transmitting substrate from a change in a shadow of each corresponding image.
前記透光性基板の一方の側から光を照射して、前記透光性基板を透過させた透過光により投影画像を撮像する撮像手段と、
前記投影画像のデータに基づいて、前記透光性基板の内部の欠陥による影を、その影の濃淡の状態により識別して、前記透光性基板の内部の欠陥を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする透光性基板の評価装置。In a light-transmitting substrate evaluation apparatus that images a light-transmitting substrate by an optical device and evaluates a defect of the light-transmitting substrate,
An imaging unit that irradiates light from one side of the light-transmitting substrate, and captures a projected image with transmitted light transmitted through the light-transmitting substrate,
Based on the data of the projected image, a shadow due to a defect inside the light-transmitting substrate, by detecting the density of the shadow, to detect a defect inside the light-transmitting substrate,
An evaluation apparatus for a light-transmitting substrate, comprising:
前記透光性基板の画像を撮像する光学機器の焦点位置を、前記透光性基板の厚み方向に移動させるとともに、その移動に伴う各焦点位置に対応した画像を撮像する撮像手段と、
前記各焦点位置に対応した各画像の影の変化から、前記透光性基板の内部の欠陥の３次元形状を認識する認識手段と、
を備えたことを特徴とする透光性基板の評価装置。In a light-transmitting substrate evaluation apparatus that images a light-transmitting substrate by an optical device and evaluates a defect of the light-transmitting substrate,
An imaging unit that moves a focal position of an optical device that captures an image of the light-transmitting substrate in the thickness direction of the light-transmitting substrate, and captures an image corresponding to each focal position accompanying the movement.
Recognizing means for recognizing a three-dimensional shape of a defect inside the translucent substrate from a change in a shadow of each image corresponding to each of the focal positions;
An evaluation apparatus for a light-transmitting substrate, comprising:
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