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Description
本発明は、微分干渉光学系を含む光学装置を用いて、炭化珪素基板(SiC基板)又は炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を光学的に検出し、検出された欠陥を分類する検査装置及び欠陥検査方法に関するものである。 The present invention optically detects defects existing in a silicon carbide substrate (SiC substrate) or an epitaxial layer formed on a silicon carbide substrate using an optical device including a differential interference optical system, and detects the detected defects. The present invention relates to a classifying inspection apparatus and defect inspection method.
単結晶基板上にエピタキシャル成長法により単結晶層を形成し、形成された単結晶層にデバイスを形成する半導体デバイスの製造方法が開発されている。この半導体デバイスの製造方法では、単結晶基板として炭化珪素基板が用いられ、炭化珪素基板上にステップフロー成長法によりエピタキシャル層が形成されている。炭化珪素は、シリコンと比較して、優れた物理的及び熱的特性を有するため、炭化珪素基板上に炭化珪素のエピタキシャル層が形成された半導体基板を用いたデバイスの製造方法は、高電力で低損失の半導体デバイスの製造に極めて有用である。 A semiconductor device manufacturing method has been developed in which a single crystal layer is formed on a single crystal substrate by an epitaxial growth method, and a device is formed on the formed single crystal layer. In this semiconductor device manufacturing method, a silicon carbide substrate is used as a single crystal substrate, and an epitaxial layer is formed on the silicon carbide substrate by a step flow growth method. Since silicon carbide has superior physical and thermal properties compared to silicon, a method for manufacturing a device using a semiconductor substrate in which an epitaxial layer of silicon carbide is formed on a silicon carbide substrate is high power. This is extremely useful for manufacturing low-loss semiconductor devices.
上述した半導体デバイスの製造方法において、製造上の歩留りを改良しデバイスの信頼性を改善するためには、炭化珪素基板及びエピタキシャル層に存在する欠陥を検出すること、及び検出された欠陥の種類を分類することが極めて重要である。従来、炭化珪素基板(SiC基板)に存在する欠陥を検出する方法として、X線トポグラフィーによる欠陥検出が既知である(例えば、特許文献1参照)。このX線トポグラフィーによる欠陥検出方法では、SiC基板に存在する結晶欠陥を非破壊的に検出することができる利点がある。 In the semiconductor device manufacturing method described above, in order to improve the manufacturing yield and improve the reliability of the device, the defect existing in the silicon carbide substrate and the epitaxial layer is detected, and the type of the detected defect is determined. Classification is extremely important. Conventionally, defect detection by X-ray topography is known as a method for detecting defects present in a silicon carbide substrate (SiC substrate) (see, for example, Patent Document 1). This defect detection method by X-ray topography has an advantage that crystal defects existing in the SiC substrate can be detected nondestructively.
SiC基板に形成された欠陥を光学的に検出する方法として、レーザ散乱方式の欠陥検査装置が既知である(例えば、特許文献2参照)。このレーザ散乱方式の欠陥検査装置では、レーザダイオードから放出されたレーザ光を基板表面に対して斜めに入射させ、基板表面で発生した散乱光を光検出器により検出している。そして、検出された散乱光に基づいて欠陥検出が行われている。 As a method for optically detecting defects formed on a SiC substrate, a laser scattering type defect inspection apparatus is known (see, for example, Patent Document 2). In this laser scattering type defect inspection apparatus, laser light emitted from a laser diode is incident obliquely on the substrate surface, and scattered light generated on the substrate surface is detected by a photodetector. Defect detection is performed based on the detected scattered light.
位相シフトマスクの欠陥を検出する検査装置として、光源と対物レンズとの間の光路中に微分干渉光学系を配置し、位相シフトマスクの微分干渉画像を撮像し、微分干渉画像に基づいて欠陥を検出する検査装置が既知である(例えば、特許文献3参照)。この既知の検査装置では、撮像された位相シフトマスクの微分干渉画像と基準画像とを比較し、画像比較の結果に基づいて欠陥が検出されている。
上述したX線トポグラフィーによる欠陥検出方法では、基板内部の結晶欠陥を検出することができ、基板のバルクに形成された貫通螺旋転位や基底面内欠陥が検出されている。しかしながら、X線トポグラフィ法による欠陥検査では、X線を照射するための大掛かりな装置が必要となるだけでなく、欠陥検出に長時間かかり、検査コストが高価になる欠点もある。 In the defect detection method using X-ray topography described above, crystal defects inside the substrate can be detected, and threading screw dislocations and defects in the basal plane formed in the bulk of the substrate are detected. However, defect inspection by the X-ray topography method not only requires a large apparatus for irradiating X-rays, but also has a drawback that it takes a long time to detect the defect and the inspection cost is expensive.
レーザ散乱方式の欠陥検査装置は、基板表面で発生した散乱光を検出しているので、基板表面に出現した欠陥を検出することが可能である。しかしながら、不所望な散乱光が光検出器に入射するため、欠陥検出の解像度が低く、微細な欠陥を検出しにくい欠点がある。特に、レーザ散乱方式の検査装置は、試料表面の高さ方向の検出感度が低いため、SiC基板の表面に形成された数nm〜数10nm程度の微少な凹凸状の欠陥を明瞭に検出しにくい欠点がある。すなわち、SiC基板のバルクに形成された格子欠陥は、基板表面上において数nm〜数10nm程度の凹凸として出現する。従って、レーザ散乱光方式の欠陥検出では、SiC基板に存在する微細な欠陥を検出するには限界があり、欠陥の種別判定にも限界がある。 Since the laser scattering type defect inspection apparatus detects scattered light generated on the substrate surface, it is possible to detect defects appearing on the substrate surface. However, since undesired scattered light is incident on the photodetector, the defect detection resolution is low and it is difficult to detect fine defects. In particular, the laser scattering type inspection apparatus has low detection sensitivity in the height direction of the sample surface, so that it is difficult to clearly detect minute unevenness defects of several nm to several tens of nm formed on the surface of the SiC substrate. There are drawbacks. That is, lattice defects formed in the bulk of the SiC substrate appear as irregularities of about several nm to several tens of nm on the substrate surface. Accordingly, in the laser scattered light type defect detection, there is a limit in detecting a fine defect existing in the SiC substrate, and there is a limit in the defect type determination.
さらに、SiC基板は可視域又は赤外域において透明であるため、照明ビームが基板の内部を通過し、基板の裏面で反射して基板表面から出射する。よって、基板表面についてエリア照明を行う検査装置においては、基板の裏面からの反射光の影響を除去する必要がある。基板の裏面からの反射光を除去する方法として、特殊な空間フィルタを用いる方法が想定されるが、光学系の構造が複雑化する不具合が発生する。 Furthermore, since the SiC substrate is transparent in the visible region or the infrared region, the illumination beam passes through the inside of the substrate, is reflected by the back surface of the substrate, and is emitted from the substrate surface. Therefore, in an inspection apparatus that performs area illumination on the substrate surface, it is necessary to remove the influence of reflected light from the back surface of the substrate. As a method for removing the reflected light from the back surface of the substrate, a method using a special spatial filter is assumed, but a problem that the structure of the optical system becomes complicated occurs.
SiC基板上に形成したエピタキシャル層にデバイスを形成する際に問題となるキラー欠陥として、マイクロパイプ欠陥が挙げられる。エピタキシャル層中にマイクロパイプ欠陥が形成されると、製造されるデバイスのリーク電流が増大するだけでなく、耐電圧が低下する問題が発生する。従って、SiC基板を用いてデバイスを製造するに当たって、製造上の歩留りを改良するためには、マイクロパイプ欠陥を他の欠陥から区別して検出できることが急務の課題である。また、キャロット欠陥やトライアングル欠陥等の特有の形状を有する形状欠陥も致命的なキラー欠陥である。他方において、貫通螺旋転位欠陥、刃状転移欠陥及び基底面内欠陥等の転位欠陥は、炭化珪素基板やエピタキシャル層に特有の欠陥ではあるが、デバイスの製造に致命的な欠陥ではなく、キラー欠陥から区別されている。従って、検出された欠陥が欠陥の種類に応じて分類できれば、例えばキラー欠陥が形成されている部位が特定されれば、製造されるデバイスの品質管理上極めて有益なデータを得ることが可能となる。また、転位欠陥はキラー欠陥ではなないものの、形成密度が高くなるとデバイスの特性を劣化させる不具合が発生する。従って、転位欠陥についても、チップ区域ごとに発生数が検出されれば、品質管理上の有益な情報を得ることができる。 As a killer defect that becomes a problem when a device is formed in an epitaxial layer formed on a SiC substrate, a micropipe defect is cited. When micropipe defects are formed in the epitaxial layer, there arises a problem that not only the leakage current of the manufactured device increases but also the withstand voltage decreases. Therefore, when manufacturing a device using a SiC substrate, in order to improve the manufacturing yield, it is an urgent issue to detect micropipe defects separately from other defects. In addition, a shape defect having a specific shape such as a carrot defect or a triangle defect is also a fatal killer defect. On the other hand, dislocation defects such as threading screw dislocation defects, edge transition defects, and defects in the basal plane are defects specific to silicon carbide substrates and epitaxial layers, but are not fatal defects in device manufacturing, but killer defects. It is distinguished from. Therefore, if the detected defect can be classified according to the type of the defect, for example, if the part where the killer defect is formed is specified, it becomes possible to obtain extremely useful data for quality control of the manufactured device. . In addition, although dislocation defects are not killer defects, defects that degrade device characteristics occur when the formation density increases. Therefore, if the number of occurrences of dislocation defects is detected for each chip area, useful information for quality control can be obtained.
本発明の目的は、炭化珪素基板又は炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を光学的に検出できると共に検出された欠陥を分類できる検査装置及び欠陥検査方法を実現することにある。
本発明の目的は、欠陥分類の結果に基づいて個々のデバイスが形成される予定のチップ区域ごとに検出された欠陥の種別や欠陥の個数を示す欠陥分布データを出力できる検査装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、検出感度が高く且つ数nm程度の微細な凹状又は凸状の欠陥を検出できると共に、基板の裏面からの反射光による影響を受けない検査装置を実現することにある。
An object of the present invention is to realize an inspection apparatus and a defect inspection method capable of optically detecting defects existing in a silicon carbide substrate or an epitaxial layer formed on the silicon carbide substrate and classifying the detected defects. .
An object of the present invention is to realize an inspection apparatus capable of outputting defect distribution data indicating the type of defect and the number of defects detected for each chip area where individual devices are to be formed based on the result of defect classification. It is in.
Furthermore, another object of the present invention is to realize an inspection apparatus that has high detection sensitivity and can detect a fine concave or convex defect of about several nanometers and is not affected by reflected light from the back surface of the substrate. It is in.
参考として記載する本発明による検査装置は、炭化珪素基板又は炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層について欠陥検査を行う検査装置であって、
照明ビームを発生する光源装置と、検査すべき炭化珪素基板を支持すると共に第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能なステージと、前記照明ビームを、ステージ上に配置した炭化珪素基板に向けて投射する対物レンズと、前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、入射した照明ビームを、互いに干渉性を有する第1及び第2のサブビームに変換すると共に、前記炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面で反射したサブビーム同士を合成し、炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面高さと関連する位相差情報を含む干渉ビームを出射させる微分干渉光学系と、微分干渉光学系から出射した干渉ビームを受光する撮像素子とを有する光学装置、及び
前記撮像素子からの出力信号を受け取り、前記炭化珪素基板又はエピタキシャル層表面の微分干渉画像を形成する画像形成手段と、形成された微分干渉画像に基づいて欠陥検出を行う欠陥検出手段と、検出された欠陥の微分干渉画像に基づき検出された欠陥を分類する欠陥分類手段とを有する信号処理装置を具えることを特徴とする。
The inspection apparatus according to the present invention described as a reference is an inspection apparatus that performs defect inspection on a silicon carbide substrate or an epitaxial layer formed on a silicon carbide substrate,
A light source device that generates an illumination beam, a stage that supports a silicon carbide substrate to be inspected and is movable in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the illumination beam on the stage An objective lens that projects toward the arranged silicon carbide substrate, and an incident illumination beam that is disposed in an optical path between the light source device and the objective lens, is converted into first and second sub-beams that are coherent with each other. And a differential interference optical system for synthesizing sub-beams reflected on the surface of the silicon carbide substrate or epitaxial layer and emitting an interference beam including phase difference information related to the surface height of the silicon carbide substrate or epitaxial layer; An optical device having an image sensor for receiving an interference beam emitted from the interference optical system, and an output signal from the image sensor, An image forming means for forming a differential interference image on the surface of the plate or the epitaxial layer, a defect detection means for detecting a defect based on the formed differential interference image, and a defect detected based on the differential interference image of the detected defect A signal processing device having defect classification means for classifying is provided.
炭化珪素基板又は炭化珪素上に形成されたエピタキシャル層に存在する各種結晶欠陥は、基板の表面又はエピタキシャル層の表面に数nm〜数10nm程度の微小な凹凸として出現する。例えば、貫通螺旋転位欠陥や基底面内欠陥等の転位欠陥は、エピタキシャル層の表面にピット状の欠陥として出現する。また、トライアングル欠陥やキャロット欠陥等の形状欠陥は、エピタキシャル層の表面に比較的大きなサイズであって特有な形状を有する凹状欠陥として出現する。また、研磨工程で発生するスクラッチは、深さが数10nm程度の線状の凹状欠陥である。一方、微分干渉光学系は試料表面の数nm〜数10nmの凹凸を輝度変化として検出することが可能である。そこで、本発明では、炭化珪素基板及び炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する結晶欠陥を微分干渉光学系を含む光学装置を用いて検出する。 Various crystal defects existing in the silicon carbide substrate or the epitaxial layer formed on the silicon carbide appear as minute irregularities of about several nm to several tens of nm on the surface of the substrate or the surface of the epitaxial layer. For example, dislocation defects such as threading screw dislocation defects and defects in the basal plane appear as pit-like defects on the surface of the epitaxial layer. Further, shape defects such as triangle defects and carrot defects appear as concave defects having a relatively large size and a specific shape on the surface of the epitaxial layer. Further, scratches generated in the polishing process are linear concave defects having a depth of about several tens of nanometers. On the other hand, the differential interference optical system can detect unevenness of several nm to several tens of nm on the sample surface as a luminance change. Therefore, in the present invention, crystal defects existing in the silicon carbide substrate and the epitaxial layer formed on the silicon carbide substrate are detected using an optical device including a differential interference optical system.
さらに、本発明者が炭化珪素基板又はエピタキシャル層に存在する各種結晶欠陥の微分干渉画像について解析した結果、炭化珪素基板又はエピタキシャル層に存在する各種結晶欠陥の微分干渉画像は、各結晶欠陥ごとに特有の形状又は輝度分布を有する欠陥像として撮像されることが判明した。すなわち、螺旋転位欠陥や基底面内欠陥等の各種転位欠陥は基板表面やエピタキシャル層の表面にピット形状として出現し、その微分干渉画像は高輝度の画像部分と低輝度の画像部分とが結合した特有の明暗画像として撮像される。また、エピタキシャル層に形成されたトライアングル欠陥やキャロット欠陥等の形状欠陥の微分干渉画像は、三角形等の特有の形状を有する大きなサイズの低輝度画像として撮像される。また、マイクロパイプ欠陥は中空状の孔であり、点状の低輝度画像として撮像される。さらに、バンプ欠陥も特有の微分干渉画像として撮像される。従って、転位欠陥、形状欠陥及びマイクロパイプ欠陥は、それらの微分干渉画像に基づいて他の欠陥から識別することが可能である。このような解析結果に基づき、本発明では、撮像された微分干渉画像に基づいて欠陥を検出すると共に、撮像された微分干渉画像に基づき検出された欠陥を分類する。検出された欠陥が分類されれば、欠陥の発生要因に関する情報が得られ、炭化珪素基板及びエピタキシャル層の形成に関する有益な品質管理情報を得ることができる。尚、欠陥分類に際し、少なくとも特有の形状を有する形状欠陥及び転位欠陥は、他の欠陥から区別して分類できることが必要である。 Furthermore, as a result of analysis of differential interference images of various crystal defects existing in the silicon carbide substrate or epitaxial layer by the present inventor, differential interference images of various crystal defects existing in the silicon carbide substrate or epitaxial layer are obtained for each crystal defect. It was found that the image was taken as a defect image having a specific shape or luminance distribution. That is, various dislocation defects such as a screw dislocation defect and a defect in the basal plane appear as pit shapes on the surface of the substrate or the epitaxial layer, and the differential interference image is a combination of the high luminance image portion and the low luminance image portion. It is captured as a unique light and dark image. Further, a differential interference image of a shape defect such as a triangle defect or a carrot defect formed in the epitaxial layer is taken as a large-sized low-luminance image having a specific shape such as a triangle. Further, the micropipe defect is a hollow hole and is captured as a dot-like low luminance image. Further, the bump defect is also captured as a specific differential interference image. Therefore, dislocation defects, shape defects and micropipe defects can be distinguished from other defects based on their differential interference images. Based on such an analysis result, in the present invention, the defect is detected based on the captured differential interference image and the detected defect is classified based on the captured differential interference image. If the detected defect is classified, information on the cause of the defect can be obtained, and useful quality control information on the formation of the silicon carbide substrate and the epitaxial layer can be obtained. In defect classification, it is necessary that at least shape defects and dislocation defects having a specific shape can be distinguished from other defects.
本発明による検査装置の好適実施例は、信号処理装置は、さらに、検査すべき炭化珪素基板を個々のデバイスが形成される予定の複数のチップ区域に分割したマップ情報を出力する手段、及び、前記欠陥分類手段の分類結果及び前記マップ情報を用いて、検出された欠陥の種別又は検出された欠陥の種別とその個数を各チップ区域ごとに示す欠陥分布データを出力する欠陥分布データ出力手段を有することを特徴とする。 In a preferred embodiment of the inspection apparatus according to the present invention, the signal processing apparatus further outputs means for outputting map information obtained by dividing the silicon carbide substrate to be inspected into a plurality of chip areas on which individual devices are to be formed, and Defect distribution data output means for outputting defect distribution data indicating the type of detected defect or the type and number of detected defects for each chip area using the classification result of the defect classification means and the map information. It is characterized by having.
前述したように、微分干渉光学系を含む検査装置を用いて炭化珪素基板又はエピタキシャル層を検査する場合、検出された欠陥の微分干渉画像から欠陥の種類を判定することが可能である。そこで、本発明では、検査すべき炭化珪素基板を個々のデバイスが形成される予定の複数のチップ区域に分割したマップ情報を用い、欠陥分類手段の分類結果を利用して検出された欠陥の種別及び/又は個数を各チップ区域ごとに示す欠陥分布データを形成する。欠陥分布データが得られれば、炭化珪素基板の各チップ区域の品質管理データが得られるので、デバイスの製造の歩留りを相当改良することが可能になる。 As described above, when a silicon carbide substrate or an epitaxial layer is inspected using an inspection apparatus including a differential interference optical system, the type of defect can be determined from the differential interference image of the detected defect. Therefore, in the present invention, using the map information obtained by dividing the silicon carbide substrate to be inspected into a plurality of chip areas where individual devices are to be formed, the type of defect detected using the classification result of the defect classification means And / or defect distribution data indicating the number of each chip area. If the defect distribution data is obtained, quality control data for each chip area of the silicon carbide substrate can be obtained, so that the device manufacturing yield can be considerably improved.
本発明による検査装置の別の好適実施例は、欠陥分布データ出力手段は、キラー欠陥の有無及び検出された転位欠陥の数を示すデータ含む欠陥分布データを出力することを特徴とする。 Another preferred embodiment of the inspection apparatus according to the present invention is characterized in that the defect distribution data output means outputs defect distribution data including data indicating the presence or absence of killer defects and the number of detected dislocation defects.
本発明では、欠陥の微分干渉画像を用いて、検出された結晶欠陥をデバイスの製造に致命的な欠陥であるキラー欠陥とそれ以外の欠陥とに分類することが可能である。すなわち、トライアングル欠陥等の形状欠陥及びマイクロパイプ欠陥はデバイスの製造に致命的なキラー欠陥であり、これらキラー欠陥が存在する部位にデバイスが形成された場合、当該デバイスは不良品となる可能性が高いものである。これに対して、螺旋転位欠陥や基底面内欠陥等の転位欠陥は、炭化珪素基板に特有の結晶欠陥ではあるが、デバイスの製造に致命的な欠陥ではなく、少数の転位欠陥が存在する部位にデバイスが形成されても、当該デバイスは正常に作動する。他方において、1つのチップ区域内に多数の転位欠陥が存在する場合、デバイスの特性を劣化させるおそれがある。そこで、本発明では、各チップ区域ごとにキラー欠陥の有無及び転位欠陥の個数を示すデータを含む欠陥分布データを出力する。 In the present invention, it is possible to classify the detected crystal defect into a killer defect that is a fatal defect for manufacturing a device and other defects by using the differential interference image of the defect. That is, shape defects such as triangle defects and micropipe defects are killer defects that are fatal to the manufacture of the device. If a device is formed at a site where these killer defects exist, the device may be defective. It is expensive. On the other hand, dislocation defects such as screw dislocation defects and defects in the basal plane are crystal defects peculiar to silicon carbide substrates, but are not fatal defects in device manufacturing, and there are a few dislocation defects. Even if a device is formed, the device operates normally. On the other hand, if there are a large number of dislocation defects in one chip area, the characteristics of the device may be deteriorated. Therefore, in the present invention, defect distribution data including data indicating the presence / absence of killer defects and the number of dislocation defects is output for each chip area.
本発明による検査装置は、炭化珪素基板の表面又は炭化珪素基板に形成されたエピタキシャル層の表面に出現した結晶欠陥を検出し、検出された結晶欠陥を分類する検査装置であって、
炭化珪素基板に対して不透明な紫外域の波長の照明ビームを発生する光源装置と、検査すべき炭化珪素基板を支持すると共に第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能なステージと、前記照明ビームを、ステージ上に配置した炭化珪素基板に向けて投射する対物レンズと、前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置した微分干渉光学系と、前記炭化珪素基板の表面又はエピタキシャル層の表面で反射した反射光を前記対物レンズ及び微分干渉光学系を介して受光して、炭化珪素基板の表面又はエピタキシャル層の表面の反射画像を撮像する撮像素子とを有する光学装置、及び
前記撮像素子からの出力信号を受け取り、前記炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面から出射した反射光による微分干渉画像を形成する画像形成手段と、形成された微分干渉画像に基づいて欠陥検出を行う欠陥検出手段と、検出された欠陥の微分干渉画像に基づいて欠陥を分類する欠陥分類手段とを有する信号処理装置を具え、
前記欠陥分類手段は、サイズの大きな特有の形状を有する欠陥像を識別し、キャロット欠陥を含む形状欠陥として分類する第1の分類手段と、点状の低輝度欠陥像を識別し、マイクロパイプ欠陥として分類する第2の分類手段とを有することを特徴とする。
An inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus that detects crystal defects that appear on the surface of a silicon carbide substrate or the surface of an epitaxial layer formed on the silicon carbide substrate, and classifies the detected crystal defects .
A light source device that generates an illumination beam having an opaque wavelength in the ultraviolet region with respect to the silicon carbide substrate, and supports the silicon carbide substrate to be inspected and moves in the first direction and the second direction orthogonal to the first direction. A possible stage, an objective lens that projects the illumination beam toward a silicon carbide substrate disposed on the stage, a differential interference optical system disposed in an optical path between the light source device and the objective lens, and the carbonization An imaging device that receives reflected light reflected by the surface of the silicon substrate or the surface of the epitaxial layer via the objective lens and the differential interference optical system, and captures a reflected image of the surface of the silicon carbide substrate or the surface of the epitaxial layer. image forming the output signal receives, differential interference image by the reflected light emitted from the surface of the silicon carbide substrate or epitaxial layer from the optical device, and the imaging device having And forming means, and defect detecting means for performing defect detection on the basis of the formed differential interference image, the signal processing apparatus and a defect classification means for classifying the defects based on the differential interference image of the detected defect comprises,
The defect classifying unit identifies a defect image having a large specific shape, classifies the defect image as a shape defect including a carrot defect, identifies a point-like low-luminance defect image, And second classification means for classifying as follows.
炭化珪素基板は、可視域及び赤外域の波長光に対して透明である。従って、エリア照明を行う走査装置を用いて、可視域又は赤外域の波長の照明ビームで炭化珪素基板を走査すると、基板の内部に進入し基板の裏面で反射した反射光が対物レンズにより集光され、光検出手段に入射する。このような反射光が光検出手段に入射すると、検出感度が大幅に低下してしまう。そこで、本発明では、炭化珪素基板の裏面からの反射光の影響を除去するため、紫外域の波長の照明ビームを発生する光源装置を用いる。紫外域の波長光は、炭化珪素に対して不透明であるため、基板の裏面からの反射光が発生せず、検出感度が低下する不具合が防止される。尚、紫外域の波長光として、350nmよりも短波長側の紫外光を用いることが望ましい。 The silicon carbide substrate is transparent to wavelength light in the visible region and infrared region. Therefore, when a silicon carbide substrate is scanned with an illumination beam having a wavelength in the visible region or infrared region using a scanning device that performs area illumination, reflected light that enters the substrate and is reflected by the back surface of the substrate is collected by the objective lens. And enters the light detection means. When such reflected light is incident on the light detection means, the detection sensitivity is greatly reduced. Therefore, in the present invention, a light source device that generates an illumination beam having a wavelength in the ultraviolet region is used in order to remove the influence of reflected light from the back surface of the silicon carbide substrate. Since the wavelength light in the ultraviolet region is opaque with respect to silicon carbide, no reflected light is generated from the back surface of the substrate, and a problem that the detection sensitivity is lowered is prevented. It is desirable to use ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm as wavelength light in the ultraviolet region.
本発明による欠陥検査方法は、炭化珪素基板又は炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する欠陥を検出し、検出された欠陥を分類する欠陥検査方法であって、
微分干渉光学系を含む光学装置を用い、炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面を照明ビームにより走査し、炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面の微分干渉画像を形成する工程と、
撮像された微分干渉画像に基づいて欠陥を検出する欠陥検出工程と、
検出された欠陥の微分干渉画像に基づいて、検出された欠陥を分類する欠陥分類工程とを有することを特徴とする。
A defect inspection method according to the present invention is a defect inspection method for detecting defects present in a silicon carbide substrate or an epitaxial layer formed on a silicon carbide substrate, and classifying the detected defects.
Using an optical device including a differential interference optical system, scanning the surface of the silicon carbide substrate or epitaxial layer with an illumination beam to form a differential interference image of the surface of the silicon carbide substrate or epitaxial layer;
A defect detection step of detecting defects based on the imaged differential interference image;
A defect classification step of classifying the detected defect based on the differential interference image of the detected defect.
本発明による検査装置は、炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面の微分干渉画像を撮像しているので、基板表面又はエピタキシャル層の表面に形成された数nm〜数10nm程度の微小な凹凸を輝度画像として撮像することができる。従って、炭化珪素基板に特有の結晶欠陥である転位欠陥や形状欠陥等の各種欠陥を検出することが可能である。さらに、転位欠陥、マイクロパイプ欠陥及び形状欠陥の微分干渉画像は、欠陥ごとに形状や輝度分布が相違するので、微分干渉画像に基づいて欠陥を分類することが可能である。さらに、検出された欠陥はその種類に応じて分類されるので、炭化珪素基板をデバイスが形成される予定のチップ区域ごとに分割し、欠陥分類手段の分類結果を用いて各チップ区域ごとに検出された欠陥の種別及び/又は個数を示す欠陥分布データを出力することが可能になる。 Since the inspection apparatus according to the present invention captures a differential interference image of the surface of the silicon carbide substrate or the epitaxial layer, a luminance image of minute irregularities of about several nanometers to several tens of nanometers formed on the surface of the substrate or the epitaxial layer. Can be imaged. Therefore, it is possible to detect various defects such as dislocation defects and shape defects, which are crystal defects peculiar to the silicon carbide substrate. Furthermore, since the differential interference images of dislocation defects, micropipe defects, and shape defects have different shapes and luminance distributions for each defect, it is possible to classify the defects based on the differential interference images. Furthermore, since the detected defects are classified according to their types, the silicon carbide substrate is divided into chip areas in which devices are to be formed, and detected for each chip area using the classification results of the defect classification means. It becomes possible to output defect distribution data indicating the type and / or number of defects.
図1は本発明による光学装置の一例を示す線図である。本例では、光学装置として、微分干渉光学系を有する共焦点走査装置を用い、共焦点走査装置により炭化珪素基板の全面を走査して基板全面の微分干渉画像を撮像する。得られた微分干渉画像について種々の画像処理を行って欠陥及びその座標(アドレス)を検出する。また、検出された欠陥のアドレス情報を用いて、欠陥の微分干渉画像をレビューし、検出された欠陥を分類することができる。さらに、共焦点走査装置の特性としてZ軸方向(光軸方向)にスキャンが可能であるため、本発明による検査装置は、炭化珪素基板の微分干渉画像を撮像するだけでなく、検出された欠陥の共焦点画像を撮像し、共焦点画像から欠陥の3次元形状情報を取得することもでき、さらに、検出された欠陥の断面形状情報(表面輪郭情報)も取得することができる。従って、欠陥の種別を判定するに際し、欠陥の微分干渉画像、3次元形状、及び断面形状を用いることができ、さらに欠陥座標についての座標比較により欠陥の種別判定を行うことができる。 FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical device according to the present invention. In this example, a confocal scanning device having a differential interference optical system is used as the optical device, and the entire surface of the silicon carbide substrate is scanned by the confocal scanning device to capture a differential interference image on the entire surface of the substrate. Various image processing is performed on the obtained differential interference image to detect the defect and its coordinates (address). In addition, using the address information of the detected defect, the differential interference image of the defect can be reviewed and the detected defect can be classified. Furthermore, since the scanning can be performed in the Z-axis direction (optical axis direction) as a characteristic of the confocal scanning device, the inspection device according to the present invention not only captures the differential interference image of the silicon carbide substrate, but also detects the detected defect. The three-dimensional shape information of the defect can be acquired from the confocal image, and the cross-sectional shape information (surface contour information) of the detected defect can also be acquired. Therefore, when determining the defect type, the differential interference image of the defect, the three-dimensional shape, and the cross-sectional shape can be used, and the defect type can be determined by coordinate comparison of the defect coordinates.
図1を参照するに、照明光源1として、水銀ランプを用いる。尚、キセノンランプやレーザ光源等の水銀ランプ以外の種々の照明光源も用いることができる。照明光源1から出射した照明ビームは、複数の光ファイバが円形に積層された光ファイババンドル2に入射し、光ファイバを伝搬して、断面がほぼ円形の発散性ビームとして出射し、フィルタ3に入射する。フィルタ3は、入射した光ビームから緑の波長光(e線:波長546nm)を出射させる。フィルタから出射した光ビームは、集束性レンズ4により平行ビームに変換されてスリット5に入射する。スリット5は、集束性レンズ4の瞳位置に配置され、第1の方向(紙面と直交する方向)に延在する細長い開口部を有する。ここで、第1の方向は、X方向と称する。スリット5の開口部の幅は、例えば10〜20μmに設定する。従って、スリット5から第1の方向に延在する細長いライン状の光ビームが出射する。スリット5から出射したライン状の光ビームは、偏光子6に入射し、単一の振動面を持つ偏光した光に変換される。このライン状の偏光ビームは、ビームスプリッタとして機能するハーフミラー7で反射し、リレーレンズ8を経て振動ミラー9に入射する。
Referring to FIG. 1, a mercury lamp is used as the illumination light source 1. Various illumination light sources other than mercury lamps such as a xenon lamp and a laser light source can also be used. The illumination beam emitted from the illumination light source 1 is incident on an optical fiber bundle 2 in which a plurality of optical fibers are stacked in a circle, propagates through the optical fiber, and is emitted as a divergent beam having a substantially circular cross section. Incident. The filter 3 emits green wavelength light (e-line: wavelength 546 nm) from the incident light beam. The light beam emitted from the filter is converted into a parallel beam by the converging lens 4 and enters the
振動ミラー9には、駆動回路10が接続され、駆動回路10は信号処理装置11から供給される制御信号に基づき振動ミラーを駆動する。振動ミラー9は、入射するライン状の光ビームを第1の方向と直交する第2の方向(Y方向)に偏向する。信号処理装置11は、振動ミラーの角度情報に基づいて、光ビームのY方向の位置情報を有する。尚、振動ミラーの代りに、ポリゴンミラー等の他の走査装置を用いることも可能である。また、ステージ移動により走査する場合、振動ミラーは必ずしも必要ではない。振動ミラー9から出射したライン状の光ビームは、リレーレンズ12及び13を経て微分干渉光学系14に入射する。本例では、微分干渉光学系としてノマルスキープリズムを用いる。ノマルスキープリズム14に入射したライン状の偏光ビームは、振動面が互いに直交する2本のサブビームに変換される。これら2本のサブビーム間には、mを自然数とした場合に、(2m+1)π/2の位相差が与えられる。従って、SiC基板表面に形成された数nmの高さ変化を有する欠陥を輝度画像として検出することが可能である。また、ノマルスキープリズムのシャーリング量は、例えば2μmに設定する。尚、ノマルスキープリズム14は、光路に挿脱可能に配置され、SiC基板の共焦点微分干渉画像を撮像する場合光路中に挿入され、それ以外の場合、例えば試料の3次元画像を撮像する場合及び試料の表面輪郭像を撮像する場合、光路から外される。
A
ノマルスキープリズム14から出射した2本のサブビームは、対物レンズ15に入射する。対物レンズ15は、入射した2本のライン状のサブビームを集束し、ステージ16上に配置された観察すべき炭化珪素基板17に向けて投射する。従って、SiC基板17の表面は、第1の方向(X方向)に延在するライン状の2本のサブビームにより、直交する第2の方向(Y方向)に走査される。尚、検査すべき基板として、エピタキシャル層が形成されていないSiC基板及びエピタキシャル層が形成されているSiC基板の両方が用いられる。
The two sub beams emitted from the
ステージ16は、X方向及びY方向に移動可能なXYステージにより構成される。ステージの位置情報は、位置センサ18により検出され、ステージの位置情報が信号処理装置11に供給される。SiC基板17の全面を走査して欠陥を検出する場合、振動ミラー9を静止状態に維持し、ステージ16をY方向及びX方向にジッグザッグ状に移動させてSiC基板の全面を走査することができる。或いは、ステージ16を第1の方向に連続的に移動させ、振動ミラー9による第2の方向の走査と組み合わされて、SiC基板の全面について欠陥検査を行うこともできる。また、検出された欠陥のアドレスを用いてレビューする場合、欠陥の座標情報に基づいてステージをX及びY方向に移動させて欠陥を視野内に位置させ、振動ミラーを第2の方向にスキャンすることにより欠陥及びその付近の微分干渉画像を撮像することができる。
The
対物レンズ15にはモータ19及びモータ駆動回路20が接続され、信号処理装置11から供給される駆動制御信号により光軸方向に沿って移動することができる。対物レンズの光軸方向の位置は位置センサ21により検出され、信号処理装置11に供給される。ここで、モータ19は、対物レンズとステージ上のSiC基板との間の光軸方向の相対距離、すなわち、基板表面を走査する光ビームの集束点と基板表面との間の相対距離を変化させる手段として機能する。尚、対物レンズは、10nmの分解能で光軸方向に移動することができる。
A
共焦点走査装置の特性より、対物レンズ15を光軸方向に移動させながら振動ミラー9を駆動してSiC基板の表面の2次元共焦点画像を複数回撮像し、各画素毎に最大輝度値を発生する光軸方向の位置を検出することにより、SiC基板表面の3次元形状情報(3次元形状画像)を取得することができる。また、取得した3次元形状情報に基づき、SiC基板表面を断面として示す2次元形状情報(断面形状情報)を取得することができる。従って、エピタキシャル層に形成されたマイクロパイプ欠陥のように、中空孔の欠陥は、3次元形状情報又は断面形状情報を含む表面輪郭形状情報を取得することにより他の欠陥から区別して検出することが可能である。尚、2次元共焦点画像を撮像する場合、ノマルスキープリズム14は光路から外して撮像する。
Due to the characteristics of the confocal scanning device, the oscillating mirror 9 is driven while moving the
SiC基板の表面で反射した2本の反射ビームは、対物レンズ15により集光され、微分干渉光学系14に入射する。2本の反射サブビームは、微分干渉光学系14により合成され、SiC基板表面の高さ変化を位相差情報として含む干渉ビームが形成される。例えば、SiC基板の表面に数nm程度の凹状又は凸状の欠陥が存在する場合、SiC基板表面に入射した2本のサブビームのうち1本のサブビームが欠陥上を走査し、他方のサブビームは正常な表面部分を走査するので、2本のサブビーム間には欠陥の高さに応じた位相差が導入される。この結果、微分干渉光学系14から出射する干渉ビームは、結晶欠陥に起因してSiC基板の表面に出現した数nm程度の凹凸変化を位相差情報として含むことになる。
The two reflected beams reflected from the surface of the SiC substrate are collected by the
ノマルスキープリズム14から出射した干渉ビームは、元の光路を反対方向に伝搬し、リレーレンズ13及び12を経て振動ミラー9に入射し、振動ミラーによりデスキャンされる。振動ミラー9から出射した干渉ビームは、結像レンズとして作用するレンズ8を通過し、ハーフミラー7を透過し、検光子22に入射する。検光子22は、偏光子6に対して直交ニコルの関係に配置する。従って、ノマルスキープリズム14において合成された偏光以外の光は遮断され、微分干渉画像を構成する光だけが検光子21を透過する。
The interference beam emitted from the
検光子22を透過したライン状の干渉ビームは、ポジショナ23を経て撮像素子として作用するリニアイメージセンサ24に入射する。リニアイメージセンサ24は、第1の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、入射したライン状の干渉ビームを受光する。リニアイメージセンサの各受光素子は、干渉ビームに含まれる位相差情報を輝度情報に変換する。従って、SiC基板の表面又はエピタキシャル層の表面に形成された数nm程度の凹凸は輝度画像として表示される。リニアイメージセンサのライン状に配列された受光素子列は、枠により入射開口が制限されているから、各受光素子の前面にピンホールが配置されているものとほぼ同等である。従って、SiC基板表面からの反射光をリニアイメージセンサにより受光することにより、微分干渉光学系を有する共焦点光学系が構成される。
The line-shaped interference beam that has passed through the
リニアイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷は、信号処理装置11から供給される読出制御信号により順次読み出され、SiC基板表面の1次元画像信号として出力される。リニアイメージセンサから出力される1次元画像信号は、増幅器25で増幅され、カメラリンクを介して信号処理装置11に供給される。信号処理装置11は、画像処理ボードを有し、受け取った1次元画像信号、振動ミラーの位置情報、及びステージの位置情報等を用いてSiC基板表面の2次元画像を生成する。また、生成された2次元画像についてフィルタリング処理、2値化処理及び閾値比較処理を含む種々の画像処理を行って欠陥を検出すると共にその座標を取得する。
The electric charge accumulated in each light receiving element of the linear image sensor is sequentially read out by a read control signal supplied from the
SiC基板は、可視光の波長域において透明である。このため、SiC基板の表面を光ビームにより走査すると、入射した光ビームがSiC基板の内部を透過し、SiC基板の裏面で反射した反射光が検出器に入射し、解像度が低下する不都合がある。このため、微分干渉顕微鏡によりSiC基板を撮像する場合及びレーザ散乱方式により欠陥を検出する場合共に解像度が低く、欠陥検出の精度が低下する欠点がある。これに対して、本発明による共焦点型の検査装置では、リニアイメージセンサの前面にピンホールが配置されたものとほぼ等価な構成を有するので、SiC基板を透過し裏面で反射した光は、光路から外れリニアイメージセンサの受光素子に入射せず、SiC基板の表面で反射した反射光だけがリニアイメージセンサに入射する。この結果、本発明による検査装置を用いることにより、微分干渉顕微鏡により得られる微分干渉画像よりも高い解像度の共焦点微分干渉画像を撮像することができ、一層高い検出精度で欠陥検出を行うことが可能である。 The SiC substrate is transparent in the visible light wavelength range. For this reason, when the surface of the SiC substrate is scanned with a light beam, the incident light beam is transmitted through the inside of the SiC substrate, and the reflected light reflected from the back surface of the SiC substrate is incident on the detector, resulting in a decrease in resolution. . For this reason, both the case where the SiC substrate is imaged by the differential interference microscope and the case where the defect is detected by the laser scattering method have a drawback that the resolution is low and the accuracy of the defect detection is lowered. In contrast, the confocal inspection apparatus according to the present invention has a configuration that is substantially equivalent to a pinhole disposed on the front surface of the linear image sensor. Out of the optical path, it does not enter the light receiving element of the linear image sensor, but only the reflected light reflected by the surface of the SiC substrate enters the linear image sensor. As a result, by using the inspection apparatus according to the present invention, it is possible to capture a confocal differential interference image having a higher resolution than the differential interference image obtained by the differential interference microscope, and to perform defect detection with higher detection accuracy. Is possible.
微分干渉光学系は、試料表面に形成された数nm程度の微少な凹凸を位相差として検出するので、刃状転位欠陥や基底面内転位等の基板に存在する結晶欠陥に起因してSiC基板表面に深さが数nm程度のピット(凹部)が形成されている場合、ピットの画像を輝度画像として検出することが可能である。さらに、突起欠陥や凹状欠陥に関して、微分干渉画像上において、上向きの斜面及び下向きの斜面は低輝度画像又は高輝度画像として検出されるので、撮像された微分干渉画像に表示された明暗の輝度変化に基づいて凹状欠陥であるか又は凸状欠陥であるかも判別することが可能である。従って、撮像された明暗の微分干渉画像に基づいて、ピット欠陥であるか又はバンプ欠陥であるかも容易に判別することができる。 The differential interference optical system detects minute irregularities of about several nanometers formed on the sample surface as a phase difference, so that SiC substrates are caused by crystal defects existing on the substrate such as edge dislocation defects and dislocations in the basal plane. When pits (concave portions) having a depth of several nanometers are formed on the surface, it is possible to detect a pit image as a luminance image. Furthermore, with respect to protrusion defects and concave defects, upward and downward slopes are detected as low-intensity images or high-intensity images on the differential interference image, so the brightness change between the brightness and darkness displayed in the captured differential interference image It is possible to determine whether the defect is a concave defect or a convex defect. Therefore, it is possible to easily determine whether the defect is a pit defect or a bump defect based on the captured bright and dark differential interference image.
図1に示す光学装置は微分干渉光学系を有する共焦点走査装置を構成するから、SiC基板表面の共焦点微分干渉画像を撮像することができ、さらに、SiC基板表面の3次元輪郭形状情報及びSiC基板表面の輪郭を断面画像として示す表面輪郭形状情報も取得することができる。すなわち、共焦点光学系の特性として、走査ビームの集束点が試料表面に位置したとき、最大輝度の反射光がリニアイメージセンサに入射し、走査ビームの集束点が試料表面から変位するにしたがってリニアイメージセンサに入射する反射ビームの光量が低下する。従って、対物レンズを光軸方向に沿って移動させながら、すなわちライン状の走査ビームの集束点を光軸方向に沿って移動させながら、振動ミラーにより走査して複数の2次元共焦点画像を撮像し、リニアイメージセンサの最大輝度信号を発生する対物レンズの光軸方向の位置を各画素ごとに検出することにより、SiC基板表面の輪郭を示す3次元形状情報が取得される。また、取得した3次元形状情報から、SiC基板を任意の面で切って示す表面輪郭を断面として示す表面輪郭情報も取得することが可能である。従って、検出された欠陥の3次元画像を撮像することにより、欠陥の形状を立体的に表示することが可能であり、欠陥の種別判定に有益な情報を得ることができる。 Since the optical apparatus shown in FIG. 1 constitutes a confocal scanning apparatus having a differential interference optical system, a confocal differential interference image on the surface of the SiC substrate can be taken, and further, three-dimensional contour shape information on the surface of the SiC substrate and It is also possible to acquire surface contour shape information indicating the contour of the SiC substrate surface as a cross-sectional image. That is, as a characteristic of the confocal optical system, when the focal point of the scanning beam is located on the sample surface, reflected light having the maximum luminance is incident on the linear image sensor, and linearly as the focal point of the scanning beam is displaced from the sample surface. The amount of reflected beam incident on the image sensor is reduced. Therefore, while moving the objective lens along the optical axis direction, that is, moving the focusing point of the line-shaped scanning beam along the optical axis direction, scanning with the vibrating mirror captures a plurality of two-dimensional confocal images. Then, by detecting the position in the optical axis direction of the objective lens that generates the maximum luminance signal of the linear image sensor for each pixel, three-dimensional shape information indicating the contour of the SiC substrate surface is acquired. Further, from the acquired three-dimensional shape information, it is also possible to acquire surface contour information that indicates a surface contour that shows a SiC substrate cut by an arbitrary surface as a cross section. Therefore, by capturing a three-dimensional image of the detected defect, the shape of the defect can be displayed in three dimensions, and information useful for determining the type of defect can be obtained.
次に、SiC基板及びエピタキシャル層に形成される欠陥が、本発明による検査装置により撮像される微分干渉画像においていかなる形態のものとして撮像されるかについて説明する。
[形状欠陥]
トライアングル欠陥、キャロット欠陥、コメット欠陥等の形状欠陥は、サイズの大きな凹状欠陥であり、三角形状やキャロット形状等の特有の形状を有する欠陥である。従って、微分干渉画像として、特有の形状を有する低輝度画像が撮像される。
[マイクロパイプ欠陥]
マイクロパイプは中空孔の形態をした欠陥である。従って、走査ビームがマイクロパイプ欠陥上を走査した際、孔の底面からの反射光がリニアイメージセンサに入射せず又は微少光量の反射光しか入射しないため、点状の低輝度画像として検出される。
[刃状転位欠陥]
刃状転位欠陥は、SiC基板又はエピタキシャル層の表面上においてピット構造として出現する。従って、下向き及び上向きの2つの傾斜面を有する構造形態を有し、微分干渉画像においては低輝度の画像部分と高輝度の画像部分とが結合した特有の明暗の輝度画像として検出される。
[螺旋転位欠陥]
螺旋転位は、刃状転位欠陥と同様にSiC基板及びエピタキシャル層の表面においてピット構造として出現し、明暗の輝度画像として検出される。
[基底面内欠陥]
基底面内欠陥は、SiC基板の表面及びエピタキシャル層の表面において、ピット構造として出現する。従って、微分干渉画像において、明暗の輝度画像として検出される。
[バンプ]
バンプは、突起状の欠陥であり、上向きの斜面と下向きの斜面を有するので、明暗の輝度画像として検出される。ただし、高輝度画像部分と低輝度画像部分との発生順序が走査方向に沿ってピット欠陥(転位欠陥)とは反対の関係にある。よって、高輝度画像部分と低輝度画像部分との発生順序の相違により転位欠陥から識別される。
[ステップバンチング]
エピタキシャル層をステップフロー成長法により形成する場合、ステップバンチングが発生する場合がある。このステップバンチングは、炭化珪素基板に設けたオリエンテーションフラットに対して直交する方向に延在する段差欠陥である。ステップバンチングの微分干渉画像は、基板のオリフラと直交する方向に延在するライン状の低輝度画像として撮像される。従って、基板のオリフラと直交する方向に延在するライン状の低輝度画像はステップバンチングとして分類される。
[異物付着]
表面に異物が付着した場合、金属等の反射率の高い異物が付着した場合点状の高輝度画像として検出され、反射率の低い異物が付着した場合点状の暗い低輝度画像として検出される。
[スクラッチ]
基板の研磨処理中にスクラッチが形成される場合がある。このスクラッチは、線状の凹部構造であるので、共焦点微分干渉画像上線状の明暗の輝度画像として検出される。
Next, it will be described in what form the defect formed in the SiC substrate and the epitaxial layer is captured in the differential interference image captured by the inspection apparatus according to the present invention.
[Shape defects]
Shape defects such as a triangle defect, a carrot defect, and a comet defect are concave defects having a large size, and are defects having a specific shape such as a triangular shape or a carrot shape. Therefore, a low-intensity image having a specific shape is captured as a differential interference image.
[Micropipe defects]
Micropipes are defects in the form of hollow holes. Therefore, when the scanning beam scans over the micropipe defect, the reflected light from the bottom surface of the hole does not enter the linear image sensor or only a small amount of reflected light, so that it is detected as a dot-like low luminance image. .
[Edge dislocation defects]
Edge dislocation defects appear as pit structures on the surface of the SiC substrate or epitaxial layer. Therefore, it has a structural form having two downward and upward inclined surfaces, and in the differential interference image, it is detected as a specific bright and dark luminance image in which the low luminance image portion and the high luminance image portion are combined.
[Spiral dislocation defects]
Similar to the edge dislocation defect, the screw dislocation appears as a pit structure on the surface of the SiC substrate and the epitaxial layer, and is detected as a bright and dark luminance image.
[Flaws in the basal plane]
The defects in the basal plane appear as pit structures on the surface of the SiC substrate and the surface of the epitaxial layer. Therefore, the differential interference image is detected as a bright and dark luminance image.
[bump]
The bump is a protrusion-like defect and has an upward slope and a downward slope, and is thus detected as a bright and dark luminance image. However, the generation order of the high luminance image portion and the low luminance image portion is opposite to the pit defect (dislocation defect) along the scanning direction. Therefore, the high-definition image portion and the low-luminance image portion are identified from the dislocation defect by the difference in generation order.
[Step bunching]
When the epitaxial layer is formed by the step flow growth method, step bunching may occur. This step bunching is a step defect extending in a direction orthogonal to the orientation flat provided on the silicon carbide substrate. The differential interference image of step bunching is taken as a line-like low-intensity image extending in a direction orthogonal to the orientation flat of the substrate. Therefore, the line-like low-luminance image extending in the direction orthogonal to the orientation flat of the substrate is classified as step bunching.
[Foreign matter adhesion]
When a foreign object adheres to the surface, a foreign object with high reflectivity such as metal is detected as a dot-like high-intensity image, and when a foreign object with low reflectivity adheres, it is detected as a dot-like dark low-intensity image .
[scratch]
Scratches may be formed during the polishing process of the substrate. Since this scratch has a linear concave structure, it is detected as a linear bright and dark luminance image on the confocal differential interference image.
次に、欠陥検査方法について説明する。SiC基板の特性として、SiC基板に転位欠陥が存在する場合、その後エピタキシャル層が形成されると、SiC基板の表面に存在する転位欠陥がエピタキシャル層中に伝搬する特性がある。例えば、エピタキシャル層が形成される前のSiC基板に基底面内転位が形成されている場合、当該SiC基板にエピタキシャル層が形成されると、当該基底面内転位はエピタキシャル層において刃状転位欠陥となり、或いは基底面内転位欠陥となる。また、エピタキシャル層に形成されるキャロット欠陥やハーフムーン欠陥等の特有な形状を有する欠陥は、SiC基板の螺旋転位に起因して形成される場合が多い。これらSiC基板の特性を鑑み、本発明による欠陥検査方法として、以下の2つの手法を用いることができる。第1の検査方法は、エピタキシャル層形成前にSiC基板の全面について走査を行い、SiC基板表面の全面にわたる微分干渉画像を取得し、微分干渉画像から欠陥及びその座標を検出する。その後、当該SiC基板についてエピタキシャル層を形成する。そして、エピタキシャル層が形成された後のエピタキシャル層の全面について走査を行い、エピタキシャル層全面の微分干渉画像を撮像する。そして、エピタキシャル層が形成された後のSiC基板について欠陥検出を行う。この方法では、エピタキシャル層の形成前後の微分干渉画像が得られるので、エピタキシャル層の形成前後の欠陥画像比較を行うことが可能である。また、エピタキシャル層の成長中に形成された欠陥も検出することができる。 Next, the defect inspection method will be described. As a characteristic of the SiC substrate, when a dislocation defect exists in the SiC substrate, the dislocation defect existing on the surface of the SiC substrate propagates into the epitaxial layer when an epitaxial layer is formed thereafter. For example, if basal plane dislocations are formed on the SiC substrate before the epitaxial layer is formed, the basal plane dislocations become edge dislocation defects in the epitaxial layer when the epitaxial layer is formed on the SiC substrate. Or, it becomes a dislocation defect in the basal plane. In addition, defects having specific shapes such as carrot defects and half-moon defects formed in the epitaxial layer are often formed due to screw dislocations in the SiC substrate. In view of the characteristics of these SiC substrates, the following two methods can be used as the defect inspection method according to the present invention. In the first inspection method, the entire surface of the SiC substrate is scanned before forming the epitaxial layer, a differential interference image over the entire surface of the SiC substrate is acquired, and defects and their coordinates are detected from the differential interference image. Thereafter, an epitaxial layer is formed on the SiC substrate. Then, scanning is performed on the entire surface of the epitaxial layer after the epitaxial layer is formed, and a differential interference image is captured on the entire surface of the epitaxial layer. Then, defect detection is performed on the SiC substrate after the epitaxial layer is formed. In this method, since differential interference images before and after the formation of the epitaxial layer are obtained, it is possible to compare defect images before and after the formation of the epitaxial layer. It is also possible to detect defects formed during the growth of the epitaxial layer.
第2の検査方法は、図1に示す本発明による検査装置を用いて、エピタキシャル層が形成される前のSiC基板表面の全面にわたって共焦点微分干渉画像を撮像し、取得した共焦点微分干渉画像について画像処理を行って欠陥及びそのアドレス(座標情報)を取得する。次に、検査後のSiC基板についてエピタキシャル層を形成する。続いて、エピタキシャル層が形成されたSiC基板を検査装置に再度装着し、エピタキシャル層の表面について、先の欠陥検査により検出された欠陥アドレスにより指定された部位を検査装置の視野内に位置決めして、エピタキシャル層表面の微分干渉画像を撮像する。そして、エピタキシャル層表面の欠陥の微分干渉画像について、欠陥の形状、大きさ、輝度分布の観点から欠陥を分類する。この検査方法によれば、エピタキシャル層が形成された後の基板の全面について共焦点微分干渉画像を撮像せず、基板に一部についてだけ撮像するため、検査時間が短縮される利点がある。 The second inspection method uses the inspection apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 to capture a confocal differential interference image over the entire surface of the SiC substrate before the epitaxial layer is formed, and to obtain the acquired confocal differential interference image. Image processing is performed for the defect and its address (coordinate information) is acquired. Next, an epitaxial layer is formed on the SiC substrate after inspection. Subsequently, the SiC substrate on which the epitaxial layer is formed is mounted again on the inspection apparatus, and the portion designated by the defect address detected by the previous defect inspection is positioned in the visual field of the inspection apparatus on the surface of the epitaxial layer. Then, a differential interference image on the surface of the epitaxial layer is taken. Then, with respect to the differential interference image of the defects on the surface of the epitaxial layer, the defects are classified from the viewpoint of the shape, size, and luminance distribution of the defects. According to this inspection method, since the confocal differential interference image is not captured on the entire surface of the substrate after the epitaxial layer is formed, but only a part is captured on the substrate, there is an advantage that the inspection time is shortened.
図2は、欠陥検出及び欠陥分類を行う信号処理装置11の一例を示す線図である。本例では、エピタキシャル層が形成される前のSiC基板の全面を走査して欠陥検出を行うと共に、エピタキシャル層が形成された後のSiC基板の全面について欠陥検出を行い、これらの結果に基づいて欠陥分類を行う。勿論、エピタキシャル層が形成される前の炭化珪素基板について欠陥検査を行って検出された欠陥を分類することができ、或いは、エピタキシャル層が形成された後の炭化珪素基板について欠陥検査を行い、検出された欠陥を分類することも可能である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the
リニアイメージセンサ24から出力され、増幅器25により増幅された1次元画像信号は、A/D変換器30によりデジタル信号に変換され、信号処理装置11に供給される。また、基板を支持するステージ16の位置を示すステージ位置信号(デジタル信号)も信号処理装置11に供給する。さらに、対物レンズの光軸方向の位置を示す位置センサ21から出力される対物レンズ位置信号(デジタル信号)も信号処理装置11に供給する。本例では、信号処理装置11は、コンピュータにより実行されるソフトウェアで構成され、各種の手段は、制御手段31の制御のもとで動作するものとする。尚、制御手段31からの信号線は図面が交錯するため、図示しないものとする。
The one-dimensional image signal output from the
信号処理装置11に入力した1次元画像信号は、2次元画像生成手段32に送られて2次元画像、すなわち2次元微分干渉画像が形成される。2次元画像信号は第1の画像メモリ33に供給され、エピタキシャル層が形成される前のSiC基板表面の微分干渉画像が第1の画像メモリ33に蓄積される。2次元画像生成手段32により形成された2次元画像信号は欠陥検出手段34に供給される。欠陥検出手段34には、ステージ位置信号及びリニアイメージセンサの各受光素子の位置情報も供給される。欠陥検出手段34は、フィルタリング手段、2値化手段及び閾値比較手段を含み、入力した2次元画像について画像処理を行って欠陥を検出する。同時に、ステージ位置信号及びリニアイメージセンサの各受光素子の位置情報を用いて、検出された欠陥の座標(アドレス情報)も取得する。そして、欠陥が検出された際、検出された欠陥の識別番号とその座標情報を対として、第1の欠陥メモリ35に記憶する。
The one-dimensional image signal input to the
SiC基板に形成された欠陥を観察する場合、制御手段31の制御のもとで、レビューを希望する欠陥の微分干渉画像を観察することができる。この場合、制御手段は以下の処理を実行する。すなわち、第1の欠陥メモリ35にアクセスし、キーボートを介して入力された欠陥識別番号により特定される欠陥アドレスを取得する。続いて、第1の画像メモリ33にアクセスし、取得されたアドレスの所定のサイズの画像を取り出し、SiC基板の欠陥画像として出力し、モニタ上に表示することができる。また、SiC基板の欠陥を分類する場合、制御手段31の制御のもとで、欠陥メモリに記憶されている欠陥の座標情報を用いて第1の画像メモリから欠陥画像を取り出して欠陥画像を欠陥分類手段36に供給する。そして、欠陥分類手段36において、欠陥の種別を判定する。
When observing a defect formed on the SiC substrate, a differential interference image of a defect desired to be reviewed can be observed under the control of the control means 31. In this case, the control means executes the following processing. That is, the
SiC基板についての欠陥検査が終了した後、当該SiC基板は、エピタキシャル層成長装置に送られ、SiC基板上にエピタキシャル層(単結晶層)が形成される。 After the defect inspection of the SiC substrate is completed, the SiC substrate is sent to an epitaxial layer growth apparatus, and an epitaxial layer (single crystal layer) is formed on the SiC substrate.
エピタキシャル層が形成された基板は、欠陥検査を行った検査装置に再度装着されて前述した欠陥検査が行われ、エピタキシャル層表面について欠陥の検出及び欠陥座標の取得が行われる。すなわち、2次元画像生成手段32によりエピタキシャル層表面の2次元微分干渉画像が生成され、生成された2次元画像は第2の画像メモリ37に蓄積する。また、生成された微分干渉画像は欠陥検出手段34に送られ、エピタキシャル層表面に形成された欠陥が検出され、検出された欠陥の座標は識別番号と共に第2の欠陥メモリ38に蓄積される。従って、第2の欠陥メモリ38には、欠陥の識別番号とそのアドレスとが対として記憶される。
The substrate on which the epitaxial layer is formed is mounted again on the inspection apparatus that has performed the defect inspection, and the above-described defect inspection is performed, and defect detection and defect coordinate acquisition are performed on the surface of the epitaxial layer. That is, a two-dimensional differential interference image on the surface of the epitaxial layer is generated by the two-dimensional image generation means 32, and the generated two-dimensional image is stored in the
エピタキシャル層についての欠陥検査と並行して又は欠陥検査が終了した後、検出された欠陥について欠陥分類が行われる。欠陥検出手段34が欠陥を検出すると、識別番号を付与し、識別番号と欠陥のアドレスとが対として欠陥メモリに記憶される。同時に、画像メモリ37にアクセスし、欠陥のアドレス情報により指定された位置における所定のサイズの画像が識別番号及び欠陥アドレスと共に欠陥分類手段36に供給され、欠陥の微分干渉画像に基づいて欠陥分類が行われる。
In parallel with the defect inspection for the epitaxial layer or after the defect inspection is completed, defect classification is performed on the detected defect. When the defect detection means 34 detects a defect, an identification number is assigned, and the identification number and the defect address are stored in the defect memory as a pair. At the same time, the
図3は本発明による欠陥分類方法の一例を示す図である。ステップ1において、欠陥画像の形状及び大きさに基づく欠陥分類1を実行する。エピタキシャル層に形成された欠陥として、キャロット欠陥、トライアングル欠陥、コメット欠陥、ハーフムーン欠陥等の特有の形状を有する欠陥はデバイスの製造に致命的なキラー欠陥である。これらのキラー欠陥は、微分干渉画像として撮像された場合、比較的大きなサイズであって特有の形状を有する低輝度画像として検出され、他の欠陥から明瞭に識別される。そこで、本例では、初めに、欠陥画像の形状及び大きさに基づき、特有の形状を有するサイズの大きな低輝度画像を抽出し、形状欠陥として分類する。そして、分類された形状欠陥について、輝度画像の形状に基づき、キャロット欠陥、トライアングル欠陥、コメット欠陥等に分類する(ステップ1)。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a defect classification method according to the present invention. In step 1, defect classification 1 based on the shape and size of the defect image is executed. As defects formed in the epitaxial layer, defects having specific shapes such as carrot defects, triangle defects, comet defects, and half-moon defects are killer defects that are fatal to the manufacture of devices. When these killer defects are captured as differential interference images, they are detected as low-luminance images having a relatively large size and a specific shape, and are clearly distinguished from other defects. Therefore, in this example, first, a large-sized low-luminance image having a specific shape is extracted based on the shape and size of the defect image, and is classified as a shape defect. Then, the classified shape defects are classified into carrot defects, triangle defects, comet defects and the like based on the shape of the luminance image (step 1).
続いて、ステップ1において識別されなかった欠陥像について、欠陥画像の形状及び大きさに基づく欠陥分類2を実行する(ステップ2)。この分類工程では、マイクロパイプ欠陥を分類する。マイクロパイプ欠陥はデバイスの製造に致命的なキラー欠陥である。マイクロパイプ欠陥は、中空孔であるから、照明ビームにより走査した場合、エピタキシャル層からの反射光が発生せず又は規定値よりも相当低い輝度の反射光が発生する。よって、マイクロパイプ欠陥による微分干渉画像は、点状の低輝度画像となる。従って、ステップ2において、点状の低輝度画像として検出された欠陥像についてはマイクロパイプ欠陥として分類する。 Subsequently, defect classification 2 based on the shape and size of the defect image is executed for the defect image not identified in step 1 (step 2). In this classification step, micropipe defects are classified. Micropipe defects are killer defects that are fatal to device manufacturing. Since the micropipe defect is a hollow hole, when scanning with an illumination beam, reflected light from the epitaxial layer is not generated, or reflected light having a luminance considerably lower than a specified value is generated. Therefore, the differential interference image due to the micropipe defect is a point-like low-brightness image. Therefore, in step 2, the defect image detected as a point-like low-luminance image is classified as a micropipe defect.
続いて、ステップ1及び2において分類されなかった欠陥画像について、欠陥像の輝度分布に基づいて分類を行う(ステップ3)。貫通螺旋転位欠陥、基底面内欠陥、刃状転移欠陥等の転位欠陥はデバイスに製造に致命的なキラー欠陥に該当しない欠陥である。これらの転位欠陥は、エピタキシャル層表面にピットとして出現する。ピットは、照明ビームの走査方向にそって下向きの斜面と上向きの斜面を有するので、高輝度画像部分と低輝度画像部分とが結合した明暗画像として撮像される。そこで、明暗の輝度分布を有する欠陥像は、転位欠陥として分類する(ステップ3)。 Subsequently, the defect images not classified in steps 1 and 2 are classified based on the luminance distribution of the defect image (step 3). Dislocation defects such as threading screw dislocation defects, defects in the basal plane, and edge transition defects are defects that do not correspond to killer defects that are fatal to the manufacture of the device. These dislocation defects appear as pits on the surface of the epitaxial layer. Since the pit has a downward slope and an upward slope along the scanning direction of the illumination beam, the pit is captured as a bright and dark image in which the high-luminance image portion and the low-luminance image portion are combined. Therefore, the defect image having the brightness distribution of light and dark is classified as a dislocation defect (step 3).
続いて、凸状欠陥であるバンプ欠陥を分類する(ステップ4)。バンプ欠陥も明暗の輝度分布画像として検出されるが、高輝度画像部分と低輝度画像部分の発生順序が走査方向に沿ってピットとは逆の関係にある。よって、高輝度画像部分と低輝度画像部分の発生順序が反対の明暗画像は、バンプ欠陥として分類することができる。 Subsequently, bump defects that are convex defects are classified (step 4). Bump defects are also detected as bright and dark luminance distribution images. However, the generation order of the high luminance image portion and the low luminance image portion is opposite to the pits along the scanning direction. Therefore, a bright and dark image in which the generation order of the high luminance image portion and the low luminance image portion is opposite can be classified as a bump defect.
続いて、ステップ1〜4で識別されなかった欠陥像について、ステップバンチングを検出する(ステップ5)。ステップバンチングは、ステップフロー成長法によりエピタキシャル層を形成する場合の特有の段差欠陥である。このステップバンチングは、基板に形成されたオリエンテーションフラットに対して直交する方向に延在するライン状の低輝度画像として検出される。従って、オリエンテーションフラットに対して直交する方向に延在するライン状の低輝度画像はステップバンチングとして分類する(ステップ5)。 Subsequently, step bunching is detected for the defect image not identified in steps 1 to 4 (step 5). Step bunching is a characteristic step defect when an epitaxial layer is formed by a step flow growth method. This step bunching is detected as a line-like low-brightness image extending in a direction orthogonal to the orientation flat formed on the substrate. Therefore, the line-like low-brightness image extending in the direction orthogonal to the orientation flat is classified as step bunching (step 5).
ステップ1〜5において識別されなかった欠陥像について、スクラッチによる欠陥を識別する(ステップ6)。スクラッチは、研磨工程で発生する欠陥であり、線状の凹状欠陥である。従って、線状の明暗画像はスクラッチとして分類される。 A defect caused by scratch is identified for the defect image not identified in steps 1 to 5 (step 6). Scratches are defects generated in the polishing process, and are linear concave defects. Therefore, the linear bright and dark image is classified as a scratch.
ステップ1〜6において識別されなかった欠陥像について、異物付着による欠陥を識別する(ステップ7)。高反射率の金属等の異物が付着した異物付着による欠陥像は、高輝度の点状画像として撮像される。従って、高輝度の点状画像は、異物付着による欠陥として分類される(ステップ7)。 For the defect image not identified in steps 1 to 6, a defect due to foreign matter adhesion is identified (step 7). A defect image resulting from the adhesion of a foreign substance such as a highly reflective metal is captured as a high-luminance point image. Therefore, the high-luminance point image is classified as a defect due to foreign matter adhesion (step 7).
ステップ1〜7において識別されなかった欠陥像は、上述した7種類の欠陥以外のその他の欠陥として分類される(ステップ8)。 The defect images not identified in steps 1 to 7 are classified as other defects other than the above-described seven types of defects (step 8).
尚、エピタキシャル層が形成される前のSiC基板表面についての欠陥分類も、上述した欠陥分類手法を適用することができる。尚、SiC基板においては、キャロット欠陥、トライアングル欠陥、コメット欠陥等の形状欠陥及びステップバンチングは存在しないが、マイクロパイプ欠陥や転位欠陥或いはスクラッチ等の欠陥は上述した欠陥分類により識別される。 The defect classification method described above can also be applied to the defect classification on the SiC substrate surface before the epitaxial layer is formed. In SiC substrates, there are no shape defects such as carrot defects, triangle defects, and comet defects, and step bunching. However, defects such as micropipe defects, dislocation defects, and scratches are identified by the defect classification described above.
上述した7つの欠陥の全てについて分類する必要はなく、デバイスの製造に必要な欠陥についてだけ分類することも可能である。例えば、トライアングル欠陥はデバイスの製造に致命的なキラー欠陥である。従って、キラー欠陥だけを識別し、残りの欠陥をその他の欠陥として処理することも可能である。或いは、転位欠陥は、その個数が少数の場合デバイスの製造に問題は生じないが、多数の転位欠陥が形成された場合デバイスの信頼性を劣化させるおそれがある。従って、欠陥分類工程において、形状欠陥及び転位欠陥を識別し、それ以外の欠陥を識別しない処理を実行することも可能である。すなわち、欠陥分類工程において分類される欠陥の種類は、検査装置の目的や設計思想に基づいて適宜設定することができる。 It is not necessary to classify all the seven defects described above, and it is possible to classify only the defects necessary for manufacturing the device. For example, a triangle defect is a killer defect that is fatal to the manufacture of a device. Thus, it is possible to identify only killer defects and treat the remaining defects as other defects. Alternatively, when the number of dislocation defects is small, there is no problem in manufacturing the device, but when a large number of dislocation defects are formed, the reliability of the device may be deteriorated. Therefore, in the defect classification step, it is possible to execute a process in which shape defects and dislocation defects are identified and other defects are not identified. That is, the type of defect classified in the defect classification process can be set as appropriate based on the purpose and design concept of the inspection apparatus.
図2を参照して、本発明による検査装置の欠陥分類手段36の処理内容について説明する。欠陥検出処理と並行して又は欠陥検出処理が終了した後、欠陥分類が行われる。本例の欠陥分類手段36は、一例として第1〜第8の分類手段40〜47を有し、入力した欠陥画像がいかなる欠陥に起因して形成された欠陥像かを判定する。初めに、欠陥画像は第1の分類手段40に供給される。第1の分類手段40は、入力した画像について形状及び大きさに基づいて分類を行う。すなわち、第1の分類手段40は、キャロット欠陥やコメット欠陥等の特有の画像に関する基準となる形状情報を有し、受け取った欠陥画像が特有の形状に類似するか否か判定する。この形状判定により、比較的大きなサイズであって特有の形状を有する欠陥画像が識別され、トライアングル欠陥、キャロット欠陥又はコメット欠陥等の形状欠陥として分類される。
With reference to FIG. 2, the processing content of the defect classification means 36 of the inspection apparatus according to the present invention will be described. In parallel with the defect detection process or after the defect detection process is completed, defect classification is performed. The defect classification means 36 of this example has the 1st-8th classification means 40-47 as an example, and determines whether the inputted defect image is a defect image formed due to what kind of defect. First, the defect image is supplied to the first classification means 40. The first classification means 40 classifies the input image based on the shape and size. That is, the first classifying
第1の分類手段40により形状欠陥と判定されなかった欠陥画像は第2の分類手段41に供給される。第2の分類手段41は、入力した欠陥画像が数μm〜数10μm程度のサイズの点状の低輝度画像か否かを判定する。判定結果として、点状の低輝度画像に該当する場合、当該欠陥はマイクロパイプ欠陥であると判定する。
A defect image that has not been determined as a shape defect by the first classifying means 40 is supplied to the second classifying means 41. The
マイクロパイプ欠陥として識別されなかった欠陥画像は第3の分類手段42に供給される。第3の分類手段42は、転位欠陥を識別する。第3の分類手段は、入力した欠陥画像が高輝度の画像部分と低輝度の画像部分とが結合した明暗画像か否かを判定すると共に高輝度画像部分と低輝度画像部分の発生順序を判定する。判定結果として、入力した欠陥画像が明暗画像であり、明及び暗の画像部分の発生順序が所定の順序の場合、入力した欠陥画像は転位欠陥による欠陥像であると判定する。 A defect image that has not been identified as a micropipe defect is supplied to the third classification means 42. The third classification means 42 identifies dislocation defects. The third classifying unit determines whether the input defect image is a bright and dark image obtained by combining the high-luminance image portion and the low-luminance image portion, and determines the generation order of the high-luminance image portion and the low-luminance image portion. To do. As a determination result, when the input defect image is a bright and dark image and the generation order of the bright and dark image portions is a predetermined order, it is determined that the input defect image is a defect image due to a dislocation defect.
転位欠陥であると判定されなかった欠陥画像は第4の分類手段43に供給される。第4の分類手段はバンプ欠陥を識別する。第4の分類手段は、入力した欠陥画像が高輝度の画像部分と低輝度の画像部分とが結合した明暗画像か否かを判定すると共に高輝度画像部分と低輝度画像部分の発生順序を判定する。判定結果として、入力した欠陥画像が明暗画像であり、明及び暗の画像部分の発生順序が所定の順序の場合、入力した欠陥画像はバンプ欠陥による欠陥像であると判定する。
A defect image that has not been determined to be a dislocation defect is supplied to the
バンプ欠陥であると判定されなかった場合、当該欠陥像は第5の分類手段44に供給され、ステップバンチングによる欠陥像か否か判定される。ステップバンチングによる欠陥像は、基板に形成されたオリエンテーションフラットと直交する方向に延在する線状の低輝度画像である。従って、第5の分類手段44は、入力した欠陥像がオリフラと直交する方向に延在する低輝度画像の場合、当該欠陥像はステップバンチングによる欠陥像であると識別する。
If it is not determined that the defect is a bump defect, the defect image is supplied to the
第5分類手段により識別されなかった場合、当該欠陥像は第6の分類手段45に供給される。第6の分類手段は、スクラッチによる欠陥像を識別する。スクラッチは、線状の研磨痕であり、線状の凹状欠陥である。従って、スクラッチによる欠陥像は、線状の明暗画像として撮像される。第6の分類手段45は、入力した欠陥像が線状の明暗画像の場合、当該欠陥像はスクラッチによる欠陥と判定する。
If the defect image is not identified by the fifth classification means, the defect image is supplied to the sixth classification means 45. The sixth classification means identifies a defect image due to scratches. A scratch is a linear polishing mark and a linear concave defect. Therefore, the defect image due to scratch is captured as a linear bright and dark image. When the input defect image is a linear bright and dark image, the
第6の分類手段により識別されなかった欠陥像は、第7の分類手段46に供給される。第7の分類手段は、異物付着欠陥を識別する。金属等の高反射率の異物が付着した場合、点状の高輝度画像として撮像される。従って、第7の分類手段は、入力した欠陥像が点状の高輝度画像の場合、当該欠陥像は異物付着による欠陥と判定する。 The defect image that has not been identified by the sixth classification means is supplied to the seventh classification means 46. The seventh classification means identifies foreign matter adhesion defects. When a foreign object having a high reflectance such as metal adheres, it is captured as a dot-like high-intensity image. Therefore, the seventh classifying unit determines that the defect image is a defect due to foreign matter adhesion when the input defect image is a dot-like high luminance image.
第1〜第7の分類手段40〜46により識別されなかった欠陥像は、第8の分類手段により、その他の欠陥に起因する欠陥像として分類される。 The defect images that have not been identified by the first to seventh classification means 40 to 46 are classified as defect images caused by other defects by the eighth classification means.
上記分類手段40〜47の全てを有する必要はなく、欠陥検査の目的に応じて適宜設定することが可能である。例えば、形状欠陥を分類する手段及び転位欠陥を分類する手段だけを有し、これら以外の欠陥はその他の欠陥として処理することも可能である。或いは、形状欠陥及び転位欠陥に加えて、マイクロパイプ欠陥を分類する手段を設けることも可能である。さらに、キラー欠陥だけを分類する分類手段を設けることも可能である。 It is not necessary to have all the classification means 40 to 47, and it can be set as appropriate according to the purpose of the defect inspection. For example, it is possible to have only means for classifying shape defects and means for classifying dislocation defects, and other defects can be treated as other defects. Alternatively, it is possible to provide means for classifying micropipe defects in addition to shape defects and dislocation defects. Further, it is possible to provide a classification means for classifying only killer defects.
欠陥分類の結果として、欠陥分類手段36は欠陥分類情報を出力する。欠陥分類情報は、検出された欠陥の識別番号と種別及びアドレスとを各欠陥毎に含む。そして、欠陥分類情報は、後段の欠陥分布データ出力装置に供給される。 As a result of the defect classification, the defect classification means 36 outputs defect classification information. The defect classification information includes the identification number, type, and address of the detected defect for each defect. Then, the defect classification information is supplied to a subsequent defect distribution data output device.
図4は、検出された欠陥の基板上における分布状態を形成する欠陥分布データ出力装置を示す図である。本発明による検査装置は、微分干渉画像に基づいて欠陥を検出すると共に検出された欠陥を分類することができる。従って、検出された欠陥の種別及び欠陥のアドレス情報を用いることにより、炭化珪素基板上における各種欠陥の分布状態を把握することが可能である。すなわち、欠陥分類手段から出力される欠陥分類情報を用い、検査された基板における欠陥の分布状態を出力することができる。欠陥分類手段36から出力される欠陥分類情報は、欠陥分布データ形成手段50に供給される。欠陥分布データ形成手段50には、マッピング手段51が接続される。このマッピング手段51は、デバイスが形成される予定の複数のチップ区域17−iをマッピングしたマップ情報を形成し、マップ情報を欠陥分布データ形成手段50に供給する。図5は、炭化珪素基板17上にデバイスが形成される予定の複数のチップ区域17−iがマッピングされたマップ情報の一例を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a defect distribution data output device that forms a distribution state of detected defects on a substrate. The inspection apparatus according to the present invention can detect defects and classify the detected defects based on the differential interference image. Therefore, it is possible to grasp the distribution state of various defects on the silicon carbide substrate by using the detected defect type and defect address information. That is, it is possible to output the defect distribution state in the inspected substrate using the defect classification information output from the defect classification means. The defect classification information output from the
欠陥分類情報は、各欠陥の識別番号とその種別及びその座標情報とを含む。また、マップ情報は、デバイスが形成される予定の各チップ区域の座標情報及び配列情報を含む。欠陥分布データ形成手段50は、欠陥分類情報とマップ情報とを用い、各チップ区域17−iに含まれる欠陥の種類及び個数を表示した情報を各チップ区域ごとに作成し、欠陥分布データとして出力する。尚、欠陥分布データの内容は、欠陥検査の目的等に応じて設定することができ、例えば検出された欠陥の種別だけを表示する情報とすることができ、或いは検出された欠陥の種別とその個数を表示する情報とすることもできる。 The defect classification information includes the identification number of each defect, its type, and its coordinate information. The map information includes coordinate information and arrangement information of each chip area where a device is to be formed. The defect distribution data forming means 50 uses the defect classification information and the map information, creates information indicating the type and number of defects included in each chip area 17-i for each chip area, and outputs it as defect distribution data. To do. The content of the defect distribution data can be set according to the purpose of the defect inspection, for example, can be information that displays only the type of detected defect, or the type of detected defect and its defect type. Information indicating the number can also be used.
欠陥分布データは、キラー欠陥の情報を含むことが可能である。例えば、トライアングル欠陥やキャロット欠陥等の形状欠陥はキラー欠陥であり、当該チップ区域にデバイスが形成された場合動作不能なデバイスが形成される危険性がある。従って、欠陥分布データ形成手段50は、形状欠陥等のキラー欠陥が存在するチップ区域について、キラー欠陥が存在する旨の表示を設けることができる。また、転位欠陥やステップバンチングはキラー欠陥ではないが、その発生頻度(個数)が多くなると、形成されるデバイスの信頼性が低下するおそれがある。従って、転位欠陥については、各チップ区域ごとに個数を表示する。そして、欠陥分布データに基づき、キラー欠陥を含むチップ区域及び所定数を超える転位欠陥が存在するチップ区域を不良チップ区域と判定し、不良チップ区域に形成されたデバイスを排除することができる。このような欠陥分布データが出力されれば、不良品となるチップ区域を特定できるので、デバイスの製造の歩留りを改善するための有益な品質管理データを得ることが可能になる。尚、キラー欠陥に含まれる欠陥の種類は、欠陥検査の目的等に応じて決定することができ、例えば形状欠陥だけをキラー欠陥とすることができ、或いは形状欠陥とマイクロパイプ欠陥をキラー欠陥とすることも可能である。 The defect distribution data can include killer defect information. For example, a shape defect such as a triangle defect or a carrot defect is a killer defect, and there is a risk that an inoperable device is formed when the device is formed in the chip area. Therefore, the defect distribution data forming means 50 can provide an indication that a killer defect exists for a chip area where a killer defect such as a shape defect exists. In addition, dislocation defects and step bunching are not killer defects, but if the frequency of occurrence (number) increases, the reliability of the formed device may decrease. Therefore, the number of dislocation defects is displayed for each chip area. Then, based on the defect distribution data, a chip area including a killer defect and a chip area where a dislocation defect exceeding a predetermined number is determined as a defective chip area, and devices formed in the defective chip area can be excluded. If such defect distribution data is output, a defective chip area can be specified, so that it is possible to obtain useful quality control data for improving the device manufacturing yield. The type of defect included in the killer defect can be determined in accordance with the purpose of the defect inspection, for example, only the shape defect can be a killer defect, or the shape defect and the micropipe defect can be regarded as a killer defect. It is also possible to do.
第1の方向に沿って配列された複数の走査ビームを用いてSiC基板又はエピタキシャル層の表面を走査する光学装置について説明する。尚、図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。照明光源としてレーザ光源60を用いる。レーザ光源から出射するレーザビームの波長は、赤外域、可視域又は紫外域の波長とすることができる。レーザ光源60から出射したレーザビームは、回折格子61に入射し、第1の方向にそって配列された複数の光ビーム(マルチビーム)に変換される。このマルチビームは、第1及び第2のリレーレンズ62及び63を経て偏光ビームスプリッタ64に入射し、偏光ビームスプリッタ64を透過して振動ミラー9に入射する。振動ミラー9は、検出された欠陥をレビューする場合に用いられ、欠陥検出処理が行われる場合静止状態に維持される。振動ミラーは、入射した複数の光ビームを第1の方向と直交する第2の方向にそって偏向する。振動ミラー9で反射した複数の光ビームは、第3及び第4のリレーレンズ65及び66並びに1/4波長板67を経てノマルスキープリズム14に入射する。ノマルスキープリズム14に入射した各光ビームは、振動面が互いに直交する2本のサブビームに変換される。これら2本のサブビーム間には、mを自然数とした場合に、(2m+1)π/2の位相差が与えられる。
An optical device that scans the surface of an SiC substrate or an epitaxial layer using a plurality of scanning beams arranged along a first direction will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the component same as the component used in FIG. A
ノマルスキープリズム14から出射した2本のサブビームは、対物レンズ15に入射する。対物レンズ15は、入射したサブビームを集束し、ステージ16上に配置された観察すべき炭化珪素基板17に向けて投射する。従って、SiC基板17の表面は、第1の方向にそって配列された2列のサブビームにより、光ビームの配列方向と直交する第2の方向に走査される。尚、炭化珪素基板17を支持するステージ16は、X及びY方向に移動可能なステージにより構成される。そして、欠陥検出処理が行われる場合、ステージ移動により炭化珪素基板17の全面がサブビームにより走査される。また、検出された欠陥をレビューする場合、ステージ16は静止状態に維持され、振動ミラー9の走査により欠陥区域が走査され、欠陥像がモニタ上に表示される。尚、ステージ16の位置は位置センサ(図示せず)により検出され、信号処理装置11に供給される。
The two sub beams emitted from the
SiC基板17の表面で反射したサブビームは、対物レンズ15により集光され、ノマルスキープリズム14に入射する。ノマルスキープリズムにおいて、互いに関連する反射ビーム同士が合成され、SiC基板表面の高さ変化を位相差として含む複数の干渉ビームが発生する。これら複数の干渉ビームは、1/4波長板67、第4及び第3のリレーレンズ66及び65を経て振動ミラー9に入射する。そして、振動ミラーによりデスキャンされて偏光ビームスプリッタ64に入射する。入射した複数の干渉ビームは、1/4波長板を2回通過しているので、偏光ビームスプリッタの偏光面で反射し、結像レンズ68を介してリニアイメージセンサ69に入射する。リニアイメージセンサ69は、複数のフォトダイオードが第1の方向と対応する方向にライン状に配列された1次元ラインセンサで構成する。そして、各干渉ビームは、対応するフォトダイオードにそれぞれ入射する。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、信号処理装置11から供給される駆動信号により順次読み出され、信号処理装置11に1次元画像信号として供給される。信号処理装置においては、図2及び図3に基づき、欠陥検出及び検出された欠陥の分類が行われる。
The sub beam reflected by the surface of the
図7は本発明による検査装置に搭載される光学装置の別の変形例を示す。本例では、比較的広いエリアを照明するエリア照明を利用する。尚、図1で用いた部材と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、光源装置として紫外域のレーザビームを放出するレーザ光源70を用いる。SiC基板は可視域及び赤外域の波長光に対して透明である。このため、基板の裏面からの反射光が光検出手段に入射し、欠陥検出の感度が低下する不具合が発生する。そこで、本例では、照明光源として、紫外域の波長の照明光を放出するレーザ光源70を用いる。紫外域の波長光はSiC基板に対して不透明であるため、SiC基板の裏面からの不所望な反射光の発生が防止される。尚、紫外域の照明光として、350nm以下の波長光を用いることが望ましい。レーザ光源70から出射したレーザビームは、光ファイバ2を介して集束性レンズ4に入射し、拡大された平行ビームに変換される。この平行ビームは、偏光子6を透過し、断面がほぼ円形の偏光ビームに変換される。偏光ビームは、ビームスプリッタとして機能するハーフミラー7で反射し、リレーレンズ8を経て振動ミラー9に入射する。
FIG. 7 shows another modification of the optical apparatus mounted on the inspection apparatus according to the present invention. In this example, area illumination that illuminates a relatively wide area is used. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the component same as the member used in FIG. In this example, a
振動ミラー9で反射したレーザビームは、リレーレンズ12及び13を経てノマルスキープリズム14に入射する。ノマルスキープリズム14には、そのシャーリング方向を設定するモータ71を連結する。モータ71のシャーリング方向は、信号処理装置11から駆動信号により制御され、例えば検査すべき炭化珪素基板のオリエンテーションフラットと直交する方向に設定することができる。ノマルスキープリズム14から2本のサブビームが出射し、対物レンズ15に入射する。対物レンズ15は、2本のサブビームをステージ16上に配置した炭化珪素基板17に向けて投射する。従って、炭化珪素基板17の表面は、円形の照明ビームによりエリア照明が行われる。
The laser beam reflected by the oscillating mirror 9 enters the
ステージ16は、X方向及び直交するY方向に移動可能なXYステージで構成する。ステージ16がX及びY方向にジッグザッグ状に移動することにより、円形の照明ビームにより2次元的に走査される。炭化珪素基板又はその上に形成されたエピタキシャル層の表面からの反射ビームは、対物レンズ15により集光され、ノマルスキープリズム14に入射する。ノマルスキープリズムから出射した干渉ビームは、リレーレンズ13及び12を通過し、振動ミラー9に入射する。振動ミラー9から出射した干渉ビームは、結像レンズとして作用するレンズ8を通過し、ハーフミラー7を透過し、検光子22に入射する。
The
検光子22を透過した干渉ビームは、ポジショナ23を経て撮像素子として作用するラインセンサ72に入射する。ラインセンサ72から出力される1次元画像信号は、増幅器25を経て信号処理装置11に供給される。信号処理装置11において、微分干渉画像が形成され、形成された微分干渉画像に基づいて欠陥検出及び欠陥分類が行われる。尚、ラインセンサの代わりの撮像素子として、TDIセンサを用いることも可能である。撮像素子としてTDIセンサを用いる場合、TDIセンサの電荷転送速度とステージの移動速度とを対応させる。
The interference beam that has passed through the
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、対物レンズを光軸方向に移動させることにより走査ビームの集束点と基板表面との間の相対距離を変化させたが、対物レンズを固定し、SiC基板を支持するステージを光軸方向に移動させることにより走査ビームの集束点と基板表面との間の相対距離を変化させることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the relative distance between the focal point of the scanning beam and the substrate surface is changed by moving the objective lens in the optical axis direction, but the objective lens is fixed and the SiC substrate is supported. It is also possible to change the relative distance between the focal point of the scanning beam and the substrate surface by moving the stage in the optical axis direction.
さらに、上述した実施例では、共焦点走査装置として、ライン状の走査ビームを用いる共焦点走査装置及びマルチビームにより試料表面を走査する共焦点走査装置について説明したが、勿論1本の走査ビームで基板表面を走査する共焦点走査装置を用いることも可能である。 Furthermore, in the above-described embodiments, the confocal scanning device using a line-shaped scanning beam and the confocal scanning device that scans the sample surface with multiple beams have been described as the confocal scanning device. It is also possible to use a confocal scanning device that scans the substrate surface.
さらに、上述した実施例では、微分干渉光学系としてノマルスキープリズムを用いたが、ロッションプリズムやウォルストンプリズム等の他の微分干渉光学系を用いることも可能である。 Further, in the above-described embodiments, the Nomarski prism is used as the differential interference optical system, but other differential interference optical systems such as a lotion prism and a Walston prism can be used.
1 照明光源
2 光ファイバ
3 フィルタ
4 集束性レンズ
5 スリット
6 偏光子
7 ハーフミラー
8,12,13 リレーレンズ
9 振動ミラー
10 駆動回路
11 信号処理装置
14 ノマルスキープリズム
15 対物レンズ
16 ステージ
17 SiC基板
18 位置センサ
19 モータ
20 駆動回路
21 位置センサ
22 検光子
23 ポジショナ
24 リニアイメージセンサ
25 増幅器
30 A/D変換器
31 制御手段
32 2次元画像生成手段
33 第1の画像メモリ
34 欠陥検出手段
35 第1の欠陥メモリ
36 欠陥分類手段
37 第2の画像メモリ
38 第2の欠陥メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination light source 2 Optical fiber 3 Filter 4 Focusing
9 oscillating
Claims (6)
炭化珪素基板に対して不透明な紫外域の波長の照明ビームを発生する光源装置と、検査すべき炭化珪素基板を支持すると共に第1の方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能なステージと、前記照明ビームを、ステージ上に配置した炭化珪素基板に向けて投射する対物レンズと、前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置した微分干渉光学系と、前記炭化珪素基板の表面又はエピタキシャル層の表面で反射した反射光を前記対物レンズ及び微分干渉光学系を介して受光して、炭化珪素基板の表面又はエピタキシャル層の表面の反射画像を撮像する撮像素子とを有する光学装置、及び
前記撮像素子からの出力信号を受け取り、前記炭化珪素基板又はエピタキシャル層の表面から出射した反射光による微分干渉画像を形成する画像形成手段と、形成された微分干渉画像に基づいて欠陥検出を行う欠陥検出手段と、検出された欠陥の微分干渉画像に基づいて欠陥を分類する欠陥分類手段とを有する信号処理装置を具え、
前記欠陥分類手段は、サイズの大きな特有の形状を有する欠陥像を識別し、キャロット欠陥を含む形状欠陥として分類する第1の分類手段と、点状の低輝度欠陥像を識別し、マイクロパイプ欠陥として分類する第2の分類手段とを有することを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus that detects crystal defects that appear on the surface of a silicon carbide substrate or the surface of an epitaxial layer formed on the silicon carbide substrate, and classifies the detected crystal defects ,
A light source device that generates an illumination beam having an opaque wavelength in the ultraviolet region with respect to the silicon carbide substrate, and supports the silicon carbide substrate to be inspected and moves in the first direction and the second direction orthogonal to the first direction. A possible stage, an objective lens that projects the illumination beam toward a silicon carbide substrate disposed on the stage, a differential interference optical system disposed in an optical path between the light source device and the objective lens, and the carbonization An imaging device that receives reflected light reflected by the surface of the silicon substrate or the surface of the epitaxial layer via the objective lens and the differential interference optical system, and captures a reflected image of the surface of the silicon carbide substrate or the surface of the epitaxial layer. image forming the output signal receives, differential interference image by the reflected light emitted from the surface of the silicon carbide substrate or epitaxial layer from the optical device, and the imaging device having And forming means, and defect detecting means for performing defect detection on the basis of the formed differential interference image, the signal processing apparatus and a defect classification means for classifying the defects based on the differential interference image of the detected defect comprises,
The defect classifying unit identifies a defect image having a large specific shape, classifies the defect image as a shape defect including a carrot defect, identifies a point-like low-luminance defect image, And a second classifying means for classifying as follows.
6. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the signal processing device further includes an image memory for storing a differential interference image formed by the image forming unit, and a detected defect. An inspection apparatus having an address memory for storing an address and outputting a differential interference image of a detected defect as defect image information.
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