JP2019158345A - 検査システム、検査方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップの長さをより正確に抽出できる、検査システム、検査方法、プログラム、及び記憶媒体を提供する。【解決手段】検査システム１０は、保持部１２と、照射部１１と、検出部１３と、制御部２０と、を備える。保持部は、半導体基板１を保持する。照射部は、半導体基板の表面に向けて第１光を照射し、表面において第１光を走査させる。検出部は、表面の各点で反射又は散乱された第２光の強度を検出する。制御部は、検出部による検出結果が入力される。制御部は、検出結果に基づき、表面のスリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する第１強度範囲を設定し、第１強度範囲に基づいて、表面のスリップで反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が第１強度範囲の上限よりも大きい第２強度範囲を設定し、第２光の強度が第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、検査システム、検査方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。

半導体基板を熱処理した際、半導体基板の表面に、スリップなどの結晶欠陥による段差が発生する場合がある。そして、発生するスリップが長いほど、その半導体基板を用いて作製される半導体装置の歩留まりが低下する。従って、スリップは短いことが望ましい。

半導体基板の表面を検査し、スリップの長さを抽出する検査システムがある。発生するスリップを短くできる熱処理条件を見出すためには、スリップの長さをより正確に抽出できることが望ましい。

特開平１１−１６０２４５号公報

本発明が解決しようとする課題は、スリップの長さをより正確に抽出できる、検査システム、検査方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することである。

実施形態に係る検査システムは、保持部と、照射部と、検出部と、制御部と、を備える。前記保持部は、半導体基板を保持する。前記照射部は、前記半導体基板の表面に向けて第１光を照射し、前記表面において前記第１光を走査させる。前記検出部は、前記表面の各点で反射又は散乱された第２光の強度を検出する。前記制御部は、前記検出部による検出結果が入力される。前記制御部は、前記検出結果に基づき、前記表面のスリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する第１強度範囲を設定し、前記第１強度範囲に基づいて、前記表面のスリップで反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が前記第１強度範囲の上限よりも大きい第２強度範囲を設定し、前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出する。

実施形態に係る検査システムを表す模式図である。 実施形態に係る検査システムの動作を表すフローチャートである。 半導体基板の表面を表す模式図である。 半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。 参考例に係る検査システムによる処理及び実施形態に係る検査システムによる処理を表す模式図である。 半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。 半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る検査システムを表す模式図である。
図１に表したように、実施形態に係る検査システム１００は、検査装置１０、制御部２０、記憶部３０、入力部４０、及び出力部５０を備える。

検査装置１０は、半導体基板１の表面に光を照射し、その反射光又は散乱光を検出することで、半導体基板１表面のスリップを検査する。記憶部３０は、検査に用いられる情報や、検査に基づく情報、検査装置１０の動作を制御するプログラムなどを記憶する。また、記憶部３０は、プログラムが展開される記憶領域としても用いられる。記憶部３０は、例えば、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、ＳＳＤ(Solid State Drive)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、及びＲＡＭ(Random Access Memory)の少なくともいずれかを含む。

制御部２０は、記憶部３０に記憶されたプログラムを実行し、検査装置１０の動作を制御する。また、制御部２０は、検査装置１０で得られた情報に基づき、各種処理を行う。制御部２０は、処理の過程または処理の結果で得られた情報を、適宜、記憶部３０に記憶する。制御部２０は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を含む。

入力部４０は、制御部２０へ情報を入力する際に用いられる。入力部４０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、及びマイク（音声入力）の少なくともいずれかを含む。出力部５０は、制御部２０で処理された情報を、検査システム１００の使用者に向けて出力する。出力部５０は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、及びスピーカの少なくともいずれかを含む。

検査装置１０は、照射部１１、保持部１２、及び検出部１３を有する。
照射部１１は、半導体基板１の表面に向けて光を照射し、当該表面において光を走査させる。照射部１１は、例えば、発振器１１ａ、フィルタ１１ｂ、及びミラー１１ｃを有する。発振器１１ａは、レーザ光Ｌ１（第１光）を放射する。レーザ光Ｌ１は、例えば、フィルタ１１ｂを通過し、円偏向または直線偏光される。レーザ光Ｌ１のスポット径は、スリップの幅よりも大きい。ミラー１１ｃは、レーザ光Ｌ１を、半導体基板１に向けて反射させる。例えば、レーザ光Ｌ１が半導体基板１の表面上をＸ方向に走査するように、ミラー１１ｃの傾きが変化する。

保持部１２は、例えば真空吸着により、半導体基板１を保持する。保持部１２は、アーム１２ａに連結されている。アーム１２ａが駆動することで、保持部１２の傾きθ、回転角γ、及びＹ方向における位置が調整される。照射部１１による半導体基板１表面のＸ方向の走査と、アーム１２ａによる半導体基板１のＹ方向における移動と、が交互に繰り返されることで、半導体基板１表面の全域が走査される。

検出部１３は、光Ｌ２（第２光）を検出する。光Ｌ２は、半導体基板１表面の各点からの反射または散乱された光を含む。すなわち、光Ｌ２は、反射光のみ、散乱光のみ、又は反射光と散乱光の両方を含む。光Ｌ２は、例えばフィルタ−１３ａ及びレンズ１３ｂを通って検出部１３に入射する。

レーザ光Ｌ１の半導体基板１表面への入射角は、より多くの光Ｌ２が検出部１３に入射するように調整される。また、検出部１３は、半導体基板１のスリップで反射又は散乱された光が、スリップを含まない領域で反射又は散乱された光よりも多く入射するように、配置される。検出部１３は、光Ｌ２を電気信号に変換し、その信号を制御部２０に入力する。変換された信号の強度は、光Ｌ２の強度に対応する。

照射部１１及び保持部１２による動作は、制御部２０により制御される。また、制御部２０には、検出部１３から検出結果が入力される。制御部２０は、レーザ光Ｌ１が照射された点のＸ方向における座標及びＹ方向における座標と、当該点で反射又は散乱された光の強度と、を対応付けて記憶部３０に記憶する。半導体基板１の全域がレーザ光Ｌ１により走査されると、制御部２０は、検出結果に基づき、半導体基板１の表面におけるスリップの長さを抽出する。

スリップが延びる方向は、結晶方位に沿う。例えば、保持部１２の傾きθ及び回転角γは、レーザ光Ｌ１が結晶方位の１つに沿って走査されるように、設定される。

検査システム１００において、検査装置１０は、例えば、制御部２０、記憶部３０、入力部４０、及び出力部５０と有線で接続される。または、これらの構成要素は、無線通信で相互に接続されていても良い。あるいは、これらの構成要素は、ネットワークを介して相互に接続されていても良い。なお、半導体基板１の表面にレーザ光を照射し、その散乱光又は反射光を検出して、当該表面におけるスリップを検査できれば、検査装置１０の具体的な構成は適宜変更可能である。

検査システム１００の具体的な動作について、図２を参照して説明する。
図２は、実施形態に係る検査システムの動作を表すフローチャートである。

まず、検査装置１０は、半導体基板１の表面全域をレーザ光Ｌ１を照射して走査する（ステップＳＴ１）。これにより、半導体基板１表面の各点で反射又は散乱された光Ｌ２の強度が検出される。例えば、光Ｌ２は、半導体基板１表面における、反射光と、散乱光の一部と、を含み、この光Ｌ２が検出部１３で検出される。例えば、制御部２０は、検出された光Ｌ２の強度に基づき、半導体基板１の表面を示す画像を生成する。画像の各点の明るさは、例えば、４０９６階調で表され、光Ｌ２の強度に対応する。

制御部２０は、ステップＳＴ１における検出結果から、第１強度範囲及び第２強度範囲を設定する（ステップＳＴ２）。第１強度範囲は、スリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する。典型的には、半導体基板１の表面の多くは、スリップや、傷、ごみなどが存在しない正常な状態である。従って、制御部２０は、相対的に低い光強度を含む範囲を、第１強度範囲として設定する。第２強度範囲は、スリップで反射又は散乱された光の強度に対応する。第２強度範囲の下限及び上限は、第１強度範囲の上限よりも大きい。

例えば、第２強度範囲の下限は、第１強度範囲の上限の１．０５倍以上１．１倍以下に設定され、第２強度範囲の上限は、第１強度範囲の上限の１．１倍より大きく１．５倍以下に設定される。例えば、第２強度範囲の上限と下限との差は、第１強度範囲の上限と下限との差と同じである。または、一例として、光Ｌ２の信号強度に応じて画像上の明るさが４０９６階調で表される場合、第２強度範囲の下限は、第１強度範囲の上限に１００階調を加えた値に設定され、第２強度範囲の上限は、第１強度範囲の上限に１０００階調を加えた値に設定される。

制御部２０は、スリップの長さを抽出する（ステップＳＴ３）。具体的には、制御部２０は、設定した第２強度範囲と、半導体基板１表面の各点で検出された光Ｌ２の強度と、を比較する。制御部２０は、強度が第２強度範囲に含まれている領域を抽出し、その長さを求める。制御部２０は、抽出されたスリップの長さの和を算出する（ステップＳＴ４）。出力部５０は、検査の結果を出力する（ステップＳＴ５）。例えば、出力部５０は、検出結果に基づいて生成された半導体基板１の表面を示す画像と、スリップの長さの和と、を出力する。

図３は、半導体基板の表面を表す模式図である。
図３に表したように、半導体基板１の表面には、スリップＳＬが発生する場合がある。スリップＳＬは、例えば半導体基板を熱処理した際に、結晶方位に沿って発生する。例えば、スリップＳＬは、第１方向と、それに交差する第２方向と、に沿って発生する。第１方向と第２方向との間の角度は、０度より大きく１８０度より小さい。図３に表した例では、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に沿ってスリップＳＬが発生している。スリップＳＬ以外に、半導体基板１の表面には、傷やごみなどの異物Ｅが存在する場合がある。

図４は、半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。
図４は、図３のＡ−Ａ’線における検出結果を表している。図４において、横軸は、Ａ−Ａ’線上のＸ方向における位置Ｐを表す。縦軸は、Ａ−Ａ’線上の各点にレーザ光Ｌ１を照射した際に、検出部１３で検出された光Ｌ２の強度Ｓを表す。

図４において、ＳＲ１は、第１強度範囲を表す。ＳＲ２は、第２強度範囲を表す。制御部２０は、強度が第２強度範囲ＳＲ２に含まれる点Ｐ１から点Ｐ２までの距離Ｄ１（点Ｐ１から点Ｐ２までの領域の長さ）を、スリップＳＬの長さとして抽出する。制御部２０は、同様にして、他のスリップの長さを抽出し、複数のスリップの長さの和を算出する。

実施形態の効果を、図５を参照して説明する。
図５は、参考例に係る検査システムによる処理及び実施形態に係る検査システムによる処理を表す模式図である。

参考例に係る検査システムでは、スリップＳＬの長さを抽出するために、スリップＳＬが存在する領域をクラスタリングしている。クラスタリングでは、例えば図５（ａ）に表したように、スリップＳＬを含む矩形の領域Ｒ１を設定する。そして、この矩形の領域Ｒ１のＸ方向における長さＬｅ１及びＹ方向における長さＬｅ２の和を、スリップＳＬの長さとして抽出する。クラスタリングを行うことで、処理を高速化できる。

一方、図５（ｂ）に表したように、スリップＳＬ上に異物Ｅが存在する、またはスリップＳＬと連続して異物が存在する場合がある。この場合、クラスタリングされた領域Ｒ２のＸ方向における長さＬｅ３及びＹ方向における長さＬｅ４の和が、スリップＳＬの長さとして抽出される。すなわち、スリップＳＬの実際の長さＬｅ５と大きく異なる値が、スリップＳＬの長さとして抽出される。

熱処理の条件と、熱処理によって発生するスリップと、の関係を詳細に調べるためには、スリップの長さをより正確に抽出できることが望ましい。参考例に係る検査システムによる処理では、図５（ｂ）に表したように、スリップＳＬ近傍に異物Ｅが存在する場合、スリップＳＬの長さを正確に抽出することが困難であった。

実施形態に係る検査システム１００では、制御部２０は、検出結果に基づいて第１強度範囲を設定し、この第１強度範囲に基づき、スリップＳＬで反射又は散乱された光の強度に対応する第２強度範囲を設定する。異物Ｅで反射又は散乱された光の強度は、典型的には、スリップＳＬで反射又は散乱された光の強度よりも大きい。従って、光Ｌ２の強度が第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップＳＬの長さとして抽出することで、異物Ｅの影響を低減できる。この結果、図５（ｃ）に表したように、スリップＳＬのみの長さＬｅ６を抽出できる。すなわち、実施形態係る検査システム１００によれば、半導体基板１の表面に異物Ｅがある場合でも、スリップＳＬの長さをより正確に抽出できる。

（第１変形例）
図６は、半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。
図６は、図３のＢ−Ｂ’線における検出結果を表している。

図３に表したように、スリップＳＬ同士は交差する場合がある。スリップＳＬ同士の交点で反射又は散乱された光の強度は、スリップＳＬで反射又は散乱された光の強度よりも大きい。例えば、図６に表した例では、点Ｐ３にスリップＳＬ同士の交点が存在する。

図６に表した検出結果に基づき、反射又は散乱された光Ｌ２の強度が第２強度範囲に含まれる領域のみを抽出すると、点Ｐ４と点Ｐ５の間の距離Ｄ２、及び、点Ｐ６と点Ｐ７の間の距離Ｄ３のそれぞれが、スリップＳＬの長さとして抽出される。従って、スリップＳＬ同士が交差する点Ｐ３を含む、点Ｐ５と点Ｐ６との間は、スリップＳＬの長さに含まれない。

この課題について、第１変形例に係る検査システムでは、図６に表したように、制御部２０は、第３強度範囲ＳＲ３を設定する。第３強度範囲ＳＲ３は、スリップＳＬ同士の交点で反射又は散乱された光の強度に対応する。第３強度範囲ＳＲ３は、第２強度範囲ＳＲ２に基づいて設定される。例えば、第３強度範囲ＳＲ３の下限は、第２強度範囲ＳＲ２の上限の１．０１倍以上１．０５倍以下に設定され、第３強度範囲ＳＲ３の上限は、第２強度範囲の上限の１．１倍以上１．２倍以下に設定される。または、第３強度範囲ＳＲ３は、第１強度範囲ＳＲ１に基づいて設定されても良い。例えば、第３強度範囲ＳＲ３の下限は、第１強度範囲ＳＲ１の上限の２．１倍以上２．２倍以下に設定され、第３強度範囲ＳＲ３の上限は、第１強度範囲ＳＲ１の上限の２．２倍より大きく３．０倍以下に設定される。例えば、第３強度範囲ＳＲ３の上限と下限との差は、第２強度範囲ＳＲ２の上限と下限との差と同じである。

制御部２０は、強度のピークが第３強度範囲ＳＲ３に含まれる場合、そのピークに対応する点を、スリップＳＬ同士の交点と判定する。そして、制御部２０は、交点と判定された点を起点とし、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、光Ｌ２の強度が第２強度範囲を下回る点までの距離を、スリップＳＬの長さとして抽出する。これにより、図６に表した例においては、点Ｐ４から点Ｐ７までの距離Ｄ４が、スリップＳＬのＸ方向における長さとして抽出される。

すなわち、第１変形例に係る検査システムによれば、スリップＳＬ同士の交点が存在する場合は、当該交点を起点としてスリップＳＬの長さを抽出する。スリップＳＬ同士の交点が存在しない場合は、光Ｌ２の強度が第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出する。これにより、半導体基板１の表面にスリップＳＬ同士の交点が存在する場合でも、より正確にスリップＳＬの長さを抽出できる。

（第２変形例）
図７は、半導体基板表面の反射光及び散乱光の検出結果を例示するグラフである。
図７は、図３のＣ−Ｃ’線における検出結果を表している。

図３に表したように、スリップＳＬ上に異物Ｅが存在する場合がある。異物Ｅにより反射又は散乱された光の強度は、スリップＳＬ同士の交点で反射又は散乱された光の強度よりも大きい。例えば、図７に表した例では、点Ｐ９と点Ｐ１０との間に、異物Ｅが存在する。

この場合、実際のスリップＳＬは、点Ｐ８から点Ｐ１１まで延びていると考えられる。しかし、光Ｌ２の強度が第２強度範囲ＳＲ２に含まれる領域の長さのみを抽出すると、点Ｐ８から点Ｐ９までの距離Ｄ５と、点Ｐ１０から点Ｐ１１までの距離Ｄ６と、の和が抽出される。従って、実際のスリップＳＬの長さに対応する距離Ｄ８と異なる長さが抽出される。

この課題について、第２変形例に係る検査システムでは、制御部２０は、以下の処理を行う。すなわち、光Ｌ２の強度が前記第２強度範囲に含まれる第１領域及び第２領域と、第１領域と第２領域との間において、光Ｌ２の強度が第２強度範囲を上回る第３領域と、が存在し、第１領域及び第２領域が第３領域と連続している場合、制御部２０は、第１領域の長さと、第２領域の長さと、第３領域の長さと、の和をスリップＳＬの長さとして抽出する。

この方法によれば、図７に表した例では、上記第１領域の長さに対応する距離Ｄ５と、上記第２領域の長さに対応する距離Ｄ６と、上記第３領域の長さに対応する距離Ｄ７と、の和の距離Ｄ８をスリップＳＬの長さとして抽出できる。従って、本変形例に係る検査システムによれば、スリップＳＬ上に異物が存在する場合でも、より正確にスリップＳＬの長さを抽出できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 半導体基板、 １０ 検査装置、 １１ 照射部、 １１ａ 発振器、 １１ｂ フィルタ、 １１ｃ ミラー、 １２ 保持部、 １２ａ アーム、 １３ 検出部、 １３ａ フィルタ、 １３ｂ レンズ、 ２０ 制御部、 ３０ 記憶部、 ４０ 入力部、 ５０ 出力部、 １００ 検査システム、 Ｄ１〜Ｄ７ 距離、 Ｅ 異物、 Ｌ１ レーザ光、 Ｌ２ 光、 Ｌｅ１〜Ｌｅ６ 長さ、 Ｐ１〜Ｐ１１ 点、 Ｒ１、Ｒ２ 領域、 ＳＬ スリップ、 ＳＲ１ 第１強度範囲、 ＳＲ２ 第２強度範囲

Claims (7)

1. 半導体基板を保持する保持部と、
   前記半導体基板の表面に向けて第１光を照射し、前記表面において前記第１光を走査させる照射部と、
   前記表面の各点で反射又は散乱された第２光の強度を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果が入力される制御部であって、
   前記表面のスリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する第１強度範囲を設定し、
   前記第１強度範囲に基づいて、前記表面のスリップで反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が前記第１強度範囲の上限よりも大きい第２強度範囲を設定し、
   前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出する、
   前記制御部と、
   を備えた検査システム。
2. 前記制御部は、
   前記第１強度範囲又は前記第２強度範囲に基づいて、前記表面のスリップ同士の交点で反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が前記第２強度範囲の上限よりも大きい第３強度範囲を設定し、
   前記第２光の強度のピークが前記第３強度範囲に含まれる場合、前記ピークに対応する点から、スリップが延びる第１方向及び第２方向に沿って、前記第２光の強度が前記第２強度範囲を下回る点までの距離を、スリップの長さとして抽出する、
   請求項１記載の検査システム。
3. 前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる第１領域と、前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間において前記第２光の強度が前記第２強度範囲を上回る第３領域と、が存在し、前記第１領域及び前記第２領域が前記第３領域と連続している場合、前記制御部は、前記第１領域の長さと、前記第２領域の長さと、前記第３領域の長さと、の和を前記スリップの長さとして抽出する、請求項１または２に検査システム。
4. 前記第２強度範囲の下限は、前記第１強度範囲の上限の１．０５倍以上１．１倍以下であり、
   前記第２強度範囲の上限は、前記第１強度範囲の上限の１．１倍より大きく１．５倍以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の検査システム。
5. 半導体基板の表面に向けて第１光を照射し、前記表面において前記第１光を走査し、
   前記表面の各点で反射又は散乱された第２光の強度を検出し、
   前記検出結果に基づいて、前記表面のスリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する第１強度範囲を設定し、
   前記第１強度範囲に基づいて、前記表面のスリップで反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が前記第１強度範囲の上限よりも大きい第２強度範囲を設定し、
   前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出する検査方法。
6. 制御部に、
   半導体基板の表面のスリップを含まない領域で反射又は散乱された光の強度に対応する第１強度範囲を設定させ、
   前記第１強度範囲に基づいて、前記表面のスリップで反射又は散乱された光の強度に対応し、上限及び下限が前記第１強度範囲の上限よりも大きい第２強度範囲を設定させ、
   前記第２光の強度が前記第２強度範囲に含まれる領域の長さを、スリップの長さとして抽出させる、
   プログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

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