半導体ウエハー内部の転位とひずみの分布を可視化：結晶欠陥の検出率は95％以上

名古屋大学未来材料・システム研究所の原田俊太准教授は2022年6月、Mipoxと共同で半導体ウエハー内部の結晶欠陥（転位）とひずみの分布を可視化することに成功した。Mipoxはこれらの技術を自社のSiC結晶転位高感度可視化装置「XS-1 Sirius」に実装し、この効果を確認した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

Mipox製SiC結晶転位高感度可視化装置に開発技術を実装

　名古屋大学未来材料・システム研究所の原田俊太准教授は2022年6月、Mipoxと共同で半導体ウエハー内部の結晶欠陥（転位）とひずみの分布を可視化することに成功したと発表した。Mipoxはこれらの技術を自社のSiC結晶転位高感度可視化装置「XS-1 Sirius」に実装し、この効果を確認した。

　SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などのパワー半導体デバイスは、次世代自動車や鉄道車両、送配電機器などでの採用が増加している。しかし、半導体ウエハー内部には多くの転移が含まれていることがあり、欠陥検査を高い精度で効率よく行う必要がある。ところが、従来技術では、転位部分を機械的に抽出することができず、観察された像の定量的な評価が極めて難しかったという。

　そこで今回、2つの技術を開発した。その1つは、グレースケールで観察される像の中から転位の位置を特定しカウントするシステムの構築である。転位の可視化には、偏光に伴う結晶特有の複屈折特性（レタデーション）を応用した偏光観察の技術と、Mipox独自のリアルタイム位相演算処理を用いた。独自の画像処理フィルターを開発し、貫通転位が形成するコントラストを、選択的に抽出することに成功した。

　もう1つは、転位カウントシステムのカウント結果を基に、ウエハー全体における転位の数密度やひずみの分布を分かりやすく表示するヒートマップ表示機能の開発である。これによって、ウエハー中の転位密度や表示領域内におけるひずみの強弱を、カラースケールで可視化し、定量化することが可能となった。

左は転位カウントシステムによる貫通転位の抽出の様子、右は4インチSiCウエハーに含まれる貫通転位の数のヒートマップ表示 出所：NEDO、Mipox

　Mipoxは、開発した2つの成果をXS-1 Siriusに実装した。この結果、ウエハーに含まれる転位の数を95％以上の検出率で測定することに成功した。しかも、撮像とのマルチタスク処理によって、検査時間を短縮した。ウエハーを全面検査する実験では、3インチウエハーで約4分、4インチで約7分、6インチで約15分という処理速度を確認した。

転位カウントシステムとヒートマップ表示機能を実装したSiC結晶転位高感度可視化装置「XS-1 Sirius」の外観 出所：NEDO、Mipox