KR20130138214A - 결함 검사 및 광발광 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템은 샘플 쪽으로 방사(radiation)를 보내도록 구성되어 있는 방사원(radiation source)을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 이 시스템은 또한 샘플 방사(sample radiation)를 수광하기 위해 샘플의 위쪽에 배치된 광학계 어셈블리(optics assembly)를 포함할 수 있다. 이 시스템은 또한 광학계 어셈블리에 의해 집광된 샘플 방사를 수광하도록 구성되어 있는 필터 모듈(filter module)을 포함할 수 있다. 필터 모듈은 광학계 어셈블리에 의해 집광된 샘플 방사를 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분으로 분리시킬 수 있다. 이 시스템은 또한 필터 모듈로부터 제1 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 결함 검출 모듈을 포함할 수 있다. 이 시스템은 필터 모듈로부터 제2 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 광발광 측정 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 결함 검출 모듈 및 광발광 측정 모듈은 각자의 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 수광하도록 구성되어 있을 수 있다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 검사 시스템의 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결함 검사 및 광발광 측정 시스템에 관한 것이다.
전자 제품 제조(예컨대, 고휘도 LED 제조) 동안 사용되는 증착 공정의 성능을 적절히 모니터링하는 것은 비교적 시간 집중적인 절차의 품질 및 일관성을 보장하는 데 중요하다. 광발광(photoluminescene; PL) 매핑 및 결함 검사를 비롯한 다양한 엑스-시츄(ex-situ) 공정이 이용될 수 있다. 특정의 여기 조건 하에서, 국소 광발광 스펙트럼은 디바이스로 일단 제조된 웨이퍼의 측정된 영역으로부터의 LED의 방출 스펙트럼이 무엇인지를 나타낼 수 있다. 온도 변동 또는 기울기를 비롯한 다양한 공정 조건에 대해 PL 피크 파장의 측정된 불균일성이 추적될 수 있고, 이는 원하지 않는 공정 조건을 정정하는 데 이용될 수 있다.
반도체 재료의 성능을 방해할 수 있는 표면 결함의 크기/유형, 입자, 에피층(epi-layer)의 두께의 불규칙성 등을 비롯한 웨이퍼에서의 다양한 결함을 검출하고 모니터링하기 위해 결함 검사가 이용될 수 있다. 증착 기법 이후에 결함 검사가 이용될 수 있고, 따라서, 결함 검사의 결과가 제조 공정에서 완성된 제품의 조립 이전에 비교적 일찍 결함을 검출하는 데 이용될 수 있다.
현재, PL 매핑 및 결함 검출 둘 다를 수행하기 위해, 2개의 개별 플랫폼이 이용된다. 이러한 구성은 2개의 개별 플랫폼의 소유/유지와 연관된 비용, 웨이퍼를 처리하는 다수의 단계(웨이퍼의 오염 위험을 증가시킴), 개별 플랫폼으로부터의 개별 데이터를 상관시키는 것의 어려움, 그리고 2개의 개별 모니터링 기법을 수행하는 것과 연관된 시간 및 비용을 비롯한 원하지 않는 결과를 야기한다.
따라서, 2개의 개별 플랫폼을 순차적으로 또는 다른 방식으로 사용하는 것의 전술한 한계를 해결하는 결함 검사 및 광발광 측정 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 그에 부가하여, 동일한 고분해능에서 얻어진 산란 데이터 및 PL 데이터의 결합이 특정의 결함 유형(예컨대, 고휘도 LED의 제조에 관련된 것)에 대한 새로운 수준의 특성 평가 및 이해를 가능하게 해줄 수 있도록 하는 결함 검사 및 광발광 측정 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템은 샘플 쪽으로 방사(radiation)를 보내도록 구성되어 있는 방사원(radiation source)을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 이 시스템은 또한 샘플 방사(sample radiation)를 수광하기 위해 샘플의 위쪽에 배치된 광학계 어셈블리(optics assembly)를 포함할 수 있다. 샘플 방사는 샘플에 의해 반사된 것, 샘플에 의해 산란된 것, 또는 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사일 수 있고, 광학계 어셈블리는 샘플 방사를 반사 및/또는 굴절시키도록 구성되어 있다. 이 시스템은 또한 광학계 어셈블리에 의해 반사 또는 굴절된 샘플 방사를 수광하도록 구성되어 있는 필터 모듈(filter module)을 포함할 수 있다. 필터 모듈은 광학계 어셈블리에 의해 반사 및/또는 굴절된 샘플 방사를 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분으로 분리시킬 수 있다. 이 시스템은 또한 필터 모듈로부터 제1 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 결함 검출 모듈을 포함할 수 있다. 이 시스템은 필터 모듈로부터 제2 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 광발광 측정 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 결함 검출 모듈 및 광발광 측정 모듈은 각자의 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 수광하도록 구성되어 있을 수 있다.
샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법은 샘플을 조사(irradiate)하는 단계, 샘플로부터의 방사를 집광(collect)하는 단계 - 집광된 방사는 샘플에 의해 반사된 것, 샘플에 의해 산란된 것, 또는 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 -, 제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 집광된 방사를 필터링하는 단계, 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계, 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계, 및 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 분석하는 단계를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법은 샘플을 조사하는 단계, 샘플로부터의 방사를 집광하는 단계 - 집광된 방사는 샘플에 의해 반사된 것, 샘플에 의해 산란된 것, 또는 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 -, 제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 집광된 방사를 필터링하는 단계, 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계, 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계, 제1 방사 부분 또는 제2 방사 부분 중 적어도 하나에서 산란 결함(scattered defect)을 검출하는 단계, 산란 결함에 따라 샘플 상의 관심 위치를 식별하는 단계, 및 관심 위치의 스펙트럼 광발광(spectral photoluminescence)을 측정하는 단계를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
이상의 개괄적인 설명 및 이하의 상세한 설명 둘 다가 예시적이고 설명적인 것에 불과하며 청구된 개시 내용을 꼭 한정하는 것은 아니라는 것을 잘 알 것이다. 본 명세서에 포함되어 그의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시 내용의 실시예를 나타내고, 개괄적인 설명과 함께, 본 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
기술 분야의 당업자가 첨부 도면을 참조하면 본 개시 내용의 다수의 이점을 더 잘 이해할 수 있다.
도 1은 결함 검사 및 광발광(PL) 측정을 동시에 수행하는 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 웨이퍼의 한 위치에서의 PL 스펙트럼의 일례의 그래프.
도 3은 웨이퍼의 피크 파장에 대한 PL 맵의 차트를 나타낸 도면.
도 4a는 갈륨 질화물 에피층 및 사파이어 기판을 갖는 웨이퍼에 대해 구현되는 PL 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4b는 도 4a에 도시된 웨이퍼에 대해 구현되는 결함 검출 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4c는 도 4a에 도시된 웨이퍼에 대해 구현되는 동시적인 PL 절차 및 결함 검출 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 결함 검사 및 광발광(PL) 측정을 동시에 수행하는 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법의 플로우차트.
도 7은 샘플의 다른 결함 검출 및 광발광 측정 방법의 플로우차트.
도 1은 결함 검사 및 광발광(PL) 측정을 동시에 수행하는 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 웨이퍼의 한 위치에서의 PL 스펙트럼의 일례의 그래프.
도 3은 웨이퍼의 피크 파장에 대한 PL 맵의 차트를 나타낸 도면.
도 4a는 갈륨 질화물 에피층 및 사파이어 기판을 갖는 웨이퍼에 대해 구현되는 PL 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4b는 도 4a에 도시된 웨이퍼에 대해 구현되는 결함 검출 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4c는 도 4a에 도시된 웨이퍼에 대해 구현되는 동시적인 PL 절차 및 결함 검출 절차를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 결함 검사 및 광발광(PL) 측정을 동시에 수행하는 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법의 플로우차트.
도 7은 샘플의 다른 결함 검출 및 광발광 측정 방법의 플로우차트.
이제부터, 본 발명의 현재 바람직한 실시예 - 그의 일례가 첨부 도면에 예시되어 있음 - 에 대해 상세히 언급할 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 웨이퍼 샘플(102)의 결함 검사 및 광발광(PL) 측정 시스템(100)의 일 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 시스템(100)은 웨이퍼(102) 쪽으로 방사(radiation)를 보내도록 구성되어 있는 방사원(radiation source)(104)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 방사원(104)은 경사진 입력 레이저 빔(104a)을 발생할 수 있고, 이 레이저 빔(104a)은 광학계 어셈블리(106)의 집광기(light collector)(108) 아래에 있는 관심의 샘플(102)[예컨대, MOCVD 증착 이후의 에피 웨이퍼(epi wafer)] 쪽으로 보내질 수 있다. 광학계 어셈블리(106)는 웨이퍼 방사를 수광하도록 구성되어 있는 반사 또는 굴절 대물 렌즈일 수 있고, 웨이퍼 방사는 웨이퍼(102)에 의해 반사된 것, 웨이퍼(102)에 의해 산란된 것, 또는 웨이퍼(102)로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 레이저 빔(104a)의 일부분(110)은 웨이퍼(102)의 상부 표면으로부터 반사될 수 있고, 입력 레이저 빔(104a)의 일부분(111a)은 웨이퍼(102)의 상부 표면으로부터 집광기(108) 내로 산란될 수 있으며[다른 산란된 부분(111b)에 대해서는 이하에서 기술함], 일부분(111c)은 테스트 중인 샘플(102)의 활성 구조물(active structure)[예컨대, 다중 양자 우물(multi-quantum well, MQW)] 또는 임의의 다른 형광 특성에 의해 흡수 및 재방출/방사[광발광(PL)]될 수 있다. 방사의 반사된 부분(110)은 샘플 표면(102)의 반사율, 경사 또는 결함에 관한 정보를 제공하는 데 사용될 수 있다. 산란된 및 재방출된/방사된 부분(111a, 111b, 및 111c)은 결함 검출, 분류 및 광발광 측정 데이터를 제공하기 위해 시스템(100)의 광학계 어셈블리(106)에 의해 집광될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방사원(104)은 샘플(102)에 실질적으로 수직인 입사로 보내질 수 있는 입사 레이저 빔(112)을 보내도록 구성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 입사 레이저 빔(112)은 입사 레이저 빔(112)을 웨이퍼(102)에 실질적으로 수직으로 지향시키기 위해 광학 어셈블리(106)를 이용할 수 있다. 입사 레이저 빔(112)은 또한 샘플(102)로부터 반사, 산란 및 방사될 수 있다. 입사 레이저 빔(112)의 산란된 부분(111b)이 도 1에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 입사 레이저 빔(112)은 경사진 입력 레이저 빔(104a)의 파장보다 더 긴 파장을 가진다. 예를 들어, 한 특정의 실시예에서, 방사원(104)은 대략 405 nm의 경사진 입력 레이저 빔(104a)을 발생하도록 구성되어 있고, 대략 660 nm의 수직 입사 레이저 빔(112)을 발생하도록 구성되어 있다. 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다른 파장의 방사가 이용될 수 있다는 것을 잘 알 수 있다. 입사 레이저 빔(112)의 산란된 부분, 반사된 부분 또는 방사된 부분 중 적어도 하나의 적어도 일부분이 광학계 어셈블리(106)의 집광기(108)에 들어갈 수 있다. 예를 들어, 산란된 부분(111b)은 광학계 어셈블리(106)의 집광기(108)에 의해 집광될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 산란된 부분(111b)은 입력 레이저 빔(104a)의 산란된 부분(111a)과 그리고 입력 레이저 빔(104a)의 PL 부분(111c)과 실질적으로 동시에 집광될 수 있다.
도 1의 집광기(108)는 유한 공액형(finite conjugate type)일 수 있고, 따라서 집광된 광(111a, 111b, 및 111c)[경사진 입력 레이저 빔(104a) 및 수직 입사 레이저 빔(112)의 산란된 부분은 물론, 샘플(102)로부터의 광발광]이 광발광 측정 및 복수의 레이저 파장에서의 산란 광 검출을 수행하는 일련의 광학계 및 검출기로 나누어질 수 있다. 핀홀[또는 시야 조리개(field stop)]가 집광기의 후방 초점 위치(back focal position)에 배치되도록 유한 공액형 집광기가 사용될 수 있다. 이 경우에, 핀홀이 빔 경로(120)에서는 거울(116) 바로 너머에 그리고 빔 경로(128)에서는 거울(116) 바로 왼쪽에 배치될 것이다. 핀홀 또는 슬릿은 표면(102)에 의해 산란되는 광으로부터 온 것이 아닌 산란 광, 예를 들어, 레이저 광원(104)로부터의 미광(stray light) 또는 샘플(102)의 내부 또는 배면으로부터 산란된 광을 제거하는 공간 필터로서 역할한다. 광학계 어셈블리(106)는 또한 웨이퍼 방사를 일련의 광학계 및 검출기 쪽으로 반사 또는 굴절시키도록 구성되어 있을 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 기술한다.
시스템(100)은 광학계 어셈블리(106)에 의해 반사 및/또는 굴절된 웨이퍼 방사[예컨대, 집광된 광(111a, 111b, 및 111c)]를 수광하도록 구성되어 있는 필터 모듈(114)을 포함할 수 있다. 필터 모듈(114)은 웨이퍼 방사를 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분으로 분리시키도록 구성되어 있을 수 있다. 필터 모듈(114)은 제1 필터(116) 및 제2 필터(118)를 포함할 수 있다. 한 특정의 실시예에서, 제1 필터(116) 및 제2 필터(118)는 지정된 파장 이외의 광은 반사시키면서 지정된 파장의 광은 통과시키도록 구성되어 있는 이색성 빔 분할기(dichroic beamsplitter)이다. 집광기(108)에 의해 집광된 및 반사 및/또는 굴절된 웨이퍼 방사는 제1 필터(116)에 충돌할 수 있다. 제1 필터(116)는 입사 레이저 빔(112)으로부터의 산란 광에 대응하는 광 부분(120)의 대부분을 결함 검출 모듈(122) 쪽으로 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 한 특정의 실시예에서, 광 부분(120)은 대략 660 nm일 수 있다. 결함 검출 모듈(122)은 반도체 재료의 성능을 방해할 수 있는 표면 결함의 크기/유형, 입자, 에피층의 두께의 불규칙성 등을 비롯한 웨이퍼에서의 다양한 결함을 검출하고 모니터링하기 위해 웨이퍼 샘플(102)로부터 산란된 광을 수광하도록 구성되어 있을 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 결함 검출 모듈(122)은 제1 광 검출기(124) 및 제2 광 검출기(126)를 포함하고 있다. 한 특정의 실시예에서, 제1 광 검출기(124) 및 제2 광 검출기(126)는 광전자 증배관(photomultiplier tube) 등의 산란 광 검출기이다. 제1 필터(116)는 경사진 입력 레이저 빔(104a)의 인가 이후에 경사진 입력 레이저 빔(104a)로부터의 산란 광 및 웨이퍼로부터의 광발광 둘 다에 대응하는 광 부분(128)의 대부분을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 한 특정의 실시예에서, 광 부분(128)은 대략 650 nm 미만의 파장을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 부분(128)은 제2 필터(118)에 충돌할 수 있다. 제2 필터(118)는 경사진 입력 레이저 빔(104a)으로부터의 산란 광에 대응하는 광 부분(130)의 대부분을 반사시킬 수 있고, 이는 제2 광 검출기(126) 쪽으로 보내질 수 있다. 예를 들어, 한 특정의 실시예에서, 광 부분(130)은 대략 410 nm 미만일 수 있다. 제2 필터(118)는 웨이퍼 샘플(102)에 의한 광발광으로부터 나오는 광 부분(132)을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 한 특정의 실시예에서, 광 부분(132)은 대략 650 nm 내지 415 nm일 수 있다. 따라서, 필터 모듈(114)이 제1 필터(116) 및 제2 필터(118)를 포함하는 경우에, 필터 모듈은 웨이퍼 방사(예컨대, 111a, 111b, 및 111c)를 광 부분(120, 130)으로 이루어져 있는 제1 방사 부분 및 광 부분(132)으로 이루어져 있는 제2 방사 부분으로 분리시키도록 구성되어 있을 수 있다. 제1 방사 부분[예컨대, 광 부분(120 및 130)]은, 이상에서 기술된 바와 같이, 결함 검출 부분(122)에 의해 수광될 수 있고, 제2 방사 부분[예컨대, 광 부분(132)]은, 이하에서 기술되는 바와 같이, 광발광 모듈(134)에 의해 수광될 수 있다. 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분이 필터 모듈(114)에서 이용되는 필터의 유형 및 양에 따라 상이한 광 부분을 포함할 수 있다는 것을 잘 알 수 있다. 예를 들어, 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분 각각이 하나의 광 부분을 포함할 수 있거나, 다수의 광 부분을 포함할 수 있다.
광 부분(132)은 시스템(100)의 광발광 측정 모듈(134) 쪽으로 통과될 수 있다. 광발광 측정 모듈(134)은 녹색 LED 웨이퍼의 한 위치에서의 PL 스펙트럼을 제공하는, 도 2에 도시된 것과 같은, 디바이스로 일단 제조된 웨이퍼(102)의 측정된 영역으로부터의 LED의 방출 스펙트럼이 무엇인지를 나타낼 수 있는 샘플(102)로부터의 국소 광발광 스펙트럼을 검출하고 모니터링할 수 있다.
광발광 측정 모듈(134)은 광발광으로부터의 광 레벨 및 요구되는 감도에 따라, 광전자 증배관, APD(avalanche photo-diode, 애벌런치 포토 다이오드), 또는 다른 유형의 포토 다이오드 등의 제3 광 검출기를 포함할 수 있다. 한 특정의 실시예에서, 광발광 측정 모듈(134)은 청색 LED 웨이퍼로부터의 피크 파장에 대한 PL 맵을 제공하는 광발광의 컬러 맵(color map)(예컨대, 광발광의 전체 스펙트럼 측정)(도 3에 도시된 예 등)을 제공하기에 충분한 속도로 광발광 매핑을 제공하도록 구성되어 있는 분광기(광섬유 결합되어 있을 수 있거나 그렇지 않을 수 있음)를 포함하고 있다. 광섬유 결합된 초고속 분광기는 대략 4인치 웨이퍼에 대해 시간당 대략 15개 내지 25개 웨이퍼의 결함 검출 처리율로 웨이퍼 샘플(102)의 단일 패스 측정(single pass measurement)을 가능하게 해줄 수 있다. 이 샘플링 속도는 결함 검출 모듈(122)에 의해 수행되는 샘플링 속도보다 더 느릴 수 있다. 이 속도로 광발광 매핑을 이용함으로써, 광 부분(132)의 색 성분(chromatic content)의 분해능을 비롯하여 웨이퍼 샘플(102)에 대한 파장 변동 및 강도 변동이 획득될 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 광발광 측정 모듈(134)은 비교적 높은 속도의 샘플링을 가능하게 해주는 비교적 빠른 포토다이오드 등의 간단한 비분광(non-spectrometric) 광 검출기를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 웨이퍼 샘플(102)의 다중 양자 우물(MQW)의 국소 내부 양자 효율에 상관될 수 있는 적분된 광발광이 획득될 수 있다. 이와 같이, 비교적 높은 속도의 샘플링의 경우, 웨이퍼 샘플(102)의 고분해능 광도 맵(luminosity map)이 측정될 수 있다. 샘플링 속도는 결함 검출 모듈(122)에 의해 수행되는 샘플링 속도와 유사할 수 있고, 그로써 광발광 측정 모듈(134)이 결함 검출 모듈(122)만큼 빠르게 샘플링할 수 있다. 결함 검출 모듈(122) 및 광발광 측정 모듈(134)을 사용한 동시 샘플링에 의해, 시스템(100)은 광발광 측정을 결함 검출 측정과 동시에 그리고 실질적으로 유사한 분해능으로 볼 수 있게 해줄 수 있다. 이들 모듈 둘 다에 의해 획득된 데이터는 관찰된 데이터 사이에서 데이터를 직접 상관시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 산란된 데이터는 결함 검출 모듈(122)에 의해 획득될 수 있고, (산란된 데이터와 실질적으로 동시에 획득되는) 광발광 측정 모듈(134)로부터의 상관 데이터는 웨이퍼 샘플(102)에서의 피트가 웨이퍼 샘플(102)의 MQW의 출력을 방해했다는 것을 나타내는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광발광 및 결함 검출은 (각각) 각자의 이상(abnormality)을 상관시켜 웨이퍼의 제조 공정의 변수(예컨대, 가스 유량, 온도 등)를 조정하기 위해 개별적으로 측정될 수 있지만, 이러한 개별적인 측정이 비효율적일 수 있고 광발광 측정을 결함 검출 측정과 상관시키지 않을 수 있다. 시스템(100)은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 광발광과 결함 검출을 실질적으로 동시에 측정하는 동작을 할 수 있고, 이는 웨이퍼의 제조 공정의 보다 집중된 조정을 위해 광발광 측정과 결함 검출 측정을 상관시킬 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 결함 검사 및 광발광(PL) 측정을 동시에 수행하는 시스템(100)의 다른 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 시스템은 도 1에 도시된 실시에와 실질적으로 유사하게 구성되어 있을 수 있지만, 광발광 측정 모듈(134)이 빔 분할기(136), 제1 광 검출기(138), 및 제2 광 검출기(140)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 부분(132)이 빔 분할기(136)에 의해 제1 광 부분(142)과 제2 광 부분(144)으로 분할된다. 파장에 따라 광을 필터링하기보다는 광을 (예컨대, 대칭적으로 또는 비대칭적으로) 분할하기 위해 빔 분할기(136)가 표준의 빔 분할기[예컨대, 광대역 유전체(broadband dielectric)]일 수 있다. 제1 광 부분(142)은 빠른 샘플링 속도를 위해 그리고 적분된 광발광 측정을 얻도록 구성되어 있는 광전자 증배관 유형의 광 검출기일 수 있는 제1 광 검출기(138) 쪽으로 지향될 수 있다. 제2 광 부분(144)은 느린 샘플링 속도를 위해 그리고 광발광의 전체 스펙트럼 측정을 얻도록 구성되어 있는 분광기 유형의 광 검출기일 수 있는 제2 광 검출기(140) 쪽으로 지향될 수 있다. 한 특정의 실시예에서, 제2 광 검출기(140)는 제2 광 부분(144)과 인터페이스하는 광섬유 커플러(fiber-coupler)를 포함하고 있다.
다른 대안으로서, 빔 분할기(136)는 광 부분(132)을 제1 광 검출기(138) 및 제2 광 검출기(140) 각각으로 분리시키는 분기점(bifurcation)을 포함하는 광섬유 커플러일 수 있다.
그에 따라, 도 5의 시스템(100)은 단일 광학 헤드를 갖는 단일 플랫폼에서 실질적으로 동시적인 결함 검출, 적분된 광발광 측정, 및 전체 스펙트럼 광발광 측정을 가능하게 해줄 수 있다. 그에 부가하여, 시스템(100)은 광발광 측정(예컨대, 적분된 측정 및 스펙트럼 측정)과 결함 검출 측정 간의 직접 상관을 가능하게 해줄 수 있다. 이러한 구성은 2개의 개별 플랫폼의 소유/유지와 연관된 비용, 웨이퍼를 처리하는 다수의 단계(웨이퍼의 오염 위험을 증가시킴), 개별 플랫폼으로부터의 개별 데이터를 상관시키는 것의 어려움, 그리고 2개의 개별 모니터링 기법을 수행하는 것과 연관된 시간 및 비용을 비롯한, 2개의 개별 측정 플랫폼의 원하지 않는 결과를 방지한다.
이제 도 6을 참조하면, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법(200)의 플로우차트가 도시되어 있다. 방법(200)은 샘플을 조사(irradiate)하는 단계(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 방사원(104)으로부터의 경사진 입력 레이저 빔(104a) 및/또는 수직 입사 레이저 빔(112)에 의해 조사될 수 있다. 방법(200)은 샘플로부터의 방사를 집광하는 단계 - 집광된 방사는 웨이퍼에 의해 반사된 것, 웨이퍼에 의해 산란된 것, 또는 웨이퍼로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 - (220)를 포함할 수 있다. 샘플로부터의 방사는 광학계 어셈블리(106)에 의해 집광될 수 있다. 방법(200)은 제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 집광된 방사를 필터링하는 단계(230)를 포함할 수 있다. 집광된 방사는 필터 모듈(114)에 의해 필터링될 수 있다. 방법(200)은 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계(240)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 방사 부분은 결함 검출 모듈(122) 쪽으로 통과된 광 부분(120) 또는 광 부분(130) 중 적어도 하나일 수 있다. 한 특정의 실시예에서, 제1 방사 부분은 필터 모듈(114)에 의해 필터링되는 산란된 광 부분(120, 130) 둘 다를 포함하고 있다. 방법(200)은 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계(250)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 방사 부분은 필터 모듈(114)로부터 광발광 측정 모듈(134) 쪽으로 통과된 광 부분(132)을 포함할 수 있다. 방법(200)은 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 분석하는 단계(260)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)이 결함 검출 모듈(122) 및 광발광 측정 모듈(134)에 대해 단일 광학 헤드를 이용할 수 있기 때문에, 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분이 실질적으로 동시에 분석될 수 있고, 그로써 PL 측정과 결함 검출의 상관을 가능하게 해준다.
이제 도 7을 참조하면, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법(300)의 플로우차트가 도시되어 있다. 방법(300)은 샘플을 조사하는 단계(310)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 방사원(104)으로부터의 경사진 입력 레이저 빔(104a) 및/또는 수직 입사 레이저 빔(112)에 의해 조사될 수 있다. 방법(300)은 샘플로부터의 방사를 집광하는 단계 - 집광된 방사는 웨이퍼에 의해 반사된 것, 웨이퍼에 의해 산란된 것, 또는 웨이퍼로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 - (320)를 포함할 수 있다. 샘플로부터의 방사는 광학계 어셈블리(106)에 의해 집광될 수 있다. 방법(300)은 제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 집광된 방사를 필터링하는 단계(330)를 포함할 수 있다. 집광된 방사는 필터 모듈(114)에 의해 필터링될 수 있다. 방법(300)은 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계(340)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 방사 부분은 결함 검출 모듈(122) 쪽으로 통과된 광 부분(120) 또는 광 부분(130) 중 적어도 하나일 수 있다. 한 특정의 실시예에서, 제1 방사 부분은 필터 모듈(114)에 의해 필터링되는 산란된 광 부분(120, 130) 둘 다를 포함하고 있다. 방법(300)은 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계(350)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 방사 부분은 필터 모듈(114)로부터 광발광 측정 모듈(134) 쪽으로 통과된 광 부분(132)을 포함할 수 있다. 방법(300)은 제1 방사 부분 또는 제2 방사 부분 중 적어도 하나에서 산란 결함을 검출하는 단계(360)를 포함할 수 있다. 산란 결함은 [예컨대, 광발광 측정 모듈(134)이 빠른 샘플링 속도를 위해 그리고 적분된 광발광 측정을 획득하도록 구성되어 있는 광전자 증배관 유형의 광 검출기를 포함할 때] 결함 검출 모듈(122) 또는 광발광 측정 모듈(134) 중 적어도 하나에 의해 검출될 수 있다. 방법(300)은 산란 결함에 따라 샘플 상의 관심 위치를 식별하는 단계(370)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플을 비교적 빠른 속도로 스캔함으로써 샘플에서의 결함이 식별될 수 있고, 샘플 상의 결함의 위치 데이터가 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있다. 방법(300)은 관심 위치의 스펙트럼 광발광(spectral photoluminescence)을 측정하는 단계(380)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광발광 측정 모듈(134)은 비교적 느린 스캔 속도로 관심 위치에서의 샘플의 스펙트럼 광발광을 측정하는 분광기를 포함할 수 있다. 그렇지만, 관심 위치가 비교적 빠른 스캔 속도의 절차에 따라 결정되기 때문에, (샘플 전체가 아니라) 관심 위치만이 분광기-기반 PL 측정의 비교적 느린 스캔 속도에 의해 영향을 받을 수 있고, 그로써 웨이퍼 분석의 전체적인 효율을 향상시킨다.
본 개시 내용에서, 개시된 방법은 장치에 의해 판독가능한 일련의 명령어 또는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 게다가, 개시된 방법에서의 단계들의 특정의 순서 또는 계층구조가 예시적인 방식의 일례라는 것을 잘 알 것이다. 설계 선호사항에 기초하여, 방법에서의 단계들의 특정의 순서 또는 계층구조가 개시된 발명 요지의 범위 내에 있으면서 재배열될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 첨부된 방법 청구항은 다양한 단계들의 요소를 예시적인 순서로 제시하고 있지만, 제시된 특정의 순서 또는 계층구조로 제한되는 것으로 보아서는 안된다.
본 개시 내용 및 그의 부수적인 이점 중 다수가 이상의 설명에 의해 이해될 것으로 생각되며, 본 개시 내용의 범위 및 사상을 벗어나지 않거나 그의 중요한 이점들 모두를 희생시키지 않고, 그의 구성요소의 형태, 구성 및 배열에서 다양한 변경이 행해질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 명세서에서 앞서 기술된 형태가 설명을 하기 위한 그의 실시예에 불과하며, 하기의 특허청구범위가 이러한 변경을 포괄하고 포함하는 것으로 보아야 한다.
Claims (21)
- 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템에 있어서,
상기 샘플 쪽으로 방사(radiation)를 보내도록 구성되어 있는 방사원(radiation source);
샘플 방사(sample radiation)를 수광하기 위해 상기 샘플의 위쪽에 배치된 광학계 어셈블리(optics assembly) - 상기 샘플 방사는 상기 샘플에 의해 반사된 것, 상기 샘플에 의해 산란된 것, 또는 상기 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사이고, 상기 광학계 어셈블리는 상기 샘플 방사를 집광하도록 구성되어 있음 -;
상기 광학계 어셈블리에 의해 집광된 상기 샘플 방사를 수광하도록 구성되어 있는 필터 모듈(filter module) - 상기 필터 모듈은 상기 광학계 어셈블리에 의해 집광된 상기 샘플 방사를 제1 방사 부분 및 제2 방사 부분으로 분리시킴 -;
상기 필터 모듈로부터 상기 제1 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 결함 검출 모듈; 및
상기 필터 모듈로부터 상기 제2 방사 부분을 수광하도록 구성되어 있는 광발광 측정 모듈을
포함하고,
상기 결함 검출 모듈 및 상기 광발광 측정 모듈이 각자의 상기 제1 방사 부분 및 상기 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 수광하도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 광발광 측정 모듈이 분광기를 포함하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 분광기와 상기 제2 방사 부분 사이에 광섬유 커플러(fiber coupler)를 추가로 포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제2항에 있어서,
광 검출기; 및
분기형 광섬유 커플러(bifurcated fiber coupler)를
추가로 포함하고,
상기 분기형 커플러가 상기 제2 방사 부분과 상기 광 검출기 및 상기 분광기 각각 사이에 위치해 있고, 상기 분기형 광섬유 커플러가 상기 제2 방사 부분의 적어도 일부분을 상기 광 검출기 및 상기 분광기 각각 쪽으로 통과시키는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 광발광 측정 모듈이 광전자 증배관(photo-multiplier tube)을 포함하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 필터 모듈이 제1 필터 및 제2 필터를 포함하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 필터가 상기 샘플 방사를 제1 필터링된 부분과 제2 필터링된 부분으로 실질적으로 분리시키도록 구성되어 있고, 상기 제2 필터가 상기 제1 필터로부터 상기 제2 필터링된 부분을 수광하도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 필터가 제3 필터링된 부분과 제4 필터링된 부분을 실질적으로 분리시키도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 결함 검출 모듈이 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기를 포함하고, 상기 제1 광 검출기가 상기 제1 필터링된 부분을 수광하도록 구성되어 있으며, 상기 제2 광 검출기가 상기 제3 필터링된 부분을 수광하도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 필터링된 부분이 제1 파장을 가지며, 상기 제2 필터링된 부분이 제2 파장 미만이고, 상기 제3 필터링된 부분이 제3 파장 초과이며, 상기 제4 필터링된 부분이 제4 파장 미만인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 제1 파장이 대략 660 나노미터이고, 상기 제2 파장이 대략 650 나노미터이며, 상기 제3 파장이 대략 415 나노미터이고, 상기 제4 파장이 대략 410 나노미터인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 결함 검출 모듈이 제1 방사 검출기 및 제2 방사 검출기를 포함하고, 상기 제1 방사 검출기가 상기 제1 필터로부터 방사를 수광하도록 구성되어 있으며, 상기 제2 방사 검출기가 상기 제2 필터로부터 방사를 수광하도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 방사원이 제1 방사원 및 제2 방사원을 포함하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 방사원이 상기 샘플 쪽으로 지향되는 경사진 입력 레이저 빔을 발생하도록 구성되어 있고, 상기 제2 방사원이 실질적으로 수직인 입사 레이저 빔을 발생하도록 구성되어 있는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 방사 부분이 상기 경사진 입력 레이저 빔으로부터의 산란된 방사 또는 상기 실질적으로 수직인 입력 레이저 빔으로부터의 산란된 방사 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 방사 부분이 상기 샘플로부터의 광발광을 포함하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 결함 검출 모듈 및 상기 광발광 측정 모듈이 광학 헤드를 공유하는 것인, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 시스템.
- 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법에 있어서,
상기 샘플을 조사하는 단계;
상기 샘플로부터의 방사를 집광하는 단계 - 상기 집광된 방사는 상기 샘플에 의해 반사된 것, 상기 샘플에 의해 산란된 것, 또는 상기 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 -;
제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 상기 집광된 방사를 필터링하는 단계;
상기 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계;
상기 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계; 및
상기 제1 방사 부분 및 상기 제2 방사 부분을 실질적으로 동시에 분석하는 단계를
포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법. - 제17항에 있어서, 상기 제2 방사 부분으로부터 스펙트럼 광발광을 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 제2 방사 부분으로부터 스펙트럼 광발광을 측정하는 단계; 및
상기 제2 방사 부분으로부터 적분된 광발광을 측정하는 단계를
추가로 포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법. - 제17항에 있어서, 상기 제2 방사 부분으로부터 적분된 광발광을 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법.
- 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법에 있어서,
상기 샘플을 조사하는 단계;
상기 샘플로부터의 방사를 집광하는 단계 - 상기 집광된 방사는 상기 샘플에 의해 반사된 것, 상기 샘플에 의해 산란된 것, 또는 상기 샘플로부터 방사된 것 중 적어도 하나인 방사를 포함함 -;
제1 방사 부분과 제2 방사 부분 사이의 상기 집광된 방사를 필터링하는 단계;
상기 제1 방사 부분을 결함 검출 모듈 쪽으로 통과시키는 단계;
상기 제2 방사 부분을 광발광 측정 모듈 쪽으로 통과시키는 단계;
상기 제1 방사 부분 또는 상기 제2 방사 부분 중 적어도 하나에서 산란 결함(scattered defect)을 검출하는 단계;
상기 산란 결함에 따라 상기 샘플 상의 관심 위치를 식별하는 단계; 및
상기 관심 위치의 스펙트럼 광발광을 측정하는 단계를
포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광발광 측정 방법.
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