TW544733B - Use of a coefficient of a power curve to evaluate a semiconductor wafer - Google Patents

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544733 五、發明說明（1) 相關應用之交叉參考文獻 本應用係完全併入且共同審查此處之參考文獻，即申請於 20 0 0年4月6日之美國專利申請案號〇 9/544, 28〇，案件名稱 為「用於評估半導體晶圓之裝置與方法」，發明人為

Peter G· Borden 等人，代理記錄[M — 5439 — 2C us]，其為 申請於1 998年6月1 0日申請案號0 9/0 958〇4代理記錄 [M-5 43 9 US]之連續案，而該案已獲准美國專利，專利編 號為 6, 049, 220。 上本應用亦係完全併入且共同審查此處之參考文獻，即 申明於1999年3月22日之美國專利申請案號〇9/274,821 ， 案件名稱為「用於決定半導體晶圓中活性摻質量之裝置與 方法」，發明人為Peter G· Borden等人，代理記錄 [M-7045 US]。 明之背景 處理一半導體晶圓以形成積體電路 對 曰曰 圓”帶電荷的原子或分子稱為離子=中離 於曰曰圓的晶格結構造成傷害’為了移除該傷宝 吊 圓於升高的溫度中退火，典型地係於6〇〇〃至u^’ 一般該 火前，可先測量該晶圓表面之材質性質， 。在 植入所造成之傷害。 、、彳係利用離 例如，美國專利4, 5 79, 463 (此處其内 卜 資料）中Rosencwig等人，揭露一種用於測旦〜本篇之參 之溫度週期性變化所造成之反射係數的=圓之表

第6頁 544733 五、發明說明（2) 段，第7至1 6行）。特別地，該方法使用「於一樣品之一點 上週期性地加熱且產生熱波」（請見第三段，第54至56 行），其係以「一輻射探針光束…直接該樣品表面之週期 性加熱的區位上」，且該方法「測量自該週期性加熱之反 射的輕射探針光束之強度變異」（請見第三段，第5 2至 行）。 另一例中，美國專利4, 854, 7 1 0 (此處其内容作為本篇 之參考資料）中Opsal等人描述一方法，其中「監視一擴散 電動電漿之密度變化，以產生一半導體特徵之資訊」 (请見第一段，第61至63行）。特別地，〇pSai等人聲稱 「反射率的改變係由於電漿密度之變化，可藉由反射一探 針光束於該樣品之表面於該區域内而偵測，其已被激發」 (清見第二段，第23-31行），如描述於1974年5月2〇日Dh.

Austin 專人於 Physical Review Letters 第 32 冊第 20 本中 「鍺中橢圓短暫電子洞電漿」。

Opsal等人更聲明（請見美國專利4,854,71〇中第五段第 2 5 1仃）· 「該輻射探針之強度與相位將發生改變。在較 佳貫施例中，強度改變係由該樣品之反射率改變所造成， 其係由光偵測益所監視。一偵測相位改變可能係透過干 擾技術，或藉由監視該該探針光束之週期性的角偏斜。 1 9 96 年4 月由位於加州 94 539 Frem〇nt，125〇 ReUance 」

Way的Therma-Wave公司所發表之一小冊，其標題為 「TP-5 0 0:下一代之離子植入監視器」，其描述一測量 置TP-5 0 0，其需要「無植入後處理」（第二頁中第一段，

544733 五、發明說明（3) 弟6 - 7行），且其「測量晶格破壞」（第二頁中第二段，第 32行）。該τρ-500包含「兩個低功率雷射，其提供一調變 的反射訊號，其可該晶圓晶格上受到植入所受到的表面破 壞。當計量增加時，該T W訊號與破壞亦增加。此非接觸 術於晶圓製造上不具有害的影響」（第二頁中第一段與第 二段）。根據此小冊，TP - 5 0 0也可被使用於退火後，特別 係「將該系統最佳化以使得退火一致性，且確使優良的 現性」（請見其第四頁中第二段最末）。 美國專利5，978，074中揭露將一探針光束具隹一揭π 區域内，以一強度調變產生光束週期:二 口表且 传到邊樣品之光學反射率。以複數個幫浦光束調變頻率進 2 #在該樣品表面之該幫浦與探針光束點間之 松向分隔變化時，進行測量。 吳國專利5, 9 78, 07 4中第三段，第23 —3〇行中，舞 知技藝中，該調變範圍典型係於1〇〇 KHz 。 驗所利用之調變頻率係高至1〇 ΜΗ 在 有二貝 ,1 * ^ 〇 〇 ； ； ζ ^ ^ =二常短，使得-樣品之薄= 貝汛係於1 0 〇埃的程度。」 專利5,9 78,074中第八段，第22一27行中，更聲明「一 仁在不同間隔之所有測量 該處理哭將嘗m、」 進行與儲存，則 _ .軍v ^ 述§亥樣品之特徵。可利用不同形式的調 :運异法’端視於該樣品之複雜度。t適化的： 糸使用反覆的過程’例如使用最小平方合適例行程序。」 544733 五、發明說明（9) 其於習知技藝中可能係需要的，用以監視該製造過程，因 而降低成本。甚至’此處所述之退火晶圓上的測量提供一 個或多個性質之測量，其係關於所製造裝置之電子性質 (例如處理速度），由於退火造成用於該裝置中之推質之活 化。 …/ 一晶W 1 U4之處理係藉由 … \穴匕τ 一晶圓 處理單元101與一退火器102被用以製造（請見第一圖B0a之操 作1 0 2 )其之一部份。製造過程中之一晶圓，例如晶圓 104，105與1 06之一可藉由一測量裝置1〇3(此後稱為「活 性摻質描述器」或「描述器」）而評估（第一圖A) /因此， 在下列敘述中，標號「10〇 1 05/ 1 06」係指相去於曰 ’ 104，105與106。同樣地「1 05/ 1 06」係指晶圓田ι〇'ϋ6。 特別地，一描述器丨03係根據本案測量（請見第'一 之操作104)晶圓1 04/1 05/1 0 6之性質，改 0 一係數關聯於電荷載子，且重複該測量 ^ 請二可被重複“(例如10次)，以獲二 ;定：數Π°中’描述器103中1計之電腦· J疋：函，數，其關聯該測量至該係數值，㈣如曲線符 曰。在一貫施例中，電腦l〇3C決定功率系列函 7亦稱為彎曲率）’雖然在其他實施例中，此一函；或： 他函數之其他係數可被決定。 —/、 mru接動作17〇中，電腦1〇3C理用上述之技術為晶 二半導體性質測量。例如，電腦1()3C利用 邊-級係數為晶圓1 04/1 05/ 1 06中’接點

544733 五、發明說明（11) 中，其中該摻質1 ^ ^ / (步h刑分餅為應者（形成η~型材質），或接受者 122之過程，係一、、/声貝了之/圍甘合讲於該晶格結構中於動作 該人併之—&在數，其中動作122之時間被進行。 口併之凡成係於更尚之溫度或在更長時間之後。 然而，5亥摻質亦擴散（亦即移動）於動作1 2 2中，因而 化加該接點深度。該擴散係於更高溫度進行更快速，且兩 要小心控制該退火溫度。因此，該接點之不連貫之測量係 於動作1 2 2之後（其中晶圓1 〇 4 / 1 〇 5 /1 〇 6係定位於描述器j 〇 3 中）’且邊不連貫被相比於預先決定之資訊（例如一特定限 制’或已知優良之晶圓之不連貫），以決定一改變（若任 何）形成於該退火程序與/或離子植入程序。此形成改變之 動態回饋，至此處所述之即時製造操作，改善優良晶圓之 產量得自於非習用技藝之製造方式。 在一實施例中，’退火晶圓1 〇 6 (第一圖A )係自快速熱 退火器102轉送至描述器，且定位於其中（請見第二圖a 中之動作1 2 3 )。在另一實施例中，一活性摻質描述器係結 合至一快速熱退火器，且在退火完成後不需定位。在一實 施例中，描述器1 0 3之移動係相對於晶圓1 〇 6取代移動晶圓 1 0 6 〇 如上所述 Μ丄rv丨地一祚退火晶圓1 0 5以可被使用（經由第一圖 中路徑109移動），例如若摻質區域不需退火由於除離子 植入方法之使用，例如擴散（其中掺質係熱地擴散至晶圓 1 0 5中，且被活化，且不需退火出植入破壞’或其中推質 原子經由一程序，例如化學汽化沉積（CVD)被長入該半導 第16頁 544733 五、發明說明（12) 體。描述器1 0 3評估該摻質之效益於非退火之晶圓1 〇 5中， 係以相同於上述之退火晶圓1 〇 6之方法。一起始晶圓丨〇 4亦 可被使用於第一圖A中路徑112中所述。 接著，在一晶圓1 0 4 / 1 〇 5 / 1 0 6被適當定位後，描述器 1 0 3產生（請見第二圖A中動作1 3 0 )該晶圓之區域中，一些 過多電荷載子其被調變於一預先決定之頻率。選擇該預先 決定之頻率，以確使該電荷載子之波未於該測量過程中產 生（請見第二圖A中之操作140)。當描述器103未使用「電 漿波」如美國專利4，8 5 4，71 〇中所述時，描述器丨〇 3係有效

測罝一退火晶圓1 〇 β之一性質，如同測量一非退火晶圓 104/105之一性質。

再測量一材質性質於操作1 4 〇之前，描述器1 〇 3產生 (請見第二圖Α動作130)，於晶圓104/105/106區域128(第 二圖B)中，過多載子之濃度&與調變濃度化（亦即增加與 減少）如時間t之函數，但非為距離X之函數，例如 自區域128之中心軸155(第二圖B)。特別地，在一段時間 上，其係調變頻率之倒數，描述器丨〇3改變濃度化於心3 一 nen之間’其中nen $ nej $ nei $ nea (第二圖b )。因此，在任何 呀間t i ’该載子濃度之n e i值變為該距離X之函數，而不需 產生一波於間隔中。一實施例之描述器丨〇 3確使濃度之ne ，無週期性。反而’濃度ne簡單成放射狀退化（例如約略 才曰數為放射距離之函數）外部區域丨2 8，如第二圖b中所 述° 為確使間隔中無波存在，該載子濃度C之調變頻率被

第17頁 544733 五、發明說明（16) 數係改變的，例如，光束1 5 1之功率係被改變，且重複動 作1 4 2，因而產生η次測量。 藉由該電荷載子直接反射之光束1 5 2之測量強度（如動 作1 4 2所述），在另一實施例中，測量光束1 5 2之該反射部 分之一干擾強度（請見第二圖Α動作143)。光束152之該反 射部分之干擾可用（1 )光束1 5 2之另一部份，其係藉由該晶 圓之前表面所反射，或（2) —參考光束，其具有隨時間變 化相。光束152之該反射部分干擾亦可用光束152之一未反 射部分，因而獲得一加總元件與一差別元件，且該加總元 件與該差別元件間之差係被用作為測量。在另一實施例 中，該電荷載子（其係隨著調變頻率而變化）所反射之光束 1 52之部分，係與該參考光束之一部份相該擾，且該前表 面（其係穩定且不隨調變頻率而變化）所反射之光束丨5 2之 部分，係與該參考光束之另一部份相干擾，且該兩干擾訊 號間之相位差係被用作一測量。 雖然如第二圖D，所描述之光束1 5 1與1 5 2為重合，以 一共同軸1 5 5，如第二圖I中所述之另一實施例中，光束之 一’例如探針光束1 5 2係以其他光束取代，以獲得一強度 測量’例如產生光束1 5 1位置之改變，係於動作2 4 4 (第二 圖A)之一變異表現。因而如同所述之光束151與152彼此分 隔’係藉由第二圖G中個別軸162與1 61間之非零距離。 探針光束之此一抵銷位置（第二圖G )中所獲得之一強 度測ϊ ’係關於產生光束丨5 1被用於測量摻雜區域丨3 8中該 半導體材質之不同性質，其類似自共同存在光束（第二圖

第21頁 544733 五、發明說明（17) --- D )所獲得之測量。該抵銷位置（第二圖G )中所獲得之測量 提供一載子濃度之測量，因為該濃度係自發光區域128 ^ 距離d而衰退。同樣地，該抵銷係於層丨38中之擴散長度級 數（且該擴散長度之級數係為5微米於一重摻雜層中）。 、 值得注意的是在一實施例中，該抵銷係於整個過程皆 為固定，於不同位置中多重測量，不像美國專利 白 5, 978, 0 74中所描述之過程。取決於該實施例，有別於美 國專利5，9 7 8，〇 7 4包含，例如，頻率調變之使用，其避免 產生波（如反對使用大於丨〇〇 kHz之頻率），且使用1固定 的光束大小於整個測量過程（如反對光束大小的變化），且 對於不同位置之多重測量，單色光之使用（如反對使用多 色光），且使用一光偵測器（如反對使用一光譜儀）。 取決於調準的容限，該光束之性質，例如直徑與自一 =心轴之分歧角度，可能探針光束丨52之直徑係大於產生 光=151(如第二圖H中所述）。在一實施例中，此結構中之 =量形成且如此處所描述。同樣地，在另一實施例中，測 里於光束151或光束152或二者之變化直徑之形成，且用 無電荷載子之波產生，如此處所述。 、 在另一實施例中，探針光束丨52之直徑係小於或等於 j生光束151之直徑，且用以排除流動性與摻質濃度（如此 處所指）測量上之使用其變化的效應。形成探針光束之較 ，尺1，係藉由放大直徑與/或產生光束151之分歧角度， =如=由移除用於產生光束151之透鏡，或選擇一透鏡尺 寸’，、產生一較小的目苗準光束直徑如發射自該產生雷射。

第22頁 544733 五、發明說明（18) 值得注意的是在動作150中，替代產生光束151功率之 改變，描述器1 0 3之另一實施例改變光束丨5 i之直徑，其亦 改變區域128中電荷載子之濃度。在此一方法中（其避免電 荷載子波之產生），描述器103覆蓋在兩光束151與152之軸 ^且開始探針光束152大於產生光束i5i。而後，該描述 大產生光束151之尺寸，直到光束i5i與探針 . 一、又大。在此過程中，描述器1 0 3測量不同產生光 二率，且將這些測量作圖，以獲得-曲線，而後 ^t( "，J^ 一 £域（例如猎由作圖）比輕兮έ 質區域之係數值，.而插；已知材質性 (例如生命週期與/或擴散長；)域：一個或多個材質性質 參數關於電荷載子，當;曰描述器103亦可改變另-藝之人士見此揭露即可明；此測置時，熟知半導體物理技 雖然在上述實施例中，一 子能量低於晶圓1 5 6之帶^t I 〃光束，〃具有之光 避免產生測量相關的載子，：另係：於(在測量過程中’ 之少部分比例（例如小於10%)在^一貫施例中，電荷載子 該電荷載子，係藉由使用^了H光f51所產生之 一參考符號）而產生，其夏^針先束15曰2(方便起見使用同 量（例如10%以上）。此一;二：之光子能量稍高於該帶隙能 载子係於相當小的*例束152所產生之該測量相關 小-級強度），以提供—人：f產，光束所產生之數s 内）。 0理正確測s的反射率（例於5 %

544733 五、發明說明（25) 製造之晶圓之對應係數被用以查詢個別之性質，與/或處 理條件。 特別地，如第三圖A中所述之例子，曲線1 8卜1 8 2具下 列之合適係數，退火溫度與不連貫，如表一所示。 表一 線 零級 一級 二級 退火溫度（°c) 不連貫 奈米/十 183 -56. 1 210.63 -0.414 80 0 — 3. 50 182 -111.4 244. 5 -0.674 750 2. 98 181 86. 79 30 7. 28 -0.766 如生成 ΤΓ71 . i 不連貫之測量單位為nm/decade，其係奈米之距離除以一 參數1 0之摻質落下濃度。例如，若該濃度落下係自於2. 5 nm之距離1〇19原子/立方公分至l(p原子/立方公分，而該不 連貫為2. 5奈米/十。 在一例子中，電腦1 0 3 C利用該二級係數為〇 · 6 7 4，如第 四圖所述，以得到不連貫為2· 98奈米/十。在上述之曲線 183所代表之晶圓，設計之電腦i〇3C相比於該測量值2. 98 奈米/十至2 · 8奈米/十規格，且確認該晶圓為被拒絕（例 如藉由將晶圓移入拒絕晶圓之容器），且因而調變一處理 係數，例如於線1 0 8驅動一訊號（第一圖A )，以減少溫度至 2 5 °C。 此外，或除了決定一處理條件之外（例如如上所述之 退火溫度），如上述得自強度測量之性質，可被用以決定

第30頁 544733 五、發明說明（26) 區域1 2 8中所述該半導體材質之不連貫。特別地，描述器 1 〇 3利用彎曲率，以決定接點不連貫，以查詢一圖（第三圖 B)其中彎曲率係對具以爭性質之晶圓之不連貫作圖。在上 述之例子中，該二級係數產生每十之奈米不連貫，透過利 用如第三圖B之一關聯圖。 此後，描述器103比較範例之值，2· 8奈米/十與可接 受之不連貫之一預先決定值，例如2. 7至2.9奈米/十之範 圍。當2· 8值落於該範圍中時，晶圓105/106之確認可被接 受’且其處理更於正常方式中（如第二圖A中之動作262所 示）。若該測量之接點深度落於預先決定之範圍外時，晶 圓105/106被拒絕（如第二圖A中動作260所述），且一個或 多個處理條件被調變，例如藉由調變添加摻質（如動作2 6 3 中所述）。 值得注意的是上述之係數可自個別之測量中取出，利 用利用如習知技藝中任何曲線適合方法。例如，可進行一 「最小平方」適合，以最小化該平均平方變異於函數與測 量之間。假設該測量形成一矩陣（&，h )’其中第I訊號之 測量係因應於第I功率，該平均平方變異MSD係由下列方程 式而來。 MSD = Σ [Si - f (Pi)]2 為了尋找一最小MSD ’ 一二次函數f(Pi) = a + bPi + cPi 係符合該測量，為了決定係數a ’ b與c ’例如取MSD之部分

544733 五、發明說明（28) A )，或（2 )該條件（例如退火溫度）於一退火器1 〇 2中，藉由 驅動一訊？虎於線1 0 8 ’或二者。而後上述之動作再次被重 複0 值得注意的是一處理條件亦町被進行，即使當一晶圓 被接受時（如第二圖A中動作丨73所述），例如若該不連貫落 於接近一預先決定之範圍限制，例如百分之五限制内。如 上所述，為調變該處理條件，描述器1 0 3提供一訊號至單 位101或退火為102或二者，以將該不連貫之值送返回至該 預先決定範圍之中。 如此處所述，由描述器1 0 3所進行之測量為非破壞 性，進行於幾平方微米中，且可進行於一相當短之時間 (例如在一晶圓上於一區域中5秒，或丨〇區域中5 〇秒）。如 此處所述，測量退火晶圓丨〇 6之性質於製造過程中或之後 可增加產*，相較於用以測試晶圓性質之離線測試。 值得注意的是直接赤I田##你总 (^ m τ φ ^ 1 71 ^ j用该一、、及係數，该係數可被*** (弟一圖J中動作1 7 1所述）相關於晶圓之係數，其具有已知 之連接不連貫，以確認晶圓丨〇 4 /丨〇 5 /丨〇 6之不連貫。例 如’曰曰圓1 0 4 / 1 0 5 / 1 0 6之該二級係數相較於晶圓之 (亦稱為「參考晶圓」），其已知不連貫，以找尋兩最接近 之係數值，且在對應之不連貫值間之一線性***產生 1 001 〇5/1〇6之不連貫。除了線性***，一曲線可被 合，以關聯不同係數值至個別之不連貫值，且該曲 見第四圖）隨後被用以尋找晶圓丨04/ 1 0 5/ 1 0 6之不 *。明 參考晶圓之不連貫可被決定（請見第二圖A中動L°10) 544733 五、發明說明（32) 所述之AT &T技術一參考蚩1山μ -ι π 1 曰精中苐5-30頁），以供於輩开 1 〇 1或退火器1 0 2。 Μ ^ 从仏y早兀 如上所述，雖然吉綠> t Α I ~描係如上述所討論，於另一實 施例中進行一區域掃描。 7 口丁郝 ％乃 κ 特別地，描述哭1 0 3 (第一圖A )進 行反射率測量於對應之區域 w C弟Η A)進 14n 1Rnx ^ ^ ^ ΛΑ 战中（例如重複第一圖B中之動作 14U-160)於一緊密的間^ ._ ., ^ ^ 、隔贡中（例如其將晶圓1 4 0- 1 60區分 _ 一 '具有1 0微米乘以1 0微米之區域）。 该測量被作圖以形成於監視哭〗n Γ筮 皿他态1ϋ3Μ(第一圖Α)上，J：A球 測量強度與x-y位置之圖（例士 π 士、τ门 ( 例如形成不同形式之影線區域， 或為二維圖像）。 因此如所述之實施例，描述器丨〇3函數為一掃描不 貫顯微鏡，其於監視器103Μ晶圓顯示晶圓1〇4/1〇5/1〇6上 不同區域之不連貫，且可以相同於一掃描式電子顯微鏡所 使用之方法而使用。例如，於1〇〇微米承以1〇〇微米面積上 進行四百個測量，且顯示於三維圖上，其中\與7定義二維 於圖案化晶圓1 0 5上之-區$ ’且影線圖案（其係指顯示於 監視為1 〇 3 Μ上之第二維）代表所測量之不連貫。該面積择 描之圖（未顯不）係由熟知半導體物理之工程師所使用，以 評估晶圓1 〇 5 / 1 0 6 ’以使用於掃描式電子顯微鏡之方式。 如上所述’替代作圖之手動式檢視，該不連貫之測量可為 自動。 ”、 若需要，描述器103可相對移動光束151與152於任何 時候（例如，在確定一晶圓為可接受/拒絕如第二圖Α中動 作170所述之前或過程或之後），雖然在一實施例中光束

544733 發明說明 1 5 1與1 5 1間之距離於起始時被設定，且之後於所有測量中 皆保持 '定。光束151與152可於起始時被安排為同圓心， 且/或重豐，或非重疊（取決於該植入），藉由在設定過程 中適度調變該間隔距離。在此一實施例中，此處所描述無 測量形式於設定相過程中，且當此測量係於設定相之後進 行’則該間隔距離為不可改變。 在貝施例中’描述器1 0 3包含兩個壓電執行機構， 其控制光束151與152之位置。特別地，該執行機構（未顯 不）移動一雷射之準直鏡片，其沿著兩垂直軸X，y產生探 針光束152，其皆垂直於產生光束151之軸155，因而移動 探針光束1 5 2之位置相對於產生光束。 描述器103可以下列之方式，#列光束151與152為同 圓心。特別地，描述器丨03重複移動探針光束152沿著一軸 (例如X軸）相對於探針光束，如第二圖G與11中所述，在每 一移動之後獲得一測量強度。在一實施例中，測量之進行 ，-設定相之-部❾’且該描述器！ 〇3未進行移動間之測 ϊ以決定一材質性質，然而描述器丨〇3避免電荷載子之波 產生，藉由利用如此處所述之一相當低調變頻率。 在測量之後，描述器103隨意地將測量作圖為第二圖E 中所述之相對位置’且決定該位置（在此實施例中使用於 該壓電執行結構中之電壓），其中強度測量、 於第二_中。在一實施例中，描述器ι〇3移動 =光束152相對於產生光束151於第一方向（例如沿著⑼ 正向）之一增加距離Λχ(例如〇. i微米），測量若該測量之

544733 五、發明說明（37) ^ 距離）。雷射5 0 1之輪出校準係利用透鏡5 〇 2，以提供一準 直之光束503具有直徑3厘米。透鏡5 〇2可為，例如，得自 加州山景城波光學WT-CY3-163-10B-0.5。 然而’在一實施例中，自該接點之反射與該前表面間之干 擾’該連貫長度需要為一微米級（例如小於丨〇微米）—其為 該連貫長度必須為路徑長度差別之級，其為兩倍於該接點 深度於此實施例中。 … 在一實施例中，一產生光束151之產生，係藉由一上述帶 隙雷射5 0 5，例如一砷化鎵鋁二極體雷射，其具有波長8 3 〇 nm ’與功率為200 mW，得自加州聖荷西Spectra Diode實 驗至。4田述裔1 0 3包含一透鏡5 0 7 ’其係獲得自加州I r v i n e 的Mills Griot公司編號06GLC002/810。透鏡507自雷射 505較準該光束，以產生一準直的光束151具有直徑3厘 米。透鏡507被固定於***（未顯示）上，以提供動作至 光束151有關光束1 52。 由雷射5 0 1與5 0 2所產生之光束1 5 1與1 5 2之波長間之關聯係 一關鍵方面於一實施例中，且導致意外的結果，例如當光 束151包含光子具有之能量為石夕之帶隙能量之上，且光束 1 5 2包含光子具有之能量約等於或小於該帶隙能量。在此 例子中，對於矽晶圓830 nm與1 0 83 nm波長光束提供一個 或多個益處如此處所述。 波長830 nm被考慮部分適用於此例之產生光束1 5 1， 因為砍中之吸收長度係約為1 5微米。因此，該吸收長度係 大幅大於該接點深度，且過多電荷載子之產生係接近一

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致，於測量中之顧慮深度。由於該光子能量係接近該 能量，光子產生係更具效率，具有較少之能量直接於勒 該半導體中。 ϋ…、 同樣地’該吸收波長為980 rim之長度係約為25〇微 米，因此過多載子之數目係藉由探針光束152而產生| 相當低以確使最小干擾於該過多載子分布。再者，吸收 長為9 8 0 nm之長度係夠短，因而可見自該晶圓之後表面/ 非常小之反射（晶圓典型為6 0 0 - 8 0 0微米厚），因此該後表 面反射可能可造成假訊號。 义 值得注意的是具有一廣帶邊（相對直接帶隙材質波長 為980 nm提供光子能量小於此廣帶邊，升高至長的吸收長 度，以最小化載子產生起於探針光束丨52，但是亦提供足& 多句之吸收以減弱光束1 5 2，因而反射自該晶圓之後測未被 查見。因此，波長9 8 0 n m之探針光束1 5 2被用於此例中， 當檢查摻雜接點於低摻雜濃度之基質中（每立方公分丨〇ls換 質原子），其中光學吸收起於自由載子之存在為低。 光束1 5 1與1 5 2利用雙色分光鏡5 1 0 (例如部分穿透鏡） 被耦合’（例如得自加州聖克拉拉之D〇m丨nar編號 1918-b)，形成一重疊光束511。光束511通過一 5〇:5〇光束 511至偵測器522 a與522b(經由過濾器520與偏振光束*** 為5 2 1 )’以用於一干擾訊號之測量。光束5 1 1之剩餘部分 通過一 9 0 : 1 〇光束***器5丨4 (得自加州福樂頓市之精準應 用產品，藉由指定93. 3%傳送於〇· 83微米波長與90°/◦傳送於 0.980被米波長）’且物鏡515(例如日本東京Olympus所製

第43頁 544733 五、發明說明（39) 之10 0倍0· 8NA透鏡）。物鏡515將結合光束511聚焦至晶圓 516 ° 光束***器5 1 4之規格選擇係基於該產生光束與該探 針光束之波長，以確使大部分之功率被傳送且一小量之功 率（例如1 0%)被反射。值得注意的是同樣地該探針光束僅 聚焦於載子產生區域28中（第二圖]))，其形成係藉由聚焦 該產生光束151(第四圖）。 特別地’由於該色差，光束丨51與152之聚焦平面稍微 不同。探針光束152之聚焦點之尺寸，係小於產生光束151 之聚焦點之尺寸’藉由該較短波長之光束丨5 1之優點。若 曰曰圓5 1 6被放置於光束1 5 2之聚焦平面中，光束丨5 1將稍微 於焦距外，且其點於晶圓1 5 6 (第四圖）之前表面丨5 3 (第二 圖D)上之直徑將為更大，且完全覆蓋於光束152之聚焦點 上。 光束1 5 1之點覆蓋於光束丨5 2之點上之效應亦可被達 成，其係藉由未以物鏡5 1 5充滿該產生光束丨5 }，藉由將該 產生光束151直徑於該入口至物鏡515小於物鏡151之入 口，因而增大該產生光束點尺寸。 自晶圓516反射之光通過返回透過物鏡515，9〇 ·· 1〇光 束***器5 1 4，且進入5 0 : 5 〇光束***器5丨2。半數光達到 ^束***器5 1 2係直接返回至過濾器52〇 (其係一帶送過濾 态i其抑阻自光束151之光，但通過自光束1 5 2之光）。過 濾為52 0可為，例如，史卡特玻璃RG83〇，可得自德國

Goettingen 的 Spindler & jjoyer 公司。此外，過濾器 52〇

第44頁 544733 五、發明說明（40) 可為^一乍f通過過滤為’具有中心波長為1〇8〇 nm，可得 自加州 I r v i n e 之M e 1 1 e s G r i 〇 t。 過濾器520移動產生光束151之光子自該反射光束，因 而使得偵測器52 2a僅檢視探針光束1 52之光子。過濾器52〇 係一關鍵元件於一實施例中，且提供意外之結果排除投入 之調變訊號（由光束1 5 1所產生）至偵測器5 2 2a，否則其將 存在於當使用一習用技藝之系統時。在此特定植入中'，將 可使用鍺於光子偵測器5 22a中，以提供敏感度至波長1〇83 nm之光子，其為雷射5 0 1所產生。此外，可使用錯或石夕於 該第一實施例中，其使用之探針雷射波長為9 8 〇 nm。 在某些實施例中，一參考光束之形成係藉由探針光束 152之一部份，其反射自前表面153(第二圖D)，且5〇:5〇光 束***益51 2轉移該反射光束之5 〇 %，自前表面丨5 3至偵測 裔5 2 2 a。值得注意的是，在第一實施中，光束***器 521，偵測器522b與放大器5 23b未被使用（亦即未存在）。 偵測器5 22a係一光電池（例如一光二極體或一光阻 器’例如美國PA，蒙哥馬利市之eg&G Judson的 J16^SP-R05M-HS)，其轉換該入射干擾訊號至一電路。放 大斋523a轉換該電路至一放大電路，其而後倍送至一放大 器5曰24，其依序被耦合至鎖入放大器525 (例如模型，其 可得自加州森尼維耳市史丹佛研究系統）。 鎖入放大|§ 5 2 5包含一參考振動器於鎖入偵測頻率。 此振動器係耦合至一雷射驅動器526，以提供一訊號至雷 射505，其被調變於相同頻率於鎖入放大器525所提供之田訊

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Claims (1)

1. 544733 六、申請 i龜秦 91103969 年 月 修正 1 . 一種用於評估一晶圓之裝置，該裝置包含： 光子之第一光束之第一來源，其具有一第一強度調變於 一相當低之頻率，當該第一光束係入射於該晶圓上時，以 避免該晶圓中電荷載子之波產生； 光子之第二光束之第二來源；以及 一光感應元件，其位於該第二光束之一部份之一路 徑，在該晶圓反射後，該部分被調變於該頻率，該光感應 元件產生一電子訊號，以入射該第一光束指示產生於該晶 圓中該電荷載子之濃度。 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中·· 該第二光束中之光子具有之能量小於該第一光束中光 子之能量。 3 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中·· 該電子訊號指示該晶圓之一反射區域之深度改變，為 該第一光束之功率之函數。 4 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 該電子訊號指示過多載子之情況改變為該第一光束之 功率之函數，該過多載子之產生係藉由該第一光束之入 射；以及 在該第二光束中光子之能量係大幅小於該第一光束中 光子之能量，當該第二光束係入射於該晶圓上時，以避免

   第51頁 544733 _案號91103969_年月日__ 六、申請專利範圍 該晶圓中產生高於可忽略數目之電荷載子。 5 .如申請專利範圍第1項之裝置，更包含： 一振動器，其可振動於一頻率低於250 0赫茲，該振動 器係耦合至該第一來源；以及 一鎖入放大器，其耦合至該震盪器與該光感應元件， 該鎖入放大器具有一輸出線。 6.如申請專利範圍第5項之裝置，其中在操作過程中： 該振動器造成該第一來源產生該第一光束於一強度調 變於該頻率；以及 該鎖入放大器產生於該輸出線上，一訊號指示該第二 光束之光子平均數目，調變於該頻率且由該晶圓所反射。 7 .如申請專利範圍第1項之裝置，更包含： 一振動器耦合至該第一來源，該振動器被設定以振動 於一固定頻率，其係相當低以避免該晶圓中電荷載子之波 產生；以及 一鎖入放大器，其耦合至該震盪器與該光感應元件， 該鎖入放大器具有一輸出線。 8 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中·· 該第二光束之中心係與該第一光束之中心重合。

   第52頁 544733 _案號91103969_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 9 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 該第二光束係入射於該晶圓上自該第一光束之偏移位 置。 I 〇 ·如申請專利範圍第9項之裝置，其中： 該第二光束之中心，係自該第一光束之中心分離至少 一微米。 II .如申請專利範圍第9項之裝置，更包含： 一振動器耦合至該第一來源，該振動器被設定以振動 於一固定頻率，其係相當低以避免該晶圓中電荷載子之波 產生；以及 一鎖入放大器，其耦合至該震盪器與該光感應元件， 該鎖入放大器具有一輸出線。 1 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 該第一光束之光子具有之能量，係大於該晶圓中半導 體材質之帶隙能量；以及 該第二光束之光子具有之能量，係小於該帶隙能量。 1 3 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 一部份傳輸鏡位於每一該第一光束與該第二光束之路 徑，該部分傳輸鏡被定位以反射該第一光束與該第二光束 之一，沿著一路徑其與另一該第一光束與該第二光束之路

   第53頁 544733 _案號91103969_年月曰_fJL_ 六、申請專利範圍 徑重合，因而產生一結合光束。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，更包含： 一光束***器定位於該重合路徑中。 1 5 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 該光感應元件包含鍺。 1 6.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光感應元件此後 係為「第一感應器」，且該第二光束被偏極化，該裝置更 包含： 一偏極光束***器，其位於該第二光束之反射路徑， 自該晶圓以引導該第二光束之一反射部分至該第一感應器 所感應之第一元件；以及 一第二感應器，其於反射自該晶圓之前，位於該第二 光束之路徑中。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之裝置，更包含： 一振動器，其可振動於一頻率低於2 5 0 0赫茲，該振動 器係耦合至該第一來源；以及 一鎖入放大器耦合至該振動器，且至該第一感應器與 第二感應器之每一個，該鎖入放大器係位於該電腦與該第 一感應器間之柄合，。

   第54頁 544733 _案號91103969_年月日_«_ 六、申請專利範圍 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中： 該鎖入放大器產生一第三訊號，而於接收該第一訊號與 該第二訊號時，指示自該第一感應器之第一訊號與該第二 感應器之第二訊號間之差，該第三訊號係與該振動器之振 動同相。 1 9 ·如申請專利範圍第1項之裝置，更包含： 一電腦耦合至該光感應元件，且被設計以決定一函數之 係數，其關聯該電子訊號至一參數，相關於該第一光束與 該第二光束至少一個之產生。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該第二光束之波長，係於該晶圓中一材質之帶隙能量之 上，且該函數關聯該電子訊號至該第二光束之功率。 2 1.如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該第二光束之波長，係於該晶圓中一材質之帶隙能量之 下，且該函數關聯該電子訊號至該第一光束之功率。 2 2 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該係數係一常數於該函數中。 2 3 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該係數係該函數中之線性項目。

   第55頁 544733 _案號91103969_年月日__ 六、申請專利範圍 2 4 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該係數係該函數中之二次項目。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中該係數指示該晶 圓中接點之不連貫，且該電腦更包含： 一記憶體，所具之編碼值係產生自至少一測試晶圓，其 具有一層之未知不連貫； 其中該電腦更被設計，以利用該係數以尋找不連貫，基 於記憶體中之值。 2 6 .如申請專利範圍第2 4項之裝置，更包含： 一干擾測量器，係位於一訊號之路徑，其係得自該第二 光束之至少該部分之干擾； 其中該光感應元件係位於該干擾測量器之内，且該電腦 係藉由該干擾測量器中之電路，_合至該光感應元件。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之裝置，其中： 該干擾測量器包含一鎖入放大器，其偵測振幅與由干擾 所得之一訊號相位於： 調變於該頻率之該第二光束之該部分；以及 由該晶圓之前表面所反射該探針光束之另一部份之 間。

   第56頁 544733 _案號91103969_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 2 8 .如申請專利範圍第2 6項之裝置，其中： 該干擾測量器係位於一訊號之路徑，其係得自一參考光 束與調變於該頻率之該第二光束之該部分間之干擾。 2 9 .如申請專利範圍第2 8項之裝置，更包含： 一偵測器耦合至該光感應元件，其中該偵測器被用以測 量一相位差於： 一第一干擾訊號，其獲得係藉由一參考光束之干擾與 複數個電荷載子所反射之探針光束之該部分，以及 一第二干擾訊號，其獲得係藉由該參考光束之干擾， 與該晶圓之前表面所反射之探針光束之另一部份之間。 3 0 .如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中： 該干擾測量器，係位於一訊號之路徑，其係得自該第二 光束之一反射部分與該第二光束之一未反射部分間之干 擾，以獲得一加總元件與一差元件；以及 該光感應元件係位於該干擾測量器之.内，以決定該加總 元件之第一振幅與該差元件之第二振幅間之差。 3 1 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該電腦被設計以正常化該電子訊號之值。 3 2 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，更包含： 一熱處理單元，其中該晶圓被退火；

   第57頁 544733 _案號911Q3969_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 其中該電腦係耦合至該熱處理單元，以基於至少該係數 控制其操作。 3 3 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，更包含： 晶圓處理單元，其中該晶圓之一部份被形成； 其中該電腦被耦合至該晶圓處理單元，以基於至少該係 數控制其操作。 3 4 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，更包含： 製造該晶圓之裝置； 其中該電腦被耦合至該製造裝置，以基於至少該係數控 制其操作。 3 5 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中： 該參數係該第一光束之功率； 該第一來源能調整該第一光束之功率；以及 該電腦被設計以控制該第一來源，以調整該第一光束之 功率至複數個位準，且該電腦更加被設計，以獲取對應之 該電荷載子之複數個濃度。 3 6. —種用於製造一晶圓之裝置，該裝置包含： 一晶圓處理單元；以及 一活性摻質描述器，其耦合至該晶圓處理單元，以接收 其製造之晶圓，該活性摻質描述器產生一電子訊號，指示

   第58頁 544733 _案號91103969_年月日_^_ 六、申請專利範圍 該晶圓之一性質於接收該晶圓上，該活性摻質描述器包含 一電腦被設計，以決定一函數之一係數，其關聯該電子訊 號至一參數關聯於該電子訊號之產生。 3 7 .如申請專利範圍第3 6項之裝置，其中： 該函數包含一幕級數；以及 該係數為該幕級數中之二次項目。 3 8 .如申請專利範圍第3 6項之裝置，其中： 該晶圓處理單元具有一控制線，搞合至該設計之電腦。 3 9 .如申請專利範圍第3 6項之裝置，更包含： 一快速熱退火器，耦合於該晶圓處理單元與該活性摻質 描述器之間，該快速熱退火器具有一控制線，耦合至該設 計之電腦。 4 0 .如申請專利範圍第3 6項之裝置，其中： 該晶圓處理單元包含一離子植入器，其具有一控制線， 耦合至該設計之電腦。 41.一種用於製造一晶圓之裝置，該裝置包含： 製造該晶圓之至少一部份之裝置；以及 控制該製造裝置，之裝置，該裝置用以控制利用一函數係 數，其自該晶圓關聯一測量至一用於產生該測量之參數。

   第59頁 544733 _案號91103969_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 4 2 ·如申請專利範圍第4 1項之裝置，其中： 該函數包含一幕級數；以及 該係數為該幕級數中之二次項目。 4 3 .如申請專利範圍第4 1項之裝置，其中： 該製造裝置包含一熱處理單元與一離子植入器；以及 該控制裝置包含一干擾測量器與一鎖入放大器。 4 4. 一種用於評估一晶圓之方法，該方法包含： 測量該晶圓所反射之一光束之一部份之強度； 改變一參數關聯於電荷載子於該晶圓中，且重複該測量 以獲得複數個測量於該參數之對應複數個值； 計算一函數係數，其關聯該測量至該值；以及 利用該係數，以控制另一晶圓之製造。 4 5 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該函數包含一幕級數；以及 該係數為一常數於該幕級數中。 4 6 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該函數包含一幕級數；以及 該係數為該幕級，數中之線性項目。

   第60頁 544733 _案號 911Q3969_年月日__ 六、申請專利範圍 4 7 ·如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該函數包含一幕級數；以及 該係數為該幕級數中之二次項目。 4 8 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中·· 該電荷載子被調變於一頻率，其係相當低，以避免該電 荷載子之空間中波產生；以及 該方法包含使用該頻率，以確認該強度於該測量過程 中，該部分被調變於該頻率。 4 9 .如申請專利範圍第4 8項之方法，其中： 該參數為入射於該晶圓之一光束之直徑，以產生至少複 數個該電荷載子。 5 〇 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中該係數確認該晶 圓之性質，且該方法更包含： 測量該性質於該晶圓中，係利用二級離子質量光譜 (SIMS);以及 枝準該值決定於該電腦對由S I MS所獲得之測量。 5 1 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中該係數確認該晶 圓之性質，且該方法更包含： 測量該性質於該，晶圓中，係利用另一方法；以及 校準該值決定於該電腦對由另一方法所獲得之測量。

   第61頁 544733 _案號 91103969_年月日__ 六、申請專利範圍 5 2 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該性質係該晶圓中之一接點之不連貫。 5 3 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該光束此後稱為「第二光束」； 該方法包含聚焦一第一光束於該晶圓上，該第一光束之 光子具有之能量，係大於該晶圓中半導體材質之帶隙能 量；以及 該第二光束之光子具有之能量，大幅低於該第一光束之 光子能量，當該第二光束入射於該晶圓上時，以避免產生 大於該晶圓中可忽略數目之電荷載子。 5 4 .如申請專利範圍第5 3項之方法，其中·· 該參數係該第一光束之功率；以及 為對應之複數個功率位準，儲存於記憶體中該係數之複 數個值。 5 5 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中該測量包含： 干擾該光束之一反射部分與該光束之一未反射部分，以 獲得一加總元件與一差元件；以及 決定該加總元件之第一量與該差元件之第二量間之差。 5 6 .如申請專利範圍第4 4項之方法，在該干擾之前更包

   第62頁 544733 案號 91103969 年月曰 修正 六、申請專利範圍 含： 該過遽 經由一過濾器通過該反射部分與該未反射部分 器抑阻該第二光束之通過。 5 7 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 該製造包含退火該晶圓於該測量之前；以及 該使用包含調整另一晶圓之退火，並取決於該係數。 5 8 .如申請專利範圍第4 4項之方法，其中： 在該測量之前，該製造包含形成一摻雜層於該晶圓上；以 及 該使用包含調整另一晶圓之摻雜，並取決於該係數。 5 9 .如申請專利範圍第4 4項之方法，更包含： 在該計算之前正常化該值。 6 0. —種用於製造一晶圓之方法，該方法包含： 製造至少該晶圓之一部份之步驟；以及 控制該製造步驟，該控制步驟利用一函數係數，其係自 該晶圓關聯一測量，至使用於產生該測量之一參數。 6 1 .如申請專利範圍第6 0項之方法，其中： 該係數為該函數，中之一二次項目。

   第63頁 544733 _案號91103969_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 6 2 .如申請專利範圍第6 0項之方法，其中： 該製造步驟包含離子植入與熱處理；以及 該控制步驟包含使用一干擾測量器與一鎖入放大器。 6 3. —種用於評估一晶圓之方法，該方法包含： 以具有一調變強度之一第一光束照射該晶圓； 以具有不同於該第一光束之第一波長之第二波長之第二 光束，照射該晶圓； 測量由該晶圓所反射之該第二光束之一部份之強度； 改變該第二光束入射於該晶圓上之強度；以及 重複該測量之動作。

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