TWI431263B - 應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置 - Google Patents

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TWI431263B
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Miyuki Shimizu
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Koji Izunome
Yoshinori Hayashi
Kazuhiko Hamatani
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Shibaura Mechatronics Corp
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Description

應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置 發明領域
本發明係有關一種應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置，該方法及裝置係用以檢查因應變矽晶圓之製造過程中所產生的重排(錯合重排(misfit rearrangement))而引起之表面應變者。
 發明背景
近年來，為使矽半導體元件高速化，人們的注意力多放在應變矽晶圓。該應變矽晶圓10之構造係譬如第11A圖所示，即，在單晶矽之矽基板層(以下稱Si基板層)11上，長成晶格間隔較單晶矽之晶格間隔更大之鍺化矽層(以下稱SiGe層)12，進而於SiGe層12上再長成矽層(以下稱Si層)13。又，SiGe層12係由下述區域組成，即，使鍺(Ge)濃度於其厚度方向上漸上升之組成傾斜SiGe區域12a，及接續組成傾斜SiGe區域12a，且鍺(Ge)濃度維持於略一定之緩和SiGe區域12b。
再者，應變矽晶圓10之構造並不限於前述例，亦有第11B圖、第11C圖、第11D圖之構造者。如第11B圖所示例，其構造係於Si基板層11上長成均等組成的SiGe層12，再於其上長成Si層13。第11C圖所示例，其構造係於Si基板層11上長成矽氧化膜14，再於其上長成緩和SiGe層12b，進而於緩和SiGe層12b上長成Si層13，此稱為SGOI(絕緣層上覆矽鍺(Silicon Germanium on Insulator))。第11D圖所示例，其構造係Si基板層11上形成有矽氧化膜14，其上並長成有Si層13，此稱為SSOI(應變絕緣矽(Strained Silicon on Insulator))此種構造(參照第11A圖)之應變矽晶圓10中，由於晶格間隔較廣之SiGe層12(緩和SiGe區域12b)上長成(晶膜生長)有Si層13，故Si層13內產生有應變(以下，將該Si層稱為應變Si層)。又，因Si基板層11及其上之SiGe層12間的晶格不匹配(lattice－mismatched)，SiGe層12內亦產生應變。前述情形皆為問題點原因，具體而言，應變Si層13內，在依其晶格構造之方向上連續地產生重排(錯合重排)。
知曉因作為應變矽晶圓10表層之應變Si層13中的重排而產生的應變狀況，於判斷該製成是否妥適上，是極為有用之技術。因該應變Si層13中之重排而產生的應變狀況，可使用使用X線形貌學(XRT)加以觀察(譬如參照非專利文獻1)。該X線形貌學(XRT)，係利用X射線之繞射(diffraction)現象來觀察晶格缺陷及晶格應變的空間分佈與大小的手法，具體言之，係僅取出源自特定晶格面之繞射線，且該繞射像中，使譬如因重排而產生的缺陷所引起的微細對比，與試料結晶的各部分為一比一而進行觀察。
[非專利文獻1]味岡恆夫/稻葉道彥編輯「ULSI製造所用之分析手冊(ULSI製造分析 )」、P392~P397、REALINE.INC(社)(1994)。
然而，使用前述X線形貌學(XRT)之檢查，由於一定得將X線照射於作為試料之應變矽晶圓10上，因此基本上係為破壞檢查，檢查後之矽晶圓10無法再加以利用。又，由於使用X射線，試驗區域的管理極為麻煩。
於SiGe層12(緩和SiGe區域12b)上長成矽層過程中若產生重排，因該長成結束而形成的應變Si層13表面上，將產生因前述重排而引起的凹凸應變。由於該表面之應變係因延伸於依應變Si層13其晶格構造方向上之重排而產生，故可以格子狀線條圖案(以下稱為交叉影線圖案(cross hatch pattern))加以表示。
 發明概要
因此，若在暗房內，將光照射於應變矽晶圓10表面上，並以目測檢查應變矽晶圓10之表面，因前述交叉影線圖案而繞射之光其中一部分，只會被看成數條明線，縱或旋轉應變矽晶圓10，也只能看見相同的明線，無法觀察整個交叉影線圖案。即，目測檢查並無法整體地把握住因應變矽晶圓10之重排而產生的應變狀況。
本發明係有鑑於前述問題而創作完成者，用以提供一種應變矽晶圓之檢查方法及檢查裝置，該方法及裝置可不使用X射線即整體地把握因應變矽晶圓之應變矽層中的重排而產生的應變狀況。
本發明之應變矽晶圓表面檢查方法及裝置包含有下述構成，其一係在對加以旋轉之應變矽晶圓表面照射源自光源裝置之光線的環境下，以相對於前述應變矽晶圓表面而以預定的位置關係加以設置之攝像機構，利用可拍攝到顯現於前述應變矽晶圓表面之明線的拍攝條件，於各多數旋轉角度位置拍攝前述應變矽晶圓表面，又，另一構成係由以前述攝像機構所得之於多數旋轉角度位置上的應變矽晶圓表面影像，生成於預定旋轉角度位置上的合成影像。
藉由此種構造，攝像機構對於加以旋轉之應變矽晶圓，在各多數旋轉角度位置拍攝應變矽晶圓表面，如此，對應各旋轉角度位置之應變矽晶圓的表面影像上，可含有因重排而形成的凹凸應變處上的繞射光所產生的明線。再者，由對應各旋轉角度位置之應變矽晶圓表面影像生成合成影像時，該合成影像中，延伸於對應各旋轉角度位置其方向上的明線將重疊顯現。如此，由於合成影像中，延伸於對應各多數旋轉角度位置其方向上的明線重疊顯現，故前述合成影像可含有配列成格子狀之多數明線。
由可捕捉因凹凸應變較多部分處所產生的繞射光而引起的明線此一觀點，拍攝應變矽晶圓表面之旋轉角度位置，宜在一旋轉內設定多數個，該凹凸應變係因重排而產生，且形成於應變矽晶圓表面上者。
又，本發明之應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置中，前述合成影像之生成包含有下述構成，即，其一係產生差分影像，該差分影像係表示在前述各多數旋轉角度位置處之應變矽晶圓表面影像，及預定基準影像間之差分，又，另一構成係合成相對應變矽晶圓各表面影像之差分影像且生成前述合成影像。
利用此種構造，可藉由適當地設定基準影像，而於各差分影像中更加強調明線。其結果，縱或是合成差分影像所得之合成影像中，亦可更鮮明地顯現出配列成格子狀的明線。
前述拍攝條件只要是可藉由所用之攝像機構而拍攝到顯現於應變矽晶圓表面上之明線的條件即可，無特別限定，譬如，可含有攝像機構、光源的光軸與應變矽晶圓表面的光學位置關係、以及應變矽晶圓表面的照度與攝像機構的曝光時間。
再者，本發明之應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置，可具有如下述之構成，即，由用以表示顯現於前述合成影像上之明線其亮度的亮度資訊中抽出該合成影像。
藉由此種構造，可利用表示顯現於前述合成影像上之明線其亮度的亮度資訊，而把握住因應變矽晶圓內所產生的重排而形成之凹凸應變程度。
前述亮度資訊只要是可表示顯現於前述合成影像上之明線其亮度之資訊即可，無特別限定，可為表示顯現於合成影像上之明線其平均亮度的資訊，也可為表示該明線之亮度分佈的資訊。
圖式簡單說明
第1A圖係由單側所見本發明實施上一態樣之應變矽晶圓表面檢查方法所用的檢查裝置其基本構造的側面圖。
第1B圖係由上方所見第1A圖之檢查裝置其基本構造的平面圖。
第2圖係顯示光源單元之光照射方向及應變矽晶圓間之位置關係圖(其一)。
第3圖係顯示光源單元之光照射方向及應變矽晶圓間之位置關係圖(其二)。
第4圖係顯示第1圖之檢查裝置中控制系統其構造的區塊圖。
第5圖係顯示第1圖之控制系統中影像處理部其處理順序之流程圖。
第6圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其一)之圖。
第7圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其二)之圖。
第8圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其三)之圖。
第9A圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第1例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9B圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9C圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9D圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10A圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第1例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10B圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10C圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第3例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第11A圖係顯示應變矽晶圓其第1態樣之層構造圖。
第11B圖係顯示應變矽晶圓其第2態樣之層構造圖。
第11C圖係顯示應變矽晶圓其第3態樣之層構造圖。
第11D圖係顯示應變矽晶圓其第4態樣之層構造圖。
 較佳實施例之詳細說明
以下，使用圖面說明本發明之實施態樣。
本發明實施上之一態樣的應變矽晶圓表面檢查方法所用的檢查裝置，係構造成如第1A圖、第1B圖所示。又，第1A圖係顯示由單側所見之檢查裝置其基本構造，而第1B圖係顯示由上方所見檢查裝置之基本構造。
第1A圖、第1B圖中，該檢查裝置包含有轉台20、可反覆進行轉台20之旋轉以及於多數旋轉角度位置處停止之步進馬達25。轉台20上設有晶圓握持爪部21，該晶圓握持爪部21係可握持作為檢查對象之應變矽晶圓10其周緣上預定位置者。應變矽晶圓10係應變矽層朝上且置放於晶圓握持爪部21。
轉台20上方配置有CCD攝影機(攝像裝置)30、黑色遮罩(shade)40及光源單元50。CCD攝影機30係配置成可透過形成於遮罩40上之孔部40a，而拍攝置放於轉台20上之晶圓握持爪部21的應變矽晶圓10表面。
又，作為CCD攝影機30，可使用譬如池上通信機社製之單色區域(monochrome area)CCD攝影機(SKC141)、130畫素、數位10bit或12bit類型。安裝於該CCD攝影機30之鏡頭，可使用譬如TAMRON社製之焦點距離16mm、F/1.4之鏡頭。
又，光源單元50係配置成由轉台20上的應變矽晶圓10的斜上方照射檢查光。此種檢查裝置係設置成可對CCD攝影機30保持暗視野環境。
光源單元50包含有光源51a、51b、52a、52b。又，各光源51a、51b、52a、52b可使用譬如MORITEX CORPORATION(社)製之MME－G250(250W)、金屬鹵素照明、附強化導光．集光鏡(ML－50)。二個光源51a、52a並排於橫向上且配置在上層側，其他二個光源51b、52b則並排於橫向上且配置於下層側。再者，第1A圖中，並排於橫向上之光源51a、52a，及並排於橫向上之其他光源51b、52b係分別重疊表示。第1B圖中，並排於上下方向的光源51a、51b，及並排於上下方向之光源52a、52b係重疊表示。
前述四個光源51a、51b、52a、52b係配置成該等光軸為各自不平行，且在置放於轉台20上之應變矽晶圓10其表面的旋轉中心處相交叉。橫向並排於上層側而加以配置之光源51a、52a其具體位置關係如第2圖所示。即，與應變矽晶圓10其表面平行之面的光源51a其光軸OA1a的投影線，與光源52a其光軸OA2a的投影線所形成的角度係設定為α。該角度α係設定成譬如5°。又，橫向並排於下層側而加以配置之光源51b、52b的具體位置關係，與光源51a、52a相同。
並排於上下方向而加以配置之光源51a、51b的具體位置關係如第3圖所示。即，光源51a的光軸OA1a與光源51b的光軸OA1b係包含於與應變矽晶圓10表面垂直的同一平面，又，由光源51a照射之檢查光(光軸OA1a)相對前述半導體晶圓10表面的入射角γ 1，與由光源51b照射之檢查光(光軸OA1b)相對前述半導體晶圓10表面的入射角γ 2不同。再者，一般相對於光線平面之入射角係以該光線與平面法線所形成的角度而加以定義，惟第3圖中，由於光源51a之光軸OA1a與光源51b之光軸OA1b係包含於與應變矽晶圓10表面垂直的同一平面內，故該等入射角係以光軸與應變矽晶圓10表面所形成的角度來表示。
又，並排於上下方向而加以配置之其他光源52a、52b的位置關係，與第3圖所示之光源51a及光源51b的位置關係相同。惟，由光源52a照射之檢查光相對於前述半導體晶圓10表面之入射角，係與由光源51a照射之檢查光的入射角(γ 1)不同，且由光源52b照射之檢查光相對於前述半導體晶圓10表面的入射角，係與由光源51b照射之檢查光的入射角(γ 2)不同。再者，可將由光源52a照射之檢查光其前述入射角，設定為與由光源51a照射之檢查光其前述入射角(γ 1)相同，並將由光源52b照射之檢查光其前述入射角，設定為與由光源51b照射之檢查光其前述入射角(γ 2)相同。
如前述構成之檢查裝置的處理系統，係構造如第4圖所示。
第4圖中，該處理系統包含有檢查處理裝置500、機械手(robot)控制裝置600、用以進行前述轉台20之驅動控制的轉台驅動控制裝置700及總括控制裝置800，又，前述機械手控制裝置600，係用以進行將應變矽晶圓10搬入並安置於轉台20上之晶圓握持爪部21的試料搬入機械手機構(未予圖示)，及將應變矽晶圓10由轉台20之晶圓握持爪部21搬出之試料搬出機械手機構(未予圖示)二者的驅動控制者。
檢查處理裝置500包含有影像處理部501、輸入處理部502、記憶體單元503、及顯示器單元504。輸入處理部502係由CCD攝影機30進行譬如下述處理，即，由序列(serial)地送至像素單位之攝影訊號變換為像素單位之並列(paralle)的影像資料等。
又，輸入處理部502包含有譬如CORECO社製之PC－DIG或與其相當之製品，以作為處理來自CCD攝影機30之攝影訊號的影像擷取設備。
影像處理部501依後述之步驟處理由輸入處理部502送至之影像資料，而生成由應變矽晶圓10之多數表面影像所合成的合成影像。記憶體單元503儲存有影像處理部501之處理過程中的各種影像資料。顯示器單元504顯示出以影像處理部501之處理所得的前述合成影像等。
轉台驅動控制裝置700包含有可驅動步進馬達25之驅動電路702。依來自總括控制裝置800的時序控制信號，驅動電路702使步進馬達25旋轉預定角度單位。依該步進馬達25的旋轉，轉台20旋轉。
其次，說明檢查處理。又，此例係使用如第11A圖所示構造之應變矽晶圓10。
使應變矽晶圓10表面照射來自光源單元50之光線的環境下，以可拍攝到顯現於如後述之應變矽晶圓10表面上的明線之拍攝條件，CCD攝影機30拍攝應變矽晶圓10之表面。
此時，依來自控制系統的總括控制裝置800(參照第4圖)之時序控制信號，轉台驅動控制裝置700之步進馬達25旋轉預定角度單位。藉由該步進馬達25的驅動，應變矽晶圓10旋轉前述預定角度單位。於隔出該預定角度間隔的各旋轉角度位置，CCD攝影機30對應變矽晶圓10表面進行拍攝。再者，檢查處理裝置500、總括控制裝置800的控制下，提取出來自CCD攝影機30的攝影信號。
檢查處理裝置500中，輸入處理部502將來自CCD攝影機30的攝影信號，轉變為表示像素單位的亮度等級之影像資料，並將之供給至影像處理部501。影像處理部501將來自輸入處理部502之影像資料，做成用以表示應變矽晶圓10其表面影像的1訊框(frame)份的影像資料，並以原影像資料而儲存於記憶體單元503。藉由與轉台20的旋轉動作同步地進行此種處理，用以表示於各角度位置藉由CCD攝影機30所拍攝的應變矽晶圓10其表面影像的原影像資料，僅其拍攝次數N次份儲存於記憶體單元503內。
一旦對產生有因重排而引起的錯合圖案，即凹凸應變的應變矽晶圓10表面，照射來自前述四個光源51a、51b、52a、52b的檢查光，即有四個相對於四個檢查光各自之照射方向(光軸的方向)而偏向某方向且具強度分佈的光在進出。如此，由前述凹凸應變，光(繞射光)係在依存於四個檢查光之各照射方向上的方向(強度分佈之高峰方向)進出，因此，可藉由CCD攝影機30捕捉到來自各凹凸應變之光(明線)的準確率提高。再者，由凹凸應變進出之前述各光中的任一者入射至CCD攝影機30時，依來自CCD攝影機30的攝影信號而生成的原影像資料中，對應該明線的像素其亮度等級係較其他像素之亮度等級為高。
如前述，對應N個原影像(表面影像)之原影像資料儲存於記憶體單元503時，影像處理部501係依第5圖所示之步驟進行處理。
第5圖中，影像處理部501取得儲存於記憶體單元503中的第i個(初始值1)的原影像資料Iri(S1)。記憶體單元503中儲存有基準影像資料(以下，於此處理之說明中，將各種影像資料單純以影像顯現)。該基準影像可使用表面上並無前述錯合圖案之凹凸應變的晶圓(譬如裸晶圓)其表面影像。影像處理部501做成前述取得之原影像Iri及基準影像間之差分影像Isi(S2)。具體言之，由原影像Iri之各像素中的亮度等級減去與基準影像對應之像素的亮度等級。因此，差分影像Isi中，亮度等級較高之像素可預想為係與基準影像上沒有的凹凸應變所產生的明線對應者。如此做成的差分影像Isi係儲存於記憶體單元503中。
影像處理部501係對應如前述所得之差分影像Isi其各像素之亮度等級而進行閾值處理，藉此，抽出除去雜訊並預想為對應明線之亮度等級該區域(像素之集合)(S3)。之後，影像處理部501直到判定為對儲存於記憶體單元503內之所有原影像(N個原影像)進行之處理結束(S4)，便指定次一原影像(i＝i＋1)，並對該原影像反覆進行與前述相同的處理(生成差分影像Isi)。
判斷為對儲存於記憶體單元503內的所有原影像進行的前述處理都結束時(S4中的YES)，影像處理部501於該時點合成儲存於記憶體單元503內的N個差分影像，並生成合成差分影像Ic(S5)。具體言之，依取得對應各差分影像之原影像時的旋轉角度位置而進行各差分影像之角度匹配。即，將對應各旋轉角度位置而取得之差分影像，變換為在預定的旋轉角度位置上的影像。再者，由業已進行角度匹配之各差分影像中，相同位置的N個像素其亮度等級抽出預定閾值以上的亮度等級，且將所抽出的亮度等級中最大的等級，決定為相對該位置之像素的亮度等級。藉由進行前述處理，可不使所需之明線劣化，並將之取入合成影像。
如前述生成合成差分影像時，影像處理部501將前述合成差分影像Ic顯示於顯示器單元504(S6)。
以下，說明以前述檢查裝置進行之處理實際上所得的合成差分影像Ic。
如第1A圖、第1B圖、第2圖及第3圖所示，檢查裝置中的光源單元50、CCD攝影機30及應變矽晶圓10表面的相對位置關係，係以可拍攝到顯現於應變矽晶圓10表面上之明線的拍攝條件而適宜地加以設定，又，應變矽晶圓10的表面照度可譬如為5000LUX(照明度的國際單位)、CCD攝影機30的曝光時間可譬如為33msec，即，可將其等分別作為前述拍攝條件而加以設定。
(實驗1)
以10°的間隔錯開旋轉角度位置而拍攝應變矽晶圓10之表面時，可得到對應譬如第6圖所示之36個原影像(表面影像)的差分影像Is1~Is36。各差分影像Is1~Is36係以下端有缺口(notch)方式地進行角度匹配後之影像。此例中，差分影像Is1~Is4、Is7~Is13、Is17~Is22、Is25~Is31、Is34~Is36上，顯現出延伸於對應進行拍攝之旋轉角度位置的方向上之明線。以疊合該等差分影像Is1~Is36方式而合成所得的合成差分影像Ic1，係如第6圖之中央部所示，包含有配列成格子狀之多數明線者。
(實驗例2)
以15°的間隔錯開旋轉角度位置而拍攝應變矽晶圓10之表面時，可得到對應譬如第7圖所示之24個原影像(表面影像)的差分影像Is1~Is24。各差分影像Is1~Is24亦係以下端有缺口方式地進行角度匹配後之影像。此例中，差分影像Is1~Is3、Is5~Is9、Is11~Is15、Is18~Is21、Is23~Is24上，顯現出延伸於對應進行拍攝之旋轉角度位置的方向上之明線。以疊合該等差分影像Is1~Is24方式而合成所得的合成差分影像Ic2，係如第7圖之中央部所示，為包含有配列成格子狀之多數明線者。第7圖所示之合成差分影像Ic2中所顯現的明線數目，係少於顯現於第6圖所示之合成差分影像Ic1上的明線數目。
(實驗例3)
以36。的間隔錯開旋轉角度位置而拍攝應變矽晶圓10之表面時，可得到對應譬如第8圖所示之10個原影像(表面影像)的差分影像Is1~Is10。各差分影像Is1~Is10亦與實驗例1及實驗例2相同，係以下端有缺口方式地進行角度匹配後之影像。此例中，差分影像Is1、Is3、Is4、Is6、Is8、Is9上，顯現出延伸於對應進行拍攝之旋轉角度位置的方向上之明線。以疊合該等差分影像Is1~Is10方式而合成所得的合成差分影像Ic3，係如第8圖之中央部所示，為包含有配列成格子狀之多數明線者。第8圖所示之合成差分影像Ic3中，其明線並未配列成顯現於第6圖、第7圖所示之各差分影像Ic1、Ic2上的均等格子狀。
可確認下述情事，即，顯現於後述第9D圖所示的合成差分影像(相當於第6圖所示的合成差分影像Ic1)上的明線之格子狀圖案，係與同樣地以X線形貌學觀察應變矽晶圓10時，應變矽層13(參照第11圖)其應變的高密度分佈圖案相類似。即，顯現於合成差分影像Ic1上的明線之格子狀圖案，會使因應變矽層13所產生之重排而引起，即形成於該表面上的凹凸應變圖案(交叉影線圖案)顯露出來。由此，可由顯現於第6圖所示之合成差分影像Ic1之明線其格子狀圖案，整體地把握因應變矽層13所產生的重排而引起的應變狀況。
再者，由可捕捉因重排而形成於應變矽層表面中，凹凸應變較多部分而引起的繞射光其所產生的明線此一觀點，拍攝應變矽晶圓表面的旋轉角度位置，宜在一旋轉內設定多數個。由前述實驗例，拍攝之旋轉角度位置宜以10°以下之間隔錯開。惟，可合成的影像(差分影像)越多，儲存該等影像之記憶體容量越大，因此實際上，係考量第4圖所示之檢查裝置中的記憶體單元503其記憶體容量所可儲存的資訊量，而盡可能的以較多的(最適當數目)旋轉角度位置進行拍攝。
又，以CCD攝影機30而在應變矽晶圓10中，隔預定角度間隔之各旋轉角度處拍攝該表面時，可使應變矽晶圓10於每一預定角度上呈停止狀態，亦可連連續地旋轉應變矽晶圓10邊進行拍攝。
其次，調查顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案相對於應變Si層13之下層，即SiGe層12(參照第11圖)的Ge濃度的相依性(dependency)。攝影條件係與前述實驗例1~實驗例3相同。又，以下之實驗例4乃至實驗例7中所得的合成差分影像，係第6圖乃至第8圖所示之影像及其對比為相反態樣(明線變暗線)。
(實驗例4)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：12nm、SiGe層：Ge濃度10%(Si0 . 9 Ge0 . 1 )。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第9A圖所示。
(實驗例5)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：12nm、SiGe層：Ge濃度16%(Si0 . 8 4 Ge0 . 1 6 )。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第9B圖所示。
(實驗例6)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：0nm、SiGe層：Ge濃度20%(Si0 . 8 Ge0 . 2 )。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第9C圖所示。
(實驗例7)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：16nm、SiGe層：Ge濃度30%(Si0 . 7 Ge0 . 3 )。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第9D圖所示。
由實驗例4~實驗例7，可知應變Si層13之下層，即SiGe層12的Ge濃度越大，格子狀圖案越明顯地顯現於合成差分影像Ic上。其原因係SiGe層12的Ge濃度越大，因應變Si層13之重排而產生的應變程度越大。由此，格子狀圖案清楚地顯現於合成差分影像Ic上時，應變Si層13內的應變較大，其中一原因係下層的SiGe層12中之Ge濃度較高之故。
其次，調查顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案相對於應變Si層13之下層，即SiGe層12(參照第11圖)的Ge組成斜率的相依性。攝影條件係與前述實驗例1~實驗例3相同。又，以下之實驗例8乃至實驗例10中所得的合成差分影像，亦與第9A圖~第9D圖所示者相同地，與第6圖乃至第8圖所示之影像及其對比為相反態樣(明線變暗線)。
(實驗例8)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：12nm、SiGe層：Ge濃度10%(Si0 . 9 Ge0 . 1 )、Ge組成斜率．．2.5Ge%。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第10A圖所示。明線的格子狀圖幾乎都看不清楚。
(實驗例9)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：12nm、SiGe層：Ge濃度10%(Si0 . 9 Ge0 . 1 )、Ge組成斜率．．5Ge%。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第10B圖所示。明線的格子狀圖案僅部分顯現出來。
(實驗例10)
使用之應變矽晶圓10之構造係如下述，即，徑度：8英吋、應變Si層13：12nm、SiGe層：Ge濃度10%(Si0 . 9 Ge0 . 1 )、Ge組成斜率．．10Ge%。
此時，顯現於合成差分影像上之明線的格子狀圖案係如第10C圖所示。明線之格子狀圖案相較於實驗例8、9，其清晰度增加。
由實驗例8~10可知，應變Si層13之下層，即SiGe層12的Ge組成斜率越大，顯現於合成差分影像Ic上的格子狀圖案就越清楚。其原因係SiGe層12的Ge組成斜率越大，因應變Si層13之重排而引起的應變程度就越大。由此，格子狀圖案清楚顯現於合成差分影像Ic上時，應變Si層13內的應變增大，其中一原因係由於下層之SiGe層12中的Ge組成斜率較大。
再者，前述各實驗例中，可藉由CCD攝影機30拍攝顯現於應變矽晶圓10表面上之明線的拍攝條件中，應變矽晶圓10之表面照度係5000LUX、CCD攝影機30的曝光時間為33msec，惟前述表面照度為4000LUX~6000LUX即可，曝光時間為33msec~67msec之範圍即可。
返回第5圖所示之處理流程，如前述之合成差分影像Ic表示於顯示器單元504後，影像處理部501由顯現於所得之合成差分影像Ic上的明線之格子狀圖案，做成各種交叉影線資訊(S7)。譬如，可將格子狀圖案之格子間隔、濃度、條數、傾斜度、明線之亮度等作為交叉影線資訊。將交叉影線資訊作為譬如文件資料而顯示於顯示器單元504，且可印出。
如前述，藉由將顯現於可整體地掌握因應變Si層13內產生的重排而引起的應變狀況，即合成差分影像Ic上之格子狀圖案的狀態(可為格子狀圖案的定性資訊，也可為前述交叉影線資訊)反饋至應變矽晶圓10之製成條件上，可製造更適用的應變矽晶圓10。
譬如，對顯現於第6圖乃至第8圖及第9A圖~第9D圖所示之合成差分影像Ic上之格子狀的明線，進行預定的閾值處理後，使前述交叉影線資訊包含剩餘之明線的平均亮度及亮度分佈時，可依該平均亮度及亮度分佈，在長成應變矽晶圓之製成中的SiGe層12時，調整應添加的Ge濃度(參照實驗例4~實驗例7)。又，可依前述平均亮度及亮度分佈，在長成前述製成中之SiGe層12時，調整應添加的Ge濃度斜率(參照實驗例8~實驗例10)。
【產業上的可利用性】
依本發明之應變矽晶圓表面檢查方法及檢查裝置，由應變矽晶圓的各多數旋轉角度位置所拍攝到的表面影像，其所生成的於預定旋轉角度位置上之合成影像，可包含格子狀之明線，因此，該合成影像可顯現出因重排而形成於應變矽晶圓表面上之凹凸應變其交叉影線圖案。故，可由未使用X射線而得之前述合成影像狀態，而整體地把握因應變矽晶圓中之應變矽層的重排而引起的應變狀況。
10．．．應變矽晶圓
11．．．矽基板層(Si基板層)
12．．．鍺化矽層(SiGe層)
12a．．．組成傾斜SiGe區域
12b．．．緩和SiGe區域
13．．．矽層(Si層)
14．．．矽氧化膜
20．．．轉台
21．．．晶圓握持爪部
25．．．步進馬達
30．．．CCD攝影機
40．．．黑色遮罩
40a．．．孔部
50．．．光源單元
51a、51b、52a、52b．．．光源
500．．．檢查處理裝置
501．．．影像處理部
502．．．輸入處理部
503．．．記憶體單元
504．．．顯示器單元
600．．．機械手控制機構
700．．．轉台驅動控制裝置
702．．．驅動電路
800．．．總括控制裝置
OA1a、OA1b、OA2a、OA2b．．．光軸
γ 1、γ 2．．．入射角
Is1~Is36．．．差分影像
Ic1~Ic3．．．合成差分影像
第1A圖係由單側所見本發明實施上一態樣之應變矽晶圓表面檢查方法所用的檢查裝置其基本構造的側面圖。
第1B圖係由上方所見第1A圖之檢查裝置其基本構造的平面圖。
第2圖係顯示光源單元之光照射方向及應變矽晶圓間之位置關係圖(其一)。
第3圖係顯示光源單元之光照射方向及應變矽晶圓間之位置關係圖(其二)。
第4圖係顯示第1圖之檢查裝置中控制系統其構造的區塊圖。
第5圖係顯示第1圖之控制系統中影像處理部其處理順序之流程圖。
第6圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其一)之圖。
第7圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其二)之圖。
第8圖係顯示差分影像及合成差分影像例(其三)之圖。
第9A圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第1例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9B圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9C圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第9D圖係顯現於用以表示改變Ge濃度之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10A圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第1例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10B圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第2例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第10C圖係顯現於用以表示改變Ge組成斜率之第3例中的合成差分影像上的明線其格子狀圖案。
第11A圖係顯示應變矽晶圓其第1態樣之層構造圖。
第11B圖係顯示應變矽晶圓其第2態樣之層構造圖。
第11C圖係顯示應變矽晶圓其第3態樣之層構造圖。
第11D圖係顯示應變矽晶圓其第4態樣之層構造圖。
10．．．應變矽晶圓
20．．．轉台
21．．．晶圓握持爪部
25．．．步進馬達
30．．．CCD攝影機
40．．．黑色遮罩
40a．．．孔部
50．．．光源單元
51a、51b、52a、52b．．．光源

Claims (7)

  1. 一種應變矽晶圓表面檢查方法，係檢查應變矽晶圓表層所產生之應變的方法，包含下述程序，即：照亮前述應變矽晶圓表面；在照亮前述應變矽晶圓表面之環境下，以多數旋轉角度位置拍攝顯現於受旋轉之前述應變矽晶圓表面的明線；及由各旋轉位置所得之應變矽晶圓的表面影像而生成合成影像，且，前述照亮應變矽晶圓表面的程序係藉由來自多數光源之檢查光僅由前述應變矽晶圓之斜上方照射，該多數光源係配置成光軸為不平行且於前述應變矽晶圓之旋轉中心處相交叉。
  2. 如申請專利範圍第1項之應變矽晶圓表面檢查方法，其中前述合成影像之生成係藉由下述程序進行：產生表示在各旋轉角度位置拍攝所得之表面影像與預定基準影像間之亮度差分的差分影像者；及合成各旋轉角度位置之差分影像且生成合成影像。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之應變矽晶圓表面檢查方法，其中前述拍攝應變矽晶圓表面之程序係至少包含前述應變矽晶圓表面之照度及拍攝時的曝光時間，俾作為拍攝條件者。
  4. 如申請專利範圍第1項之應變矽晶圓表面檢查方法，更包含有由前述合成影像抽出表示顯現於前述合成影像 之明線亮度之亮度資訊的步驟。
  5. 一種應變矽晶圓表面檢查裝置，係檢查應變矽晶圓表面所產生之應變者，包含有：照明機構，係用以照亮前述應變矽晶圓表面；驅動控制機構，係可使前述應變矽晶圓朝周方向旋轉；攝像機構，係可在照亮前述應變矽晶圓表面之環境下，以多數旋轉角度位置拍攝顯現於前述應變矽晶圓表面的明線；及影像處理機構，係用以由各旋轉位置所得之前述應變矽晶圓的表面影像而生成合成影像，且，前述照明機構包含有配置成光軸為不平行且於前述應變矽晶圓之旋轉中心處相交叉之多數光源，並使來自該等光源之檢查光僅由前述應變矽晶圓之斜上方照射。
  6. 如申請專利範圍第5項之應變矽晶圓表面檢查裝置，其中前述照明機構對前述攝像機構維持暗視野環境並照亮前述應變矽晶圓表面。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之應變矽晶圓表面檢查裝置，其中前述驅動控制機構係藉由下述所構成：轉台，係可保持前述應變矽晶圓；及步進馬達，係可使該轉台每次旋轉驅動一預定角度。
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