TWI439684B - 具自晶圓或其他工件特定材料層所發射光致發光信號優先偵測之光致發光成像 - Google Patents

具自晶圓或其他工件特定材料層所發射光致發光信號優先偵測之光致發光成像 Download PDF

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Description

具自晶圓或其他工件特定材料層所發射光致發光信號優先偵測之光致 發光成像 【優先權聲明】
此申請案申請在此被併入參考之2005年7月6日提出申請之美國臨時申請案第60/696,853號之權益。
【背景】
光致發光成像或光致發光光譜學係為探測如矽半導體晶圓之材料及其他工件及材料之電子結構之非接觸，非破壞性方法。典型光致發光處理中，光係被引導於晶圓或其他工件或樣本(在此被共同稱為”晶圓”)上，而至少某些光係被吸收。該被吸收光係經由”光激發”處理給予該材料超額能量。此超額能量係被晶圓經由一系列路徑；一該路徑係為發光或光致發光來消散。此光致發光強度及頻譜內容係直接有關晶圓之各種材料特性。
光致發光成像處理可被使用以所產生之光致發光成像中之空間變異為基礎辨識及量化晶圓中出現之缺陷及污染物。如在此被併入參考之國際申請案號PCT/GB97/02388(出版號WO 98/11425)說明之一光致發光成像處理，係涉及以一個或更多變化激發波長之雷射探測晶圓表面及/或次表面成批區域。給定波長雷射係被導入晶圓並穿透該晶圓至一給定深度。從晶圓激發區發射之反射光係藉由偵測系統偵測及量化。包含晶圓中缺陷及污染物之空間成像之被測量反射光成像接著藉由該偵測系統或相關成像產生系統被產生。
雖然這些光致發光成像大致可有效辨識晶圓中之缺陷及污染物，但其有時難以立即辨識晶圓特定材料層中之缺陷位置及密度。例如，若晶圓之兩或更多材料層被雷射穿透，則第二材料層中之缺陷成像可能會使第一材料層中之缺陷成像模糊。若僅第一材料層之詳細缺陷資料被預期’則此可能有問題。因此，需可獲得晶圓之特定材料層或層中之缺陷位置及密度精確測量。
使用光致發光辨識樣本之一或更多特定材料層中之缺陷之方法及裝置。一或更多過濾元件係被用來濾出從樣本被發射之反射光預定波長。預定波長係被選擇使僅樣本之一或更多特定材料層所發射之反射光得以被偵測。另外或可替代地，被導入樣本中之入射光波長可被選擇穿透樣本至一給定深度或僅激發該樣本中僅一或更多被選擇材料層。於是，主要僅一或更多特定材料層之缺陷資料特性係被產生。
此後將呈現本發明其他特性及優點。上述本發明特性可單獨或一起，或其一或更多各種組合中被使用。本發明亦存在於說明特性子組合中。再者，在此說明之許多方法步驟係可以不同於被明確說明之順序來執行。
【圖式詳細說明】
本發明各實施例現在將被說明。以下說明係提供這些實施例特定細節之透徹了解。然而，熟練技術人士將了解本發明不需許多這些細節即可被實施。另外，某些熟知結構或功能不可被詳細顯示或說明以避免非必要地妨礙各實施例相關說明。
即使被與本發明特定實施例詳細說明一起被使用，以下說明所使用之名詞亦可預期以其最廣泛合理方式被解釋。預期被以任何受限方式解釋之任何名詞係明顯地及明確地被如此定義於此詳細說明段落中。
第一簡述依據第一實施例之光致發光光譜或成像系統10之基本組件。光譜成像系統10係包含一光源12，如雷射二極體或其他發光二極體(LED)或裝置。光源12可產生直接或經由一個或更多光學組件反射朝向一晶圓16或其他樣本之照明或入射雷射束14或其他光束(如紫外光束)。其他光學組件或對焦透鏡13係可選擇性被用來聚焦及/或引導入射雷射束14。在此被使用之”晶圓”名詞係包含光致發光成像可被執行其上之任何樣本。在此被使用之”雷射束”名詞係包含適用於激發晶圓中一個或更多材料層之任何光束。
晶圓16可為一矽半導體晶圓或其他微電子，微電子機械，或光電子基板或其他樣本。晶圓16可包含被生長，敷設或放置於晶圓16之一基板區域或其他成批區域17上之一個或更多外延層或其他表面層15。例如，晶圓16可包含矽(Si)之成批區域17及鍺化矽(SiGe)之表面層15。晶圓16可包含具有任何數量材料及/或組成之任何數量層。具有不同材料及/或組成之各晶圓層在此係被稱為”材料層”。例如，剛剛說明之晶圓中，鍺化矽區域係為第一材料層，而矽區域係為第二材料層。
入射雷射束14係穿透晶圓16至一給定深度，其實質上為入射雷射束14波長之一函數。至少一部份入射雷射束14被晶圓16吸收且從晶圓16被發射為反射光18。被發射反射光18係包含可辨識位於晶圓16中向下至雷射束14之穿透深度(及些微因擴散而超過)之缺陷之資料。在此被使用之”缺陷”名詞係包含污染物，瑕疵，中斷，雜質，變異及/或晶圓中出現之其他缺點。
晶圓16不同材料層各發射對應該層中材料組成之特定波長之反射光。例如，室溫下晶圓16中之典型矽層係可發射約1.07微米波長之反射光。例如，室溫下具有25%鍺密度之典型鍺化矽層係可發射約1.17微米波長之反射光。特定材料及組成發射反射光之波長係熟知及/或可輕易地被計算。
從晶圓16被發射之反射光18係被如物鏡或其他適當光學組件之收集器119收集。不同波長之被收集反射光係對應晶圓16不同材料層。該被收集反射光係進入被連接至及/或光學上被與收集器19校準之過濾器20。視給定應用中何反射光波長被預期偵測及測量而定，過濾器20可為低通，高通，帶通或其他適當過濾器。
使用上述例之值，若僅鍺化矽層所發射之反射光波長被測量，則僅讓特定門檻以上光波長穿透過濾器之高通過濾器係可被使用。例如，僅讓1.12微米以上光波長穿透之高通過濾器係可被用來促使來自鍺化矽層之反射光(約1.17微米)穿透，及防止來自矽成批區域之反射光(約1.07微米)穿透。
過濾器20可選擇性為具有使各不同波長之光線穿透過濾器20之多過濾元件之可調整或可變過濾器。例如，過濾器20可為具有讓使用者可選擇何波長之光線得以穿透過濾器20之多過濾元件之可旋轉或可滑動棒元件。該多過濾元件係包含一個或更多低通，高通及/或帶通過濾器，或其他適當過濾元件。
在此被稱為被過濾反射光22之穿透過濾器20之反射光係藉由如電荷耦合裝置(CCD)陣列或被連接至及/或光學上被與偵測器24校準之過濾器20其他適當偵測系統之偵測器24偵測。微處理器，電腦，或其他處理系統係較佳被包含於或被連接至偵測器24或被與其連結來處理被偵測器24偵測之被過濾反射光22之資料。因此，僅預期材料層(上例中為鍺化矽層)之缺陷資料或強度值特性被偵測及處理。於是，藉由此選擇性偵測方法所獲得之缺陷資料不被來自晶圓16中之其他材料層(上例中為矽層)之缺陷資料所模糊或失真。
被產生缺陷資料可選擇性被轉換為標示晶圓16中之特定材料層中之缺陷位置及品質之視覺成像。該視覺成像係可被顯示於監視器或其他適當顯示幕上，及/或經由印表機或類似裝置被以硬式拷貝型式印出。該選擇性偵測處理可選擇性藉由調整可變過濾器或***新過濾器被執行於晶圓16中之一個或更多附加材料層促使從晶圓16中之被選擇材料層被發射之反射光得以穿透。
另一實施例中，若僅對應成批區域17或晶圓16之另一材料層之缺陷資料被預期，則該選擇性偵測方法係可結合成批探測及數學扣除處理被用來產生預期缺陷資料。例如，選擇性偵測方法被執行產生對應晶圓鍺化矽層之缺陷資料之後使用上述樣本值，穿透所有或大多數成批區域17之第二雷射探測係可被執行。
成批探測係使用無過濾器或使用促成從表面層15(鍺化矽)及成批區域17(矽)被發射之光波長穿透之過濾器來執行。被設定促使大於如1.00微米之所有光波長均可穿透之高通過濾器係可被用來促成從鍺化矽及矽層被發射之反射光穿透，而防止如來自入射雷射束之光線之具有小於一微米之波長之光穿透。
選擇性偵測探測所獲得之缺陷資料(也就是表面層缺陷資料)接著從成批探測所獲得之該缺陷資料(其包含表面層及成批區域缺陷資料)被數學扣除，以產生主要位於晶圓16之成批區域17中之缺陷之缺陷資料特性。也就是說，選擇性偵測探測及成批探測共用之強度值或缺陷資料點(也就是對應晶圓16之表面層15主要缺陷之強度值或缺陷資料點)係從成批探測資料被數學移除來產生主要位於晶圓16之成批區域17中之缺陷之一新缺陷資料特性。
此扣除或移除處理係可經由軟體程式或任何其他適當程式或處理器比較來自表面探測及成批探測之資料點，並扣除或移除兩探測共用之資料點。因為被產生缺陷資料因校正問題，測量誤差，層不均勻等而不永遠精確對應被明定材料層中之缺陷，所以在此被使用之”主要”名詞意指支配或全部地。
藉由移除對應通常不平或瑕疵表面層15之缺陷資料，主要對應晶圓16之成批區域17中之缺陷之該新資料組係不再因先前覆蓋表面層缺陷資料而失真。於是，晶圓16之成批區域17中出現之缺陷位置及密度實質較清楚成像係可使用該新資料組被產生。這些成批區域缺陷視覺成像係可使用與偵測器20及/或其他系統元件連結之成像產生裝置被產生。視覺成像可被顯示於監視器或其他適當顯示幕上，及/或經由印表機或類似裝置被以硬式拷貝型式印出。
另一實施例中，表面層缺陷資料(使用選擇性偵測處理)及成批探測缺陷資料係於扣除處理被執行之前被彼此進行常態化來增強缺陷成像並使其更可輕易地數學處理。該進行常態化處理可包含調整選擇性偵測及成批探測所產生之成像之一或兩者對比及/或亮度，使其具有相同或實質相同相對強度。該進行常態化處理係可藉由相同或不同於執行扣除處理之程式或處理器之軟體程式或其他適當程式或處理器。
該進行常態化處理可替代或另外包含繪圖來自選擇性偵測探測之資料點對來自成批探測之資料點及移除任何數學外在資料點，因而產生可更輕易數學處理之成像。例如，相同或不同於執行扣除處理之程式或處理器之軟體程式或其他適當程式或處理器，係可曲線符合線其各資料點並接著移除位於預定容限或與該線之距離之外之任何外在資料點。
藉由執行扣除處理之前將表面層缺陷資料相對成批缺陷資料進行常態化，係可獲得對應主要位於晶圓16之成批區域17中之缺陷資料之更清楚，更精確新資料組。進行常態化成批探測及表面探測資料及/或彼此相對對應成像之任何其他適當方法係可另外或替代被使用。
類似選擇性偵測處理及數學扣除處理係可被執行來產生晶圓16中任何材料層最適化缺陷資料特性。例如，低通過濾器可被用來產生主要對應晶圓之成批區域17之第一缺陷資料，此後成批探測可被執行產生對應晶圓16之表面層15及成批區域17之第二缺陷資料。這兩組資料可被選擇性彼此相對進行常態化，而第一缺陷資料可從第二缺陷資料被扣除以產生主要位於晶圓16之表面層15中之缺陷之新缺陷資料特性。類似選擇性偵測及扣除處理亦可被執行於多層晶圓16之任何材料層。
另一實施例中，除了或結合執行選擇性偵測處理，光致發光成像系統10亦可被用來執行選擇性激發處理。此實施例中，入射雷射束14係被選擇使其穿透晶圓16至一預期深度及/或激發晶圓16中一個或更多材料層。例如，若僅來自具有50奈米厚度之表面層15之缺陷資料被預期，則入射雷射束14之波長係可被選擇使其穿透晶圓至約50奈米之深度。可變波長雷射源12或包含多雷射源之裝置12係可被用來產生預期波長。
因此，從晶圓16被發射之反射光18包含僅對應具有約等於入射雷射束14穿透深度(實際因擴散而稍微超過)之深度之晶圓16之區域之缺陷資料。因此，50奈米表面層中，入射雷射束14之波長係被選擇穿透晶圓至約50奈米，使該被發射反射光18包含晶圓16之表面層15之缺陷資料主要特性。如上述，被發射反射光18係被收集器19收集，此後其可選擇性穿過過濾器20以進一步限制何光波長被允許進入偵測器24。微處理器，電腦或其他處理系統接著可處理被偵測反射光中之資料。
另一選擇性激發實施例中，入射雷射束14之波長可被選擇使其較預期被激發之材料能量帶隙為短或具有較高能量，而較預期不被激發之材料能量帶隙為長或具有較低能量。激發雷射波長愈短，雷射能量愈高。雷射能量必須高得足以激發至少一材料層。使用以上樣本值，入射雷射束之波長可被選擇使其具有高得足以激發鍺化矽層(其發射1.17微米波長之反射光)之能量，但不具有高得足以激發矽層(其發射1.07微米波長之反射光)之能量。因此，此例中，從晶圓16被發射之反射光係包含主要僅鍺化矽層之缺陷資料特性。
第2圖係為高通，低通及帶通過濾器操作之比較圖。高通過濾器可使大於λ1 之光波長穿透過濾器，而防止小於λ1 之光波長穿透過濾器。低通過濾器可使小於λ2 之光波長穿透過濾器，而防止大於λ2 之光波長穿透過濾器。帶通過濾器可使大於λ3 及小於λ4 之光波長穿透過濾器，而防止小於λ3 或大於λ4 之光波長穿透過濾器。可替代是，帶通過濾器可防止大於λ3 及小於λ4 之光波長穿透過濾器，而使小於λ3 或大於λ4 之光波長穿透過濾器。
帶通過濾器特別有用於當執行光致發光成像於具有兩層以上之晶圓，如第3圖所示之三層晶圓16’時。例如，若缺陷資料被預期僅來自材料層B，且若材料層B發射介於材料層A及C所發射之波長(λA )及(λC )間之波長λB 之光線，則帶通過濾器可使發射包含λB 之第一範圍中之波長之光線通過，而排除包含發射λA 及λB 之光線之高於及低於該第一範圍之波長之光線會產生預期結果。
在此所述之光致發光成像系統可包含任何可對晶圓16執行光致發光成像或光譜之附加或替代組件。例如，光致發光成像系統包含一分光器，可將入射雷射束14反射至晶圓16及傳送反射光18至收集器19，過濾器20及/或偵測器20。一個或更多附加分光器或其他光學元件或鏡係可被包含於光譜成像系統中來達成系統預期尺寸或配置，及/或選擇，聚焦，收集及/或引導入射雷射束14及/或遍及該系統之被發射反射光18。
光致發光成像系統進一步包含具有多雷射源之一成像顯微鏡，可視覺上顯示光致發光成像資料之一顯示幕，可印出光致發光成像資料之硬式複本之一印表機，可支援晶圓16之一晶圓支架，可過濾入射或反射光之附加過濾器，及/或任何其他適當組件。當然，第一過濾器可被用來過濾光源所產生之入射雷射束，而第二過濾器可被用來過濾從晶圓16所發射之反射光(也就是選擇性激發及選擇性偵測組合可被使用)。光致發光成像系統詳細例係被說明於國際申請案號PCT/GB97/02388中。
上述光致發光成像處理係可被執行於約室溫下，亦被說明於國際申請案號PCT/GB97/02388中。可替代是，任何光致發光成像處理均可較高或較低溫度，包含視給定應用要求而定之明顯較高或較低溫度下被執行。
任何適當裝置及組件均可被用來執行在此說明之光致發光處理。例如，如一個或更多雷射二極體或發光二極體或其他適當發光裝置之各種裝置均可被用來產生不同激發波長之雷射。如物鏡或其他光學收集器可收集被發射反射光之任何適當裝置係可被用於光致發光成像系統中。如高通，低通及帶通過濾器之任何適當過濾裝置係可被用來選擇性過濾被發射反射光。如電荷耦合裝置陣列，分光計或其他適當偵測系統或裝置之可偵測反射光之任何適當裝置亦可被使用。
可以該被偵測反射光為基礎產生缺陷資料之裝置係可包含一軟體程式或其他程式或處理器，其可被包含於光致發光成像系統中之偵測器及/或其他元件中或與其連結。該程式或處理器亦可為可執行上述扣除及/或常態化處理之一裝置。可替代是，一個或更多獨立程式或處理器可被用來執行一個或更多這些處理。
因此，雖然若干實施例已被顯示及說明，但只要不背離本發明精神及範圍均可做各種改變及替代。例如，在此說明之許多方法步驟係可以明確說明之不同順序做說明。因此，除了以下申請專利範圍及其同等物之外，本發明不應被限制。
10‧‧‧系統
12‧‧‧光源
13‧‧‧對焦透鏡
14‧‧‧雷射束
15‧‧‧表面層
16、16’‧‧‧晶圓
17‧‧‧區域
18、22‧‧‧反射光
19‧‧‧收集器
20‧‧‧過濾器
24‧‧‧偵測器
A、B、C‧‧‧材料層
圖中，其中相同參考數字係標示各圖中相同元件：第1圖為說明依據第一實施例之光致發光成像系統基本組件之一簡圖。
第2圖為一高通過濾器，一低通過濾器，及一帶通過濾器。
第3圖為多層晶圓側面圖。
10‧‧‧系統
12‧‧‧光源
13‧‧‧對焦透鏡
14‧‧‧雷射束
15‧‧‧表面層
16‧‧‧晶圓
17‧‧‧區域
18、22‧‧‧反射光
19‧‧‧收集器
20‧‧‧過濾器
24‧‧‧偵測器

Claims (19)

  1. 一種使用光致發光之方法，包含：於具有一第一材料層及一第二材料層之一樣本處引導一雷射，該第一材料層發射一第一反射光，而該第二材料層發射一第二反射光，其中該第一反射光與該第二反射光共同形成一組合反射光；過濾該組合反射光使該第一反射光通過並除去該第二反射光；偵測該通過的第一反射光；及使用該經偵測的第一反射光以產生該第一材料層之第一缺陷資料特性。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中過濾係包含僅使具有一預定範圍內之一波長之反射光穿透過濾器。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中過濾係包含：(a)僅使具有大於一預定波長之一波長之反射光穿透過濾器；或(b)僅使具有小於一預定波長之一波長之反射光穿透過濾器。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該樣本包含至少一第三材料層，而其中該雷射亦穿透該第三材料層。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該過濾進一步包含過濾出從該第三材料層所發射之第三反射光。
  6. 如申請專利範圍第4項之方法，進一步包含偵測該第三反射光。
  7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一材料層係位於該第二及該第三材料層之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：以附加雷射穿透該樣本之該第一材料層及該第二材料層；偵測從該第一及該第二材料層所發射之附加反射光，以產生該第一及該第二材料層中之缺陷之第二缺陷資料特性；及從該第二缺陷資料扣除該第一缺陷資料以產生主要位於該第二材料層之缺陷之第三缺陷資料特性。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，進一步包含於執行該扣除之前，將該第一及第二缺陷資料彼此常態化。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一材料層係為該樣本表面層及成批層其中之一。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該第一材料層係為包含鍺化矽之一表面層，而該第二材料層係為包含矽之一成批區域。
  12. 一種使用光致發光之方法，包含：將一所選擇波長之雷射光束引導至一樣本以穿透該樣本至大約一預期深度，該樣本發射一反射光以響應該被引導的雷射光束，該反射光包括一第一反射光與一第二反射光，該第一反射光是從該樣本的一第一材料層所發射，該第二反射光是從該樣本的一第二材料層所發射，其中該預期深度約略對應該第一材料層的厚度； 過濾出來自該樣本的該所發射反射光的一第二反射光部份；以及偵測該所發射反射光的一非過濾第一反射光部分，以辨識該樣本中之缺陷。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該預期深度約等於該樣本的一表面層厚度。
  14. 一種使用光致發光之方法，包含：當不激發一第二材料層時，選擇具有能夠激發一樣本中之一第一材料層之一波長之一雷射束；將該雷射束引導朝向該樣本；及偵測從所激發第一材料層發射之反射光，以辨識該第一材料層中之缺陷。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中所選擇雷射束的一能量係大於該第一材料層之一能量帶隙，而小於該第二材料層之一能量帶隙。
  16. 一種光致發光成像裝置，包含：一光源，用於產生朝向一樣本之一光束；一過濾器，用於過濾從該樣本所發射之反射光，其中該過濾器允許從該樣本至少一第一材料層所發射一個或更多波長之反射光得以穿透該過濾器，而防止從該樣本至少一第二材料層所發射一個或更多附加波長之反射光穿透該過濾器；及一偵測器，用於偵測穿透該過濾器之該第一反射光。
  17. 如申請專利範圍第16項之裝置，進一步包含一收集器， 可收集該第一及第二反射光。
  18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該過濾器位於該收集器及該偵測器之間。
  19. 一種光致發光成像裝置，包含：一用於產生朝向一樣本之一光束之裝置；一用於過濾從該樣本所發射反射光之裝置，使從該樣本的至少一第一材料層所發射之第一反射光被允許穿透該過濾器，而防止從該樣本的至少一第二材料層所發射之第二反射光穿透該過濾器；及一用於偵測穿透該過濾裝置之該第一反射光之裝置。
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