TW200411167A - Detection method and apparatus - Google Patents

Description

200411167 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種供偵測半導體結構（諸如矽）中之表面 層體金屬污染及其他缺陷，尤其於在半導體上進行元件製 造之前，供偵測所供應之母體材料（諸如半導體晶圓）中的 缺陷用之非破壞性方法及裝置。本發明尤其提供改良的品 質控制度量以在元件製造之前施用於所供應之半導體材 料。 【先前技術】 在過去的50年中，矽技術中所取得之進展已在晶片效能 方面產生了顯著的進步，且該等進展亦帶來了矽技術的迅 速成長。半導體元件工業藉由每年將每個元件功能（device function)之成本降低約30%從而取得進步之能力已成為其 迅速成長之關鍵因素。為維持此趨勢，元件幾何尺寸已縮 小到了一點，其中可被包括於一單個晶片上之電晶體數量 已增長至5百萬，結果此帶來了對起始半導體材料之材料 性能的更多要求。 引入母體材料諸如晶圓（研磨與磊晶晶圓）可能含有一定 範圍之缺陷。吾人公認對原料中該等缺陷之控制是達成在 該材料上進行製造的元件之高1C良率的關鍵因素（國際半 導體材料之國際半導體路標2001，SEMATECH，3101 Industrial Terrace Suite 106，Austin TX 78758)。缺陷同時 包括表面化學殘留物（諸如有機物與過渡金屬）與聚生長 (grown-in)微觀缺陷。同樣，亦必須在磊晶晶圓上控制結

86767.DOC 200411167 構缺陷，諸如磊晶疊層缺陷與其他大面積缺陷。移除及預 防表面缺陷是對♦及其他半導體晶®技術之目前技術發 展水平的挑戰。 見在Sl元件製造中亦使用絕緣矽片（silicon-on-insulator) 晶圓；該等晶圓為高速度及低功率應用提供了潛在可能。 仁疋，而表徵化該等晶圓以測定s〇I材料性能及其如何影 響隨後之元件性能。 乍為對達成大4量IC製造所要求之規模經濟必要的進 一步處理發展之需要，較大3〇〇毫米直徑晶圓之生產量正 在增加（2002年預計增加7%)。需要關鍵的計量機制來以更 高靈敏度量測大面積晶圓上之缺陷及金屬污染，且同時來 開發可給出與缺陷及污染之空間分佈相關的資訊之偵測 方法。 使用300毫米之起始晶圓的措施同樣亦推動了對再 生晶圓（受到回收再利用及再清潔處理之晶圓）之使用，因 為使用再生晶圓將降低自2 〇 〇毫米至3 〇 〇毫米晶圓之過渡 的總成本。但是在一些應用巾，吾人並不情願使用再生晶 圓，因為該等晶圓可能含有由於不完全表面清潔所導致之 高表面金屬污染量。再次地，可以在所有該等晶圓上精確 表徵缺陷之方法將具有很大益處。 供量測表面金屬污染用之標準方法係全反射义光螢光分 析（TXRF)。該技術可測定污染之類型及其濃度。但是，該 技術並供貫際晶圓映射能力一 一次典型量測僅覆蓋丨平方 公分且需花約一小時。結果導致在實踐中通常自晶圓中心

86767.DOC 200411167 進行單次量測。該技術在實際時標中實際上無法給出與貫 穿晶圓區域之污染的空間分佈相關之資訊。同時該技術通 常係基於無塵室區域之外，且歸因於增強的需求，獲取結 果較花費時間。由於以上種種原因，先前技術通常僅限於 代表性批量取樣，因為時標不能實現對給定批量中各單元 之測試。 【發明内容】 本發明之一目的係提供一種藉由偵測結構中之表面層 體金屬污染及其他缺陷在元件製造之前對半導體（諸如碎） 進行品質控制之方法及裝置，該方法及裝置減少了一些或 所有的上述缺點。 本發明之—特定目㈣提供—種方法及裝置，以在母體 才料上進行元件製造之則，提供對所供應之母體材料（譬 如半導體晶圓）之品質更為快速的評估。 本發明 < 一特定目的係提供一種品質評估之方法及裝 置’該方法及裝置提供了更高的產出率，且尤其達成了改 艮的品質控制度量，在該度量中’可於元件製造之前實現 對所有引入母體材料之測試。 /因此才良據本發明之第一悲樣，一種於半導體結構上進 仃兀件製叙前對半導體結構（諸如碎）進行品質控制之方 法包括以下步驟： 河一判肀之半導 、 一个巧' 个㈡一週， 源（較佳為雷射’尤其為高強度雷射）之至少—個高強力 束下，且收集藉由該光束激勵半導體結構而產生之光至

86767.DOC L67 光（pL);對所收集之光致 傲 用作該半㈣對元件製造之t 1將此分析 r σ適6性的品質分級之基礎。 數=分級步驟包括:執行對所收集之光致發光訊號的 刀，將絲值分析之結果與一預定之可接受光致發 光規格，諸如吾人ρ知奶 / Ρ人已知關於艮好品f的光致發光預定範圍 、仃比較，且基於該比較做出對該半導體結構之品質分級。 在-簡單的替代方法中，該方法包括以下步驟：測定平 均光致發光強度；將該平均值與光致發光之預定的可接受 規格範圍進㈣較；且如上所述基於該比較做出對該 體結構之品質分級。 該平均值可為基於整個結構區域所發射之平均光致發 光強度的整個區域平均值，或可為局部區域平均值，其中 將該結構之區域分成二維陣列之子區域，為各子區域測定 平均光致發光強度，將各子區域之平均值與一預定的可 接受光致發光規格進行比較，且如上所述之品質分級係以 藏比較為基礎。此方式是有利的，因為在一整個區域平均 值中，對一單獨缺陷之回應可被埋沒，即使該缺陷已嚴重 到足以確定一不良品。於一適當子區域尺寸下，則可確保 仍能偵測到該回應。 基於該平均值的一預定光致發光規格之使用僅為一奮 例。於該替代方法中，尤其當使用子區域方法時，可將其 他數值參數，諸如標準差、局部極大值及/或極小值、自 一預足之基線的偏差或其他數值分析方法施用至光致發 光訊號之分析中，以在局部或整個區域基礎上測定該光致 86767.DOC -10- 200411167 發光回應與預定參數之間的偏差，吾人已知該等預定參數 係關於一具有良好品質之半導體結構。其中下文做出對基 於平均發光之數值分析的參考，應瞭解其僅作為示例，且 為比較所觀察之回應與預定之可接受回應而選擇的精確 數值參數對本發明並非關鍵。 光致發光技術較之先前技術中之TXRF技術可產生快速 彳夕之回應。其貫穿整個晶圓區域進行取樣，且基於該整 個晶圓產生一平均結果，且因此較之實際上僅集中於特定 、任意樣品區域取樣之TXRF技術，更能代表整個晶圓之 狀況。該技術之速度及精確度使其成為比先前技術更為有 效且實用的品質控制方法。 特足言之’可以在製造之前測試所有引人半導體基礎社 構。此特點達成了受到很大改良之品質控制，且達成了對 再生晶圓結構以及新的製造狀態中之晶圓的精確篩選(且 因此增強了使用該等晶圓的可能性）。 因此在另-較佳態樣中，本發明包括於半導體結構上進 行元件製造之料對引人半導㈣構（諸切）之加工的品 質控制度量，該度量被併人作為元件製造過程的—部份， 其包括以下步驟：根據本發明之前述第_態樣，連績測試 一系列㈣引人結構；將展示在歧發光之該就的可接 受規格範圍内的光致發光回應之結構傳遞至下— =段；將展以光致發光之該預定的可接受規格範圍外 的光致發光回應之結構排除出該下1件製造階段。 較佳地’傳遞被排除之結構以採取其他措施，諸如廢棄

86767.DOC -11 - 200411167 或（例如）猎由清潔進行的矯正處理。其後可便利的進行如 斤迟的再測忒及接文/排除作業。可測定額外之預定光 致發光參數範圍，且將其用於做出闕於被排除結構之額外 f定。舉例而言，可確定一範圍（尤其是光致發光水準恰 厂於及/或低於彼等可接受規格範園），於該範圍中，可隨 後採取矯正措施，並可立即廢棄甚至在該墙正範圍之外的 結構。 根據該較佳態樣，於元件製造之前測試所有結構。可於 昂貴的製造過程之前較早地蓉別出潛在的不氣品㈣ect) 。由於本發明之方法能夠以快速且便利之方式於元件製造 之前產生精確的診斷，且能夠可靠的廢棄或處理具有不良 叩質《母體半導體結構，則於製造結束時之不可避免的不 良品數量應該大大減少。 在由高強度光束之特性所衫之解析度下，光致發光技 術產生-空間解析PL映射。可藉由本方法之另外較佳特徵 利用泛特點’但疋對於作為在處理過程中對整個晶圓之簡 單且快速品質測試的本發明之基礎目的而言，只需獲得在 整個晶圓區域之上的平均PL強度結果呵將該平均pl強度 結果與結合使用較慢分析方法（如TXRF)之研究所開發之 -預定的可接受規格範圍相聯繫。吾人驚奇地發現，:下 詳述’在自本發明之基於近表面之PL技術與自傳統上所用 之先前技術方法獲取之缺陷資料之間可顯示密切的相互 關係。 如此控制光束’且尤其如此控制光束功率及/或波長及/ 86767.DOC -12- 200411167 或光斑尺寸，以在該半導體結構中於一選擇深度下繁別缺 陷及污染，以自一適當折类；、、空洛A、、， 、 、w近表面/木度（如自孩半導體結構之 上部12微米處）收集PL資訊。對於某些材料與元件而士， 較小之深度，如下至5微米或甚至丨微米可能比較適當：’ 本發明係-缺陷監測工具，可使用該工具監測表面㈣ 及其他表面結構缺陷，諸如疊層缺陷與邊緣滑動。由於該 技術量測表面區域，因此其將精確偵測近表面缺陷及污染 。該等缺陷在對元件品質及效能之影響方面非常具有決定 性。此進一步增強了該技術之精確度及可靠性。 根據本發明，首先測定平均光致發光之預定的可接受規 格範圍，且然後使用其作為任何給定晶圓之結果的基準以 達到品質控制之目的。該預定之規格範圍將包含一極小及 /或極大值。特定言之，吾人已知視雜質中所包含之特定 化學物質，光致發光訊號可按不同方式受到影響。因此， 該規格範圍將較佳包含一極小及一極大光致發光值。 視所量測之結果是否在該預定之規格範圍之内做出品 貝控制判定，若在該範圍之内，則接受結構以進行元件製 造，而若在該範圍外，則排除之。可廢棄排除出之產品或 使其經受矯正措施，諸如額外清潔等。該預定之可接受pL 範圍根據所涉及之特定材料及製程將有所變化，且藉由使 根據本發明所產生之PL回應與根據現存先前技術中量測 技術所產生之回應相聯繫，最初可自現存品質規格範圍測 定該預定之可接受PL範圍。 一旦建立該規格範圍，本發明即可提供相對於先前技術

86767.DOC -13- 200411167 万法為非常高之產出。譬如，對一 l2 签札 2矣寸（3 00¾米）晶圓均 寺物而言，五分鐘左右即可獲取結 ,_ 果’而採用現存方法則 約需一小時。 先致發光（PL)光譜技術係一供觀測半導體中雜質與缺 陷上之内部及外部電子躍遷用之非常靈敏的技術。當以高 於材料之㈣的雷射輻射於低溫之下激勵料，產生電子 =穴對。該等«可按各料同重組方式 導致發光。可將於低溫下形成之電予空穴對截留於石夕中的 雜質上，且該等電子空穴對發射具有該相互作用之特徵的 光子，藉此在光致發光光譜中給出雜f特定資訊。現有大 量應用料之PL光譜技術，其包括於不同處理步驟之㈣ 之特徵描述、元件製造（譬如，植入、氧化、電漿蝕刻、 點缺陷錯合物之偵測及錯位之存在)之特徵。最重要的應 用之一包括對淺施體及受體（諸如砷、硼及磷）之非破壞性 量測。特別地，該技術能夠對該等淺施體及受體之濃度進 行量測。但是，在習知應用中為獲取光學中心之該光譜資 訊及明確化學鑒別，需於液氦溫度下執行量測。在整個半 導體工業中，吾人已知於室溫下，PL訊號明顯變弱且可獲 取極少有用之光譜資訊。 因此較佳採用室溫技術，尤其諸如由國際專利申請案 W098/11425描述之一非破壞性技術，該技術使基於室溫 之PL半導體結構中電活性缺陷之偵測成為現實。該專利申 請案揭示了一具有工業應用之PL技術，於其應用中，該技 術能夠於數分鐘之内產生影像，且該技術具有另一額外優 86767.DOC -14- 200411167 點，即其可產生尤其是靠近晶圓表面（元件於其上被製造） 之較小單個缺陷的微觀成像。 該技術以一適合工業應用之速率提供關於一半導體或 矽結構中之缺陷的資訊，且尤其使吾人能夠目測半導體或 矽結構之上層區域中且特別是在該結構表面附近之缺陷 。該技術利用在一半導體或矽結構中於缺陷處電子空穴對 之增強的非輻射重組，以增強該半導體或矽結構之一 pL 〜像中的對比度以增強對該影像中缺陷之觀測。因此將 W098/11425中之較佳PL技術以引用的方式併入本文。 其中所揭示之室溫PL方法的成功係部份地歸功於藉由 較小、空間解析度較佳〇·1至20微米、較理想係2至5微米且 具有104至1〇9瓦特/平方公分之間的峰值或平均功率密度 之雷射探測的探測容量，因此局部缺陷對所量測之pL強度 具有更大影響，且吾人亦相信，該方法之成功部份是由於 自聚焦激勵後，所注入之載體密度較高。此大大增加了於 缺陷處非輻射重組之可能性且因此增強了缺陷之物理定 位。在以下更加詳細地描述的某些較佳實施例中，本發明 藉由製備具有代表性PL回應的缺陷之一空間映射，且更佳 為一空間影像以利用該方法。 此處對高強度雷射之敘述包含（而非限制）高功率密产兩 射’亦即在該高功率密度雷射中，不管雷射功率為多大， 該輻射被聚焦。 在本發明之一較佳方法中，使用一脈衝雷射激勵源，且 較理想地，發光資料被量測且/或收集發光影像為時間节 86767.DOC -15- 200411167 其意即深度與空間解析度皆被改善，且可被用以獲取 在缺陷<載體俘獲截面上之資訊。亦可使用時間解析量測 以量測有效載體壽命且獲取壽命映射。 映射的解析度則不重要。大約7毫米之解析歧矣。於該 水準之解析度下’處理時間被縮短，且測試產出速率被最 大化。舉例而言’自-12射（3⑻毫米）之晶圓獲取一令人 滿意之接受/排除結果可只需五分鐘。 本發明之PL技術於整個晶圓區域生成一空間解析凡映 f在本發明《王要万法中，其後處理該資料映射以在整 個晶圓提供—平均PL水準，將該平均&水準與基準相比較 以作出品質控制判定。若使用該方法進行簡單的接受增 除品質控制判定，以作為在將結構傳遞至下一製造階段之 前的測試，則僅需考慮平均PL水準，而藉由該方法產生之 然而，本發明之較佳光致發光技術的—個特定優點為： 另外可使用該技術生成貫穿在測試中之半導體結構表面 的PL訊號之空間解析映射，且尤其可使用其生成該等訊號 之空間解析影像。該空間解析映射在先前術中完 全不可實現。因此，在一較佳實施例中，該方法進一步包 括生成該映射及/或該影像之步驟。在該等環境中，以 毫米或以下之映射/成像解析度作業可能較為適當。 便利地，該方法進一步包括將空間解析PL映射儲存於適 當負料儲存構件上，及/或藉由適當處理構件傳送自空間 解析映射獲得之數位化資料以供前向處理之用，及/或將 空間解析影像顯示於適當顯示構件上。 86767.DOC -16- 200411167 該基礎技術鑒別一平均PL強度，接受/排除判定即基於 該平均PL強度。當與被排除之結構相關時，空間解析資訊 尤其有用。一較佳的更先進之品質控制策略可能因此將使 用泫更快速、基礎之技術處理各單元，且僅生成被排除之 結構的空間解析資料。在一實施例中，為完全地利用該技 術產生關於測試中半導體結構之PL回應的空間解析資料 4能力，（如所指示）以更高解析度作業可能較為適當。因 此，較之僅使用該技術為基礎接受/排除品質控制判定之 基礎，產出將更為緩慢。一較佳的更先進之品質控制策略 可能因此將使用該更快速、基礎之技術處理各單元，且使 用藉由收集空間解析資料提供之額外功能性以更高解析 度再處理所排除之結構。 生成映射或#像之能力使得可大致鑒別缺陷之位置。本 發明之一較佳實施例中利用該特點，使用如前所述之方法 以快速篩選半導體結構（_3⑼毫米之晶圓只需5分鐘）且雲 別樣品以it行完全化學分析。該方法之實施例包括使一半 導體經受如前所述之測試以生成貫穿該半導體結構表面 之PL訊號的空間解析映射，且至少在被排除結構之狀況下 使用二間解析映射以鑒別污染之大致位置，且使用一諸 如TXRF之特定分析技術在所鑒別之位置進一步分析該半 導體結構以鑒別雜質。 泛方法適用於可以熟悉方式藉由熱處理在其上製造元 件的任何基礎半導體結構。特定言之，該方法適用於基於 矽及矽合金 < 晶圓的結構。該等元件可製自簡單的單層晶

86767.DOC -17 - 200411167 圓或製自多層晶圓 成0 ，譬如於一 基礎矽晶圓上之磊晶層 中形 根據本發明之另一能 製造之前，對半導…：^…種於半導體結構上進行元件 括、強度光源，該光源較佳為雷射，且尤其為高強= =，將來自孩光源之高強度光束聚焦至測試中二: ;:一表面上之構件，·收集構件，其收集藉由光束激二: 2結構產生的貫穿測試中之半導體結構的該表面 •、。刀析構件，其處理及數值分析所收集之資科 ’:比較器’其將分析結果與預定之可接受規格參數進行 比車乂’及-可將結構傳輸至特定的下一處理階段之傳輸構 件，其中根據該光致發光訊號是否在該預定之可接受規格 範圍之内而決定傳輸與否。 、特足言之，該傳輸構件可將展示在光致發光之預定的可 接殳規格範圍内之光致發光回應的結構傳輸至元件製造 階段，且將展示在光致發光之預定的可接受規格範圍外之 光致發光回應的結構傳輸至（譬如）廢棄位置或矯正處理階 段，而非傳輸至元件製造階段。因此可直接在用於元件製 造<裝置前，將該傳輸裝置併入一適當的該等元件之生產 裝置中。 執行該基礎方法之裝置生成以該PL回應之數值分析為 基礎的資料，舉例而言，如所描述之貫穿整個區域的平均 PL訊號或局部區域資料之集合。將該資料與預定之可接受 規格參數進行比較。

86767.DOC -18 - 200411167 $是，為執行上述該方法之改進的替代方法，該裝置較 佳需另外包括將所收集之PL資料解析為一貫穿半導髀姓 構區域之空間解析pL映射的構件’且視需要另外包括二 解析〈資料轉換為—PL影像之構件，及/或儲存該映射/影 像’且尤其儲存連續映射/影像供將來比較用之影像/资料 储=件’及/或將該映射/影像傳送至―適當遠端資料處 理I構件，及/或將一影像及/或相關資料顯示給一使用 者之诸如一視覺顯示幕的影像顯示構件。 在本發明之另一態樣中’提供一電腦程式及/或一適各 程式化之電腦以執行本文前述方法之一些或所有步驟，且 尤其在所收集之PL資料上執行資料處理步驟，舉例而言， 測足整個晶圓區域之平均PL，及/或自所收集之凡资料空 Z析—⑽射’及/或將該平均值與-預定之可接受規 格範圍進行比較。 【實施方式】 圖中所展不之裝置主要包括一 pL成像顯微鏡，並中： 朝右手面，包括一組雷射(3_8);朝底部，包括一樣：臺， 諸如—Χ·Υ臺或R臺；朝左手面，包括-微處理器（40)及一 顯示幕（39)，且圖中心部位展示了供偵測通過該系統之光 用的各種光學元件。 ，在圖1所展示之實施例中’提供六束雷射以探測樣品中 《不同深度。但是，僅使用一個雷射，或確切使用更多數 量之雷射都在本發明之範轉之内。無論如何，該等雷射中 的至少-束為咼強度雷射，且較理想地具有0.1毫米至0.5

86767.DOC -19· 200411167 微米之間的光斑尺寸，及104至l〇9瓦特/平方公分之間的功 率密度。提供一與該組雷射相輕接之雷射選擇器（1 6)以選 擇一束或多束雷射以供使用，且另外亦選擇該等雷射之頻 率與波長。 使用習知光學裝置，諸如光學纖維（9)以指引光朝向準直 儀（10)及雷射束擴展器（11)。將一切趾板（丨2)置於雷射束擴 展器（11)與光束分離器（31)之間。光束分離器（3 ^藉由物鏡 (34)指引來自前述雷射之一部份光朝向樣品（2)。 提供一自動聚焦控制器（30)，且將其耦接至一壓電驅動 聚焦臺（33)。顯微鏡裝備有一習知轉臺（36)，該轉臺分別 具有供微觀檢查用之至少一個高數值孔徑物鏡及一供宏 觀檢查用之低數值孔徑物鏡（34，35)。此外，亦提供一光 學位移量測系統（3 8)耦接於轉臺（36)。 提供電纜敷設以將自動聚焦控制器（3〇)連接至微處理器 (40) ’且亦將一顯微鏡物鏡分度裝置（32)連接至微處理器 (40) 〇 於光束分離器（31)之下游具有雷射缺口濾光器之濾光輪 (13)，在濾光輪（π)之下游具有一向旁邊搖擺之折疊鏡（14) ’將於下文描述其功能。與該鏡（14)排列成行的係一供波_ 長選擇用之濾光輪（27)，且在濾光輪（27)之後係一與一適 當CCD 2-D陣列偵測器（29)相連之變焦透鏡。 在冷鏡（17)最前面之光學路徑中具有無限系統補償透鏡 (37) ’其將光反射向供波長選擇用之另一濾光輪（23)及一 聚焦透鏡（24)，該聚焦透鏡在一 uv及可視光之偵測器（25)

86767.DOC -20- 200411167 的取别面。將偵測為（25)李禹接至鎖定放大器（26)。其用以 獲取該等表面之一反射影像。 在冷鏡（17)的最後面具有仍供波長選擇用之另一濾光輪 (18)，且在滤光輪（18)之最後面具有一聚焦透鏡（22)及供針 孔選擇用之另一孔徑輪（19)，孔徑輪（丨9)在供偵測發光用 之偵測器（21)的最前面。 UV及可視區域偵測為（25)及紅外線偵測器（21)皆被耦 接至鎖定放大器（26)。 下文說明該系統之運行。 藉由若干束雷射（3-8)提供波長之範圍以探測樣品中之 不同平面。可藉由頻率產生器（16)調變該等雷射以使得可 藉由偵測器自背景輻射分離自樣品（2)發射之訊號，藉由鎖 定放大器（26)使該等偵測器與雷射調變頻率同步。在另一 實施例中，可藉由使用一束可調諧雷射及/或一光學參數 振盪器產生波長之該範圍。將各束雷射連接至一多分支光 學纖維（9)且與其排列成行以使得任何或所有該等雷射皆 可照射樣品（2)。該多分支光學纖維之共同末端終止於一準 直所出現之光的光學系統（10)中。該光學系統與一光束擴 展器（11)排列成行，光束擴展器（11)使雷射束直徑與樣品 (2)之上的顯微鏡物鏡（34，35)所要求之直徑相匹配。擴展 之光束然後穿過一將光學能量均勻分配於光束區域之上 的切趾板（12)。 藉由一光束分離器（31)反射該擴展及切趾光束，且該光 束傳到顯微鏡物鏡（34及35)。藉由一顯微鏡物鏡（34或35) 86767.DOC -21 - 200411167 將該光束聚焦於樣品上。於微觀模式中，選擇該物鏡以將 咸光束聚焦至一繞射有限光斑尺寸。藉由一分度機構 運行之轉臺（36)允許該物鏡可被轉變為宏觀模式，其中可 肊射到樣品之更廣區域。在另一實施例中可移除切趾板 (12)，如此可將微觀模式之光斑變小以允許更高之注入量。 一光學位移感應器（38)量測到樣品之距離，且藉由一通 過抗聚焦控制器（30)之反饋迴路，維持藉由壓電致動之聚 焦臺（33)產生的正確間隔。 藉由顯微鏡物鏡（34)(其處於微觀模式）收集來自樣品之 光致發光訊號，且藉由光束分離器（31)及濾光輪（13)中之 缺口濾光器傳輸回該訊號，濾光輪（13)含有與雷射波長範 圍相匹配之缺口濾光器。缺口濾光器移除任何所反射之雷 射光，僅讓光致發光訊號通過。 將折疊鏡（14)轉到光束外以允許訊號傳到鏡筒透鏡（37) 且傳到冷鏡（17)上’其中可將鏡筒透鏡（37)併入以補償可 使用之任何無限顯微鏡物鏡。冷鏡（丨7)將在所選截止點 (約700奈米）之下的該等波長反射至將訊號聚焦到偵測器 (25)中之聚焦透鏡（24)。在偵測器聚焦透鏡（24)前面之一濾、 光輪（23)包含濾光器以分離所選之波長帶。 位於在截止點之上的波長範圍中之光致發光訊號部分 穿過冷鏡（17)，且藉由透鏡（22)被相似地聚焦到偵測器（2 i) 中。該訊號亦穿過一含有濾光器以分離所選之波長帶的滤 光輪（18)。 於一被置於偵測器（21)之前的孔徑輪（19)中包含一系列 86767.DOC -22- 200411167 不同直 ^ ·?/ 二义針孔。可藉由壓電致動器（20)軸向移動該孔經 ^如此可放置該等針孔以使其與所要之影像平面共焦。 藉由該種方式，可將樣品⑺中位於不同深度之平面成像以 提供精確深度資訊。 將來自偵測益（21，25)之電訊號供給鎖定放大器（26)， 在鎖疋放大器（26)中藉由來自頻率產生器（15)之一參考訊 號使該電訊號與雷射（3_8)之調變頻率同步。然後將該電訊 號供給中央處理器(40)以供分析用。藉由光栅掃描樣品臺 乂獲取PL #像。或者亦可運用使用檢流計鏡之光學掃描。 在另一運行微觀模式中，將折疊鏡（14)轉到光致發光訊 號之光束内。該轉向訊號穿過一濾光輪（27)，且進入變焦 透鏡（28)中，其中濾光輪（27)包括濾光器以分離所選之波 長帶。變焦透鏡允許使用不同放大率將樣品（2)上之受照射 之光斑成像於CCD二維陣列（29)上。其允許了可於不同解 析度下使樣品（2)之受照射區域成像。將來自CCD陣列之電 釩號供給中央處理器（4〇)以供分析之用。 圖2中圖解展示了資料之處理。藉由操縱臂（1〇2)將樣品 (101)傳輸至一取樣基座以待圖丨之裝置進行測試以生成一 PL訊號。藉由圖丨之收集裝置（以簡圖形態展示作裝置1〇5) 收集該訊號。 該圖式進一步展示資料之處理。於一第一處理路徑中， 根據本發明之主要觀點，將PL映射資料傳至處理器乃 ，其處理#資料以測定貫穿樣品（1〇1)之整個區域^平均 PL強度。 86767.DOC -23- 200411167 將所得之平均值傳至比較器_，其使該平均PL強产 資料與在資料記㈣⑽)之内的—狀儲存規格範_ 關聯’且基於該比較將-品龍制判定傳到控制單元⑴^ 上。在該實施例中，控制單元⑴Q)直接在操縱臂（叫上 作業，該操縱臂然後將樣品（1G1)傳輸至―元件製造處理線 或傳輸至-排除線以採取適正措施替代運行 模式中，控制單元⑴〇)可（譬如）為—向操作者給出指示之 顯示構件，該操作者然後可藉由分離控制構件（馨如）以做 出可接受/排除選擇來運行臂⑽），以將測試中之樣品轉 移至矯正處理等。 斤虛線展示-第二處理路徑，其反映了本發明之可選擇的 第二態樣。於此項可選擇之態樣中，同樣將與貫穿樣品 ⑽）表面之PL強度映射相對應之資料傳至_第二處理口單 凡（111)，處理單元⑴υ可將該資料解析為_貫穿樣品 (101)表面之數位化空間解析強度映射。將所得之映射傳: 資料記憶體（112)及視覺顯示幕（113)。可使用所解析之資 =鑒別缺陷位置。以此方式，可使用該基礎裝置快速筛選 印圓。可自孩晶圓映射鑒別污染之位置，且然後可使用 TXRF技術進-步分析該晶圓以鑒別雜質。 於圖3及圖4中展不了可將該技術用於監測引入晶圓之 資首先量/貝J選自不同晶圓製造商之不同晶圓。量測結 果如圖3所不。在自各供應商處獲取之PL訊號中存在明顯 差異’其指不了在表面污染量之表面缺吆密度中的變化。 對來自各供應商之批量晶圓進行進-步量測。圖4展示了

86767.DOC -24- 200411167 一典型實例。來自相同供應商之晶圓具有相同平均值，且 頃發現此係一般特性。因此可將該平均？乙用作測定引入晶 圓之品質的度量。 為實行本發明之基礎方法，收集及處理—PL映射，且計 算出平均PL值，且然後將該平均值與一預定值進行比較。 將該特定範圍用於測定晶圓品質，且因此產生一接受/排 除製程控制程序。圖5以圖表展示了該程序。 藉由設定該特定範圍，接著可以使該範圍與任何色彩或 和灰階圖案相關聯，且製備一相應影像。圖9展示了—實 例。在孩實例中，晶圓映射中之黑色區域展示在該指定範 圍之外的區域。可使用該簡單編碼來展示晶圓品質中之微 化。 < 在使用平均PL訊號水平觀測晶圓品質後，可關於未達到 孩規格之晶圓以更高解析度PL成像技術及/或使用其他技 術記錄進一步量測結果。此將允許吾人測定所存在缺陷之 類型，同時更詳細地檢測其空間變化，該空間變化可給出 關於污染源（譬如’不良表面研磨或不完全清潔）之更為清 晰的指示。 為鑑別正面上之污染源，可同時記錄晶圓之背面。藉由 比較該等晶圓映射，可明確知道污染是否源自晶圓背面。 然後可採I進-步措施以p方止對其他計量II製程儀器 之交叉污染。 因此根據本發明’可將光致發光工具用作一快速製程控 制工具以測定晶圓品質。獲取晶圓映射且數值分析所量測 86767.DOC -25- 200411167 之PL回應以提供一品質度量’其中光致發光回應虚玉人已 知與具有良好品質之半導體結構相關的預定參數：間的 偏差被用作品質控制判定之基礎。 在所給之基礎實例中’其可僅為在整個區域之上的平均 回應之比較。但是一般而言，污染可非常具有局部性，且 平均PL訊號（在晶圓映射中之所有所量測之像素上所长之 平均值)可能未必為該污染之可靠指示。若使用—2〇網格 細分晶圓映射’則使用平均PL分析可偵_非常具有 性之訊號。 於記錄-晶圓映射之後，可施用—虛擬網格，且使用適 當款體將其衫於晶圓映射之_。可使用該虛擬網格執 行分析。同時局部區域分析亦允許對結構中問題位置之更 優定位。舉例而言，可指示出不合格之網格元件；可於與 該網格元件相同的位置啟動微觀掃描以允許更詳細地檢 測所關心之區域；且可用適當形式輸出晶圓映射分析中不 合格元件之記錄。 局部網格方法並不侷限於基於平均值之數值分析。可使 用任何適當之預先規定的參數（包括平均強度、pL極小值 、極大值、標準差及基線）’以㈣定污染區域。由於貫穿 晶圓之訊號的變化不均勻，p L訊號基線方法可為一更為有 用之參數。以下將解釋該技術。 圖7a展示典型印圓映射，而圖7b展示相關的強度之 直方圖。 在晶圓映射中藉由與基線值之偏差偵測污染，且可設定

86767.DOC -26- 200411167 界限。彳e η 1—疋，可藉由污染修正該晶圓映射中之p]L平均值。 二、之值應代表一未被污染的晶圓之訊號水準。圖8所 ::峰值代表一未被污染晶圓之真實扎值。修正基線函數 命、有峰值將允許用戶準確追蹤污染且具有更高靈敏 —適當演算法包括以下步驟： 界疋峰值為直方圖中之極大值，且將其用於基線。 2·搜索峰值之資料。 ;、、：後计算極大值之土7〇%(其由使用者界定），接著重新 界定尖學極大值為該等點之中心位置。 4·然後计算尖峰極大值之精確值，且接著界定PL水準。 5·同樣允4使用者輸入來自未被污染晶圓之典型基線值 ，若存在相等強度之兩個峰值，其將有所幫助。 晶圓之基線係對應於點之最大數量的PL值。 藉由下列關係式界定基線偏差： 基線偏差外乙值·基線 PL值係網格各元件之AVG PL。必須對各元件量測基線 偏差。 土 7 【圖式簡單說明】 以上僅參考所附圖式丨至8藉由實例描述本發明，其中·· 圖1係對用以獲取PL資料之適當裝置的圖解說明； 圖2係一展示如何處理資料之示意圖； 圖3展示根據本發明記錄的不同批量之所供應晶圓的孔 訊號； 86767.DOC -27- 2UU41110/ 圖4展示根擔 號； Μ明記錄的同—批量中不同晶圓之PL訊 基礎品質控制接受/排除判定之間 圖5展示PL資料與一 的相互關係； 圖6展示—曰圓、、 曰曰ϋ <空間解析PL影像； 回8展示根據本發明之一種可能的數值分析技術。 【圖式代表符號說明】 2 3-J 9 10 11 12 13 ， U ， 23 ， 27 14 15 16 17 19 20 21 22，24 25 樣品臺 樣品 雷射 光學纖維 準直儀 雷射束擴展器 切趾板 滤光輪 折疊鏡 頻率產生器 雷射選擇器 冷鏡 孔徑輪 壓電致動器 紅外線偵測器 聚焦透鏡 UV及可視區域偵測器

86767.DOC -28- 200411167 26 鎖定放大器 28 變焦透鏡 29 CCD二維陣列 30 自動聚集控制器 31 光束分離器 32 物鏡分度裝置 33 壓電驅動聚焦臺 34，35 顯微鏡物鏡 36 轉臺 37 鏡筒透鏡 38 光學位移量測系統 39 顯示幕 40 微處理器 101 樣品 102 操縱臂 103 取樣基座 105 收集裝置 107 處理器 108 比較器 109 資料記憶體 110 控制單元 111 第二處理單元 112 資料記憶體 113 視覺顯示幕 86767.DOC -29-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 種万、半導to結構上進行元件製造之前，對諸如石夕之半 導體結構進行品質控制之方法，其包括以下步驟： 於兀件製造之前，取得一半導體； ,1、將'半導體結構之表面曝露於來自一適當光源之至 個N強度光束下，且收集藉由該光束激勵該半導體 結構而產生之光致發光（PL); ’所收集之4光致發光訊號做&分析，且將該分析用 作該半導體對元件製造之適合性的一品質分級之該基 礎。 ' 2.如申請專利範圍第4之方法，其中該品質分級步驟包 括： 測定貫穿該結構區域或其子區域發射之_平均光致 發光強度； ， 將該平均值與紐發光之—預定的可接受規格範圍 進行比較； 基於該比較對該半導體結構做出一品質分級。 3·如申請專利範圍第U2項之方法，纟中該品質分級步驟 包括排除或選擇-展示在—預定的可接受規格範圍之 外的-光致發光回應之半導體麵構以採取矯正措施。 4.如_請專利範圍第…項之方法，該方法被施用作於半 導體結構上進行元件製造之前.，針對諸如碎之引入半導 86767.DOC m之二工的—品質控制度量’且作為-元件製造過 一1^而被钾入’該方法包括以下步驟：根據前述 禮料利_之方法依相試-系列該等引入結 將纟该光致發光之預定的可接受規格範圍 内，光致發光回應的結構傳遞至—元件製造階段，將一 展^在該歧發光之預定'的可接受規格範圍外之光 致發光回應的結構自該元件製造階段排除。 如申請專利範圍第4項之方法，其中接著傳遞被排除結 構以採取例如藉由清潔而進行的矯正措施，之後進行再 測試且重複如申請專利範圍第3項的接受/排除步驟。 申叫專利& ϋ第1或2項之方法，其巾將該光束之光束 、力率及/或光斑尺寸控制為自該半導體結構之上部I〗微 米處收集近表面PL資訊。、 如申請專利範圍第6項之方法，其中將該光束控制為自 茲半導體結構之上部丨微米處收集近表面p]L資訊。 叫專利範圍第1或2項之方法、其中大約於室溫下獲取該 pL回應。 ~ 請專利範圍第1或2項之方法，、其中該光源係一高強度雷 射0 如申請專利範圍第9項之方法，其中該雷射具有光斑尺 寸為〇·1至20微米，較理想為2至5微米，且峰值或平均功 率岔度在104至1〇9瓦特/平方公分之間的較小探測容量。 如申凊專利範圍第1 〇項之方法、，其中使用一脈衝雷射激 勵源’且量測發光資料，及/或收集該等發光影像作為一 -2- 200411167 時間函數。 12·如申請專利範圍第1或2項之方法，其另外包括使用該等 所收集之PL訊號以生成貫穿測試中之該半導體表面的 pL訊號之一空間解析映射，且尤其生成該等訊號之一空 間解析影像的步騾。 ， 13.如申請專利範圍第12項之方法’其另外包括將該空間解 析PL映射儲存於適當資料儲存構件上’且/或藉由適當 處理構件傳送自該空間解析映射取得之數位化資料以 供前向處理用之步驟。、 1"+. ^ 、令請專利範®第13項之方法，其另外包括將任何生力 足PL影像顯示於適當顯示構件上之步驟。 a如申請專利範圍第13或14項之方法，其進—步包括下歹 步驟：使用該空間解析映射繁別該冷染之大致位置.^ 使用一諸如而之特定分析技術在該所馨別之位置， 一步分析孩半導體結構以鑒別該雜質。 16. 一種㈣且/或表徵化在—㈣處於清㈣態中之諸如 =導體結構中的清料染之方法，其包括在該等結 構中的母-個之上執行如中請專利範圍第 一項的方法，僅在因展示一在該預 ’、，、中 ζ. " 的可接受規格範圍 ，先致發光回應而被排除的該等結構之 申請專利範圍第！2至15項其中 執仃如 ..,,a ^ @ ^f頭外步驟，以 產生關於被排除結構之空間解析資科。 * 17·、種於半導體結構上進行元件製造之前，對… 導體結構進行品質控制裝置.， 、$ “《半 八匕括··一高強度光源 86767.DOC 200411167 ;將來自該光源之高強度光束聚焦至測試中之半導體社 構的一表面上之構件；收集構件，其收集藉由該光束激 勵該半導體結構產生的貫穿該測試中之半導體結構表 面的光致發^資料；分析構件，其處理及數值分析該所 收集<資料卜比較器’其將該等分析結果與預定之可 接受規格參數進行比較；及—可將該結構傳輸至特定的 下-處理階段之傳輸構件，其中根據該光致發光訊號是 否在該預定之可接受規格範.圍之内而決定傳輸與否。 18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該光束之光束功率 及/或波長及/或光斑尺寸受控制為使得該裝置適於自該 半導體結構之上部12微米處生成及收集近表面pL資訊。 19. 如申請專利範圍第17项之裝置，，其中該光束之光束功率 及/或波長及/或光斑尺寸受控，制為使得該裝置可自該半 導體結構之上部丨微米處生成友收集近表面？1^資訊。 20. 如申請專利範圍第17、18或19項中任一項之裝置其中 該光源係一高強度雷射。 21·如申請專利範圍第2〇项之裝置，其中該雷射具有光斑尺 寸為〇·1至20微米，較理想為2至5微米，且峰值或平均功 率在度在10至1 〇瓦特/平方公分之間的較小探測容量。 22·如申請專利範圍第17、18或19項中任一項之裝置，其中 該傳輸構件適於將一展示一在光致發光之該預定的可 接文規格範圍内之光致發光回應的結構傳輸至一元件 製造階段，且將一展示一在光致發光之該預定的可接受 規格範圍外之光致發光回應的結構傳輸至譬如一廢棄 86767.DOC -4- 23. 亿置或矯正處理階段，而非傳輸至該元件製造階段。 夕申μ專利範圍第17、18或19項中任一項之裝置，其另 卜包括將孩所收集之PL資料解析為一貫穿該半導體結 構之區域的空間解析PL、映射之構件。 24. 如申請專利範圍第23項之裝置，其另外包括將該解軒资 料轉換為一 PL影像之構件，及/或儲存該映射/影像、且 尤其儲存連續映射/影像供將來比較用之影像/資科儲疒 構件，及/或將該映射/影像傳送至一適當遠端資料處埋 器之構件’及/或將一影像及、/或相關資料顯示給〜 、、 使用 者之諸如一視覺顯示幕的影像顯示構件。 86767.DOC