JP2013102172A - 間接バンドギャップ半導体構造を検査する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源110は間接バンドギャップ半導体構造140にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光を発生させる。ユニット114は、発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減する。コリメータ112は光をコリメートする。半導体構造140はコリメートされショートパス濾波された光で、略均一かつ同時に照明される。撮像デバイス130は半導体構造に入射する略均一な同時照明によって誘起されるフォトルミネセンス像を同時に捕捉する。フォトルミネセンス像は、大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間的変動を用いて、半導体構造140の空間的に分解された特定の電子特性を定量化するために像処理される。
【選択図】図1
Description
American Physical Society、2000年5月15日、13698〜13702ページは、n−GaAsのフォトルミネセンス(PL)像形成の技術について記述している。フォトルミネセンスは、光励起に応答して半導体材料が放射する光である。フォトルミネセンス像形成を用いて、均一なマイクロウェーブ照射の下で、均一なn−GaAs層中の高い電子密度の自己組織化された(self−organized)パターンが無接触的に研究された。n−GaAs無接触サンプルは矩形導波器中に収容され、これは観察用の金属網目窓を有し、マイクロウェーブ発生器に結合され、マイクロウェーブ照射を受ける。n−GaAsサンプルを含むこの組み立て体は液体ヘリウムを含む浴クリオスタット中で4.2Kに冷却され、リング状に組織化されたいくつかの赤色(620nm)発光ダイオード(LED)で均一に照射される。クリオスタットは金属網目窓に整列された窓を有する。ビデオカメラがサンプルに面するように配列され、光学系と干渉820nm(ロングパス)フィルタが、その順序でクリオスタット窓とカメラの間に挿入される。カメラは3mm×4mmの像を捕捉し、そのいくつかはマイクロウェーブ照射下でサンプルからのフォトルミネセンス中に黒点を形成する。
ion)」、Eur J AP 20、141〜144、2002は、適用されたSiC特性化のための走査PL装置について記載している。PLマッピングは1μmステップのx−yステージおよび顕微鏡対物によってスポット直径4μmに合焦した二重Ar+レー
ザビームを用いるサンプルの走査によって得られる。積分されたPL強度またはスペクトル分解されたPLのいずれも得ることができる。このシステムは点から点へPLを走査する。そのようなシステムは、走査作業のため所与の時間で小さな面積、すなわち、点しか試験できず、不利である。大面積のサンプルのフォトルミネセンスは、半導体デバイスの動作条件により良好に近似するであろう大面積の均一な照明の下で同時に捕捉することができない。さらに不利なことに、そのようなシステムはシステムの走査作業のため遅い。
ことができる。
1. 導入
本発明の実施形態は素地のまたは部分的に加工されたウェハを含む間接バンドギャップ半導体構造の検査システムおよび方法を提供する。詳細には、システムおよび方法は、素地のまたは部分的に加工されたウェハ、部分的に製造されたシリコンデバイス、素地のまたは部分的に加工された絶縁体上シリコン(SOI)構造、および完全に製造されたシリコンデバイスを含む、シリコン構造の試験に特に適している。システムおよび方法は、部分的に金属化されたデバイスを含む、加工前およびさまざまな製造段階を通して完成半導体デバイスまで、素地ウェハに存在する欠陥を無接触で検出することが可能である。無接触とは、電気的接触を必要としないことを意味する。例えば、本発明の実施形態は、不良の太陽電池または他の光電池デバイスになり得るシリコン構造を検査して欠陥を識別することができる。また、システムおよび方法は、さまざまな加工ステップの後に、局部的欠陥密度、局部的短絡、局部的電流−電圧特性、局部的拡散長さ、および局部的短時間のキャリア寿命など、空間的に分解された材料のパラメータを無接触で求めることが可能である。本発明の実施形態は、間接バンドギャップ半導体構造の特性を求めるために大面積の間接バンドギャップ半導体構造に同時に誘起されたフォトルミネセンス(PL)を用いる。
2. 間接バンドギャップ半導体構造の検査
図6は、間接バンドギャップ半導体構造検査の方法600を示す高レベルのフロー図である。ステップ610において、処理が開始される。ステップ612において、間接バンドギャップ半導体構造にフォトルミネセンスを誘起するのに適した光が発生される。ステップ614において、光はショートパス濾波されて、発生した光の特定の放射ピークを超える長波長光を低減する。ステップ616において、光はコリメートされる。ステップ614およびステップ616は反対の順序で行うこともできる。ステップ618において、大面積の間接バンドギャップ半導体構造はコリメートされショートパス濾波された光で略均一かつ同時に照明される。ステップ620において、大面積の間接バンドギャップ半導体構造に入射する略均一な同時照明によって同時に誘起されたフォトルミネセンス像は、誘起されたフォトルミネセンスを同時に捕捉することのできる撮像デバイスを用いて捕捉される。ステップ622において、大面積に誘起されたフォトルミネセンスの空間変動を用いて、間接バンドギャップ半導体構造の特定の電気的特性を定量化するフォトルミネセンス像の像処理が行われる。次いで、処理はステップ622で終了する。間接バンドギャップ半導体構造の前述の検査方法は、そのような構造を検査するためのさまざまなシステムを実施するいくつかの実施形態を参照して以下に詳細に説明される。
3. 照明および反対側の像形成
図1は、好ましくはシリコンウェハであるシリコン構造140を検査するためのシステム100を示す。光電池およびマイクロエレクトロニクスデバイスはそのようなシリコンウェハ上に多くのステージで製造することができる。図1のシステム100は、素地のまたは部分的に加工されたウェハ、太陽電池またはマイクロエレクトロニクスデバイスなどの光電池デバイスを形成するために任意の加工ステップを受けたウェハ、および製造工程から得られる完成されたデバイスの検査に用いることができる。例えば、シリコンウェハ140は150mm×150mm×0.25mmの寸法を有することができる。構造は入射光に透明な基板と共に素地のまたは部分的に加工された絶縁体上のシリコン(SOI)構造を含むことができる。検査方法は室温で行うことができる。議論を容易にするために、シリコン構造は以降単純にシリコンサンプルと呼ぶ。
発明の範囲と精神から逸脱することなく他の高出力光源を実施することができる。
4. 照明および同じ側の像形成
図2は本発明の他の実施形態によるシリコン構造240の他の検査システム200を示す。図面において、図1に類似の図2の特徴に同じ参照番号が与えられる。再び、構造240はシリコンウェハを含むことが好ましい。図面を簡略化するために、汎用コンピュータは示されない。システム200は光源210、ショートパスフィルタユニット214、および撮像デバイス230を含む。また、システム200はコリメータ212を含み、およびホモジェナイザ216を含むことができる。視野レンズ(図示されない)を用いることもできる。
Claims (53)
- 間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
所定の照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域を照明し、前記照明に対応して前記材料からフォトルミネセンスを発生させる照明ステップと、
撮像デバイスによって前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含む方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
前記間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源によって前記材料を照明する照明ステップと、
撮像デバイスによって、前記照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含む方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料を分析する方法であって、前記方法が、
所定の照明によって前記材料の領域を照明し、前記照明に対応して前記材料からフォトルミネセンスを発生させる照明ステップと、
撮像デバイスによって前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、
を含み、
前記照明ステップと前記捕捉ステップは、約1秒以内に行われることを特徴とする方法。 - 前記画像内のルミネセンスの空間変動を判断するために前記画像を処理する処理ステップを更に含む、請求項1〜3の何れか1項に記載の方法。
- 前記処理ステップが、前記画像内の空間変動を用いて前記間接バンドギャップ半導体材料の一つ以上の特性の空間変動を判断することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記照明が前記領域全体で均一である、請求項1〜5の何れかに記載の方法。
- 前記画像を捕捉する前に、前記照明及び/又は前記撮像デバイスへの入射光が濾過される、請求項1〜6の何れかに記載の方法。
- 前記照明及び/又は前記撮像デバイスへの入射光がショートパス濾過又はロングパス濾過され、所定の波長を選択的に除去する、請求項7に記載の方法。
- 前記照明がショートパス濾過され、前記フォトルミネセンスの波長領域内の要素を除去する、請求項7又は8に記載の方法。
- 前記撮像デバイスへの入射光がロングパス濾過され、前記照明が画像化されることを防止する、請求項7〜9の何れかに記載の方法。
- 前記材料がロングパスフィルターの機能を果たし、前記照明が画像化されることを防止する、請求項1〜10の何れかに記載の方法。
- 前記領域が1秒間まで照明される、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記照明ステップ及び捕捉ステップが約1秒以内で行われる、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記処理ステップが約1秒以内で行われる、請求項4又は請求項5の何れかに記載の方法。
- 前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析する処理ステップを更に含み、
前記処理ステップが生産プロセスでインラインで行われる、請求項1〜14の何れかに記載の方法。 - 前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析する処理ステップを更に含み、
前記処理ステップが生産プロセスからオフラインで行われる、請求項1〜14の何れかに記載の方法。 - 前記方法が、シリコン構造、素地の又は部分的に加工されたウェハ、素地の又は部分的に加工された絶縁体上シリコン(SOI)構造、十分に作られたシリコン装置、及び太陽電池からなる群から選択された間接バンドギャップ半導体材料に適用される、請求項1〜16の何れかに記載の方法。
- 間接バンドギャップ半導体材料は、約150mm×150mmのサイズである、請求項1〜17の何れかに記載の方法。
- 前記領域は、前記材料の片側全体を備える、請求項1〜18の何れかに記載の方法。
- 前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記材料への電気的接触なしで行われる、請求項1〜19の何れかに記載の方法。
- フォトルミネセンス画像を発生させるための照明、及び/又はフォトルミネセンス画像の捕捉及び処理が所定時間内で行われる、請求項1〜20の何れかに記載の方法。
- 前記一つ以上の特性が、欠陥密度、短絡、電流−電圧特性、拡散長さ、及び少数キャリヤ寿命からなる群から選ばれる、請求項5に記載の方法。
- 少なくとも前記照明ステップ及び捕捉ステップは、前記材料が室温に置かれている間に行われる、請求項1〜22の何れかに記載の方法。
- 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記プロセスの所定の生産ステップ内で行われる、方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源で前記材料を照明する照明ステップと、前記照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ、捕捉ステップ、及び処理ステップが前記プロセスの所定の生産ステップ内で行われる、方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析する方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記照明ステップ及び捕捉ステップが約1秒以内に行われる、方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうる、方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導するための光源で前記材料を照明する照明ステップと、前記照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうる、方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのプロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するための方法であって、前記方法が、
前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明する照明ステップと、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉する捕捉ステップと、前記画像を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断する処理ステップとを含み、前記材料がシリコンの原料、ブロック又はインゴットであるのと完成した装置との間の何れの時点においても、前記方法が前記材料に適用されうると共に、前記照明ステップと前記捕捉ステップは、約1秒以内に行われることを特徴とする方法。 - 間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、
所定の照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域を照明し、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、を含むシステム。 - 間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、
前記材料にフォトルミネセンスを誘導するための光で前記材料を照明するための光源と、前記照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像を処理し、前記領域全体で前記一つ以上の特性を分析するためのプロセッサとを含むシステム。 - 間接バンドギャップ半導体材料を分析するためのシステムであって、前記システムが、
所定の照明によって前記材料の領域を照明し、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、を含み、
約1秒以内に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とするシステム。 - 前記画像内のルミネセンスの空間変動を判断するように構成されたプロセッサを更に含む、請求項30〜32の何れか1項に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記画像内の空間変動を用いて前記間接バンドギャップ半導体材料の一つ以上の特性の空間変動を判断ように構成される、請求項33に記載のシステム。
- 前記システムは、前記領域を均一に照明するように構成される、請求項30〜34の何れか1項に記載のシステム。
- 一つ以上のフィルターをさらに含み、前記照明及び/又は前記撮像デバイスへの入射光が捕捉される前に濾過される、請求項30〜35の何れか1項に記載のシステム。
- 前記フィルターは、前記フォトルミネセンスの波長領域内の前記照明の要素を除去するための、前記光源と前記材料との間に設けられたショートパスフィルターを含む、請求項36に記載のシステム。
- 前記フィルターは、前記照明が前記撮像デバイスに到達することを防止するための、前記材料と前記撮像デバイスとの間に設けられたロングパスフィルターを含む、請求項36又は37に記載のシステム。
- 前記照明が前記撮像デバイスに到達することを防止するために、前記材料が前記光源と前記撮像デバイスとの間に置かれた、請求項30〜48の何れかに記載のシステム。
- 前記システムが、約1秒以内で前記領域を照明するのに適している、請求項30又は31に記載のシステム。
- 約1秒間に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とする、請求項33又は34に記載のシステム。
- 前記システムは、生産プロセスでインラインで配置される、請求項30〜41の何れか1項に記載のシステム。
- 前記システムが、シリコン、素地の又は部分的に加工されたウェハ、素地の又は部分的に加工された絶縁体上シリコン(SOI)構造、十分に作られたシリコン装置、及び太陽電池からなる群から選択された間接バンドギャップ半導体材料を分析するように適用される、請求項30〜42の何れかに記載のシステム。
- 前記システムが、約150mm×150mmのサイズの間接バンドギャップ半導体材料を分析するように適用される、請求項30〜43の何れかに記載のシステム。
- 前記システムが、前記材料の片側全体に対応する領域を分析するように適用される、請求項30〜44の何れかに記載のシステム。
- 前記システムが、欠陥密度、短絡、電流−電圧特性、拡散長さ、及び少数キャリヤ寿命からなる群から選ばれた一つ以上の特性を分析するように適用される、請求項34に記載のシステム。
- 前記撮像デバイスが、合焦素子および光感受性電子素子の焦点面アレイ、又は、ピクセル検出器を含む、請求項30〜46の何れかに記載のシステム。
- 前記焦点面アレイは、電荷結合デバイス(CCD)のアレイを含む、請求項47に記載のシステム。
- 前記焦点面アレイは、シリコン又はInGaAsから作られる、請求項48に記載のシステム。
- 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域を照明するための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含む、システム。
- 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記間接バンドギャップ半導体材料にフォトルミネセンスを誘導する光で前記材料を照明するための光源と、前記照明によって前記材料の少なくとも1平方センチメールの領域に誘起されたフォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含む、システム。
- 間接バンドギャップ半導体材料から半導体装置を生産するためのマルチステッププロセスにおいて、前記材料の一つ以上の特性を分析するためのシステムであって、前記システムが、前記材料からフォトルミネセンスを発生させるのに適した照明で前記材料の領域を照明するための光源と、前記フォトルミネセンスの画像を捕捉するための撮像デバイスと、前記画像内の空間変動を処理し、前記一つ以上の特性の空間変動を判断するためのプロセッサとを含み、
約1秒以内に、前記光源は前記材料の領域を照明するように適応されかつ前記撮像デバイスは前記画像を捕捉するように適応されることを特徴とするシステム。 - 間接バンドギャップ半導体材料を生産するためのマルチステッププロセスラインであって、
前記プロセスライン内の1つ以上の地点に配置された請求項50〜52の何れか1項に記載の1つ以上のシステムを含む、マルチステッププロセス。
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