KR100612399B1 - 표면 금속 오염 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 또는 실리콘 구조에서 표면 또는 근처 표면 금속 오염화를 위한 방법이 설명되는데, 그 구조 또는 그의 일부는 소정 파장의 여기 빔에 노출되고, 반도체에 의해 제공된 실질적으로 균일한 PL 강도 수준을 가지는 PL 맵의 형태내에서의구조로부터 발광성을 수집하고; 특징적 표면 또는 근처 표면 금속 오염을 파악하는 향상된 PL 세기의 하나 또는 그 이상의 지역에 대한 맵을 조사하는 것으로 구성된다. 특히, 그 방법은 공정내 품질 제어 또는 상호 연결과 같은 처리된 구조의 품질 제어로서 적용된다.

Description

표면 금속 오염 검출 방법{METHOD TO DETECT SURFACE METAL CONTAMINATION}
본 발명은 실리콘과 같은 반도체에서 표면 금속 오염을 검사하기 위한 비파괴 방법 및 장치의 사용에 관한 것으로서, 특히 이에 한정되는 않지만 부분-처리된 실리콘에서, 충분히 처리된 소자 구조 및 교차-오염을 검사한다.
결정 성장의 발전은 변위(dislocation)가 없는 실리콘 웨이퍼의 생산을 가능하게 한다. 결함이 웨이퍼 및 게이트 산화막내의 소자 활성 영역내에 형성될 수도 있고, 일반적으로 소자 성능을 저하시키고 수율 감소 및 신뢰성 문제를 가져오는 동안,웨이퍼는 절단(sawing)으로부터의 손상을 제거하기 위해 화학적으로 서서히 움직이고, 산화막 층을 형성하도록 높은 온도 처리를 하게 된다. 국제특허 제 WO 98/11425 호는 광발광성(photoluminescence)(PL) 매핑을 이용하여 이들 결함의 전기적 활동을 알아내고 측정하는 장치 및 방법을 개시하고 청구하였다.
실리콘 웨이퍼는 또한 사용된 재료내에 소수 불순물로서 존재되고 예를 들면 파티클(particle)을 제거하기 위하여 SC1 세정(NH4OH/H2O2/H2O)에서 두드러지게 사용된 화학물질내에 소수의 불순물로서 존재하는 천이 금속과 같은 금속 불순물의 존재 때문에 상처를 입는다. 소자 구조는 웨이퍼 제조의 세가지 주요 단계로 생성된다. 제 1 단계 동안에 활성 소자 영역이 생성된다. 둘째로, 충분하게 처리된 칩이 패시베이션 층으로 보호된다. 최종적으로, 도전성 금속의 하나 또는 그 이상의 층이 개개의 회로 구성부품의 전기적 연결을 용이하게 하도록 웨이퍼 상에 특별한 위치에 증착된다. 이들 금속 층은 표면 배선을 형성하고 콘택 패드, 금속 라인 또는 상호연결을 생성하는데 사용된다. 금속은 일반적으로 웨이퍼 상에 화학적으로 증착되고 원하지 않는 영역은 에치된다.
최종적으로 우수한 전기적 연결을 보장하기 위하여 금속을 실리콘 웨이퍼에 합금하는 열처리가 사용된다. 전통적으로 알루미늄은 도전성 재료로서 사용되어왔는데, 그 이유는 낮은 저항과 적당한 전류 밀도를 지니고 있기 때문이다.
반도체가 점점 더 작아지면 작아질수록, 구리는 알루미늄보다 더 좋은 도체이기 때문에 상호연결을 위한 더 좋은 선택으로 나타나고 있다. 구리의 또 다른 잇점은 매우 얇은 라인이 신호를 전달하기 때문이며, 재료가 더 많은 트랜지스터를 가지고 더 짧은 거리 및 더 빠른 칩을 만드는 것과 밀접하게 위치될 수 있다. 실리콘에 해를 끼치면서, 주위의 칩 재료로 확산하려는 구리의 경향은 증착단계를 에칭된 트랙을 라이닝하는 장벽을 먼저 증착하도록 변형하는 것에 의해 주로 극복되고, 그 위에 구리가 증착되고 또 다른 장벽 재료 증착에 의해 밀봉된다. 그리고 나서 칩이 닦여진다.
구리 오염은 금속화 과정 (금속 증착, 에치, 폴리싱 및 웨이퍼 취급)내에 포함된 도구 및 장비로부터 생길 수 있다. 또한 부주의한 교차-오염이 구리 프로세스동안 웨이퍼 이면상에 생길 수 있다는 것은 가능하다. 웨이퍼 이면상의 구리 오염은 웨이퍼 로보틱 취급 장비 또는 구리 및 비-구리 프로세스 둘다에 사용된 계측 도구상에 전송될 수 있다. 구리 오염은 또한 금속화 이전에 웨이퍼 폴리싱, 에피택셜 성장 또는 표면 세정동안에 생길 수 있다.
실리콘내에 빠른 확산제인 천이 금속은 쉽게 깊은 수준을 형성하며, 즉, 가전자대 또는 도전 밴드 에지로부터 벗어나고 또한 결국 소자의 실패를 이끄는 점 및 확장된 결함의 장식을 이끈다. 이들 천이 금속 불순물은 또한 캐리어(carrier) 수명이 극적으로 줄어들 수 있고 빛의 부재에서 전하 누출이 일어날 다크(dark) 전류 발생 장소로서 활동할 수 있는 재결합 중심 및 트랩을 형성한다. 이를 테면 마모와 같은 기계적 손상이 손상된 장소를 제공하기 위하여 전형적으로 수행된 경우, 웨이퍼에서 불순물을 흡수하는 스폰지로서 효과적으로 동작하는 게터링(gattering) 기술은 소자 활성 영역으로부터 천이 금속 불순물을 제거하기 위해 개발되었다. 구리는 금 또는 철보다 더 빠른 확산을 가진 실리콘내에서 빠르게 확산하고, 실온에서 실리콘 웨이퍼를 통하여 확산할 수 있다. 소자를 오염시키는 구리는 높은 소자 누출, 유전체 절연파괴를 이끌고 또한 전기적 쇼트 및 도체들간 누출 경로를 이끈다.
폴리싱동안 및 잔여 마이그레이션(migration)에 의해 소개된 추가적 자원 및 금속 오염으로, 게터링 기술은 요구된 높은 순도를 제공하기에는 불충분하고 오염 자원을 검출하고 제거할 필요성이 있다.
이미 몇 가지 기술은 닦여진(polished) 반도체 및 구리 상호연결내에 낮은 수준 표면 오염의 검사를 위하여 존재한다. 이들은 금속의 물리적 존재를 검사하는 고전적인 금속 검사 기술을 포함하는데, 이들 기술은 파괴적이다. 주요 비-파괴 화학 실험 방법은 단번에 전체 웨이퍼(∼1㎠)의 작은 영역만을 표본으로하는 실험실 기술인 총 엑스레이 반사 형광(Total X-Ray Reflection Fluorescence)(TXRF)이고 이것은 시간 소비적인 기술이다. 게다가 직접적으로 금속을 파악하는 물리적 검사는 과도하게 상세하고 비효과적이다.
현재 어떤 금속이 그들의 농도에 의존하고 특징적인 광발광성 "지문"을 제공한다는 놀랄만한 사실 발견하였고, 광발광성(Photo luminescence)(PL) 분광학에 의존할 때, 이것은 새로운 방법에서 전체 웨이퍼를 스캔하고, 더 자세한 검사를 위하여 변형을 파악하고 오염을 발견하기 위해 사용될 수 있다.
WO 98/11425는 광발광성(PL) 분광학이 불순물에서 내부 및 외부적 천이 둘다와 반도체에서의 결함을 조사하기 위한 매우 감각적인 기술이라는 것을 개시한다. 재료의 밴드갭 위에 낮은 온도에서 레이저 복사로 실리콘이 여기될 때, 전자 홀 쌍이 생성된다. 이들 캐리어는 다양한 다른 방식으로 재결합할 수 있고, 몇몇은 발광을 일으킨다. 낮은 온도에서 형성된 전자 홀 쌍은 실리콘내의 불순물에서 트랩될 수 있고 그들은 이런 상호작용에 특유한 광자를 방출하여 광발광성 스펙트럼에서 불순물 특성 정보를 준다. 다른 프로세싱 단계후에 예를 들면 임플렌테이션(implantation), 산화(oxidation), 플라즈마 에칭(plasma etching), 점 결함 복합체의 검사 및 변위의 존재와 같은 소자 형성 특유의 실리콘의 특성을 포함하는 실리콘에 대한 PL 분광학의 다수의 현저한 응용이 있다.
가장 넓은 측면에서 소정 파장의 여기 빔으로 구조 또는 그의 일부를 노출시키고 반도체에 의해 제공된 실질적으로 균일한 PL 강도 수준으로 특징지워진 PL 맵(map) 형태에서의 구조로부터 발광을 수집하고; 및 향상된 PL 강도의 하나 또는 그 이상의 지역에 대한 맵을 조사하고 특징적인 (근처) 표면 금속 오염을 파악하는 것으로 구성되는 반도체 또는 실리콘 구조에서 표면 또는 근처 표면 금속 오염을 검사하기 위한 방법이 본 발명에 의해 제공된다.
바람직하게는 더 낮은 강도의 더 어두운 반도체 배경에 대하여 대비된 우수한 PL 강도 영역이 흰 점, 연무 또는 안개로서 관찰된다.
본 발명의 방법은 주어진 금속 농도에서 하부 및 상부 금속 농도에서의 PL 강도보다 더 크고 반도체 그 자체의 PL 강도보다 현저하게 더 큰 첨두(peak) PL 강도를 제공하기 위해 발견된 어떤 금속으로부터 특징적인 광발광성을 확인한다. 바람직하게는 그 방법은 1 x 109 - 5 x 104 원자/cm2 범위, 특히 6 x 1010 - 4 x 1012 원자/cm2 범위내에서 실리콘에서의 구리 오염의 광발광성에 대한 효과를 파악한다.
이런 이론에 제한되지 않고, 어떤 낮은 수준의 농도로 존재하는 어떤 금속들이 재결합 비율이 캐리어 이용가능성에 의해 결정된 적은 활성 재결합 중심을 형성한다고 여겨지며, 따라서 본 발명에 따라 더 높은 주입 수준을 필요로 한다면 높은 강도의 PL을 제공한다.
본 발명의 놀라운 특성은 구리가 특별한 농도 수준에서 독특하게 파악가능한 독특한 PL 지문을 제공하는 것 뿐만 아니라 웨이퍼내에서의 구리 오염이 실리콘 도처에 확산하려는 경향 때문에 이러한 농도가 된다는 것을 발견하는 것으로 믿고 있으며, 이에 의해 독특하게 검사가능한 수준은 세정 또는 폴리싱동안 접촉 또는 농축의 결과로서 생기거나, 구리 상호연결 등으로부터의 높은 수준 오염으로 인한 확 산에 의해 발생하는 낮은 수준 오염의 발견과 일치한다. 따라서 바람직하게는 상기 방법은 상호연결 등으로부터 선택된 반도체 또는 실리콘 및 금속 기능 부품으로 구성되는 웨이퍼 내에서 표면 또는 근처 표면 금속 오염 또는 오염 흔적을 검사하는 방법이다.
더욱 바람직하게는 닦여진 구리 상호연결로부터 구리 오염의 검사에 있어서 상기 방법이 직접적인 표면 오염뿐만 아니라 오염물질의 침입 후방 측면 점으로부터의 확산에 의한 정면측면 오염의 검사를 가능하게 한다는 것을 발견한다. 특히 이것은 구조내에서 또는 반대 표면에서 오염의 표면 검사를 허용한다는 이유로 유리하다.
바람직하게는 본 발명의 방법은 스펙트럼 또는 다른 간접 표현과는 성질이 다른 것으로서 구조의 맵(map) 또는 시각 이미지를 생성하는 감각적인 신속한 실온 PL 매핑 시스템 (사이퍼 실리콘 포토 인핸스드 재결합으로 불리는(SiPHER Silicon Photo Enhanced Recombination))을 이용한다. 이런 시스템은 웨이퍼 지도 (지름 300mm까지)를 기록할 수 있고 고 해상 마이크로 스캔 (대략 1 마이크론(micron) 분해능)을 사용하는 아주 상세히 관심이 있는 지역을 검사한다. 바람직하게는 여기(excitation)는 작은 여기 체적 (1-2 마이크론 지름)을 창출하도록 초점이 맞춰진 레이저 빔에 의한 것이고 레이저 자원을 구동하도록 차동 광-어쿠스틱(differential opto-acoustic) 모듈레이터를 이용하고, 이에 의해 광생 성된 캐리어가 강력하게 제한되고 캐리어 확산 길이는 크게 줄어든다. 바람직하게는 가시적인 레이저 여기는 실질적으로 532 nm의 영역에서 사용되고 이에 의해 광생성된 캐리어는 예를 들어 1 마이크론까지 근처 표면 영역에 효과적으로 제한된다. 바람직하게는 발광성은 공간 분해능을 더 향상시키는 전체 확산 엔빌로프(envelop)내에서의 단지 작은 영역으로부터 시험된다.
여기 레이저 빔은 원하는 강도를 주도록 초점이 맞춰지고 이에 따라 레이저 빔 강도는 적당하게 선택될 수 있을 것이다.

우리의 기술은 다음 정보에 관한 것을 가지고 기술될 수 있을 것이다.
PL 강도의 IPL은 레이저 빔 위치 (x,y)의 함수로서 다음과 같이 주어진다:
(식 1)
(1)
Figure 112003010887719-pct00001
여기서, k는 이를 테면 빛 수집 효율, 검사 양자 효율과 같은 실험적 변수를 허용하는 비율 인수이다. A 및 Rr은 표면 (Rr)에서 재료 (A) 및 반사 손실내부에서의 흡수 손실에 대한 보정 인수이다. η는 반도체의 내부 양자 효율이고, Δn은 과잉 캐리어 밀도이고 d3은 재료 방출광의 체적이다.

오염원은 PL 이미지내 강도에서의 변화로서 관찰된 캐리어의 재결합 특성을 변화시킨다. PL 콘트라스트(contrast) C는 다음과 같이 정의한다:
(식 2)
Figure 112003010887719-pct00002
(2)
여기서 IPL(∞)는 오염원으로부터 벗어난 강도(intensity)이고, IPL(x,y)는 위치 x,y에서의 강도이다.
과잉 전자-홀 쌍이 상기 밴드 갭 여기에 의해 실리콘 내에 생성될 때, 재결합은 방사성 (방사광) 또는 비 방사성 중 하나가 될 수 있을 것이다. 총 재결합 율은 다음 두 비율의 합에 의해 표현된다: 즉,
(식 3)
R=R sub rr + R sub nr (3)
또한 내부 양자 효율, 반도체의 η는 다음과 같이 주어진다: 즉,
(식 4)
Figure 112003010887719-pct00003
(4)
광발광성 이미지가 얻어질 때, PL 신호내에서 관찰된 임의의 다양한 변화는 Rrr 및 Rnr의 공간적인 변화로 인하여 될 수 있다.
오염원의 재결합 거동은 밴드 갭(깊거나 얕은)내에서 및 캐리어 포획 단면상에서 수준(level)의 위치에 의존한다. 낮은 주입 수준에서 재결합 율은 소수 캐리어의 이용가능성에 의해 제한되고, 반면 높은 주입 수준에서, 주입된 전하가 평형 캐리어 농도를 능가하는 경우, 재결합 율은 트랩 수에 의해 제한된다. 따라서 증가하는 주입 수준은 오염원에서 재결합 향상을 이끈다.
이런 이론에 제한되지 않고, 어떤 금속 오염원, 특히 어떤 확산 가능한 금속, 더욱 특별하게는 구리는 표면 재결합 수명 τ5를 변경시키고 이것은 다음과 같은 관계에 따라 PL 강도를 변경시킨다고 여겨진다: 즉,
(식 5)
I Sub
Figure 112003010887719-pct00004

여기서,
(식 6)
Figure 112003010887719-pct00005
본 발명은 실온에서 수행될 수 있고
산업상 사용에 적당한 비율로 반도체 또는 실리콘 구조에서 금속 오염에 관한 정보를 제공하고 및/또는 반도체 또는 실리콘 구조의 상부 영역에서 특히 동일 표면 근처에 금속 오염을 가시화할 수 있는 광발광성 기술을 제공한다.
본 발명에서 사용된 방법은 오염원의 조망을 향상시키기 위하여 상기 반도체 또는 실리콘 구조의 PL 이미지에서 콘트라스트를 향상시킬 목적으로 반도체 또는 실리콘 구조내의 오염원에서의 전자 홀 쌍의 비-방사 재결합을 향상시킨다.
따라서 본 발명의 방법에서는 높은 주입 수준 레이저를 사용하고 오염원은 표면에서 캐리어 수명의 국부적인 변형으로 인하여 검출된다. 이들 특징적인 오염원은 높은 수준 오염 자원이 관찰될 수도 있는 정의된 오염원의 물리적 위치 또는 낮은 수준의 오염 자원의 물리적 위치인 지역이 밝혀질 때 일반적으로 관찰된다.
본 발명의 방법에 있어서, 레이저의 조사 체적은 작고 (공간적 분해능 0.1-20μm, 이상적으로는 2-5μm) 따라서 국부화된 오염원은 측정된 PL 강도에 대해 더 큰 효과를 가진다. 게다가 여기가 초점이 맞추어져서 이에 의해 주입된 캐리어 밀도는 높다(점 크기 5cm - 0.5 마이크론 및 첨두 또는 평균 세기(power) 104 내지 109 watts/cm2). 이것은 오염원 및 오염원의 물리적 위치에서 비-방사 재결합의 확률을 크게 증가시킨다.

캐리어 확산 길이는 높은 주입 레이저 조건에 따라 크게 줄어들고, 이러한 결과는 효과적인 샘플링 깊이가 여기 자원의 파장에 의해 차례로 결정되는 여기 레이저 관통 깊이에 의해 주로 결정된다는 것을 알 수 있었다. 단파장을 사용함으로써 근처 표면 오염원이 검사될 수 있다. 역으로 장파장은 구조에서 더 깊은 오염원을 찾아내는데 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 펄스화된 레이저 여기 자원을 사용하고 이상적으로는 시간 함수로서 발광 이미지를 측정한다. 이것은 예를 들면, 확산가능한 오염원의 흔적과 같은 오염원의 자원을 나타내면서 깊이 및 공간 분해능 둘다 개선되고 캐리어 포획 단면상에 정보를 얻어내는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 시간 분석 측정은 효과적인 캐리어 수명을 측정하고 수명 맵(map)을 얻기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 공초점(confocal) 광학이 레이저로 상기 일정체적의 반도체의 오염원을 여기시키고 일련의 초점 평면으로부터 이미지를 수집함으로써 깊이 차이를 얻기 위하여 사용된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 실리콘 웨이퍼내에서 적어도 하나의 트랙 또는 비아를 에칭하고, 장벽(barrier) 라이닝을 배치하고, 확산가능한 금속을 증착하고 또 다른 장벽층으로 실링하고, 최종 제품을 생성하도록 폴리싱하고, 소정 파장의 여기 빔에 노출시키고 및 PL 맵 형태의 구조로부터 발광성을 수집하고, 확산 가능한 금속 오염의 잠재적인 정면 또는 후면을 파악하는 향상된 PL 강도의 하나 또는 그 이상의 영역을 검사하고; 추가적인 시험에 의해 확인하는 것으로 구성되는 금속 상호연결의 준비를 위한 방법 및/또는 직접적으로 금속 오염원의 검사를 위한 방법 또는 금속 상호연결의 준비에 이은 반대되는-오염에 의한 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 방법은 프로세스내 품질 관리 또는 처리된 구조의 품질 관리로 구성될 수 있을 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서 본 발명 및 오염원이 없는 사용이 확인된 방법에 따른 표면 금속 오염에 대해 측정된 반도체 또는 실리콘 구조가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 표면 영역 금속 오염의 검출을 위한 반도체 또는 실리콘 구조의 광발광성 형상화와 장치의 사용이 제공된다.
본 발명의 실시예는 단지 일예로서 다음 그림을 참고로 설명될 것이다:
도 1 내지 4는 국부적으로 구리 오염된 실리콘 웨이퍼의 PL 이미지이고, 오 염원이 본 발명의 방법을 사용하는 PL 콘트라스트에 의해 형상화되었다.
도 5 는 본 발명에 따른 장치의 도식적인 표현이다.
도면을 참조하되 먼저 도 5를 참고로 하여 본 발명에 따른 장치의 도식적 표현이 도시된다.
본질적으로 장치는 우측면을 향하고, 한 줄로 늘어선 레이저(3-8)로 구성되고; 바닥을 향하고 X-Y 테이블 또는 R-Θ 테이블과 같은 샘플 스테이지로 구성되고; 왼쪽면을 향하고, 마이크로 프로세스(40) 및 디스플레이 스크린(39)으로 구성된 PL 이미지 마이크로스코프로 구성되고 도면의 중심에서 시스템을 통하여 빛을 방향성을 주기 위한 다양한 광학적 부품이 도시된다.
도 5에 도시된 실시예에서, 샘플에서 다른 깊이를 측정하기 위한 목적으로 6개 레이저가 제공된다. 그러나, 단지 하나의 레이저만을 사용하는 것 또는 다수의 레이저를 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다. 어떤 경우에서도, 적어도 하나의 레이저는 높은 강도 레이저이고 이상적으로는 점 크기가 0.1mm 및 0.5 마이크론사이의 점 크기와 104 내지 109 watts/cm2사이의 전력 밀도를 가진다. 상기 일련의 레이저와 결합된 레이저 선택기(16)가 사용을 위한 하나 또는 그 이상의 레이저를 선택하고 또한 레이저의 주파수 및 파장을 선택하도록 제공된다.
종래 광학 이를테면 광섬유(9)는 빛이 (10)에 대한 콜리메이터 및 레이저 빔 확대기(11)를 향하도록 하는데 사용된다. 어포다이제이션(apodization) 판(12)은 레이저 빔 확대기(11) 및 빔 스플리터(31)사이에 위치된다. 빔 스플리터(31)는 대물렌즈(34)를 경유해 샘플(2)을 향하는 상기 언급된 레이저로부터 빛의 파편을 향한다.
자동 촛점 제어기(30)는 초점 스테이지(33)에 주어진 피에조에 제공되고 결합된다. 마이크로스코프는 각각 소규모 검사를 위한 적어도 하나의 높은 수치의 구경의 대물렌즈 및 대규모 검사를 위한 하나의 낮은 수치의 구경의 대물렌즈(34,35)가 제공된 종래 회전 포탑(36)이 구비된다. 추가로, 또한 포탑(36)에 결합된 광학 변위 측정 시스템(38)이 제공된다.
케이블링이 상기 자동 초점 제어기(30)를 마이크로프로세서(40)에 연결하고 마이크로스코프 대물렌즈 분류 장치(32)를 마이크로프로세서(40)에 연결하기 위하여 제공된다.
빔 스플리터(31)의 하부에는 레이저 노치 필터를 위한 필터 휠(13)이 제공되고, 그의 하부에는 이하 기능이 설명될 스윙-측면 폴딩 미러(14)가 제공된다. 상기 미러(14)를 따라 정렬되고 파장 선택을 위한 필터 휠(27)이 제공되고 그의 후방에는 적당한 CCD 2-D 어레이 검출기(29)에 부착된 줌 렌즈가 제공된다.
초고감도의 시스템 보상 렌즈(37)가 광학 경로에서 빛이 파장 선택을 위한 필터 휠(23)을 향하도록 반사하는 냉각 미러(17)의 선두에 제공되고 UV 및 가시광을 위한 검출기(25)의 선두에 있는 초점 렌즈(24)에 제공된다. 검출기(25)는 로크-인(lock-in) 증폭기(26)에 결합된다. 이것은 표면의 반사된 이미지를 얻기 위하여 사용된다.
냉각 미러(17)의 맨뒤에는 파장 선택을 위하여 또 다른 필터 휠(18)이 제공되고 그의 맨뒤에는 포커싱 렌즈(22) 및 발광성 검사를 위한 검출기(21)의 선두에 제공된 핀홀 선택을 위한 또 다른 틈새 휠(19)이 제공된다.
UV 및 가시 영역 검출기(25) 둘다 및 적외선 검출기(21)는 로크-인 증폭기(26)에 연결된다.
시스템의 동작은 다음에 설명될 것이다.
샘플내에서 다른 평면의 조사를 위한 파장의 범위는 몇 개의 레이저(3-8)에 의해 제공된다. 레이저들은 샘플(2)로부터 방사된 신호가 로크-인 증폭기(26)에 의한 레이저 변조 주파수에 동조된 검출기를 이용하여 배경 복사로부터 고립될 수 있 도록 주파수 발생기(16)에 의해 변조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 파장의 범위는
조정가능한 레이저 및/또는 광학 변수 오실레이터를 사용하여 생성될 수 있다. 각 레이저는 임의의 또는 모든 레이저가 샘플(2)을 조명할 수 있도록 멀티-브랜치(multi-branch) 광섬유(9)에 연결되고 정렬된다. 멀티-브랜치 광섬유의 공통적인 단부는 나타나는 광을 시준(collimate)하는 광학 시스템(10)에서 종료한다. 이러한 과학 시스템은 레이저 빔의 지름이 샘플(2)상의 마이크로스코프 대물렌즈(34,35)에 의해 요구된 것에 적합하게 되는 빔 확산기(11)와 정렬된다. 그리고 나서 확산된 빔은 빔 영역상에 고르게 광학 에너지를 분포시키는 어포다이제이션 판(12)을 통과한다.
확산되고 어포다이즈된(apodized) 빔은 빔스플리터(31)에 의해 반사되고 마이크로스코프 대물렌즈(34 및 35)를 지난다. 빔은 샘플에 마이크로스코프 대물렌즈(34 또는 35)에 의해 초점이 맞춰진다. 마이크로 모드에서 이 대물렌즈는 빔이 점 크기가 제한된 굴절에 초점을 맞추도록 선택된다. 분류 메카니즘(32)에 의해 동작된 회전 포탑(36)은 샘플의 큰 영역이 조사되는 경우 대물렌즈가 매크로(macro) 모드를 위해 변경되도록 허락한다. 또 다른 실시예에서 어포다이제이션 판(12)은 마이크로(micro) 모드를 위한 점이 더 높은 주입 수준을 허용하도록 더 작게 만들어질 수 있도록 제거될 수 있다.
광학 변위 센서(38)는 반초점(antifocus) 제어기(30)를 통하여 피드백 루프를 이용하여 샘플까지의 거리를 측정하고, 포커싱 스테이지(33)가 활성화된 피에조를 이용하여 수정 간격을 유지한다.
샘플로부터의 광발광성 신호는 마이크로스코프 대물렌즈(34) (마이크로 모드에서)에 의해 수집되고 빔 스플리터(31) 및 레이저 파장의 범위에 적합하게된 노치 필터를 포함하는 상기 필터 휠(13)내의 노치 필터를 통해 뒤로 수송된다. 노치 필터는 광발광성 신호만을 통과시키고 임의의 반사된 레이저 광을 제거한다.
폴딩 미러(14)는 사용될 수 있는 임의의 초감각적인 마이크로스코프 대물렌즈를 보상하도록 결합될 수 있는 신호가 튜브 렌즈(37) 및 냉각 미러(17)를 통과하도록 허용하는 빔 밖으로 회전한다. 이런 부품은 신호가 검출기(25)에 초점을 맞추는 포커싱 렌즈(24)에 선택된 컷-오프(cut-off) 포인트(대략 700 nm)이하의 파장을 반사한다. 검출기 포커싱 렌즈(24)의 정면에서의 필터 휠(23)은 선택된 파장 밴드를 고립시키기 위한 필터를 포함한다.
컷-오프 포인트 이상의 파장 범위내에 있는 광발광성 신호의 일부는 상기 냉각 미러(17)를 통과하고 상기 검출기(21)로 렌즈(22)에 의해 비슷하게 초점이 맞춰진다. 이런 신호는 또한 선택된 파장 밴드를 고립시키는 필터를 함유하는 필터 휠(18)을 통과한다.

다른 지름의 일련의 핀홀은 검출기(21)의 정면에 위치된 틈새 휠(19)내에 함유된다. 이런 틈새 휠은 핀홀이 원하는 이미지 평면과 함께 초점을 공유하여 위치될 수 있도록 하기 위하여 피에조 액츄에이터(20)에 의해 동축적으로 이동될 수 있다. 이런 수단에 의해, 샘플(2)내에서 다른 깊이에서의 평면은 정확한 깊이 정보를 제공하도록 형상화될 수 있다.
검출기(21,25)로부터의 전기적 신호는 주파수 발생기(15)로부터의 기준 신호에 의해 레이저(3-8)의 변조 주파수와 동조되는 경우 로크-인 증폭기(26)에 공급된다. 그리고나서 전기 신호는 분석을 위해 중앙 프로세서(40)에 공급된다. PL 이미지는 스테이지를 라스터(raster) 스캐닝하여 얻어진다. 대안으로 갈보(galvo) 미러를 이용하는 광학 스캐닝이 이용될 수 있을 것이다.
대안적인 마이크로모드 동작에 있어서, 폴딩 미러(14)는 광발광성 신호의 빔으로 회전한다. 전환된 신호는 필터 휠(27) 및 줌 렌즈(28)를 통과하고, 선택된 파장 밴드를 고립하기 위한 필터를 포함한다. 줌 렌즈는 CCD 2차원 어레이(29)상에 다른 확대가 샘플(2)상에 조명된 점을 형상화하는데 사용되도록 허용한다. 이것은 샘플(2)의 조명된 영역이 다른 해상도에서 형상화되도록 허용한다. CCD 어레이로부터의 전기적 신호는 분석을 위해 중앙 프로세서(40)에 공급된다.
상기 언급된 장치를 사용하여 반도체에서 금속 오염을 가시화하기 위하여 조사가 수행되었고 이들 조사의 결과가 도 1-6에 도시되었다. 이미지는 독특하며 실온에서 임의의 다른 방법에 의해 얻어질 수 없다. 일반적으로, 장비의 사용은 반도체에서 어떤 PL 특징 금속 오염원의 국부화 및 특징화가 가능하게 한다. 이것은 소자 제조 및 결함있는 반도체의 생산에 대한 보호수단을 위하여 더욱 효과적인 스크린 웨이퍼, 특히 마이크로프로세서 및 구리 상호연결을 가능하게 한다.
따라서 본 발명은 밀도 및 동일한 공간 분포가 결정될 수 있도록 오염원이 형상화가 가능하게 하는 반도체 또는 실리콘 구조에서 어떤 금속 오염의 형상화를 위한 장치 및 방법의 사용을 제공한다.
실시예들
형상화 방법
실리콘 웨이퍼는 1 x 109 - 5 x 1012 원자/cm2의 범위에서 구리로 오염되거나 또는 오염된 웨이퍼가 얻어졌다. TXRF가 오염 수준을 확인하거나 결정하기위해 사용되었다. 제어 웨이퍼는 오염없이 얻어졌다.
웨이퍼는 532nm 레이저 여기를 사용하여 여기되었고, 전체 웨이퍼 맵과 마이크로 스캔 둘다 얻었고, 평균 PL 신호가 계산되었다. PL 맵이 상기 농도 범위에서 구리로부터 구리 오염의 위치를 나타내는 더 밝은 지역과 함께 웨이퍼의 이미지로 구성되는 도 1 내지 4에서 얻어졌다. 제어 웨이퍼는 더 밝은 지역을 없음을 나타낸다.
실시예 1
오염된 것과 제어 실리콘 웨이퍼가 상기 설명된 것처럼 형상화되었고 그 결과가 도 1 내지 4에 도시되었다. 제어 웨이퍼가 아닌 의도적인 오염 위치에서 더 밝은 대비 지역을 나타내는 이미지의 조사는 구리 오염이 소개된 오염원의 특징 및 위치를 나타내도록 관찰에 의해 검출될 수 있는 더 높은 강도 PL이 생성된다는 것을 확인된다.
실시예 2
닦여진 실리콘 웨이퍼가 상기 설명된 바와 같은 방법에 의해 형상화된다(도시 안됨). 이미지의 조사는 구리 오염을 제시하는 흰색 연무를 나타낸다. 오염의 긍정적 표시의 결과로서, 검사 깊이 및 TXRF는 상기 오염 범위내에서의 구리인 오염원의 특성을 확인하도록 수행될 수 있을 것이며, 이에 의해 오염의 특성 및 위치가 확인될 수 있을 것이며, 이 경우 폴리싱 기구 그 자체가 발견된다. 폴리싱 기구는 오염의 자원을 제거하도록 취급되거나 대체될 수 있을 것이다.

실시예 3
SC1 세정 단계로부터 세정된 실리콘 웨이퍼가 상기 설명된 바와 같이 형상화된다(도시안됨). 이미지의 조사는 구리 오염을 제시하는 흰색 연무를 나타낸다. 오염의 긍정적 표시의 결과로서, 검사 깊이 및 TXRF는 상기 농도 범위에서 구리가 되는 오염의 특징을 확인하도록 수행되었고 이에 의해 오염의 특징 및 위치가 확실하게 될 것이고, 이 경우 세정 재료가 사용된다. 이 재료는 오염의 자원을 제거하기 위해 처리되거나 대체될 수 있을 것이다.
실시예 4
PL 맵은 상기 설명된 바와 같은 방법을 사용하는 전체 웨이퍼 (근처) 표면을 나타내면서 532nm 레이저 여기를 사용하는 웨이퍼로부터 기록된다. 상기 맵은 그레이(grey)/블랙(black) "배경" 실리콘 PL에 비해 흰색 연무 또는 구름 영역으로서 관찰된 증가된 PL 강도의 영역의 존재에 대해 조사된다.
점 또는 영역들은 증가된 PL 강도의 이미지 장소에서 가능한 구리 오염을 시사하는 것으로 검사되고, 세정, 폴리싱 또는 상호 연결 형성하는 오염의 자원을 차례로 추론하는 정면 또는 배면 표면 오염 또는 웨이퍼 에지 오염을 가리키는 오염 의 특징 및 위치(깊이)를 나타내도록 높은 해상도에서 조사된다. 프로세싱 또는 계측 기구들/ 또는 세정 유체는 오염의 자원 또는 구리 확산의 자원을 제거하도록 개선된 장벽 층 증착 품질을 제거하도록 처리되거나 대체될 수 있다.

Claims (22)

  1. 반도체 또는 실리콘 및 상호연결 등으로 이루어지는 금속 기능 부품들을 포함하여 이루어지는 웨이퍼내에서 표면 또는 근처 표면 금속 오염 또는 오염 흔적을 검사하는 방법에 있어서, 실질적으로 532nm의 영역에서 소정 파장의 가시적인 레이저 여기에 구조 또는 그의 일부를 노출시키고, 이에 의해 광생성된 캐리어는 최근접한 표면 영역, 1μm까지 효과적으로 제한되며, 반도체에 의해 제공된 실질적으로 균일한 PL 강도 수준의 특징을 가진 PL 맵의 형태에서 구조로부터 발광성을 수집하고; 하나 또는 그 이상의 강화된 PL 강도를 가진 영역들에 대해 상기 맵을 조사하고, 표면 또는 근처 표면 금속 오염의 특징을 파악하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 또는 실리콘 및 상호연결 등으로 이루어지는 금속 기능 부품들을 포함하여 이루어지는 웨이퍼내에서 표면 또는 근처 표면 금속 오염 또는 오염 흔적을 검사하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    균일한 PL강도보다 큰 PL 강도 영역은 균일한 PL 강도보다 낮은 강도의 어두운 반도체 배경에 대하여 대비된 흰색 점, 연무 또는 안개로서 관찰되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 또는 근처 표면 오염의 특징을 파악하는 단계는 1 x 109 내지 5 x 1014 원자/cm2 범위내에서 실리콘내에서 구리 오염의 광발광성에 영향을 미치는 첨두 PL 강도 특성을 파악하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 또는 근처 표면 오염의 특징을 파악하는 단계는 1 x 109 내지 5 x 1012 원자/cm2 범위내에서 실리콘내에서 구리 오염의 광발광성에 영향을 미치는 첨두 PL 강도 특성을 파악하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 또는 근처 표면 오염의 특징을 파악하는 단계는 6 x 1010 내지 4 x 1012 원자/cm2 범위내에서 실리콘내에서 구리 오염의 광발광성에 영향을 미치는 첨두 PL 강도 특성을 파악하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 또는 근처 표면 오염의 특징의 파악은 침입 후방 측면 점으로부터의 확산에 의한 정면 측면 오염과 직접적인 표면 오염 둘다를 포함하는 닦여진 구리 상호연결로부터 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    스펙트럼 또는 다른 간접 표현과 구별되는 것으로서 구조의 맵(map) 또는 시각 이미지는 사이퍼 실리콘 인핸스드 재결합(SiPHER Silicon Enhanced Photo Enhanced Recombination)으로 불리는 감각적인 신속한 실온 광발광성 매핑 시스템에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시적인 레이저 여기(visible laser excitation)는 강도가 강화된 레이저 빔에 의한 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 강도가 강화된 레이저 빔은 1-2μm 지름의 체적을 생성하고 레이저 자원을 구동하도록 차동 광-어쿠스틱(acoustic) 모듈레이터를 이용하고 이에 의해 광생성된 캐리어가 제한되고 캐리어 확산 길이는 줄어드는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사는 0.1 내지 20 μm의 공간 분해능을 가진 레이저에 의해 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사는 2 내지 5 μm의 공간 분해능을 가진 레이저에 의해 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 가시적인 레이저 여기는 높은 캐리어 밀도를 생성하기 위해 5cm 내지 0.5 μm의 점 크기 및 104 내지 109 와트/cm2의 첨두 또는 평균 파워로 초점이 맞추어진 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 여기는 펄스화된 레이저 여기 자원을 사용하고 상기 발광성의 수집은 시간의 함수로서 발광성 이미지의 측정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체의 일정 체적의 여기(excitation) 및 일련의 초점 평면으로부터의 이미지의 수집은 오염원의 깊이 차이(depth discrimination)를 얻기위하여 공초점 광학(confocal optics)을 사용하여 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 적어도 하나의 트랙에서 또는 실리콘 웨이퍼내에 경유하여 에칭하고 장벽 라이닝을 배치하고 확산가능한 금속을 증착하고 또 다른 장벽층을 실링하고 최종 제품을 생성하도록 폴리싱하고, 소정 파장의 여기 빔에 노출시키고, PL 맵의 형태내에서의 구조로부터 발광성을 수집하고, 잠재적인 정면 측면 또는 후방 측면 확산 가능한 금속 오염을 파악하는 하나 또는 그 이상의 강화된 PL 강도 영역들에 대해 조사하고; 추가 테스트에 의한 확인으로 구성되는 금속 상호연결의 준비를 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 각 단계들의 품질 제어는 공정내(in-progress) 품질 제어 또는 처리된 구조들의 품질 제어로서 수행된 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 적어도 하나의 트랙에서 또는 실리콘 웨이퍼내에 경유하여 에칭하고 장벽 라이닝을 배치하고 확산가능한 금속을 증착하고 또 다른 장벽층을 실링하고 최종 제품을 생성하도록 폴리싱하고, 소정 파장의 여기 빔에 노출시키고, PL 맵의 형태내에서의 구조로부터 발광성을 수집하고, 잠재적인 정면 측면 또는 후방 측면 확산 가능한 금속 오염을 파악하는 하나 또는 그 이상의 강화된 PL 강도 영역들에 대해 조사하고; 추가 테스트에 의한 확인으로 구성되는 직접적인 금속 오염의 검사를 위한 방법.
  22. 적어도 하나의 트랙에서 또는 실리콘 웨이퍼내에 경유하여 에칭하고 장벽 라이닝을 배치하고 확산가능한 금속을 증착하고 또 다른 장벽층을 실링하고 최종 제품을 생성하도록 폴리싱하고, 소정 파장의 여기 빔에 노출시키고, PL 맵의 형태내에서의 구조로부터 발광성을 수집하고, 잠재적인 정면 측면 또는 후방 측면 확산 가능한 금속 오염을 파악하는 하나 또는 그 이상의 강화된 PL 강도 영역들에 대해 조사하고; 추가 테스트에 의한 확인으로 구성되는 금속 상호 연결 단계 후에 발생되는 반대되는-오염에 의한 금속 오염의 검사를 위한 방법.
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