KR101328836B1 - 전기적으로 변조되는 확장형 광원 및 확장형 광원에 연계된 반도체를 특징화하기 위한 측정 장치 - Google Patents

전기적으로 변조되는 확장형 광원 및 확장형 광원에 연계된 반도체를 특징화하기 위한 측정 장치 Download PDF

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위니베시떼 뽈 세잔느 액스-마르세이유 Iii
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Abstract

본 발명에 따라서, 이 소스는 반도체 웨이퍼로 과잉 캐리어(excess carrier)를 주입하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 조명하며, 이때, 상기 소스는 포인트 소스의 하나 이상의 세트를 포함하며, 상기 포인트 소스는 X 및 Y 축을 따라서 규칙적인 간격으로 두고 이격되어, 상기 소스가 조명될 반도체 웨이퍼 표면의 크기와 동일한 크기의 단색 빔(monochromatic beam)을 발산하며, 상기 포인트 소스 각각은 공용 전기 변조기(electrical modulator)에 의해 정현파 변조되고, 2개의 포인트 소스 간의 거리(d)와 상기 소스와 조명될 반도체 웨이퍼 표면 간의 거리(D)는, 단색 광 빔이 상기 반도체 웨이퍼의 상기 표면을 균일하게 조명하도록, 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기적으로 변조되는 확장형 광원 및 확장형 광원에 연계된 반도체를 특징화하기 위한 측정 장치{ELECTRICALLY-MODULATABLE EXTENDED LIGHT SOURCE AND A MEASUREMENT DEVICE FOR CHARACTERISING A SEMICONDUCTOR INCLUDING ONE SUCH SOURCE}
본 발명은 과잉 캐리어(excess carrier)를 반도체 웨이퍼로 주입하여, 이를 조명하기 위해 설계된 전기 변조가능(electrically modulable)한, 확장형 광 소스(extended light source)에 대한 것이다. 특히, 이 광 소스은, 측정 장치를 가짐으로써, 반도체 웨이퍼의 전기적 속성, 가령, 소수 캐리어(minority carrier)의 볼륨 수명(volume lifetime), 반도체 웨이퍼의 표면 재결합율을 특징화할 수 있게 한다. 본 발명은 특히 광기전 산업(photovoltaic industry)과 마이크로일렉트로닉스의 분야에 적용된다.
마이크로일렉트로닉스 기법에서, 특히 집적 회로의 VLSI 분야에서, 새로운 전자 부품 및 미래 세대의 장치는 더 좋아지는 순도의 시작 물질(starting material)을 필요로 하며, 이는 광기전 전지에 해당된다. 금속이 실리콘 웨이퍼의 오염에 대하여 주 책임을 갖는다. 이들 금속의 존재가 성능, 신뢰성 및 이들 소자의 비, 즉, 실리콘 웨이퍼의 “훌륭한(good)" 소자를 상기 실리콘 웨이퍼 총 소자의 개수로 나눈 비를 감소시킨다. 예를 들어, 트랜지스터에서, 알칼리성 금속이 얇 은 옥사이드 층에 이동 전하 유입시키고, 그 후, 옥사이드의 절연 속성이 중성화된다. 덧붙이자면, 전이 금속은 전자 덫(전자 트랩:electron trap) 기능을 한다. 따라서 1010/㎤ 이상의 불순물의 농도에 의해, 실리콘 웨이퍼는 특정 장치의 제조를 위해 완전히 사용될 수 없게 된다.
따라서 오염물질은 마이크로일렉트로닉스 산업을 비용적으로 위협함을 나타내고, 따라서 집적 회로 제조 공정 과정 동안 이러한 오염물질을 측정하고 제어하는 것이 필수가 된다.
덧붙이자면, 이러한 위협은 광기전 산업에서 덜 치명적이라고 여겨지지만, 금속 오염물질은 전지의 변환 생산량(conversion yield)을 저해할 수 있고, 그 후, 최종 산물의 판매 가격에 영향을 줄 수 있다.
전통적으로 오염물질을 측정하기 위해 사용되는 물리 화학 기법은 생산 라인 검사(production line inspection)에서는 적용될 수 없다. 웨이퍼로부터 금속 오염물질의 수용액을 추출하여, 분광법(spectroscopic method)에 의해 이를 측정하는 것이 필수였다. 이들 기법은 너무 시간이 오래 걸리고, 너무 비용이 비싸며, 파괴적이어서, 생산 라인 상에서의 용도로는 적용되지 않았다.
불순물의 농도가 아니라, 오염물질의 전기 효과(electrical effect)의 측정치를 기반으로 하는 기법이 제안되었으며, 예를 들어 초고주파(ultrahigh frequency)에서의 광전도율(photoconductivity)의 감소 기법(마이크로-PCD)이 있다. 이들 기법은 반도체 웨이퍼에서의 소수 캐리어의 수명(τb)을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 소수 캐리어의 수명은 불순물의 농도에 관련되는 매개변수이다.
그러나 이러한 매개변수 τb의 측정은 표면 재결합율(S)에 따라 좌우되며, 이 값을 직접적으로 추출하는 것은 쉽지 않다. 일반적으로 제안되는 대안적 기법은, τb 및 S와 동시에 관련되는 유효 수명(τeff)을 측정하는 것이다. 따라서 τb를 추출하기 위해, 매우 정확한 방식으로 S의 값을 판단하는 것, 또는 상기 τb와 거의 관련되지 않는 재결합율 S를 렌더링하는 것이 필요하다. 일반적으로, 제안되는 솔루션은, 측정 단계에 앞서서, 실리콘 웨이퍼의 표면의 패시베이션(passivation)을 위한 보충 단계를 포함한다. 그러나 이러한 표면 패시베이션 단계는 생산 라인 상에서 사용되기에 매우 적합한 것은 아닌데, 왜냐하면, 한편으로는 웨이퍼에 손상을 주기 쉽고, 다른 한편으로는, 측정 및 웨이퍼의 품질 검사 과정에 추가적인 딜레이를 유발하며, 이로 인해서 추가적인 생산 비용을 초래하기 때문이다.
문헌 J. Appl. Physic. Vol.93, No 8(2003)은, 여기 광 소스의 변조 신호와 상기 광 소스에 의해 조명되는 반도체 웨이퍼에 의해 반사된 마이크로파 간의 마이크로파 위상 편이를 측정하는 것을 바탕으로 하는 또 다른 대안적 측정 기법을 설명한다. 앞서 언급된 기법들과는 다르게, 이 기법에 의해서는, 웨이퍼의 표면의 패시베이션을 이용하는 진행될 필요없이, 소수 캐리어의 볼륨 수명(τb)과, 표면 재결합율(S)을 독립적으로 산정할 수 있다.
이 장치는 2개의 광 소스를 포함한다. 제 1 광 소스는 근적외선으로 발산되는고, 저 주파수(f)로 변조되는 레이저 광자 여기 소스이다. 이러한, 25 내지 50㎛의 직경의 단색(monochromatic) 광 빔을 발산하는 소스는 반도체 웨이퍼의 2개의 표면 중 하나를 국부적으로 조명하고, 이로 인해서, 표본에 특정 밀도의 과잉 캐리어를 생성할 수 있다. 제 2 소스는 10㎓의 마이크로파 필드를 발산하는 마이크로파 프로브 광 소스이다. 상기 제 2 소스는 상기 제 1 소스와 동시에, 상기 제 1 소스에 의해 조명되지 않는 표면에서의 동일한 표본을 조사(irradiate)한다. 반사되는 마이크로파의 속성은 상기 제 1 레이저 광 소스에 의해 유입되는 캐리어의 밀도에 따라 좌우되고, 반사된 마이크로파의 위상 편이(ΔΦ)를 변조 주파수(f)의 함수로서 측정함으로써, 웨이퍼의 전기적 속성, 즉, 소수 캐리어의 볼륨 수명(τb) 및 표면 재결합율(S)을 판단할 수 있다.
그러나 이러한 장치는 웨이퍼의 볼륨 수명의 매핑(mapping)을 사용자가 확립하게 한다. 실제로, 이 측정 기법에 포함되는 측정 장치는 일정한 수준의 조명(illumination)에 대하여 정현파 변조된(sinusoidally modulated) 작은 광 소스를 포함한다. 이 장치는 웨이퍼의 캐리어의 수명을 단지 국부적으로 측정할 수 있으며, 따라서 광자 여기 광 소스를 구역별로 이동시킴으로써, 전체 표면을 스캐닝하기 위해서는 측정을 반복하여, 웨이퍼의 맵(S, τb)을 그려낼 필요가 있다. 따라서 상기 장치는 전제 웨이퍼에 대하여, 캐리어의 수명에 대한 데이터를 획득하기 위해서는 비교적 긴 측정 시간을 필요로 하며, 일반적으로 맵을 그려내기 위해서는 수 시간이 걸린다. 따라서 이 광 소스은, 측정 기법 및 이와 연계되는 장치를 생산 라인 상에서의 볼룸 수명의 측정 및 불순물 검사에 부적합하게 만든다.
현재에는, 마이크로일렉트릭 및 광기전 산업에서, 측정을 신속하게 수행하 고, 반도체 웨이퍼의 크기에 적응될 수 있는, 단순한 측정 기법을 갖는 것이 필수이다.
본 발명의 목적은, 표본 상의 전역적 측정(global measurement)을 가능하게 해주는, 단순한 개념 및 간단한 동작 모드의 광 소스를 제안하기 위함이며, 특히, 측정 장치와 조합되는 이 소스에 의해, 생산 라인 상에서 신속하고, 효과적으로, 집적 회로 및 광기전 전지를 위한 제조 과정 중에, 반도체 웨이퍼의 소수 캐리어의 볼륨 수명(τb)과 표면 재결합율(S)을 판단하는 것이 가능해지며, 이로 인해서, 소수 캐리어의 수명의 측정을 통해, 가능한 금속 오염물질을 밝혀낼 수 있다.
특히, 이 소스는 반도체 웨이퍼의 모든 타입의 물질에 적응될 수 있으며, 크기에 관계없이, 웨이퍼의 전체 표면을 균일한 방식으로 조명하여, 전역 측정을 가능하게 하고, 한 번의 측정으로 소수 캐리어의 볼륨 수명과 재결합율에 대한 평균 값을 얻을 수 있다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 표면을 완전히 조명하면서, 반도체 웨이퍼로 과잉 캐리어를 주입하기 위한 광원에 관련되어 있다.
본 발명에 따라서, 이 소스는 반도체 웨이퍼로 과잉 캐리어(excess carrier)를 주입하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 조명하며, 이때, 상기 소스는 포인트 소스의 하나 이상의 세트를 포함하며, 상기 포인트 소스는 X 및 Y 축을 따라서 규칙적인 간격으로 두고 이격되어, 상기 소스가 조명될 반도체 웨이퍼 표면의 크기와 동일한 크기의 단색 빔(monochromatic beam)을 발산하며, 상기 포인트 소스 각각은 공용 전기 변조기(electrical modulator)에 의해 정현파 변조되고, 2개의 포인트 소스 간의 거리(d)와 사기 소스와 조명될 반도체 웨이퍼 표면 간의 거리(D)는, 단색 광 빔이 상기 반도체 웨이퍼의 상기 표면을 균일하게 조명하도록, 선택되는 것을 특징으로 한다.
여러 다른 실시예에서, 다음의 세부사항은 홀로, 또는 조합되어 구현될 수 있다:
- 전기 변조기는 1㎐ 내지 100㎑의 주파수 범위로 상기 소스를 변조한다.
- 하나의 특정 실시예에서, 각각의 포인트 소스는 섬유-결합된 레이저 다이오드이다.
- 또 다른 특정 실시예에서, 각각의 포인트 소스는 전계발광 다이오드이다.
- 2개의 다이오드 간의 간격 거리(d)는 0㎝ 내지 1.5㎝인 것이 바람직하다.
- 중성 확산 필터는 소스와 조명되는 대상의 표면 사이에 위치하여, 소스에 의해 발산되는 광 빔이 더 균일하게 될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 반도체 웨이퍼의 소수 캐리어의 볼륨 수명과 표면 재결합율의 측정을 위한 광원을 포함하는 장치에 대한 것이며, 상기 장치는
- 광 소스를 여기하기 위한 출력과, 상기 광 소스의 변조 주파수(f)와 동일한 주파수의 기준 신호 출력을 갖는 상기 전기 변조기,
- 파 필드(wave field)를 생성하기 위한 프로브 소스(probe source)로서, 이때 발산되는 파가 상기 반도체 웨이퍼의 비(non)-조명되는 표면을 조명하는 상기 프로브 소스(probe source),
- 상기 반도체 웨이퍼의 비-조명되는 표면 상으로 발산되는 파와, 파 검출기(wave detector)로 반사되는 파를 전달하는 것을 가능하게 하는 도파관, 또는 안테나로서, 이때, 상기 파 검출기와 연계되는 상기 도파관, 또는 상기 안테나는 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사되고, 따라서 여기된 파에 의해 생성되는 신호를 수집하도록 설계된 상기 도파관, 또는 안테나,
- 전기 변조기의 2개의 출력 중 하나로부터 오는 기준 신호와, 상기 검출기의 출력에서의 반사된 파 신호를 수신하여, 광 소스와 반사된 파 간의 편이(ΔΦ)를 측정하는 제어 유닛,
- 상기 제어 유닛)에 의해 측정되는 편이(ΔΦ)를 수신하여, 상기 반도체 웨이퍼의 둘 이상의 매개변수를 추출하는 프로세싱 유닛으로서, 이때 상기 둘 이상의 매개변수는 소수 캐리어의 수명(τb)과 표면 재결합율(S)를 포함하는 상기 프로세싱 유닛
을 더 포함한다.
도 1.A는 규칙적인 간격으로 배열된 포인트 소스의 그룹을 포함하는 본 발명의 하나의 광원의 평면도이다.
도 1.B는 도 2로부터 포인트 소스의 하나의 라인의 측면도이다.
도 2는 반도체 웨이퍼의 직접 조명의 구성에서의 광원의 측면도이다.
도 3은 반도체 웨이퍼의 간접 조명의 구성에서의 광원의 측면도이며, 이때, 상기 소스는 반도체 웨이퍼에 대하여 90도를 두고 배열된다.
도 4는 반도체 웨이퍼의 소수 캐리어의 볼륨 수명과 표면 재결합율을 판단하기 위한, 본 발명의 광원을 포함하는 측정 장치를 도시한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼로 과잉 캐리어(excess carrier)를 주입하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 연속적으로, 그리고 변조된 방식으로 조명하도록 설계되는 광 소스에 관한 것이다. 도 1A는 이 광 소스의 하나의 예의 평면도를 도시하며, 여기서 상기 광 소스는 장방형의 기하학적 형태를 갖는다. 상기 광 소스의 형태는 또한 원형, 또는 타원형일 수 있다.
상기 광 소스는 포인트 소스(2)의 세트를 갖는데, 상기 포인트 소스는 X 방향 및 Y 방향으로 규칙적인 간격을 두고 이격되어, 포인트 소스들의 어레이를 형성한다. 이들 모든 포인트 소스 각각이 동일한 파장의 단색 빔(monochromatic beam)을 발산하여, 전체적인 소스가 단색 빔을 발산하게 된다. 소스(1)에 의해 발산되는 빔의 크기는 반도체 웨이퍼의 조명되는 표면의 크기와 적어도 동일하다.
바람직하게는 2개의 포인트 소스 간의 거리(d)와, 소스와 반도체 웨이퍼의 조명되는 표면과의 거리(d)는, 단색 광 빔이 반도체 웨이퍼의 조명되는 전체 표면을 균일하게 조명하도록 선택되어진다.
이러한 반도체 웨이퍼의 전체 표면을 균일하게 조명함으로써, 전체 반도체 웨이퍼 내의 캐리어의 총수(population)를 수정하는 것이 가능해진다.
소스의 크기는 구성되는 포인트 소스의 개수의 함수로서 변하고, 이로 인해서, 소스에 의해 발산되는 광 빔의 크기를, 조사(irradiate)되는 반도체 웨이퍼의 크기의 함수로서, 쉽게 적응시킬 수 있는 유연성이 제공될 수 있다.
전체 반도체 웨이퍼의 측정을 위해, 조명 패널(illumination panel)의 크기는 반도체 웨이퍼의 크기와 적어도 동일한 것이 바람직하다.
모든 포인트 소스(2)는 공용 전기 변조기(electrical modulator)에 의해 여기되고, 이들 각각의 포인트 소스는 공용 전기 변조기에 의해 주파수(f)에서 정현파 변조된다.
이 전기 변조기는 1㎐ 내지 100㎑의 주파수 범위에서 동작하는 것이 바람직하다.
광 소스에 의해 발산되는 빔의 파장 길이는 조사(調査) 중인 반도체 웨이퍼의 물질의 함수로서 수정될 수 있는 것이 바람직하며, 상기 수정은 적합한 파장 길이를 갖는 그 밖의 다른 포인트 소스로, 포인트 소스의 그룹을 대체함으로써, 이뤄진다.
본 발명의 하나의 특정 실시예에서, 광 소스는 포인트 소스의 몇 개의 세트를 포함할 수 있으며, 각각의 세트가 서로 다른 파장 길이의 단색 빔을 발산한다. 따라서 광 소스의 파장 길이를 변화시키기 위해, 적합한 파장 길이의 광 빔을 발산하는 포인트 소스의 세트 중 하나를 선택하는 것만으로도 충분하다.
하나의 실시예에서, 포인트 소스(2)는 섬유 결합된 레이저 다이오드(fiber-coupled laser diode)이며, 광 소스는 섬유 결합된 레이저 다이오드의 하나의 세트 를 포함한다. 바람직하게는, 초점 렌즈(focus lens)가 각각의 섬유-결합된 레이저 다이오드의 출력에서 위치된다.
또 다른 실시예에서, 각각의 포인트 소스는 전계발광 다이오드(electroluminescent diode)이고, 광 소스는 전계발광 다이오드의 하나의 세트를 포함한다.
반도체 웨이퍼의 전체 표면에 걸친 균일한 광 빔을 얻기 위해, 사용되는 포인트 소스의 타입에 관계없이, 이들 포인트 소스의 배열의 최적 구성을 일반화할 필요가 있다.
그림자 진 구역을 갖지 않도록, 또는 2개의 작은 빔 사이의 겹침으로 인한 과도 노출 구역을 갖지 않도록, 2개의 다이오드 간의 간격 거리(d)는 0㎝ 내지 1.5㎝이다. 광 소스와 반도체 웨이퍼의 조명되는 표면 사이의 거리(D)는 사용되는 소스의 타입에 따라 좌우된다.
전계발광 다이오드의 발산 각도(angle of emission)(α)에 관계없이, 그리고 포인트 소스가 섬유-결합된 레이저 다이오드인 경우에서의 광섬유 소자의 출력에 배치되는 렌즈의 초점 거리에 관계없이, 이러한 포인트 소스의 배열의 구성은 일반화될 수 있다.
도 1.B는 포인트 소스가 30도와 동일한 발산 평균 각도(α)를 갖는 전계발광 다이오드인 구성 예를 도시한다. 2개의 다이오드 간의 거리(도 1.B에서는 도면부호(d)로 나타남)는 1㎝이고, 이 경우에서, 광 소스와 반도체 웨이퍼의 조명되는 표면 간의 거리(도 1.B에서는 도면부호(D)로 나타남)는 5㎝여서, 반도체 웨이퍼의 전 체 표면 상에서 균일한 조명을 얻을 수 있다.
도 2는 광 소스가 반도체 웨이퍼의 조명되는 표면의 상부 상에 배치되는 조명의 첫 번째 구성을 도시한다.
도 3에서 도시되는 또 다른 조명 구성에서, 반도체 웨이퍼(4)의 조명되는 표면에 대하여 90도로 위치하는 소스에 의해 반도체 웨이퍼의 표면이 간접적으로 조명되다. 상기 소스의 광 빔은, 광 소스와 반도체 웨이퍼 사이에서 45도로 위치하는 거울(5)에 의해 연속전달(relay)된다. 중성 확산 필터(neutral diffusion filter, 6)가 소스와 반도체 웨이퍼 사이에 배치되어, 광 소스(1)에 의해 발산되는 광 빔을 더 균일하게 만든다.
도 4는 반도체 물질의 연구를 위해 앞서 설명된 광 소스(1)을 포함하는 측정 장치를 도시하며, 이때, 상기 장치는 반도체 웨이퍼(4)에서의 소수 캐리어(minority carrier)의 볼륨 수명과 표면 재결합율을 측정하기 위한 목적을 갖는다. 이 측정 장치는 웨이퍼의 비(non)-조명 표면에 의해 반사되는 파(wave)에서의 위상 편이의 기법을 기반으로 한다. 광 소스는 연속적이고 변조되는 방식으로 반도체 웨이퍼의 전체 표면을 조명하여, 자유 캐리어(free carrier)를 주입(inject)시킬 수 있고, 이때, 반도체 웨이퍼의 표면의 조명 동안 주입 레벨은 거의 일정하다. 따라서 이 광 소스는 전체 웨이퍼에서 과잉 캐리어의 총수(population)를 생성한다.
상기 장치는 제 1 출력(15)을 통해 광 소스를 여기하고, 동시에 또 다른 출력(7)을 통해 기준 신호를 제어 유닛(13)으로 전송하여, 광 소스의 위상 기 준(phase reference) 및 변조 주파수(f)를 제공하기 위한 전기 변조기(3)를 포함한다.
덧붙이자면, 상기 장치는, 광자 여기 소스에 의해 조명되지 않는 표면 상에서 반도체 웨이퍼가 파의 필드에 종속되게 하는 제 2 웨이브 프로브 소스(8)을 포함한다. 일반적으로, 파 소스(wave source)은 마이크로파 소스이며, X 대역에서 동작하는 건 효과 다이오드(Gunn effect diode)를 마이크로파 소스로서 사용한다.
상기 마이크로파 소스는 10㎓의 주파수에서 마이크로파 필드를 발산하여, 반도체 웨이퍼(4)의 비-조명 표면을 조명할 수 있다.
VHF 대역과 X 대역 사이의 무선 주파수 스펙트럼에서 동작하는 무선-주파수 파 소스를 이용하는 것이 또한 가능하다.
마이크로파 위상 편이 측정의 원리는 다음과 같다. 반도체 웨이퍼(4)가 소스의 정현파 변조된 여기 광(excitation light)에 완전히 종속될 때, 소수 캐리어의 밀도의 전역적인 변화가 생성되어, 마이크로파의 반사의 계수(coefficient)의 정현파적 변화가 유도된다. 반도체 웨이퍼의 비-조명 표면으로 발산되는 파(10)를 발사하고, 마이크로파 검출기 쪽으로 반사되는 파(11)를 발사할 수 있게 하는 도파관(waveguide), 또는 안테나(9)가 제공되며, 이때, 이 도파관, 또는 안테나는 반도체 웨이퍼(4)에 의해 반사되는 마이크로파에 의해 생성되는 신호를 수집하여, 여기될 수 있다.
광 소스의 변조 신호와 반사된 마이크로파의 검출기(12)로부터 오는 신호 사이의 위상 편이(ΔΦ)를 측정하기 위해, 반도체 웨이퍼의 전기적 속성을 나타내는 S 및 τb의 값을 추출할 수 있다.
일반적으로, 제어 유닛(13)은 위상 측정기(phase meter)이다.
잡음이 있는 신호, 또는 낮은 진폭의 신호의 경우, 제어 유닛(13)은 동기 검출기(synchronous detector)가 되어, 신호 대 노이즈 비를 개선할 수 있다. 신호 프로세싱 유닛(14)은 이 제어 유닛(13)으로 연결되어, 제어 유닛에 의해 전송되는 데이터로부터 매개변수 S 및 τb를 추출하도록 자동으로 프로세싱한다.
덧붙이자면, 광 소스의 구현 방식에 관계없이, 소수 캐리어의 밀도의 변화가 마이크로파의 반사 계수의 충분한 변화를 유도하기에 충분하도록, 광 소스에 의해 제공되는 전력이 반도체 웨이퍼의 도핑의 적어도 10-5배보다 큰 자유 캐리어의 주입을 가능하게 할 것이다.
도 4에서 도시되는 바와 같이, 측정 장치를 구성하는 모든 서로 다른 구성요소는 컴퓨터 프로그램에 의해 자동화되는 것이 바람직하다. 그리고 컴퓨터 계산 프로그램에 의해, 측정된 쌍(f, ΔΦ)로부터 매개변수τb, S를 자동으로 추출하는 것이 가능해진다.
본 발명의 광 소스에 의해, 반도체 웨이퍼의 전기적 속성인 이러한 매개변수τb, S의 전역적 측정을 수행하는 것이 가능해진다. 따라서 소수 캐리어의 볼륨 수명(τb)과 표면 재결합율에 대한 측정 장치와 연결되는 이러한 광 소스에 의해, 집적 회로 및 광기전 전지의 제조 과정의 여러 다른 단계 중에서, 반도체 웨이퍼의 금속 오염물질과 결정적 결함(crystallographic defect)을 빠르고 효과적으로 측정하고 제어하는 것이 가능해진다.

Claims (15)

  1. 반도체 웨이퍼로 과잉 캐리어(excess carrier)를 주입하여, 상기 반도체 웨이퍼(4)의 표면을 조명하기 위한 확장형 광원에 있어서,
    상기 확장형 광원(1)은 한 세트 이상의 점광원(2)으로 구성되고, 상기 점광원(2)은 X 및 Y 축을 따라서 규칙적인 간격으로 두고 이격되어, 상기 확장형 광원은 조명될 반도체 웨이퍼 표면의 크기와 동일한 크기의 단색 빔(monochromatic beam)을 방출하며, 상기 점광원(2) 각각은 공용 전기 변조기(3)에 의해 정현파 변조되고, 2개의 점광원 간의 거리(d)와 상기 확장형 광원과 조명될 반도체 웨이퍼 표면 간의 거리(D)는, 단색 광 빔이 상기 반도체 웨이퍼의 상기 표면을 균일하게 조명하도록, 선택되는
    확장형 광원.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 변조기(3)는 1㎐ 내지 100㎑의 주파수 범위로, 상기 점광원의 각각을 변조하는
    확장형 광원.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 점광원은 섬유-결합된 레이저 다이오드(fiber-coupled laser diode)인
    확장형 광원.
  4. 제 3 항에 있어서, 초점 렌즈(focus lens)가 각각의 섬유-결합된 레이저 다이오드의 출력에 위치하는
    확장형 광원.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 점광원은 발광 다이오드(electroluminescent diode)인
    확장형 광원.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2개의 점광원 간의 간격 거리(d)는 0㎝ 내지 1.5㎝인
    확장형 광원.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 초점 렌즈는 임의의 주어진 초점 거리를 갖는
    확장형 광원.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 선택가능한 발산 각도(α)를 갖는
    확장형 광원.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 확장형 광원(1)은 상기 반도체 웨이퍼(4)의 조명되는 표면의 반대편에 위치하는
    확장형 광원.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 확장형 광원(1)은 반도체 웨이퍼(4)의 조명되는 표면에 대하여 90도로 위치하며, 상기 확장형 광원(1)에 의해 방출되는 광 빔은 상기 확장형 광원(1)과 상기 반도체 웨이퍼(4) 사이에서 45도로 배치되는 거울(5)을 이용하여 중계(relay)되는
    확장형 광원.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중성 확산 필터(neutral diffusion filter, 6)가 상기 확장형 광원(1)과 상기 반도체 웨이퍼(4) 사이에 위치하여, 상기 확장형 광원에 의해 방출되는 광 빔을 더 균일하게 만드는
    확장형 광원.
  12. 반도체 웨이퍼(4)의 볼륨 수명(volume lifetime)(τb)과 재결합율(rate of recombination)(S)을 판단하기 위해, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 확장형 광원을 포함하는 측정 장치에 있어서, 상기 측정 장치는
    상기 확장형 광원을 여기하기 위한 출력(15)과, 상기 확장형 광원의 변조 주파수(f)와 동일한 주파수의 기준 신호 출력(7)을 갖는 전기 변조기(3)와,
    파 필드(wave field)를 생성하기 위한 프로브 소스(probe source, 8) - 방출되는 파가 상기 반도체 웨이퍼(4)의 비(non)-조명되는 표면에 방사됨 - 와,
    상기 반도체 웨이퍼의 비-조명되는 표면 상에 방출되는 파(10)와, 파 검출기(wave detector, 12)로 반사되는 파(11)를 전달하는 도파관 또는 안테나(9) - 상기 파 검출기와 연계되는 상기 도파관 또는 상기 안테나는 상기 반도체 웨이퍼(4)로부터 반사되어 여기되는 파에 의해 생성되는 신호를 수집하도록 설계됨 - 와,
    - 상기 전기 변조기의 2개의 출력 중 하나로부터 오는 기준 신호와, 상기 파 검출기(12)의 출력에서의 반사된 파 신호를 수신하여, 확장형 광원과 반사된 파 간의 편이(ΔΦ)를 측정하는 제어 유닛(13),
    - 상기 제어 유닛(13)에 의해 측정되는 편이(ΔΦ)를 수신하여, 상기 반도체 웨이퍼(4)의 적어도 2개의 매개변수를 추출하는 프로세싱 유닛(14) - 상기 둘 이상의 매개변수는 소수 캐리어의 수명(τb)과 표면 재결합율(S)을 포함함 - 을 더 포함하는
    측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 확장형 광원(1)은, 상기 반도체 웨이퍼(4)의 도핑(doping)의 10-5배만큼 더 큰 자유 캐리어(free carrier)의 주입을 위해 충분한 전력으로, 광 빔을 방출하는
    측정 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 프로브 소스는, 마이크로파 필드를 생성하기 위해 X 대역에서 동작하는 마이크로파 소스이며, 이때, 방출되는 마이크로파는 상기 반도체 웨이퍼(4)의 비-조명되는 표면에 방사되는
    측정 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 프로브 소스는, VHF 대역과 X 대역 사이의 무선 주파수 스펙트럼으로 동작하는 무선 주파수 소스이며, 방출되는 파는 상기 반도체 웨이퍼(4)의 비-조명되는 표면에 방사되는
    측정 장치.
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