KR102561981B1 - 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템 - Google Patents

반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

반도체 소재의 도펀트 함량을 비접촉 측정하는 시스템 및 방법은, 반도체 소재로부터의 적외선(IR) 방사선을 적분구에 반사시켜 수신된 방사선을 산란시키고, 방사선의 일부분을 상이한 파장 범위의 대역 통과 필터를 통과시키며, 각 대역 통과 필터를 통과한 에너지 레벨을 비교하고, 이 시스템의 알려진 웨이퍼 도펀트 함량으로 이루어진 상관 곡선을 참조해 도펀트 함량을 계산한다.

Description

반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템{SYSTEM FOR MEASURING LEVELS OF RADIATION REFLECTING FROM SEMICONDUCTOR MATERIAL FOR USE IN MEASURING THE DOPANT CONTENT THEREOF}
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스의 하나 이상의 층에서의 도펀트 함량의 측정에 관한 것이며, 광기전(PV; photovoltaic) 태양 전지, LED, 및 확산, 주입, 또는 에피택셜 퇴적된 도핑 층을 사용하는 기타 반도체 디바이스용의 관련된 상업적 제조 라인에서의 그러한 디바이스의 도펀트 함량의 비접촉 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 허여된 USA 특허 8829442에서 이전에 설명한 측정 시스템의 일부로서, 본 명세서에서 변형됨에 따라, 적절한 각도로 반도체 소재에 소스 방사선을 지향시키고, 적분구(integrating sphere)를 이용해 반사된 방사선을 수집함으로써, 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선의 레벨을 측정하기 위한 방법과 시스템에 관한 것이다. 비시준된 적외선 방사선 소스에 대한 대안적인 실시예는 적절한 각도로 소스 방사선을 지향시키기기 위한 (콘딧 또는 광 파이프일 수 있는) 시준기를 제공한다.
배경기술로서, 결정 실리콘(c-Si) PV 전지 제조 프로세스 및 반도체 LED 제조 프로세스 둘 다에 대해 설명할 것이다.
c-Si PV 전지를 제조하기 위해, 실리콘 웨이퍼는 전지 제조 라인에서 일련의 처리 단계를 거친다. 각각의 입력되는 웨이퍼는 (n-타입 웨이퍼를 만드는) 도너(donor)나 (p-타입 웨이퍼를 만드는) 억셉터(acceptor) 중 어느 하나인 (반도체 용어로) "자유 캐리어"를 만드는 원자로 저농도로 벌크 도핑된다(즉, 원자로 확산된다). (결함 웨이퍼를 버리거나 웨이퍼를 로트 내로 분류하는 입력 검사 후) 제1 단계는 웨이퍼를 습식 화학 에칭 프로세스를 통과시켜 자름(saw) 표시와 다른 표면 결함과 오염을 제거하는 것이다. 각각의 웨이퍼는, 그 후 그 표면을 미세하게 거칠게 하여, 입사 광자를 포획하는 그 성능을 향상시키기 위해 (다른 습식 프로세스에서) 등방적으로 질감이 생긴다(textured). 질감이 생긴 후, 웨이퍼는, 웨이퍼의 표면(들)으로부터 연장되는 매우 얇은 층에서 벌크 도핑과는 반대되는 타입인 (반도체 용어로) "자유 캐리어"를 만드는 화학물질로 도핑된다. 현재 관행으로, 이러한 도핑은 두 개의 방법 - "인-라인(in-line)" 방법 또는 "배치(batch)" 방법 - 중 하나로 발생할 수 있다. 인-라인 방법은 보통 액체 형태로 전달되는 도펀트 화학물질을 웨이퍼의 상부 표면 상에 퇴적한다. (인 도펀트인 경우에, 이 캐리어는 가장 일반적으로는 인산이다). 퇴적된 도펀트 캐리어는 그 후 건조되며 그로 인한 부산물은 그 후 각각의 웨이퍼에 (고온 퍼니스를 사용하여) 확산되어 반도체 접합을 형성하며, 반도체 접합으로 인해 반도체는 태양광에 노출될 때 전기를 발생시킬 것이다. 이 인-라인 방법에서, 웨이퍼는 이들 단계를 실행하는 장비를 통해 계속해서 반송되며, 이들 장비는 통상 먼저, 액체 캐리어를 도포하는 "도퍼(doper)" 머신, 그 후 캐리어를 건조하여 표면 상에 도펀트 화학물질을 남겨두는 "드라이어(dryer)" 머신, 및 제3 머신, 즉 도펀트를 웨이퍼에 확산시키는 인-라인 확산 퍼니스로 구성된다. 배치 방법에서, 웨이퍼는, "관(tube)" 확산 퍼니스에 삽입된 후 밀봉되는 카세트(가장 일반적으로는 석영으로 만들며 반도체 용어로 "보트"로 불림)에 적재되며, 웨이퍼는 가스 형태(가장 일반적으로는 염화 포스포릴(phosphoryl chloride))의 도펀트 캐리어에 동시에 노출되며, 가열되어 도펀트가 웨이퍼에 확산되게 된다. 웨이퍼는 그 후 퍼니스로부터 제거되고, 보트로부터 적하되어 제조 라인의 그 다음 부분으로 이동한다. 두 방법에 있어서, 도입된 도펀트 양, 확산 프로세스에서 소비된 시간 및 확산 프로세스의 온도는 제2 도펀트의 깊이에 따른 침투 깊이와 농도를 결정한다. 또한, 제2 도펀트는 확산 프로세스의 속성에 의해 웨이퍼의 표면 모두에 도입되어 확산된다. 주목할 것은, 이 점에 있어서 앞으로, "도펀트"는, 구체적으로 언급되지 않는다면, 벌크 도핑된 웨이퍼의 표면(들) 상에 도입된 이 제2 도펀트를 지칭한다는 것이다. 각각의 웨이퍼는 그 후 인- 또는 붕소-규산염 유리(PSG 또는 BSG, 즉 도펀트 확산 단계의 부산물로도 불림)를 제거하도록 다시 습식 에칭되고, 단락(shunting)을 방지하기 위해 "후"면 상의 도펀트 모두나 일부분을 제거 또는 패턴화하도록 에칭될 수 있다. 이 단계 다음에, 코팅(가장 일반적으로 질화 규소)이 웨이퍼의 정상 표면에 도포되어 반사도를 감소시키며 표면을 패시베이션한다. 이 코팅은 보통 플라스마 강화 화학적 기상 퇴적 장비를 사용하여 도포된다. 그 후, 웨이퍼는 그 정상(top) 및 바닥(bottom) 표면 상에 인쇄된 금속 접촉부(contact)를 가지며, 이때 정상 접촉부 패턴은, 웨이퍼로부터의 전류 흐름에 대한 최소 전기 저항 경로를 제공하면서, Si 소재에 대한 노광과 최소한으로 간섭하도록 설계된다. (금속 페이스트 형태로 인쇄되는) 이들 금속 접촉부는 건조된 후, 퍼니스를 사용하여 웨이퍼에 확산된다. 그 후, 웨이퍼의 후면 상에 있는 도펀트 부분이 이전에 충분히 또는 부분적으로 제거되지 않았다면, 레이저 또는 기계 디바이스를 사용하여 웨이퍼의 외부 둘레 주위에 홈을 커팅하여 단락을 방지한다. 마지막으로, (이제 마무리된 PV 전지인) 웨이퍼를 테스트하고 등급을 매긴다.
도펀트 농도는, 웨이퍼의 용적 내에서의 그 분포의 함수로서, 최종적으로 마무리된 PV 전지의 양자 효율(quantum efficiency) 및 기타 전기 특징을 결정하는데 중심 역할을 하며, 궁극적으로는 그 전력 출력 용량과 시장 가치를 야기한다. 그러므로 웨이퍼에 확산되는 도펀트의 양과 분포에 관계되는 PV 전지 제조 프로세스 내의 단계들이 주목된다. 구체적으로, 이들 단계는, (a) 웨이퍼의 제조사가 공급하는, 미처리(raw) 웨이퍼의 초기 "베이스" 도핑(대부분의 경우에 현재, 미처리 웨이퍼는 붕소를 사용하여 포지티브 도핑됨); 및 (b) 웨이퍼의 외부 영역의 추후 도핑(대부분의 경우에 현재, 이것은 인을 사용한 네거티브 도핑임)이다. 제2 도핑 단계는 "이미터"로 알려진 것을 형성한다. 이하, 용어 "베이스"를 사용하여 미처리 웨이퍼 도핑을 지칭할 것이며, 용어 "이미터"를 사용하여 제2 도핑 단계에 의해 생산된 최종적인 반도체 형성물을 지칭할 것이다.
이미터 형성 프로세스가 필수 사양 내에 있음을 보장하기 위해, 미처리 웨이퍼 베이스 도펀트 농도와 이미터 도펀트 농도의 지시(indication)를 제공하는 소정의 측정치가 취득된다. 현재의 관행에서, 광기전(PV) 웨이퍼는, 수동으로 또는 PV 전지 제조 프로세스에서 가변 간격으로 가시광 스펙트럼 산업용 카메라를 사용하여 단일-점 시각적 측정 디바이스에 의해 종종 검사된다. (제조 라인의 시작 시의) 미처리 소재 수용 스테이지와, (제조 라인의 끝에서의) 최종 검사 및 등급매김을 제외하고, 웨이퍼의 연속적인 인-라인 측정은 종종 적용범위와 커버리지가 제한되며, 대신 특히 가시광 스펙트럼 산업용 카메라 기술에 의한 문의(interrogation)로 처리할 수 없는 속성의 검사를 위해, 오프-라인 비연속적 샘플링이 사용된다. 샘플들 사이의 시간 간격에서, 오프-라인 샘플링을 사용할 때, 수백 개의 웨이퍼가 제조 프로세스의 해당 단계나 단계들을 통과할 수 있다. 이러한 상황은, PV 웨이퍼 내의 도펀트의 적용, 농도 및 분포를 결정하는 프로세스 단계에서 흔하며, 그러므로 이들 단계는 현재 잘 제어되고 있지 않아, PV 전지 제조 공장에서 허용 가능한 마무리된 제품의 수율을 제한하고 있다. 수율을 높이기 위해, 업계는, PV 웨이퍼의 도펀트 농도와 분포에 영향을 미치는 단계를 양호하게 제어하기 위해, 이제 이상적으로는 웨이퍼 100%에 대한 연속적인 인-라인 측정을 구현하려고 시도하고 있다.
(이하에서 간단히 "LED"로 지칭되는) 반도체 발광 다이오드는 PV 전지와는 반대되는 기능을 수행한다. 광자를 흡수하여 전기를 생성하는 대신 LED는 전기를 사용하여 광자를 방출한다(전자발광이라고 불리는 현상). LED 제조시, 웨이퍼는 사파이어와 같은 중성 기판으로 구성된다. PV 전지 제조와 비교하여, 웨이퍼는 질감이 생기기보다는 연마되고, 각 웨이퍼는 다수의 LED를 포함하며, 반도체를 만드는데 사용된 도펀트는, PV 전지 제조시 사용된 확산 프로세스에 의해 확산되기보다는 웨이퍼의 표면 상에 에피택셜 층으로서 퇴적된다. 이들 구조 및 제조 차이에도, 이들 도펀트 층은 본 발명에 개시한 동일한 방법에 의해 검사될 수 있다. 이점으로부터 앞으로, 간략히 그리고 명확히 하기 위해, PV 전지 구조는 본 발명을 다른 도핑된 반도체 구조에 적용하는 것으로 제한하지 않고 기재할 것이다.
PV 전지 제조시, 다수의 기존의 기법 및 새로운 기법이 이미터 도핑의 인-라인 측정에 제안되었지만, 모두 심각한 한계를 갖고 있다. 확산된 도펀트 측정의 경우, 이들 기법은 확산 길이의 표면 광전압(SPV) 측정, 시트 저항의 와류 측정, 및 태양 에너지를 연구하는 독일의 프라운호퍼 연구소에서 개발한 시트 저항 측정의 적외선 측정 방법이 있다. (J.Isenberg, D.Biro 및 W.Warta, "적외선 방법에 의한 시트 저항의 빠르고, 무접촉의 공간 결정 측정", Prog. Photovolt: Res. Appl. 2004; 12:539-552). 습식 도펀트 캐리어 필름의 측정을 위한 방법은 존재하지 않는 것으로 알려져 있다.
SPV 측정은 확산 길이(벌크 반도체의 과잉 캐리어가, 재결합하여 평형 캐리어 농도를 달성하기 전, 평균적으로 이동하는 거리)를 측정하기 위해 연구소에서 사용되어 왔다. 예컨대, D.K.Schroder의 "표면 전압과 표면 광전압: 역사, 이론 및 응용"[Meas. Sci. Technol. 12 R16-R31, 2001]을 참고할 수 있다. SPV 측정은 통상적으로 웨이퍼를 접지 전극에 놓고(비록 후방 센서 판이 없는 비접촉 방법이 가능하더라도) 용량성 프로브를 샘플 위 소 구역에 배치함으로써 실행된다. 측정은 용량성이기 때문에, 측정 구역은 매우 제한되며, 최대 스탠드-오프(stand-off) 거리는 매우 작고 웨이퍼의 보우(bow) 또는 수직 이동에 대한 공차가 거의 없다. 또한, 컨베이어-공급 제조 동작에서, 제한된 스탠드-오프 거리로 인해, 임의의 웨이퍼가 함께 바싹 붙는다면(드문 상황은 아님), 웨이퍼가 파괴되고 조각이 컨베이어 상에서 편평하지 않다면(또한 드문 상황은 아님), 또는 임의의 이물질이 부주의하게 컨베이어에 도입된다면, 또는 컨베이어 자체가 센서 스탠드-오프 거리를 초과하는 작은 수직 진동을 경험한다면, 컨베이어 상에 잼을 초래하는 "충돌" 가능성이 상당하다. 마지막으로, 전문 웨이퍼 반송 요건과, SPV 측정에 대한 매우 가까운 스탠드오프 거리 요건으로 인해, 기존의 제조 라인에의 그러한 기술의 도입은 상당한 라인 수정을 필요로 할 수 있으며, 이러한 수정으로 인해 이러한 기술의 사용은 고가이게 될 수 있으며 실용적이지 않게 될 수 있다.
와류 측정은 SPV와 동일한 제한 중 많은 제한을 가지며 (계측법으로서 시트 저항 측정을 사용하는) 이미터 도핑의 인-라인 측정에 적절하지 않은 것으로 이전에 알려져 왔다. (Rueland, E.; Fath, P.; Pavelka, T.; Rap, A.; Peter, K.; Mizsei, J, "인라인 품질 제어를 위한 이미터 시트 고유저항 측정에 관한 비교 연구", 광기전 에너지 변환, 2003. 볼륨 2, 이슈의 3차 세계 회의 회의록, 2003년 5월 12-16일 페이지: 1085-1087 볼륨 2)
프라운호퍼 방법은, 연구실에 적절한 반면, 이 방법이 실제 인-라인 사용에 적절치 않게 하는 많은 요건과, 가장 주목하게는 인-라인 제조 환경에서 제공하기 매우 어렵고 비싼 기생 열 또는 광의 부재에 대한 엄격한 요건을 갖는다.
결국, 미처리 웨이퍼 도펀트 농도, 인-라인 도퍼로부터 유래한 습식 도펀트 필름의 양과 분포, 확산 다음에 오는 제조 라인 내의 임의의 단계에서의 이미터의 도펀트 농도의 인-라인 측정용으로 융통성이 있고, 구성 가능하고, 강력하며 비용 효율적인 방법과 장치가 필요하다.
의도적이든지 간에 인트라-웨이퍼 이미터 변형(variation)을 매핑할 수 있도록 각 웨이퍼마다 특정의 반복 가능한 샘플 개소(site)를 형성할 필요도 있다. 필연적인 결과로서, 오퍼레이터가 필요하다면 주기적이거나 예정되지 않은 상세한 측정을 허용하기 위해, 스캐닝 "세기"(특정한 시간 기간 동안 머신 교차(cross-machine) 방향으로 단위 길이당 취해진 샘플의 개수)를 변경할 성능을 갖는 장치와 방법이 또한 필요하다.
웨이퍼의 상이한 영역 위의 산란 패턴에서의 표면 거칠기와 가변성에도 웨이퍼 표면으로부터 반사되는 방사선을 일관되게 포착 수광하기 위한 시스템이 또한 필요하다. 그 방사선을 2개의 검출기 사이에 실질적으로 동일하게 지향시킬 필요가 또한 있다. 정반사 효과를 최소화하는 방식으로 방사선 소스로부터 웨이퍼 상에 입사 방사선을 지향시킬 필요가 또한 있다.
본 발명의 실시예에서, 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템은, a) 적외선 방사선 소스; b) 적외선 방사선 소스로부터의 방사선을 변조하기 위한 변조기; c) 적외선 방사선 소스로부터의 변조된 방사선을 수광하기 위한 제1 개구와, 반도체 소재로부터 반사되는 방사선을 수광하기 위한 제2 개구를 갖는 적분구로서, 적분구 내에서 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선을 산란시키도록 구성되는 적분구; d) 적외선 방사선 소스로부터 적분구를 통해 방사선을 지향시켜 반도체 소재에 관한 법선으로부터 일정 각도로 반도체 소재에 충돌하도록 구성되는 시준기로서, 일정 각도는, 시준기에 다시 직접 반사되는 방사선을 최소화하고, 또한 반도체 소재로부터의 반사 전에 적분구에 입사하는 방사선을 최소화하기에 충분한 것인, 시준기; e) 적분구 내에 배치되어, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선이 적분구 내에서 제1 산란 없이 제1 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제1 배플(baffle); f) 적분구 내에 배치되어, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선이 적분구 내에서 제1 산란 없이 제2 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제2 배플; g) 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제1 부분을 수광하도록 배치되는 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 제1 대역 통과 필터를 통해 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되는 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터; h) 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제2 부분을 수광하도록 배치되는 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 제2 대역 통과 필터를 통해 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되며, 제2 대역 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역은 제1 대역 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역과 비교하여 상이한 것인, 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터; i) 제1 대역 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제1 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제1 방사선 검출기; 및 j) 제2 대역 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제2 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제2 방사선 검출기를 포함한다.
대안적인 실시예에서, 법선으로부터의 일정 각도는 대략 10도일 수 있다. 다른 실시예에서, 시준기는 적어도 부분적으로 적분구 내에서 연장되는 콘딧(conduit)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 콘딧은 광 파이프일 수 있다. 다른 실시예에서, 광 파이프는, 적분구의 실질적으로 전체 직경에 대해 적분구의 중심을 통해 길이 방향으로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 시준기는, 방사선 소스로부터의 변조된 방사선을 집속해 적분구를 통과시켜 반도체 소재에 충돌하도록 구성되는 렌즈를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 방사선 소스로부터의 변조된 방사선은 적분구를 탈출하여 제2 개구를 통해 반도체 소재에 충돌할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 및 제2 배플은, 반도체 소재로부터 반사되는 실질적으로 동일한 정도의 수광된 방사선을 차단하도록 구성될 수 있다. 시준기는 방사선 소스로부터의 방사선을, 반도체 소재에 충돌하기 전에, 시준하기 위해 배치될 수 있다.
적분구는, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 적분구 내에서의 반사를 향상시키도록 구성되는 내표면을 포함할 수 있다. 콘딧은, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 적분구 내에서의 방사선의 반사를 향상시키도록 구성되는 외표면을 포함할 수 있다.
여러 실시예에서, 제2 개구는, 반도체 소재로부터 반사되는 방사선의 실질적으로 전부가 반도체 소재의 표면 변화(surface variation)에 상관없이 적분구에 입사하게 하도록 반도체 소재로부터 거리를 두고 배치될 수 있다. 제2 개구는 반도체 소재로부터 대략 5 mm에 배치될 수 있다. 제2 개구와 콘딧의 하류 개구는 동축 정렬될 수 있다. 적분구의 제2 개구의 직경은 콘딧의 하류 개구의 직경보다 더 클 수 있다. 변조기는, a) 고속 쵸핑 휠(chopping wheel)을 사용한 변조기; b) 방사선 소스의 펄스 변조를 사용한 변조기; 및 c) 방사선 소스의 주파수 변조를 사용한 변조기의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 방사선 소스는, a) 다중 파장 적외선 레이저, b) 각각 파장이 상이한 복수의 적외선 레이저, c) 하나 이상의 적외선 발광 다이오드, 또는 d) 광대역 적외선 방사선 소스 중 어느 하나일 수 있다. 제1 대역 통과 필터와 제2 대역 통과 필터 둘 다에 대한 통과 대역은 1 ㎛보다 길 수 있으며, 제1 대역 통과 필터에 대한 통과 대역은 제2 대역 통과 필터에 대한 통과 대역과 상이하다. 광 파이프는, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 적분구에서의 반사를 향상시키도록 구성되는 외표면을 포함할 수 있다. 적분구의 제2 개구의 직경은 대략 3 cm일 수 있으며, 적분구의 내부 직경은 대략 5 cm일 수 있다. 콘딧 하류 개구의 직경은 대략 1.3 cm이다. 적분구의 내부 직경에 대한 제2 개구 직경의 비는 대략 3 내지 5일 수 있다. 광 파이프의 하류 개구의 직경에 대한 제2 개구 직경의 비는 대략 2 내지 1일 수 있다. 증폭기는, 제1 및 제2 에너지 레벨의 결정치(determination)를 증폭하기 위한 시스템에 포함될 수 있으며, 증폭기는 방사선 변조 주파수에 동기화된다.
다른 대안적인 실시예에서, 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템은, a) 시준된 적외선 방사선 소스; b) 적외선 방사선 소스로부터의 방사선을 변조하기 위한 변조기; c) 방사선 소스로부터의 변조된 방사선을 수광하기 위한 제1 개구와, 반도체 소재로부터 반사되는 방사선을 수광하기 위한 제2 개구를 갖는 적분구로서, 적분구 내에서 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선을 산란시키도록 구성되는 적분구; d) 적분구 내에 배치되어, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선이 적분구 내에서 제1 산란 없이 제1 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제1 배플; e) 적분구 내에 배치되어, 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선이 적분구 내에서 제1 산란 없이 제2 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제2 배플; f) 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제1 부분을 수광하도록 배치되는 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 제1 대역 통과 필터를 통해 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되는 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터; g) 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제2 부분을 수광하도록 배치되는 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 제2 대역 통과 필터를 통해 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되며, 제2 대역 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역은 제1 대역 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역과 비교하여 상이한 것인, 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터; h) 제1 대역 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제1 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제1 방사선 검출기; 및 i) 제2 대역 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제2 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제2 방사선 검출기를 포함하며; 시준된 적외선 방사선 소스는, 적분구를 통해 방사선을 지향시켜 반도체 소재에 관한 법선으로부터 일정 각도로 반도체 소재에 충돌하도록 구성되며, 일정 각도는, 시준기에 다시 직접 반사되는 방사선을 최소화하고, 또한 반도체 소재로부터의 반사 전에 적분구에 입사하는 방사선을 최소화하기에 충분하다.
일반적으로, 출원인은, 출원인의 US 허여된 특허 번호 8829442(종종 본 명세서에서는 이전의 실시예(들)로 지칭됨)의 요지인 출원인의 시스템과 비교하여, 상이한 광학 경로 설계를 포함하는 개선된 시스템을 개발하였다. 이러한 개선된 시스템의 목적은, 웨이퍼의 표면 특징의 변화에 덜 민감한 도핑 농도 측정을 행하는 것이었다. 새로운 설계는 또한 더욱 콤팩트하다.
도 1은 상이한 도핑 레벨(n-Si)에서의 파장 대 자유 캐리어 흡수도의 그래프.
도 2는 도핑되지 않은(W1) 및 도핑된(W16) c-Si 웨이퍼의 차등화된 반사도의 그래프.
도 3은, 본 개시의 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 개략적 블록도.
도 4는, 단일 송신기와 단일 수신기로 구성되며, 단일 수신기는 2개의 센서로 구성되는 허여된 USA 특허 8829442에서의 본 개시의 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 개략적 블록도.
도 5는, 본 개시의 실시예에 따른 샘플링 패턴과 웨이퍼의 여러 테스트 위치에서의 샘플링 방법의 개략적 평면도.
도 6은, 본 개시의 대안적인 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 블록도.
도 7은, 도 6에 도시한 것과 같은 시스템 쌍이 도핑 챔버의 양측 상에서 사용되는 본 개시의 대안적인 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 블록도.
도 8은, 복수의 송신기와 수신기가 반도체 소재의 일련의 웨이퍼 위에 배치되는 본 개시의 대안적인 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 블록도.
도 9는, 본 개시의 실시예에 따라 반도체 소재의 층의, 4-지점 프로브에 의해 측정되는, 시트 저항에 대한 상기 반도체 소재의 층의 도펀트 함량을 측정하는 비접촉 시스템의 상관관계를 도시하는 예시적인 도면의 그래프.
도 10a 및 도 10b는, 소스 방사선의 충돌 지점에서의 상이한 웨이퍼 질감(texture)으로 인한 반사된 주요 에너지 로브에서의 차이를 도시하는 도면.
도 11은, 본 발명의 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템의 여러 구성요소의 간략화된 블록도.
도 12는, 도 10 및 도 11의 발명의 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템의 사시도.
도 13은 도 12의 시스템의 정면도.
도 14는 도 12의 시스템의 횡단면도.
도 15는 도 12의 시스템의 횡단면도.
도 16은 시준된 적외선 소스를 가지며 콘딧 또는 광 파이프를 갖지 않는 대안적인 시스템의 정면도.
도 17은 도 16의 시스템의 횡단면도.
기본적인 기술과 기법은 도 1 내지 도 9의 이전 실시예에서와 동일하게 유지된다. 출원인은, 도 10 내지 도 17을 참조해 바람직한 실시예로 설명하는 바와 같이, 시스템이 에너지를 웨이퍼에 전달하고 검출기에 대한 반사치를 수집하는 개선 방법을 개발하였다.
일반 상세사항:
o 동일한 타입의 적외선 방사선 소스를 사용한다;
o 이 적외선 방사선 소스마다 동일한 타입의 변조기를 사용한다;
o 적외선 에너지를 웨이퍼에 전달하는 임의의 타입의 파라볼릭 반사기나 렌즈는 시준기를 갖는 실시예에서는 사용하지 않는다. 실시예에서, (금 도금할 수 있는) 광 파이프가 변조된 적외선 에너지를 웨이퍼 표면에 전달하는데 사용된다;
o 렌즈는 웨이퍼로부터 반사되는 에너지를 수집하는데 사용되지 않는다;
o 적분구가 웨이퍼로부터 반사되는 에너지를 수집하는데 사용된다. 적분구는 웨이퍼에 가까이(대략 5 mm) 배치되어 이전 실시예의 더 큰 스탠드오프 거리에서의 렌즈와 비교하여 훨씬 더 많은 백분율의 반사된 에너지를 더욱 일관되게 포획한다;
o 검출기 전방에 (대역 통과 또는 에지 통과 필터일 수 있는) 상이한 적외선 필터를 각각 갖는 2개의 검출기가 방사선의 일부분을 수광하도록 사용된다. 이들 검출기는 이제 적분구에 직접 장착된다;
o 배플이 적분구 내에 배치되어 웨이퍼로부터 어느 한 검출기로의 직접적인 광 경로를 회피한다;
o 실시예에서 에너지를 웨이퍼에 전달하는데 사용되는 광 파이프는 적분구에 동축으로 장착되며 웨이퍼에 법선 각도로부터 오프셋되어 다시 광 파이프로의 정반사를 최소화한다;
o 대역 통과 또는 에지 통과 필터 중 임의의 것으로부터의 반사된 에너지에 의존하지 않으며 빔 분할기를 사용하지 않는다;
o 검출기 신호의 처리는 이전 실시예에서와 동일하게 유지된다. 그러나, 2개의 검출기로부터의 출력의 차이나 비를 사용하여 도펀트 레벨을 결정하는 것 외에, 분석적으로나 경험적으로 중 어느 하나로 결정되어 충분한 이들 2개의 신호의 임의의 조합을 사용하는 공식이나 룩업표를 사용할 수 있다.
도핑된 실리콘(또는 사실 임의의 반도체) 웨이퍼는, 도핑으로 인한 자유 전하 캐리어의 공간 농도에 대응하는 적외선 방사선의 특징적인 흡수도, 반사 진폭 및 반사 위상/극성을 갖는다. 특히, n-도핑된 실리콘은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상이한 도핑 레벨에서 적외선 스펙트럼의 상당한 상이한 자유 캐리어 흡수도(또는 필연적인 결과로서, 반사도)를 보인다.
도 1은, 상이한 농도로 확산되는 네거티브 도펀트를 변경하여 300°K에서 네거티브 도핑된 실리콘 기판(n-Si)을 형성하기 위한 파장 대 자유 캐리어 흡수도의 그래프이다. 도 1의 그래프 상의 수치를 참조하면, 도펀트 농도(cm3 당 원자수)는 1-1.4×1016 cm-3(비소 도펀트); 2-8×1016 cm-3(안티몬); 3-1.7×1017 cm-3(안티몬); 4-3.2×1017 cm-3(인); 5-6.1×1018 cm-3(비소 주석 합금); 및 6-1×1019 cm-3(비소)이다.
도 2는, 2개의 다결정(폴리 c-Si) 웨이퍼 - 하나는 붕소로만 벌크 도핑되고(W1), 다른 하나는 그 정상 표면에 확산된 인 층을 또한 가짐(W16) - 의 적외선 파장에 의한 차별화되는 반사도의 그래프이다. W1 및 W16 다음의 숫자(1-5)는 검사한 각 웨이퍼 상의 세그먼트를 식별케 한다. 그래프 상의 측정치는 순수한 결정 실리콘 기준 샘플에 관해 정규화된다. 입사 적외선 파장이 길수록, 인-도핑 층을 가진 웨이퍼의 대응하는 반사도는, 기준 샘플과 비교할 때, 벌크 도핑된 웨이퍼에 비해 차별적으로 더 세며, 그에 따라 추가된 도펀트 층이 적외선 파장의 함수로서 반사도에 영향을 미치고 있으며 필연적인 결과로서 적외선 반사도 대 파장의 정규화된 기울기가 이 층의 도핑 레벨을 결정하는데 사용될 수 있음을 나타냄을 그래프는 증명하고 있다.
또한, 상이한 기판 상에서의, 인뿐만 아니라 확산 여부와 상관없는 임의의 화학 물질 층 또는 필름의 존재가, 경계에서의 층/필름 두께 및/또는 조건을 결정하는데 사용될 수 있는 굴절률, 반사도, 파장 시프트 및 위상 변화를 초래한다. 그러한 흡수도와 반사도의 크기, 위상, 극성 및 파장은 사용된 특정 필름 또는 도펀트(들), 필름 또는 도핑의 밀도와 두께, 및 임의의 기저 기판의 속성에 의존한다.
웨이퍼나 기판 상의 알려진 파장 및 세기 레벨로 적외선 방사선을 투과시킴으로써, 특징적인 파장의 흡수도는 수신기에서 관찰한 반사 값의 함수로서 측정될 수 있다. 위상 시프트, 파장 변화 및 극성 변화도 측정할 수 있다. 에너지 흡수 양이 젖은(wet) 필름의 양과 조성 또는 이미터 도핑 농도에 비례하여 변하므로, 경우에 따라서는, 젖은 필름 농도, 깊이 및 분포도 또는 이미터 밀도 각각은 조사된 에너지와 반사된 에너지 사이의 차이를 측정함으로써 측정될 수 있다.
웨이퍼나 기판 상의 다수의 특정 위치로부터 측정치나 샘플을 취하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 단일 샘플이 넓은 분산(variation)을 보일 수 있고 또 이들 분산을 평활화할 필요가 있을 수 있기 때문이며 또한 웨이퍼나 기판은 젖은 필름의 의도적으로 차별화되는 퇴적 또는 도펀트의 확산을 가질 수 있기 때문이다.
또한, 각 샘플마다, 샘플 개소(sample site)에서 동시 차등 조사(simultaneous differential interrogation)를 행함으로써, 본 명세서에서 설명하는 장치와 방법은 공장 환경에서부터의 광, 열 및 진동을 견딜 수 있으며, 온도, 가변 스탠드오프 거리 및 가변 입사 각도를 보완할 수 있다.
도 3에서 설명하는 장치(10)는 다수 레인(lane)의 컨베이어-공급 광기전("PV") 전지 제조 시설을 위한 것이지만, LED 및 기타 반도체 제조 시설을 위한 것을 포함하여 단일 레인 및/또는 비-컨베이어 구성도 가능함을 이해해야 한다.
하나 이상의 송신기와 수신기는, PV 웨이퍼(12)가 측정되는 구역 위에 장착된다. 각각의 수신기는 2개 이상의 센서 - 용도는 앞서 설명한 바와 같이 차등 신호 데이터를 포착하는 것임 - 로 구성된다. 간략성 및 명료성을 위해, 도핑된 실리콘의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템을, 단일 송신기(16)와 단일 수신기(18)로 구성되는 장치(14)에 관해 설명할 것이며, 단일 수신기는 2개의 센서(20, 22)로 구성된다. 이러한 구성은 도 4를 참조하여 예시되며, 도 4는 본 개시의 대안적인 실시예를 블록도로서 개략적으로 도시한다.
블록도 내에 장비를 포함하는 센서 하우징은 웨이퍼(12) 표면 위 대략 50 mm 내지 150 mm에 위치한다.
송신기의 적어도 4개의 가능한 실시예가 있으며, 각각의 실시예는 상이한 적외선 방사선 소스를 포함한다. 제1 실시예에서, 적외선 방사선 소스는, 타원형 반사기에 장착된 하나 이상의 연속 광대역 적외선 소스(들)로 구성된다. 제2 실시예에서, 적외선 방사선 소스는 하나 이상의 적외선 LED로 구성된다. 제3 실시예에서, 적외선 방사선 소스는 다중 파장 적외선 레이저로 구성된다. 제4 실시예에서, 적외선 방사선 소스는 2개의 단일 파장 적외선 레이저로 구성된다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에 있어서, 송신기의 제1 실시예를 참조하면, 도 4에서, 적외선 소스(16)의 타원형 반사기(24)는 적외선 소스로부터의 넓은 스펙트럼의 적외선 방사선을 공간의 단일 지점에 집속한다. 쵸퍼 휠(26)이, 대략 1 kHz로 적외선 방사선을 변조하는 타원의 초점에 위치하지만, 방사선은 진폭, 주파수, 펄스 또는 위상 시프트 변조를 포함한 임의의 적절한 방법으로 또는 방법의 조합으로 변조될 수 있다. 검출기가 검출 신호의 변화에 응답하므로 그리고 변조가 송신된 적외선 신호를 배경 적외선 방사선으로부터 구별하여 신호대잡음비를 향상시키기 때문에 변조의 사용이 필요하다. 변조는 또한, 반사된 신호에서 유도된 변화를 통해 변조에 관한 도펀트 함량의 영향을 측정함으로써 도펀트 함량에 관한 정보를 생성하는데 사용될 수 있다.
적외선 소스(16)를 향하며 변조된 방사선을 수광하는 오프 축 타원형 반사기(28)가 도시된다. 타원형 반사기(28)는, 웨이퍼(12)에 대해 대략 45 도의 입사각도로 쵸퍼 휠(26)로부터 웨이퍼(12) 상의 측정점(30)에 변조된 방사선을 집속하며, 방사선의 피크치를 수신기(18)의 제1 렌즈(32)의 중심에 정렬시킨다(후술). 그러나, 레이저가 이미 동일 선상의 형태로 있기 때문에 반사기(28)는 송신기(16)의 제2 및 제3 실시예에서 필요하지 않음을 이해해야 할 것이다.
각 수신기(18)의 적어도 2개의 가능한 실시예가 있다. 수신기(18)의 제1 실시예에서, 수신기(18)는, 적외선 방사선이 웨이퍼(12)와 부딪치는 측정 지점(30) 위에 장착된다. 반사된 적외선 방사선은 확산되어 제1 렌즈(32)에 의해 수집되며 제1 제한된 대역 통과 필터(34)로 지향된다. 제1 대역 통과 필터는 적외선 스펙트럼의 선택된 파장에 중심을 둔 제한된 대역의 적외선 방사선을 통과시킨다. 이러한 파장은, 해당 수신된 신호 속성에 관한 등방성 질감 생성의 효과가 크지 않도록 선택된다. 수광된 방사선의 다른 부분은 제1 대역 통과 필터(34)에 의해 반사된다.
반사된 방사선은, 상이한 선택된 파장에 중심을 둔 제2 제한된 대역 통과 필터(36)에 지향되어, 2개의 대역의 파장은 중첩하지 않는다. 유사하게, 이 제2 파장은, 해당 수신된 신호 속성에 관한 등방성 질감 생성의 어떤 효과도 크지 않도록 선택된다. 바람직한 실시예에서, 하나의 대역 통과 필터(34 또는 36)는 +/-125 nm의 통과 대역을 갖고 대략 8 ㎛에서 중심 통과 대역을 가지며, 다른 필터(34 또는 36)는 +/-175 nm의 통과 대역을 갖고 대략 10.5 ㎛에서 중심 통과 대역을 갖는다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에서의 추가 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 대역 통과 필터의 통과 대역은 50 nm와 500 nm 사이이다. 또한 다른 바람직한 실시예에서, 한 필터에 대한 통과 대역의 중심은 1 ㎛와 20 ㎛ 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 제2 필터의 통과 대역의 중심 파장은 1 ㎛와 20 ㎛ 사이이며, 제1 대역 통과 필터의 통과 대역의 중심 파장과는 상이하다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에서의 추가 바람직한 실시예에 있어서, 제1 대역 통과 필터와 제2 대역 통과 필터 사이의 중심 파장의 차이는 1 ㎛와 10 ㎛ 사이이다. 또한, 추가 바람직한 실시예에서, 제1 대역 통과 필터와 제2 대역 통과 필터의 중심 파장 사이의 차이는 2 ㎛이다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에서의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 제1 대역 통과 필터의 중심 파장은 8.06 ㎛로 설정되며, 제2 대역 통과 필터의 중심 파장은 10.5 ㎛로 설정되고, 각 필터는 200 nm와 400 nm 사이의 통과 대역폭을 갖는다.
제1 대역 통과 필터(34)를 통과한 방사선은 제2 렌즈(38)에 의해 제1 적외선 검출기 또는 센서(20)에 집속되며, 이러한 검출기 또는 센서는, 제1 검출기(20)에 도달한 적외선 방사선의 세기에 비례하여 저전압 신호를 발생시킨다. 제2 대역 통과 필터(36)를 통과한 방사선은 제3 렌즈(40)에 의해 제2 적외선 검출기 또는 센서(22)에 집속되며, 이러한 검출기 또는 센서는, 제2 검출기(22)에 도달한 적외선 방사선의 세기에 비례하여 저전압 신호를 발생시킨다.
각각의 검출기(20, 22)의 저전압 신호는 각각의 증폭기(42, 44)에 의해 증폭된 후, 송신기(16)의 쵸퍼 주파수에 동기화되고 컴퓨터(48)에 의해 제어되는 아날로그-디지털 데이터 획득 보드(46)에 의해 획득된다. 그에 따라 센서(20, 22)는, 각각의 제1 및 제2 대역 통과 필터(34, 36)를 통과한 2개의 제한된 대역의 적외선 에너지에 비례한 2개의 전압 값을 발생시킨다.
컴퓨터(48)는 각 검출기(20, 22)로부터의 전압을 사용하여 각 대역에서 수신된 에너지 양 사이의 비 및/또는 기울기를 계산하며, 이러한 에너지 양은, 앞서 도시한 바와 같이, 웨이퍼(12)의 정상 층에서 도펀트에 의해 흡수된 에너지에 비례한다. 도펀트 함량은, 도 9에 예시한 바와 같이, 가변적인 도펀트 함량에서의, 구체적으로 상관 곡선을 통해 기울기를 지나가는(이로 제한되지 않음) 웨이퍼 소재의 적외선 반사도의 모델을 기초로 한 계산 또는 테이블 룩업에 의해 결정된다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에서의 수신기의 제2 실시예에 있어서, 빔 분할기를 사용하여 제1 렌즈의 초점에서의 반사된 IR 에너지를 동일한 부분으로 분할하여 최종적인 동일한 부분들을 검출기의 어레이 상에 지향시키며, 각 검출기는 검출기 전방에 상이한 대역 통과 필터를 갖는다. 각각의 검출기는 각 검출기에 도달한 적외선 방사선의 세기에 비례한 전압을 전달한다. 그에 따라, 파장 상관 곡선에 대한 도핑 상의 다수의 지점을 측정하여, (기울기가 파장에 의해 변할 수 있기 때문에) 기울기 측정의 정확도 및 그에 따라 반도체 소재에서나 반도체 소재 상의 도펀트 함량을 개선한다.
장치(14)의 추가 실시예에서, 렌즈(32) 뒤에 배치되는 대역 통과 필터(34) 대신, 빔 분할기가 렌즈(32) 뒤에 배치된다. 이것은 렌즈(32)로부터의 빔을 2개의 빔으로 분리하며, 이 2개의 빔은 각각의 대역 통과 필터(34, 36), 각각의 렌즈(38, 40) 및 그 후 각각의 센서(20, 22)로 지향된다.
도 4에서 단일 반도체 웨이퍼(12)로서 도시된 대상 표면은, 컨베이어 상의 다수의 반도체 웨이퍼, 정지된 웨이퍼 또는 기판 상의 필름과 같은 모놀리식 표면일 수도 있다. 표면(들)은 임의의 크기일 수 있다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에 있어서, 반도체 소재(10)의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 바람직한 실시예가 개략적인 블록도 형태로 도 3에 도시된다. 복수의 센서 헤드(50)가, 웨이퍼 컨베이어(도시 생략)의 이동 방향으로 수직이게 정렬되어 이 컨베이어 위 5 mm와 250 mm 사이에 장착된다. 각 센서 헤드(50)는 도 4의 장치의 구성요소가 포함되는 하우징을 포함하며, 이들 구성요소는 (도 4로부터의) 단일 송신기(16)와 단일 수신기(18)를 포함한다. 수신기(18)는 2개의 센서(20, 22)(도 4)를 병합한다. 더 나아가, 이들 구성요소는 도 4에 관해 앞서 논의한 방식으로 동작하도록 구성된다. 특히, 각각의 센서 헤드 내부에는, 적외선 소스(16), 쵸퍼 휠(26), 집속 반사기(28), 반사된 적외선 방사선을 수집하여 적외선 방사선을 대역 통과 필터(34) 또는 빔 분할기에 지향시키는 렌즈(32), 소정의 주파수 범위에서의 적외선 방사선의 양에 비례하여 전압을 발생시키는 2개의 검출기(20, 22), 및 이 전압을 증폭하고(42, 44), 쵸퍼 휠(26)의 갭과 동기화된 주파수에서의 디지털 신호로 증폭하는(46) 수단이 있다.
각 센서 헤드(50)는, 컨베이어의 이동 방향에 수직인 정밀 트랙(54) 내의 휠(52) 상에 실린다. 트랙(54)은, 장비 프레임(58)에 고정되는 지지 빔(56)에 의해 지지되거나 대안적으로 플로어로부터 지지된다. 각각의 센서 헤드로의 전력은 대응하는 전력 케이블(60)에 의해 전원 및 종단 케비닛(62)으로부터 전달된다. 전력 케이블(60)은, 센서 헤드(50)가 한정된 측정 범위 동안 트랙(54)을 따라 자유롭게 이동하도록 구성된다. 센서 헤드(50)의 어레이는 선형 액추에이터(64)에 의해 화살표(66) 방향으로 트랙(54)을 따라 함께 이동하며, 선형 액추에이터는 컨베이어 상에 실리는 아래의 대응하는 웨이퍼(12) 위에 각 헤드(50)를 위치시킨다. 컨베이어 및 선형 액추에이터(65)의 조합으로 인해 패턴이 웨이퍼에 걸쳐서 측정될 수 있다.
사용 시, 선형 액추에이터(64)와 컨베이어는 서로 직각 방향으로 이동한다. 이로 인해, 측정 지점(30)의 패턴은 도 5에 도시한 바와 같이 본질적으로 대각선이 된다. 컨베이어는 화살표(68)의 방향으로 이동한다. 그러나, 액추에이터(64)가 컨베이어보다 훨씬 빠르게 이동하면, 각 웨이퍼(12)를 웨이퍼(12)에 걸쳐 여러 지점에서 측정할 수 있다. 이점은 도 5의 점에 의해 도시한 측정 지점(30)의 패턴에 의해 예시되어 있으며, 이들 점중 일부는 참조번호(30)로 표시한 바와 같다. 도 5로부터 알 수 있는 점은, 선형 액추에이터(64)가 역방향으로 이동할 때, 측정 지점(30)의 추가 대각선 패턴을 만들 수 있다는 점이다. 이러한 동작은, 웨이퍼(12)가 화살표(68) 방향으로 컨베이어에 의해 이동함에 따라 다수 회 반복할 수 있다. 일정 컨베이어 속도마다의 측정 지점(30)과 웨이퍼(12)에 걸친 이들 지점의 위치의 어레이는 샘플링 레이트와 선형 액추에이터(64)의 속도의 함수이다.
각 측정 지점(30)에서, 각 센서 헤드(50)의 수신기(18)의 2개의 검출기(20, 22)로부터의 증폭된 전압은 센서 헤드(50)에 위치한 내장된 컴퓨터(48)와 다중화된 아날로그-디지털 변환 보드(46)(도 4)를 사용하여 디지털 신호로 변환된다. 결과 값은, 전력 케이블(60)과 조합될 수 있는 필드버스 또는 LAN 케이블을 통해 전원 및 종단 케비닛(62)에 전송된다. 선형 액추에이터(64) 위치에 대응하는 측정 지점의 위치뿐만 아니라 각 측정 지점(30)에서의 결과적인 2개의 측정치가 컴퓨터(72)에 전송되어 각 측정 지점(30)에 대해 저장된다. 컨베이어 상의 웨이퍼(12)의 존재는 센서(20, 22)에서의 전체 신호 레벨의 단계적 증가를 기초로 하여 알려지게 된다.
특정 웨이퍼(12)나 다른 기판에 관한 샘플 개소 및/또는 샘플링 레이트는 특정 패턴을 따르도록 한정될 수 있다. 또한, 패턴을 미리 한정할 수 있고, 복수의 패턴을 미리 한정할 수 있다. 일련의 샘플에 대해, 하나 이상의 패턴을 사용할 수 있거나, 샘플 개소(측정 지점(30))와 샘플링 레이트를 임의로 변경할 수 있다. 이러한 가변적인 샘플링 기법을 도 5에 예시한다. 또한, 샘플 개소는, 컨베이어 상의 웨이퍼(12)나 다른 기판의 이동을 이용함으로써 "이동 방향"으로 변할 수 있다.
샘플링 개소 위치가 웨이퍼(12)로부터 웨이퍼(12)까지 반복될 수 있게 하기 위해, 개소는 대상 표면 상에 형성된 특정 2차원 위치로부터 오프셋되어야 한다. 대상 표면이 다수의 웨이퍼(12)로 구성되는 경우, 각 웨이퍼(12)의 2개의 에지를 이 웨이퍼(12) 상의 모든 샘플링 개소에 대한 기준으로서 사용한다. 컨베이어가 존재하는 경우만의 신호에 대하여 웨이퍼(12)가 존재할 때의 수신된 신호의 방사선 레벨 변화를 검출함으로써 이들 에지의 위치를 찾게 된다.
센서 헤드(50)에서의 수신기(18)의 각 센서(20, 22)로부터의 전압비 또는 차이는, 이 비/차이를 웨이퍼의 도펀트 함량인 독립 변수에 관련시키는 상관 곡선에서의 종속 변수로서 사용된다. 상관 곡선은, 센서 헤드(50) 하에서 (전자화학적 커패시턴스-전압 프로파일링과 같은 랩(lab) 기반으로 접촉하는 4개의 지점 프로브 또는 기타 오프-라인 측정 기법을 사용하여 측정되는) 알려진 도펀트 함량의 웨이퍼를 통과함으로써 그리고 두 센서(20, 22)에서 결과적인 신호를 측정하여 전압의 관찰한 비/차이를 랩 측정치로부터의 알려진 도펀트 함량에 관련시키는 최소제곱 회귀를 실행함으로써 결정한다.
웨이퍼(12)가 엇갈려 배치되거나(staggered), 각 웨이퍼(12) 상의 상이한 패턴을 측정하는 것이 바람직하다면, 대안적인 실시예는 독립적인 트랙 상에서 각 센서 헤드(50)와 각 센서 헤드(50)마다 선형 액추에이터를 포함한다. 그러나 이 실시예에서, 컨베이어 상의 웨이퍼(12)의 이동 방향으로의 전체 측정 시스템의 크기는 증가한다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에 있어서, 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 대안 실시예를 개략적으로 도 6에 도시한다. 단일 방사선 적외선 소스(예컨대, 도 4의 송신기나 적외선 소스(16))를 수용하는 단일 송신기(74)는 컨베이어(도시 생략)의 일측 상에 위치하며, 이 컨베이어는 PV 전지 제조 라인과 같은 제조 라인의 일부분으로서 웨이퍼(12)를 유지해 반송한다. 적외선 소스는 집속 렌즈를 갖는 광대역 소스 또는 선택 가능한 파장을 가진 레이저일 수 있다. 적외선 소스는 연속 광대역 적외선 소스일 수 있다. 집속된 빔은 쵸핑 휠에 의해 변조되거나 또는 방사선 빔을 웨이퍼 상의 선택된 지점에 지향시켜 집속하는 조정 반사기(steering reflector) 상에서 이 레이저를 전자적으로 변조함으로써 변조된다. 이들 모두는 도 4에 관하여 앞서 논의한 바와 같다.
이 실시예에서, 조정 반사기는 축을 중심으로 회전할 수 있어서, 선택된 간격으로 웨이퍼(12)의 표면(78) 상의 선택된 포지션으로의 송신된 신호(76)의 입사를 변화시키고 빔을 연달아 웨이퍼 그룹 상에 지향시켜 집속한다. 도 6은 여러 개의 송신된 신호(76)와, 대응하는 여러 개의 수신된 신호(82)를 도시하는데, 시스템은 순차로 동작하며 신호는 동시에 생성되지도 수신되지도 않음을 이해해야 한다. 유사하게, 레이저가 적외선 소스로서 사용된다면, 조정 반사기는 축을 중심으로 회전하여 빔을 이동시켜 컨베이어 상에서 이동하는 웨이퍼(12)의 그룹 상의 선택된 지점과 접촉하게 된다.
수신기(80)는, 소스 빔(76)이 조명하는 웨이퍼 상의 동일 지점을 볼 수 있도록 조정되는 반사기와 집속 요소를 갖고 컨베이어의 타측 상에 배치된다. 결과적인 방사선(82) 빔은 검출기 상의 집속 요소에 의해 지향된다.
송신기(74)와 수신기(80)가 특정 샘플 개소로 지향될 때, 송신기는 방사선 빔(76)을 송신하며, 수신기는 웨이퍼 표면(78)으로부터 반사된 바와 같은 신호(82)를 수신한다. 이러한 송신과 수신은 "샘플 기간"으로서 알려진 특정한 시간 기간 동안 발생한다. (한정된 시간 기간 동안 취한 샘플의 개수가 "샘플링 레이트"로 알려져 있다. 샘플링 개소에서의 웨이퍼(12)의 표면(78)의 관찰된 부분의 형상과 크기가 "샘플 영역"이다. 샘플 영역 내에서, 언제라도 수신기가 볼 수 있는 특정 영역의 형상과 크기에 의해 형성되는 하위(sub) 영역이 있을 수 있다. 이를 샘플 "스폿"이라고 부른다.
적외선 소스가 광대역 적외선 소스와 같은 적외선 에너지의 넓은 스펙트럼을 포함하는 광대역 소스라면, 수신된 신호를 수신기(80)의 일부분으로서 빔 분할기를 사용하여 2개의 동일 부분으로 분리해야 하며, 그 후 각각의 절반부를 수신기(80) 내에서 2개의 협대역 통과 필터 - 각각 상이한 중심 파장을 가짐 - 에 집속한다. 각각의 제한된 대역 통과 필터를 통과한 에너지는 2개의 검출기 중 대응하는 하나 상에 집속되고, 전압으로 변환되고, 증폭되어 각 대역에서 에너지에 대응하는 디지털 신호로 변환된다. 2개의 측정치 사이의 기울기나 비가 계산되어, 조정 반사기의 포지션에 의해 한정된 신호의 소정의 포지션마다 저장된다. 이러한 동작은 도 4를 참조하여 앞서 논의한 바와 동일한 방식으로 행해진다. 적외선 소스 빔은 그 후 웨이퍼 상의 새로운 스폿으로 이동하며, 수신기는 이 스폿을 볼 수 있도록 배치되며, 프로세스는 다음 위치에 대해 반복된다.
적외선 소스가 선택 가능한 파장을 가진 레이저라면, 레이저는 2개 이상의 파장 사이에서 교대되며 조정 가능한 반사기를 사용하여 한 지점에 집속된다. 수신기는 집속 요소로 구성되며 반사기는 수신된 에너지를 단일 검출기에 접속하며, 이 검출기의 전압은 증폭되어 레이저 변조 주파수에 대응하는 주파수로 샘플링된다.
도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 측정 시스템의 대안적인 실시예를 도 7에 개략적으로 도시하여 프로세스 단계 또는 연속되는 일련의 프로세스 단계들의 시작에서 하나 이상의 웨이퍼를 측정한 후, 프로세스 단계(들)의 끝에서 웨이퍼(들)를 측정하여 웨이퍼(들)의 적외선 반사도 변화를 계산한다. 이러한 변화는 각 웨이퍼에 미치는 프로세스의 정확한 영향을 결정하는데 사용한다.
이 실시예는, (인산과 같은) 도펀트 또는 도펀트 캐리어가 웨이퍼 표면에 적용되고, 건조되거나 웨이퍼에 확산되고, 웨이퍼에 주입되고, 하나 이상의 에피택셜 층으로서 퇴적되거나 웨이퍼의 표면으로부터 에칭되는 경우에는 언제라도 반도체 제조 프로세스에서 사용할 수 있다. 이러한 실시예는 또한 웨이퍼가 표면 질감을 만들도록 처리되는 경우에는 언제라도 사용할 수 있다.
이 구성에서, 웨이퍼(12)는 화살표(88) 방향으로 컨베이어(86) 상에 실린다. 웨이퍼는, (단일 개체로서 도시되는) 머신 또는 순차적인 머신 세트(84)에 의해 실행되는 프로세스 또는 일련의 프로세스 전 및 후에 (이 도 7과 동일한 참조번호를 가진) 도 6을 참조해 설명한 시스템에 의해 측정된다. 이러한 구성은 프로세스(들) 전 베이스 웨이퍼(90)의 반사도와, 그 후 프로세스(들) 후 베이스 웨이퍼(92)의 반사도를 측정한다. 컴퓨터(94)는 측정 및 비교 프로세스를 제어한다. 도 4를 참조해 설명한 시스템은 도 6을 참조해 설명한 시스템 대신 이 시스템에서 사용될 수 있다.
앞선 일반적인 구성을 제한하지 않고, 특정 PV 전지 제조 단계에 대해 이 실시예를 사용하는 예를 이제 설명한다. 제1 예로, 머신(84)은 단지 도퍼(doper) 머신이며, 이 실시예는 웨이퍼(들) 상의 퇴적된 웨트 도펀트(wet dopant) 캐리어를 측정하는데 사용한다. 제2 예로, 머신(84)은 단지 인-라인 확산 퍼니스이며, 이 실시예는, 웨이퍼(들)의 표면 상에 있던 드라이 도펀트(dried dopant)를 웨이퍼(들)에 확산하는 확산 퍼니스의 효과를 측정하는데 사용한다. 제3 예로, 머신(84)은 PSG 에칭 머신이 다음에 오는 확산 퍼니스이며, 이 실시예는 도펀트 확산 및 에칭 프로세스를 조합하여 측정하는데 사용한다.
허여된 USA 특허 8829442의 개시내용에 있어서, 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 대안적인 실시예를 도 8에 개략적으로 도시한다. 도 3을 참조해 설명한 것에 대한 이 대안적인 실시예에서, (도 6에서처럼) 모든 송신기(74)와 수신기(80)는 단일 지지 구조(96)에 위치하며, 지지 구조(96)는 화살표(98)의 방향으로 함께 앞뒤로 이동하여 도 5에 예시한 바와 같은 패턴에 대해 웨이퍼(12)를 조사한다.
센서(20 및 22)에서 샘플을 비교하는 본 출원인의 방법의 예는, 센서(20 및 22)에서 수신된 신호의 진폭 차이를, 대응하는 센서(20 및 22)와 관련된 대역 통과 필터(34 및 36)의 통과 대역 각각의 중심 사이의 차이에 의해 나눠서 계산하는 것이다. 파장의 함수로서의 반사도의 그래프 상에서, 이것은, 대응하는 센서(20 및 22)와 관련된 대역 통과 필터(34 및 36)의 통과 대역의 중심과 교차하는 선의 기울기이다. 또한 명료성을 위해, 예컨대, 센서(20)와 관련된 대역 통과 필터(34)의 통과 대역의 중심은 8 ㎛에 있을 수 있고, 센서(22)와 관련된 대역 통과 필터(36)의 통과 대역의 중심은 10 ㎛에 있을 수 있다. 센서(20)에서 수신된 신호 진폭이 "x"이며 센서(22)에서 수신된 신호 진폭이 "y"라면, 기울기는 (y-x)/2이다. 상이한 기울기는 검출된 도펀트의 상이한 양을 나타내며, 기울기를 사용함으로써, 여기서 설명한 팩터로 인한 진폭 변동의 영향이 완화된다.
센서(20 및 22)에서 측정된 신호 진폭의 비를 사용함으로써 유사한 완화를 달성할 수 있다. 이 경우, 이 비는 y/x로서 정의된다. 마찬가지로, 센서(20 및 22)에서의 수신된 신호 위상 또는 수신된 신호 극성 사이의 차이 또는 비를 사용할 수 있다.
도 9는, 본 개시의 실시예에 따른 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정하기 위한 비접촉 시스템의 예시적인 상관 곡선의 그래프이다. 이 예에서, 도펀트 함량은 시트 저항으로서 나타낸다. 이 그래프의 곡선(이 경우에 선)은 시트 저항의 오프-라인의 4개의 지점 프로브 측정치(y-축)와 2개의 검출기로부터의 2개의 전압 판독치 사이의 이 선의 기울기의 측정치(x-축) 사이의 상관관계이다. 이것은, 컨베이어 상에 일련의 알려져 있고 증가하게 도핑된 웨이퍼를 놓고 각 센서(20, 22)로부터의 결과적인 전압을 측정하고, 2개의 지점 사이의 선의 결과적인 기울기(또는 2개의 전압의 비)를 계산하며 최소 제곱근 회귀를 사용하여 선형 모델을 피팅(fitting)함으로써 생성된다. 관찰한 데이터 지점은 다이아몬드 표시로 나타내며, 베스트 피트(best-fit)는 선으로 나타낸다. R2 값은, 계산된 선이 관찰된 측정치에 피팅하는 정도를 나타내며, 이 값이 1.0에 가까울수록, 이 선은 관찰된 데이터에 더 피팅한다. 이 선은 관찰된 기울기(x)에 대응하는 시트 저항(y)을 계산하는데 사용된다. 예컨대, 도 9를 참조하면, y = -575.65x + 17.391이다.
기울기가 -0.1이라면, 시트 저항은 y = -575.65(0.1) + 17.391 = 74.9 Ω/스퀘어이다.
다수의 샘플을 웨이퍼나 기판 상의 샘플 구역 위에서 취한다. 이들 샘플의 값은 집합적으로 처리되어(예컨대, 배타적이지는 않지만 평균값의 계산) 의미있는 측정치를 제공한다. 각각의 샘플 구역은 잘 형성될 수 있으며 개별적인 샘플은, 웨이퍼마다 또는 기판마다 통계적으로 유효하고 필적할 만한 측정치를 얻기 위해, 웨이퍼마다 또는 기판마다 정확히 동일한 위치에서 반복할 필요는 없다.
통과 대역 필터(34 및 36)의 통과 대역은 반사된 신호 진폭에 같지 않게 민감하도록 선택될 수 있다. 단일 절대 측정치보다 2개의 상이한 값 사이의 비교를 사용함으로써, 측정치는 다음 중 임의의 하나 이상으로 인한 변동을 제거하도록 정규화된다.
o 다수의 샘플 개소에 걸친 스캐닝으로 인한 입사 및 반사 경로의 길이 및 샘플 구역에서의 샘플간 변화
o 대상 표면에서의 진동 또는 3차원 포지션 변화로 인한 경로 길이, 감쇄, 또는 샘플 구역에서의 샘플간 변동(예컨대, 컨베이어 벨트 불규칙성으로 인한 "범핑")
o 산화물, 포스포-실리케이트(phospho-silicate) 유리, 반사 방지 코팅 또는 오염물과 같은 대상 표면 질감, 결정 경계 또는 기타 표면 아티팩트의 변동으로 인한 신호 속성의 샘플간 변화
o 대상 표면 온도 변동으로 인한 가변적인 반사도
o 대기 습도 및/또는 진애(airbone particles)로 인한 가변적인 신호 감쇄, 위상 또는 극성
o 가변적인 주변 광 및 열
o 센서 내에서 생성된 전기 잡음
o 송신된 신호에서의 파장 및/또는 진폭, 및 수신기에서의 기준 파장 드리프트
o 측정 환경에서의 기타 신호 손상 소스
본 출원인의 발명은 모델링 시스템을 사용하지 않는다. 본 발명은, 대역 통과 광학 필터를 사용한 반사된 스펙트럼의 특정한 좁은 섹션만을 주목하여 이들 2개의 제한된 대역에서의 에너지 사이의 차이나 비를 사용하여 반도체 소재의 자유 캐리어 농도를 직접 추론한다. 본 발명은 기준 스펙트럼을 사용하기 보다는 대신 2개의 분리된 제한된 대역으로 에너지를 격리한다. 본 발명은, 도핑 층과의 상호작용에 민감한 것으로 알려진 스펙트럼의 특정 영역을 사용한다.
일반적으로, 본 발명은, 반도체 소재로부터 반사하는 제한된 대역의 적외선 방사선을 격리하여 다른 상이한 제한된 대역과 비교해서 이 대역에서의 에너지를 측정함으로써 동작한다. 본 출원인은 그리하여 반도체 소재의 도펀트 양을 직접 추론할 수 있다. 본 출원인은, 전체 스펙트럼에서의 에너지를 기준 스펙트럼에 비교하지 않고 알려진 도핑 레벨을 갖는 샘플 세트 상의 각 대역에서의 에너지를 측정함으로써 이러한 동작을 행한다. 본 출원인은, 종속 변수인 각 샘플로부터의 소정의 도펀트 레벨에 대해 독립 변수인 에너지 레벨 차이나 비를 취하여 선형 회귀를 진행한 후, 각 제한된 대역에서의 측정된 에너지 레벨을 기초로 새로운 항목의 도핑 레벨을 직접 추론할 수 있다.
적분구를 사용하여 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 반도체 소재로부터 반사하는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템(도 10 내지 도 17)
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 반도체 웨이퍼(114)로부터 반사되는 2개의 방사선 패턴의 예를 예시 용도로 일반적으로 그리고 개략적으로 도시한다. 소스 방사선(110)이 도 10b와 비교하여 도 10a에서 동일 각도로 웨이퍼(114)에 충돌한다. 그러나 웨이퍼(114)로부터의 반사된 방사선의 패턴(112)은 도 10a 및 도 10b의 예에서 상이하다.
도 10a 및 도 10b에 예시한 반사된 에너지 산란의 변동은, 반도체 웨이퍼(114) 상의 표면 거칠기(질감 및 자름 표시(sawmark))가 그러한 웨이퍼가 거칠어져 광을 포착한다면 일반적으로 균일하지 않아서, 반사된 전자기 에너지의 산란 패턴(112)은 웨이퍼(114) 상의 위치마다 상이할 수 있다는 점 때문이다. 또한, 표면 거칠기에서의 변동은 웨이퍼마다 상이할 수도 있다. 이전 실시예에서, 상이한 양의 에너지는 그러므로 장비가 웨이퍼 표면 거칠기 변동에 민감하게 하는 검출기 애퍼쳐 내로 지향된다. 이것은 도펀트 함량의 측정과 간섭한다. 해법은, 적분구를 사용하여 반사된 에너지를 포착함으로써 웨이퍼 상의 임의의 소정의 위치에서 산란 패턴(112)에 상관없이 동일한 양의 에너지를 일관되게 포착하는 것이었다. 적분구는 또한 실질적으로 동일한 방식으로 에너지를 두 개의 검출기에 지향시키는 것을 용이하게 한다. 그러나 웨이퍼 표면에 대한 적분구의 가까운 근접성은 적분구 자체를 차치하고라도 소스 에너지를 웨이퍼에 적용하는 것의 물리적인 장애를 만든다. 해법으로서, 본 출원인은, 소스 방사선이 적분구를 통과하는 실시예를 개발하였다. 소스 방사선은 웨이퍼에 관한 법선과 각을 이룬다. 적분구를 통해 연장되는 콘딧이나 광 파이프나, 방사선 소스 뒤에 놓인 렌즈일 수 있는 시준기가 이를 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 방사선 소스는 본질적으로, 방사선 소스에 대해 하나 이상의 레이저나 LED를 사용하는 경우와 같이 시준된 방사선을 제공할 수 있다. 소스 에너지를 각을 이루게 하면, 직접 시준기(있다면)로 다시 반사되는 방사선을 최소화하며, 또한 반도체 소재로부터의 반사 전에 적분구에 입사하는 방사선을 최소화하기에 충분하다.
도 11은, 시스템의 여러 구성요소의 간략화된 블록도이다. IR 변조기(120)는 도 11에서 점선과 실선으로 도시한 바와 같은 2개의 포지션 중 하나에 있을 수 있다. 일 변형으로서, IR 변조기(120)는 IR 방사선 소스(122) 전에 배치되며, 다른 변형으로서, IR 변조기(120)는 방사선 소스(122) 뒤에 배치된다. 방사선 소스(122) 아래에 있을 때 IR 변조기(120)는, 후술하는 바와 같이, 교대되는 개구와 단단한 영역(solid area)을 가지며 모터(도 11에는 도시하지 않음)에 의해 회전하는 휠이다. 대안적인 경우에, IR 변조기(120)는 도 11에서 점선으로서 IR 변조기(122) 위에 놓여 도시되는 바와 같이 IR 방사선 소스를 직접 변조하고 있다. 제1 및 제2 적외선 방사선 검출기(124 및 126)는 (도 11에 도시하지 않은) 적분구에 부착된다. 웨이퍼(114)(도 10)로부터 반사되는 방사선은 적분구에 입사하며, 이 경우 적분구 내에서 산란한다. 대역 통과 필터(도시 생략)에 의해 각각 필터링된 방사선의 부분은 검출기(124 및 126)에 충돌한다. 검출기로부터의 신호는 복조기(128)로 이동하며, 복조기는 변조기(120)와 동기화되어 복조한다. 복조된 신호는 그 후 신호 프로세서(130)로 이동하여 앞서 더 상세하게 논의한 바와 같이 처리된다.
도 12는, 도 10 및 도 11의 본 발명의 반도체 소재로부터 반사하는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템(132)의 사시도이다. 시스템(132)은 반도체, 광기전 또는 기타 웨이퍼 제조 라인(도시 생략) 위에 장착되며, 이 라인에서 웨이퍼(114)는 시스템(132) 아래를 통과하여 시스템(132)에 의해 처리된다. 시스템(132)은 웨이퍼 제조 라인 인근의 광학 스택 마운트(134) 또는 기타 적절한 수단에 장착되어 이에 의해 지지된다. 적외선 방사선 소스(136)는 소스 마운트(138)에 의해 마운트(134)에 장착된다. 적외선 방사선 소스(136)는 단일 적외선 방사선 소스 또는 다수의 소스일 수 있으며, 광대역 또는 다수의 제한된 대역 적외선 파장 중 어느 하나를 제공할 수 있다. 예로는 다음이 있다.
a. 열 이미터(광대역 소스);
b. 단일 주파수 시프팅 레이저;
c. 다수의 단일 파장 레이저;
d. 단일, 주파수 시프팅 LED; 및
e. 다수의, 단일 파장 LED.
변조기(142)는 방사선 소스(136) 아래에 배치되어 방사선 소스(136)에 의해 방출되는 방사선을 변조한다. 변조기(142)는 방사선 소스(136)로부터의 펄스화된 적외선 신호를 만든다. 변조기(142)의 예는 다음과 같다.
a. 회전 애퍼쳐 휠 또는 진동 튜닝 포크와 같은 광학 쵸퍼; 및
b. 방사선 소스의 전자 펄스 제어.
변조기(142)는 변조기 마운트(144)에 의해 마운트(134)에 연결되어 이에 의해 지지된다. (변조기(142)는 도 11을 참조해 변조기(120)로서 설명된다.) 변조기(142)는, 교대되는 개구(145)와 단단한 영역(147)을 가지며 모터(도시 생략)에 의해 회전하는 휠(143)이다. 변조기(142)는 방사선 소스(136)로부터 펄스화된 적외선 신호를 만든다. 예로는 회전 애퍼쳐 휠(143), 또는 진동 튜닝 포크, 또는 방사선 소스(136)의 전자 펄스 제어와 같은 광학 쵸퍼가 있다.
방사선 소스(136)는, 목표 파장에서 에너지를 포함할 수 있는 "배경" 신호에 면역성(immunity)을 제공하도록 광학 또는 전기 신호에 의해 변조된다. 2개의 타입의 배경 에너지, 즉 일정한(즉, DC) 에너지 및 펄스화된(즉, AC) 에너지가 있다. DC 배경 에너지의 예는 반도체 및 태양광의 온도이다. 펄스화된 에너지를 검출함으로써, 일정한("DC") 에너지는 배경 에너지로부터 제거된다. 주변 광이 AC 배경 에너지의 예이며, 이는 이것이 AC 메인스 @50 또는 60 Hz로부터 동작하기 때문이다. 이것은, 방사선 소스(136)의 변조 주파수가 AC 메인스의 홀수 고조파가 아님을 확인한 후 증폭기(흔히 동기화된 증폭기로 지칭됨)를 변조 주파수에 동기화함으로써 목표 신호로부터 제거된다.
하우징(140)은 방사선 소스(136) 아래에 배치되며 또한 스택 마운트(134)에 부착되며 이에 의해 지지된다. 하우징(140)은 도 14 및 도 15의 단면에서 가장 잘 도시되는 적분구(146)를 수용한다. 적분구(146)는, 웨이퍼(114)로부터 반사되는 적외선 방사선에 일반적으로 균일한 산란 또는 확산 효과를 제공하는 확산 반사성 코팅으로 덮인 내표면(158)을 가진 빈 구형 공동으로 구성된다. 적분구(146)의 내표면 상의 지점에 입사하는 적외선 방사선은, 다수의 산란 반사에 의해, 적분구(146) 내부의 모든 다른 지점에 실질적으로 동일하게 분포된다. 웨이퍼(114)로부터 반사되는 방사선의 원래의 방향의 영향을 최소화한다.
적분구(146)는, 변조기(142)를 통해 방사선 소스(136)로부터 나오는 방사선의 방향과 정렬되게 상부 개구 또는 제1 개구(148)(도 14 및 도 15)를 포함한다. 방사선 소스(136)는 미리 결정된 양만큼 수직(즉, 제조 라인 상에서 아래로 이동하는 웨이퍼(142)에 대한 법선)으로부터 오프셋되며, 이러한 양은 바람직하게는 법선으로부터 대략 5 도와 45 도 사이이다. 가장 바람직한 각도는 법선으로부터 대략 10 도이다. 법선으로부터 각이 지게 오프셋되면 다시 시준기(존재한다면)에 직접 반사되는 방사선을 최소화한다. 그러나, 이 각도는 웨이퍼로부터 반사하지 않고도 방사선 소스(136)로부터 적분구로의 입사 방사선의 누출을 최소화하기에 충분히 또한 낮게 되어야 한다.
적분구(146)는 제조 라인 상에서 아래로 이동하는 웨이퍼와 일반적으로 평행한 하부 개구 또는 제2 개구(156)도 포함한다. 적분구(146)의 내부 직경에 대한 하부 개구(156) 직경의 비는 신호 세기를 또한 최대화하면서 많은 에너지가 포착되게 하도록 최적화되며, 1 미만, 바람직하게는 0.6 미만(3 내지 5) 사이의 비의 범위를 가질 수 있다. 적분구(146)가 클수록, 신호는 약해지지만 그 주위에 구성요소를 놓을 공간이 더 많아지며 에너지를 포착할 애퍼쳐는 더 커진다. 하부 개구(156)는 상부 개구(148)와 비교하여 그리고 일반적으로 적분구(146)의 직경과 비교하여 상대적으로 크며, 웨이퍼(114)에 상대적으로 가깝게(대략 5 mm) 배치되어, 웨이퍼(114)로부터 반사되는 방사선(114)(도 10) 중 많은 것이 적분구(146)에 입사하는 것을 보장한다.
방사선 소스(136)가 시준되지 않은 적외선 방사선 소스인 경우에, 웨이퍼(114) 상의 특정 영역에 방사선을 지향시켜, 집속하거나 시준하기 위해 시준기가 필요하며, 이는 시준기가 시스템(132) 아래를 통과하며 시스템(132)에 의해 동작하여, 웨이퍼(114)의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 웨이퍼(114)로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 때문이다. 본 실시예의 시준기는 콘딧 또는 광 파이프(150)이며, 이러한 광 파이프(150)는 광 파이프(150)의 입사 단부(152)를 가진 상부 단부(148)를 통해 연장된다. 광 파이프(150)는 변조기(142)에 인접하여 방사선 소스(136)로부터 나오는 방사선을 포착한다. 광 파이프(150)는 적분구(146) 내부에 배치되어 방사선 소스(136)로부터 웨이퍼(114)로의 방사선의 직접 경로를 보장한다. 광 파이프(150)는 또한, 바람직하게는 대략 5 도와 45 도 사이의 범위이며 가장 바람직하게는 대략 10도인, 방사선 소스(136)로부터 나오는 방사선과 동일한 법선과의 각도로 웨이퍼(114)에 대한 법선과 각을 이룬다. 적분구(146) 내에서 적외선 방사선의 산란과 확산을 증가시키기 위해, 광 파이프(150)의 외표면(160)은 적분구(146)의 내표면(158)과 동일하거나 유사한 확산 반사성 코팅으로 코팅될 수 있다.
광 파이프(150)는 검출기(162 및 164)로부터 떨어져서 방사선(136)의 신호를 유지하며, 웨이퍼(114)의 특정 영역을 조명하는 것을, 방사선 소스(136)의 에너지 중 많은 것이 이 영역으로 지향되게 함으로써, 돕는다. 광 파이프의 바깥 부분은 반사성 소재로 구성되어 적분구 내부에서 반사된 방사선을 산란하는 것을 보조한다. 적분구는 웨이퍼에 가깝게 배치됨으로써, 방사선은 적분구 외부로부터 웨이퍼에 충분히 접촉할 수 없다.
광 파이프(150)의 본체의 상당한 부분이, 일반적으로 적분구(146)의 중심 구역을 통해 적분구(146) 내부로 연장된다. 광 파이프(150)의 하부 단부나 출사 단부(154)는 개구(156)와 정렬되게, 바람직하게는 동축 정렬되게 적분구 내부에 배치된다. 그리고, 바람직하게도, 광 파이프(150)의 출사 단부(154)의 직경에 대한 하부 개구(156)의 직경의 비는 대략 2 내지 1이지만, 1.5보다 큰(3 내지 2 이상) 비를 가질 수 있어서, 웨이퍼 상에서 더 작은 스폿 크기를 얻을 수 있고 웨이퍼 상에서 더 큰 분해능 스폿 샘플을 갖는 광 파이프로 또한 다시 반사되는 에너지 손실의 양을 감소시킬 수 있다. 바람직하게도, 광 파이프(150)의 출사 단부(154)는 적분구(146)의 하부 개구(156)에 의해 형성되는 평면과 대략 6 mm 떨어져 있다.
방사선 소스(136)로부터의 변조된 방사선(110)(도 10)은 광 파이프(150)를 통해 이동하여 출사 단부(154) 및 그 후 개구(156)를 통해 출사되어 아래의 제조 라인 상에서 이동하는 웨이퍼(114)와 부딪친다. 방사선(110)은, 방사선 소스(136)와 광 파이프(150)가 각을 이루는 포지션에 의해 결정된 각도로 웨이퍼(114)와 부딪치며, 도 10에서 예시적인 방식으로 가장 잘 확인할 수 있는 바와 같이, 복귀 각도로 웨이퍼(114)에 의해 반사된다. 주로 법선으로부터의 각도로 인해, 대부분의 반사된 방사선(112)(도 10)은 위로 적분구 내로 이동하여 광 파이프(150)의 출사 단부(154)를 회피하여, 방사선 소스(136)로부터의 방사선과 간섭하는 정반사를 최소화한다.
예로서, 적분구(146)의 하부 개구(156)의 직경은 대략 3 cm이고, 적분구(146)의 중심을 통과하는 내부 직경은 대략 5 cm이며, 광 파이프(150)의 출사 단부(154)의 직경은 대략 1.3 cm이다.
적분구(146)는, 각각의 적외선 방사선 검출기(162 및 164)와 접촉하는 적분구(146) 내부의 방사선의 양을 측정하도록 배치되는 적외선 방사선 검출기(162 및 164)의 쌍을 포함한다. (적외선 방사선 검출기(162 및 164)는 도 11을 참조하여 검출기(124 및 126)로서, 그리고 도 4를 참조하여 검출기(20 및 2)로서 설명한다.) 대역 통과 필터(166 및 168)는 각각의 검출기(162 및 164)와 적분구(146)의 내부 사이에 배치된다.
대역 통과 필터(166) 또는 (에지 통과 필터일 수도 있으며 도시하지는 않는) 제1 대역 통과 필터가 웨이퍼(114)나 적분구(146)의 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제1 부분을 수광하도록 배치되며, 적외선 방사선 소스(136)의 선택된 파장에 중심을 둔 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 필터(166)를 통해 검출기(124)에 통과시키도록 구성된다. 대역 통과 필터(168) 또는 (에지 통과 필터일 수도 있으며 도시하지는 않는) 제2 대역 통과 필터가 웨이퍼(114)나 소재로부터 반사되는 수광된 방사선의 제2 부분을 수광하도록 배치되며, 적외선 방사선 소스(136)의 선택된 파장에 중심을 둔 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 필터(168)를 통과시키도록 구성된다. 필터(168)를 통과한 제한된 파장 대역은 필터(166)를 통과한 제한된 파장 대역과 비교해 상이하다.
바람직한 실시예에서, 그리고 대역 통과 필터(166 및 168)가 사용될 때, 대역 통과 필터(166 및 168)는 바람직하게는 대략 1.6 ㎛ 및 5.4 ㎛에 중심을 둔다. 일반적으로, 통과 대역은, 한쪽 또는 양쪽에서의 반사도의 진폭이 자유 캐리어 흡수도(free carrier absorption)에 의해 좌우되도록 선택된다.
적분구(146)는 적분구(146) 내부에 배치되는 내부 배플(170 및 172)의 쌍을 포함하여 직접 반사된 에너지(114)가 검출기(162 및 164) 각각에 접촉하는 것을 방지한다. 개구(156)를 통해 적분구(146)에 입사하는 모든 에너지(112)는, 검출기(162 또는 164)에 부딪치기 전에 가능한 많이 적분구(146)에서 확산되거나 산란되어야 한다.
적분구(146)는 적분구(146) 내의 반사와 산란으로 인해 적분구 내에서 에너지를 균등화하도록 동작한다. 웨이퍼(114)로부터의 반사된 방사선의 임의의 원래의 방향성 팩터도 동일한 동작에 의해 제거된다. 결국, 2개의 검출기(162 및 164)는 대략 동일한 평균 레벨의 반사된 에너지(112)를 수신한다(도 10). 이것은, 웨이퍼(114)의 여러 영역에서의 상이한 표면 특징에 의해 초래되는 검출기(162 및 164)에서의 불균일한 방사선 레벨을 방지한다. 목표 파장에서 웨이퍼(114)로부터 방출되는 에너지(112)의 양은 시스템(132)에 의해 검출되는 웨이퍼(114)의 양의 농도의 함수이다.
검출기(162 및 164)로부터의 신호는, 변조기(120)(도 11)나 변조기(142)(도 12 내지 도 15)와 동기화되는 복조기(128)(도 11)로 이동하여 복조된다. 복조된 신호는 그 후 신호 프로세서(130)(도 11)로 이동하여 앞서 더 상세하게 논의한 바와 같이 처리된다. 동기화는, (흔히 동기화된 증폭기로 지칭되는) 변조 주파수에 동기호된 신호 증폭기에 의해 행해질 수 있다.
대안적인 실시예는 도 16 및 도 17을 참조하여 논의한다. 이 실시예는, 시스템(173)의 방사선 소스(136)가 적외선 레이저 또는 LED와 같은 시준된 적외선 방사선 소스이어서 광 파이프(150)와 같은 시준기가 앞서 말한 바와 같이 필요하다는 점을 제외하고는, 앞서 도 10 내지 도 15를 참조하여 논의한 실시예와 동일하다. 대신, 렌즈(174)는 변조기(142) 아래에서 시준된 방사선 소스(136)와 상부 개구 또는 제1 개구(148) 사이에 배치된다.
방사선 소스(136)는 미리 결정된 양만큼 수직(즉, 제조 라인 상에서 아래로 이동하는 웨이퍼(114)에 대한 법선)으로부터 오프셋되며, 이러한 양은 바람직하게는 법선으로부터 대략 5 도와 45 도 사이이다. 가장 바람직한 각도는 법선으로부터 대략 10도이다. 법선으로부터 각이 지게 오프셋되면 정반사를 최소화하도록 동작하며, 이것은 웨이퍼(114)로부터의 반사된 방사선이 방사선 소스(136)로부터의 방사선과 간섭하는 것을 방지하는데 중요하다. 방사선 소스(136)의 방사선은 렌즈(174)에 의해 집속되며 적분구(146)를 통과해 방사선 소스(136)로부터의 방사선과 법선과의 동일한 각도로 개구(156)로부터 출사된다. 방사선은 그 후 도 10에 도시한 바와 같이 그러한 각도로 웨이퍼(114)의 부분에 충돌한다. 반사된 방사선은 개구(156)를 통해 적분구(146)에 입사하여 적분구(146) 내에서 다수 회 반사된 후 대역 통과 필터(166 및 168) 중 하나에 충돌하여 관련된 검출기(162 및 164)와 충돌하기 전 대역 통과 필터(166 및 168)의 미리 결정된 통과 대역을 기초로 필터링되며, 이들 모든 구성은 이전 실시예의 대역 통과 필터(166, 168) 및 검출기(162, 164)를 참조하여 앞서 논의한 바와 같다.
앞선 설명으로부터, 본 발명의 특정한 실시예는 본 명세서에서 예시 용도로 설명하였지만, 본 발명의 여러 실시예의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 여러 변경을 할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 또한, 본 발명의 특정한 실시예와 관련된 여러 장점이 이들 실시예의 환경에서 앞서 설명하였지만, 다른 실시예도 그러한 장점을 보일 수 있으며, 모든 실시예가 본 발명의 범위 내에 있는 그러한 장점을 반드시 보일 필요는 없다.

Claims (29)

  1. 반도체 소재의 도펀트 함량을 측정할 때 사용하기 위해 상기 반도체 소재로부터 반사되는 방사선 레벨을 측정하기 위한 시스템에 있어서,
    a) 적외선 방사선 소스;
    b) 상기 적외선 방사선 소스로부터의 방사선을 변조하기 위한 변조기;
    c) 상기 적외선 방사선 소스로부터의 변조된 상기 방사선을 수광하기 위한 제1 개구와, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 방사선을 수광하기 위한 제2 개구를 갖는 적분구(integrating sphere)로서, 상기 적분구 내에서 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선을 산란시키도록 구성되는 것인, 상기 적분구;
    d) 상기 적외선 방사선 소스로부터 상기 적분구를 통해 상기 방사선을 지향시켜 상기 반도체 소재에 관한 법선으로부터 일정 각도로 상기 반도체 소재에 충돌하도록 구성되는 시준기로서, 상기 일정 각도는, 상기 시준기에 다시 직접 반사되는 방사선을 최소화하고, 또한 상기 반도체 소재로부터의 반사 전에 상기 적분구에 입사하는 방사선을 최소화하기에 충분한 것인, 상기 시준기;
    e) 상기 적분구 내에 배치되어, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선이 상기 적분구 내에서 제1 산란 없이 제1 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제1 배플(baffle);
    f) 상기 적분구 내에 배치되어, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선이 상기 적분구 내에서 제1 산란 없이 제2 대역 통과 필터로 이동하는 것을 방지하는 제2 배플;
    g) 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선의 제1 부분을 수광하도록 배치되는 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 상기 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통해 상기 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되는 것인, 상기 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터;
    h) 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선의 제2 부분을 수광하도록 배치되는 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터로서, 상기 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통해 상기 적외선 방사선 소스에 의해 방출되는 전체 스펙트럼으로부터 제한된 파장 대역의 적외선 방사선을 통과시키도록 구성되며, 상기 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역은 상기 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통과한 제한된 파장 대역과 비교하여 상이한 것인, 상기 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터;
    i) 상기 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제1 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제1 방사선 검출기; 및
    j) 상기 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터를 통과한 방사선을 수광하도록 배치되며, 제2 에너지 레벨을 결정하도록 구성되는 제2 방사선 검출기
    를 포함하고,
    상기 시준기는 적어도 부분적으로 상기 적분구 내에서 연장되는 콘딧(conduit)을 포함하는 것인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 법선으로부터의 일정 각도는 10 도인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 법선으로부터의 일정 각도는 5 도와 45 도 사이인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 법선으로부터의 일정 각도는, 상기 반도체 소재로부터 반사 없이 상기 적외선 방사선 소스로부터 상기 적분구로의 변조된 방사선의 누출을 최소화하기에 충분히 낮은, 방사선 레벨 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 콘딧은 광 파이프인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 파이프는, 상기 적분구의 전체 직경에 대해 상기 적분구의 중심을 통해 길이 방향으로 연장되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시준기는, 상기 적외선 방사선 소스로부터의 변조된 상기 방사선을 집속해 상기 적분구를 통과시켜 상기 반도체 소재에 충돌하도록 구성되는 렌즈를 포함하는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적외선 방사선 소스로부터의 변조된 상기 방사선은 상기 적분구를 탈출하여 상기 제2 개구를 통해 상기 반도체 소재에 충돌하는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 배플은, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 동일한 정도의 수광된 상기 방사선을 차단하도록 구성되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적분구는, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선의 상기 적분구 내에서의 반사를 향상시키도록 구성되는 내표면을 포함하는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 콘딧은, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선의 상기 적분구 내에서의 상기 방사선의 반사를 향상시키도록 구성되는 외표면을 포함하는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 개구는, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 상기 방사선의 전부가 상기 반도체 소재의 표면 변화(surface variation)에 상관없이 상기 적분구에 입사하게 하도록 상기 반도체 소재로부터 거리를 두고 배치되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 개구는 상기 반도체 소재로부터 5 mm에 배치되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 개구와 상기 콘딧의 하류 개구는 동축 정렬되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 적분구의 제2 개구의 직경은 상기 콘딧의 하류 개구의 직경보다 더 큰, 방사선 레벨 측정 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 변조기는,
    a) 고속 쵸핑 휠(chopping wheel)을 사용한 변조기;
    b) 상기 적외선 방사선 소스의 펄스 변조를 사용한 변조기; 및
    c) 상기 적외선 방사선 소스의 주파수 변조를 사용한 변조기
    의 그룹으로부터 선택되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 적외선 방사선 소스는, a) 다중 파장 적외선 레이저, b) 각각 파장이 상이한 복수의 적외선 레이저, c) 하나 이상의 적외선 발광 다이오드, 또는 d) 광대역 적외선 방사선 소스 중 어느 하나인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 대역 통과 또는 에지 통과 필터와 상기 제2 대역 통과 또는 에지 통과 필터 모두에 대한 통과 대역은 1 ㎛보다 긴, 방사선 레벨 측정 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 통과 대역은, 한쪽 또는 양쪽에서의 반사의 진폭이 자유 캐리어 흡수도(free carrier absorption)에 의해 좌우되도록 선택되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  20. 제5항에 있어서, 상기 광 파이프는, 상기 반도체 소재로부터 반사되는 수광된 상기 방사선의 적분구에서의 반사를 향상시키도록 구성되는 외표면을 포함하는, 방사선 레벨 측정 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 상기 적분구의 제2 개구의 직경은 3 cm이며, 상기 적분구의 내부 직경은 5 cm인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 콘딧의 하류 개구의 직경은 1.3 cm인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 상기 적분구의 내부 직경에 대한 상기 제2 개구의 직경 비는 3 내지 5인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  24. 제5항에 있어서, 상기 광 파이프의 하류 개구의 직경에 대한 상기 제2 개구의 직경 비는 2 내지 1인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  25. 제5항에 있어서, 상기 광 파이프의 하류 개구의 직경에 대한 상기 제2 개구의 직경 비는 1.5 내지 1 이상인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  26. 제5항에 있어서, 상기 광 파이프의 출사 단부(outlet end)는 상기 적분구의 제2 개구에 의해 형성되는 평면으로부터 6 mm인, 방사선 레벨 측정 시스템.
  27. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 에너지 레벨의 결정치(determination)를 증폭하기 위한 증폭기를 더 포함하고, 상기 증폭기는 방사선 변조 주파수에 동기화되는, 방사선 레벨 측정 시스템.
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