KR20200093690A - 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정은, 경사 조명 파장 광의 빔을 샘플의 부분 상으로 보내고, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 샘플의 부분 상으로 방출하게 하기 위한 수직 조명 파장 광의 빔을 보내고, 샘플로부터의 결함 산란된 방사선 또는 광루미네선스 방사선을 수집하고, 샘플로부터의 방사선을 가시광 스펙트럼에서의 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 경사 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하고, 방사선의 제 1 부분, 제 2 부분, 또는 제 3 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하고, 방사선의 제 1 부분, 제 2 부분, 또는 제 3 부분의 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들 또는 하나 이상의 산란 결함들을 검출한다.

Description

샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DEFECT DETECTION AND PHOTOLUMINESCENCE MEASUREMENT OF A SAMPLE}
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 다음의 열거된 출원(들)("관련 출원들")으로부터 최선 유효 출원일(들)의 이익에 관련되고 이 출원일(들)의 이익을 주장한다(예컨대, 관련 출원(들)의 임의의 그리고 모든 원출원, 원출원의 원출원, 원출원의 원출원의 원출원 등의 출원들에 대하여, 특허 가출원들 이외의 것에 대한 가장 조기에 가능한 우선일들을 주장하거나, 특허 가출원들에 대하여 35 USC § 119(e) 하의 이익들을 주장함).
관련 출원들
USPTO 여분의 법정 요건들의 목적들을 위하여, 본 출원은 출원 번호 제61/839,494호인, 발명자로서 ROMAIN SAPPEY의 명의로, 2013년 6월 26일자로 출원된, "PHOTOLUMINESCENCE AND DEFECT INSPECTION SYSTEMS AND METHODS(광루미네선스 및 결함 검사 시스템들 및 방법들)"이라는 명칭의 미국 특허 가출원의 정규(비잠정적인) 특허 출원을 구성한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로, 결함들의 검출 및 분류에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 광루미네선스(photoluminescence)의 검출 및 분류와, 결함들을 산란시키는 것에 관한 것이다.
점점 축소되는 반도체 디바이스들에 대한 수요가 계속 증가함에 따라, 결함 식별 및 분류를 위한 개선된 검사 툴들에 대한 수요도 많아질 것이다. 제조된 디바이스들의 품질에 영향을 주는 결함들은 예를 들어, 적층 불량 결함(stacking fault defect)들 및 기저 평면 전위 결함(basal plane dislocation defect)들을 포함할 수도 있다. 적층 불량 결함들 및 기저 평면 전위들은 자외선 광으로 자극될 때에 약한 광루미네선스 시그니처(photoluminescent signature)를 나타낸다. 현재의 검사 툴들은 산란 타입 결함들과 함께 광루미네선스 결함들을 효율적으로 측정하지 못한다. 이와 같이, 종래 기술의 결함들을 치유하도록 작동하는 개선된 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이 바람직하다.
샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템이 개시된다. 하나의 양태에서, 시스템은, 경사 조명 파장(oblique-illumination wavelength)의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 경사 입사 방사선 소스(oblique-incidence radiation source); 경사 조명 파장과는 상이한 수직 조명 파장(normal-illumination wavelength)의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 수직 입사 방사선 소스(normal-incidence radiation source)로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광(photoluminescent light)을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 입사 방사선 소스; 샘플을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스 및 수직 입사 방사선 소스로 스캔 프로세스(scanning process)를 수행하기 위하여 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리(sample stage assembly); 샘플로부터의 방사선을 수집하도록 구성된 수집 광학기기들의 세트로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 수집 광학기기들의 세트; 수집 광학기기들의 세트에 의해 수집된 방사선의 적어도 부분을 수신하도록 구성된 필터 서브 시스템으로서, 필터 서브 시스템은 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광(visible) 또는 근적외선(near-infrared) 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 경사 조명 파장을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하도록 구성되는, 상기 필터 서브 시스템; 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 1 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 1 센서, 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 2 센서, 및 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 적어도 제 3 센서를 포함하는 검출 서브 시스템; 제 1 센서, 제 2 센서, 및 제 3 센서에 통신가능하게 결합된 제어기로서, 제어기는, 제 2 센서 및 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들 중의 적어도 하나에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하고; 그리고 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 및 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들 중의 적어도 하나에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하도록 구성되는, 상기 제어기를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 시스템은, 경사 조명 파장의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 경사 입사 방사선 소스; 경사 조명 파장과는 상이한 수직 조명 파장의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 수직 입사 방사선 소스로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 입사 방사선 소스; 샘플을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스 및 수직 입사 방사선 소스로 스캔 프로세스를 수행하기 위하여 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리; 샘플로부터의 방사선을 수집하도록 구성된 수집 광학기기들의 세트로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 수집 광학기기들의 세트; 수집 광학기기들의 세트에 의해 수집된 방사선의 적어도 부분을 수신하도록 구성된 필터 서브 시스템으로서, 필터 서브 시스템은 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 경사 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 3 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 4 부분으로 분리하도록 구성되는, 상기 필터 서브 시스템; 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 1 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 1 센서, 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 2 센서, 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 3 센서, 및 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 4 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 적어도 제 4 센서를 포함하는 검출 서브 시스템; 및 제 1 센서, 제 2 센서, 및 제 3 센서에 통신가능하게 결합된 제어기로서, 제어기는, 제 2 센서 및 제 3 센서 중의 적어도 하나에 의해 측정된 광에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하고; 그리고 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역에서의 제 1 센서, 제 2 센서, 제 3 센서, 및 제 4 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호를, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 제 1 센서, 제 2 센서, 제 3 센서, 및 제 4 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써, 제 1 센서, 제 2 센서, 제 3 센서, 및 제 4 센서 중의 적어도 하나에 의해 검출된 광에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하도록 구성되는, 상기 제어기를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 시스템은, 수직 조명 파장의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 수직 입사 방사선 소스로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 입사 방사선 소스; 샘플을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스 및 수직 입사 방사선 소스로 스캔 프로세스를 수행하기 위하여 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리; 샘플로부터의 방사선을 수집하도록 구성된 수집 광학기기들의 세트로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 수집 광학기기들의 세트; 수집 광학기기들의 세트에 의해 수집된 방사선의 적어도 부분을 수신하도록 구성된 필터 서브 시스템으로서, 필터 서브 시스템은 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하도록 구성되는, 상기 필터 서브 시스템; 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 1 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 1 센서, 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 2 센서, 및 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 적어도 제 3 센서를 포함하는 검출 서브 시스템; 및 제 1 센서, 제 2 센서, 및 제 3 센서에 통신가능하게 결합된 제어기로서, 제어기는, 제 2 센서에 의해 측정된 광에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하고; 그리고 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역에서의 제 1 센서 및 제 3 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호를, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 제 1 센서 및 제 3 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써, 제 1 센서 및 제 3 센서 중의 적어도 하나에 의해 검출된 광에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하도록 구성되는, 상기 제어기를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 시스템은, 수직 조명 파장의 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내도록 구성된 수직 입사 방사선 소스로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 입사 방사선 소스; 샘플을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스 및 수직 입사 방사선 소스로 스캔 프로세스를 수행하기 위하여 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리; 샘플로부터의 방사선을 수집하도록 구성된 수집 광학기기들의 세트로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 수집 광학기기들의 세트; 수집 광학기기들의 세트에 의해 수집된 방사선의 적어도 부분을 수신하도록 구성된 필터 서브 시스템으로서, 필터 서브 시스템은 샘플로부터의 방사선을 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들로 분리하도록 구성되고, 각각의 부분은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 상이한 스펙트럼 범위의 방사선에서 하나 이상의 파장들을 포함하는, 상기 필터 서브 시스템; 복수의 센서들을 포함하는 검출 서브 시스템으로서, 각각의 센서는 필터 서브 시스템에 의해 송신된 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들 중의 하나의 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하는 데에 적당한, 상기 검출 서브 시스템; 및 복수의 센서들의 각각에 통신가능하게 결합된 제어기로서, 제어기는, 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역에서의 복수의 센서들 중의 적어도 하나로부터의 신호를, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 복수의 센서들 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써, 복수의 센서들의 각각에 의해 검출된 상기 광에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하고; 그리고 복수의 센서들의 각각에 의해 측정된 하나 이상의 신호들에 기초하여 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들을 분류하도록 구성되는, 상기 제어기를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법이 개시된다. 하나의 실시형태에서, 방법은, 경사 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계; 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 경사 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하는 단계; 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을 측정하는 단계; 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하는 단계; 및 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하는 단계를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 방법은, 경사 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 보내는 단계로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 조명 파장 광의 빔을 보내는 단계; 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계; 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 경사 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 3 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 4 부분으로 분리하는 단계; 방사선의 제 1 부분의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들, 및 방사선의 제 4 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하는 단계; 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하는 단계; 및 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하는 단계를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 방법은, 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 보내는 단계로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 조명 파장 광의 빔을 보내는 단계; 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계; 샘플로부터의 방사선을, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하는 단계; 방사선의 제 1 부분의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들, 및 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하는 단계; 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출하는 단계; 및 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하는 단계를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 방법은, 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 조명 파장 광의 빔을 상기 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계; 샘플로부터의 방사선을 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들로 분리하는 단계로서, 각각의 부분은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광의 상이한 스펙트럼 범위에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는, 상기 분리하는 단계; 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각에 대한 하나 이상의 특징들을 측정하는 단계; 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하는 단계; 및 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각과 연관된 하나 이상의 신호들에 기초하여 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들을 분류하는 단계를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 양태에서, 방법은, 수직 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계로서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적당한, 상기 수직 조명 파장 광의 빔을 상기 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 경사 조명 파장 광의 빔을 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내는 단계; 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계로서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함하는, 상기 샘플로부터의 방사선을 수집하는 단계; 샘플로부터의 방사선을 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 근자외선(near ultraviolet; NUV) 부분으로 분리하는 단계; 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하는 단계; 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분의 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출하는 단계; 및 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분과 연관된 하나 이상의 신호들에 기초하여 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들을 분류하는 단계를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
상기한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명의 양자는 오직 예시적이며 설명적이고, 반드시 청구된 바와 같은 발명의 한정인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 명세서 내에 편입되어 명세서의 일부를 구성하는 첨부한 도면들은 발명의 실시형태들을 예시하고, 일반적인 설명과 함께, 발명의 원리들을 설명하도록 작용한다.
개시물의 여러 장점들은 첨부한 도면들을 참조하여 당해 분야의 숙련자들에 의해 더욱 양호하게 이해될 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템의 간략화된 개략도를 예시한다.
도 1b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 광루미네선스 스펙트럼 상에 중첩된 스펙트럼 통합 빈들의 세트를 예시한다.
도 1c는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 나선형 스캔 검사 시스템의 검사 경로의 개념도를 예시한다.
도 1d는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템의 간략화된 개략도를 예시한다.
도 1e는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 광루미네선스 스펙트럼 상에 중첩된 스펙트럼 통합 빈들의 세트를 예시한다.
도 1f는 본 발명의 실시형태에 따라, 어두운 콘트라스트 모드(dark contrast mode) 및 밝은 콘트라스트 모드(bright contrast mode)에서 취득된 적층 불량 결함 및 기저 평면 전위의 화상 데이터를 예시한다.
도 1g는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템의 간략화된 개략도를 예시한다.
도 1h는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템의 간략화된 개략도를 예시한다.
도 1i는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템의 간략화된 개략도를 예시한다.
도 1j는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 광루미네선스 스펙트럼 상에 중첩된 스펙트럼 통합 빈들의 세트를 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법에서 수행된 단계들을 예시하는 프로세스 흐름 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법에서 수행된 단계들을 예시하는 프로세스 흐름 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법에서 수행된 단계들을 예시하는 프로세스 흐름 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법에서 수행된 단계들을 예시하는 프로세스 흐름 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법에서 수행된 단계들을 예시하는 프로세스 흐름 다이어그램이다.
상기한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명의 양자는 오직 예시적이며 설명적이고, 반드시 청구된 바와 같은 발명의 한정인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 명세서 내에 편입되어 명세서의 일부를 구성하는 첨부한 도면들은 발명의 실시형태들을 예시하고, 일반적인 설명과 함께, 발명의 원리들을 설명하도록 작용한다. 첨부한 도면들에서 예시되어 있는 개시된 발명요지에 대해 지금부터 더욱 상세하게 참조가 행해질 것이다.
도 1a 내지 도 1j를 일반적으로 참조하면, 샘플에 대한 결함 검출 및 광루미네선스 측정 및 결함 분류를 위한 시스템이 본 발명에 따라 설명된다. 본원에서는, 반도체 디바이스 층들에서 존재하는, 적층 불량(stacking fault; SF)들 및 기저 평면 전위(basal plane dislocation; BPD)들과 같은 어떤 결정성 결함(crystalline defect)들이 자외선(UV) 방사선(예컨대, λ < 385 nm)로 여기될 때에 비록 약하지만, 특징적인 발광 시그니처를 생성할 수도 있다는 것에 주목한다. 예를 들어, 와이드 밴드갭(wide-bandgap) 반도체 전력 디바이스(예컨대, 실리콘 카바이드 기반 전력 디바이스 또는 갈륨 나이트라이드 기반 전력 디바이스)의 에피층(epilayer)과 연관된 적층 불량들 및 기저 평면 결함들은 자외선 광으로 조명될 때에 광루미네선스 광(photoluminescent light)을 방출할 수도 있다. 실리콘 카바이드(SiC) 기반 전력 디바이스들의 경우, 연관된 적층 불량들에서 광루미네선스를 자극하기 위하여 이용된 자외선 광은 전력 디바이스 산업에서 에피층 성장을 위해 통상적으로 이용된 4H-SiC 밴드갭의 SiC 폴리타입(polytype)에 대충 대응할 수도 있다.
시스템(100)(예컨대, 도 1a)의 다양한 실시형태들은 부분적으로, (예컨대, 동일한 광학 헤드에서 위치된) 단일 플랫폼에서 광루미네선스(PL) 맵핑 및 결함 검출을 동시에 수행하기 위한 광학적 아키텍처 및 분석 절차에 대한 것이다. 구체적으로, 일부의 실시형태들에서, 본 발명은 와이드 밴드갭 반도체 기반 전력 디바이스와 같은 소정의 샘플의 기판 및 에피층 부분들에서의 산란 및 광루미네선스 결함 검출을 허용할 수도 있다. 게다가, 본 발명의 다양한 실시형태들은, 감속, 정지 및 방향 변경들이 회피될 때에 더욱 신속한 검사 프로세스를 제공하는 나선형 스캔 검사 구성(예컨대, KLA-TENCOR에 의한 SURFSCAN 시스템)을 사용하여 산란 및 광루미네선스 결함 검출을 수행할 수도 있다.
본 발명은 소정의 센서가 소정의 광루미네선스 스펙트럼의 선택된 부분(즉, 스펙트럼 빈)을 검출하도록 하는 조정가능한 광학적 아키텍처를 제공한다. 도 1b에서 도시된 바와 같이, 적층 불량들 또는 기저 평면 결함들과 같은 다수의 타입들의 광루미네선스 결함들을 포함하는 샘플은 자외선 광으로 여기될 때에 강인한 광루미네선스 스펙트럼(134)(예컨대, 도 1b의 피크들(143b 내지 143d) 참조)을 생성할 수도 있다. 또한, 각각의 타입의 적층 불량은 광루미네선스 피크의 위치와 같은, 특징적인 광루미네선스 스펙트럼 피처(photoluminescent spectral feature)를 생성할 수도 있다는 것에 주목한다. 예를 들어, 도 1b에서 도시된 바와 같이, 4S 타입 적층 불량은 325 nm 레이저로 여기될 때에 대략 460 nm에서 피크를 나타낼 수도 있고, 2S 타입 적층 불량은 325 nm 레이저로 여기될 때에 대략 500 nm에서 피크를 나타낼 수도 있고, 막대 타입(bar-type) 적층은 325 nm 레이저로 여기될 때에 대략 420 nm에서 피크를 나타낼 수도 있다. 본 발명은 소정의 샘플과 연관된 광루미네선스 스펙트럼의 선택된 스펙트럼 대역들을 독립적으로 측정할 수도 있고, 그 측정치들에 기초하여, 구성성분의 광루미네선스 결함들을 검출 및/또는 분류할 수도 있다(예컨대, 샘플에서의 적층 불량들의 타입들을 분류함). 본원에서는, 도 1b에서 도시된 스펙트럼이 325 nm UV 레이저로 취득되었지만, 도 1b에서 나타낸 원리들은 또한, 355 nm 레이저와 같이, 그러나 이것으로 제한되지는 않는, 325 nm와는 상이한 파장들의 레이저들로 생성된 스펙트럼에서 관찰된다는 것에 주목한다.
도 1a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템(100)의 블록 다이어그램 도면을 예시한다. 하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 경사 조명 파장 λO를 가지는 광의 빔(101)(예컨대, 레이저 빔)을 샘플(104)의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플(104)의 부분 상으로 보내도록 구성된 경사 입사 방사선 소스(103)를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 시스템(100)은 수직 조명 파장 λN를 가지는 광의 빔(110)(예컨대, 레이저 빔)을 샘플(104)의 표면에 대해 수직인 방향을 따라 샘플(104)의 부분 상으로 보내도록 구성된 수직 입사 방사선 소스(102)를 포함한다. 경사 입사 방사선 소스(103)는 임의의 파장 또는 파장들의 범위에서 광을 방출할 수도 있다. 또한, 경사 입사 방사선 소스(103)는 당해 분야에서 알려진 임의의 방사선 소스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 경사 입사 방사선 소스(103)는 레이저를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 하나의 실시형태에서, 경사 입사 방사선 소스(103)는 가시광 스펙트럼 레이저를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 경사 입사 방사선 소스(103)는 405 nm 광을 방출할 수 있는 레이저를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 대안적인 실시형태에서, 경사 입사 방사선 소스(130)는 자외선 스펙트럼 레이저를 포함할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란되는 경사 입사 광을 수집하고 분석함으로써 샘플(104)의 표면 상에서(또는 표면에서) 하나 이상의 결함들을 검출할 수도 있다. 본원에서, 경사 입사 방사선 소스(103) 및 대응하는 검출 서브 시스템의 포함은 시스템(100)이 본 발명의 적어도 일부의 구성들에서 암시야(dark-field) 모드에서 동작하도록 한다는 것에 주목한다. 또한, 본원에서는, 입자 결함(particle defect)들이 피트 결함(pit defect)들보다, 경사 각도에서 기판에 충돌하는 광에 대한 더 강한 응답을 나타내므로, 경사 입사 소스(103)로부터의 광은 피트 결함들과 입자 결함들 사이의 구별을 보조한다는 것에 주목한다. 이와 같이, 경사 입사 광에 대응하는 파장(또는 파장 범위)(예컨대, 405 nm)에서의 측정된 응답에 기초하여, 샘플 표면에서의 하나 이상의 결함들은 피트 결함 또는 입자 결함의 어느 하나로서 분류될 수도 있다(예컨대, 제어기(141)를 통해 분류됨). 피트와 입자 결함들 사이를 구별하는 데에 적당한 검사 시스템 및 방법은 2011년 3월 13일자로 허여된, Vaez-lravani 등에 대한 미국 특허 제6,201,601호에서 설명되어 있고, 이 미국 특허는 전체적으로 참조를 위해 본원에 편입된다.
수직 입사 방사선 소스(102)는 광루미네선스 광을 방출하기 위하여, 샘플(104)의 에피층들에서 위치된 적층 불량 결함들과 같은, 샘플(104)의 표면의 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 자극하는 데에 적당한 임의의 파장 또는 파장들의 범위에서 광을 방출할 수도 있다. 예를 들어, 수직 입사 방사선(normal-incidence radiation; 110)는 자외선 광을 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 수직 입사 방사선(110)의 파장 λN는 경사 입사 방사선(101)의 파장 λO보다 더 작다. 예를 들어, 수직 입사 방사선(110)는 355 nm의 파장을 가지는 자외선 광을 포함할 수도 있는 반면, 경사 입사 방사선(101)는 405 nm의 파장을 가질 수도 있다. 또한, 수직 입사 방사선 소스(102)는 당해 분야에서 알려진 임의의 방사선 소스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수직 입사 방사선 소스(102)는 레이저를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 수직 입사 방사선 소스(102)는 자외선 연속파(continuous wave; CW) 레이저와 같은 자외선 레이저를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 수직 입사 방사선 소스(102)는 355 nm 광을 방출할 수 있는 자외선 레이저를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 본원에서는, 355 nm UV 광이 샘플의 적층 불량 결함들에서의 광루미네선스 방출을 자극하기 위해 적당하다는 것에 주목한다. 또한, 355 nm 파장은 제한이 아니며, 단지 예시를 위해 제공된다는 것에 주목한다. 본원에서는, 상이한 타입들의 광루미네선스 결함들에서의 광루미네선스 방출을 자극하기 위하여, 광의 상이한 파장들이 본 발명의 수직 입사 광원(102)에 의해 사용될 수도 있다는 것이 인식된다.
본원에서 이전에 설명된 광루미네선스 자극 양태들에 추가하여, 시스템(100)은 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란되는 수직 입사 광을 수집하고 분석함으로써 샘플(104)의 표면 상에서 하나 이상의 결함들을 검출할 수도 있다. 이와 관련하여, 수직 입사 방사선 소스(102) 및 대응하는 검출 서브 시스템은 시스템(100)이 본 발명의 적어도 일부의 애플리케이션들에서 암시야 모드에서 동작하도록 한다.
본원에서는, 용어들 "경사 조명 파장(oblique-illumination wavelength)" 및 "수직 조명 파장(normal-illumination wavelength)"이 제한하는 것이 아니며, 예시 및 명확함을 위하여 제공된다는 것에 주목한다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 샘플(104)로부터의 방사선을 수집하도록 구성된 수지 광학기기들(106)의 세트를 포함한다. 수집 광학기기들(106)은, 샘플(104) 위에 위치되어, 샘플(104)로부터의 광을 수집하고 수집된 광을 필터 서브 시스템(115)의 입력으로, 그리고 시스템(100)의 다양한 센서들 상으로 보내도록 구성된 수집기(108)를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 샘플(104)로부터 발산되는 방사선(112)는 샘플(104)의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수집기(108)는 샘플(104)로부터의 산란 및/또는 방사된 광을 수집하도록 구성된다. 예를 들어, 수직 입사 소스(102)로부터의 광(110) 및/또는 경사 입사 소스(103)의 광이 샘플(104)의 표면(예컨대, 샘플의 에피층들 또는 샘플의 기판) 상에서 충돌한 후, 광은 샘플(104)의 표면의 하나 이상의 부분들 또는 샘플(104)의 표면에서 위치된 결함들에 의한 광루미네선스를 통해 산란되거나 방사될 수도 있다. 결국, 수집기(108)는 산란되거나 방사된 광을 수집할 수도 있고, 광을 필터 서브 시스템(115)의 입력으로 송신할 수도 있다. 상기 설명은 도 1a에서 도시된 기하구조의 맥락에서 발명을 설명하지만, 발명은 이러한 기하구조 또는 광 수집 디바이스들 및 방법들로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 본원에서는, 시스템(100)이 대안적으로, 샘플(104)로부터 반사된 광을 수집하고 측정하도록 구성될 수도 있다는 것이 인식된다.
수집 광학기기들(106)의 수집기(108)는 당해 분야에서 알려진 수집기 또는 대물렌즈와 같은 임의의 광학적 수집 디바이스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수집기(108)는 도 1a에서 도시된 바와 같은, 반전 카세그레인 타입(reverse Cassegrain-type) 반사형 대물렌즈를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 본원에서는, 수집 광학기기들(106)이, 단지 예시의 목적들을 위해 제공되는, 도 1에서 예시된 구성으로 제한되지 않는다는 것에 주목한다. 본원에서는, 시스템(100)의 수집 광학기기들(106)이, 샘플(104)로부터 산란되거나 방사되는 조명을 수집하고 그 조명을 본 발명의 필터 서브 시스템(115) 및 검출 서브 시스템(137)으로 보내기 위한 다수의 추가적인 광학 소자들(예컨대, 렌즈들, 미러들, 필터들 등등)을 포함할 수도 있다는 것이 인식된다. 산란되거나 광루미네선스적으로 방사된 광을 수집하는 데에 적당한 광학적 수집 서브 시스템은 2010년 8월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/861,894호에서 설명되어 있고, 이 미국 특허 출원은 전체적으로 위에서 편입된다. 산란되거나 광루미네선스적으로 방사된 광을 수집하는 데에 적당한 추가적인 광학적 수집 서브 시스템은 2011년 3월 15일자로 등록된, Meeks에 대한 미국 특허 제7,907,269호에서 설명되어 있고, 이 미국 특허는 전체적으로 참조를 위해 본원에서 편입된다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)은 필터 서브 시스템(115)을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은 수집 광학기기들(106)의 세트에 의해 수집된 방사선(114)을 수신하도록 배열된다. 예를 들어, 산란된 광 또는 방사된 PL 광과 같은, 샘플(104)로부터의 방사선(114)은 수집 광학기기들(106)의 수집기(108)에 의해 수집될 수도 있고, 그 다음으로, 필터 서브 시스템(115)의 하나 이상의 부분들로 송신될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은 샘플(104)로부터의 방사선(114)을, 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장 λN를 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 경사 조명 파장 λO를 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리하도록 구성된다.
본 개시물의 목적들을 위하여, 용어들 "방사선의 부분" 및 "스펙트럼 빈 내의 방사선"은 상호 교환가능하게 이용될 수도 있다. 이와 관련하여, "가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분"은 "가시광 또는 근적외선 광루미네선스 스펙트럼 빈 내의 광"으로서 간주될 수도 있다. 또한, "수직 조명 파장 λN를 포함하는 방사선의 제 2 부분"은 "제 2 산란 수직 빈 내의 광"으로서 간주될 수도 있고, "경사 조명 파장 λO를 포함하는 방사선의 제 3 부분"은 "제 3 산란 경사 빈 내의 광"으로서 간주될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은, 샘플(104)로부터 수신된 방사선(114)을, 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분(131), 수직 조명 파장 λN를 포함하는 방사선의 제 2 부분(133), 및 경사 조명 파장 λO를 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분(135)으로 분리하도록 구성된 하나 이상의 광학 소자들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 1 부분(131)의 하나 이상의 특징들, 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분(133)의 하나 이상의 특징들, 및 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분(135)을 측정하기 위한 검출 서브 시스템(137)을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 검출 서브 시스템(137)은 필터 서브 시스템에 의해 송신된 방사선의 제 1 부분(131)의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 1 센서(122), 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분(133)의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 2 센서(124), 및 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분(135)의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 적어도 제 3 센서(126)를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 제 1 광학 소자(116)는 샘플로부터 수신된 방사선(114)으로부터, 방사선의 제 1 부분을 포함하는 제 1 스펙트럼 범위의 방사선을 분리할 수도 있고, 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107)을 검출 서브 시스템(137)의 제 1 센서(122)를 향해 보낼 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 제 2 광학 소자(118)는 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107) 내에 포함되지 않는 방사선(108)을 제 1 광학 소자(116)로부터 수신할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제 2 광학 소자(118)는 제 1 광학 소자로부터 수신된 방사선(109)으로부터, 방사선의 제 2 부분을 포함하는, 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111)을 분리할 수도 있고, 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111)을 검출 서브 시스템(137)의 제 2 센서(124)를 향해 보낼 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 제 3 광학 소자(120)는 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107) 또는 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111) 내에 포함되지 않은 방사선(113)을 제 2 광학 소자(118) 로부터 수신할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제 3 광학 소자(120)는 방사선의 제 3 부분을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)의 적어도 부분을 결정 서브 시스템(137)의 제 3 센서(126)를 향해 보낼 수도 있다.
필터 서브 시스템(115)의 광학 소자들은 도 1a에서 도시된 바와 같이, 샘플로부터 수신된 광(114)을 제 1, 제 2, 및 제 3 스펙트럼 범위들의 방사선으로 분리하는 데에 적당한 당해 분야에서 알려진 임의의 광학 소자들을 포함할 수도 있다는 것에 주목한다.
하나의 실시형태에서, 제 1 광학 소자(116)는, 샘플로부터 수신된 방사선(114)으로부터, 방사선의 제 1 부분을 포함하는 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107)을 분리하고, 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107)을 제 1 센서(122)를 향해 보내기 위해 적당한, 장파 통과(long wave pass; LWP)와 같은, 제 1 다이크로익 빔 스플리터(dichroic beam splitter)를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제 2 광학 소자(118)는, 제 1 다이크로익 빔 스플리터(116)로부터 방사선(109)을 수신하고, 제 1 다이크로익 빔 스플리터로부터 수신된 방사선(109)으로부터, 방사선의 제 2 부분을 포함하는 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111)을 분리하고, 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111)을 제 2 센서(124)를 향해 보내기 위해 적당한 제 2 다이크로익 빔 스플리터(예컨대, LWP 필터)를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 제 3 광학 소자(120)는, 제 2 다이크로익 빔 스플리터로부터 방사선(113)을 수신하고, 방사선의 제 3 부분을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)의 적어도 부분을 제 3 센서(126)를 향해 보내기 위한 미러(120)를 포함할 수도 있다.
대안적인 실시형태에서, 제 3 광학 소자(120)는, 제 2 광학 소자(118)로부터 수신된 방사선으로부터, 방사선의 제 3 부분을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)의 부분을 적어도 분리하고, 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107), 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(109), 또는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113) 내에 포함되지 않은 방사선을, 광학 소자(120)로부터 하류 측에 위치된 하나 이상의 추가적인 광학 디바이스들(도 1a에서 도시되지 않음)로 송신하면서, 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)을 제 3 센서(126)를 향해 보내도록 구성될 수도 있다. 이 예에서, 도 1a에서 도시된 미러(120)는, 광에 대한 추가적인 액세스 포트를 제공하도록 작용하는 다이크로익 빔 스플리터(예컨대, LWP 필터)로 대체될 수도 있다. 예를 들어, 이 실시형태에서 다이크로익 빔 스플리터를 통과하는 광은 광섬유를 통해 외부 검출기에 결합될 수도 있다. 이와 관련하여, 시스템(100)은 방사선의 이 부분을 추가로 분석할 수도 있다. 예를 들어, 도시되지 않았지만, 시스템(100)은 광학 소자(120)를 통과하는 광을 분석하도록 배열된 분광기(spectrometer)를 포함할 수도 있다. 센서들(122, 124, 또는 126)에 전달되지 않은 광을 분석하는 데에 적당한 분광기 시스템은 미국 출원 제12/861,894호에서 일반적으로 설명되어 있고, 이 미국 출원은 전체적으로 참조를 위해 위에서 편입된다.
하나의 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은, 검출 서브 시스템(137)의 센서들(122, 124, 및 126)이 광의 사전 선택된 대역을 각각 선택하도록, 샘플(104)로부터 수신된 광(114)을 선택적으로 필터링하도록 구성될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템은, 시스템(100)이 도 1a에서 도시된 바와 같이, 관심있는 다양한 방사선 대역들을 선택적으로 측정하도록 하기 위하여, 협대역 필터들의 세트를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 시스템(100)의 필터 서브 시스템(115)은 제 1 협대역 필터(128)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 협대역 통과 필터(128)는 제 1 센서(122)와 제 1 광학 소자(116) 사이에 위치될 수도 있다. 이와 관련하여, 제 1 협대역 통과 필터(128)는 광학 소자(116)로부터 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107)을 수신할 수도 있고, 방사선의 제 1 부분 내에 포함되지 않은 방사선을 차단하면서, 방사선의 제 1 부분(131)을 제 1 센서(122)로 송신할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)의 필터 서브 시스템(115)은 제 2 협대역 통과 필터(130)를 포함한다. 예를 들어, 협대역 통과 필터(130)는 제 2 센서(124)와 제 2 광학 소자(118) 사이에 위치될 수도 있다. 이와 관련하여, 제 2 협대역 통과 필터(130)는 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111)을 수신할 수도 있고, 방사선의 제 2 부분(133) 내에 포함되지 않은 방사선을 차단하면서, 방사선의 제 2 부분(133)을 제 2 센서(124)로 송신할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)의 필터 서브 시스템(115)은 제 3 협대역 통과 필터(132)를 포함한다. 예를 들어, 협대역 통과 필터(132)는 제 3 센서(126)와 제 3 광학 소자(120) 사이에 위치될 수도 있다. 이와 관련하여, 제 3 협대역 통과 필터(132)는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)을 수신할 수도 있고, 방사선의 제 3 부분(135) 내에 포함되지 않은 방사선을 차단하면서, 방사선의 제 3 부분(135)을 제 3 센서(126)로 송신할 수도 있다.
시스템(100)은 광의 다양한 대역들을 대응하는 센서들로 보내기 위하여 협대역 필터들 및 LWP 필터들을 이용하는 맥락에서 설명되었지만, 본 발명의 이 광학적 아키텍처로 제한되지는 않는다. 오히려, 시스템(100)에 대하여 도시된 광학적 구성은 단지 예시를 위하여 제공되며, 제한하는 것이 아니다. 샘플(104)로부터의 방사선(114)을 본 발명의 희망하는 스펙트럼 대역들로 분리하기 위하여, 다양한 유사한 광학적 구성들이 구현될 수도 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 시스템(100)은 하나 이상의 분광기들을 구비한 광학적 구성을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서, 시스템(100)은 광검출기에 광학적으로 결합된 하나 이상의 회절 소자들(예컨대, 회절 격자(diffraction grating))를 구비한 광학적 구성을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서, 시스템(100)은 광검출기에 광학적으로 결합된 하나 이상의 분산 소자들(예컨대, 프리즘)을 구비한 광학적 구성을 포함할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115) 및 센서(122)는, 제 1 센서(122)가 샘플(104)의 하나 이상의 PL 결함들로부터 방사된 가시광 PL 광 또는 근적외선(near-IR) 광에 대응하는 광을 수신하도록 배열될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 수직 입사 소스(102)는 대략 355 nm의 파장을 가지는 레이저 광과 같은 자외선 광으로 샘플(104)의 하나 이상의 부분들을 조명할 수도 있다. 이에 응답하여, 샘플의 에피층들에서 존재하는 PL 결함들은 UV 광을 흡수할 수도 있고, 그 다음으로, 가시광 및/또는 근적외선 스펙트럼에서 광을 방사할 수도 있다. 다음으로, 제 1 협대역 통과 필터(128)는 417nm와 900 nm 사이의 광과 같은, 선택된 대역의 광을 제 1 센서(122)로 송신할 수도 있어서, 시스템(100)이 가시광 및/또는 근적외선 스펙트럼에서 적층 불량들을 검출하도록 할 수도 있다. 본원에서 더욱 설명된 바와 같이, 선택된 대역의 스펙트럼 로케이션 및 폭은 소정의 샘플(104)에서 존재하는 예상된 PL 피처들의 함수일 수도 있어서, 시스템(100)이 특정 PL 검출 시나리오로 조정되도록 할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115) 및 센서(124)는, 제 2 센서(124)가 결함들 및/또는 샘플 표면에 의해 산란된 수직 입사 파장 광 λN를 포함하는 광을 수신하도록 배열될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 수직 입사 소스(102)는 파장 λN의 수직 입사 광(110)(예컨대, 355 nm 광과 같은 자외선 광)으로 샘플(104)의 하나 이상의 부분들을 조명할 수도 있다. 이에 응답하여, 샘플(104) 표면의 하나 이상의 결함들 또는 부분들은 λN 광을 산란시키거나 반사할 수도 있다. 다음으로, 제 2 협대역 통과 필터(130)는 λN 소스에 의해 방출된 광을 포함하는 파장 대역과 같은 선택된 대역의 광을 제 2 센서(124)로 송신할 수도 있다. 예를 들어, 수직 입사 소스(102)가 355 nm에서 광을 방출하는 UV 소스일 경우, 제 2 협대역 통과 필터(130)는 범위 350 내지 360 nm에서 광을 송신하도록 구성될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115) 및 제 3 센서(126)는, 제 3 센서(126)가 결함들 및/또는 샘플(104) 표면에 의해 산란된 경사 입사 파장 광 λO를 포함하는 광을 수신하도록 배열될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 경사 입사 소스(103)는 파장 λO의 경사 입사 광(101)(예컨대, 405 nm 광)으로 샘플(104)의 하나 이상의 부분들을 조명할 수도 있다. 이에 응답하여, 샘플(104) 표면의 하나 이상의 결함들 또는 부분들은 λO 광을 산란시키거나 반사할 수도 있다. 다음으로, 제 3 협대역 통과 필터(132)는 λO 소스에 의해 방출된 광을 포함하는 파장 대역과 같은 선택된 대역의 광을 제 3 센서(126)로 송신할 수도 있다. 예를 들어, 경사 입사 소스(103)가 405 nm에서 광을 방출할 경우, 제 3 협대역 통과 필터(132)는 범위 400 내지 410 nm에서 광을 송신하도록 구성될 수도 있어서, 시스템(100)이 UV 스펙트럼에서 적층 불량들을 검출하도록 할 수도 있다. 또 다른 예로서, 경사 입사 소스(103)가 405 nm에서 광을 방출할 경우, 제 3 협대역 통과 필터(132)는 범위 370 내지 410 nm에서 광을 송신하도록 구성될 수도 있어서, 시스템(100)이 근자외선(near-UV; NUV) 스펙트럼에서 적층 불량들 및 기저 평면 전위 결함들을 검출하도록 할 수도 있다.
본원에서는, 위에서 설명된 필터 서브 시스템(115) 및 검출 서브 시스템(137)의 구현예가 시스템(100)이 조명된 샘플(104)로부터 다양한 신호 기여분들을 격리하도록 한다는 것에 주목한다. 이와 관련하여, 각각의 격리된 측정을 허용하는 방식으로 UV 소스에 의해 자극된, 경사 입사 조명의 산란, 수직 입사 조명의 산란, 및 방사된 PL 광을 동시에 측정하는 것이 가능하다. 게다가, 위에서 설명된 구성은 산란된 경사 입사 광 및 산란된 수직 입사 광에 대한 크로스토크(cross-talk)(즉, 산란된 광의 낮은 레벨들로의 희망하지 않는 대역들의 결합)를 회피하는 것을 보조한다.
본원에서는, 센서들(122, 124, 및 126)(및 본원에서 더욱 설명된 실시형태들의 센서들)이 당해 분야에서 알려진 임의의 타입의 광 센서 아키텍처를 포함할 수도 있다는 것에 주목한다. 예를 들어, 시스템(100)의 센서들은 포토멀티플라이어 튜브(photomultiplier tube; PMT)들을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 대안적인 실시형태에서, 시스템(100)의 센서들은 광다이오드들(예컨대, 애벌런치 광다이오드(avalanche photodiode)들)을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 도 1a 및 도 1d에서 도시된 바와 같이, 검출 서브 시스템(137)의 하나 이상의 부분들에 통신가능하게 결합된 제어기(141)를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 검출 서브 시스템(137)의 제 1 센서(122), 제 2 센서(124), 및 제 3 센서(126)에 통신가능하게 결합된다. 이와 관련하여, 제어기(141)(예컨대, 제어기(141)의 하나 이상의 프로세서들)는 제 1 센서들(122), 제 2 센서(124), 및 제 3 센서(126)로부터 측정 결과들을 수신할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 가시광 및/또는 근적외선 광을 적어도 부분적으로 포함하는, 정의된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼 빈(예컨대, 417 내지 900 nm) 내에 속하는 광에 대응하는, 방사선의 제 1 부분의 하나 이상의 특징들(예컨대, 신호 세기)을 표시하는 신호를 수신할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 수직 입사 파장 λN(예컨대, 355 nm)를 포함하는 파장 범위를 포함하는, 정의된 산란 수직 스펙트럼 빈(예컨대, 350 내지 360 nm) 내에 속하는 광에 대응하는, 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들(예컨대, 신호 세기)을 표시하는 신호를 수신할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 경사 입사 파장 λO(예컨대, 405 nm)를 포함하는 파장 범위를 포함하는, 정의된 산란 경사 스펙트럼 빈(예컨대, 400 내지 410 nm) 내에 속하는 광에 대응하는, 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들(예컨대, 신호 세기)을 표시하는 신호를 수신할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 제 2 센서(124) 및 제 3 센서(126) 중의 적어도 하나에 의해 측정된 광에 기초하여 하나 이상의 산란 결함들을 검출할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 λN 광(예컨대, 355 nm)을 산란시키는, 입자와 같은 결함을 식별하기 위하여, 제 2 센서(124)의 하나 이상의 신호들을 분석할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도시되지는 않았지만, 시스템(100)은 UV 광에 대한 다양한 와이드 밴드갭 반도체 재료들(예컨대, SiC 및 GaN)의 불투명 특성으로 인한 하나 이상의 슬로프 채널(slope channel)들 및 정반사율(specular reflectivity)을 측정하여 높은 이미지 품질을 산출하기 위하여, 반사 모드에서의 수직 입사 채널(즉, UV 스펙트럼에서의 소스(102) 및 센서(124))(즉, 명시야 채널(brightfield channel)을 사용하도록 구성될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도시되지는 않았지만, 시스템(100)은 정반사율, 슬로프 채널 데이터, 및 위상 채널 데이터와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 멀티 채널 신호들을 산출하기 위하여 경사 입사 채널로부터의 반사된 광(예컨대, 405 nm 광)을 사용하도록 구성될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 λO의 파장(예컨대, 405 nm)을 가지는 광을 산란시키는, 입자와 같은 결함을 식별하기 위하여 제 3 센서(126)의 하나 이상의 신호들을 분석할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 시스템(100)은 정반사율, 슬로프 및 위상 채널들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 멀티채널 신호들을 산출하기 위하여 파장 λO의 경사 반사된 광을 사용할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)은, 조명 파장(예컨대, 405 nm)이 샘플(104)의 소정의 와이드 밴드갭 재료(예컨대, SiC)를 투과할 경우에 전면 산란(frontside scatter)으로부터 후면 산란(backside scatter)을 분리하는 것을 보조하기 위하여 하나 이상의 공초점 애퍼처(confocal aperture)들(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 공초점 애퍼처들의 적용은 2010년 6월 24일자로 출원된, Meeks에 대한 미국 특허 제7,907,269호에서 일반적으로 설명되어 있고, 이 미국 특허는 전체적으로 참조를 위해 본원에 편입된다.
또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 제 1 센서에 의해 측정된, 하나 이상의 신호 특징들(예컨대, 신호 세기)과 같은 하나 이상의 특징들, 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 및 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들 중의 적어도 하나에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 광루미네선스 결함들이 없는 샘플(104)의 구역에서의 제 1 센서(122), 제 2 센서(124), 및 제 3 센서(126) 중의 적어도 하나로부터의 하나 이상의 특징들을, 샘플(104)의 측정된 영역으로부터 취득된 제 1 센서(122), 제 2 센서(124), 및 제 3 센서(126) 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써, 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출할 수도 있다. 하나의 실시형태에서는, 광루미네선스 결함들이 결여된 구역의 신호 세기의 측정치를 획득함에 있어서, 센서들(122 내지 126) 중의 하나 이상이 광루미네선스 결함들이 결여된 것으로 알려진 구역들로부터 검출 데이터를 취득할 수도 있다. 곡선(143a)은 광루미네선스 결함들이 결여된 샘플의 영역의 광루미네선스 세기 대 파장 곡선들의 세트이다. 본원에서는, 다음으로, 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 식별하기 위하여, 광루미네선스 결함 없는 곡선(143a)이 샘플(104)의 추가적인 영역들로부터 취득된 데이터와 비교될 수도 있다는 것에 주목한다.
또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함들의 알려진 위치와 함께, 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 및 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들 중의 적어도 하나에 기초하여 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 맵핑할 수도 있다. 이와 관련하여, 2차원 맵이 검출기에 의해 생성될 수도 있고, 이것에 의하여, 각각의 검출기에 의해 측정된 스펙트럼 시그니처가 소정의 측정 위치에서 도표화된다. 이러한 방식으로, 다수의 스펙트럼 대역들의 맵핑을 나타내는 지형도가 나타내어질 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 제어기(141)는 다수의 스펙트럼 대역들의 부분만을 선택적으로 나타낼 수도 있다. 이와 관련하여, 제어기(141)는 단일 스펙트럼 대역에서 측정된 피처들의 맵을 나타낼 수도 있거나, 2 개 이상의 스펙트럼 대역들에서 측정된 피처들의 맵을 디스플레이할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 제 1 센서에 의해 측정된 스펙트럼 특징들(예컨대, 하나 이상의 피크들의 스펙트럼, 세기, 스펙트럼 위치)과 같은 하나 이상의 특징들, 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들, 및 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징들 중의 적어도 하나에 기초하여 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 분류할 수도 있다. 본원에서는, 이전에 설명되고 도 1b의 곡선들(143b 내지 143d)에 의해 도시된 바와 같이, 특정 타입의 광루미네선스 결함(또는 결함들)이 특징적인 스펙트럼을 나타낼 것이라는 것에 주목한다. 도 1b에서 도시된 스펙트럼 빈(145) 및/또는 스펙트럼 빈(147)과 같은 특정 스펙트럼 빈의 세기를 측정함으로써, 제어기(141)는 측정되고 있는 광루미네선스 결함의 타입을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(141)는 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들의 타입을 식별하기 위하여, 본원에서 이전에 설명된 측정 및 검출된 결과들을 룩업 테이블(look-up table)과 비교할 수도 있다. 예를 들어, 적층 불량 결함들(예컨대, 막대 형상 적층 불량들, 2SSF 적층 불량들, 4SSF 적층 불량들 등등)과 같은 다양한 타입들의 광루미네선스 결함들을 대응하는 광루미네선스 스펙트럼에 상관시키는 정보를 포함하는 룩업 테이블은 시스템(100)(또는 추가적인 시스템)에 의해 구축될 수도 있고 메모리 내에 저장될 수도 있다. 특정 적층 불량들과 연관된 광루미네선스 스펙트럼들은 문헌(Feng 등, "Characterization of Stacking Faults in 4H-SiC Epilayers by Room-Temperature Microphotoluminescence Mapping(실온 마이크로 광루미네선스 맵핑에 의한 4H-SiC 에피층들에서의 적층 불량들의 특징화)" Applied Physics Letters, Vol. 92, Issue 22 (2008))에서 일반적으로 설명되어 있고, 이 문헌은 전체적으로 참조를 위해 본원에 편입된다. 본원에서는, 추가적인 센서들을 갖는 설정들에서 효과적인 분류가 달성되고, 이것에 의하여, 센서들의 각각은 소정의 적층 불량 시간에 대한 알려진 스펙트럼 시그니처에 대응하는 소정의 스펙트럼 빈과 일치된다는 것에 주목한다. 이 접근법은 본원에서 더욱 상세하게 논의된다.
하나의 실시형태에서, 스펙트럼 빈(145)은 본원에서 이전에 설명된 바와 같은 필터 서브 시스템(115) 및 검출 서브 시스템(137)으로 달성된, 355 nm 레이저로 광루미네선스를 자극함으로써, 그리고 420 내지 700 nm 스펙트럼 대역을 이용하여 광루미네선스 광을 검출함으로써 생성되는 UV 대 가시적 광루미네선스 통합 대역을 나타낼 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도 1b에서 도시된 바와 같이, 스펙트럼 빈(147)은 본원에서 이전에 설명된 바와 같은 필터 서브 시스템(115) 및 검출 서브 시스템(137)으로 달성된, 355 nm 레이저로 광루미네선스를 자극함으로써, 그리고 400 내지 410 nm 스펙트럼 대역을 이용하여 광루미네선스 광을 검출함으로써 생성되는 UV 대 UV 광루미네선스 통합 대역을 나타낼 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도 1e에서 도시된 바와 같이, 스펙트럼 빈(147)은 본원에서 이전에 설명된 바와 같은 필터 서브 시스템(115) 및 검출 서브 시스템(137)으로 달성된, 355 nm 레이저로 광루미네선스를 자극함으로써, 그리고 370 내지 410 nm 스펙트럼 대역과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 더 넓은 대역을 이용하여 광루미네선스 광을 검출함으로써 생성되는 UV 대 NUV 광루미네선스 통합 대역을 나타낼 수도 있다. 추가적인 실시형태들에서는, NUV 방출 결함들을 검출하는 목적들을 위하여, 스펙트럼 빈(147)이 370 내지 400 nm와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 스펙트럼 범위들에 대응할 수도 있다는 것에 주목한다. 본원에서는, 도 1e의 스펙트럼 비닝(spectral binning) 구성이 적응 불량들 및 기저 평면 전위들 양자를 검출하기 위해 적당하다는 것에 주목한다.
본원에서는, 스펙트럼 빈(145)을 이용한 가시광/NIR 검출이 '포지티브" 콘트라스트 또는 '밝은' 콘트라스트의 검출 프로세스에 대응할 수도 있고, 이것에 의하여, 광루미네선스 스펙트럼에서의 특징적인 피크들의 세기들은 광루미네선스 결함 없는 곡선(143a)에 대응하는 배경 세기보다 더 크다는 것에 주목한다. 대조적으로, 스펙트럼 빈(147)(예컨대, 370 내지 410 등등의 대역에 대응함)을 이용한 NUV 검출은 '네거티브' 콘트라스트 또는 '어두운' 콘트라스트의 검출 프로세스에 대응할 수도 있고, 이것에 의하여, 광루미네선스 스펙트럼에서의 특징적인 피크들의 세기는 광루미네선스 결함 없는 곡선(143a)에 대응하는 배경 세기보다 더 작다는 것에 주목한다.
도 1f는 본 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따라, NUV 기반 어두운 콘트라스트 검출 방식 및 가시광 기반 밝은 콘트라스트 검출 방식을 사용하여 획득된 화상 데이터를 도시하는 광루미네선스 검사 이미지들의 쌍을 예시한다. 이미지(170)는 위에서 설명된 NUV 대역(예컨대, 370 내지 410 nm)에 대응하는 스펙트럼 빈을 사용하여 획득된 화상 데이터를 도시한다. 이미지(170)에서 도시된 바와 같이, 적층 불량(172) 및 기저 평면 전위(174) 양자는 높은 레벨의 네거티브 콘트라스트를 나타낸다. 그러나, 분할된 기저 평면 전위의 적층 불량 부분(176)은 더 희미한 네거티브 콘트라스트를 나타낸다. 이미지(178)는 위에서 설명된 가시광 대역(예컨대, 420 내지 700 nm)에 대응하는 스펙트럼 빈을 사용하여 획득된 화상 데이터를 도시한다. 이미지(178)에서 도시된 바와 같이, 적층 불량(172)과, 분할된 기저 평면 전위의 적층 불량 부분(176) 양자는 상대적으로 강한 포지티브 콘트라스트를 나타낸다. 그러나, 기저 평면 전위(174)는 이미지(178)에서 측정가능한 밝은 콘트라스트를 나타내지 않는다. 본원에서는, 기저 평면 전위(174) 또한, 750 내지 900 nm와 같은 NIR 대역에서 희미하게 밝은 것으로 알려지는 것에 주목한다.
대안적인 실시형태에서는, 도 1d에서 예시된 바와 같이, 제어기(141)는 경사 입사 방사선 소스(103)를 선택가능하게 비활성화하도록 구성된다. 하나의 실시형태에서, λO의 광을 적어도 포함하는 범위에서 방사선을 검출할 수도 있는 제 2 센서(124)는 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선을 검출하기 위하여 사용될 수도 있다. 추가의 실시형태에서, 제어기(141)는 제 2 센서(124)에 의한 광루미네선스 측정 이전에 경사 입사 방사선 소스(103)를 비활성화할 수도 있다. 예를 들어, λO=405 nm이고, 센서(124)는 대역 400 내지 410 nm에서 방사선을 검출하도록 구성될 경우, 제어기(141)는 355 nm 자외선 방사선 소스(102)에 의한 자극을 통해 생성되었던, 400 내지 410 nm 대역 내의 광루미네선스 광을 샘플링하기 위하여, 경사 입사 방사선 소스(103)를 비활성화할 수도 있다. 본원에서는, 이 검출 시나리오(즉, 동일한 범위에서 결함 산란된 λO 방사선을 검출하고 광루미네선스 방사선을 검출함)는 웨이퍼의 2 개의 검사 패스들을 사용하여 수행될 수도 있다는 것이 인식된다.
하나의 실시형태에서, 제어기(141)는 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음) 및 비 일시적인(non-transitory) 저장 매체(즉, 메모리 매체)를 포함한다. 이와 관련하여, 제어기(141)의 저장 매체(또는 임의의 다른 저장 매체)는 제어기(141)의 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 본 개시물을 통해 설명된 다양한 단계들 중의 임의의 것을 수행하게 하도록 구성된 프로그램 명령들을 포함한다. 본 개시물의 목적들을 위하여, 용어 "프로세서"는 메모리 매체 로부터의 명령들을 실행하는, 프로세싱 기능들을 가지는 임의의 프로세서 또는 로직 소자(들)를 망라하기 위하여 폭넓게 정의될 수도 있다. 이러한 의미에서, 제어기(141)의 하나 이상의 프로세서들은 소프트웨어 알고리즘들 및/또는 명령들을 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서 타입 디바이스를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 하나 이상의 프로세서들은 본 개시물의 전반에 걸쳐 설명된 연산/데이터 프로세싱 단계들을 실행하도록 구성된 프로그램을 실행하도록 구성된 데스크톱 컴퓨터 또는 다른 컴퓨터 시스템(예컨대, 네트워크화된 컴퓨터)으로 구성될 수도 있다. 본 개시물의 전반에 걸쳐 설명된 단계들은 단일 컴퓨터 시스템, 다수의 컴퓨터 시스템들, 또는 멀티 코어 프로세서에 의해 수행될 수도 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 디스플레이 디바이스 또는 사용자 인터페이스 디바이스(도시되지 않음)와 같은, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 위에서 설명된 단계들의 적어도 부분을 수행하는 데에 적당한 프로세서 또는 로직 소자들을 포함할 수도 있다. 그러므로, 상기 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어야 하는 것이 아니라, 오히려 단지 예시로서 해석되어야 한다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은, 샘플(104)을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스(103) 및 수직 입사 방사선 소스(102)로 스캔 프로세스를 수행하기 위하여 샘플(104)을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리(105)를 포함한다. 이와 관련하여, 경사 입사 방사선 소스(103) 및 수직 입사 방사선 소스(102)를 포함하는 샘플 스테이지(105) 및/또는 광학 헤드는 선택적으로 작동될 수도 있고, 이것에 의하여, 입사 광 빔들(101 및 110)에 관련하여 샘플(104)을 스캔할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)의 샘플 스테이지 어셈블리(105)는, 샘플(104)을 고정하고 샘플(104)을 선택적으로 회전시키도록 구성된 회전 샘플 스테이지 어셈블리를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 회전 샘플 스테이지 어셈블리는 샘플(104)을 고정하기 위한 샘플 척(sample chuck; 도시되지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 샘플 척은 진공 척을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 또 다른 실시형태에서, 회전 샘플 스테이지 어셈블리는 샘플(104)을 선택적으로 회전시키도록 구성된 샘플 스핀들(sample spindle; 도시되지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 샘플 스핀들은 샘플(104)의 표면에 직각인 축선 주위로 선택된 회전 속력으로 샘플(104)을 회전시킬 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 스핀들은 연관된 제어기 또는 제어 시스템(예컨대, 제어기(141))에 응답하여 샘플을 선택적으로 회전(또는 회전을 정지)시킬 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)의 회전 샘플 스테이지는 나선형 스캔 프로세스(spiral scanning process)를 수행하도록 구성된다. 하나의 실시형태에서, 시스템(100)의 회전 샘플 스테이지는 선택된 회전 속력으로 샘플(104)을 회전시킬 수도 있는 반면, 경사 입사 소스(103) 및 수직 입사 소스(102)를 포함하는 광학 헤드는 선택된 선형 방향을 따라(예컨대, 샘플(104)의 방사상 라인을 따라) 병진(translate)된다. 예를 들어, 광학 헤드는 선택된 선형 방향을 따라 광학 헤드를 병진시키기 위해 적당한 선형 스테이지에 결합될 수도 있다. 샘플(104)의 회전과, 경사 입사 소스(103) 및 수직 입사 소스(102)의 선형 운동과의 조합된 운동은 도 1c에서 도시된 바와 같이, 나선형 스캔 패턴(149)을 생성한다. 이와 관련하여, SiC 웨이퍼와 같은 샘플(104)은 (소스(102) 및 소스(103)를 포함하는) 광학 헤드 하부에서 급속하게(예컨대, 5000 RPM) 회전될 수도 있고, 선택된 트랙 피치(예컨대, 4 ㎛)로 샘플(104)의 하나의 반경을 따라 느리게 이동될 수도 있다. 예를 들어, 광학 헤드는 반경 방향을 따라 샘플의 에지로부터 샘플의 중심으로 이동될 수도 있다.
본원에서는, 대부분의 X-Y 스캔 아키텍처들(예컨대, 스캔, 감기(swathing), 또는 이동-취득-측정 구성들)에서 요구되는 감속, 가속, 정지, 또는 방향 변경을 위해 시간이 요구되지 않으므로, 나선형 스캔 기법은 상대적으로 고속의 스캔 프로세스를 제공한다는 것에 주목한다. 본원에서 설명된 나선형 스캔 절차를 구현하는 데에 적당한 나선형 스캔 아키텍처는 1997년 9월 19일자로 출원된, Vaez-lravani 등에 대한 미국 특허 제6,201,601호에서 일반적으로 설명되어 있고, 이 미국 특허는 전체적으로 본원에서 편입된다.
대안적인 실시형태에서, 시스템(100)의 샘플 스테이지 어셈블리(105)는, 샘플(104)을 고정하고, 적어도 경사 입사 방사선 소스(103) 및 수직 입사 방사선 소스(102)로 X-Y 스캔 프로세스를 수행하기 위하여, 적어도 제 1 방향(예컨대, X 방향) 및 제 1 방향에 대해 직각인 제 2 방향(예컨대, Y 방향)을 따라 샘플(104)을 선택적으로 병진시키도록 구성된 선형 스테이지 어셈블리(도시되지 않음)를 포함한다.
도 1g는 본 발명의 대안적인 실시형태에 따라 시스템(100)의 블록 다이어그램 도면을 예시한다. 본원에서는, 시스템(100)에 대하여 본원에서 이전에 설명된 실시형태들 및 예들이 이와 다르게 언급되지 않으면, 도 1g에서 도시된 시스템(100)의 실시형태들로 확장하도록 해석되어야 한다는 것에 주목한다.
또한, 본원에서는, 도 1e에서 도시된 실시형태가 추가적인 자외선 검출 대역을 제공하도록 작용하여, 시스템(100)이 λO에서의 결함 산란된 광(예컨대, 경사 입사 광원(103)에 의해 생성된 광)뿐만 아니라, 수직 입사 광원(102)에 의한 하나 이상의 광루미네선스 결함들의 자극에 의해 생성된 자외선 광루미네선스 광도 동시에 검출하도록 한다는 것에 주목한다.
하나의 실시형태에서, 검출 서브 시스템(137)은 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 4 부분(139)의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 4 센서(142)를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 방사선의 제 4 부분은 방사선의 제 3 부분(135)의 최소 파장보다 더 작은 파장을 가지는 자외선 방사선에 대응한다. 예를 들어, 제 3 센서(126)가 400 내지 410 nm의 대역에 걸쳐 경사 산란된 광을 측정할 경우(예컨대, λO=405 nm), 제 4 센서(142)는 400 nm 미만의 방사선을 측정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 4 센서(142)는, 도 1b에서의 광루미네선스 스펙트럼 데이터에서 관찰될 수 있는, 하나 이상의 광루미네선스 결함들의 자외선 여기(ultraviolet excitation)에 의해 생성된 자외선 광에 대응하는 자외선 대역의 적어도 부분에 대응할 수도 있는 대역 370 내지 400 nm에서의 방사선을 샘플링할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)의 제 3 광학 소자(120)는 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107) 또는 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111) 내에 포함되지 않은 방사선을 제 2 광학 소자(118)로부터 수신하도록 구성된다. 또한, 제 3 광학 소자(120)는 제 2 광학 소자(118)로부터 수신된 방사선으로부터, 방사선의 제 3 부분(135)을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(117)의 부분을 적어도 분리하고 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(117)을 제 3 센서(126)를 향해 보내도록 구성된다. 게다가, 제 3 광학 소자(120)는 또한, 제 1 스펙트럼 범위의 방사선(107), 제 2 스펙트럼 범위의 방사선(111) 또는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(117) 내에 포함되지 않은 방사선을, 방사선의 제 4 부분(139)을 포함하는 제 4 스펙트럼 범위의 방사선(119) 내에서 제 4 센서(142)를 향해 송신하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)의 제 3 광학 소자(120)는 다이크로익 광학 소자(예컨대, LWP 필터)를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은 제 4 협대역 통과 필터(144)를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제 4 협대역 통과 필터(144)는 제 4 센서(142)와 제 3 광학 소자(120) 사이에 위치되어, 제 4 스펙트럼 범위의 방사선(119)을 수신하고, 자외선 광루미네선스 광(예컨대, 370 내지 400 nm)과 같은 방사선의 제 4 부분(139)을 제 4 센서(142)로 송신하고, 방사선의 제 4 부분 내에 포함되지 않은 방사선을 차단하도록 구성된다.
도 1h는 본 발명의 대안적인 실시형태에 따라 시스템(100)의 블록 다이어그램 도면을 예시한다. 본원에서는, 시스템(100)에 대하여 본원에서 이전에 설명된 실시형태들 및 예들이 이와 다르게 언급되지 않으면, 도 1h에서 도시된 시스템(100)의 실시형태들로 확장하도록 해석되어야 한다는 것에 주목한다.
또한, 본원에서는, 도 1h에서 도시된 실시형태가 본원에서 이전에 설명된 경사 입사 소스 없는 검출 시나리오를 제공하도록 작용한다는 것에 주목한다. 이 실시형태에서, 시스템(100)은, 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 2 부분(133)(예컨대, 350 내지 360 nm)의 하나 이상의 특징들을 측정하도록 구성되는 제 2 센서(124)를 통해서만 산란된 광을 검출한다. 또한, 이 실시형태의 맥락에서, 이 실시형태의 제 3 센서(142)는 도 1g의 본원에서 이전에 설명된 실시형태의 제 4 센서(142)와 실질적으로 유사하다는 것에 주목한다. 이와 관련하여, 도 1h의 제 3 센서(142)는 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 방사선의 제 3 부분(139)의 하나 이상의 특징들을 측정할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 방사선의 제 3 부분(139)은 방사선의 제 2 부분(133)의 최대 파장보다 더 큰 파장을 가지는 자외선 방사선에 대응한다. 예를 들어, 제 2 센서(124)가 350 내지 360 nm의 대역에 걸쳐 수직 산란된 광을 측정할 경우(예컨대, λN=355 nm), 제 3 센서(142)는 360 nm를 초과하는 방사선을 측정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 3 센서(142)는, 도 1b에서의 광루미네선스 스펙트럼 데이터에서 관찰될 수 있는, 하나 이상의 광루미네선스 결함들의 자외선 여기(ultraviolet excitation)에 의해 생성된 자외선 광에 대응하는 자외선 대역의 적어도 부분에 대응할 수도 있는 대역 370 내지 410 nm에서의 방사선을 샘플링할 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)의 광학 소자(120)는 제 3 스펙트럼 범위의 방사선(113)을, UV 광루미네선스 방사선을 검출하기 위한 제 3 센서(142)를 향해 보내기 위한 미러를 포함할 수도 있다.
도 1i는 본 발명의 대안적인 실시형태에 따라 시스템(100)의 블록 다이어그램 도면을 예시한다. 본원에서는, 시스템(100)에 대하여 본원에서 이전에 설명된 실시형태들 및 예들이 이와 다르게 언급되지 않으면, 도 1i에서 도시된 시스템(100)의 실시형태들로 확장하도록 해석되어야 한다는 것에 주목한다.
또한, 본원에서, 도 1i에서 도시된 실시형태는, 적층 불량의 타입(예컨대, 막대 형상 적층 불량들, 2S 적층 불량들, 및 4S 적층 불량들)의 특정 스펙트럼 시그니처와 각각 일치된, 다수의 광루미네선스 스펙트럼 빈들을 제공하도록 작용한다는 것에 주목한다. 이 구성은 또한, 실시간 또는 실시간에 근접하여 적층 불량들의 분류를 제공한다.
또한, 도 1i에서 도시된 실시형태는, 특징적인 광루미네선스 대역들을 몇몇 별개의 광루미네선스 스펙트럼 빈들로 격리시키도록 작용하는, 이하의 도 1j에서 도시된 타입의 스펙트럼 세그먼트화(spectral segmentation)을 달성할 수도 있다. 본원에서는, 스펙트럼(160)에서의 각각의 결함 타입에 대한 폭넓은 광루미네선스 라인들이 주어질 경우에, 일부의 레벨의 크로스토크가 존재할 수도 있다는 것에 주목한다. 그러나, 각각의 적층 불량 타입에 대한 각각의 방사성 재조합 라인의 반치폭(full width half maximum; FWHM)에 대충 대응시키기 위하여 광루미네선스 빈들을 선택함으로써, 전체 신호와 크로스토크 감소 사이의 양호한 균형이 달성될 수도 있다는 것이 또한 인식된다.
하나의 실시형태에서, 시스템(100)은 경사 입사 방사선 소스(103) 및 대응하는 센서(126) 및 필터(132) 없이 구성될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 시스템(100)의 제어기(141)는 본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 경사 입사 방사선 소스(103)를 선택적으로 활성화 및 비활성화시킬 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 시스템(100)은 본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 경사 입사 방사선 소스(103)를 포함할 수도 있다. 본원에서는, 다음의 설명이 경사 입사 광원(103)이 시스템(100) 내에 포함되는 맥락에서 제공된다는 것에 주목한다. 그러나, 이것은 제한이 아니며, 시스템(100)은 경사 입사 방사선 소스(103) 없이 구체화될 수도 있다는 것에 또한 주목한다.
본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 시스템(100)의 필터 서브 시스템(115)은 수집 광학기기들(106)의 세트에 의해 수집된 방사선의 적어도 부분을 수신하도록 구성된다.
경사 입사 소스(103)가 존재할 경우, 필터 서브 시스템(115)은 또한, 본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 수직 조명 파장 λN를 포함하는 방사선의 부분(111), 및 경사 조명 파장 λO를 포함하는 방사선의 추가적인 부분(117)으로 방사선을 분리하도록 구성된다.
또 다른 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은 샘플(104)로부터의 방사선(114)을 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들로 분리하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 부분은 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 상이한 스펙트럼 범위의 방사선에서의 하나 이상의 파장들을 포함한다.
예로서, 검출 서브 시스템(137)은 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 PL 방사선의 제 1 부분의 하나 이상의 특징들(예컨대, 세기)을 측정하기 위한 제 1 PL 센서(146), 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 PL 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들을 측정하기 위한 제 2 PL 센서(150), 필터 서브 시스템(115)에 의해 송신된 PL 방사선의 제 3 부분을 수신하기 위한 제 3 PL 센서(148), 및 필터 서브 시스템(115)을 통해 송신된 PL 방사선의 제 4 부분을 수신하기 위한 제 4 PL 센서(142)를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또 다른 실시형태에서는, 본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 검출 서브 시스템(137)이 샘플(104)의 하나 이상의 결함들로부터 산란된 λN 방사선을 수신하기 위한 수직 산란 센서(124), 및 샘플(104)의 하나 이상의 결함들로부터 산란된 λO 방사선을 수신하기 위한 경사 산란 센서(126)를 더 포함할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 위에서 설명된 센서들의 각각은 특정 스펙트럼 빈에 대응할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 필터 서브 시스템(115)은 샘플로부터 수신된 방사선을 복수의 스펙트럼 빈들로 분리하기 위하여, 복수의 광학 소자들 및 복수의 협대역 필터들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 복수의 광학 소자들은 광학 소자들(116, 118, 140, 152, 및 154)을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 광학 소자들(116, 118, 140, 152, 및 154)의 각각은 본원에서 이전에 설명된 바와 같이, 다이크로익 빔 스플리터(예컨대, LWP 필터)를 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 본원에서는, 광학 소자들(116, 118, 140, 152, 및 154)의 각각은 선택된 스펙트럼 대역을 포함하는 소정의 스펙트럼 범위의 방사선을 대응하는 센서를 향해 보내도록 작용할 수도 있다는 것이 인식된다. 또 다른 실시형태에서, 복수의 협대역 필터들은 협대역 필터들(130, 132, 156, 158, 159 및 144을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 본원에서, 협대역 필터들의 각각은 소정의 스펙트럼 빈 내에 포함된 광을 송신하고 소정의 스펙트럼 빈 외부의 광을 차단함으로써, 복수의 스펙트럼 빈들 중의 소정의 스펙트럼 빈을 정의하도록 작용할 수도 있다는 것이 인식된다.
하나의 실시형태에서, 제 1 PL 센서(146)는 제 1 협대역 필터(156)로부터 480 내지 520 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 제 2 PL 센서(150)는 협대역 필터(159)로부터 440 내지 470 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 제 3 PL 센서(148)는 협대역 필터(158)로부터 410 내지 435 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신하도록 구성된다. 하나의 실시형태에서, 제 4 PL 센서(142)는 협대역 필터(144)로부터 370 내지 400 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 수직 산란 센서(124)는 협대역 필터(130)로부터 350 내지 360 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신할 수도 있는 반면, 경사 산란 센서(126)는 협대역 필터(132)로부터 400 내지 410 nm의 스펙트럼 대역에서의 방사선을 수신할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 광학 소자들 및 복수의 협대역 필터들은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들의 예상된 스펙트럼 특징들의 세트에 따라 복수의 스펙트럼 빈들을 정의하도록 배열된다. 또 다른 실시형태에서, 복수의 광학 소자들 및 복수의 협대역 필터들은 반치폭(FWHM) 값들을 광루미네선스 스펙트럼(161)의 대응하는 세기 피크들의 세트와 실질적으로 일치시키도록 배열된다. 하나의 실시형태에서, 도 1j에서 도시된 바와 같이, (필터(156) 및 센서(146)에 의해 정의된) 제 1 스펙트럼 빈(162)은 제 1 타입의 적층 불량(예컨대, 2S 적층 불량들)의 존재를 표시하는 제 1 광루미네선스 피크(163)(예컨대, FWHM)와 일치될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도 1h에서 도시된 바와 같이, (필터(159) 및 센서(150)에 의해 정의된) 제 2 스펙트럼 빈(164)은 제 2 타입의 적층 불량(예컨대, 4S 적층 불량들)의 존재를 표시하는 제 2 광루미네선스 피크(165)(예컨대, FWHM)와 일치될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 도 1j에서 도시된 바와 같이, (필터(158) 및 센서(148)에 의해 정의된) 제 2 스펙트럼 빈(166)은 제 3 타입의 적층 불량(예컨대, 막대 타입 적층 불량들)의 존재를 표시하는 제 3 광루미네선스 피크(167)(예컨대, FWHM)와 일치될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 도 1j에서 도시된 바와 같이, (필터(144) 및 센서(142)에 의해 정의된) 제 4 스펙트럼 빈(168)은 하나 이상의 제 4 광루미네선스 피크들(169)(예컨대, FWHM)과 일치될 수도 있다. 도 1j의 광루미네선스 스펙트럼(161)의 경우, 스펙트럼 빈(168)은 위에서 설명된 각각의 타입의 적층 불량 결함의 존재를 표시하는 폭넓은 광루미네선스 피크들의 세트를 측정하도록 작동한다.
또 다른 실시형태에서, 시스템(100)의 제어 시스템(141)은 복수의 센서들의 각각에 의해 검출된 광에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함들을 검출할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제어 시스템(141)은 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역에서의 복수의 센서들 중의 적어도 하나로부터의 신호를, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 복수의 센서들 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써 광루미네선스 결함들을 검출할 수도 있다. 이와 관련하여, 각각의 적층 불량 타입은 전용 센서(예컨대, PMT)에 각각 결합된 전용 스펙트럼 빈들에서 검출될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 제어기(141)는 복수의 센서들의 각각에 의해 측정된 하나 이상의 신호들에 기초하여 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들을 분류할 수도 있다. 이와 관련하여, 제어기(141)는 광루미네선스 시그니처 파장들의 존재에 기초하여 각각의 적층 불량 결함을 분류할 수도 있다. 본원에서, 본 발명의 스펙트럼 빈들의 구현예는, 형상 알고리즘들을 통한 적절한 식별을 위해서는 소정의 결함(들)이 너무 작은 설정들로, 고속이며 효율적인 광루미네선스 결함 분류를 허용한다는 것에 주목한다. 광루미네선스 특유적 결함(photoluminescent-only defect)의 사이즈가 화상 데이터에서 적당하게 샘플링되고 표현되기에 충분할 정도로 클 때, 시스템은 또한, 소정의 결함(예컨대, 삼각형 결함, 막대 결함 등등)을 분류하기 위하여 하나 이상의 형상 식별 알고리즘들을 적용할 수도 있다는 것이 이해된다. 또한, 도 1i에서 도시된 실시형태는 위에서 명시적으로 언급된 스펙트럼 빈들로 제한되지는 않는다는 것이 인식된다. 오히려, 본 개시물에서 논의된 스펙트럼 빈들은 단지 예시적인 목적들을 위하여 제공되었다. 추가적인 스펙트럼 빈 시나리오들이 본 발명의 범위 내에서 적용가능할 수도 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, (도 1i 및 도 1j에서 도시된 바와 같은) 3 개의 개별적인 스펙트럼 빈들이 아니라, 시스템(100)은 추가적인 스펙트럼 빈들을 사용하여 분류 프로세스를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 추가적인 스펙트럼 빈들을 사용하여, 제어기(141)는, 삼각형 적층 불량이 강한 백 레벨 스윙(back level swing)을 가져야 하는 반면, 막대 형상의 적층 불량은 강한 흑색 레벨 시그니처와, 이와 동시에, 감소된 백색 레벨 시그니처를 가질 수도 있다는 사실에 기초하여 결함들을 분류할 수도 있다. 상대적인 신호 변동들에 있어서의 이 차이는 광루미네선스를 이용한 적층 결함 분류를 위하여 이용될 수도 있다.
상기한 설명은 경사 채널 및 수직 채널 광루미네선스 결함(예컨대, SF 결함 및 기저 평면 전위들) 및 산란 결함 검출에 집중하였지만, 본원에서는, 본 발명의 시스템(100)이 구현 동안에 추가적인 아키텍처들 및 구성들을 사용할 수도 있다는 것이 인식된다. 일부의 실시형태들에서, 시스템(100)은 산란 결함 및 광루미네선스 결함들의 검사 및 검출 동안에 자동포커싱 루틴(autofocus routine)을 수행하기 위한 자동포커싱 디바이스들을 구비할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 본 발명의 시스템(100)은 광원들(예컨대, 경사 입사 소스(103) 및 수직 입사 소스(102))의 전력을 제어하기 위한 전력 제어 디바이스들 및 시스템들을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전력 제어 디바이스들은 교정(calibratioin) 또는 다른 목적들을 위하여 샘플(104) 상에 입사하는 광의 전력을 제어하기 위하여 이용될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 시스템(100)은 샘플로부터의 반사된 광을 측정하도록 구성된 하나 이상의 경사 채널들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 추가적인 광원들, 광학적 포커싱 및 제어 소자들과, 샘플, 하나 이상의 슬로프 채널, 및/또는 하나 이상의 위상 채널들의 정반사를 측정하도록 구성된 검출 디바이스들을 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 시스템(100)의 제어기(141)는 하나 이상의 결함들을 분류하기 위하여 시스템(100)의 다양한 채널들 중의 임의의 것으로부터 신호들을 취출(retrieve)할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(141)는 다음의 채널들 중의 하나 이상으로부터 신호들을 수신할 수도 있다: 경사 입사 채널, 수직 입사 채널, 정반사 채널, 슬로프 채널, 위상 채널 등등. 다음으로, 이 채널들 중의 하나 이상으로부터의 데이터에서의 결함 시그니처들의 분석에 기초하여, 제어기(141)는 측정된 결함을 분류할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(141)는 제 1 콘트라스트 모드에서 제 1 채널을 통해 취해진 이미지를 비교할 수도 있고, 그 다음으로, 그 이미지를, 샘플(104)의 하나 이상의 광루미네선스 결함들(예컨대, SF 결함들 및 기저 평면 전위들)을 분류하기 위하여 N 번째 콘트라스트 모드에서 제 2 채널(또는 N 번째 채널)을 통해 취해진 이미지와 비교할 수도 있다.
도 2는 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름 다이어그램(200)을 예시한다. 단계(202)에서는, 경사 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 단계(204)에서는, 수직 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 하나의 실시형태에서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하기 위해 적당하다. 단계(206)에서는, 샘플로부터의 방사선이 수집된다. 하나의 실시형태에서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함한다. 단계(208)에서는, 샘플로부터의 방사선이 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 경사 조명 파장 광을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리된다. 단계(210)에서는, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들이 측정된다. 단계(212)에서는, 하나 이상의 산란 결함들이 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다. 단계(214)에서, 하나 이상의 광루미네선스 결함들은, 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다.
도 3은 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름 다이어그램(300)을 예시한다. 단계(302)에서는, 경사 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 단계(304)에서는, 수직 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 보내진다. 하나의 실시형태에서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하기 위해 적당하다. 단계(306)에서는, 샘플로부터의 방사선이 수집된다. 하나의 실시형태에서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함한다. 단계(308)에서, 샘플로부터의 방사선은, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 경사 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 3 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 4 부분으로 분리된다. 단계(310)에서는, 방사선의 제 1 부분의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들, 및 방사선의 제 4 부분의 하나 이상의 특징들이 측정된다. 단계(312)에서는, 하나 이상의 산란 결함들이 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다. 단계(314)에서, 하나 이상의 광루미네선스 결함들은, 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 방사선의 제 3 부분, 및 방사선의 제 4 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다.
도 4는 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름 다이어그램(400)을 예시한다. 단계(402)에서는, 수직 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 보내진다. 하나의 실시형태에서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하기 위해 적당하다. 단계(404)에서는, 샘플로부터의 방사선이 수집된다. 하나의 실시형태에서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함한다. 단계(406)에서, 샘플로부터의 방사선은, 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 제 1 부분, 수직 조명 파장을 포함하는 방사선의 제 2 부분, 및 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 광과 연관된 자외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들을 포함하는 방사선의 적어도 제 3 부분으로 분리된다. 단계(408)에서는, 방사선의 제 1 부분의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들, 방사선의 제 2 부분의 하나 이상의 특징들, 및 방사선의 제 3 부분의 하나 이상의 특징들이 측정된다. 단계(410)에서는, 하나 이상의 산란 결함들이 방사선의 제 2 부분 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다. 단계(412)에서, 하나 이상의 광루미네선스 결함들은, 광루미네선스 결함들이 없는 샘플의 구역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들을, 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 특징들과 비교함으로써, 방사선의 제 1 부분, 방사선의 제 2 부분, 및 방사선의 제 3 부분 중의 적어도 하나에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다.
도 5는 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름 다이어그램(500)을 예시한다. 단계(502)에서는, 수직 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 하나의 실시형태에서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하기 위해 적당하다. 단계(504)에서는, 샘플로부터의 방사선이 수집된다. 하나의 실시형태에서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함한다. 단계(506)에서는, 샘플로부터의 방사선이 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들로 분리되고, 각각의 부분은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광의 상이한 스펙트럼 범위에서의 하나 이상의 파장들을 포함한다. 단계(508)에서는, 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각에 대한 하나 이상의 특징들이 측정된다. 단계(510)에서는, 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각에 대한 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다. 단계(512)에서는, 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 방사선의 복수의 부분들의 각각과 연관된 하나 이상의 신호들에 기초하여 분류된다.
도 6은 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 방법을 도시하는 프로세스 흐름 다이어그램(600)을 예시한다. 단계(602)에서는, 수직 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 하나의 실시형태에서, 수직 조명 파장의 광의 빔은 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 광을 방출하게 하기 위해 적당하다. 단계(604)에서는, 경사 조명 파장 광의 빔이 샘플의 표면에 대해 경사진 방향을 따라 샘플의 부분 상으로 보내진다. 단계(606)에서는, 샘플로부터의 방사선이 수집된다. 하나의 실시형태에서, 샘플로부터의 방사선은 샘플의 하나 이상의 결함들에 의해 탄성 산란된 방사선, 또는 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함들에 의해 방출된 광루미네선스 방사선 중의 적어도 하나를 포함한다. 단계(608)에서는, 샘플로부터의 방사선이 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 근자외선(NUV) 부분으로 분리된다. 단계(610)에서는, 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분의 하나 이상의 특징들이 측정된다. 단계(612)에서는, 하나 이상의 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분의 측정된 하나 이상의 특징들에 기초하여 검출된다. 단계(614)에서는, 하나 이상의 검출된 광루미네선스 결함들이 광루미네선스 방사선의 가시광 부분 및 광루미네선스 방사선의 NUV 부분과 연관된 하나 이상의 신호들에 기초하여 분류된다.
당해 분야의 숙련자들은, 본원에서 기재된 방식으로 디바이스들 및/또는 프로세스들을 설명하고, 그 후에, 이러한 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 데이터 프로세싱 시스템들 내로 통합하기 위하여 공학 실무들을 이용하는 것이 당해 분야 내에서 통상적이라는 것을 인식할 것이다. 즉, 본원에서 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 적어도 부분은 합당한 양의 실험을 통해 데이터 프로세싱 시스템 내로 통합될 수 있다. 당해 분야의 숙련자들은, 전형적인 데이터 프로세싱 시스템이 일반적으로, 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 및 비 휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서들 및 디지털 신호 프로세서들과 같은 프로세서들, 오퍼레이팅 시스템들, 드라이버들, 그래픽 사용자 인터페이스들, 및 애플리케이션 프로그램들과 같은 연산 엔티티들, 터치 패드 또는 스크린과 같은 하나 이상의 상호작용 디바이스들, 및/또는 피드백 루프들 및 제어 모터들(예컨대, 위치 및/또는 속도를 감지하기 위한 피드백; 부품들 및/또는 분량들을 이동 및/또는 조절하기 위한 제어 모터들)을 포함하는 제어 시스템들 중의 하나 이상을 포함한다는 것을 인식할 것이다. 전형적인 데이터 프로세싱 시스템은 데이터 컴퓨팅/통신 및/또는 네트워크 컴퓨팅/통신 시스템들에서 전형적으로 발견된 것들과 같은 임의의 적당한 상업적으로 입수가능한 부품들을 사용하여 구현될 수도 있다.
본원에서 설명된 본 요지의 특정 양태들이 도시되고 설명되었지만, 본원에서의 교시사항들에 기초하여, 본원에서 설명된 요지 및 그 더욱 폭넓은 양태들로부터 이탈하지 않으면서 변경들 및 수정들이 행해질 수도 있고, 그러므로, 첨부된 청구항들은 본원에서 설명된 요지의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 바와 같은 이러한 모든 변경들 및 수정들을 그 범위 내에 망라하기 위한 것이라는 점이 당해 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.
이 발명의 특정 실시형태들이 예시되었지만, 상기한 개시물의 범위 및 사상으로부터 이탈하지 않으면서, 발명의 다양한 수정들 및 실시형태들이 당해 분야의 숙련자들에 의해 행해질 수도 있다. 따라서, 발명의 범위는 본원에 첨부된 청구항들에 의해서만 제한되어야 한다. 본 개시물 및 그 수반된 장점들의 다수는 상기한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지고 있고, 개시된 요지로부터 이탈하지 않거나, 그 중요한 장점들의 전부를 희생시키지 않으면서, 형태, 구성 및 부품들의 배열에 있어서 다양한 변경들이 행해질 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적이며, 다음의 청구항들의 의도는 이러한 변경들을 망라하고 포함하기 위한 것이다.

Claims (26)

  1. 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스(photoluminescence) 측정을 위한 시스템에 있어서,
    상기 샘플의 표면에 경사진 방향을 따라 경사 조명 파장(oblique-illumination wavelength)의 광의 빔을 상기 샘플의 일부분 상에 지향시키도록 구성된 경사 입사 복사선 소스(oblique-incidence radiation source);
    상기 샘플의 표면에 실질적으로 수직인 방향을 따라 상기 경사 조명 파장과는 상이한 수직 조명 파장(normal-illumination wavelength)의 광의 빔을 상기 샘플의 일부분 상에 지향시키도록 구성된 수직 입사 복사선 소스(normal-incidence radiation source) - 상기 수직 조명 파장의 광의 빔은 상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함이 광루미네선스 광을 방출하게 하는 데에 적절함 -;
    상기 샘플을 고정시키고, 적어도 상기 경사 입사 복사선 소스 및 상기 수직 입사 복사선 소스로 스캐닝 프로세스를 수행하기 위하여 상기 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리;
    상기 샘플로부터의 복사선을 수집하도록 구성된 수집 광학기기들의 세트 - 상기 샘플로부터의 복사선은 상기 샘플의 하나 이상의 결함에 의해 탄성 산란된(elastically scattered) 복사선, 또는 상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함에 의해 방출된 광루미네선스 복사선 중의 적어도 하나를 포함함 -;
    상기 수집 광학기기들의 세트에 의해 수집된 상기 복사선의 적어도 일부분을 수신하도록 구성된 필터 서브 시스템 - 상기 필터 서브 시스템은, 상기 샘플로부터의 복사선을, 상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함에 의해 방출된 광과 연관된 가시광 또는 근적외선 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장을 포함하는 제 1 복사선 부분, 상기 수직 조명 파장을 포함하는 제 2 복사선 부분, 및 상기 경사 조명 파장을 포함하는 적어도 제 3 복사선 부분으로 분리시키도록 구성됨 -;
    상기 필터 서브 시스템에 의해 송신된 상기 제 1 복사선 부분의 하나 이상의 특징을 측정하기 위한 제 1 센서, 상기 필터 서브 시스템에 의해 송신된 상기 제 2 복사선 부분의 하나 이상의 특징을 측정하기 위한 제 2 센서, 및 상기 필터 서브 시스템에 의해 송신된 상기 제 3 복사선 부분의 하나 이상의 특징을 측정하기 위한 적어도 제 3 센서를 포함하는 검출 서브 시스템; 및
    상기 제 1 센서, 상기 제 2 센서, 및 상기 제 3 센서에 통신가능하게 결합된 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제 2 센서 및 상기 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징 중의 적어도 하나에 기초하여 하나 이상의 산란(scattering) 결함을 검출하며;
    상기 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 상기 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 및 상기 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징 각각에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함을 검출하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 광루미네선스 결함들이 없는 상기 샘플의 구역에서의 상기 제 1 센서, 상기 제 2 센서, 및 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호를, 상기 샘플의 측정된 영역으로부터 취득된 상기 제 1 센서, 상기 제 2 센서, 및 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나로부터의 신호와 비교함으로써, 상기 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 상기 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 및 상기 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징 중의 적어도 하나에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함을 검출하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 상기 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 상기 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 및 상기 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징 중의 적어도 하나와, 상기 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함의 위치에 기초하여, 상기 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함을 맵핑(map)하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 상기 제 1 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 상기 제 2 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징, 및 상기 제 3 센서에 의해 측정된 하나 이상의 특징 중의 적어도 하나에 기초하여 상기 검출된 하나 이상의 광루미네선스 결함을 분류하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함은, 하나 이상의 적층 불량(stacking fault) 결함과 하나 이상의 기저 평면 전위(basal plane dislocation) 중의 적어도 하나를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 상기 제 2 센서와 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나에 의해 검출된 광에 기초하여 상기 검출된 하나 이상의 산란 결함을 피트 결함(pit defect)들 또는 입자 결함(particle defect)들로서 구별하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 2 센서와 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나에 의해 검출된 광에 기초하여 하나 이상의 광루미네선스 결함을 검출하기 위하여, 상기 제 2 센서에 의한 상기 제 2 복사선 부분의 측정과 상기 제 3 센서에 의한 상기 제 3 복사선 부분의 측정 중의 적어도 하나 이전에, 상기 경사 입사 복사선 소스를 선택적으로 비활성화하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샘플은 반도체 디바이스인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스는 와이드 밴드갭(wide-bandgap) 반도체 디바이스인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 경사 입사 복사선 소스와 상기 수직 입사 복사선 소스 중의 적어도 하나는 레이저인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 경사 입사 복사선 소스와 상기 수직 입사 복사선 소스 중의 적어도 하나는 자외선 레이저인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 경사 입사 복사선 소스와 상기 수직 입사 복사선 소스 중의 적어도 하나는 연속파(continuous wave; CW) 레이저인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 샘플을 고정시키고, 적어도 상기 경사 입사 복사선 소스 및 상기 수직 입사 복사선 소스로 스캐닝 프로세스를 수행하기 위하여 상기 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리는,
    상기 샘플을 고정시키고, 적어도 상기 경사 입사 복사선 소스 및 상기 수직 입사 복사선 소스로 나선형 스캐닝 프로세스를 수행하기 위하여 상기 샘플을 선택적으로 회전시키도록 구성된 회전 스테이지 어셈블리
    를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 샘플을 고정시키고, 적어도 상기 경사 입사 복사선 소스 및 상기 수직 입사 복사선 소스로 스캐닝 프로세스를 수행하기 위하여 상기 샘플을 선택적으로 작동시키도록 구성된 샘플 스테이지 어셈블리는,
    상기 샘플을 고정시키고, 적어도 상기 경사 입사 복사선 소스 및 상기 수직 입사 복사선 소스로 X-Y 스캐닝 프로세스를 수행하기 위하여 적어도 제 1 방향 및 상기 제 1 방향에 직각인 제 2 방향을 따라 상기 샘플을 선택적으로 병진이동(translate)시키도록 구성된 선형 스테이지 어셈블리
    를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 필터 서브 시스템은,
    상기 샘플로부터 수신된 상기 복사선으로부터, 상기 제 1 복사선 부분을 포함하는 제 1 스펙트럼 범위의 복사선을 분리시키고, 상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선을 상기 제 1 센서를 향해 지향시키도록 구성된 제 1 광학 소자;
    상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선 내에 포함되지 않은 복사선을 상기 제 1 광학 소자로부터 수신하도록 구성된 제 2 광학 소자 - 상기 제 2 광학 소자는 상기 제 1 광학 소자로부터 수신된 상기 복사선으로부터, 상기 제 2 복사선 부분을 포함하는 제 2 스펙트럼 범위의 복사선을 분리시키고, 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선을 상기 제 2 센서를 향해 지향시키도록 구성됨 -; 및
    상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선 또는 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선 내에 포함되지 않은 복사선을 상기 제 2 광학 소자로부터 수신하도록 구성된 제 3 광학 소자 - 상기 제 3 광학 소자는 상기 제 3 복사선 부분을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 복사선의 일부분을 적어도 상기 제 3 센서를 향해 지향시키도록 구성됨 -
    를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 중의 적어도 하나는 다이크로익 빔 스플리터(dichroic beam splitter)이고, 상기 제 3 광학 소자는 미러(mirror)인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 필터 서브 시스템은,
    상기 샘플로부터 수신된 상기 복사선으로부터, 상기 제 1 복사선 부분을 포함하는 제 1 스펙트럼 범위의 복사선을 분리시키고, 상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선을 상기 제 1 센서를 향해 지향시키도록 구성된 제 1 광학 소자;
    상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선 내에 포함되지 않은 복사선을 상기 제 1 광학 소자로부터 수신하도록 구성된 제 2 광학 소자 - 상기 제 2 광학 소자는 상기 제 1 광학 소자로부터 수신된 상기 복사선으로부터, 상기 제 2 복사선 부분을 포함하는 제 2 스펙트럼 범위의 복사선을 분리시키고, 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선을 상기 제 2 센서를 향해 지향시키도록 구성됨 -; 및
    상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선 또는 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선 내에 포함되지 않은 복사선을 상기 제 2 광학 소자로부터 수신하도록 구성된 제 3 광학 소자 - 상기 제 3 광학 소자는 상기 제 2 광학 소자로부터 수신된 상기 복사선으로부터, 상기 제 3 복사선 부분을 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 복사선의 일부분을 적어도 분리시키고, 상기 제 3 스펙트럼 범위의 복사선을 상기 제 3 센서를 향해 지향시키도록 구성되고, 상기 제 3 광학 소자는 또한, 상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선, 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선, 또는 상기 제 3 스펙트럼 범위의 복사선 내에 포함되지 않은 복사선을 하나 이상의 추가적인 광학 디바이스에 송신하도록 구성됨 -
    를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제 1 광학 소자, 상기 제 2 광학 소자, 및 상기 제 3 광학 소자 중의 적어도 하나는 다이크로익 빔 스플리터인 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제 1 센서와 상기 제 1 광학 소자 사이에 위치되고, 상기 제 1 스펙트럼 범위의 복사선의 적어도 일부분을 수신하고 상기 제 1 복사선 부분을 상기 제 1 센서에 송신하며 상기 제 1 복사선 부분 내에 포함되지 않은 복사선을 차단하도록 구성된 제 1 협대역 통과 필터;
    상기 제 2 센서와 상기 제 2 광학 소자 사이에 위치되고, 상기 제 2 스펙트럼 범위의 복사선의 적어도 일부분을 수신하고 상기 제 2 복사선 부분을 상기 제 2 센서에 송신하며 상기 제 2 복사선 부분 내에 포함되지 않은 복사선을 차단하도록 구성된 제 2 협대역 통과 필터; 및
    상기 제 3 센서와 상기 제 3 광학 소자 사이에 위치되고, 상기 제 3 스펙트럼 범위의 복사선의 적어도 일부분을 수신하고 상기 제 3 복사선 부분을 상기 제 3 센서에 송신하며 상기 제 3 복사선 부분 내에 포함되지 않은 복사선을 차단하도록 구성된 제 3 협대역 통과 필터
    를 더 포함하는, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제 1 협대역 통과 필터, 상기 제 2 협대역 통과 필터, 및 상기 제 3 협대역 통과 필터 중의 적어도 하나에 의해 송신된 스펙트럼 범위는 상기 샘플의 피처(feature)들의 광루미네선스 스펙트럼의 하나 이상의 특징에 의해 정의된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 센서, 상기 제 2 센서, 및 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나는 포토멀티플라이어 튜브(photomultiplier tube; PMT)를 포함한 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함으로부터 방출된 가시적 광루미네선스 광과 근적외선 광 중의 적어도 하나를 측정하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 상기 수직 입사 복사선 소스에 의해 방출된 광에 대응하는 파장의 산란된 복사선을 상기 샘플의 하나 이상의 결함으로부터 측정하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 제 3 센서는 상기 경사 입사 복사선 소스에 의해 방출된 광에 대응하는 파장의 산란된 복사선을 상기 샘플의 하나 이상의 결함으로부터 측정하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 센서와 상기 제 3 센서 중의 적어도 하나는 상기 샘플의 하나 이상의 광루미네선스 결함으로부터 자외선 광루미네선스 광을 측정하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 광루미네선스 결함들 및 산란 결함들을 동시에 또는 순차적으로 검출하도록 구성된 것인, 샘플의 결함 검출 및 광루미네선스 측정을 위한 시스템.
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