KR20230150944A - Discrimination of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements - Google Patents

Discrimination of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements Download PDF

Info

Publication number
KR20230150944A
KR20230150944A KR1020237022166A KR20237022166A KR20230150944A KR 20230150944 A KR20230150944 A KR 20230150944A KR 1020237022166 A KR1020237022166 A KR 1020237022166A KR 20237022166 A KR20237022166 A KR 20237022166A KR 20230150944 A KR20230150944 A KR 20230150944A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polarized
image
dop
polarized beam
light
Prior art date
Application number
KR1020237022166A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
마크 푸치에
크리스티안 모나숀
Original Assignee
아토라이트 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/537,422 external-priority patent/US11782001B2/en
Application filed by 아토라이트 아게 filed Critical 아토라이트 아게
Publication of KR20230150944A publication Critical patent/KR20230150944A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/22Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/226Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
    • H01J37/228Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object whereby illumination and light collection take place in the same area of the discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28Scanning microscopes
    • H01J2237/2803Scanning microscopes characterised by the imaging method
    • H01J2237/2808Cathodoluminescence
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28Scanning microscopes
    • H01J2237/2813Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817Pattern inspection

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

음극발광 현미경 및 방법은 반도체 샘플 내의 전위들을 식별하고 분류하기 위해 사용된다. 적어도 2개의 CL 편광된 이미지는 샘플로부터 동시에 획득된다. 이미지들은 전체 강도 이미지를 획득하기 위해 함께 더해진다. 이미지들의 정규화된 차이는 편광(DOP) 이미지의 정도를 획득하기 위해 취해진다. 전체 강도 및 DOP 이미지들은 샘플 내의 에지 전위들과 스크류 전위들 사이를 구별하기 위해 비교된다. 그 다음, 에지 전위 밀도 및 스크류 전위 밀도가 계산될 수 있다.Cathodoluminescence microscopy and methods are used to identify and classify dislocations in semiconductor samples. At least two CL polarized images are acquired simultaneously from the sample. The images are added together to obtain the total intensity image. The normalized difference of the images is taken to obtain the degree of polarization (DOP) image. Total intensity and DOP images are compared to distinguish between edge dislocations and screw dislocations within the sample. Next, the edge dislocation density and screw dislocation density can be calculated.

Description

음극발광 측정들을 사용하는 반도체 재료들에서의 전위 유형 및 밀도 구별Distinguishing dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements

관련 출원들Related Applications

본 출원은 2020년 12월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 63/121,752 및 2021년 11월29일에 출원된 미국 정규 출원 번호 17/537,422의 우선권 혜택을 주장하며, 그 개시는 본원에 전체적으로 참조로 원용된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 63/121,752, filed December 4, 2020, and U.S. Provisional Application No. 17/537,422, filed November 29, 2021, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety. It is used.

기술분야Technology field

본 개시는 주사 음극발광 현미경들 및, 더 구체적으로, 하드웨어 및 반도체 재료들 내의 상이한 결함 유형들을 발견하고 분류하는 것을 가능하기 위해 주사 음극발광 현미경들을 위한 방법들에 관한 것이다.The present disclosure relates to scanning cathodoluminescence microscopes and, more specifically, to methods for scanning cathodoluminescence microscopes to enable discovering and classifying different defect types in hardware and semiconductor materials.

출원인은 예를 들어, PCT/EP2020/063093에 새로운 주사 음극발광 현미경들을 이전에 개시하였으며, 그 개시는 본원에 전체적으로 참조로 원용된다. 현미경은 주사 전자 현미경(SEM)의 빔이 샘플을 스캐닝할 때, 전자들이 샘플과 상호작용하여, 검출될 수 있고 샘플의 표면 토포그래피, 구조 및 조성에 관한 정보를 포함하는 다양한 신호들을 생성한다는 발견에 기초하여 동작한다. SEM에 의해 생성되는 신호들의 유형들은 이차 전자들(SE), 후방 산란 전자들(BSE), 특성 또는 제동복사 X-선들, 광, 흡수된/유도된 전류(EBAC/EBIC) 및 투과된 전자들(TEM)을 포함한다. 전자 충돌 시 시료에 의해 방출되는 광(대략 0.1 내지 10 eV 범위의 에너지들을 갖는 광자들로서 정의됨)은 음극발광(CL)으로 칭해진다. 음극발광 측정들은 시료의 표면에 걸쳐 전자 현미경의 고도로 초점이 맞은 전자 빔 프로브를 스캐닝하고 음극발광 신호 세기를 시료 상의 전자 빔 위치의 함수로서 기록함으로써 주사 전자 현미경에서 수행될 수 있다. 음극발광 맵(또한 본원에 이미지로 지칭됨)이 발생될 수 있으며, 이는 광학 현미경에 의해 획득되는 넓은 필드 광 광학 이미지보다 더 높은 해상도 분광 정보를 제공한다. 이러한 개시의 목적을 위해, 독자는 위에 인용된 개시에 친숙한 것으로 가정된다. CL 현미경들의 다른 개시들에 대해, 독자는 미국 특허 번호 3,845,305, 미국 공개 번호들 2013/0335817 및 2019/0103248, 및 프랑스 특허 번호 2173436을 참조한다.The applicant has previously disclosed new scanning cathodoluminescence microscopes, for example in PCT/EP2020/063093, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. Microscopy discovers that when the beam of a scanning electron microscope (SEM) scans a sample, electrons interact with the sample, producing a variety of signals that can be detected and contain information about the sample's surface topography, structure, and composition. It operates based on The types of signals produced by SEM include secondary electrons (SE), backscattered electrons (BSE), characteristic or bremsstrahlung X-rays, optical, absorbed/induced current (EBAC/EBIC) and transmitted electrons. (TEM). The light emitted by the sample upon electron collision (defined as photons with energies in the range of approximately 0.1 to 10 eV) is called cathodoluminescence (CL). Cathodoluminescence measurements can be performed in a scanning electron microscope by scanning the electron microscope's highly focused electron beam probe across the surface of a sample and recording the cathodoluminescence signal intensity as a function of the electron beam position on the sample. Cathodoluminescence maps (also referred to herein as images) can be generated, which provide higher resolution spectroscopic information than wide field optical optical images acquired by optical microscopy. For purposes of this disclosure, the reader is assumed to be familiar with the disclosure cited above. For other disclosures of CL microscopes, the reader is referred to US Patent No. 3,845,305, US Publication Nos. 2013/0335817 and 2019/0103248, and French Patent No. 2173436.

개시의 이하의 요약은 본 발명의 일부 양태들 및 특징들의 기본 이해를 제공하기 위해 포함된다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니고 그와 같이 본 발명의 중요하거나 중대한 요소들을 특히 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하도록 의도되지 않는다. 그 유일한 목적은 본 발명의 일부 개념들을 아래에 제시되는 더 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 제시하는 것이다.The following summary of the disclosure is included to provide a basic understanding of some aspects and features of the invention. This summary is not an extensive overview of the invention and as such is not intended to specifically identify important or critical elements of the invention or to delineate the scope of the invention. Its sole purpose is to present some concepts of the invention in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented below.

본 개시의 목적은 유형, 예를 들어 스크류, 에지 또는 혼합에 따라 반도체 샘플 내에서 전위(dislocation)들의 식별 및 분류를 가능하게 하는 것이다. 전위들은 통상적으로 CL 이미지들에서 대조된 스폿으로 나타나고, 대조는 통상적으로 주변, 전위가 적은 재료보다 더 어둡지만, 때때로 특히 합금들의 경우에, 예를 들어 InGaN 합금들에서, 주변 재료보다 더 밝다(예를 들어 F. Massabuau et al, 'Optical and structural properties of dislocations in InGaN', J. Appl. Phys. 125, 165701(2019) 참조). 단순화를 위해, 전위들에 의해 유도되는 스폿들은 이제부터 "어두운 스폿"으로 칭해질 것이지만, 본 실시예들은 또한 대조 스폿들로 지칭되는 어두운 스폿들, 오히려 전위의 존재를 표시하는 CL에서 보이는 특징들에 제한되지 않는다. 개시된 양태들에 따르면, 관찰된 결함들은 결함들의 위치들에서 샘플 내의 스트레인들을 관찰함으로써 에지 전위들 및 스크류 전위들로 분류된다. 실제로, 에지 전위 주위의 스트레인들은 스크류 전위들과 대조적으로, 대부분 등압 구성요소들을 가지며, 이들은 전단 구성요소들만을 갖는다. 스트레인은 CL 방출을 편광시키고 수직으로 및 수평으로 편광된 빔들로 형성된 이미지들 사이의 정규화된 차이를 사용하여 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시킴으로써 관찰된다. 정규화된 차이는 2개의 편광된 이미지 사이의 차이 대 2개의 편광된 이미지의 합의 비율을 계산함으로써 획득될 수 있다.The aim of the present disclosure is to enable identification and classification of dislocations in a semiconductor sample according to type, for example screw, edge or mixed. Dislocations typically appear as contrasted spots in CL images, and the contrast is usually darker than the surrounding, dislocation-less material, but sometimes, especially in the case of alloys, for example InGaN alloys, brighter than the surrounding material ( See, for example, F. Massabuau et al, ‘Optical and structural properties of dislocations in InGaN’, J. Appl. Phys. 125, 165701 (2019). For simplicity, the spots induced by dislocations will henceforth be referred to as “dark spots”, but the present embodiments also show dark spots referred to as control spots, rather features visible in the CL that indicate the presence of dislocations. is not limited to According to disclosed aspects, observed defects are classified into edge dislocations and screw dislocations by observing strains in the sample at the locations of the defects. In practice, the strains around edge dislocations have mostly isobaric components, in contrast to screw dislocations, which have only shear components. Strain is observed by polarizing the CL emission and generating a degree of polarization (DOP) image using the normalized difference between images formed with vertically and horizontally polarized beams. The normalized difference can be obtained by calculating the ratio of the difference between the two polarized images to the sum of the two polarized images.

개시된 양태에 따르면, CL 현미경은 편광 빔 스플리터 큐브 및 적어도 2개의 광 검출기와 끼워 맞춰진다. 배열은 샘플들의 스캐닝된 영역의 2개의 편광 보완 이미지를 캡처하는 것을 가능하게 하며, 2개의 이미지는 공간적으로 그리고 시간적으로 둘 다 고유하게 등록되며, 따라서 이미지들의 정렬을 수행하기 위한 요구를 회피하고 2개의 이미지의 취득에서 시간 시프트 또는 지연에 의해 도입되는 인공물들을 제거한다.According to disclosed aspects, a CL microscope is fitted with a polarizing beam splitter cube and at least two photo detectors. The arrangement makes it possible to capture two polarization complementary images of the scanned area of the samples, the two images being uniquely registered both spatially and temporally, thus avoiding the need to perform alignment of the images and Eliminates artifacts introduced by time shifts or delays in the acquisition of dog images.

개시된 실시예들에서, 반도체 샘플의 스캐닝된 영역의 2개의 편광 보완 이미지를 동시에 발생시키기 위한 음극발광 현미경이 제공되며, 2개의 이미지는 공간적으로 그리고 시간적으로 둘 다 고유하게 등록되고, 현미경은 전자 소스, 전자 소스로부터 방출되는 전자들을 집중시키며 이에 따라 전자 빔을 형성하기 위한 자기 렌즈, 및 샘플에 걸쳐 전자 빔을 스캐닝하는 스캐너를 갖는 전자 빔 칼럼; 전자 빔의 스캐닝에 응답하여 샘플로부터 방출되는 CL 광을 수집하고 광 빔을 형성하는 광 대물렌즈; 초점 렌즈, 광 빔을 제1 편광된 빔 및 제2 편광된 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터, 제1 편광된 빔을 수용하는 제1 광 검출기 및 제2 편광된 빔을 수용하는 제2 광 검출기를 포함하는 이미징 섹션; 및 제1 광 검출기로부터 수신하는 제1 신호 및 제2 광 검출기로부터 수신하는 제2 신호로부터 2개의 편광 보완 이미지를 형성하는 제어기를 포함한다.In disclosed embodiments, a cathodoluminescence microscope is provided for simultaneously generating two polarization complementary images of a scanned area of a semiconductor sample, the two images being uniquely registered both spatially and temporally, and the microscope comprising an electron source. , an electron beam column having a magnetic lens for focusing the electrons emitted from the electron source and thereby forming the electron beam, and a scanner for scanning the electron beam across the sample; an optical objective that collects CL light emitted from the sample in response to scanning of the electron beam and forms a light beam; a focusing lens, a polarizing beam splitter splitting the light beam into a first polarized beam and a second polarized beam, a first light detector receiving the first polarized beam and a second light detector receiving the second polarized beam. Imaging section containing; and a controller that forms two polarization complementary images from a first signal received from the first photo detector and a second signal received from the second photo detector.

이미징 섹션은 편광 빔 스플리터의 상류에 삽입된 광학 필터를 더 포함할 수 있다. 또한, 현미경은 편광 빔 스플리터의 상류에 위치된 하프 미러로서, 초점 렌즈는 하프 미러의 상류 또는 하류에 위치될 수 있는 하프 미러; 하프 미러에 의해 반사되는 광을 수신하고 제1 편광된 빔에 대해 45 도 편광 회전 각도로 배향되는 제3 편광된 빔, 및 제2 편광된 빔에 대해 45 도 편광 회전 각도로 배향되는 제4 편광된 빔을 형성하도록 배향된 제2 편광 빔 스플리터; 제3 편광된 빔을 수신하는 제3 광 검출기; 및 제4 편광된 빔을 수신하는 제4 광 검출기를 더 포함할 수 있다. 현미경은 또한 편광 빔 스플리터를 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기에 서로에 대한 고정된 배향으로 부착하는 하우징; 및 광 빔과 정렬된 축을 따라 하우징을 회전시키는 회전 메커니즘을 포함할 수 있다. 개시된 실시예들은 2개의 편광된 음극발광 방출의 동시 취득이 이미지들의 공간 및 시간 정렬을 고유하게 통합한다는 점에서 유리하다. 실시예들은 또한 에지 및 스크류 전위들 사이를 구별하는 것을 가능하게 한다.The imaging section may further include an optical filter inserted upstream of the polarizing beam splitter. Additionally, the microscope may include a half mirror positioned upstream of a polarizing beam splitter, wherein the focusing lens may be positioned upstream or downstream of the half mirror; a third polarized beam that receives light reflected by the half mirror and is oriented at a polarization rotation angle of 45 degrees with respect to the first polarized beam, and a fourth polarization beam is oriented at a polarization rotation angle of 45 degrees with respect to the second polarized beam. a second polarizing beam splitter oriented to form a polarized beam; a third photodetector receiving a third polarized beam; and a fourth photo detector receiving the fourth polarized beam. The microscope may also include a housing attaching the polarizing beam splitter to the first and second photo detectors in fixed orientations relative to each other; and a rotation mechanism that rotates the housing along an axis aligned with the light beam. The disclosed embodiments are advantageous in that the simultaneous acquisition of two polarized cathodoluminescent emissions uniquely integrates the spatial and temporal alignment of the images. Embodiments also make it possible to distinguish between edge and screw dislocations.

개시된 양태들에 따르면, 컴퓨터에 의해 실행될 때 컴퓨터로 하여금 단계들을 실행하게 하는 저장 장치에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공되며, 단계들은 편광된 음극발광 빔에 대응하는 제1 전기 신호 및 제1 전기 신호에 대해 90 도 편광 회전을 갖는 편광된 음극발광 빔에 대응하는 제2 전기 신호를 수신하는 단계; 샘플의 스캐닝된 영역의 강도 이미지를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들을 더하는 단계; 영역의 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들의 정규화된 차이를 취하는 단계; 강도 이미지에 나타나는 각각의 대조 스폿의 중심 지점의 좌표들을 결정하는 단계; 좌표들 각각에 대해, DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하여 적절한 형상 또는 세기 기준을 이행하는 이러한 구역에서 응력 패턴을 결정하며, 그 다음 응력 패턴을 몇 개의 이용 가능한 절차들로부터의 선택된 절차를 통해 에지 또는 스크류로서 분류하는 단계를 포함한다. 상술한 절차는 일부 재료들에서 스크류 전위가 간단히 DOP 이미지, 구획 분산 계산, 패턴 매칭 방법, 또는 기계 학습 또는 임의의 다른 AI 영감 패턴 인식 방법으로 전혀 나타나지 않으므로 간단한 세기 임계치일 수 있다.According to disclosed aspects, there is provided a computer program stored on a storage device that, when executed by the computer, causes the computer to perform steps, the steps comprising: a first electrical signal corresponding to a polarized cathodoluminescent beam; and Receiving a second electrical signal corresponding to the polarized cathodoluminescent beam having a 90 degree polarization rotation; adding first and second electrical signals to generate an intensity image of the scanned area of the sample; Taking the normalized difference of the first and second electrical signals to generate a degree of polarization (DOP) image; determining the coordinates of the center point of each contrast spot appearing in the intensity image; For each of the coordinates, the corresponding region within the DOP image is inspected to determine the stress pattern in this region that fulfills the appropriate shape or intensity criteria, and the stress pattern is then edge compressed through a selected procedure from several available procedures. or classifying it as a screw. The above described procedure may be a simple intensity threshold for some materials as the screw dislocation simply does not appear at all in DOP images, partition variance calculations, pattern matching methods, or machine learning or any other AI inspired pattern recognition method.

추가 양태들에 따르면, 반도체 샘플 내의 결함들을 검출하기 위해 음극발광 현미경을 동작시키는 방법이 개시되며, 방법은 전자 빔으로 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계; 스캐닝 동안 영역으로부터 방출되는 음극발광 광을 수집하고 음극발광 광으로부터 광 빔을 형성하는 단계; 서로에 대해 90 도 편광 회전를 갖는 2개의 편광된 빔을 획득하기 위해 편광자 빔 스플리터를 통해 광 빔을 통과시키는 단계; 2개의 편광된 빔에 대응하는 2개의 전기 신호를 동시에 발생시키기 위해 2개의 광 검출기를 사용하는 단계; 영역의 강도 이미지를 형성하기 위해 2개의 신호를 더하는 단계; 영역의 편광(DOP) 이미지의 정도를 형성하기 위해 2개의 신호의 정규화된 차이를 취하는 단계; 강도 이미지에 나타나는 각각의 대조 스폿에 대해, DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하고 적절한 스트레인 필드의 표시가 DOP 이미지 내의 구역 내에 나타날 때마다, 대응하는 대조 스폿을 에지 전위로서 분류하는 단계를 포함한다.According to further aspects, a method of operating a cathodoluminescence microscope to detect defects in a semiconductor sample is disclosed, the method comprising: scanning an area of the sample with an electron beam; collecting cathodoluminescent light emitted from the area during scanning and forming a light beam from the cathodoluminescent light; Passing the light beam through a polarizer beam splitter to obtain two polarized beams having a 90 degree polarization rotation relative to each other; using two photodetectors to simultaneously generate two electrical signals corresponding to two polarized beams; adding the two signals to form an intensity image of the region; Taking the normalized difference of the two signals to form a degree of polarization (DOP) image; For each contrast spot appearing in the intensity image, examining a corresponding region within the DOP image and, whenever an indication of an appropriate strain field appears within the region within the DOP image, classifying the corresponding contrast spot as an edge dislocation.

정규화된 차이를 취하는 단계는 제1 및 제2 전기 신호들 사이의 차이 대 제1 및 제2 전기 신호들의 합의 비율을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. DOP 이미지를 검사하는 단계는 구역 내의 DOP 이미지의 대표 값을 계산하는 단계 및 대표 값을 미리 설정된 임계치에 비교하는 단계를 포함할 수 있다.Taking the normalized difference may include calculating a ratio of the difference between the first and second electrical signals to the sum of the first and second electrical signals. Inspecting the DOP image may include calculating a representative value of the DOP image within the area and comparing the representative value to a preset threshold.

본 명세서에 통합되고 이의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하고 도시하는 역할을 한다. 도면들은 예시적인 실시예들의 주요 특징들을 도해 방식으로 도시하도록 의도된다. 도면들은 실제 실시예들의 모든 특징을 도시하는 것도 도시된 요소들의 상대 치수들을 도시하는 것도 의도되지 않고, 축척에 따라 도시되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조하여, 비제한적인 예시적인 실시예들의 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.
- 도 1은 본원에 개시된 실시예들을 구현하기 위한 음극발광 주사 전자 현미경의 하부 부분의 개략적인 단면도이다.
- 도 2는 일 실시예에 따른 음극발광 현미경의 이미지 취득 섹션의 간략화된 개략도이다.
- 도 3a는 샘플 내의 잠재 결함들을 도시하는 강도 이미지인 한편, 도 3b는 도 3a에 이미지화된 영역에 대응하는 DOP 이미지이다.
- 도 4는 일 실시예에 따른 결함들을 분류하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
- 도 5는 다른 실시예에 따른 음극발광 현미경의 이미지 취득 섹션의 간략화된 개략도이다.
- 도 6은 또 다른 실시예에 따른 음극발광 현미경의 이미지 취득 섹션의 개략도이다.
- 도 7은 추가 실시예에 따른 음극발광 현미경의 이미지 취득 섹션의 개략도이다.
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain and illustrate the principles of the invention. The drawings are intended to illustrate key features of exemplary embodiments in a diagrammatic manner. The drawings are not intended to depict all features of actual embodiments nor the relative dimensions of the elements shown, and are not drawn to scale.
Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of non-limiting exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings.
- Figure 1 is a schematic cross-sectional view of the lower part of a cathodoluminescence scanning electron microscope for implementing the embodiments disclosed herein.
- Figure 2 is a simplified schematic diagram of the image acquisition section of a cathodoluminescence microscope according to one embodiment.
- Figure 3a is an intensity image showing latent defects in the sample, while Figure 3b is a DOP image corresponding to the area imaged in Figure 3a.
- Figure 4 is a flow chart showing a process for classifying defects according to one embodiment.
- Figure 5 is a simplified schematic diagram of the image acquisition section of a cathodoluminescence microscope according to another embodiment.
- Figure 6 is a schematic diagram of the image acquisition section of a cathodoluminescence microscope according to another embodiment.
- Figure 7 is a schematic diagram of the image acquisition section of a cathodoluminescence microscope according to a further embodiment.

본 발명의 일부 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 후술된다. 상이한 도면들에 나타나는 동일한 기능적 및 구조적 요소들은 동일한 참조 번호들을 할당받을 수 있다.Some embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Identical functional and structural elements appearing in different drawings may be assigned identical reference numerals.

본 발명의 음극발광 주사 전자 현미경 및 동작 방법들의 실시예들은 이제 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 상이한 실시예들 또는 그들의 조합들은 상이한 적용들을 위해 또는 상이한 혜택들을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 달성되는 결과에 따라, 본원에 개시된 상이한 특징들은 부분적으로 또는 최대한으로, 단독으로 또는 다른 특징들과 조합하여 이용될 수 있어, 장점들과 요건들 및 제약들의 균형을 유지한다. 따라서, 특정 특징들, 요소들 또는 혜택들은 상이한 실시예들을 참조하여 강조될 것이지만, 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 즉, 본원에 개시된 특징들, 요소들 및 혜택들은 그들이 설명되는 실시예에 제한되는 것이 아니라, 다른 특징들과 "혼합되고 매칭되고" 다른 실시예들에 통합될 수 있지만, 그러한 것은 본원에 명시적으로 설명되지 않는다.Embodiments of the cathodoluminescence scanning electron microscope and operating methods of the present invention will now be described with reference to the drawings. Different embodiments or combinations thereof may be used for different applications or to achieve different benefits. Depending on the result achieved, the different features disclosed herein may be used partially or fully, alone or in combination with other features, balancing the advantages with the requirements and constraints. Accordingly, certain features, elements or benefits will be emphasized with reference to different embodiments, but are not limited to the disclosed embodiments. That is, the features, elements, and benefits disclosed herein are not limited to the embodiment in which they are described, but may be “mixed and matched” with other features and incorporated into other embodiments, although such features are not explicitly stated herein. is not explained by

도 1은 CL 현미경의 하부 부분을 단면도로 도시하며, 이는 위에 인용된 PCT/EP2020/063093에 더 완전히 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 현미경은 진공 인클로저(10) 내에 수용되는 전자 칼럼(41), 및 일반적으로 대기 환경에 있는 이미징 섹션(42)을 포함한다. 도 1에 도시된 통합 현미경은 전자 빔 이미지, 광 빔 이미지, 음극발광(CL) 이미지, 및 CL 분광사진 이미지를 발생시킬 수 있다. 이미지화된 CL 방출들은 나노스케일로 샘플의 재료의 구조 및 질에 상관될 수 있다. CL 데이터는 다른 이미징 모드들을 사용하여 볼 수 없는 재료 응력, 불순물들, 결정학적, 및 하표면 결함들을 드러낼 수 있다. 중요하게, CL 이미징은 샘플을 검사하는 비파괴 방법이다.Figure 1 shows the lower part of a CL microscope in cross-section, which is more fully described in PCT/EP2020/063093 cited above. As shown in Figure 1, the microscope includes an electron column 41 housed within a vacuum enclosure 10, and an imaging section 42 that is typically in an atmospheric environment. The integrated microscope shown in FIG. 1 can generate electron beam images, light beam images, cathodoluminescence (CL) images, and CL spectrophotometric images. The imaged CL emissions can be correlated to the structure and quality of the sample's materials at the nanoscale. CL data can reveal material stresses, impurities, crystallographic, and subsurface defects that are not visible using other imaging modes. Importantly, CL imaging is a non-destructive method of examining samples.

전자 칼럼은 전자들을 방출하는, 열이온 또는 필드 방출 소스와 같은 전자 소스(1)를 포함한다. 방출된 전자들은 다양한 입자 광학 요소들, 예컨대 전자기 렌즈(5'), 전자기 대물렌즈(5), 및 애퍼처 디스크들(때때로 스톱들로 지칭됨)(6)에 의해 전자 빔(9)으로 이루어진다. 애퍼처 디스크들(6) 중 어느 것이 포텐셜의 인가에 의해 정전 렌즈로서의 기능을 할 수 있다는 점을 주목한다. 공지된 방식으로, 코일들(11)은 자기장, 이 도면에서 실질적으로 수평 자기장을 전자기 대물렌즈(5)의 광 축(z)의 레벨에서 발생시키기 위해 제공된다. 자기장의 대부분은 출력 또는 출구 애퍼처(13)의 레벨에 위치될 수 있거나, 대신에 렌즈와 시료 사이의 그러한 영역 외부에 있을 수 있다.The electron column comprises an electron source 1, such as a thermionic or field emission source, which emits electrons. The emitted electrons are formed into an electron beam 9 by means of various particle optical elements, such as an electromagnetic lens 5', an electromagnetic objective 5, and aperture disks (sometimes referred to as stops) 6. . Note that any of the aperture disks 6 can function as an electrostatic lens by application of a potential. In a known manner, the coils 11 are provided for generating a magnetic field, in this figure a substantially horizontal magnetic field, at the level of the optical axis z of the electromagnetic objective 5 . The majority of the magnetic field may be located at the level of the output or exit aperture 13, or may instead be outside that area between the lens and the sample.

자기장의 목적은 샘플(7)의 표면 위로 집중될 수 있는 수렴 전자 빔(9)을 발생시키는 것이다. 이러한 예에서, 전자 방출기(1)에 의해 발생되는 전자 빔(9)은 도면의 상단으로부터 하방으로 전파된다. 전자 빔 스팬은 렌즈(5')와 같은 콘덴서 배열에 의해 수정될 수 있어, 그것은 발산되거나, 조준되거나, 수렴될 수 있다. 콘덴서는 전자 방출기 아래에 배치될 수 있다. 전자 빔은 전형적으로 수 밀리미터, 예를 들어 2 내지 3 mm 범위의 폭을 갖는다.The purpose of the magnetic field is to generate a converging electron beam 9 that can be focused onto the surface of the sample 7. In this example, the electron beam 9 generated by the electron emitter 1 propagates downward from the top of the figure. The electron beam span can be modified by an array of condensers, such as lenses 5', so that it can be divergent, collimated or convergent. A condenser may be placed below the electron emitter. The electron beam typically has a width of several millimeters, for example in the range of 2 to 3 mm.

렌즈(5)는 그 광 축을 따라 중공 내부를 가져서, 전자 빔(9)은 통과될 수 있다. 중공 부분(통로 또는 갭)은 샘플(7)에 의해 방출되거나 이로부터 반사되는 광이 또한 많은 방해 없이 통과될 수 있도록 충분히 넓다. 좋은 전자 광학 성능을 유지하기 위해 전자기 대물렌즈(5)의 출력 애퍼처(13)를 가능한 한 작게 유지하는 것이 바람직하기 때문에, 작동 거리가 작게 유지되도록 시스템을 구축하는 것이 바람직하다.The lens 5 has a hollow interior along its optical axis, so that the electron beam 9 can pass through. The hollow portion (passage or gap) is wide enough so that the light emitted by or reflected from the sample 7 can also pass through without much obstruction. Since it is desirable to keep the output aperture 13 of the electromagnetic objective 5 as small as possible to maintain good electro-optical performance, it is desirable to build the system so that the working distance is kept small.

알 수 있는 바와 같이, 반사 대물렌즈는 샘플(7)의 표면을 이미지화하기 위해 전자기 대물렌즈(5) 내에 제공된다. 이러한 예에서, 슈바르츠실트 반사 대물렌즈가 사용된다. 슈바르츠실트 대물렌즈는 2개의 미러 반사 대물렌즈이며, 이는 광 축(z)(본래 전자 빔의 경로와 일치함)을 중심으로 회전 대칭이며, 무수차이고 무한 보정된다. 전자기 대물렌즈(5) 및 반사 대물렌즈는 동일한 초점 평면을 가질 수 있다. 전자기 대물렌즈(5) 내의 반사 대물렌즈는 이러한 예에서 구면이고 오목한, 일차 미러로도 지칭되는 제1 미러(M1), 및 이러한 예에서 구면이고 볼록한, 이차 미러로도 지칭되는 제2 미러(M2)를 포함한다. 제1 미러(M1)의 직경은 제2 미러(M2)의 직경보다 더 크다. 제1 미러(M1)는 제2 미러(M2) 위에 위치되고 전자 빔(9)이 샘플(7)의 표면에 부딪치는 결과로서 샘플에서 나오는 광을 반사시키고, 샘플과 제1 미러(M1) 사이에 배치된 제2 미러(M2)를 향해 광을 지향시키도록 배치된다. 제2 미러(M2)는 전자기 대물렌즈의 광 축을 따라(즉, 상방으로) 광을 재지향시키도록 배치되고, 이러한 예에서 평면인 제3 미러(M3)는 출력을 향해 광 빔을 재지향시키도록 배치된다. 이러한 예에서, 제3 미러(M3)는 전자 빔(9) 축에 대해 45°각도를 갖고 진공 인클로저(10)로부터 광을 재지향시키기 위해 사용된다. 모든 3개의 미러(M1, M2 및 M3)는 전자 빔이 방해받지 않도록 전자 빔 경로를 따라 애퍼처 또는 개구부를 갖는다.As can be seen, a reflective objective is provided within the electromagnetic objective 5 to image the surface of the sample 7. In this example, a Schwarzschild reflection objective is used. The Schwarzschild objective is a two-mirror reflection objective that is rotationally symmetric about the optical axis (z) (coincident with the path of the original electron beam), is aberration-free, and is infinitely corrected. The electromagnetic objective 5 and the reflective objective may have the same focal plane. The reflective objective in the electromagnetic objective 5 consists of a first mirror (M1), also referred to as the primary mirror, in this example spherical and concave, and a second mirror (M2), also referred to as the secondary mirror, in this example spherical and convex. ) includes. The diameter of the first mirror (M1) is larger than the diameter of the second mirror (M2). The first mirror (M1) is positioned above the second mirror (M2) and reflects the light coming from the sample as a result of the electron beam (9) hitting the surface of the sample (7), between the sample and the first mirror (M1). It is arranged to direct light toward the second mirror (M2) disposed in . The second mirror (M2) is arranged to redirect the light along (i.e. upward) the optical axis of the electromagnetic objective, and the third mirror (M3), which in this example is planar, is arranged to redirect the light beam towards the output. do. In this example, the third mirror (M3) has a 45° angle to the electron beam (9) axis and is used to redirect the light from the vacuum enclosure (10). All three mirrors (M1, M2 and M3) have apertures or openings along the electron beam path to ensure that the electron beam is unobstructed.

광 이미징 섹션(42)에서, 미러(M3)에 의해 반사되는 광은 렌즈(22)에 의해 이미징 모노크로메이터(43) 위로 집중된다. 이러한 예에서, 2개의 이미저, 즉 CCD 카메라 45 및 검출기(46), 예컨대 InGaAs 또는 PMT 검출기가 제공된다. 미러(24)가 하프 미러이면, 이때 이미저들 둘 다는 동시에 동작될 수 있다. 역으로, 미러(24)는 한 번에 하나의 이미저를 동작시키는 것을 가능하게 하는 플립 미러일 수 있다. 이러한 배열에서, 검출기(46)는 지정된 파장의 광 세기를 검출하기 위해 사용될 수 있는 한편, CCD 카메라는 광 세기를 몇 개의 파장들에서 동시에 검출하기 위해 사용될 수 있다.In the optical imaging section 42, the light reflected by mirror M3 is focused by lens 22 onto imaging monochromator 43. In this example, two imagers are provided, a CCD camera 45 and a detector 46, such as an InGaAs or PMT detector. If mirror 24 is a half mirror, then both imagers can be operated simultaneously. Conversely, mirror 24 may be a flip mirror that allows operating one imager at a time. In this arrangement, detector 46 can be used to detect light intensity at a specified wavelength, while the CCD camera can be used to detect light intensity at several wavelengths simultaneously.

CL 현미경은 결함들을 검출하기 위해 반도체들을 검사하는 데 사용되었다. 그러나, 많은 경우들에서, 결함들의 수는 크고 다양한 상이한 유형들의 결함들을 포함한다. 재료의 검사를 돕기 위해, 그것은 일부 유형들의 결함들이 장치에 파국적일 수 있는 한편, 다른 유형들이 장치 성능에 영향을 미치지 않을 수 있기 때문에, CL 이미지들에 나타나는 상이한 유형들의 결함들을 식별하고 가능하게는 분류할 수 있는 것에 이로울 것이다. 따라서, 결함들의 유형들을 결정하는 것은 검사된 샘플의 질을 결정하는 것에 중대하다.CL microscopy was used to inspect semiconductors to detect defects. However, in many cases, the number of defects is large and includes a variety of different types of defects. To aid the inspection of materials, it is possible to identify and possibly identify the different types of defects that appear in CL images, since some types of defects may be catastrophic to the device, while other types may not affect device performance. It would be beneficial to be able to classify. Therefore, determining the types of defects is critical to determining the quality of the inspected sample.

샘플 내의 정수압이 CL 방출 에너지 스펙트럼에서 시프트를 생성할 것인 한편, 비수압 스트레인이 스펙트럼의 넓어짐을 야기하지만, 에너지 스펙트럼의 피크에서 시프트를 야기하지 않을 수 있는 것이 또한 관찰되었다. 이들 현상들은 광발광을 사용하여 연구되었으며, 광 빔(예를 들어, 레이저 빔)은 샘플 상에 스캐닝되고 샘플로부터 방출되는 광은 수집되고 분석된다. 또한, 편광(DOP) 기술의 정도는 광 수집 경로 내에 편광자를 삽입하고 편광자를 회전시켜 CL 이미지들을 수평 및 수직 편광들에서 취함으로써 샘플 내의 스트레인을 측정하기 위해 사용되었다. 그 다음, DOP는 에 의해 획득된다. 샘플 내의 스트레인이 방출된 광의 편광에 영향을 미칠 것이기 때문에, DOP 이미지는 샘플 내의 스트레인의 위치들을 식별할 것이다.It has also been observed that while hydrostatic pressure within the sample will produce a shift in the CL emission energy spectrum, non-hydrostatic strain may cause a broadening of the spectrum, but not a shift in the peak of the energy spectrum. These phenomena have been studied using photoluminescence, where a light beam (e.g., a laser beam) is scanned over a sample and the light emitted from the sample is collected and analyzed. Additionally, the degree of polarization (DOP) technique was used to measure the strain in the sample by inserting a polarizer within the light collection path and rotating the polarizer to take CL images in horizontal and vertical polarizations. Then, the DOP is It is acquired by. Because strain within the sample will affect the polarization of the emitted light, the DOP image will identify the locations of strain within the sample.

질화 갈륨(GaN), 탄화 규소(SiC), 비화 갈륨(GaAs) 및 인화 인듐(InP)과 같은, 몇몇 반도체 재료들에서, 전위들은 장치들의 성능에 주요 영향을 갖는 선형 결함들이다. 역으로, 일부 다른 유형들의 결함들은 장치의 성능에 해롭지 않을 수 있다. 예를 들어, 스크류 및 에지 전위들 사이의 주요 차이들 중 하나는 스크류 유형이 전위 라인에 평행한 버거스 벡터를 가져서, 스크류 유형이 주변 재료 상에 순수 전단을 가하는 것을 의미하여, 응력 변화만이 재료의 표면에 수직인 한편, 에지 유형이 그 축에 수직인 버거스 벡터를 가져서, 에지 유형이 그 코어 주위에 전위 라인에 수직이고 재료의 표면에 평행한 스트레인 필드를 생성하는 것을 의미한다는 것이다.In some semiconductor materials, such as gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs) and indium phosphide (InP), dislocations are linear defects that have a major impact on the performance of devices. Conversely, some other types of defects may not be detrimental to the performance of the device. For example, one of the key differences between screw and edge dislocations is that the screw type has a Burgers vector parallel to the dislocation line, meaning that the screw type exerts a net shear on the surrounding material, resulting in only a stress change. This means that the edge type has a Burgers vector perpendicular to its axis, while perpendicular to the surface of the material, creating a strain field perpendicular to the dislocation lines around its core and parallel to the surface of the material.

샘플 내의 전위들은 대부분 종종 재조합 사이트 및 따라서 비방사 지점으로서의 역할을 반도체 샘플 내에서 할 것이다. 따라서, 각각의 결함은 결함들이 밝은 스폿으로 나타나는 일부 경우들을 제외하고, CL 강도 이미지에서 어두운 스폿으로 나타난다. 역으로, 발명자들에 의해 다양한 실험들에서 확인되는 바와 같이, DOP 이미지는 그레이 레벨 변화(전형적으로 전위 코어의 일 측면 상에서 더 어둡고, 다른 측면 상에서 더 밝음)를, DOP 이미지에서 스포팅될 수 있는 샘플 내의 스트레인을 유도하는 전위들의 위치들, 즉 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서의 에지 전위들에서만 나타낼 것이다. 따라서, 발명자들은 DOP가 에지 전위들과 분명히 구별되는 것을 허용하는 방식으로 민감하지 않거나, 민감한 상이한 스트레인 필드를 발생시키는 다른 전위들(예를 들어, 스크류 전위들)로부터 분리되는 바와 같이, CL DOP 이미지들이 에지 전위들을 매핑하기 위해 사용될 수 있는 것을 발견하였다. 도 3a 및 도 3b의 예에서, 순수 스크류 전위들은 DOP 이미지에서 전혀 보이지 않는다.Dislocations within the sample will most often act as recombination sites and therefore non-radiative sites within the semiconductor sample. Therefore, each defect appears as a dark spot in the CL intensity image, except in some cases where the defects appear as bright spots. Conversely, as confirmed in various experiments by the inventors, DOP images show gray level changes (typically darker on one side of the dislocation core, brighter on the other) in the sample that can be spotted in the DOP image. The positions of dislocations that induce strain in the interior, i.e. edge dislocations in the example shown in FIGS. 3A and 3B, will only be shown. Accordingly, the inventors have determined that the CL DOP images as separated from other dislocations (e.g. screw dislocations) that generate different strain fields that are either insensitive or sensitive in a way that allows the DOP to be clearly distinguished from edge dislocations. It was discovered that they can be used to map edge dislocations. In the examples of FIGS. 3A and 3B , pure screw dislocations are not visible at all in the DOP image.

따라서, 개시된 양태에 따르면, 에지 전위 밀도를 결정하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 전자 빔으로 반도체 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계, 샘플로부터 방출되는 CL 광을 수집하고 수집된 광으로부터 광 빔을 형성하는 단계, 편광자를 통해 광 빔을 통과시키고 광 빔을 검출기로 지향시키고 영역의 수평으로 편광된 이미지 및 영역의 수직으로 편광된 이미지를 발생시키는 단계, 수평으로 편광된 이미지 및 수직으로 편광된 이미지의 정규화된 차이를 획득하며 이에 따라 편광(DOP) 이미지의 정도를 형성하는 단계, DOP 이미지에 나타나는 대응하는 특징들의 밀도를 결정함으로써 에지 전위 밀도를 계산하는 단계를 포함한다. 정규화된 차이는 2개의 편광된 이미지 사이의 차이 대 2개의 편광된 이미지의 합의 비율을 계산함으로써 획득될 수 있다.Accordingly, according to the disclosed aspect, a method is provided for determining edge dislocation density, the method comprising: scanning an area of a semiconductor sample with an electron beam, collecting CL light emitted from the sample and forming a light beam from the collected light. passing a light beam through a polarizer and directing the light beam to a detector and generating a horizontally polarized image of the area and a vertically polarized image of the area, the horizontally polarized image and the vertically polarized image. Obtaining the normalized difference and thereby forming a degree of polarization (DOP) image, and calculating the edge dislocation density by determining the density of corresponding features appearing in the DOP image. The normalized difference can be obtained by calculating the ratio of the difference between the two polarized images to the sum of the two polarized images.

더욱이, 실험에 의해, 발명자들은 결함들에 관한 추가 정보가 CL 강도 이미지 및 DOP 이미지의 비교에 의해 획득될 수 있는 것을 결정하였다. 그러한 비교는 결함들의 유형에 의해 구별되는 결함 밀도들을 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다. 즉, 강도 이미지 내의 어두운 스폿들의 밀도를 계산함으로써, 전체 결함 밀도가 획득되고, DOP 이미지 내의 대응하는 특징을 갖는 이들 동일한 어두운 스폿들의 밀도를 계산함으로써, 에지 전위들의 밀도가 획득될 수 있고, 전체 및 에지 전위 밀도들 사이의 차이를 취함으로써, 스크류 전위들의 결함 밀도가 획득될 수 있다. 다른 방식으로 명시되면, 강도 이미지와 DOP 이미지 사이의 특징들의 차이는 스크류 전위 밀도를 결정하기 위해 사용될 수 있는 스크류 전위들의 맵을 제공한다.Moreover, by experimentation, the inventors determined that additional information about the defects can be obtained by comparison of the CL intensity image and the DOP image. Such comparison may make it possible to determine defect densities differentiated by type of defects. That is, by calculating the density of dark spots in the intensity image, the overall defect density can be obtained, and by calculating the density of these same dark spots with corresponding features in the DOP image, the density of edge dislocations can be obtained, and the total and By taking the difference between the edge dislocation densities, the defect density of screw dislocations can be obtained. Stated another way, the differences in features between the intensity image and the DOP image provide a map of screw dislocations that can be used to determine screw dislocation density.

따라서, 에지 전위 밀도 및 스크류 전위 밀도를 결정하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 전자 빔으로 반도체 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계, 샘플로부터 방출되는 CL 광을 수집하고 수집된 광으로부터 비편광된 광 빔을 형성하는 단계, 비편광된 광 빔의 적어도 일부를 검출기로 지향시키고 영역의 강도 이미지를 발생시키는 단계, 강도 이미지에 나타나는 어두운 스폿들의 밀도를 결정함으로써 전체 결함 밀도를 계산하는 단계, 편광자를 통해 비편광된 광 빔의 적어도 일부를 통과시켜 편광된 빔을 발생시키고 편광된 빔을 검출기로 지향시키고 영역의 수평으로 편광된 이미지 및 영역의 수직으로 편광된 이미지를 발생시키는 단계, 수평으로 편광된 이미지 및 수직으로 편광된 이미지의 정규화된 차이를 획득하며 이에 따라 편광(DOP) 이미지의 정도를 형성하는 단계, 또한 DOP 이미지에 나타내는 강도 이미지 내의 어두운 스폿들의 밀도를 결정함으로써 에지 전위 밀도를 계산하는 단계, 및 전체 결함 밀도로부터 에지 전위 밀도를 차감함으로써 스크류 전위 밀도를 계산하는 단계를 포함한다.Accordingly, a method for determining edge dislocation density and screw dislocation density is provided, the method comprising: scanning an area of a semiconductor sample with an electron beam, collecting CL light emitted from the sample, and generating an unpolarized light beam from the collected light. forming, directing at least a portion of the unpolarized light beam to a detector and generating an intensity image of the area, calculating the overall defect density by determining the density of dark spots appearing in the intensity image, Passing at least a portion of the polarized light beam to generate a polarized beam and directing the polarized beam to a detector and generating a horizontally polarized image of the area and a vertically polarized image of the area, the horizontally polarized image and Obtaining a normalized difference of the vertically polarized image and thereby forming a degree of polarization (DOP) image, further calculating the edge dislocation density by determining the density of dark spots in the intensity image represented in the DOP image, and and calculating the screw dislocation density by subtracting the edge dislocation density from the total defect density.

추가 양태들에 따르면, 스크류 전위 맵을 발생시키기 위한 방법이 제공되며, 방법은 전자 빔으로 반도체 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계, 샘플로부터 방출되는 CL 광을 수집하고 수집된 광으로부터 비편광된 광 빔을 형성하는 단계, 비편광된 광 빔의 적어도 일부를 검출기로 지향시키고 영역의 강도 이미지를 발생시키는 단계, 편광자를 통해 비편광된 광 빔의 적어도 일부를 통과시켜 편광된 빔을 발생시키고 편광된 빔을 검출기로 지향시키고 영역의 수평으로 편광된 이미지 및 영역의 수직으로 편광된 이미지를 발생시키는 단계, 수평으로 편광된 이미지 및 수직으로 편광된 이미지의 정규화된 차이를 획득하며 이에 따라 편광(DOP) 이미지의 정도를 형성하는 단계, 강도 이미지 및 DOP 이미지 내의 대응하는 좌표들에서 대조로서 나타나는 모든 스폿들을 식별하며 이에 따라 에지 전위들의 매핑을 획득하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 강도 이미지는 영역의 수평으로 편광된 이미지 및 영역의 수직으로 편광된 이미지를 간단히 합산함으로써 발생된다.According to further aspects, a method is provided for generating a screw potential map, comprising scanning an area of a semiconductor sample with an electron beam, collecting CL light emitted from the sample and producing an unpolarized light beam from the collected light. forming, directing at least a portion of the unpolarized light beam to a detector and generating an intensity image of the area, passing at least a portion of the unpolarized light beam through a polarizer to generate a polarized beam, and generating a polarized beam. directing to a detector and generating a horizontally polarized image of the area and a vertically polarized image of the area, obtaining a normalized difference of the horizontally polarized image and the vertically polarized image, thereby producing a polarization (DOP) image. forming a degree of, identifying all spots that appear as contrasts in the corresponding coordinates in the intensity image and the DOP image and thus obtaining a mapping of the edge potentials. Alternatively, the intensity image is generated by simply summing the horizontally polarized image of the area and the vertically polarized image of the area.

전술된 분석의 중요한 부분은 수평으로 및 수직으로 편광된 이미지들의 적절한 정렬이며, 공간 및 시간 둘 다이다. 공간 내의 정렬은 이미지들 내의 픽셀들의 세기 레벨들에 따라 결함들을 구별하는 것을 가능하게 하기 위해 중요하다. 또한, 이미지들 사이의 시간 차이는 스테이지 드리프트 및 방출된 광 세기에 대한 샘플 충전의 효과와 같은 잠재 문제들을 회피하기 위해, 최소화되거나, 바람직하게는 제거되어야 한다. 따라서, 도 1에 도시된 현미경의 이미지 취득 부분(42)은 아래에 상세화되는 바와 같이, 수정되었다.An important part of the analysis described above is the proper alignment of the horizontally and vertically polarized images, both spatially and temporally. Alignment in space is important to enable distinguishing defects according to the intensity levels of pixels within the images. Additionally, time differences between images should be minimized, or preferably eliminated, to avoid potential problems such as stage drift and the effect of sample charge on the emitted light intensity. Accordingly, the image acquisition portion 42 of the microscope shown in Figure 1 has been modified, as detailed below.

도 2는 수평으로 및 수직으로 편광된 이미지들의 고유 정렬로 CL DOP 이미지를 획득하기 위한 장치의 일 실시예를 도시하는 간략화된 개략도이다. 즉, 도 2에 도시된 실시예는 샘플의 스캐닝된 영역의 2개의 편광 보완 이미지를 동시에 발생시키며, 2개의 이미지는 공간적으로 그리고 시간적으로 둘 다 고유하게 등록된다. 도 1의 요소들과 동일한 도 2의 요소들은 동일한 참조 문자들을 갖는다. 샘플(7)은 주사 전자 빔(e)에 의해 조명된다. CL 방출은 미러들(M1 내지 M3)에 의해 수집되고 이미징 섹션(42)을 향해 지향된다. 빔이 초점 렌즈(22)를 통과한 후에, 빔은 편광 빔 스플리터(PBS) 큐브(51)에 의해 수평으로 편광된 빔 및 수직으로 편광된 빔으로 분할된다. 도시된 실시예에서, PBS는 비편광된 빔을 50/50 비율로 반사된 S-편광된 및 투과된 P-편광된 빔들로 분할하도록 디자인된다. 광 검출기들(46a 및 46b) 각각은 지점 검출기, 예컨대 광전 증배관(PMT), 포토다이오드 등이고, S-편광된 및 P-편광된 빔들 중 하나를 검출한다. 검출기들 각각으로부터의 신호는 제어기(52)에 송신된다(일 예에서, 신호들은 제어기 내의 스캐닝 카드에 입력됨). 이러한 방식으로, 각각의 픽셀에 대한 P 및 S-편광된 신호들은 제어기에 의해 동시에 기록되어, 그들은 시간 및 공간으로 고유하게 할당된다. 그 다음, 제어기(52)는 본원에 개시된 방법 중 어느 것에 따라 신호들을 조작하기 위해 동작할 수 있다. 특히, 제어기는 전체 CL 강도 이미지를 표시하는 합 이미지를 발생시키기 위해 검출기들(46a 및 46b) 둘 다로부터 신호들을 더하기 위해 동작 가능하고, 제어기는 2개의 신호의 정규화된 차이를 획득하며 이에 따라 DOP 이미지를 발생시키기 위해 동작 가능하다.Figure 2 is a simplified schematic diagram showing one embodiment of an apparatus for acquiring CL DOP images with a unique alignment of horizontally and vertically polarized images. That is, the embodiment shown in Figure 2 simultaneously generates two polarization complementary images of the scanned area of the sample, with the two images uniquely registered both spatially and temporally. Elements in Figure 2 that are identical to elements in Figure 1 have the same reference characters. Sample 7 is illuminated by a scanning electron beam e. CL emission is collected by mirrors M1 to M3 and directed towards imaging section 42. After the beam passes through the focusing lens 22, the beam is split into a horizontally polarized beam and a vertically polarized beam by a polarizing beam splitter (PBS) cube 51. In the depicted embodiment, the PBS is designed to split the unpolarized beam into reflected S-polarized and transmitted P-polarized beams in a 50/50 ratio. Each of photodetectors 46a and 46b is a point detector, such as a photomultiplier tube (PMT), photodiode, etc., and detects one of the S-polarized and P-polarized beams. Signals from each of the detectors are transmitted to the controller 52 (in one example, the signals are input to a scanning card within the controller). In this way, the P and S-polarized signals for each pixel are simultaneously recorded by the controller, so that they are uniquely assigned in time and space. Controller 52 may then operate to manipulate the signals according to any of the methods disclosed herein. In particular, the controller is operable to add the signals from both detectors 46a and 46b to generate a sum image representing the entire CL intensity image, and the controller obtains the normalized difference of the two signals and thus the DOP It can be operated to generate an image.

도 3a는 2개의 검출기(46a 및 46b)로부터 신호들을 합산함으로써 획득되는 CL 강도 이미지이다. 도 3b는 2개의 검출기로부터 신호들의 정규화된 차이를 취함으로써 획득되는 DOP 이미지이다. 도 3a에서, 각각의 어두운 스폿은 비방출 사이트에 대응하며, 따라서 결함을 표시한다. 그러나, 도 3a의 강도 이미지로부터, 하나는 이미지 내의 상이한 유형들의 결함들 사이를 구별할 수 없다. 도 3b의 DOP 이미지는 스트레인의 각각의 위치에서 그레이 스케일의 변화를 나타내며, 따라서 스트레인을 발생시키는 결함 사이트를 표시한다. 그러나, 도 3a에 원으로 그려진 2개의 결함이 도 3b의 DOP 이미지에서 대응하는 그레이 스케일 방해 또는 변화를 갖지 않는다는 점을 주목한다. 따라서, 이들 2개의 스폿이 스크류 전위들에 대응할 가능성이 매우 높다.Figure 3A is a CL intensity image obtained by summing signals from two detectors 46a and 46b. Figure 3b is a DOP image obtained by taking the normalized difference of signals from two detectors. In Figure 3a, each dark spot corresponds to a non-emitting site and thus indicates a defect. However, from the intensity image in Figure 3A, one cannot distinguish between different types of defects in the image. The DOP image in Figure 3b shows the change in gray scale at each location of strain, thus indicating the defect site generating the strain. However, note that the two defects circled in Figure 3A do not have corresponding gray scale disturbances or changes in the DOP image in Figure 3B. Therefore, it is very likely that these two spots correspond to screw dislocations.

에지 전위들로부터 스크류 전위들을 구별하기 위해, 이하의 프로세스들은 도 4를 참조하여 상세화된 바와 같이 이용될 수 있으며, 도 4는 프로세스의 비순서화된 단계들을 도시한다. 단계(400)에서, 강도 이미지는 어두운 스폿들(전위들)의 전부를 식별하고 각각의 스폿의 중심의 좌표들을 계산하기 위해 검사된다. 단계(405)에서, 좌표들은 DOP 이미지 내의 좌표들로 전치되고, 단계(410)에서, DOP 이미지 내의 중심들 각각 주위의 구역이 결정된다. 구역은 식별된 중심에서 전위를 결정하는 것에 관련된 것으로 간주되는 영역을 식별한다. 구역의 크기는 구역이 더 작을수록 구역이 밀접하게 군집된 결함들 중에서 더 많이 구별되지만, 또한 구역이 결함에 대응하는 픽셀들을 놓칠 가능성이 더 많아지므로, 경험에 의해 결정될 수 있다. 역으로, 구역이 더 클수록 구역이 이웃 결함에 속하는 픽셀들을 포함할 가능성이 더 많아진다.To distinguish screw dislocations from edge dislocations, the following processes can be used as detailed with reference to Figure 4, which shows the unordered steps of the process. In step 400, the intensity image is examined to identify all of the dark spots (dislocations) and calculate the coordinates of the center of each spot. At step 405, the coordinates are transposed to coordinates within the DOP image, and at step 410, an area around each of the centers within the DOP image is determined. The zone identifies the area considered relevant for determining the potential at the identified center. The size of the zone can be determined empirically, as the smaller the zone, the more it distinguishes between closely clustered defects, but also the more likely it is that the zone will miss pixels corresponding to the defect. Conversely, the larger the region, the more likely it is that the region will contain pixels belonging to neighboring defects.

단계(415)에서, 임계치가 설정되지만; 임계치는 임의의 시간에 설정될 수 있고 다수의 샘플의 다수의 검사에 사용될 수 있다. 임계치는 일반적으로 DOP 이미지 내의 각각의 구역에 대한 대표 값을 계산하는 것으로 언급되는, 단계(420)에서 수행되는 분석에 의존할 것이다. 이것은 다양한 방식들로 행해질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 각각의 정의된 구역 내의 신호(즉, 그레이 레벨)의 구획 분산은 대표 값으로 계산된다. 다른 실시예에 따르면, 피팅 방정식은 구역 내의 그레이 레벨에 적용되고 방정식 피트는 대표 값으로 설정된다. 곡선 피팅의 예들은 Zwirn, G. & Beeri, Ronen & Gilon, Dan & Akselrod, S., Adaptive Attenuation Correction in Contrast Echo. Computers in Cardiology. 32. 1-4. 10.1109/CIC.2005.1588017(2005)에서 발견될 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 비교는 예를 들어, 주요 구성요소 분석, 또는 유사한 AI 기반 패턴 인식 알고리즘들을 사용하여 저장된 데이터베이스에 이루어진다.In step 415, a threshold is set; The threshold can be set at any time and used for multiple examinations of multiple samples. The threshold will depend on the analysis performed in step 420, generally referred to as calculating a representative value for each region within the DOP image. This can be done in a variety of ways. For example, in one embodiment, the partition variance of the signal (i.e., gray level) within each defined region is calculated as a representative value. According to another embodiment, the fitting equation is applied to the gray levels within the region and the equation fit is set to a representative value. For examples of curve fitting, see Zwirn, G. & Beeri, Ronen & Gilon, Dan & Akselrod, S., Adaptive Attenuation Correction in Contrast Echo. Computers in Cardiology. 32. 1-4. It can be found at 10.1109/CIC.2005.1588017 (2005). According to another example, comparisons are made to a stored database using, for example, principal component analysis, or similar AI-based pattern recognition algorithms.

단계(425)에서, 각각의 결함에 대한 분석의 결과들은 결함이 스크류 또는 에지 전위인지를 결정하기 위해 임계치에 비교된다. 예를 들어, 단계(425)에서, 분산이 설정된 임계치 미만이면, 이는 DOP 이미지 내에 결함을 표시하기 위해 구역 내에 어떠한 충분한 그레이 스케일 분산이 없는 것을 의미하기 때문에, 결함이 스크류 전위인 것으로 결정된다. 유사하게, 방정식 피트가 설정된 임계치보다 더 낮은 진폭을 가지면, 결함은 스크류 전위로 식별된다. 미리 저장된 데이터베이스에 대한 비교를 사용할 때, 구역이 임계치 초과의 정도까지 데이터베이스에 대응하지 않으면, 결함은 스크류 전위로 식별된다. 물론, 이들 분석들 각각에 대해, 임계치에 대한 비교가 스크류 전위의 결정을 초래하지 않으면, 이때 결함은 에지 또는 혼합 전위로 식별된다. 다른 실시예에서, 몇 개의 임계치들은 순수 에지 캐릭터에서 혼합 대 순수 스크류까지 몇 개의 유형들의 전위를 식별하기 위해 정의될 수 있다. 또한, 상기 분석들 각각에 대해, 추가 정제는 계산된 "배경" 그레이 스케일 값에 대한 비교에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 배경 그레이 스케일 값은 구역 내의 분산의 분석을 향상시킬 수 있다. 분산이 배경 값으로부터 충분히 크지 않으면, 이때 그것은 에지 전위가 아닌 스크류 전위 또는 이미지 잡음을 간단히 의미할 수 있다.At step 425, the results of the analysis for each defect are compared to a threshold to determine whether the defect is a screw or edge dislocation. For example, in step 425, it is determined that the defect is a screw dislocation because if the dispersion is below a set threshold, this means that there is no sufficient gray scale dispersion in the area to indicate the defect in the DOP image. Similarly, if the equation fit has an amplitude lower than the set threshold, the fault is identified as a screw dislocation. When using a comparison against a pre-stored database, if a zone does not correspond to the database to a degree that exceeds a threshold, the defect is identified as a screw dislocation. Of course, for each of these analyses, if comparison to the threshold does not result in the determination of the screw dislocation, then the fault is identified as an edge or mixed dislocation. In another embodiment, several thresholds may be defined to identify several types of dislocations, from pure edge character to mixed to pure screw. Additionally, for each of the above analyses, further refinement can be achieved by comparison to the calculated “background” gray scale values. For example, background gray scale values can improve analysis of variance within a region. If the variance is not large enough from the background value, then it may simply mean screw dislocations or image noise rather than edge dislocations.

도시하기 위해, 도 3a 및 도 3b에 걸치는 양방향 화살표는 도 3a에서 어두운 스폿을 지시하며, 도 3b의 화살촉은 도 3b의 대응하는 위치, 즉, 대응하는 좌표에 대한 구역을 지시한다. 도 3b의 구역은 어두운 영역 및 밟은 영역을 갖는 것으로 나타난다. 따라서, 구역 내의 그레이 레벨 분산은 도 3b에서 타원에 의해 표시된 영역과 비교하여, 상대적으로 높을 것이다. 그러한 분산은 임계치 위에 있어야 하므로, 결함은 에지 전위로 분류될 것이다. 역으로, 타원에 의해 표시된 영역의 분산은 분산을 하회하기 때문에, 도 3a의 대응하는 어두운 스폿들은 스크류 전위들로 분류될 것이다.For illustration purposes, the double arrows across FIGS. 3A and 3B indicate dark spots in FIG. 3A and the arrowheads in FIG. 3B indicate the corresponding locations in FIG. 3B, i.e., areas for the corresponding coordinates. The area in Figure 3b appears to have dark and stepped areas. Therefore, the gray level variance within the region will be relatively high compared to the region indicated by the oval in Figure 3b. Such dispersion must be above a threshold, so the defect will be classified as an edge dislocation. Conversely, since the dispersion in the area indicated by the ellipse is below dispersion, the corresponding dark spots in Figure 3a would be classified as screw dislocations.

따라서, 반도체 샘플 내의 결함들을 식별하고 구별하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 전자 빔으로 샘플의 영역을 조사하는 단계; 영역으로부터 방출되는 광을 수집하며 이에 따라 광 빔을 발생시키는 단계; 편광자를 통해 광 빔을 통과시키며 이에 따라 제1 편광된 빔 및 제2 편광된 빔을 발생시키는 단계; 제1 편광된 빔을 제1 검출기로 지향시키고 제2 편광된 빔을 제2 검출기로 지향시키는 단계; 제1 및 제2 검출기들의 출력 신호들을 더함으로써 강도 이미지를 발생시키는 단계; 제1 및 제2 검출기들의 출력 신호들의 정규화된 차이를 획득함으로써 편광 이미지를 발생시키는 단계; 좌표들의 리스트를 발생시키는 단계로서, 각각의 좌표는 강도 이미지에 나타나는 각각의 어두운 스폿의 중심을 식별하는 단계; 각각의 좌표에 대해, 편광 이미지 내에 결함 구역을 정의하는 단계; 각각의 결함 구역에 대해, 대표 값을 계산하는 단계; 각각의 결함 구역의 대표 값을 미리 설정된 임계치에 비교하고 대표 값이 미리 설정된 임계치 미만 또는 초과인지에 따라 구역을 에지 전위 또는 스크류 전위로서 카테고리화는 단계를 포함한다.Accordingly, a method is provided for identifying and distinguishing defects in a semiconductor sample, the method comprising: irradiating an area of the sample with an electron beam; collecting light emitted from the area and thereby generating a light beam; Passing the light beam through a polarizer thereby generating a first polarized beam and a second polarized beam; Directing a first polarized beam to a first detector and directing a second polarized beam to a second detector; generating an intensity image by adding the output signals of the first and second detectors; generating a polarization image by obtaining a normalized difference between the output signals of the first and second detectors; generating a list of coordinates, each coordinate identifying the center of each dark spot appearing in the intensity image; For each coordinate, defining a defect zone within the polarization image; For each defect zone, calculating a representative value; Comparing the representative value of each defect zone to a preset threshold and categorizing the zone as an edge dislocation or screw dislocation depending on whether the representative value is below or above the preset threshold.

도 2로 다시 돌아가면, 파장 필터(50)(즉, 예를 들어, 밴드패스 또는 단색 필터와 같은 광학 필터)는 신호 대 잡음 비를 개선하기 위해 빔의 경로 내에 선택적으로 삽입될 수 있다. 구체적으로, 본원에 개시된 실시예들의 DOP 이미지들을 발생시키기 위해, 관심 방출은 밴드 에지 방출이다. 따라서, 파장 필터(50)는 다른 방출들, 예를 들어, 결함 밴드들로부터의 방출들을 거부하기 위해 사용될 수 있다.Returning to Figure 2, a wavelength filter 50 (i.e., an optical filter, such as a bandpass or monochromatic filter, for example) may be selectively inserted within the path of the beam to improve the signal-to-noise ratio. Specifically, for generating DOP images of the embodiments disclosed herein, the emission of interest is the band edge emission. Accordingly, wavelength filter 50 may be used to reject other emissions, for example emissions from defect bands.

지금까지 개시된 실시예들은 샘플이 적절히 정렬될 때 잘 동작하여, 전위들의 버거스 벡터는 PBS 큐브의 배향과 정렬되는 편광을 발생시킨다. 그렇게 정렬되지 않은다른 전위들이 또한 검출될 수 있는 것을 보장하기 위해, 제2 독립 측정은 샘플을, 예를 들어, 45°각도만큼 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 위에 주목된 바와 같이, CL 측정에서, 예컨대 측정들 사이의 하나의 픽셀의 시프트의 심지어 작은 공간 드리프트는 전체 측정의 결과들을 회피할 수 있다. 또한, 회전을 고유하게 사용하는 것은 이미지들이 일시적으로 공존되지 않는 것을 의미하며, 이는 또한 측정에 영향을 미칠 수 있다. 도 5 및 도 6은 이들 문제들을 회피하는 실시예들을 도시한다.The embodiments disclosed so far work well when the sample is properly aligned, such that the Burgers vector of the dislocations generates polarization that is aligned with the orientation of the PBS cube. To ensure that other dislocations that are not so aligned can also be detected, a second independent measurement can be made by rotating the sample, for example by an angle of 45°. However, as noted above, in CL measurements, even small spatial drifts, such as a shift of one pixel between measurements, can evade the results of the entire measurement. Additionally, the inherent use of rotation means that the images do not temporarily coexist, which can also affect measurements. Figures 5 and 6 show embodiments that avoid these problems.

도 5의 실시예는 추가 광학 요소들을 갖는, 도 2의 CL 현미경을 이용한다. 구체적으로, 비편광 빔 스플리터(53)(여기서 50% 투과 및 50% 반사를 갖는 하프 미러)는 제1 PBS 큐브(51)의 상류에 있는 광 빔 경로 내에 삽입된다. 그 다음, 광 빔의 절반은 도 2의 실시예에 대해 개시된 바와 같이 비편광 빔 스플리터(53)를 통과하고 취급된다. 다른 절반은 제1 PBS 큐브(51)에 대해 45°회전되는 제2 PBS 큐브(51')를 향해 반사된다. 이러한 회전은 검출기(45c)가 제1 검출기(46a)에 의해 수신되는 빔에 대해 회전되는 45°편광 각도인 빔을 수신하는 것을 도시하는, 도 5의 콜아웃으로 도시된다. 본질적으로, 제2 PBS 큐브(51')는 곡면 화살표에 의해 예시된 바와 같이, 빔 경로에 대해 45°회전되어, 검출기(46c)는 페이지의 평면 안으로 또는 밖으로 시프트된다. 유사하게, 검출기(46d)에 의해 수신되는 빔의 편광 각도는 검출기(46b)에 의해 수신되는 빔의 편광에 대해 45°편광 각도로 회전된다.The embodiment of Figure 5 uses the CL microscope of Figure 2, with additional optical elements. Specifically, a non-polarizing beam splitter 53 (here a half mirror with 50% transmission and 50% reflection) is inserted into the light beam path upstream of the first PBS cube 51 . Half of the light beam then passes through the unpolarizing beam splitter 53 and is handled as described for the embodiment of Figure 2. The other half is reflected toward the second PBS cube (51'), which is rotated 45° with respect to the first PBS cube (51). This rotation is illustrated by the callout in Figure 5, which shows detector 45c receiving a beam with a 45° polarization angle rotated relative to the beam received by first detector 46a. Essentially, the second PBS cube 51' is rotated 45° relative to the beam path, as illustrated by the curved arrow, so that the detector 46c is shifted into or out of the plane of the page. Similarly, the polarization angle of the beam received by detector 46d is rotated by a 45° polarization angle relative to the polarization of the beam received by detector 46b.

도 5의 배열에서, 4개의 신호는 제어기(52)에 의해 수신되며, 제어기는 이들 신호들을 이하와 같이 사용할 수 있다. 제어기(52)는 동일한 PBS 큐브와 쌍을 이룬 임의의 2개의 검출기의 신호들을 더함으로써, 예를 들어, 검출기들(46a 및 46b)의 신호들을 더하거나 검출기들(46c 및 46d)의 신호들을 더함으로써 강도 이미지를 발생시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기(52)는 모든 4개의 검출기의 신호들을 더함으로써 강도 이미지를 발생시킬 수 있다. 그 다음, 제어기는 2개의 DOP 이미지를 발생시킬 수 있으며: 하나는 검출기들(46a 및 46b)로부터의 신호들의 정규화된 차이로 구성되고, 하나는 검출기들(46c 및 46d)로부터의 신호들의 정규화된 차이로 구성된다. 예를 들어, 도 4에 윤곽화된 바와 같은 프로세스는 이때 2개의 DOP 이미지 각각에 대해 반복될 수 있다.In the arrangement of Figure 5, four signals are received by controller 52, which can use these signals as follows: Controller 52 adds the signals of any two detectors paired with the same PBS cube, for example, by adding the signals of detectors 46a and 46b or by adding the signals of detectors 46c and 46d. An intensity image can be generated. Alternatively, controller 52 may generate an intensity image by adding the signals from all four detectors. The controller may then generate two DOP images: one consisting of the normalized difference of the signals from detectors 46a and 46b, and one consisting of the normalized difference of the signals from detectors 46c and 46d. It is made up of differences. For example, the process as outlined in Figure 4 can then be repeated for each of the two DOP images.

부수적으로, 도 5의 실시예에서, 2개의 초점 렌즈(22 및 22')가 이용되며, 하나는 PBS 큐브들 각각과 쌍을 이룬다. 그러한 배열은 특히 PBS 큐브들 및 검출기들의 배치에 대해, 디자인 유연성을 제공한다. 또한, 그것은 각각의 하프 빔 경로에 대한 더 짧은 초점 길이를 허용하며, 따라서 넓은 시야 이미지들을 가능하게 한다. 그러나, 대안적으로, 단일 초점 렌즈가 사용될 수 있으며, 이는 점선 양방향 화살표로 도시된 바와 같이, 비편광 빔 스플리터(53)의 상류에 삽입된다. 그러한 배열에서, 검출기들의 전부에 대한 빔 경로는 동일한 길이를 가져야 한다.Incidentally, in the embodiment of Figure 5, two focus lenses 22 and 22' are used, one paired with each of the PBS cubes. Such an arrangement provides design flexibility, especially for placement of the PBS cubes and detectors. Additionally, it allows for a shorter focal length for each half beam path, thus enabling wide field of view images. However, alternatively, a single focus lens could be used, which is inserted upstream of the unpolarizing beam splitter 53, as shown by the dashed double arrow. In such an arrangement, the beam path to all of the detectors should have the same length.

도 6은 6개의 검출기가 DOP 이미지들을 3개의 상이한 편광 회전으로 발생시키기 위해 사용되는 추가 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 2개의 비편광 빔 스플리터(53 및 53')는 광 빔 경로 내에 삽입되며, 이에 따라 3개의 상이한 광 경로를 발생시킨다. 이러한 실시예에서, 제1 비편광 빔 스플리터(53)는 엄격한 하프 미러가 아니라, 반사보다는 투과를 더, 예를 들어, 55% 내지 70% 투과, 즉 투과 미러일 수 있다. 이러한 점에서, 투과 미러는 임의의 광량을 투과하는 미러를 지칭할 수 있는 한편, 하프 미러는 광의 절반을 투과하는 투과 미러의 특수한 경우이다. 역으로, 제2 비편광 빔 스플리터(53')는 50/50 하프 미러일 수 있다. 콜아웃들로 예시된 바와 같이, 제2 및 제3 PBS 큐브들(51' 및 51'')은 제1 PBS 큐브(51)의 배향에 대해 30°및 60°각도들로 회전된다. 도 5의 실시예와 같이, 임의의 쌍의 검출기들로부터의 신호들은 전체 강도 이미지를 형성하기 위해 더해질 수 있거나, 검출기들의 전부로부터의 신호는 강도 이미지를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 제어기는 검출기들의 각각의 쌍의 신호들의 정규화된 차이에 의해 3개의 DOP 이미지, 즉, 검출기들(46a 및 46b)로부터의 하나의 DOP, 검출기들(46c 및 46d)로부터의 하나의 DOP 이미지, 및 검출기들(46e 및 46f)로부터의 하나의 DOP 이미지를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 프로세스 윤곽은3개의 DOP 이미지 각각에 대해 반복될 수 있다.Figure 6 shows a further embodiment where six detectors are used to generate DOP images with three different polarization rotations. In this embodiment, two non-polarizing beam splitters 53 and 53' are inserted within the optical beam path, thereby generating three different optical paths. In this embodiment, the first unpolarizing beam splitter 53 may not be a strict half mirror, but may be a transmissive mirror that transmits more than reflects, for example, 55% to 70% transmission. In this respect, a transmitting mirror can refer to a mirror that transmits an arbitrary amount of light, while a half mirror is a special case of a transmitting mirror that transmits half of the light. Conversely, the second non-polarizing beam splitter 53' may be a 50/50 half mirror. As illustrated in the callouts, the second and third PBS cubes 51' and 51'' are rotated at angles of 30° and 60° relative to the orientation of the first PBS cube 51. Like the embodiment of Figure 5, signals from any pair of detectors can be added to form an overall intensity image, or signals from all of the detectors can be used to form an intensity image. Additionally, the controller generates three DOP images by the normalized difference of the signals of each pair of detectors, one DOP image from detectors 46a and 46b, one DOP image from detectors 46c and 46d. , and one DOP image from detectors 46e and 46f. For example, the process outline shown in Figure 4 can be repeated for each of the three DOP images.

이미 표시된 바와 같이, 본원에 개시된 프로세스들의 정확도는 이미지들의 완벽한 공간 및 시간 정렬에 의존한다. 추가적으로, 정확도는 각각의 2개의 쌍 광 검출기들의 정확한 교정에 의해 개선될 수 있다. 즉, 주어진 광 세기는 쌍 광 검출기들 각각으로부터 출력되는 동일한 전기 신호를 초래해야 한다. 그러한 교정은 쌍 검출기들로부터 신호들을 정규화함으로써 전자적으로 행해질 수 있다. 추가적으로, 도 7은 쌍 검출기들의 정확한 교정을 가능하게 하는 일 예를 도시한다. 도 7의 실시예의 특징들은 도 2의 2개의 쌍 검출기에 대해 도시되지만, 특징들은 개시된 실시예들 중 어느 것 내의 임의의 2개의 쌍 검출기에 적용 가능하다.As already indicated, the accuracy of the processes disclosed herein relies on perfect spatial and temporal alignment of the images. Additionally, accuracy can be improved by accurate calibration of each two pairs of photodetectors. That is, a given light intensity should result in the same electrical signal output from each of the paired photo detectors. Such calibration can be done electronically by normalizing the signals from the paired detectors. Additionally, Figure 7 shows an example that allows accurate calibration of paired detectors. Although the features of the embodiment of Figure 7 are shown for the two pair detector of Figure 2, the features are applicable to any two pair detector within any of the disclosed embodiments.

도 7에서, 초점 렌즈(22), PBS 큐브(51) 및 쌍 검출기들(46a 및 46b)이 부착되어, 이들 요소들 사이의 공간 관계가 고정되는 하우징(54)이 제공된다. 회전 메커니즘(55)은 곡면 화살표에 의해 예시된 바와 같이, 광 빔 경로와 일치하는 회전 축을 중심으로 하우징(54)을 회전시킨다. 광학 요소들이 고정된 공간 배향으로 하우징 내에 부착되기 때문에, 그러한 공간 배향은 회전 동안 변경되지 않는다. 따라서, 하우징을 회전시키고 검출기들 및 쌍 검출기들로부터 출력 신호를 체크함으로써 정확히 교정될 수 있다.In Figure 7, a housing 54 is provided to which the focus lens 22, the PBS cube 51 and the paired detectors 46a and 46b are attached, so that the spatial relationship between these elements is fixed. Rotation mechanism 55 rotates housing 54 about a rotation axis coincident with the light beam path, as illustrated by the curved arrow. Because the optical elements are attached within the housing with a fixed spatial orientation, such spatial orientation does not change during rotation. Therefore, it can be accurately calibrated by rotating the housing and checking the output signals from the detectors and pair detectors.

위로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 개시된 실시예들은 음극발광(CL) 전자 현미경을 제공하며, 전자 현미경은 진공 인클로저; 진공 인클로저 내의 상단 위치에 위치된 전자 소스; 진공 인클로저 내의 하단 위치에 위치된 전자기 대물렌즈로서, 상단 표면에 입구 애퍼처 및 하단에 출구 애퍼처를 갖는 하우징을 포함하는 전자기 대물렌즈; 하우징 내에 반경방향으로 위치된 전자기 코일; 하우징 내에 위치되고 제1 축방향 애퍼처를 갖는 오목 미러 및 제2 축방향 애퍼처를 갖는 볼록 미러를 포함하는 광 대물렌즈; 하우징 내에 위치되고 시료에 걸쳐 전자 빔을 스캐닝하기 위해 협력하는 편향기들의 제1 세트 및 편향기들의 제2 세트를 포함하는 전자 빔 편향기; 광 대물렌즈에 의해 수집되는 광을 수신하고 진공 인클로저의 외부를 향해 광을 편향시키는 편향기 미러; 진공 인클로저 외부에 위치되고 초점 렌즈, 광 빔을 제1 편광된 빔 및 제2 편광된 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터, 제1 편광된 빔을 수신하는 제1 광 검출기 및 제2 편광된 빔을 수신하는 제2 광 검출기를 포함하는 이미징 섹션; 및 제1 광 검출기로부터 수신하는 제1 신호 및 제2 광 검출기로부터 수신하는 제2 신호로부터 2개의 편광 보완 이미지를 형성하는 제어기를 포함한다.As can be understood from the above, the disclosed embodiments provide a cathodoluminescence (CL) electron microscope, the electron microscope comprising: a vacuum enclosure; an electron source located at an upper position within the vacuum enclosure; An electromagnetic objective positioned at a bottom position within the vacuum enclosure, the electromagnetic objective comprising a housing having an inlet aperture at the top surface and an outlet aperture at the bottom; an electromagnetic coil radially positioned within the housing; an optical objective positioned within the housing and including a concave mirror with a first axial aperture and a convex mirror with a second axial aperture; an electron beam deflector positioned within the housing and including a first set of deflectors and a second set of deflectors cooperating to scan the electron beam across the sample; a deflector mirror that receives the light collected by the optical objective and deflects the light toward the exterior of the vacuum enclosure; It is located outside the vacuum enclosure and includes a focusing lens, a polarizing beam splitter that splits the light beam into a first polarized beam and a second polarized beam, a first light detector that receives the first polarized beam, and a first polarized beam that receives the second polarized beam. an imaging section including a second photodetector; and a controller that forms two polarization complementary images from a first signal received from the first photo detector and a second signal received from the second photo detector.

개시된 실시예들은 반도체 샘플 내의 결함들을 식별하기 위한 방법을 제공하며, 방법은 전자 빔으로 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계; 샘플로부터 음극발광 광 방출을 수집하고 그로부터 광 빔을 발생시키는 단계; 수직으로 편광된 빔 및 수평으로 편광된 빔을 발생시키기 위해 편광 빔 스플리터(PBS)를 통해 광 빔을 통과시키는 단계; 수직으로 편광된 빔에 대응하는 제1 전기 신호를 발생시키기 위해 제1 광 검출기를 사용하고 수평으로 편광된 빔에 대응하는 제2 전기 신호를 발생시키기 위해 제2 광 검출기를 사용하는 단계; 영역의 강도 이미지를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들을 더하는 단계; 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들의 정규화된 차이를 취하는 단계; 영역 내의 결함들을 식별하기 위해 강도 이미지를 DOP 이미지에 비교하는 단계를 포함한다. 방법에서, 정규화된 차이는 제1 및 제2 전기 신호들 사이의 차이 대 제1 및 제2 전기 신호들의 합의 비율을 계산함으로써 획득될 수 있다.Disclosed embodiments provide a method for identifying defects in a semiconductor sample, the method comprising: scanning an area of the sample with an electron beam; collecting cathodoluminescent light emission from the sample and generating a light beam therefrom; Passing the light beam through a polarizing beam splitter (PBS) to generate a vertically polarized beam and a horizontally polarized beam; using a first photodetector to generate a first electrical signal corresponding to a vertically polarized beam and using a second photodetector to generate a second electrical signal corresponding to a horizontally polarized beam; adding first and second electrical signals to generate an intensity image of the region; Taking the normalized difference of the first and second electrical signals to generate a degree of polarization (DOP) image; and comparing the intensity image to the DOP image to identify defects within the area. In the method, the normalized difference may be obtained by calculating the ratio of the difference between the first and second electrical signals to the sum of the first and second electrical signals.

또한, 음극발광 현미경을 동작시키는 방법이 제공되며, 방법은 전자 방출기에 전압을 가하여 이에 따라 전자 빔을 발생시키는 단계; 전자기 대물렌즈에 전압을 가하며 이에 따라 전자기 대물렌즈의 초점 평면에 전자 빔을 집중시키기 위한 자기장을 발생시키는 단계; 반도체 샘플의 영역에 걸쳐 전자 빔을 스캐닝하기 위해 스캐너에 전압을 가하는 단계; 샘플로부터 음극발광 광을 수집하고 그로부터 광 빔을 형성하는 단계; 수직으로 편광된 빔 및 수평으로 편광된 빔을 발생시키기 위해 편광 빔 스플리터(PBS)를 통해 광 빔을 통과시키는 단계; 수직으로 편광된 빔에 대응하는 제1 전기 신호를 발생시키기 위해 제1 광 검출기를 사용하고 수평으로 편광된 빔에 대응하는 제2 전기 신호를 발생시키기 위해 제2 광 검출기를 사용하는 단계; 영역의 강도 이미지를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들을 더하는 단계; 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들의 정규화된 차이를 취하는 단계; 강도 이미지에 나타나는 각각의 어두운 스폿의 중심 지점의 좌표들을 결정하는 단계; 좌표들 각각에 대해, 응력의 표시가 구역 내에 나타나는지를 결정하기 위해 DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하는 단계; 및 응력의 각각의 표시에 대해, 대응하는 어두운 스폿을 에지 전위로서 분류하는 단계를 포함한다.Also provided is a method of operating a cathodoluminescence microscope, comprising applying a voltage to an electron emitter to thereby generate an electron beam; applying a voltage to the electromagnetic objective thereby generating a magnetic field to focus the electron beam on the focal plane of the electromagnetic objective; applying a voltage to the scanner to scan the electron beam across an area of the semiconductor sample; collecting cathodoluminescent light from the sample and forming a light beam therefrom; Passing the light beam through a polarizing beam splitter (PBS) to generate a vertically polarized beam and a horizontally polarized beam; using a first photodetector to generate a first electrical signal corresponding to a vertically polarized beam and using a second photodetector to generate a second electrical signal corresponding to a horizontally polarized beam; adding first and second electrical signals to generate an intensity image of the region; Taking the normalized difference of the first and second electrical signals to generate a degree of polarization (DOP) image; determining the coordinates of the center point of each dark spot appearing in the intensity image; For each of the coordinates, examining the corresponding region within the DOP image to determine whether an indication of stress appears within the region; and for each indication of stress, classifying the corresponding dark spot as an edge dislocation.

본원에 개시된 방법은 제어기(52)에 의해 구현될 수 있으며, 제어기는 방법을 구체화하는 프로그램을 실행하는 특수 목적 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터, 예컨대 PC일 수 있다. 개시된 방법들은 또한 컴퓨터에 의해 실행될 때 컴퓨터로 하여금 방법을 구현하는 단계들을 실행하게 하는 저장 장치에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 단계들은 수직으로 편광된 CL 빔에 대응하는 제1 전기 신호 및 수평으로 편광된 CL 빔에 대응하는 제2 전기 신호를 수신하는 단계; 샘플의 스캐닝된 영역의 강도 이미지를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들을 더하는 단계; 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시키기 위해 제1 및 제2 전기 신호들의 정규화된 차이를 취하는 단계; 강도 이미지에 나타나는 각각의 대조 스폿의 중심 지점의 좌표들을 결정하는 단계; 좌표들 각각에 대해, 응력의 표시가 구역 내에 나타나는지를 결정하기 위해 DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하는 단계; 및 응력의 각각의 표시에 대해, 대응하는 대조 스폿을 에지 전위로서 분류하는 단계를 포함할 수 있다.The method disclosed herein may be implemented by a controller 52, which may be a special purpose computer or a general purpose computer, such as a PC, that executes a program embodying the method. The disclosed methods may also be implemented as a computer program stored on a storage device that, when executed by a computer, causes the computer to execute steps implementing the method. For example, the steps may include receiving a first electrical signal corresponding to a vertically polarized CL beam and a second electrical signal corresponding to a horizontally polarized CL beam; adding first and second electrical signals to generate an intensity image of the scanned area of the sample; Taking the normalized difference of the first and second electrical signals to generate a degree of polarization (DOP) image; determining the coordinates of the center point of each contrast spot appearing in the intensity image; For each of the coordinates, examining the corresponding region within the DOP image to determine whether an indication of stress appears within the region; and, for each indication of stress, classifying the corresponding control spot as an edge dislocation.

본 발명이 도면들 및 상술한 설명에 상세히 도시되고 기재되었지만, 그러한 도시들 및 설명들은 예시적이고 모범적인 것으로 간주되고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하며, 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 도면들, 개시 및 첨부된 청구항들의 연구에 기초한 다른 실시예들 및 변형들은 청구된 발명을 수행할 때 통상의 기술자들에 의해 이해되고 달성될 수 있다.Although the invention has been shown and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustrations and descriptions are to be regarded as illustrative and exemplary and not restrictive, and the invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments and variations may be understood and accomplished by those skilled in the art when practicing the claimed invention based on a study of the drawings, disclosure and appended claims.

청구항들에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 하나의("a" 또는 "an")이라는 부정 관사는 복수를 배제하지 않는다. 상이한 특징들이 상호 상이한 종속항들에 열거된다는 단순한 사실은 이들 특징들의 조합이 유리하게 사용될 수 없는 것을 표시하지 않는다. 청구항들 내의 임의의 참조 부호들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude plurality. The mere fact that different features are listed in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these features cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the invention.

Claims (20)

반도체 샘플의 스캐닝된 영역의 2개의 편광 보완 이미지를 동시에 발생시키기 위한 음극발광 현미경으로서, 상기 2개의 이미지는 공간적으로 그리고 시간적으로 둘 다 고유하게 등록되며,
전자 소스, 상기 전자 소스로부터 방출되는 전자들을 집중시키며 이에 따라 전자 빔을 형성하기 위한 자기 렌즈, 및 상기 샘플에 걸쳐 상기 전자 빔을 스캐닝하는 스캐너를 갖는 전자 빔 칼럼;
상기 전자 빔의 스캐닝에 응답하여 상기 샘플로부터 방출되는 광을 수집하고 광 빔을 형성하는 광 대물렌즈;
초점 렌즈, 상기 광 빔을 제1 편광된 빔 및 제2 편광된 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터, 상기 제1 편광된 빔을 수신하는 제1 광 검출기 및 상기 제2 편광된 빔을 수신하는 제2 광 검출기를 포함하는 이미징 섹션; 및,
상기 제1 광 검출기로부터 수신하는 제1 신호 및 상기 제2 광 검출기로부터 수신하는 제2 신호로부터 상기 2개의 편광 보완 이미지를 형성하는 제어기를 포함하는, 음극발광 현미경.
1. A cathodoluminescence microscope for simultaneously generating two polarization complementary images of a scanned area of a semiconductor sample, wherein the two images are uniquely registered both spatially and temporally;
an electron beam column having an electron source, a magnetic lens for focusing electrons emitted from the electron source and thereby forming an electron beam, and a scanner for scanning the electron beam across the sample;
an optical objective that collects light emitted from the sample in response to scanning of the electron beam and forms an optical beam;
a focusing lens, a polarizing beam splitter splitting the light beam into a first polarized beam and a second polarized beam, a first light detector receiving the first polarized beam and a second light detector receiving the second polarized beam. an imaging section containing a photodetector; and,
and a controller for forming the two polarization complementary images from a first signal received from the first photo detector and a second signal received from the second photo detector.
제1항에 있어서, 상기 이미징 섹션은 상기 편광 빔 스플리터의 상류에 삽입된 광학 필터를 더 포함하는, 음극발광 현미경.The cathodoluminescence microscope of claim 1, wherein the imaging section further comprises an optical filter inserted upstream of the polarizing beam splitter. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터의 상류에 위치된 하프 미러; 상기 하프 미러에 의해 반사되는 광을 수신하고 상기 제1 편광된 빔에 대해 45 도 편광 회전 각도로 배향되는 제3 편광된 빔, 및 상기 제2 편광된 빔에 대해 45 도 편광 회전 각도로 배향되는 제4 편광된 빔을 형성하도록 배향된 제2 편광 빔 스플리터; 상기 제3 편광된 빔을 수신하는 제3 광 검출기; 및 상기 제4 편광된 빔을 수신하는 제4 광 검출기를 더 포함하는, 음극발광 현미경.The method of claim 1, further comprising: a half mirror located upstream of the polarizing beam splitter; a third polarized beam receiving light reflected by the half mirror and oriented at a 45 degree polarization rotation angle relative to the first polarized beam, and oriented at a 45 degree polarization rotation angle relative to the second polarized beam. a second polarizing beam splitter oriented to form a fourth polarized beam; a third photo detector receiving the third polarized beam; and a fourth light detector receiving the fourth polarized beam. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터의 상류에 위치된 제1 투과 미러; 상기 제1 투과 미러에 의해 반사되는 광을 수신하고 상기 제1 편광된 빔에 대해 30 도 각도로 배향되는 제3 편광된 빔, 및 상기 제2 편광된 빔에 대해 30 도 각도로 배향되는 제4 편광된 빔을 형성하도록 배향된 제2 편광 빔 스플리터; 상기 제3 편광된 빔을 수신하는 제3 광 검출기; 및 상기 제4 편광된 빔을 수신하는 제4 광 검출기; 및, 제2 투과 미러; 상기 제2 투과 미러에 의해 반사되는 광을 수신하고 상기 제1 편광된 빔에 대해 60 도 각도로 배향되는 제5 편광된 빔, 및 상기 제2 편광된 빔에 대해 60 도 각도로 배향되는 제6 편광된 빔을 형성하도록 배향된 제3 편광 빔 스플리터; 상기 제5 편광된 빔을 수신하는 제5 광 검출기; 및 상기 제6 편광된 빔을 수신하는 제6 광 검출기를 더 포함하는, 음극발광 현미경.2. The method of claim 1, further comprising: a first transmitting mirror located upstream of the polarizing beam splitter; a third polarized beam receiving light reflected by the first transmitting mirror and oriented at an angle of 30 degrees relative to the first polarized beam, and a fourth oriented at an angle of 30 degrees relative to the second polarized beam. a second polarizing beam splitter oriented to form a polarized beam; a third photo detector receiving the third polarized beam; and a fourth photo detector receiving the fourth polarized beam; and, a second transmission mirror; a fifth polarized beam receiving light reflected by the second transmitting mirror and oriented at an angle of 60 degrees relative to the first polarized beam, and a sixth polarized beam oriented at an angle of 60 degrees relative to the second polarized beam. a third polarizing beam splitter oriented to form a polarized beam; a fifth photo detector receiving the fifth polarized beam; and a sixth photo detector receiving the sixth polarized beam. 제4항에 있어서, 상기 제1 투과 미러는 55% 내지 70% 투과 미러를 포함하는, 음극발광 현미경.5. The cathodoluminescence microscope of claim 4, wherein the first transmission mirror comprises a 55% to 70% transmission mirror. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터를 상기 제1 광 검출기 및 상기 제2 광 검출기에 서로에 대한 고정된 배향으로 부착하는 하우징; 및 광 빔과 정렬된 축을 따라 상기 하우징을 회전시키는 회전 메커니즘을 더 포함하는, 음극발광 현미경.2. The apparatus of claim 1, further comprising: a housing attaching the polarizing beam splitter to the first and second photo detectors in a fixed orientation relative to each other; and a rotation mechanism that rotates the housing along an axis aligned with the light beam. 제3항에 있어서, 상기 초점 렌즈는 상기 하프 미러와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 위치되고; 상기 하프 미러와 상기 제2 편광 빔 스플리터 사이에 위치된 제2 초점 렌즈를 더 포함하는, 음극발광 현미경.4. The method of claim 3, wherein the focus lens is positioned between the half mirror and the polarizing beam splitter; A cathodoluminescence microscope further comprising a second focusing lens positioned between the half mirror and the second polarizing beam splitter. 제3항에 있어서, 상기 초점 렌즈는 상기 하프 미러 상류에 위치되는, 음극발광 현미경.4. The cathodoluminescence microscope of claim 3, wherein the focusing lens is located upstream of the half mirror. 컴퓨터에 의해 실행될 때 상기 컴퓨터로 하여금 방법을 구현하는 단계들을 실행하게 하는 저장 장치에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 방법은,
편광된 음극발광 빔에 대응하는 제1 전기 신호 및 상기 편광된 음극발광 빔에 대응하고 상기 제1 전기 신호에 대해 90 도 편광 회전을 갖는 제2 전기 신호를 수신하는 단계; 샘플의 스캐닝된 영역의 강도 이미지를 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전기 신호들을 더하는 단계; 상기 영역의 편광(DOP) 이미지의 정도를 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 전기 신호들의 정규화된 차이를 취하는 단계; 상기 강도 이미지에 나타나는 각각의 대조 스폿의 중심 지점의 좌표들을 결정하는 단계; 상기 좌표들 각각에 대해, 응력의 표시가 상기 구역 내에 나타나는지를 결정하기 위해 상기 DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하는 단계; 및 응력의 각각의 표시에 대해, 상기 대응하는 대조 스폿을 에지 전위로서 분류하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored on a storage device that, when executed by a computer, causes the computer to perform steps implementing the method, the method comprising:
Receiving a first electrical signal corresponding to a polarized cathodoluminescent beam and a second electrical signal corresponding to the polarized cathodoluminescent beam and having a 90 degree polarization rotation with respect to the first electrical signal; adding the first and second electrical signals to generate an intensity image of the scanned area of the sample; taking a normalized difference of the first and second electrical signals to generate a degree of polarization (DOP) image of the region; determining the coordinates of the center point of each contrast spot appearing in the intensity image; For each of the coordinates, examining a corresponding region within the DOP image to determine whether an indication of stress appears within the region; and, for each indication of stress, classifying the corresponding control spot as an edge dislocation.
제9항에 있어서, 상기 정규화된 차이를 취하는 단계는 상기 제1 및 제2 전기 신호들 사이의 차이 대 제1 및 제2 전기 신호들의 합의 비율을 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.10. The computer program of claim 9, wherein taking the normalized difference comprises calculating a ratio of the difference between the first and second electrical signals to the sum of the first and second electrical signals. 제10항에 있어서, 상기 검사하는 단계는 상기 구역 내의 DOP 이미지의 대표 값을 계산하는 단계를 포함하고 상기 결정하는 단계는 상기 대표 값을 미리 설정된 임계치에 비교하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.11. The computer program of claim 10, wherein the examining step includes calculating a representative value of the DOP image within the region and the determining step includes comparing the representative value to a preset threshold. 제11항에 있어서, 상기 대표 값을 계산하는 단계는 상기 구역 내의 DOP 이미지의 분산을 계산하는 단계를 포함하고 상기 결정하는 단계는 상기 분산을 미리 설정된 임계치에 비교하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.12. The computer program of claim 11, wherein calculating the representative value comprises calculating the variance of the DOP image within the region and said determining includes comparing the variance to a preset threshold. 제11항에 있어서, 상기 대표 값을 계산하는 단계는 피팅 방정식을 상기 구역 내의 그레이 레벨 값들에 적용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.12. The computer program of claim 11, wherein calculating the representative value includes applying a fitting equation to the gray level values within the region. 반도체 샘플 내의 결함들을 검출하기 위해 음극발광 현미경을 동작시키는 방법으로서,
전자 빔으로 상기 샘플의 영역을 스캐닝하는 단계;
상기 스캐닝 동안 상기 영역으로부터 방출되는 음극발광 광을 수집하고 상기 음극발광 광으로부터 광 빔을 형성하는 단계;
서로에 대해 90 도 편광 회전을 갖는 2개의 편광된 빔을 획득하기 위해 편광자 빔 스플리터를 통해 상기 광 빔을 통과시키는 단계;
상기 2개의 편광된 빔에 대응하는 2개의 전기 신호를 동시에 발생시키기 위해 2개의 광 검출기를 사용하는 단계;
상기 영역의 강도 이미지를 형성하기 위해 상기 2개의 신호를 더하는 단계;
상기 영역의 편광(DOP) 이미지의 정도를 형성하기 위해 상기 2개의 신호의 정규화된 차이를 취하는 단계;
상기 강도 이미지에 나타나는 각각의 대조 스폿에 대해, 상기 DOP 이미지 내의 대응하는 구역을 검사하고 응력의 표시가 상기 DOP 이미지 내의 구역 내에 나타날 때, 상기 대응하는 대조 스폿을 에지 전위로서 분류하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of operating a cathodoluminescence microscope to detect defects in a semiconductor sample, comprising:
scanning an area of the sample with an electron beam;
collecting cathodoluminescent light emitted from the area during the scanning and forming a light beam from the cathodoluminescent light;
passing the light beam through a polarizer beam splitter to obtain two polarized beams having a 90 degree polarization rotation relative to each other;
using two photodetectors to simultaneously generate two electrical signals corresponding to the two polarized beams;
adding the two signals to form an intensity image of the region;
taking the normalized difference of the two signals to form a degree of polarization (DOP) image of the region;
For each contrast spot appearing in the intensity image, examining a corresponding region in the DOP image and when an indication of stress appears within the region in the DOP image, classifying the corresponding contrast spot as an edge dislocation. , method.
제14항에 있어서, 정규화된 차이를 취하는 단계는 상기 2개의 신호의 차이 대 상기 2개의 신호의 합의 비율을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.15. The method of claim 14, wherein taking the normalized difference comprises calculating a ratio of the difference of the two signals to the sum of the two signals. 제15항에 있어서, 상기 검사하는 단계는 상기 구역 내의 DOP 이미지의 대표 값을 계산하는 단계 및 상기 대표 값을 미리 설정된 임계치에 비교하는 단계를 포함하는, 방법.16. The method of claim 15, wherein the inspecting step includes calculating a representative value of a DOP image within the area and comparing the representative value to a preset threshold. 제16항에 있어서, 대표 값을 계산하는 단계는 상기 구역 내의 DOP 이미지의 분산을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.17. The method of claim 16, wherein calculating the representative value comprises calculating the variance of the DOP image within the region. 제16항에 있어서, 대표 값을 계산하는 단계는 피팅 방정식을 상기 구역 내의 그레이 레벨 값들에 적용하는 단계를 포함하는, 방법.17. The method of claim 16, wherein calculating the representative value includes applying a fitting equation to the gray level values within the region. 제16항에 있어서, 대표 값을 계산하는 단계는 상기 DOP 이미지를 저장된 참조 이미지에 비교하기 위해 주요 구성요소 분석을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.17. The method of claim 16, wherein calculating the representative value comprises using principal component analysis to compare the DOP image to a stored reference image. 제14항에 있어서, 상기 편광자 빔 스플리터를 통해 상기 광 빔을 통과시키기 전에 상기 광 빔을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.15. The method of claim 14, further comprising filtering the light beam prior to passing the light beam through the polarizer beam splitter.
KR1020237022166A 2020-12-04 2021-12-04 Discrimination of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements KR20230150944A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063121752P 2020-12-04 2020-12-04
US63/121,752 2020-12-04
US17/537,422 US11782001B2 (en) 2020-12-04 2021-11-29 Dislocation type and density discrimination in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements
US17/537,422 2021-11-29
PCT/IB2021/061339 WO2022118294A1 (en) 2020-12-04 2021-12-04 Dislocation type and density discrimination in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230150944A true KR20230150944A (en) 2023-10-31

Family

ID=78844658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237022166A KR20230150944A (en) 2020-12-04 2021-12-04 Discrimination of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4256599A1 (en)
JP (1) JP2023551972A (en)
KR (1) KR20230150944A (en)
TW (1) TWI808554B (en)
WO (1) WO2022118294A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116577340B (en) * 2023-05-28 2024-01-05 兰州大学 Method for distinguishing threading screw dislocation and threading edge dislocation in silicon carbide
CN117934464A (en) * 2024-03-21 2024-04-26 温州风涌智能科技有限公司 Defect identification method based on machine vision

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2173436A5 (en) 1972-02-24 1973-10-05 Cameca
DE2223367C3 (en) 1972-05-12 1978-11-30 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Micro-beam probe for the quantitative detection of charged secondary particles
WO1997001862A1 (en) * 1995-06-26 1997-01-16 Hitachi, Ltd. Electron microscope and electron microscopy
JP4921458B2 (en) * 2005-04-04 2012-04-25 ブルーシフト・バイオテクノロジーズ・インコーポレーテッド Screening method using polarization anisotropy in FRET emission
WO2012093474A1 (en) 2011-01-05 2012-07-12 Isobe Shinichiro Multiple light source microscope
DE102013219181B4 (en) * 2013-09-24 2018-05-09 Olympus Soft Imaging Solutions Gmbh Apparatus and method for the optical determination of particle properties
US10141158B2 (en) 2016-12-05 2018-11-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer and DUT inspection apparatus and method using thereof
US10677716B1 (en) * 2017-03-14 2020-06-09 Hart Scientific Consulting International Llc Systems and methods for optically determining an acoustic signature of an object
EP3528047A1 (en) * 2018-02-14 2019-08-21 ASML Netherlands B.V. Method and apparatus for measuring a parameter of interest using image plane detection techniques

Also Published As

Publication number Publication date
TWI808554B (en) 2023-07-11
EP4256599A1 (en) 2023-10-11
JP2023551972A (en) 2023-12-13
WO2022118294A1 (en) 2022-06-09
TW202236343A (en) 2022-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102514134B1 (en) Correlation of SEM and Optical Images to Identify Wafer Noise Newsons
JP4069545B2 (en) Electron microscope method, electron microscope array biological sample inspection method and biological inspection apparatus using the same
WO2012153652A1 (en) Defect observation method and device therefor
US20110242312A1 (en) Inspection system and inspection method
JP5202071B2 (en) Charged particle microscope apparatus and image processing method using the same
US11782001B2 (en) Dislocation type and density discrimination in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements
KR20230150944A (en) Discrimination of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements
US11009461B2 (en) Defect investigation device simultaneously detecting photoluminescence and scattered light
KR20170033875A (en) Virtual inspection systems with multiple modes
US20090279081A1 (en) Defect inspection apparatus
US8450683B2 (en) Image processing apparatus, an image generating method, and a system
KR20140054134A (en) Detecting defects on a wafer
JP2011211035A (en) Inspecting device, defect classifying method, and defect detecting method
KR20130138214A (en) Defect inspection and photoluminescence measurement system
CN1662808A (en) Optical technique for detecting buried defects in opaque films
US6208750B1 (en) Method for detecting particles using illumination with several wavelengths
JP4548432B2 (en) Electron microscope method, electron microscope array biological sample inspection method and biological inspection apparatus using the same
US20230020967A1 (en) Method and apparatus for inspecting a sample by means of multiple charged particle beamlets
CN116982136A (en) Differentiation of dislocation types and densities in semiconductor materials using cathodoluminescence measurements
US10018579B1 (en) System and method for cathodoluminescence-based semiconductor wafer defect inspection
CN108231513B (en) Method for operating a microscope
TWI836325B (en) A cathodoluminescence microscope, method of inspecting a wafer using the microscope and method of operating the microscope
JP2024504682A (en) Cost-effective probing in mass production of μLEDs
JP4069785B2 (en) Electron microscope method, electron microscope array biological sample inspection method and biological inspection apparatus using the same
JP2004193529A (en) Wafer evaluation method and apparatus