TW201341790A - 測量矽薄膜之方法、偵測矽薄膜之缺陷之方法、及矽薄膜缺陷偵測裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種測量矽薄膜之導電性的方法。藉由此方法，電容性感測器係位於矽薄膜樣品上方，且在感測器與樣品之間具有一氣隙。當激發光源模組關閉時，使用電容性感測器以測量氣隙尺寸，而藉由開啟激發光源模組將激發光照射在矽薄膜樣品上，其中激發光係為紫外光。使用電容性感測器測量矽薄膜樣品之導電性改變，且藉由正規化基於氣隙尺寸之測量結果的導電性改變，以消除由於氣隙偏差所造成的測量誤差。

Description

測量矽薄膜之方法、偵測矽薄膜之缺陷之方法、及矽薄膜缺陷偵測裝置

相關申請案之交互參照

本申請案主張於2012年4月9日向韓國智慧財產局提出之韓國專利申請號第10-2012-0036843號之優先權及效益，其全部內容係於此併入作為參考。

例示性實施例係有關於一種矽薄膜測量技術。更特別的是，本發明概念之實施例係有關於一種測量矽薄膜的方法、偵測矽薄膜之缺陷的方法、以及矽薄膜缺陷偵測裝置。

通常，測量自由載子之壽命的方法係用於檢測薄膜品質。根據射頻(RF)波反射技術，自由載子之壽命係基於在薄膜上照射的RF波回來期間之時間來測量。然而，RF波反射技術僅能測量壽命長於100納秒(ns)的自由載子。此外，RF波反射技術必須使用高功率激發雷射脈衝以取得可測量的RF訊號。在此情形中，高功率激發雷射脈衝可能會影響穩定狀態之自由載子壽命。為了克服此問題，有以藉由在薄膜上照射激發光以產生自由載子然後測量由於自由載子造成之光電導性所組成的技術。然而，在此技術中，矽薄膜越薄，則自由載子壽命越短。因此，需要一種測量在薄的矽薄膜中的自由載子壽命之方法。

一些例示性實施例係提供一種能夠在非接觸方式下使用電容性感測器測量自由載子壽命與矽薄膜之結晶度的測量矽薄膜之方法。

一些例示性實施例係提供一種能夠使用包含偵測電極、電荷汲引電極與參考電極的電容性感測器來偵測矽薄膜之狹窄區域中的缺陷偵測矽薄膜之缺陷之方法。

一些例示性實施例係提供一種能夠使用包含偵測電極、電荷汲引電極與參考電極的電容性感測器來偵測矽薄膜狹窄區域中的缺陷之矽薄膜缺陷偵測裝置。

根據一些例示性實施例，一種測量矽薄膜導電性的方法可包含在矽薄膜樣品上方放置電容性感測器且氣隙在感測器與薄膜樣品之間的步驟，藉由關閉激發光源模組以使用電容性感測器測量氣隙尺寸的步驟，藉由開啟激發光源模組照射含有紫外光之激發光在矽薄膜樣品上的步驟，使用電容性感測器測量矽薄膜樣品之導電性改變的步驟，藉由正規化基於氣隙尺寸之測量結果所測量到的導電性改變以消除由於氣隙偏差造成的測量誤差的步驟。

在例示性實施例中，傳輸藉由激發光所產生的自由載子的路徑可形成平行於矽薄膜樣品。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之厚度可介於約1nm與300nm之間。此外，矽薄膜樣品可層疊在介電基板上。

在例示性實施例中，氣隙尺寸可與電容性感測器之輸出訊號之強度成反比。此外，由於氣隙偏差所造成的測量誤差之尺寸可與氣隙尺寸成反比。

在例示性實施例中，激發光之強度可調變至約1kHz與100kHz之間的調變頻率。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之電阻率可基於導電性改變來計算。此外，矽薄膜樣品之電阻率可對應於晶粒間邊界電位(inter-gran boundary potential)與自由載子壽命之函數。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之結晶度可基於矽薄膜樣品之電阻率而測量，矽薄膜樣品之結晶度係指矽薄膜樣品所包含的晶粒之結晶程度。

在例示性實施例中，自由載子壽命可能會與矽薄膜樣品之缺陷數量成反比。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之電阻率可基於電容性感測器之有關於複數個矽薄膜樣品的輸出訊號來判斷，矽薄膜樣品係以不同雷射強度退火而有不同結晶度。

根據一些例示性實施例，一種偵測矽薄膜之缺陷的方法可包含在矽薄膜樣品上方放置電容性感測器而氣隙係介於電容性感測器與薄膜樣品之間之步驟，且電容性感測器具有偵測電極、電荷汲引電極以及參考電極，操作電容性感測器之步驟，測量電荷汲引電極與參考電極之間的電容值以測量保留在電容性感測器中的剩餘電荷量之步驟，操作激發光源模組以照射激發光在矽薄膜樣品之第一區上、在矽薄膜樣品之第二區上、以及在矽薄膜樣品之接面區上之步驟，而第一區係放置在電荷汲引電極下方，第二區係放置在偵測電極下方，接面區係對應於第一區與第二區之間的接面，以及測量透過接面區從第一區傳輸至第二區的傳輸電荷量以測量矽薄膜樣品之光電導性的步驟，以及將傳輸電荷量減去剩餘電荷量以計算有效電荷量之步驟，以及分析有效電荷量以偵測存在於接面區的缺陷之步驟。

在例示性實施例中，可將傳輸電荷量減去剩餘電荷量以消除外部電磁雜訊與操作放大器之熱漂移。

在例示性實施例中，藉由透過接面區將傳輸電荷從第一區傳輸至第二區可改進解析度，傳輸電荷係產生在第一區中。

在例示性實施例中，激發光可具有雷射脈衝形狀。

在例示性實施例中，激發光可為具有約385nm波長的紫外光。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之光電導性可與雷射脈衝能量成正比。此外，矽薄膜樣品之光電導性可與矽薄膜樣品之缺陷量成反比。

根據一些例示性實施例，矽薄膜缺陷偵測裝置可包含具有電荷汲引電極、偵測電極以及參考電極的電容性感測器，偵測電極與參考電極係相對於電荷汲引電極對稱地配置，而偵測電極與參考電極具有相同電容值，以及包含照射矽薄膜樣品之對應於電荷汲引電極的一部分、照射矽薄膜樣品之對應於偵測電極之一部分以及照射矽薄膜樣品之對應於電荷汲引電極與偵測電極之間的接面的一部分的激發光源模組，以及包含接收來自電容性感測器提供之感測器輸出的類比轉數位轉換器(ADC)，感測器輸出係指電荷量，以及包含藉由施加感測器驅動電壓給電容性感測器以運作電容性感測器、以及藉由施加光源觸發脈衝給激發光源模組以啟動激發光源模組、以及藉由施加類比轉數位轉換器觸發脈衝給類比轉數位轉換器以啟動類比轉數位轉換器。

在例示性實施例中，感測器驅動電壓可具有介於約10kHz至1000kHz之間的頻率。

在例示性實施例中，感測器輸出可包含關於保留在電容性感測器中之剩餘電荷量以及在矽薄膜樣品中產生之傳輸電荷量的資訊。

在例示性實施例中，類比轉數位轉換器可藉由將傳輸電荷量減去剩餘電荷量來計算有效電荷量。

在例示性實施例中，矽薄膜樣品之光電導性可基於有效電荷量來計算。此外，矽薄膜樣品之缺陷可基於光電導性來偵測。

因此，根據例示性實施例之測量矽薄膜的方法可藉由在矽薄膜上方隔著氣隙放置電容性感測器以在非接觸方式與非破壞性方式下測量自由載子壽命與矽薄膜之結晶度。

此外，根據例示性實施例之偵測矽薄膜之缺陷的方法可藉由將自由載子傳輸至矽薄膜之狹窄區域來偵測存在於矽薄膜中的缺陷。

進一步，根據例示性實施例之矽薄膜缺陷偵測裝置可藉由將自由載子傳輸至矽薄膜之狹窄區域來偵測存在於矽薄膜中的缺陷。

S110~S190、S510~S570．．．步驟流程

210．．．電容性感測器

212．．．中央電極

214．．．介電物質

216．．．側電極

230．．．矽薄膜樣品

250．．．氣隙

610a、610b．．．光激發區域

615．．．接面區

630．．．第一電極

650．．．第二電極

800．．．矽薄膜缺陷偵測裝置

810．．．激發光源模組

812．．．光源

814．．．光罩

816．．．透鏡

820．．．電容性感測器

822．．．矽薄膜樣品

824．．．探針

826．．．濾光片

830．．．脈衝產生器

835．．．開關

840．．．類比轉數位轉換器

850．．．電腦

900．．．矽薄膜缺陷偵測裝置

910．．．電荷汲引電極

912．．．偵測電極

914．．．參考電極

930．．．操作放大器

950．．．連接頭

990．．．矽薄膜樣品

992．．．光激發區域

994．．．接面區

C_g．．．電流

R_g．．．電流路徑

CO．．．電場

EL．．．激發光

SDV．．．感測器驅動電壓

LTP．．．光源觸發脈衝

CTP．．．類比轉數位轉換器觸發脈衝

SN_OUT．．．感測器輸出

從下列結合附圖取得的詳細描述，將可更清楚地理解說明性、非限制性的例示性實施例。
第1圖係為繪示根據例示性實施例之測量矽薄膜的方法之流程圖。
第2圖係為藉由第1圖的方法測量矽薄膜之範例的示意圖。
第3圖係為繪示在自由載子濃度與電阻率之間的關係之圖表。
第4A圖係為繪示根據氣隙尺寸之感測器輸出之強度的圖表。
第4B圖係為繪示根據電容性感測器之探針直徑的感測器輸出之強度的圖表。
第5圖係為繪示根據例示性實施例之偵測矽薄膜之缺陷的方法之流程圖。
第6A圖係為繪示正常照射方式之電容性感測器之操作的示意圖。
第6B圖係為繪示根據例示性實施例之集中照射方式之電容性感測器之操作之示意圖。
第7圖係為繪示第6A圖與第6B圖之電容性感測器之測量性能之圖表。
第8圖係為繪示根據例示性實施例之矽薄膜缺陷偵測裝置之方塊圖。
第9圖係為繪示第8圖之矽薄膜缺陷偵測裝置之操作之示意圖。
第10圖係為繪示第8圖之矽薄膜缺陷偵測裝置實現於其中之範例之示意圖。

各種例示性實施例將參閱顯示本發明之一些例示性實施例之附圖而更完整地描述。然而，本發明概念可體現成許多不同形式而不應受限於上述例示性實施例而解釋。相反地，提供此些例示性實施例是為了使本說明書揭露將徹底且完整，且將充分傳遞本發明概念之範疇予熟悉此領域之技術者。於附圖中，層與部位等之尺寸以及相對尺寸係為了清晰而誇大於整份說明書中相似之編號係通常參考相似之元件。

應理解的是，雖然在此可能使用第一、第二、第三等等用語描述各種元件，但是這些元件不應被這些用語所限制。這些用語用於一元件與另一元件之間的區別。如此，以下討論的第一元件可在未脫離本發明概念之教示下改稱為第二元件。當在此所使用，"及/或"之用語包含相關聯的所列項目之一個或更多個之任意結合或所有的結合。

可理解的將，當一元件被稱為「連接(connected )」或「"耦接(coupled )」至另一元件，其可以是直接連接或耦接至其他元件，或者其間可存在中介元件。相反的，當一元件係指「直接連接(directly connected)」或「直接耦接(directly coupled)」至另一元件時，其間並無存在中介元件中介層。用於描述元件之間關係的其他文字應該在相似方式解釋(例如，「在...之間(between)」相對於「直接在...之間(directly between)」，「鄰近(adjacent)」相對於「直接鄰近(directly adjacent)」等等)。

在此所用之術語係僅為描述特定例示性實施例之目的而不視為對本發明概念之限制。當在此使用時，除非文中另行明確地表示，否則「一(a)」、「一(an)」、「此(the)」等單數型式亦旨在包含複數型式。應理解的是，當用語"包含(comprises)"及/或"包含(comprising)，"用於說明書中時，係指明所述特性、整數(integers)、步驟、操作、元件及/或構件的存在，但是不排除一個或更多其他特性、整數、步驟、操作、元件、構件及/或及其群組的存在或增添。

除非有其他定義，否則在此使用的所有用語(包含技術用語與科學用語)都有相同意義，如同此發明概念的所屬技術領域中的通常知識者可通常理解的意義。應理解的是，例如那些定義在通常使用之字典的用語應該解釋成相關技術領域之上下文中具有意義一致性的意義，且除非有明白地定義否則將不做理想化解釋或過度地正式語意的解釋。

第1圖係為繪示根據例示性實施例之測量矽薄膜的方法之流程圖。

參閱第1圖，電容性感測器可隔著氣隙(air gap)放置於矽薄膜樣品上方(S110)。藉由第1圖的例示性方法，可藉由將電容性感測器隔著氣隙放置在矽薄膜樣品上方而以非接觸方式與非破壞性方式下測量矽薄膜樣品之品質。

接著，當關閉激發光源模組時，可使用電容性感測器測量氣隙的尺寸(S130)。因為激發光源模組關閉(即，不操作)，所以在矽薄膜樣品中可能不會有光生(photo generated)自由載子。如此，導電性可能大致上不會改變，如此電容性感測器可測量氣隙尺寸。

接著，當開啟激發光源模組時，激發光可照射在矽薄膜樣品上(S150)。因為激發光係照射在矽薄膜樣品上，故在矽薄膜樣品中可能會有光生(photo generated)自由載子。在一例示性實施例中，藉由激發光產生的自由載子傳輸其上的路徑可形成與矽薄膜樣品平行。如此，可測量具有非常薄的厚度且層疊在介電基板上的矽薄膜。第1圖的方法可測量具有厚度約1nm至300nm的矽薄膜。

在一例示性實施例中，激發光可為紫外光(即紫外射線)。因為在矽薄膜之表面上執行電子與電洞之間的重組，所以自由載子壽命可能是相對地短的。如此，光生自由載子之自由載子濃度可能會非常低。例如，在50nm厚度的矽薄膜之表面上的重組速率可約20,000 cm^-3s^-1。此外，自由載子壽命可能短於約100ps。因為標準矽樣品(即，晶圓)具有1us單元的自由載子，所以藉由測量矽薄膜樣品而產生的感測器輸出可能小於藉由測量晶圓而產生的感測器輸出約10⁴倍。通常，可見光(即，可見射線)或紅外光(即，紅外射線)可用於矽薄膜之光致激發(photo-excitation)。然而，載子光產生速率可能會相對低。亦即，僅紫外光可容易被少於約50nm之厚度的薄膜所吸收，而可見光或紅外光係容易被相對厚的薄膜所吸收。例如，50nm厚度的矽薄膜可吸收低於約1.5%的808nm波長之光。然而，50nm厚度之矽薄膜可吸收約90%的385nm波長之光。如此，第1圖的方法藉使用紫外光作為激發光而可測量具有相對低的自由載子濃度之矽薄膜之品質。

此外，在具有全衰减特性之半導體薄膜之情形中，激發的自由載子數量可定義成光強度之函數。激發的自由載子數量可與光強度成正比。以上所述可表示為[方程式 1]﹕

在[方程式 1]中，γ代表載子產生效率，I₀代表光強度，α代表光吸收率，而h代表矽薄膜厚度。如此，當光吸收率低時，自由載子數量n_freecarrier可與矽薄膜厚度成正比。當光吸收率低時，可藉由矽薄膜厚度來影響自由載子數量。其結果是，可能會發生由於矽薄膜厚度而導致的測量誤差。如此，如果高光吸收率的紫外光係用作激發光，而代替低光吸收率的可見光或具有低光吸收率的紅外光，可消除(或減少)因為矽薄膜厚度造成的影響。

接著，可使用電容性感測器以測量矽薄膜樣品之導電性改變(S170)。在一例示性實施例中，自由載子壽命可能會與矽薄膜樣品之缺陷數量成反比。如此，當矽薄膜樣品中存在許多缺陷時，能會增加相對少的矽薄膜樣品導電性。

最後，可藉由正規化基於氣隙尺寸之測量結果的矽薄膜樣品之導電性改變來消除由於氣隙偏差而產生的測量誤差(S190)。在第1圖之方法中，用於一個矽薄膜樣品的測量可執行兩次。當激發光源模組關閉時，可藉由使用電容性感測器測量氣隙尺寸來執行第一測量。可藉由使用電容性感測器測量矽薄膜樣品之導電性改變來執行第二測量。因為感測器輸出之強度係與氣隙尺寸成反比，所以氣隙偏差可能會影響第二測量。因此，第1圖的方法可藉由正規化第一測量結果與第二測量結果來消除由於氣隙偏差造成的測量誤差。將參考第4A圖而詳細描述根據氣隙尺寸之感測器輸出之強度。

如上所述，第1圖的方法可測量自由載子壽命與矽薄膜樣品之結晶度。在一例示性實施例中，可基於矽薄膜樣品之導電性改變來計算矽薄膜樣品之電阻率。電阻率可對應於晶粒間邊界電位與自由載子壽命之函數。如此，可基於矽薄膜樣品之電阻率來計算矽薄膜樣品之結晶度。矽薄膜樣品之結晶度係代表矽薄膜樣品中包含的晶粒之結晶程度。以上所述可表示為[方程式2] 至[方程式 4]﹕

[方程式2]



[方程式 3]

[方程式 4]

在[方程式2]中，ε係指介電常數，S係指電容性感測器之截面面積，d係指氣隙尺寸，σ係指導電性，而w係指電容性感測器之激發頻率。在[方程式3]中，ρ係指電阻率。在[方程式4]中，γ係指載子產生效率，I係指光強度，τ係指電子碰撞孔洞所需時間，τ_{free-carrier-lifetime}係指自由載子壽命，q係指電量，m係指電子/電洞之有效質量。

根據[方程式4]，電容值C可與自由載子壽命成正比。此外，電容值可與電子碰撞電洞所需時間成正比。當使用電容性感測器測量矽薄膜樣品之電容值時，基於[方程式 1]與[方程式 2]可計算出矽薄膜樣品之導電性與電阻率，而可基於[方程式 4]估算出矽薄膜樣品之結晶度與缺陷程度(例如，缺陷數量)。

在一例示性實施例中，可基於電容性感測器之有關於複數個矽薄膜樣品之輸出訊號來判斷電阻率。可藉由不同雷射強度對矽薄膜樣品進行退火，如此矽薄膜樣品可具有不同結晶度。

第2圖係為藉由第1圖的方法測量矽薄膜之範例的示意圖。

參閱第2圖，電容性感測器210之探針可隔著氣隙250位於矽薄膜樣品230上方。在一例示性實施例中，矽薄膜樣品230之厚度可為約24nm，而氣隙250可為約250um。雖然在第2圖中未繪示，矽薄膜樣品230可層疊在厚度約0.4m之玻璃基板上。

當激發光EL從電容性感測器210之相反位置照射在矽薄膜樣品230上時，在矽薄膜樣品230中可產生複數個自由載子。在一例示性實施例中，當電容性感測器210之中央電極212為正電極(或負電極)時，電容性感測器210之側電極216為負電極(或正電極)。介電物質214可放置電容性感測器210的中央電極212與側電極216之間。例如，在中央電極212為正電極而側電極216為負電極之情形中，在從中央電極212到側電極216的方向上可產生電場CO。如此光生自由載子可藉由電場CO在矽薄膜樣品230之表面上傳輸。可藉由光生自由載子之傳輸而產生電流C_g，而電流路徑R_g可形成平行於矽薄膜樣品230。

在一例示性實施例中，激發光EL之強度可調變到約1kHz至約100kHz的調變頻率。激發光源模組可輸出具有特定波形的激發光EL。激發光EL可具有紫外光波形。此外，激發光EL之強度可進行週期性調變。例如，激發光EL之強度可調變成有例如脈衝波、正弦波、餘弦波等等的形式。

第3圖係為繪示在自由載子濃度與電阻率之間的關係之圖表。

參閱第3圖，其可辨識出矽薄膜之自由載子濃度係與矽薄膜之電阻率成反比。通常，矽薄膜之導電性，此導電性係與矽薄膜之電阻率成反比，係為一目標因素。然而，自由載子濃度可為對於元件理解更有用的因素。如此，如在第2圖中所繪示，可使用電容性感測器210測量矽薄膜樣品230之自由載子濃度，而基於第3圖之圖表，自由載子濃度可轉換成矽薄膜樣品230之電阻率。

如上所述，第1圖的方法可測量自由載子壽命與矽薄膜樣品 230之結晶度。在一例示性實施例中，可基於矽薄膜樣品230 之導電性改變來計算矽薄膜樣品230之電阻率。電阻率可對應於晶粒間邊際電位能(inter-grain boundary potential)與自由載子壽命之函數。

第4A圖係為繪示根據氣隙尺寸之感測器輸出之強度的圖表。

參閱第4A圖，其係辨識出氣隙尺寸與感測器輸出強度成反比。因此，可藉由減少氣隙尺寸來取得具有更高的強度的感測器輸出。然而，因為由於氣隙偏差而產生的測量錯誤係與氣隙尺寸成反比，所以如果減少氣隙尺寸，可能會增加測量錯誤。根據例示性實施例，可藉由測量矽薄膜樣品兩次，以及將第一測量結果與第二測量結果進行正規化，來消除由於氣隙偏差而產生的測量錯誤。

第4B圖係為繪示根據電容性感測器之探針直徑的感測器輸出之強度的圖表。

參閱第4B圖，其係辨識出電容性感測器之探針直徑係與感測器輸出強度成反比。如果探針使用具有較長直徑，可增加感測器輸出之強度。在此情形中，可能會減少電容性感測器之解析度。此將參考第6B圖而詳細描述。

第5圖係為繪示根據例示性實施例之偵測矽薄膜之缺陷的方法之流程圖。

參閱第5圖，具有偵測電極、電荷汲引電極以及參考電極的電容性感測器可隔著氣隙位於矽薄膜樣品上方(S510)。

接著，可操作電容性感測器(S520)。可藉由測量電荷汲引電極與參考電極之間的電容值來測量保留在電容性感測器中的剩餘電荷量(S530)。第5圖的方法可藉由測量電荷改變量來量測矽薄膜樣品之光電導性。在光生自由載子之前，剩餘電荷可保留在電容性感測器中。此外，剩餘電荷可能會造成測量錯誤。如此，可藉由將電荷改變量減去剩餘電荷量來消除測量誤差。

激發光可照射在矽薄膜樣品之第一區上、矽薄膜樣品之第二區上與矽薄膜樣品之接面區上(S540)。第一區係放置在電荷汲引電極下方。第二區係放置在偵測電極下方。接面區係放置在第一區與第二區之間。將參考第6A圖與第6B圖而描述激發光之照射。

然後，能夠藉由測量透過接面區從第一區傳輸到第二區之電荷傳輸量來測量矽薄膜樣品之光電導性(S550)。接著，能夠藉由將傳輸電荷量減去剩餘電荷量來計算有效電荷量(S560)。最後，能夠藉由分析有效電荷量來偵測存在接面區中的缺陷(S570)。

第6A圖係為繪示正常照射方式之電容性感測器之操作的示意圖。第6B圖係為繪示根據例示性實施例之集中照射方式之電容性感測器之操作之示意圖。

參閱第6A圖，光激發區域610a可在矽薄膜樣品上形成圓形。如此，自由載子可光致產生在光激發區域610a。電容性感測器可隔著氣隙位於光激發區域610a上方。電容性感測器可包含第一電極630與第二電極650。光生自由載子可從矽薄膜樣品之第一區傳輸至矽薄膜樣品之第二區。第一區可放置在第一電極630下，而第二區可放置在第二電極650下。

參閱第6B圖，激發光可僅照射放置於第一電極630下方的第一區上、放置於第二電極650下方的第二區上、以及第一區與第二區之間的矽薄膜樣品之接面區615上。其結果是，光激發區域610b可相對於接面區615對稱地形成。為此，具有與光激發區域610b相同形狀的濾光片可位於(例如，貼附)激發光源模組與矽薄膜樣品之間。根據光激發區域610b可光生自由載子。在第一區域中光生的自由載子可透過接面區615傳輸至第二區。在第6A圖中繪示的第一電極630之區域與第二電極650之區域係與在第6B圖中繪示的第一電極630之區域與第二電極650之區域相同。此外，在第6A圖繪示的第一區與第二區係與在第6B圖繪示的第一區與第二區相同。因此，在第6A圖中對應於從第一區傳輸到第二區之總自由載子的電荷量可與在第6B圖中對應於從第一區傳輸到第二區之總自由載子的電荷量相同。在第6A圖與第6B圖中，對應於總自由載子之電荷量係以箭頭數量代表。因此，因為大量自由載子係透過接面區615傳輸，所以第6B圖之集中照射方式可改進解析度。透過第6B圖之集中照射方式，可以高解析度精確地偵測存在接面區615中的缺陷。

在一例示性實施例中，可藉由將傳輸電荷量減去剩餘電荷量來消除外部電磁雜訊與電容性感測器所包含的操作放大器之熱漂移。其結果是，可消除測量誤差，且如此可藉由第6B圖之集中照射方式改進測量準確性。

在一例示性實施例中，激發光可具有雷射脈衝形狀。例如，激發光可為385nm波長之紫外光。矽薄膜樣品之光電導性可能會與雷射脈衝之能量成正比。如此，如果使用具有相對高能量的紫外光，可改進感測器輸出。此外，矽薄膜樣品之光電導性可能會與矽薄膜樣品之缺陷量成反比。其結果是，可藉由測量矽薄膜樣品之光電導性來偵測矽薄膜樣品之缺陷。

第7圖係為繪示第6A圖與第6B圖之電容性感測器之測量性能之圖表。將參考第6A圖、第6B圖與第7圖來描述一實驗範例。

參閱第7圖，當尺寸10um²的缺陷存在於1mm²面積的偵測區域中時，可藉由正常照射方式之電容性感測器或藉由集中照射方式之電容性感測器來偵測缺陷。通常，當10um²尺寸的缺陷存在1mm²區域之偵測區域時，光電導性可能會減少為一半(即，電阻率可能會增加兩倍)。如第7圖所繪示，集中照射方式之電容性感測器係偵測約30%之電阻率改變，然而正常照射方式之電容性感測器僅偵測約0.01%之電阻率改變。如此，集中照射方式之電容性感測器之偵測性能係優於正常照射方式之電容性感測器之偵測性能。

此外，當在1mm²面積的偵測區域中有10um²尺寸的缺陷存在時，集中照射方式之電容性感測器可偵測線形的電阻率改變。然而，正常照射方式之電容性感測器可能很少偵測出電阻率改變。

第8圖係為繪示根據例示性實施例之矽薄膜缺陷偵測裝置之方塊圖。

參閱第8圖，矽薄膜缺陷偵測裝置800可包含激發光源模組810、電容性感測器820、類比轉數位轉換器(ADC)840、以及脈衝產生器830。

電容性感測器820可包含具有電荷汲引電極、偵測電極、與參考電極的探針824。偵測電極與參考電極可相對於電荷汲引電極而對稱地配置。此外，偵測電極與參考電極可具有相同電容值。

激發光源模組810可包含光源812、光罩814與透鏡816。光源812可輸出激發光EL，激發光EL之強度係週期性調變。例如，激發光EL之強度可調變成有例如脈衝波、正弦波、餘弦波等等的形式。在一些例示性實施例中，光源812可對應於發光二極體(LED)、雷射二極體等等。透鏡816可將來自光源812的激發光EL集中在矽薄膜樣品822上。在一些例示性實施例中，透鏡816可控制激發光EL之擴散角。例如，激發光EL之擴散角可藉由調整光源812與透鏡816之間的間隙而控制。

激發光源模組810可局部性地照射激發光EL在矽薄膜樣品812上。激發光源模組810可照射激發光EL在矽薄膜樣品之對應於電荷汲引電極的一部分上、在矽薄膜樣品之對應於偵測電極的一部分上、以及在矽薄膜樣品之對應於存在於電荷汲引電極與偵測電極之間的接面的一部分上。激發光源模組810可根據集中照射方式照射激發光EL，集中照射方式係參考第5圖與第6B圖描述。在一些例示性實施例中，具有與形成在矽薄膜樣品822上光激發區域相同形狀的濾光片826可位於(例如貼附)激發光源模組810與矽薄膜樣品822之間。激發光EL可透過濾光片826僅輸入至光激發區域。

脈衝產生器830可藉由施加感測器驅動電壓SDV至電容性感測器820而操作電容性感測器820。脈衝產生器830可藉由施加光源觸發脈衝LTP至激發光源模組810而啟動激發光源模組810。脈衝產生器830可藉由施加類比轉數位轉換器觸發脈衝CTP至類比轉數位轉換器840來啟動類比轉數位轉換器840。

類比轉數位轉換器840可接收來自電容性感測器820輸出的感測器輸出SN_OUT，感測器輸出SN_OUT係指電荷量。在一例示性實施例中，類比轉數位轉換器840可將感測器輸出SN_OUT轉換成數位訊號，且可提供數位訊號給電腦850。

第9圖係為繪示第8圖之矽薄膜缺陷偵測裝置之運作之示意圖。

參閱第8圖與第9圖，將於下面段落描述矽薄膜缺陷偵測裝置800之運作。脈衝產生器830可藉由使用開關835施加感測器驅動電壓SDV至電容性感測器820而操作電容性感測器820。在一例示性實施例中，感測器驅動電壓SDV可具有在約10kHz與約1000kHz之間的頻率。在例示性實施例中，脈衝產生器830可施加具有高壓位準的感測器驅動電壓SDV給電容性感測器820。例如，感測器驅動電壓SDV可為約15V。激發光源模組810可停用。如此，感測器輸出SN_OUT可藉由矽薄膜樣品822之高表面電阻而大致上變成零。在一時間延遲之後，感測器驅動電壓SDV可為穩定。然後，脈衝產生器830可施加類比轉數位轉換器觸發脈衝CTP給類比轉數位轉換器840。時間延遲可等於或少於約10us。接收類比轉數位轉換器觸發脈衝CTP之後，類比轉數位轉換器840可接收來自電容性感測器820的感測器輸出SN_OUT。感測器輸出SN_OUT可包含有關於保留在電容性感測器820之探針824中的剩餘電荷量的資訊。

接著，脈衝產生器830可藉由施加光源觸發脈衝LTP給激發光源模組810來操作激發光源模組810。其結果是，激發光源模組810可輸出激發光EL。激發光EL可透過遮罩814、透鏡816與濾光片826來輸入至矽薄膜樣品822。然後，在矽薄膜樣品822之對應於電容性感測器820之探針824的光激發區域中可產生大量自由載子。可藉由自由載子之移動來改變電荷量。電容性感測器820可輸出含有有關於傳輸電荷量之資訊的感測器輸出SN_OUT至類比轉數位轉換器840。

在一例示性實施例中，類比轉數位轉換器840可藉由將傳輸電荷量減去剩餘電荷量來取得有效電荷量。此外，類比轉數位轉換器840與電腦850可基於有效電荷量來計算矽薄膜樣品822之光電導性，且可基於光電導性來偵測矽薄膜樣品822之缺陷。在一例示性實施例中，為了防止電容性感測器820過度充電，脈衝產生器830可在下一個測量周期施加具有低電壓位準之感測器驅動電壓SDV至電容性感測器820。例如，感測器驅動電壓SDV可為約-15V。

第10圖係為繪示實現第8圖之矽薄膜缺陷偵測裝置之範例的示意圖。

參閱第10圖，矽薄膜樣品990可隔著氣隙配置在矽薄膜缺陷偵測裝置900上方。在一例示性實施例中，光激發區域992可相對於接面區994對稱地形成。例如，光激發區域992可具有二個扇形狀(即，可具有對稱形狀)。如上所述，具有與光激發區域992相同形狀的濾光片可位於(例如，貼附)激發光源模組與矽薄膜樣品990之間。如此，光激發區域992可形成在矽薄膜樣品990上。

如第10圖所繪示，光激發區域994可形成在對應於電容性感測器900之偵測電極912與電荷汲引電極910之一部分的位置上。此外，參考電極914與偵測電極912可相對於電荷汲引電極910對稱地配置。在參考電極914上可能不照射光。參考電極914可用於測量電容性感測器之剩餘電荷。操作放大器930可接收與放大來自電極910、912與914產生的感測器輸出。下一個，感測器輸出可經由耦接外部電路的連接頭950輸出。

本發明概念可應用至用於檢測半導體裝置品質的裝置上。例如，本發明概念可應用至用於偵測矽薄膜缺陷的檢查裝置，以及用於偵測矽薄膜缺陷的檢查系統。

上述內容係例示性實施例之说明而非為受其限制而解釋。雖然僅描述少數例示性實施例，但是熟悉此領域之技術者將輕易體認到在不重大脫離本發明概念之新穎教示與優點下在例示性實施例中許多修改係為可能。因此，所有修改係視為包含在申請專利範圍所定義的本出現之範圍內。因此，應理解的是前述內容係各種實施例之說明且不受所揭露特定例示性實施例限制解釋，而對所揭露之例示性實施例的修改，如同其他例示性實施例，係視為包含在附加申請專利範圍之範圍內。

S110~S190．．．步驟流程

Claims (20)

1. 一種測量矽薄膜之導電性的方法，該方法包含﹕
   將一電容性感測器設置在一矽薄膜樣品上方且一氣隙係位在該電容性感測器與該矽薄膜樣品之間；
   藉由關閉一激發光源模組，使用該電容性感測器測量該氣隙之尺寸；
   藉由開啟該激發光源模組在該矽薄膜樣品上照射一激發光，該激發光包含一紫外光；
   使用該電容性感測器測量該矽薄膜樣品之一導電性改變；以及
   藉由將基於該氣隙之尺寸之一測量結果所測量到的該導電性改變正規化，以消除由於該氣隙之一偏差而造成的一測量誤差。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由該激發光產生的自由載子所傳輸其上的一路徑係形成平行該矽薄膜樣品。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽薄膜樣品之厚度係介於約1nm與300nm之間，而該矽薄膜樣品係層疊在一介電基板上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氣隙尺寸係與該電容性感測器之一輸出訊號之一強度成反比，以及其中由於該氣隙之該偏差而造成的該測量誤差尺寸係與該氣隙尺寸成反比。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該激發光之一強度係調變至約1kHz與約100kHz之間的一調變頻率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽薄膜樣品之一電阻率係基於該導電性改變而計算，且其中該矽薄膜樣品之該電阻率係對應於一晶粒間邊界電位與一自由載子壽命之函數。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該矽薄膜樣品之一結晶度係基於該矽薄膜樣品之該電阻率而測量，該矽薄膜樣品之該結晶度係指該矽薄膜樣品所包含的晶粒之一結晶程度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該自由載子壽命係與該矽薄膜樣品之缺陷之量成反比。
9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該矽薄膜樣品之該電阻率係基於該電容性感測器之有關於該複數個矽薄膜樣品的輸出訊號來判斷，該複數個矽薄膜樣品係藉不同雷射強度退火而有不同結晶度。
10. 一種偵測矽薄膜之缺陷的方法，該方法包含﹕
    將一電容性感測器設置在一矽薄膜樣品上方而一氣隙係位在該電容性感測器與該矽薄膜樣品之間，該電容性感測器具有一偵測電極、一電荷汲引電極、以及一參考電極；
    操作該電容性感測器；
    藉由測量在該電荷汲引電極與該參考電極之間的一電容值，以測量保留在該電容性感測器中的一電荷剩餘量；
    藉由操作一激發光源模組以照射一激發光在該矽薄膜樣品之一第一區上、在該矽薄膜樣品之一第二區上、以及在該矽薄膜樣品之一接面區上，該第一區係放置在該電荷汲引電極下方，該第二區係放置在該偵測電極下方，該接面區係對應於該第一區與該第二區之間的一接面；
    藉由測量透過該接面區從該第一區傳輸到該第二區之一電荷傳輸量以測量該矽薄膜樣品之一光電導性；藉由將該傳輸電荷量減去該剩餘電荷量以計算一有效電荷量；以及
    藉由分析該有效電荷量以偵測存在該接面區中的一缺陷。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中藉由將該傳輸電荷量減去該剩餘電荷量以消除一外部電磁雜訊與一操作放大器之一熱漂移。
12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中藉由透過該接面區將該傳輸電荷從該第一區傳輸至該第二區以改進一解析度，該傳輸電荷係產生在該第一區域中。
13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該激發光具有一雷射脈衝形狀。
14. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該激發光係為具有約385nm波長之一紫外線。
15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該矽薄膜樣品之一光電導性係與一雷射脈衝之能量成正比，以及其中該矽薄膜樣品之該光電導性係與該矽薄膜樣品之該缺陷之量成反比。
16. 一種矽薄膜缺陷偵測裝置，包含﹕
    一電容性感測器，係具有一電荷汲引電極、一偵測電極以及一參考電極，該偵測電極與該參考電極係相對於該電荷汲引電極對稱地配置，而該偵測電極與該參考電極具有相同電容值；
    一激發光源模組，係配置以照射一矽薄膜樣品之對應於該電荷汲引電極之一部分、該矽薄膜樣品之對應於該偵測電極之一部分、以及該矽薄膜樣品之對應於該電荷汲引電極與該偵測電極之間的一接面之一部分；
    一類比轉數位轉換器(ADC)，係配置以接收從該電容性感測器提供的一感測器輸出，該感測器輸出係指一電荷量；以及
    一脈衝產生器，係配置以﹕
    藉由施加一感測器驅動電壓至該電容性感測器以操作該電容性感測器，藉由施加一光源觸發脈衝至該激發光源模組以啟動該激發光源模組，以及
    藉由施加一類比轉數位轉換器觸發脈衝至該類比轉數位轉換器以啟動該類比轉數位轉換器。
17. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中該感測器驅動電壓具有在約10kHz至1000kHz之間的頻率。
18. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中該感測器輸出包含有關於保留在該電容性感測器中之一剩餘電荷量以及在該矽薄膜樣品中產生之一傳輸電荷量的資訊。
19. 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中該類比轉數位轉換器係藉由將該傳輸電荷量減去該剩餘電荷量以計算一有效電荷量。
20. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，其中該矽薄膜樣品之一光電導性係基於該有效電荷量來計算，以及其中該矽薄膜樣品之缺陷係基於該光電導性來偵測。