TW202009473A - 缺陷檢測設備及缺陷檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種缺陷檢測設備及缺陷檢測方法。所述缺陷檢測設備包括螢光檢測裝置以及處理模組。螢光檢測裝置用以激發樣品使其發出螢光，並將螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號。處理模組用於接收螢光光譜訊號，並選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品內預先決定的深度的螢光影像，其中第一波長範圍與樣品內所述預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。

Description

缺陷檢測設備及缺陷檢測方法

本發明是有關於一種檢測設備及檢測方法，且特別是有關於一種缺陷檢測設備及缺陷檢測方法。

隨著科技的進步，半導體晶圓被廣泛應用至各種技術中，如半導體裝置、太陽能電池等。當半導體晶圓經過各種高溫製程後，會因為製程中的高溫而產生缺陷，例如矽晶圓在高於900度的環境時，會導致間隙氧析出成為氧沉澱，並可能導致缺陷。因此，需要對產品進行缺陷檢測，例如使用螢光影像檢測半導體晶圓。

然而，因為高溫製程期間不容易達到完全無汙染的環境，所以半導體晶圓表面可能會有很少量的汙染物進入，導致螢光影像檢測結果受到表面汙染物的干擾，而錯估半導體晶圓內的缺陷。亦即，螢光影像所呈現的缺陷影像（defect image）中有一部分是表面汙染物所提供，而遮蔽了半導體晶圓內的實際缺陷影像或是與半導體晶圓內的實際缺陷影像混在一起不易區分。因此，目前亟需一種能解決前述問題的方案。

本發明提供一種缺陷檢測設備，能解決螢光檢測時樣品表面汙染物的干擾問題。

本發明再提供一種缺陷檢測方法，能快速地檢測出樣品內的缺陷並避免表面汙染物的干擾。

本發明另提供一種缺陷檢測方法，能簡單地預先檢測出待測物是否有超出基準的缺陷量。

本發明的缺陷檢測設備包括螢光(photoluminesence，PL)檢測裝置以及處理模組。螢光檢測裝置用以激發樣品使其發出螢光，並將螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號。處理模組用於接收螢光光譜訊號，並選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品內預先決定的深度的螢光影像，其中第一波長範圍與樣品內所述預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。

在本發明的一實施例中，上述螢光檢測裝置包括雷射源、透鏡、半反射元件、光柵以及影像感測器。雷射源用於發出雷射光。透鏡位於雷射光之光路上，用以聚焦雷射光至樣品的表面。半反射元件設置於雷射源與透鏡之間的光路上，以改變雷射光的方向或改變螢光的方向。光柵用於接收螢光並將螢光分光為所述光束。影像感測器用於接收分光後的所述光束並產生螢光光譜訊號。

在本發明的一實施例中，上述第一波長範圍小於上述第二波長範圍。

在本發明的一實施例中，上述影像感測器包括電荷耦合裝置（Charge Couple Device，CCD）或是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）。

在本發明的一實施例中，上述缺陷檢測設備還可包括移動構件，用於移動樣品。

在本發明的一實施例中，上述缺陷檢測設備還可包括加熱裝置，所述加熱裝置包括雷射退火裝置、紅外線加熱裝置、高周波加熱退火裝置、電漿加熱退火裝置或高溫爐。

在本發明的一實施例中，上述樣品的材料包括矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦、甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺或氰化苯。

本發明的一種缺陷檢測方法包括：激發樣品使其發出螢光；將螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號；以及從前述螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值，進行數值運算以得到樣品內預先決定的深度的螢光影像。所述第一波長範圍與樣品內所述預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。

在本發明的再一實施例中，上述第一波長範圍小於上述第二波長範圍。

在本發明的再一實施例中，激發上述樣品所使用的是雷射光。

在本發明的再一實施例中，激發上述樣品之前還可包括：移動樣品。

在本發明的再一實施例中，激發上述樣品之前還可包括：加熱樣品。

在本發明的再一實施例中，加熱上述樣品的方法包括高周波（Radio frequency）加熱退火、電漿加熱退火、雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（Rapid Thermal Annealing，RTA）。

在本發明的再一實施例中，上述樣品的材料包括矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦、甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺或氰化苯。

本發明的另一種缺陷檢測方法包括先取得標準樣品的檢測結果，再對照待測樣品的檢測結果，以判定待測樣品的缺陷量是否超過基準。標準樣品的檢測步驟為：激發標準樣品使其發出第一螢光；將第一螢光分光為第一光束，以產生第一螢光光譜訊號；選定第一螢光光譜訊號中預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以獲得標準樣品內預先決定的深度的第一螢光影像。待測樣品的檢測步驟為：激發待測樣品使其發出第二螢光；將第二螢光分光為第二光束，以產生第二螢光光譜訊號；選定第二螢光光譜訊號中第一波長範圍的螢光強度積分值以及第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以獲得待測樣品內預先決定的深度的第二螢光影像。經比較上述第一螢光影像與上述第二螢光影像，能判定待測樣品的缺陷量是否超過基準。上述第一波長範圍與標準樣品內預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。

在本發明的另一實施例中，上述第一波長範圍小於上述第二波長範圍。

本發明的另一種缺陷檢測方法包括步驟一，雷射光照射樣品的第一區；步驟二，激發樣品使其發出螢光；步驟三，將螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號；步驟四，從螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品內的預先決定深度的第一區的螢光影像；步驟五，雷射光照射樣品的第二區，第二區與第一區不重疊；以及重複上述步驟二至步驟四，以得到樣品內的預先決定深度的第二區的螢光影像。第一波長範圍與樣品內所述預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。

在本發明的另一實施例中，照射上述樣品的第二區前還包括以移動構件移動樣品，使雷射光從照射樣品的第一區改為照射樣品的第二區。

在本發明的另一實施例中，上述第一波長範圍小於第二波長範圍。

在本發明的另一實施例中，激發上述樣品之前還可包括加熱樣品，其中加熱樣品的方法包括高周波（Radio frequency）加熱退火、電漿加熱退火、雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（Rapid Thermal Annealing，RTA）。

基於上述，本發明的缺陷檢測設備及缺陷檢測方法，透過取得螢光光譜訊號的方式，並利用處理模組來對螢光光譜訊號中預先決定的不同波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，即可快速且簡便地預先檢測半導體晶圓內預先決定的深度所含的缺陷。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下將參考圖式來全面地描述本發明的例示性實施例，但本發明還可按照多種不同形式來實施，且不應解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中，為了清楚起見，各組件、部位及層的大小與厚度可不按實際比例繪製。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。

圖1為依照本發明的第一實施例的一種缺陷檢測設備的裝置示意圖。圖2為依照本發明的第一實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。

請參考圖1，缺陷檢測設備10包括螢光檢測裝置100以及處理模組200。螢光檢測裝置100包括雷射源110、透鏡120、半反射元件130、光柵140以及影像感測器150。雷射源110會發出雷射光L1。透鏡120位於雷射光L1之光路上。透鏡120用以聚焦雷射光L1至樣品S的表面。半反射元件130設置於雷射源110與透鏡120之間的光路上，半反射元件130例如半反射鏡。半反射元件130用以改變雷射光L1的方向或改變螢光L2的方向。在本實施例中，螢光檢測裝置100還包括移動構件160，例如是一個可移動載台，用以乘載樣品S，但本發明不以此為限。

請同時參考圖1與圖2，在步驟S200中，激發樣品S使其發出螢光L2。在本實施例中，以雷射源110發出雷射光L1經由半反射元件130改變雷射光L1的方向，使其往樣品S照射，並經由透鏡120聚焦雷射光L1至樣品S的表面，以激發樣品S發出螢光L2。在本實施例中，樣品S的材料包括主體是能激發出螢光的材料，例如矽、鍺、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）、磷化銦（InP）等半導體材料；或例如甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺、氰化苯等有機材料。在本實施例中，半反射元件130是先反射雷射光L1之後再允許較長波長的螢光L2穿透，但本發明不限於此。

在第二實施例中，如圖3所示，缺陷檢測設備10’包括螢光檢測裝置100’以及處理模組200，其中螢光檢測裝置100’包括的半反射元件130’也可以選用先允許較短波長的雷射光L1穿透再反射較長波長的螢光L2。第二實施例的其它構件則與第一實施例相同。

在本實施例中，進行步驟S200前還可以選擇性地進行步驟S206，加熱樣品S。舉例來說，以加熱裝置（未繪示）於激發樣品S之前加熱樣品S，藉此可以模擬後續產品製程中所進行的高溫退火步驟，例如在半導體晶圓上的高溫鍍膜製程，以快速檢測樣品S於高溫退火後的品質。在本實施例中，加熱裝置包括雷射退火裝置、紅外線加熱裝置、高周波加熱退火裝置、電漿加熱退火裝置或高溫爐，但本發明不以此為限。在本實施例中，加熱樣品S的方法包括雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（RTA），但本發明同樣不以此為限，例如高周波（Radio frequency）退火、電漿退火等均可作為加熱的選項。

當選定特定波長的雷射光L1激發樣品S時，所需的雷射功率與樣品S的總表面積及欲維持的溫度相關聯。根據史蒂芬－波茲曼定律（Stefan-Boltzmann law）可估計不同溫度和不同總表面積下的樣品S所需要的輻射功率，其中輻射功率正比於總表面積和溫度的四次方。而當雷射光L1照設至樣品S的表面時，不同波長的雷射光對樣品S有不同的反射率，例如下表一所示。表一顯示不同波長的雷射光對矽的反射率。

表一(樣品S的材料為矽)

舉例而言，當樣品S的材料為矽、總表面積為A平方公分（cm² ）且絕對溫度欲維持在1000度（即1000 K）時，可求得樣品S的輻射功率約為5.67´A瓦。然而，選用波長為300奈米（nm）的雷射光L1時，其對矽的反射率約為0.62，意即雷射光L1照射至樣品S後會有62%的能量被反射。因此，為使樣品S能夠獲得足量的5.67´A瓦之功率，則雷射功率至少為14.92´A瓦，其中14.92´A=(5.67´A)/(1-0.62)。

舉例而言，當樣品S的溫度欲維持在1173 K時，樣品S的輻射功率約為溫度為1000 K時的1.893倍，可求得樣品S的輻射功率約為10.733´A瓦，其中1.893=(1173/1000)⁴ 。

另外，在進行步驟S200前還可以選擇性地進行步驟S208，移動樣品S，以移動構件160移動樣品S，使樣品S可以在方向X或方向Y上移動，甚至也可以在方向X與方向Y的垂直方向Z上移動。另一方面，若雷射源的照射面積夠大，樣品S也可以不用移動即可得到整個樣品S的螢光影像的全貌。

然後，在步驟S202中，將螢光L2分光為一光束L3，以產生螢光光譜訊號。通常光束L3的波長是連續的，例如950nm~1280nm的螢光被光柵140分光後擴散開來並投射到影像感測器150上，此時光束L3在影像感測器150上會依照其所在位置的改變，而對應的波長也會依序由小到大或由大到小排列，因此若影像感測器150具有M個感測單元，則可以依序接收M個不同波長範圍的螢光。這裡的M個不同波長範圍是一個大略不同的概念並非絕對不同的概念，這是因為投射到光柵140的螢光L2仍有一定的面積大小，因此相鄰的感測單元仍有可能接收到少部份重疊的波長的螢光。

具體而言，藉由位於半反射元件130與影像感測器150之間的光路上的光柵140接收螢光L2，以將螢光L2分光為一個光束L3，再藉由影像感測器150接收分光後的光束L3並產生所述螢光光譜訊號。在本實施例中，影像感測器150包括電荷耦合裝置（Charge Couple Device，CCD）或是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS），但本發明不以此為限。由於影像感測器150可以偵測光束L3被分光後的不同波長的光，並得知每一波長（或每一小波長範圍）的螢光光譜訊號（例如螢光強度值），因此每次測量樣品S的一待測區域後，可以得到螢光光譜訊號以及如圖4所示的數值曲線。圖4顯示螢光強度與螢光波長的相對關係。

隨後，在步驟S204中，從所述螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算。舉例來說，處理模組200接收螢光光譜訊號後，處理模組200會選定圖4中的特定波段(如1180nm~1200nm)的螢光強度進行積分，得到預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值；並選定圖4中的另一特定波段(如1140nm~1200nm)的螢光強度進行積分，得到預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值。第一波長範圍與樣品S內預先決定的深度相關聯，也就是所欲觀察的缺陷狀況所在的深度，且第二波長範圍不等於第一波長範圍。然後，處理模組200會對上述預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值與上述預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品S內預先決定的深度的螢光影像。

在本發明中，若K1代表第一波長範圍的螢光強度積分值、K2代表第二波長範圍的螢光強度積分值，則所述數值運算的方法例如是K1/K2、K2/K1、tK1/K2、tK2/K1、︱(K1-K2)︱、︱(tK1-K2)︱、︱(K2-K1)︱、K1/(K1+K2)、tK1/(K1+K2)、K1/︱(K1-K2)︱、K1/︱(tK1-K2)︱、K2/(K1+K2)、K2/︱(K1-K2)︱等依此類推，其中t為實數；較佳的數值運算方法為K1/K2或K2/K1。K1或K2也可以分別是由兩個或兩個以上的不同波長範圍的螢光強度積分值運算所得到，例如K11+K12、K21+K22、K11+K12+K13等依此類推，皆為本發明範圍所涵蓋。

至於螢光波段和樣品S內的深度之間的關連可參照下表二所示。

表二(樣品S的材料為矽)

從表二可知，當樣品S的材料為矽，具體來說，根據表二，深度0.1公釐（mm）會發出950nm~1280nm的螢光，深度0.2mm則是發出970nm~1280nm的螢光，深度0.8mm是發出1040nm~1280nm的螢光。樣品S內的深度愈深越深，會因為材料再吸收而發不出短波長範圍的螢光。舉例來說，欲觀察深度為0.8mm與1.2mm之間的螢光影像，則以處理模組200選定第一波長範圍為1060nm~1280nm的螢光強度積分值除以第二波長範圍為1040nm~1280nm的螢光強度積分值。此時第一波長範圍是指波長介於1060nm~1280nm，第二波長範圍是指波長介於1040nm~1280nm，因此第一波長範圍小於第二波長範圍，也就是第一波長範圍的最小值大於第二波長範圍的最小值。在另一實施例中，也可以選定第二波長範圍為1040nm~1280nm的螢光強度積分值除以第一波長範圍為1060nm~1280nm的螢光強度積分值，如此方式同樣可以觀察深度為0.8mm與1.2mm之間的螢光影像，與前一實施例的差別只在於螢光影像的亮暗或顏色會有所不同，但仍然可以清楚看出樣品S內部的缺陷位置與分佈狀況。在又一實施例中，也可以選定第一波長範圍為1060nm~1280nm的螢光強度積分值（當分子），除以[第二波長範圍為1020nm~1280nm的螢光強度積分值加上1040nm~1280nm的螢光強度積分值]的總和（當分母），甚至分子與分母對調也可以得到所欲觀測深度的螢光影像。也就是說，只要一個能夠被激發出螢光的樣品S，經過雷射光L1的一次照射所激發出螢光L2，被分光後可測得一螢光光譜訊號，此螢光光譜訊號包含有螢光強度與螢光波長的相對關係（如圖4所示），接著就可以取一第一波長範圍的螢光強度積分值(K1)以及一第二波長範圍的螢光強度積分值(K2)，進行相互運算而得到所需要的螢光影像，此時第一波長範圍不等於第二波長範圍，較佳為選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且第一波長範圍對應所欲觀測的樣品深度，也就是第一波長範圍與樣品內預先決定的深度相關聯。概略來說，當欲觀測深度有缺陷存在時，由於缺陷位置會導致螢光強度降低，藉此原理可以得知欲觀測深度的缺陷的所在位置的螢光強度，而非觀測深度的螢光強度可以當作參考值加入數值運算中，使最後計算出來的數值更能強化出缺陷處的螢光影像。

另外，若欲觀察深度大於2mm以上位置的螢光影像，則處理模組200可以選定第一波長範圍為1120nm~1280nm的螢光強度積分值(K11)加上1140nm~1280nm的螢光強度積分值(K12)的總和（K11+K12）除以第二波長範圍為1100nm~1280nm的螢光強度積分值(K2)，亦即（K11+K12）/(K2)，其中K1=K11+K12；反之，採用(K2)/（K11+K12）的方式也可以得到所欲觀測深度的螢光影像。或是，選定第一波長範圍為1140nm~1280nm的螢光強度積分值(K1)除以第二波長範圍為1100nm~1280nm的螢光強度積分值(K2)，亦即K1/K2；反之，採用K2/K1的方式也可以得到所欲觀測深度的螢光影像。

圖5為依照本發明的第三實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。圖5的實施例與圖2的實施例的區別在於：第三實施例的矽晶圓的樣品S可以虛擬成N區（第一區、第二區…第N區），每次測量完1/N區後移動到下一個待測量位置，最後如拼圖般將處理模組200進行數值計算後的結果合併起來即可呈現整個樣品S內預先決定的深度的螢光影像。

請參考圖5，在步驟S500中，以雷射光L1照射樣品S的第一區。在本實施例中，進行步驟S500前還可以選擇性地進行步驟S508，加熱樣品S，藉此可以模擬後續產品製程中所進行的高溫退火步驟，以快速檢測樣品S於高溫退火後的品質，也就是可以預測經過後續產品製程（例如高溫鍍膜）後的缺陷位置與分佈狀況。在本實施例中，加熱樣品S的方法包括高周波（Radio frequency）加熱退火、電漿加熱退火、雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（Rapid Thermal Annealing，RTA），但本發明不以此為限。

然後，在步驟S502中，激發樣品S使其發出螢光。隨後，在步驟S504中，將螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號。具體而言，光柵140接收螢光後，會將螢光分光為光束，再藉由影像感測器150接收分光後的光束並產生螢光光譜訊號。

接著，在步驟S506中，從螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品S內預先決定的深度的第一區的螢光影像。第一波長範圍與樣品S內所述預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍，亦即第一波長範圍也可以是大於第二波長範圍，也可以是小於第二波長範圍，較佳為選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且第一波長範圍對應所欲觀測的樣品深度。其他關於數值運算的說明可參考前述實施例，不再重複贅述。

然後，在步驟S510中，以雷射光L1照射樣品S的第二區，且較佳為第二區與第一區不重疊。在本實施例中，進行步驟S510前還可以選擇性地進行步驟S512，移動樣品S，藉此可以以移動構件160移動樣品S，使雷射光L1從照射樣品S的第一區改為照射樣品S的第二區。

接著持續重複步驟S502至步驟S506，以得到樣品S內預先決定的深度的第二區的螢光影像，並且持續重複相似的步驟，以得到樣品S的其他區的螢光影像，以此方式將樣品S的N個區域產生的螢光光譜訊號都進行數值運算並合併，即可得到樣品S內預先決定的深度的螢光影像的全貌。

本發明的樣品S的材料不限於矽，其他只要主體是能激發出螢光L2的材料，例如鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦等半導體材料，包含可以再摻雜其他元素於上述材料的皆屬之，以及例如甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺、氰化苯等有機材料，皆為本發明的範圍所涵蓋。舉例來說，碳化矽可以吸收波長380 nm以下大部分的紫外光，而矽可以吸收波長1100 nm以下大部份的近紅外光、可見光及紫外光，由於兩者材料所激發出的螢光L2波長與可吸收的波長範圍不同，因此不同的材料所選取的第一波長範圍與第二波長範圍就會有所不同，也就是選取計算的螢光L2波長範圍會依照材料特性而有所調整。通常，所選取的第一波長範圍與第二波長範圍皆會大於所選用的雷射光L1的波長。舉例來說，當選用808nm波長的雷射光L1來照射矽材的樣品S，所激發出來的螢光L1波長範圍與樣品S內的深度之間的數值關係約略如表二所示，此時第一波長範圍與第二波長範圍的選取就取決於想要觀察的樣品S內的深度而定。

基於上述，在本發明一實施例的缺陷檢測設備10、10’及缺陷檢測方法中，透過包括螢光檢測裝置100、100’以及處理模組200，其中處理模組200用於接收螢光光譜訊號。特別是，處理模組200選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算可取得樣品S或樣品S的某一待測量區內預先決定的深度的螢光影像，上述第一波長範圍與樣品S內預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍（步驟S204）。也就是說，第二波長範圍也可以是大於第一波長範圍，也可以是小於第一波長範圍，較佳為選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且第一波長範圍對應所欲觀測的樣品S深度。藉此，能解決無法預先檢測半導體晶圓經高溫製程後之品質的問題，且能避免螢光影像檢測結果受到樣品S表面汙染物的干擾。

圖6為依照本發明的第四實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。在此必須說明的是，第四實施例沿用第一實施例的元件符號與部分內容，其中採用相同或近似的元件符號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖6的實施例與圖2的實施例的區別在於：第四實施例先取得標準樣品的檢測結果，再對照待測樣品的檢測結果，以判定待測樣品的缺陷量是否超過基準。

請參考圖6，在步驟S300中，激發標準樣品使其發出第一螢光。在本實施例中，以雷射源110發出雷射光L1以激發標準樣品。所述標準樣品例如是未經高溫製程的晶圓。

然後，在步驟S302中，將第一螢光分光為一個第一光束，以產生第一螢光光譜訊號。具體而言，光柵140接收第一螢光後，會將第一螢光分光為第一光束，再藉由影像感測器150接收分光後的第一光束並產生第一螢光光譜訊號。

隨後，在步驟S304中，處理模組200接收第一螢光光譜訊號。處理模組200選定第一螢光光譜訊號中預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以獲得標準樣品內預先決定的深度的第一螢光影像。第一波長範圍與標準樣品內預先決定的深度相關聯，且第二波長範圍不等於第一波長範圍，亦即第一波長範圍也可以是大於第二波長範圍，也可以是小於第二波長範圍，較佳為選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且第一波長範圍對應所欲觀測的樣品深度。其他關於數值運算的說明可參考前述實施例，不再重複贅述。

接著，在步驟S306中，激發待測樣品使其發出第二螢光。在本實施例中，以雷射源110發出雷射光L1以激發待測樣品。在本實施例中，標準樣品與待測樣品可為相同的材料，如矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦等半導體材料；或甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺、氰化苯等有機材料。

在進行步驟S306前，還可以選擇性地進行步驟S314，加熱待測樣品，藉此可以模擬後續產品製程中所進行的高溫退火步驟，以快速檢測待測樣品於高溫退火後的品質。在本實施例中，加熱待測樣品的方法包括雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（RTA），其他例如高周波退火、電漿退火等皆為可選用做為加熱待測樣品的能量來源，但本發明不以此為限。

然後，在步驟S308中，將第二螢光分光為一個第二光束，以產生第二螢光光譜訊號。具體而言，當光柵140接收第二螢光，會將第二螢光分光為第二光束，再藉由影像感測器150接收分光後的第二光束並產生第二螢光光譜訊號。

隨後，在步驟S310中，處理模組200接收第二螢光光譜訊號後，會產生一組資料顯示類似圖4的螢光強度與螢光波長的相對關係，選定螢光光譜訊號該組資料中上述第一波長範圍的螢光強度積分值以及上述第二波長範圍的螢光強度積分值，進行與步驟S304相同的數值運算，以獲得待測樣品內預先決定的深度的第二螢光影像。其他關於數值運算的說明可參考前述實施例，不再重複贅述。

接著，在步驟S312中，比較第一螢光影像與第二螢光影像，以判定待測樣品的缺陷量是否超過基準。舉例來說，在本實施例中若是選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且以第一波長範圍的螢光強度積分值作為分子，除以上述第二波長範圍的螢光強度積分值來得到第一螢光影像與第二螢光影像，因此若第二螢光影像的強度小於第一螢光影像的強度，表示待測樣品的缺陷量超過基準。

在步驟S312中的第一螢光影像與第二螢光影像會因為運算方法的不同而有不同的影像，例如若改由選取第一波長範圍小於第二波長範圍，且以第二波長範圍的螢光強度積分值作為分子，除以上述第一波長範圍的螢光強度積分值來得到第一螢光影像與第二螢光影像，此時若第二螢光影像的強度小於第一螢光影像的強度，反而表示待測樣品的缺陷量低於基準，其他不同運算方法的實施例可以依此類推。

因此，本發明的第四實施例的方法可藉由簡單的方式，比較標準樣品與待測樣品的數值，而達到快速檢測出樣品內部缺陷，並判定待測樣品的缺陷量是否超過基準。

綜上所述，本發明的缺陷檢測設備及缺陷檢測方法，藉由螢光檢測裝置取得樣品的螢光光譜訊號，再藉由處理模組選定螢光光譜訊號中預先決定的不同波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，來快速地檢測出樣品內的缺陷並避免樣品表面汙染物的干擾。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、10’‧‧‧缺陷檢測設備100、100’‧‧‧螢光檢測裝置110‧‧‧雷射源120‧‧‧透鏡130、130’‧‧‧半反射元件140‧‧‧光柵150‧‧‧影像感測器160‧‧‧移動構件200‧‧‧處理模組L1‧‧‧雷射光L2‧‧‧螢光L3‧‧‧光束S‧‧‧樣品S200、S202、S204、S206、S208、S300、S302、S304、S306、S308、S310、S312、S314、S500、S502、S504、S506、S508、S510、S512‧‧‧步驟X、Y‧‧‧方向

圖1為依照本發明的第一實施例的一種缺陷檢測設備的裝置示意圖。 圖2為第一實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。 圖3為依照本發明的第二實施例的一種缺陷檢測設備的裝置示意圖。 圖4為第一實施例的螢光強度與螢光波長之間的關係曲線圖。 圖5為依照本發明的第三實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。 圖6為依照本發明的第四實施例的缺陷檢測方法的步驟圖。

10‧‧‧缺陷檢測設備

100‧‧‧螢光檢測裝置

110‧‧‧雷射源

120‧‧‧透鏡

130‧‧‧半反射元件

140‧‧‧光柵

150‧‧‧影像感測器

160‧‧‧移動構件

200‧‧‧處理模組

L1‧‧‧雷射光

L2‧‧‧螢光

L3‧‧‧光束

S‧‧‧樣品

X、Y‧‧‧方向

Claims (20)

1. 一種缺陷檢測設備，包括： 螢光檢測裝置，用以激發樣品使其發出螢光，並將所述螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號；以及 處理模組，用於接收所述螢光光譜訊號，並選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到所述樣品內預先決定的深度的螢光影像，其中所述第一波長範圍與所述樣品內所述預先決定的深度相關聯，且所述第二波長範圍不等於所述第一波長範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述的缺陷檢測設備，其中所述第一波長範圍小於所述第二波長範圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述的缺陷檢測設備，其中所述螢光檢測裝置包括： 雷射源，用於發出雷射光； 透鏡，位於所述雷射光之光路上，用以聚焦所述雷射光至所述樣品的表面； 半反射元件，設置於所述雷射源與所述透鏡之間的所述光路上，以改變所述雷射光的方向或改變所述螢光的方向； 光柵，用於接收所述螢光並將所述螢光分光為所述光束；以及 影像感測器，用於接收分光後的所述光束並產生所述螢光光譜訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述的缺陷檢測設備，其中所述影像感測器包括電荷耦合裝置（Charge Couple Device，CCD）或是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）。
5. 如申請專利範圍第3項所述的缺陷檢測設備，更包括移動構件，用於移動所述樣品。
6. 如申請專利範圍第1項所述的缺陷檢測設備，更包括加熱裝置，其中所述加熱裝置包括雷射退火裝置、紅外線加熱裝置、高周波（Radio frequency）加熱退火裝置、電漿加熱退火裝置或高溫爐。
7. 如申請專利範圍第1項所述的缺陷檢測設備，其中所述樣品的材料包括矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦、甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺或氰化苯。
8. 一種缺陷檢測方法，包括： 激發樣品使其發出螢光； 將所述螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號；以及 從所述螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到樣品內預先決定的深度的螢光影像，其中所述第一波長範圍與所述樣品內所述預先決定的深度相關聯，且所述第二波長範圍不等於所述第一波長範圍。
9. 如申請專利範圍第8項所述的缺陷檢測方法，其中所述第一波長範圍小於所述第二波長範圍。
10. 如申請專利範圍第8項所述的缺陷檢測方法，其中激發所述樣品所使用的是雷射光。
11. 如申請專利範圍第8項所述的缺陷檢測方法，其中在激發所述樣品之前更包括：移動所述樣品。
12. 如申請專利範圍第8項所述的缺陷檢測方法，其中在激發所述樣品之前更包括：加熱所述樣品。
13. 如申請專利範圍第12項所述的缺陷檢測方法，其中加熱所述樣品的方法包括高周波加熱退火、電漿加熱退火、雷射退火、紅外線退火或快速熱退火（Rapid Thermal Annealing，RTA）。
14. 如申請專利範圍第8項所述的缺陷檢測方法，其中所述樣品的材料包括矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、磷化銦、甲苯、丙苯、酚、苯甲醚、苯胺或氰化苯。
15. 一種缺陷檢測方法，包括： 激發標準樣品使其發出第一螢光； 將所述第一螢光分光為第一光束，以產生第一螢光光譜訊號； 選定所述第一螢光光譜訊號中預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以獲得所述標準樣品內預先決定的深度的第一螢光影像，其中所述第一波長範圍與所述標準樣品內所述預先決定的深度相關聯，且所述第二波長範圍不等於所述第一波長範圍； 激發待測樣品使其發出第二螢光； 將所述第二螢光分光為第二光束，以產生第二螢光光譜訊號； 選定所述第二螢光光譜訊號中所述第一波長範圍的螢光強度積分值以及所述第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以獲得所述待測樣品內所述預先決定的深度的第二螢光影像；以及 比較所述第一螢光影像與所述第二螢光影像，以判定所述待測樣品的缺陷量是否超過基準。
16. 如申請專利範圍第15項所述的缺陷檢測方法，其中所述第一波長範圍小於所述第二波長範圍。
17. 一種缺陷檢測方法，包括： 步驟一：雷射光照射樣品的第一區； 步驟二：激發所述樣品使其發出螢光； 步驟三：將所述螢光分光為一光束，以產生螢光光譜訊號； 步驟四：從所述螢光光譜訊號中選定預先決定的第一波長範圍的螢光強度積分值以及預先決定的第二波長範圍的螢光強度積分值進行數值運算，以得到所述樣品內的預先決定深度的所述第一區的螢光影像，其中所述第一波長範圍與所述樣品內所述預先決定的深度相關聯，且所述第二波長範圍不等於所述第一波長範圍； 步驟五：雷射光照射所述樣品的第二區，所述第二區與所述第一區不重疊；以及 重複所述步驟二至所述步驟四，以得到所述樣品內的所述預先決定的深度的所述第二區的螢光影像。
18. 如申請專利範圍第17項所述的缺陷檢測方法，更包括： 以移動構件移動所述樣品，使雷射光從照射所述樣品的第一區改為照射所述樣品的第二區。
19. 如申請專利範圍第17項所述的缺陷檢測方法，其中所述第一波長範圍小於所述第二波長範圍。
20. 如申請專利範圍第17項所述的缺陷檢測方法，其中在激發所述樣品的第一區之前更包括：加熱所述樣品，其中加熱所述樣品的方法包括高周波加熱退火、電漿加熱退火、雷射退火、紅外線退火或快速熱退火。

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