TW548764B - Apparatus and method for detecting an amount of depolarization of a linearly polarized beam - Google Patents

Description

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本發明是有關於一種用以偵測經由雙折射媒介 (bkefViiigent medium)所傳送的線性極化光束之去極化總量 之裝置及方法。 此種裝置及方法可各自適用於偵測出半導體晶圓…訐⑷ 原來存在的内應力場。半導體晶圓通常為等向性（is〇tr〇pic) ，以及因此不會顯示出任何的雙折射。因為内應力場係由 差排（dislocation)及滑動線㈨化Hne)所引起，所以偵測結果 將1測出差排及滑動線的總量，以及因此將量測出晶圓及 產生的半導體裝置的品質。線性極化光束最好經由與雙折 射媒介表面成垂直方向的雙折射媒介來傳送。 半導體裝置的製造通常包含各種步驟的晶圓製程，以及 特別是在機械式加壓晶圓期間之熱製程步驟。因此會在晶 &中產生差排、滑落（slide)及滑動線，其會引起如泄漏電流 ，以及因此會使裝置的特性大大地惡化。此外，需要評估 差排及滑動線的總量，並且以此結果為基礎，將差排及滑 動線的總量超過預定臨限（threshold)的那些晶圓去除掉。 差排及滑動線的程度可經由稱為掃描紅外線去極化 (Scanning lnfrared Dep〇larization)的方法而偵測出。藉由掃 描紅外線去極化之滑動線偵測之原理係當内應力場使晶體 的對稱性從四面體降低到四角形或更低時，根據藉由一矽 晶圓傳輸之線性極化光束相對於該入射光分成平行和垂直 分量之兩正交分量。 當内應力場發生時，正常的等向性矽晶圓會由於形態不 同，而變成雙折射。此外，此二個正交分量會各自形成平 -4-

本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公羞T 548764 五、發明説明（2 光束及異吊光束。此二個正 。 人刀里係以不同的速度傳送 U此，由於此二個正交分吾 自曰 K間的相位差，而使得出現 目阳S1的光束係橢圓形地極化。 T生於半導體晶圓中的應力場會由於差排或滑動線，而 ^體產生扭曲變形。此二個正交分量之間的㈣可有效 1測出應力場的強度。以播y么k合土 反以郜撝紅外線去極化所組成的實驗 係緣示於圖2中。在圖2中，參考標號w表由雷射裝置（未 不出)所發射的線性極化雷射光束。參考標號2代表已由半 導體:曰:圓5傳送後的雷射光束。參考標號7代表係極化光束 刀離益，其會將進來的光束2分成正交分量3及4。分量3係 由光偵測器8來偵測，而分量4係由光偵測器9來偵測。滑動 線係由參考標號6所代表的階梯（step)而表示出。 上述的功效疋非常弱的。此外，光束之垂直分量與平行 刀量的比率為1:1 〇〇或甚至更低。為了能偵測出微弱的垂直 訊號’用來放大光二極體的放大器必須以高增益來運作。 然而’由偵測器所偵測出的垂直分量不只會由於滑動線 所引起的去極化而產生，而且會由於光的散射（scattering) 而產生。由於如表面粗糙或雜質之晶圓表面的缺陷，會使 待極化光被散射。特別是，如溝渠（trench)及其他結構之來 自半導體裝置的形態會使光產生散射。因此，極化光會改 變其極化方向，或者甚至會變成非極化。 此散射光之瞬間的平行及垂直分量然後會由兩個偵測器 而偵測出。如果散射光的總量超過真實訊號的大小，如特 別是當時晶圓已形成的情形，則放大器會開始非性線的運 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 548764 五、發明説明（3 作或驅動成飽和。在兩種情況中，放大器會對表 極化功效的微弱訊號，變的視而不見。 、貝 當在主要引起光散射之如溝渠的結構形成以前，執行 測時，在掃描紅外線去極化量測的期間所發生的難處可以 部分的避免。然而，因為在溝渠形成的期間，同時會執行 熱製程的步驟，所以在溝渠形成的期間及在溝渠形成之後 ，差排及滑動線的總量仍然會增加。此外，在溝渠形成之 前的量測會產生錯誤的量測結果。 y 此外，如此的量測將避免由於溝渠所產生的散射。然而 ，不把抑制由於雜質或表面粗糙所產生的散射。 因此、，本發明的一個目的就是分別提出用則貞測線性極 化光束之去極化總量之改良的裝置及改良的方法。 此外，本發明的一個目的就是分別提出用以決定半導體 晶圓中之内應力場之改良的裝置及改良的方法。 根據本發明，上述的目的可藉由用以偵測經由雙折射媒 介所傳送的線性極化光束之去極化總量之裝置來達成，包 括： 一第一光束分離器，用以將傳送光束的第一部份分離成 正交分量； 一第一組至少二個光偵測器，用以偵測由該第一光束分 離器所分離的正交分量之相對應的一個； 一第二光束分離器，用以將傳送光束的第二部份分離成 正叉分量，其中該第二光束分離器係配置於入射線性極化 光束的轴外； 本紙張尺度適財國國家標準(CNS) A4規格(2ι〇 X 297公爱) -6- 548764 A7 — 1 B7 五、發明説明（4 ) ' ---- 1二組至少二個光偵測器，用以偵測由該第二光束分 離器所分離的一相對應的正交分量之；以及 減法裝置’用以將孩第一組光偵測器所接收的訊號減去 該第二組光偵測器所接收之相對應的訊號。 此外’上述的目的可藉由用以偵測經由雙折射媒介所傳 的線性極化光束之去極化總量之方法來達成，包括下列 步驟： 藉由一第一光束分離器，將傳送光束的第一部份分離成 正交分量； 藉由一第一組光偵測器，偵測由該第一光束分離器所分 離的正交分量； 藉由一第二光束分離器，將傳送光束的一第二部份分離 成正交分量， 其中該第二光束分離器係配置於該入射線性極化光束的 轴外； 藉由一第一組光偵測器，偵測由該第二光束分離器所分 離的正交分量之相對應的一個分量；以及 將該第一組光偵測器所接收的訊號減去該第二組光偵測 器所接收的相對應訊號。 較佳的是，該線性極化光束以垂直於雙折射媒介的表面 來傳送以及其中該傳送光束的第一部份係一軸上部分與該 傳送光束的第二部份係一軸外部分。 除此之外，本發明提出一種用以決定半導體晶圓中之内 應力場的裝置，包括雷射裝置，係用以發射線性極化紅外 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 548764 A7 B7 五、發明説明（5 ) 線雷射光束以及在雷射光束已經由半導體晶圓傳送之後， 用以偵測線性極化紅外線雷射光束之去極化總量之裝置， 其中用以偵測線性極化紅外線雷射光束之去極化總量之裝 置係如上所定義。 此外，本發明提出一種用以決定半導體晶圓中之内應力 場的方法，包括發射線性極化紅外線雷射光束至半導體晶 圓以及用以偵測線性極化紅外線雷射光束之去極化總量之 方法，其中用以偵測線性極化紅外線雷射光束之去極化總 量之方法係如上所定義。 本發明係以了解到由於不能抑制散射光的效果，也不能 避免為基礎，以至於散射光要進入光偵測器。這部分的光 必須由真實訊號減去，係表示在其進入放大器之前，由於 内應力產生的去極化。 本發明將配合所附圖示，做詳細說明如下： 圖1所示的本發明之一實驗組成的裝置；以及 圖2所示的是用於先前技藝中之一實驗組成的裝置。 在圖1中，具有約800到900 nm的波長及200 nm的光束直 徑之線性極化光束係由雷射裝置1 9所發射出來，例如是坤 化鎵（GaAs)雷射二極體。雷射光束1係經由半導體晶圓$所 傳送。溝渠，例如，可用以包含一用於一動態隨機存取記 憶體裝置（DRAM)的一記憶體單元之一溝渠電容器。現今的 傳送雷射光束2係橢圓形地極化，以及其係藉由光束分離器 7，而分離成二個正交分量3及4。分量3係由光偵測器8來偵 測，而分量4係由光偵測器9來偵測。為了能分離正交分量 -8-

548764 五 、發明説明（ 根I:内應力：以及因此可評估出晶圓的品質。 器於—些H ’精由配置第二光束分離器及第二組光偵測 光…T:的轴外’可增加去極化訊號的真實性及散射 的裝置=為冓抑：特別是 如溝渠）之散射項目將不再妨礙精確的去極化量 緩=果，在限定出如溝渠10的裝置結構之後，掃描紅外 裝置：：的！刺係可實施的。因此’此量測比通常在形成 n㈣行的㈣，會更精似更實質化。此外 雜質及表面粗糙的效果現在可以有效的抑制。因此，所 執行的品質的計算之精確度可以更高。 术為了能確足雷射光束係經由半導體晶圓來傳it，必須適 田的選擇其波長。特別{，常使用經由如碎化鎵的半導體 晶圓所發射出紅外線雷射光束。 通常在所選擇的實驗組成中，雷射裝置係固定於半導體 晶圓之下，而偵測器及光束分離器係固定於半導體晶圓: 上。半導體晶圓可轉動及橫向移動，以致於可掃描到整個 半導體晶圓。 當決足出第一光束分離器的轴外角度時，必須記住光的 散射角度不是等向性，而是有點葉狀的。因此，為了偵測 出同時包含於軸上部分之此部份的散射光，需要將相對應 於光軸到半導體晶圓的第二光束分離器移動非常少的角度 。然而，最小角度係由裝置的幾何排列而決定。本發明發 現3度到5度的角度可以提供最佳的結果。 如上所述，量測的準確性可藉由使用鎖定（l0ck_in)放大器 -10- 本紙張尺度適用中國國家楳準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 548764 A7

548764 A7 B7 五 、發明説明（8 ) ------- 而改善。在此例中，發射至半導體晶圓之具有預定頻率雷 射光束會減弱。然後，鎖定放大器只會考慮到來自二組偵 測為之具有此預定頻率的那些訊號。鎖定放大器會將藉由 j上的這組偵測器所供給的訊號減去藉由軸外的這組偵測 器所供給之相對應的訊號。 當晶圓具有高散射表面或許多晶圓的形狀需要檢查時， 本發明特別有用。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 $本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 圖式元件符號說明 1 雷射光束 2 傳送雷射光束 3 正交分量 4 正交分量 5 半導體晶圓 6 階梯 7 光束分離器 8 光偵測器 9 光偵測器 10 溝渠 11 軸外部分 12 第二光束分離器 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 548764 A7 B7 五、發明説明（9 ) 13 光偵測器 14 光偵測器 15 正交分量 16 正交分量 17 減法裝置 18 放大器 19 雷射裝置 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 548764 A8 B8 C8 申請專利範圍 1 一種用以偵測經由一雙折射媒介（5)所傳送的線性極化光 束（1)之去極化總量之裝置，該裝置包栝： 一第一光束分離器（7)，用以將該傳送光束的一第一部 份（2)分離成複數個正交分量（3, 4); 一第一組至少二個光偵測器（8, 9)，用以偵測由該第一 光束分離器（7)所分離的該些正交分量（3, 4)之相對應的 一個； 一第二光束分離器（12)，用以將該傳送光束的一第二 部份（11)分離成正交分量（15，16)，其中該第二光束分離 器（12)係配置於該入射線性極化光束（丨）的軸外； 一第二組至少二個光偵測器（13, 14)，用以偵測由該第 一光束为離器（12)所分離的各別正交分量（15，16)之相對 應的一個；以及 一減法裝置（17)，用以將該第一組光偵測器（8，9)所接 收的訊號減去該第二組光偵測器（13，14)所接收的相對 應的訊號。 2 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該線性極化光束（j) 係以垂直於該雙折射媒介（5)的表面的方向來傳送，以及 其中該傳送光束的該第一部份（2)係為 一軸上部分與該傳 送光束的該第二部份（11)係為一軸外部分。 3.如申請專利範圍第1項或第2項之裝置，其中該第二光束 刀離斋（12)係以3度至5度轴外的角度來配置。 4*如申請專利範圍第1或2項之裝置，該裝置進一步包括一 放大器（1 8)，用以將訊號提供給該減法裝置。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21GX297·) 548764 A B c D 夂、申請專利範圍 5.如申請專利範圍第1至2項中任一項之裝置，其中該減法 裝置（17)係一鎖定放大器。 6· 一種用以決定半導體晶圓（5)中之内應力場的裝置，該裝 置包括一雷射裝置（19)，用以發射一線性極化紅外線雷 射光束（1);以及一偵測裝置，用以在該雷射光束（丨）已經 由該半導體晶圓（5)傳送之後，偵測該線性極化紅外線雷 射光束之去極化總量，其中用以偵測該線性極化紅外線 雷射光束之去極化總量之該裝置係如申請專利範圍第1、 2、3、4或5項所述。 7· 一種用以偵測經由一雙折射媒介（5)所傳送的線性極化光 束（1)之去極化總量之方法，該方法包括下列步驟： 藉由一第一光束分離器（7)，將該傳送光束的一第一部 份（2)分離成複數個正交分量（3, 4); 藉由一第一組光偵測器（8, 9)，偵測由該第一光束分離 器（7)所分離的該些正交分量（3, 4); 藉由一第二光束分離器（12)，將該傳送光束的一第二 部份（11)分離成複數個正交分量（15，16)，其中該第二光 束分離器（12)係配置於該入射線性極化光束（1)的抽外； 藉由一第二組光偵測器（13，14)，偵測由該第二光束分 離器（12)所分離的該些正交分量（1 5，16)之相對應的一個 分量；以及 將該第一組光偵測器（8，9)所接收的訊號減去該第二組 光偵測器（13, 14)所接收的相對應訊號。 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中該線性極化光束（1) -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 548764

   係以垂直於該雙折射媒介（5)的表面來傳送以及其中該傳 送光束的孩第一部份（2)係一軸上部分與該傳送光束的該 弟一部份（11)係一轴外部分。 9.如申請專利範圍第7項或第8項之用以偵測經由一雙折 射媒介（5)所傳送的線性極化光束（1)之去極化總量之方 法，進一步包括放大由減去步驟所產生的訊號之步驟 〇 M· —種用以決定半導體晶圓（5)中之内應力場的方法，該方 法包括發射一線性極化紅外線雷射光束（1)至該半導體晶 圓（5);以及一種用以偵測該線性極化紅外線雷射光束（1) 之去極化總量之方法，其中用以偵測該線性極化紅外線 雷射光束之去極化總量之該方法係如申請專利範圍第7、 8或9項所述。 -15- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)