TWI604185B - 用於樣本之光譜成像之光學測量系統 - Google Patents

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Description

用於樣本之光譜成像之光學測量系統
光致發光成像及光譜學係探測材料(諸如矽半導體晶圓、太陽能電池以及其他工件及材料)之電子結構之一不接觸、非破壞性方法。在一典型光致發光程序中，光經引導至一晶圓或其他工件(在下文中統稱為一「樣本」)上，其中至少某些光被吸收。所吸收之光經由一「光激發」程序將多餘能量施予材料中。由樣本透過一系列路徑消散多餘能量；一個此路徑係光之發射或光致發光。光致發光之強度及光譜內容係與樣本之各種材料性質直接相關，且因此可用於判定樣本之特定特性(包含缺陷)，如在美國專利第7,113,276B1號中所論述，該美國專利以引用之方式併入本文中。
反射比或反射性成像係用一寬頻帶照明源探測表面且分析自表面回彈之信號之強度及光譜內容之一不接觸、非破壞性方法。表面通常可分類成鏡面表面或漫射表面且實物通常展現兩種性質之一混合。
有時可期望(例如)半導體晶圓檢驗應用量測光致發光之強度及光譜內容及半導體晶圓大小之工件之反射比以用於以單晶圓負載同時或以一短次序在相同裝置中之品質檢驗，同時達成結合高量測空間及光譜解析度之一高量測輸送量。
習知使用一單一點對點檢驗方案來量測光譜光致發光或經組合之光譜光致發光及反射比。在一點對點方案中，樣本經放置於一X-Y 運動(或R-θ)系統上且在一單一激發點处被照明且量測。樣本經移動至另一量測點且再次被照明及量測。藉由重複樣本沿X-Y方向之平移，可自點對點量測建構一光致發光及反射比映射。然而，由於低輸送量，此方案本質上係緩慢的，且因此在全晶圓檢驗系統中係不切實際的，尤其在大樣品大小(直徑接近及大於100mm)的情況中。
一光學測量器件能夠自跨越一樣本之寬度之一線偵測光致發光光、寬頻帶光之鏡面反射及散射光之任何組合。測量器件包含在樣本上產生一第一照明線之一第一光源。一掃描系統可用於跨越樣本掃描一照明點以形成照明線。一偵測器使沿著照明線發射之光致發光光光譜成像。另外，一寬頻帶照明源可用於在樣本上產生一第二照明線，其中偵測器使沿著第二照明線之寬頻帶照明之鏡面反射光譜成像。偵測器亦可使來自第一照明線之散射光成像。可跨越樣本掃描照明線使得可量測樣本上之所有位置。
在第一實施例中，一裝置包含一光源，其產生一照明光束；一光學系統，其接收照明光束且在樣本之一表面上產生一照明點；一掃描系統，其跨越樣本掃描照明點以形成一照明線，其中掃描系統在於樣本上成一非法線入射角之一平面中掃描照明光束，且其中樣本沿著照明線回應於由照明點所致之激發而發射光致發光光；一載台，其係用於提供照明線與樣本之間的相對移動；一偵測器，其使沿著照明線發射之光致發光光在具有表示沿著照明線之空間資訊之一第一維度及表示光致發光光之光譜資訊之一第二維度之一個二維陣列上成像，其中偵測器產生表示沿著自照明線發射之光致發光光之一影像圖框，且其中隨著載台產生照明線與樣本之間的相對移動，偵測器產生樣本表面上照明線之複數個影像圖框；及一處理器，其耦合至偵測器以接收複數個影像圖框且產生樣本表面之一光致發光光。
在第二實施例中，一裝置包含一載台，其用於提供照明線與樣本之間沿一第一方向之相對移動；一第一照明源，其產生一第一光束；一第一透鏡系統，隨著一第一照明線沿著不同於第一方向之一第二方向定向，第一透鏡系統致使第一光束入射於樣本之一表面上，第一照明線以一第一入射角入射於樣本上，其中樣本沿著第一照明線回應於由第一光束所致之激發而發射光致發光光；一寬頻帶照明源，其產生寬頻帶光；一第二透鏡系統，隨著一第二照明線沿著第二方向定向且疊加於樣本之表面上之第一照明線上第二透鏡系統將寬頻帶光聚焦至樣本上，寬頻帶光以不同於第一入射角之一第二入射角入射至樣本上；一偵測器，其自第二照明線接收來自樣本表面之所反射寬頻帶光，且接收由樣本沿著第一照明線發射之光致發光光，其中偵測器使所反射寬頻帶光及光致發光光在具有表示沿著第二方向之空間資訊之一第一維度及表示反射之寬頻帶光及光致發光光之光譜資訊之一第二維度之一個二維陣列上成像，且作為回應產生一影像圖框，其中隨著載台使樣本沿第一方向移動，偵測器產生疊加於樣本之表面上之第一照明線及第二照明線之複數個位置之複數個影像圖框；及一處理器，其耦合至偵測器以接收複數個影像圖框且將複數個影像圖框儲存為一個三維資料立方體，其中兩個維度表示樣本之表面之空間資訊且一第三維度表示光譜資訊。
在第三實施例中，一方法包含沿著具有沿一第一方向之一定向之一第一照明線用一第一光源以一第一入射角照明一樣本之一表面，其中樣本回應於由來自第一光源之光所致之激發而自第一照明線發射光致發光光；沿著具有沿第一方向之一定向且疊加第一照明線之一第二照明線用一第二光源以一第二入射角照明樣本表面，其中第二入射角係不同於第一入射角，且其中第二光源係一寬頻帶光源，其中自樣本之表面反射寬頻帶光；用具有表示對應於沿著第一照明線及第二照 明線之位置之空間資訊之一第一維度及表示光譜資訊之一第二維度之一個二維陣列而偵測由樣本沿著第一照明線發射之光致發光光及來自第二照明線之寬頻帶光之鏡面反射；使第一照明線及第二照明線跨越樣本之表面沿不同於第一方向之一第二方向移動；及隨著第一照明線及第二照明線跨越樣本之表面移動，使用所偵測之光致發光光及所偵測之寬頻帶光之鏡面反射來產生具有表示樣本之表面之空間資訊之兩個維度及表示光譜資訊之一第三維度之一個三維資料立方體。
100‧‧‧光學測量器件
100'‧‧‧光學測量器件
100"‧‧‧光學測量器件
101‧‧‧樣本
104‧‧‧載台
110‧‧‧第一光源/窄頻帶光源
112‧‧‧光學元件
114‧‧‧照明光束
114'‧‧‧照明光束
114"‧‧‧照明光束
115‧‧‧散射光
116‧‧‧掃描系統
117‧‧‧光F-θ透鏡/光致發光光
118‧‧‧掃描鏡
119‧‧‧光束偏光器
120‧‧‧固定鏡
121‧‧‧線
122‧‧‧照明線
123‧‧‧箭頭
124‧‧‧照明點
125‧‧‧箭頭/線
125"‧‧‧鏡面反射
126‧‧‧表面缺陷
130‧‧‧偵測器
131‧‧‧偵測器路徑
132‧‧‧光學元件
133‧‧‧分析鏡
134‧‧‧光譜儀
136‧‧‧感測器
140‧‧‧第二光源/寬頻帶光源
141‧‧‧線
142‧‧‧照明線
143‧‧‧寬頻帶光
144‧‧‧光纖
145‧‧‧箭頭
146‧‧‧柱面透鏡
150‧‧‧電腦
152‧‧‧處理器
154‧‧‧記憶體
158‧‧‧顯示器
160‧‧‧輸入器件
162‧‧‧非暫時性電腦可用媒體
164‧‧‧通信埠
202‧‧‧峰值
204‧‧‧峰值
206‧‧‧峰值
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
N‧‧‧法線
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
α1‧‧‧射角
α2‧‧‧入射角
α3‧‧‧視角
圖1繪示能夠自跨越一樣本之寬度之一線同時偵測光致發光光、寬頻帶光之鏡面反射及散射光之任何組合之一光學測量器件。
圖2A繪示樣本之表面之一俯視圖，其中跨越樣本寬度掃描來自一第一光源之一照明點以產生一照明線，且照明線跨越樣本移動。
圖2B繪示樣本之一俯視圖，其中具有來自一第二光源之照明線且照明線跨越樣本移動。
圖3A及圖3B分別繪示藉由圖1之光學測量器件之散射光之一暗通道觀察之一透視圖及側視圖。
圖4A及圖4B分別繪示藉由圖1之光學測量器件之亮場反射比觀察之一透視圖及側視圖，其中為清晰起見省略一窄頻帶光源及相關聯之光學元件。
圖5A及圖5B分別繪示用藉由圖1之光學測量器件之掃描照明光束及所發射光致發光光之收集之樣本之激發之一透視圖及側視圖。
圖6繪示一入射照明光束及所發射光致發光光之朗伯(Lambertian)特性。
圖7及圖8分別繪示一側視圖(沿著Y-Z平面)及一正視圖(沿著X-Z平面)，繪示藉由圖1之光學測量器件之暗場散射輻射、亮場反射輻射及光致發光光之同時收集。
圖9繪示由一2D感測器陣列成像之三個光譜通道(暗場散射輻射、亮場反射輻射及光致發光光)之信號分離。
圖10係繪示來自數個光源之光學測量資料之一方法之一流程圖。
圖11及圖12繪示圖1之光學測量器件之替代組態之側視圖(沿著Y-Z平面)。
圖1繪示能夠自跨越一樣本之寬度之一線同時偵測光致發光光、寬頻帶光之鏡面反射及散射光之任何組合之一光學量測器件100。樣本沿一單一方向移動以跨越樣本掃集線，使得可自樣本之表面上每一位置快速收集資料。
量測器件100包含一第一光源110，第一光源110可係(例如)一窄頻帶照明源，諸如一雷射。藉由實例，取決於所量測樣本之光致發光效率及待由偵測器記錄之所要信號強度，光源110可係一高強度雷射，諸如具有405nm之峰值波長及1mW至500mW範圍中之功率之一連續波(CW)雷射。若需要，可使用超過一個雷射來產生經組合用於光源110之多個窄頻帶波長。藉由實例，另外或替代地可單獨或選擇性組合地使用其他雷射波長(諸如266nm、355nm、375nm、532nm、640nm或830nm，及其他未在此處列出的)。用作光源110之(若干)雷射可在連續波或Q切換操作模式下操作。若Q切換(QS)雷射係用於樣本激發，則瞬時功率(即，脈衝期間之功率)可係大得多(例如，在幾千瓦(2.5kW)範圍中)。
包含光學元件112之一透鏡系統係用於用照明光束114在樣本101之表面上產生一照明點。由照明光束114產生之照明點應具有一大小及/或功率密度來激發樣本101中之光致發光。藉由實例，照明點大小可介於在50μm至1mm範圍之間及/或具有介於約0.1W/cm2至108 W/cm2範圍之間的一功率密度。舉例而言，若一CW 1mW之雷射經聚焦至一約1mm之點，則功率密度係約0.127W/cm2。經聚焦至50微米之點之相同CW 1mW之雷射將給定50W/cm2之功率。若使用一更高功率500mW CW之雷射，且其經聚焦至一1mm之點，則可達到63W/cm2之一功率密度且聚焦至50μm之相同雷射將導致2.5*104W/cm2之功率密度。因此，CW雷射之典型功率密度係在0.1W/cm2至2.5*104W/cm2之範圍中。藉助樣本激發之Q切換雷射，功率密度係非常不同的。舉例而言，在1mW之一平均功率及10奈秒(10*10-9s)之脈衝持續時間及100kHz之重複率，瞬間功率可係高達1W，且在一1mm點處之對應功率密度係127W/cm2。當相同雷射與500mW之一平均功率一起使用，且經聚焦至50μm點大小時，瞬間功率可達到(例如)2.5*107W/cm2。
透鏡系統可進一步包含經繪示為包含一掃描鏡118及一固定鏡120之一掃描系統116，掃描系統116係用於跨越樣本101之表面之寬度掃描照明點成為一照明線122(其經繪示為沿X方向定向)。可取決於掃描解析度及感測器讀出速度而調整掃描系統116之掃描速度/頻率。舉例而言，頻率可係(例如)介於50Hz至100Hz之間的範圍中，但可在1Hz至10kHz或更高之一範圍中變化。掃描鏡118移動以跨越樣本101之表面掃描照明點，且可係(例如)一(擺動)電流計鏡或一旋轉多邊形鏡。藉由實例，圖2A繪示具有由跨越樣本之寬度(如由箭頭125指示)掃描之照明光束114(圖1)產生之一照明點124之樣本101之表面之一俯視圖。如由圖1中之線121繪示，掃描系統116跨越樣本101在一平面內掃描照明光束114，該平面相對於表面法線N形成一非零入射角。因此，照明線122以一非法線入射角入射至樣本101之表面上。應理解藉由載台104(圖1)使樣本101沿Y方向(如由箭頭123繪示)移動而跨越樣本101之表面另外掃描照明線122，使得照明線122可入射於樣本101之 表面上之所有位置上。
應理解，圖1繪示窄頻帶照明源110及相關聯之光學元件(包含掃描系統116)之一個組態，但若需要可使用其他組態。舉例而言，雖然使用固定鏡120有利於簡化系統對準，但若需要，可自掃描系統116移除固定鏡120，且光源110、透鏡112及掃描鏡118經重新定位，使得照明光束114直接照明樣本101，而不需要重定向鏡120。再者，應理解光學元件112可將照明光束114聚焦至樣本101之一表面上之一照明點124中。若照明光束114經聚焦於與樣本101之表面重合之一樣本平面處，則隨著照明光束沿著照明線122移動，照明點可稍稍變得散焦，但由散焦所致之信號強度變化可由電腦150內之信號處理補償。另一選擇係，藉由實例，光學元件112可校準照明光束114。若需要，可使用一任選F-θ透鏡117(在圖1中用虛線展示)來將經校準之照明光束114聚焦於樣本之表面上。再者，若需要，經校準之照明光束114可入射於樣本101之表面上為照明點而不聚焦，且具有解析度及激發條件之一相關聯損失。
藉由跨越樣本101掃描照明點124以產生照明線122，可維持入射光之一高功率密度。因此，來自光源110之照明光束經由「光激發」將能量施予至樣本之材料中，從而產生自樣本沿著照明線122發射之光致發光光。另外，樣本101上之表面缺陷(諸如刮痕、顆粒、磊晶生長缺陷(例如，堆疊缺層或積丘))可隨著沿照明線122掃描照明光束114而使照明光束114散射。
如在圖1中由線121繪示，掃描系統116跨越樣本101在一平面內掃描照明光束114，平面相對於表面法線N形成一非零入射角α1。因此，照明線122以一非法線入射角入射於樣本101之表面上。
光學量測器件100包含沿著一偵測器路徑131接收來自樣本101之表面之光之一偵測器130，偵測器路徑131相對於表面法線N具有一非 零角α3。因此，如在圖1中繪示，偵測器130具有不同於照明線122之入射角α1之視角α3。因此，來自樣本101之表面之照明光束114之鏡面反射並不進入偵測器路徑131。通常，光致發光信號係弱於反射之輻射信號數個等級。藉助使用入射角α1及視角α3，光學量測器件100允許照明光束114自樣本101之鏡面表面反射，而不干擾由偵測器130接收之光致發光信號，從而避免需要過濾照明光束114之反射。再者，由於未過濾照明光束114，故偵測器130可接收由表面缺陷散射之光，而不接收照明光束114，即，實現暗場觀察。應理解回應於由照明光束114之激發由樣本101產生之光致發光光將具有不同於照明光束114自身之一波長。因此，來自光致發光光及散射光之波長可分散至不同光譜通道中。因此，光學量測器件100可用於同時偵測表面構形缺陷及光致發光。另外，藉助使用掃描系統116，光源110可充當一線照明源，而在使用一柱面透鏡或柱面鏡時不損失沿著線之功率密度或照明均勻性。
偵測器130包含光學元件132、一光譜儀134及一感測器136，感測器136包含一個二維CCD或CMOS感測器陣列。沿著偵測器路徑131收集之光(例如，光致發光光或散射光)係由前部光學元件132收集，接著傳遞穿過光譜儀134中之一窄入射狹縫孔隙。光譜儀134之視野係由入射狹縫限制，入射狹縫與照明線122之定向匹配。因此，偵測器130(或更確切而言，光譜儀134)之入射狹縫係與照明線122對準且疊加寬頻帶照明線142(在下文中論述)，即，入射狹縫及照明線122及142皆屬於相同平面，同時照明線122及142在彼此之頂部上疊加，且至偵測器130之入射狹縫係與照明線122及142平行。光譜儀134將接收光之光譜分散，且在光譜儀134之出口處之感測器136用一個二維(2D)感測器陣列記錄且產生一所得影像圖框，其中感測器陣列之一第一維度表示沿著照明線122之空間位置，且感測器陣列之一第二維度表示 光譜資訊。光譜儀134將發射之光致發光光之波長分離且將沿2D感測器陣列之一個維度之散射光分離，同時由2D感測器陣列之第二維度記錄沿著照明線122之位置。舉例而言，沿著照明線122之一個點可發射達460.3nm之一最大光致發光，同時照明線122上之另一點可發射達460.8nm之一最大光致發光。因此，光譜儀134將發射之光致發光光之波長分離以執行光譜光致發光成像。
測量器件100進一步包含一第二光源140，第二光源140可係(例如)一寬頻帶照明源，諸如一鹵素光源，第二光源140包含不同於第一光源110所使用之波長或回應於藉由照明光束114之激發而由樣本101發射之光致發光光之波長之光波長。寬頻帶輻射源(有時稱為一「白」光源)經形成為照明線142中，照明線142係與樣本101之表面上之照明線122對準且疊加。如繪示，可(例如)使用一系列光纖144(該等光纖中之僅一者經繪示為耦合至光源140)來產生照明線142。藉由實例，具有一系列光纖144之第二光源140可係Schott North America有限公司製造之一光線產品。來自多個光纖144之光藉助一柱面透鏡146形成為一幾乎校準線狀光束。圖2B繪示具有來自第二光源140之照明線142之樣本101之一俯視圖。
如在圖1中繪示，來自光源140之寬頻帶光沿著由線141繪示之一平面照明樣本101之表面，線141相對於表面法線N成一非零入射角α2。因此，照明線142以一非法線入射角α2入射至樣本101之表面上。應理解，另外藉由載台104(圖1)跨越樣本101之表面掃描照明線142(以及疊加照明線122)(如由在圖2B中之箭頭145繪示)，使得照明線142可入射於樣本101之表面上之所有位置上。入射角α2係不同於入射角α1，且具有不同於角α1之標記之一標記，即，照明線142自與照明線122相反之一方向入射於樣本之表面上，且具有一不同入射角。然而，照明線142之入射角α2係與偵測器路徑131之視角α3相同(但值相 反)，即，視角α2=-α3。因此，偵測器130之視角經調諧至照明線142之入射角，且因此，沿著照明線142之寬頻帶光之鏡面反射亦與光譜儀134之視野對準。因此，由光源110產生之照明線122及由光源140產生之照明線142兩者係由偵測器接收。光譜儀134將沿著照明線142之寬頻帶照明之鏡面反射之波長分成2D感測器陣列之一個維度，同時由2D感測器陣列之第二維度表示沿著照明線142(及照明線122)之位置。
寬頻帶光源140可使用不同於由第一光源110所使用之(若干)波長及由樣本101發射之光致發光光之(若干)波長之光之波長，使得光譜儀134可將來自反射之寬頻帶光之波長與散射光之波長及光致發光光之波長分離。因此，第一光源110及第二光源140可與偵測器130一起使用以同時偵測關於由照明光束114之激發所致之光致發光光之位置連同照明線122及142、照明光束114之暗場散射以及來自光源140之亮場反射比之光譜資訊。藉由實例，基於窄頻帶光源110、寬頻帶光源140及發射之光致發光光之波長，光學測量器件可使用在400nm至1,000nm之間的一波長範圍(即，600nm範圍)。偵測器130可將所接收之光分成(例如)1200個波長，即，在感測器陣列之光譜維度中像素之數目，且因此，偵測器130可具有0.5nm之一光譜解析度。當然，若需要，可使用其他光譜解析度、以及光波長或光波長之範圍以及偵測器130偵測之波長數目。
再者，自樣本101之表面鏡面反射之寬頻帶光經引導至偵測器130，而不需要偵測器130之機械重新定位，因此偵測器130可同時或接二連三地收集表面反射、散射及光致發光信號而無任何裝置光學元件子組件之機械重新定位之任何延遲。當然，若需要，第一光源110及第二光源140可接二連三地使用，使得偵測器130無法同時接收來自照明線122及142兩者之光。
樣本101經固持於一線性載台104上，線性載台104可將樣本101以不同於照明線122及142之定向之一方向平移。舉例而言，照明線122及142之定向可在與線性載台104之行進方向(例如，Y方向)正交之一方向(例如，X方向)上。載台104使樣本101平移以將照明線122及142放置於跨越樣本101之多個位置處(如由在圖2A及圖2B中之箭頭123及145繪示)，且在各新位置處重複照明線122及142之光譜成像。成像及移動樣本101之程序經重複以跨越樣本101掃描照明線122及142，從而產生一系列2D影像圖框。若需要，載台104可使樣本101逐步移動或使樣本101連續移動，使得連續執行資料獲取(例如，藉助照明點124之一高頻率掃描)，而不需要Y軸運動在各線處停止。舉例而言，當伴隨沿Y軸之一相對低速載台運動及影像圖框之低速收集(例如，100Hz)使用照明點124之一高頻率掃描(例如，500Hz)時，對於各給定影像圖框，在照明線122上方掃描照明光束114若干次(例如，在給定實例中之五次)，此提供改良之信號平均。沿著Y軸之載台運動速度可以毫米/秒表示且取決於沿著Y方向之所需解析度。舉例而言，當Y速度係20mm/s且圖框率為100個圖框/秒時，Y解析度係20mm/s除以100/s等於0.2mm。
因此，在一個資料擷取操作中，光學測量器件100能夠自樣本101之線照明部分同時收集光譜光致發光及光譜散射輻射以及光譜反射輻射信號，且可以一單一軸移動且重複執行資料擷取操作以獲取整個樣本表面之資料。在一項實施例中，藉由用一線性載台使樣本101在照明線122及142下方沿Y反向移動而獲取整個樣本表面之資料。然而，在另一實施例中，可藉由用一旋轉載台使樣本101在照明線122及142下方沿θ(角)反向(如在圖1中用一虛線箭頭繪示)旋轉而收集資料。在兩項實施例中，樣本101僅沿一個軸移動(Y或θ(不需要沿兩者移動))，而導致一高速量測。比較而言，習知系統自一單一照明點獲取 資料且必須使樣本沿兩個軸移動以獲取整個樣本表面之資料。因此，如與習知兩個線性或線性及旋轉載台系統相反，光學測量器件100使用一單一單向載台。再者，資料獲取因沿著X軸之所需載台運動之消除而加速。
應理解，在照明線122及142與樣本104之間的運動係相對地，且因此，若需要，載台101可保持靜止且可使用用以使(例如)光源及相關聯之光學元件相對於樣本101移動之一載台或其他適當構件來使照明線122及142沿Y方向橫向移動或沿該方向旋轉。
隨著樣本101移動且獲取來自樣本101之線照明部分之光譜資訊而由偵測器130產生之複數個影像圖框可由一電腦150接收，電腦150可將複數個影像圖框儲存為三維(3D)資料立方體。3D資料立方體包含係空間之兩個維度(例如，一個維度係沿著照明線122及142之位置(X軸)且另一維度係跨越樣本掃描之線之位置(Y軸))及表示光譜資訊之一第三維度。偵測器130經耦合以將影像資料提供至電腦150，電腦150包含具有記憶體154之一處理器152以及包含(例如)一顯示器158及輸入器件160之一使用者介面。具有所體現之電腦可讀程式碼之一非暫時性電腦可用媒體162可由電腦150用於致使處理器控制測量器件100且執行包含本文描述之分析之功能。用於自動實施在此實施方式中描述之一或多個動作之資料結構及軟體碼可由熟習此項技術者根據本發明實施且儲存於(例如)一電腦可讀儲存媒體162上，電腦可讀儲存媒體162可係可儲存供由一電腦系統(諸如處理器152)使用之碼及/或資料之任何器件或媒體。電腦可用媒體162可係但不限於磁性及光學儲存器件，諸如磁碟機、磁帶、光碟及DVD(數位多功能光碟或數位視訊光碟)。一通信埠164亦可用於接收指令，該等指令用於程式化電腦150以執行本文描述之功能中之任何一或多者且可表示任何類型之通信連接(諸如，至網際網路或任何其他電腦網路)。另外，可在一特殊 應用積體電路(ASIC)或一可程式化邏輯器件(PLD)之電路內全部或部分體現本文中描述之功能，且可以可用來形成如本文描述而操作之一ASIC或PLD之一電腦可理解之描述符語言體現功能。
藉由實例，電腦150可使用如儲存於3D資料立方體中針對樣本101之表面上之每一位置自偵測器130接收之光致發光信號，且產生樣本101之一光致發光影像(或映射)。光致發光影像可係(例如)光致發光信號之信號強度之一映射。光致發光信號影像之檢驗可用於程序控制以確保樣本101之所有部分滿足所要規範。舉例而言，在樣本101含有所製造之發光二極體(LED)晶片，(例如)具有一光致發光強度影像之形式之光致發光資料之檢驗可用於確保每一LED將具有適當亮度。類似地，基於局部低光致發光信號之存在(其可在線之後端導致不合規範之器件)，光致發光強度影像可用於缺陷分割及預測良率損失。若需要，光致發光信號可經處理以產生其他影像或映射。舉例而言，可產生一峰值λ影像以展示樣本表面上峰值λ之分佈，其中峰值λ係影像或映射中之任何給定點具有最大光致發光之波長。因此，舉例而言，樣本表面上一個點可發射達460.3nm之最大光致發光，同時相同樣本之表面上之另一點可發射達460.8nm之一最大光致發光，此可用一峰值λ影像清晰看到。藉助於光譜光致發光成像，可識別由樣本發射之光致發光光之不同波長。因此，光測量器件100可用於程序控制以確保樣本表面上所有點發射在一預定義波長範圍內之光致發光。另外或替代地，光致發光信號可經轉換為一全寬半高(FWHM)影像，其展示在樣本上任何給定點處之每一峰值λ之FWHM值。藉由實例，FWHM影像可用於確保用樣本製造之發光二極體(LED)發射在預定義寬(頻帶)光譜範圍內之光。光致發光信號可經處理以產生樣本101之影像，而非光致發光強度、峰值λ及FWHM影像。舉例而言，光致發光信號可經處理或分析以產生不同品質，諸如例如達一給定固定波長 之光致發光強度之一映射，其不同於最大光致發光強度映射。再者，所關注之影像或映射可由組合影像組(諸如所論述之彼等)產生(例如，藉由像素乘像素乘法)。因此，光致發光信號可經處理以基於所記錄之光致發光信號產生樣本101之其他所需影像或以其他方式經分析以用於樣本之製造期間之程序控制。
另外，電腦150可處理所接受之反射寬頻帶信號以判定多個位置處之樣本101之一特性且產生該特性之一映射。舉例而言，層厚度可基於與寬頻帶光之反射相關聯之光譜回應而計算，且因此，所接收之反射寬頻帶信號可用於判定樣本表面上點之厚度且可產生一磊晶層厚度影像(或映射)。因此，光學測量器件100可用於監測樣本之表面上任何給定點處之磊晶層厚度，其可用於確保所量測之厚度係在一給定磊晶生長程序之預定義範圍內。另外，使用接收之散射光，電腦150可產生樣本101之表面之一暗場影線，從而曝露表面缺陷，其等可係相關之刮痕、顆粒、磊晶生長缺陷(例如堆疊缺層或積丘)等等。
圖3A及圖3B分別繪示藉由光學測量器件100之散射光之暗通道觀察之一透視圖及側視圖。如繪示，光源110使用光學元件112及包含掃描鏡118及固定鏡120之掃描系統116在樣本101之表面上產生照明線122。若樣本無缺陷，則光將如線125繪示由樣本101之表面鏡面反射，且不會被相機感測器136偵測。當一表面缺陷126存在於樣本101上時，照明光束114之一部分在照明光束114在缺陷126上方經掃描時被散射。沿著偵測器路徑131之散射光由偵測器130接收，且穿過狹縫孔隙進入光譜儀134。光譜儀134之視野係為一狹縫孔隙限制，且因此，感測器136僅使照明線122成像。照明光束114之鏡面反射不為光譜儀134接收。光譜儀134通常將光分離至2D感測器陣列之光譜維度中之波長分級箱中。然而，散射光來源於窄頻帶光源110，且因此由偵測器130接收之散射光由光譜儀134偏轉至對應於由感測器136記錄 之光源110之(若干)波長之(若干)分級箱中。散射光通道之效能可藉由將光偏光器及分析鏡添加至窄頻帶照明光束114之光學路徑中而進一步更改。藉由實例，一光束偏光器119可視情況放置於光源110之下游(例如，在透鏡112與鏡118之間)，且分析鏡133可與前部光學元件132組合。
圖4A及圖4B分別繪示藉由光學量測器件100之亮場反射觀察之一透視圖及側視圖，而為明確起見省略光源110及相關聯之光學元件。寬頻帶光源140沿著照明線142照明樣本101，照明線142沿著匹配光譜儀134之入射狹縫之定向之一定向跨越樣本101之寬度延伸。因此，自樣本101之表面鏡面反射之來自光源140之光穿過狹縫孔隙進入光譜儀134。在光譜儀134內，寬頻帶光被分(分級)為一系列波長，該等波長係由感測器136中之2D感測器陣列記錄，其中2D感測器陣列之一個維度表示光譜資訊且另一維度表示沿著照明線142之空間資訊。因此，寬頻帶光源140之配置係一亮場操作模式，其中可係樣本101之寬度之一照明線142經光譜成像。將一非法線入射角用於亮場觀察有利於沿著照明線142之樣本101之均勻照明及光譜成像。
圖5A及圖5B分別繪示樣本101之激發之一透視圖及側視圖，其中由光學測量器件100收集掃描照明光束114及發射之光致發光光。類似於上文之圖3A及圖3B，光源110使用光學元件112及掃描系統116在樣本101之表面上產生照明線122，掃描系統116可包含掃描鏡118及固定鏡120。如上文論述，可移除或替換固定鏡120及/或可使用一F-θ透鏡。經鏡面反射之來自照明光束114之光係由線125繪示。然而，來自照明光束114之光之另一部分進入樣本101且被吸收。所吸收之能量產生電洞對，該等電洞對在再組合後沿著激發線(即，照明線122)發射光致發光光。自激發線發射之所產生光致發光光沿多個方向自樣本101射出而具有近朗伯特性。藉由實例，圖6繪示入射照明光束114及 所發射光致發光光之朗伯特性(鏡面反射之光未在圖6中繪示)。另外，由於沿著照明線122跨越樣本101之寬度掃描照明光束114，故如在圖5A中繪示，沿著激發方向發射光致發光光。穿過光譜儀134之狹縫孔隙接收沿著偵測器路徑131發射之光致發光光，其中光係由光譜儀134偏轉至對應於由感測器136記錄之光致發光光之(若干)波長之(若干)分級箱中。
圖7及圖8分別繪示一側視圖(沿著Y-Z平面)及一正視圖(沿著X-Z平面)，其等繪示藉由光學測量器件100同時收集暗場散射輻射、亮場反射輻射及光致發光光。如繪示，照明光束114產生散射光115，且激發光致發光光117(其等由光譜儀134接收)，以及反射之寬頻帶光143。
藉由實例，圖9繪示由感測器偵測器136之2D感測器陣列成像之三個光譜通道(暗場散射輻射、亮場反射輻射及光致發光光)之信號分離。如繪示，2D感測器陣列包含表示沿照明線122及142之空間資訊之一第一維度(在圖9中之X軸)，其中另一維度表示關於信號強度之光譜資訊(即，波長λ)。在圖9中，散射雷射光束信號由峰值202繪示，光致發光信號由峰值204繪示，且所反射寬頻帶光束信號由峰值206繪示。
因此，如在圖7、圖8及圖9中繪示，偵測器130可同時記錄回應於藉由照明光束114之激發而產生於樣本101中之光致發光光及寬頻帶光143之一亮場反射。若需要，偵測器130可進一步記錄藉由樣本上缺陷之照明光束114之一暗場散射，使得若需要，同時成像三個單獨信號。三個信號可在一宏觀模式中沿樣本101之整個寬度同時記錄，而與如習知執行之一微觀中點對點或在一窄視野內記錄相反。再者，一個偵測器130係用於收集所有三個信號，使得在三個信號之間不存在空間或時間移位。一光譜儀134將信號分為三個不同之光譜資訊通 道，即，用偵測器130之2D感測器陣列在不同波長分級箱(感測器像素)中記錄之信號被光譜分離。應理解在圖9中繪示之影像圖框係對於沿著圖中1之Y軸之照明線122及142之一個位置，且隨著載台104使樣本101沿Y方向移動以跨越樣本掃描照明線122及142，感測器136將產生沿著圖1中之Y軸之照明線122及142之每一位置之複數個影像圖框。
圖10係繪示來自數個光源之光學測量資料之一方法之一流程圖。如繪示，沿著具有在一第一方向上之一定向之一第一照明線用一第一光源以一第一入射角照明一樣本之一表面(302)。樣本回應於由來自第一光源之光所致之激發而自第一照明線發射光致發光光。藉由實例，如上文論述，可用(例如)使用一窄頻帶光源110產生且跨越樣本掃描以產生第一照明線之一照明光束來照明樣本。沿著具有在第一方向上之一定向且疊加第一照明線之一第二照明線用一第二光源以一第二入射角照明樣本之表面(304)。第二入射角係不同於第一入射角，且第二光源係一寬頻帶光源。寬頻帶光係自樣本之表面反射。用具有表示對應於沿著第一照明線及第二照明線之位置之空間資訊之一第一維度及表示光譜資訊之一第二維度之一個二維陣列偵測沿著第一照明線由樣本發射之光致發光光及來自第二照明線之寬頻帶光之鏡面反射(306)。可無法偵測沿著第一照明線之來自第一光源之光之鏡面反射。使疊加之第一照明線及第二照明線跨越樣本之表面沿不同於第一方向之一第二方向移動(308)。舉例而言，第一方向及第二方向可係正交的。可藉由一線性載台或一旋轉載台使樣本101相對於照明線移動而致使第一照明線及第二照明線移動。若需要，可藉由一載台使第一照明線及第二照明線相對於樣本101移動(例如，藉由使光源及相關聯之光學元件相對於保持靜止之樣本101移動)而致使第一照明線及第二照明線移動。隨著第一照明線及第二照明線跨越樣本之表面移 動，使用所偵測之光致發光光及所偵測之寬頻帶光之鏡面反射來產生具有表示樣本之表面之空間資訊之兩個維度及表示光譜資訊之一第三維度之一個三維資料立方體(310)。
另外，如上文討論，來自第一光源之光之一部分可作為散射光自樣本上之表面缺陷散射離開且散射光可用二維陣列偵測，其中三維資料立方體另外包含所偵測之散射光。使用在三維資料立方體中之散射光可產生樣本之表面之一表面缺陷影像。另外，樣本之表面之一光致發光影像可使用在三維資料立方體中之所偵測之光致發光光產生。舉例而言，樣本表面之光致發光影像可係(例如)一光致發光強度影像、光致發光峰值λ影像或一光致發光全寬半高(FWHM)影像。另外，針對樣本之表面上之複數個位置，可使用三維資料立方體中之寬頻帶光之所偵測鏡面反射而判定樣本之一特性，且可使用針對複數個位置之樣本特性來產生樣本之表面之一影像。舉例而言，可在樣本101之表面上之複數個位置處判定樣本101之磊晶厚度，且可產生一磊晶厚度影像(或映射)。如上文討論，來自三維資料立方體之資料可經分析用於樣本製造期間之程序控制。
藉由實例，圖11繪示一光學測量器件100'之一側視圖，除窄頻帶照明光束114'經繪示為自與寬頻帶照明141'相同之法線N側入射外，光學測量器件100'係與圖7繪示之光學測量器件100類似。因此，雖然窄頻帶照明光束114'及寬頻帶照明141'自法線N之相同側入射於樣本101之表面上，但其等使用不同入射角，使得窄頻帶照明光束114'之鏡面反射125'並不沿著偵測器路徑131，從而實現暗場模式量測。如在圖11中可見，(相對於法線N)照明光束114'之入射角係大於寬頻帶照明141'之入射角，但此並非嚴格要求。藉由實例，圖12係類似於圖11，且繪示一光學測量器件100"，光學測量器件100"經組態使得窄頻帶照明光束114"具有(相對於法線N)相較於寬頻帶照明141'更小之一入射 角，同時窄頻帶照明光束114"之鏡面反射125"仍不沿著偵測器路徑131，從而實現暗場模式量測。
儘管出於指導性目的，本文中提供特定實施例，但所描述之實施例並非限制性。可在不脫離本發明之範疇的情況下做出各種調適及修改。舉例而言，可使用一旋轉載台來代替一線性載台以用於跨越樣本101之表面掃描照明線122及142。再者，掃描系統116可經修改以消除(例如，固定鏡)，或一F-θ透鏡可用於將照明光束114聚焦於樣本101之表面上。其他修改及變化係可能的，且因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應限於前文之描述。
100‧‧‧光學測量器件
101‧‧‧樣本
104‧‧‧載台
110‧‧‧第一光源
112‧‧‧光學元件
114‧‧‧照明光束
116‧‧‧掃描系統
117‧‧‧光F-θ透鏡
118‧‧‧掃描鏡
120‧‧‧固定鏡
121‧‧‧線
122‧‧‧照明線
130‧‧‧偵測器
131‧‧‧偵測器路徑
132‧‧‧光學元件
134‧‧‧光譜儀
136‧‧‧感測器
140‧‧‧第二光源
141‧‧‧線
142‧‧‧照明線
144‧‧‧光纖
146‧‧‧柱面透鏡
150‧‧‧電腦
152‧‧‧處理器
154‧‧‧記憶體
158‧‧‧顯示器
160‧‧‧輸入器件
162‧‧‧非暫時性電腦可用媒體
164‧‧‧通信埠
N‧‧‧法線
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
α1‧‧‧射角
α2‧‧‧入射角
α3‧‧‧視角

Claims (9)

  1. 一種用於光學測量之裝置，其包括：一光源，其產生一照明光束；一光學系統，其接收該照明光束且在一樣本之一表面上產生一照明點；一掃描系統，其跨越該樣本掃描該照明點以形成一照明線，其中該掃描系統在於該樣本上成一非法線入射角之一平面中掃描該照明光束，且其中該樣本沿著該照明線回應於由該照明點所致之激發而發射光致發光的光；一載台，其用於提供該照明線與該樣本之間的相對移動；一偵測器，其接收在表示該光致發光的光之光譜資訊之一個陣列上沿著該照明線發射之該光致發光的光，且其中隨著該載台產生該照明線與該樣本之間的相對移動，該偵測器針對該樣本之該表面上之該照明線產生複數個關於空間位置之光譜資訊；及一處理器，其耦合至該偵測器以接收該複數個關於空間位置之光譜資訊且基於關於空間位置之該光譜資訊特徵化該樣本。
  2. 如請求項1之裝置，其中該載台將該樣本於一第一方向移動，該照明線定向於垂直於該第一方向之一第二方向。
  3. 如請求項2之裝置，其中該第一方向係一線性方向或一旋轉方向。
  4. 如請求項1之裝置，其中在該樣本之該表面上掃描該照明點以形成該照明線之該掃描系統包含一電流計鏡或一多邊形鏡。
  5. 如請求項1之裝置，其中隨著該照明點跨該樣本之該表面被掃描時該照明點之一部分自該樣本上之表面缺陷散射離開沿著該照 明線產生多個散射信號，該偵測器接收該等散射信號且沿著該照明線在該陣列上以二維成像該等散射信號，該第一維度表示沿著該照明線之空間資訊且該第二維度表示該等散射信號之光譜資訊，其中該複數個影像圖框進一步包含該等散射信號，且其中該處理器使用來自該複數個影像圖框之該等散射信號產生該樣本之一表面缺陷影像。
  6. 如請求項1之裝置，其中該照明光束係一第一照明光束，該照明線係一第一照明線，且該非法線入射角係一第一非法線入射角，該裝置進一步包含：一寬頻帶光源，其產生寬頻帶光；一透鏡，其將該寬頻帶光在該樣本之該表面上聚焦成一第二照明線，該第二照明線與該第一照明線疊加且對準且以與該第一非法線入射角不同之一第二非法線入射角入射在該樣本上，其中該第二照明線被該樣本反射以產生反射光；該偵測器接收該反射光且沿著該第二照明線在該陣列上以二維成像該反射光，該第一維度表示沿著該第二照明線之空間資訊且該第二維度表示該反射光之光譜資訊，其中該複數個影像圖框進一步包含該反射光。
  7. 如請求項6之裝置，其中該處理器使用來自該複數個影像圖框之經接收之反射光針對該樣本之該表面上複數個位置判定該樣本之一特徵並使用針對該樣本之複數個位置之該特徵產生該樣本之該表面之一第二影像。
  8. 如請求項6之裝置，其中該第二非法線入射角係來自該第一非法線入射角相反之一方向。
  9. 如請求項6之裝置，其中該偵測器接收鏡面反射之寬頻帶光。
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