專利名稱：光學(xué)檢驗(yàn)的制作方法
光學(xué)檢驗(yàn)
本發(fā)明涉及到晶片、尤其是半導(dǎo)體襯底晶片的光學(xué)檢驗(yàn)方法，特別是涉及到使用費(fèi)用低廉而易于獲得的技術(shù)的檢驗(yàn)方法。
半導(dǎo)體襯底晶片被用作用于生長和制造大量電器件的基底。半導(dǎo)體晶片的質(zhì)量、均勻度和特性對(duì)這些器件及其產(chǎn)量具有重大影響，因此需要能夠?qū)Π雽?dǎo)體襯底進(jìn)行檢驗(yàn)。
存在有用于半導(dǎo)體晶片檢驗(yàn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，這些設(shè)備通常涉及到在晶片表面上方以激光光斑進(jìn)行掃描。對(duì)于不透明的襯底，這種掃描能夠提供關(guān)于表面特性與形態(tài)的信息。不過這種設(shè)備一般相當(dāng)昂貴。可能會(huì)超出許多較小的晶片用戶和研究實(shí)驗(yàn)室的預(yù)算。
US 2003/0095252描述了一種用于晶片缺陷分析的方法和設(shè)備，其使用平板掃描儀對(duì)晶片進(jìn)行掃描。這就提供了一種簡單廉價(jià)的辦法來獲得晶片的可用于缺陷分析的反射影像。然而，對(duì)確定諸如厚度或曲率有用的晶片的其他特性則需要以其他方式加以確定。
因此本發(fā)明的目的是提供一種能檢驗(yàn)與確定直徑達(dá)150 mm或可能更大的局部或整個(gè)晶片、特別是半導(dǎo)體襯底的物理特性而費(fèi)用又低的設(shè)備。
于是根據(jù)本發(fā)明提供了 一種檢驗(yàn)襯底的方法，此方法包括使用具有底片成寸象能力(negative imaging capability )的PC掃描儀對(duì)襯底進(jìn)行掃描以記錄透過襯底所透射的光線強(qiáng)度的步驟。
使用采購時(shí)就有底片成像能力或只需稍加修改的PC掃描儀來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。如本文中所使用的，術(shù)語"PC掃描儀，，表示作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備而操作與控制的一種成像設(shè)備。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)成像PC掃描儀采用白光照射要被掃描的文件并對(duì)文件以線性探測(cè)器陣列掃描以檢測(cè)從文件所反射的光線。將底片影像掃描儀進(jìn)行布置來檢測(cè)透過諸如底片等物透射的光線，因此相對(duì)于光源布置的至少一個(gè)探測(cè)器陣列用于檢測(cè)所傳輸?shù)墓饩€。只要這一掃描儀有足夠高的分辨率，那么最后所得到的影像信息就能夠用來確定各種不同材料特性。使用常規(guī)掃描儀顯然能提供使用易于得到的掃描儀而費(fèi)用極低廉的解決方案。越來越能夠得到既能以反射方式成像又能以透射方式成像的掃描儀，在本
5發(fā)明中可使用這種掃描儀以透射和反射方式獲得影像。
US 2003/0095252的確使我們認(rèn)識(shí)到平板即反射式掃描儀能夠用在晶片的缺陷分析但其實(shí)際上只是記錄能夠看到的、確定缺陷位置的標(biāo)準(zhǔn)反射影像。本發(fā)明的方法使用透過襯底透射的光線來確定如層厚、表面彎曲或曲率、折射率、張力等至少一個(gè)物理特性。在本發(fā)明之前，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能并不認(rèn)為PC掃描儀是測(cè)量如晶片等襯底的厚度或曲率的 一件適宜的設(shè)備。但是本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到利用掃描儀所收集的信息足以提供出有用的晶片特性。
PC掃描儀的探測(cè)器陣列一般包括一些接收一個(gè)或幾個(gè)不同波長光線(例如對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)的波長的光線)的單元。至少某些探測(cè)器單元還可以檢測(cè)紅外輻射強(qiáng)度。注意，如本文所用，術(shù)語"光線"包括可見輻射以及不可見輻射，例如紅外線和紫外線。術(shù)語"白光"意指光源具有寬的連續(xù)發(fā)射譜或者是包括可見光譜至少紅、綠、藍(lán)部分的強(qiáng)發(fā)射譜線。
因此本發(fā)明使用白光光源照射襯底并檢測(cè)透過村底透射的輻射強(qiáng)度。探測(cè)器陣列檢測(cè)不同波長下的強(qiáng)度，而所接收強(qiáng)度中由波長決定的差別可用來確定各不同材料或器件的特性。所述襯底可以是如在器件制造中使用的半導(dǎo)體晶片。所述襯底也可以是光學(xué)薄膜或任何其他光學(xué)結(jié)構(gòu)，例如顯示器。
本發(fā)明的方法要求至少某些光線要透過襯底透射，因此襯底在光照波長下必須至少部分透明。某些半導(dǎo)體襯底在可見光或接近紅外波長下是透明的，例如SiC、 AI203、 GaN、 AIN、 InN，因此本方法應(yīng)用到這些襯底上是有益的?？梢允箳呙鑳x的光源和探測(cè)器適合于在某一特定村底或晶片呈透明的一個(gè)或多個(gè)不可見光波長下工作，從而能給出要進(jìn)行檢測(cè)的傳輸光線的強(qiáng)度。這對(duì)于諸如GaAs、 InP或CdSe等材料是有用的。透過晶片所透射的光線，其測(cè)量能夠提供要檢驗(yàn)晶片的體積情況而不僅僅是其表面情況。這就能夠揭示出關(guān)于晶片內(nèi)缺陷
的信息，從而能確定缺陷位置并估計(jì)缺陷密度。
透明晶片還可以通過測(cè)量從晶片所反射或散射的輻射進(jìn)行檢驗(yàn)。與本發(fā)明方法結(jié)合起來使用，基于反射/散射的成像技術(shù)能夠揭示關(guān)于晶片的更多信息。
晶片的厚度也可以通過比較在不同波長下記錄的強(qiáng)度加以確定。透過晶片透射的光線將會(huì)從晶片/空氣界面和晶片內(nèi)的任何界面被反 射。晶片實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，因此自器件所透射的 光線強(qiáng)度將取決于在某一特定波長下的光學(xué)厚度。通過觀測(cè)不同波長 之間的強(qiáng)度差，能夠確定晶片的絕對(duì)厚度。即使觀測(cè)一個(gè)波長，也能 夠確定厚度變化。此外，還可以確定諸如未知層的折射率和吸收等光 學(xué)常數(shù)。
在本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)透過晶片透射的輻射進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)將會(huì)包括一 些已透過晶片直接透射的輻射。還將包括一些從前晶片/空氣界面反射 并在射出晶片之前又從后晶片/空氣界面反射的輻射。這種雙重反射的 輻射與直接透射的輻射進(jìn)行干涉。這種干涉自然可以是建設(shè)性的或者 是破壞性的，視光程差和具體波長而定。光程差將隨入射角而變，因 此在任何狹窄波段觀察時(shí)都可以看到干涉條紋。在只使用一個(gè)狹窄波
段時(shí)，只能夠確定晶片的相對(duì)厚度。但是通過觀測(cè)不同通道(channel) 的不同影像，亦即拍攝分別由探測(cè)器陣列的紅、綠、藍(lán)色通道所形 成的各影像，能夠測(cè)量各個(gè)波長的條紋間隔，從而確定出絕對(duì)厚度。 這樣本發(fā)明就提供了 一種使用簡單的掃描儀確定晶片絕對(duì)厚度的方 法。
同樣的技術(shù)能夠用來確定表面曲率。如果晶片放在已知曲率的透 明表面上，或是掃描儀玻璃表面或最好是光學(xué)平玻璃上，光學(xué)平玻璃 與晶片之間的任何間隙本身都將起標(biāo)準(zhǔn)具的作用。這樣因表面曲率造 成的干涉條紋也會(huì)產(chǎn)生出來并能夠進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。
本方法可以包括使用所檢測(cè)到的強(qiáng)度來確定晶片曲率、襯底厚度 變化、外延層(epi layer)厚度變化、表面顆粒和/或劃痕密度以及如 微管(micropipes)和晶體傾斜(crystal tilts)等結(jié)晶缺陷的位置和/或密 度中的至少一個(gè)的數(shù)值。
本方法可以包括安排PC掃描儀的探測(cè)器陣列使得只接收某一特 定偏振的輻射。所述方法還可包括用偏振輻射對(duì)晶片進(jìn)行照射。這一 點(diǎn)通過在源與晶片間安排一個(gè)起偏器和/或在晶片與探測(cè)器陣列之間安 排一個(gè)起偏器可以很方便地實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)起偏器可安排在匹配配置(亦 即兩者都能使同樣的偏振通過)或者在交叉配置或居于兩者之間的 任何類型配置中的光程內(nèi)。在光程內(nèi)使用交叉的起偏器能夠給出因雙 折射而產(chǎn)生的明顯差別并能提供出關(guān)于存在晶片內(nèi)的張力的有用信息。這對(duì)SiC晶片尤其有用。
本發(fā)明對(duì)于半導(dǎo)體襯底成像特別有用，并且能用在材料生長/器件 制造的任何階段。例如，襯底可在任一外延層生長之前進(jìn)行檢驗(yàn)以保 證其適當(dāng)?shù)責(zé)o缺陷而又具有合格的厚度和曲率。在外延層生長后可對(duì) 晶片再次進(jìn)行檢驗(yàn)，確保已經(jīng)有了滿意的生長。在各種處理步驟之后 也可以對(duì)晶片進(jìn)行檢驗(yàn)。例如，在沉積金屬軌道(metal track)以形成 觸點(diǎn)等的情況下，在沉積以及確保已經(jīng)存在有正確沉積的必要蝕刻之 后能夠?qū)M(jìn)行檢驗(yàn)。
此外，處理過程中每個(gè)階段的信息可以進(jìn)行比較或?qū)φ照?。?如，可以將在特定處理階段出現(xiàn)的缺陷的位置與從先前各階段得到的 關(guān)于局部缺陷、厚度變化、張力等信息加以比較就可以告知未來的質(zhì) 量控制和/或處理步驟。因此本發(fā)明還包括一種在襯底上制造半導(dǎo)體器 件的方法，其包括使用如上述方法對(duì)半導(dǎo)體器件和/或襯底至少進(jìn)行一 次檢驗(yàn)的步驟。
但是本發(fā)明也可應(yīng)用于其他襯底。例如，光學(xué)薄膜，如抗反射涂 層等就用在各種不同應(yīng)用中，而且厚度和缺陷密度能影響可用性。因 此本發(fā)明可應(yīng)用于任何基本上呈平面的襯底的特性檢驗(yàn)，這種襯底在 本說明書中將稱為晶片。晶片包含了一個(gè)綜合條目，例如能夠使用 本發(fā)明按照厚度變化、光變化、缺陷密度等來檢驗(yàn)顯示設(shè)備如液晶顯 示器的質(zhì)量。
如上所述，使用PC掃描儀能夠非常方便地應(yīng)用本發(fā)明的方法。因 此本發(fā)明涉及到使用含有確定晶片物理特性的透射方式成像掃描儀外 設(shè)的個(gè)人計(jì)算機(jī)。方法包括確定晶片厚度與晶片表面曲率其中之一的 步驟。非常方便地利用個(gè)人計(jì)算機(jī)編程依據(jù)由掃描儀收集的數(shù)據(jù)自動(dòng) 地確定晶片特性。
而使用白光的好處在于它能夠測(cè)量不同波長下的強(qiáng)度而且大多數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)商品化掃描儀都使用白光光源，在某些應(yīng)用中其對(duì)于改變照射光 的波長可能是有用的。例如，如所提到的， 一些半導(dǎo)體襯底在紅外波 長下是透明的。例如GaAs、 InP、 Si、 GaSb、 InSb,因此在紅外波長 下使用就能夠使相同的全晶片分析應(yīng)用到這些村底上。在許多情況下， 如在所關(guān)注材料的帶隙大于Si的帶隙的情況下，僅僅通過只改變掃描 儀的照射源就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。在膠片掃描儀中常用的探測(cè)器
8是基于Si的CCD時(shí)，探測(cè)器將會(huì)對(duì)低至l.l eV的紅外輻射都敏感。 對(duì)帶隙在l.leV以下的半導(dǎo)體，探測(cè)器還需要修正。
在另一實(shí)施方案中，在使用半導(dǎo)體材料時(shí)，可以把照射源的能量 選在材料的帶隙之上以便激勵(lì)光致發(fā)光。這樣，在此波長下半導(dǎo)體的 照射光就會(huì)引起某一特定波長或一組波長下的熒光。能夠測(cè)量并繪制 出晶片整個(gè)區(qū)域上的熒光強(qiáng)度。在某些情況下，例如InGaN，通過在 光源前邊插入濾光器使得只有在材料帶隙以上(例如藍(lán)色光)的波長 才能通過然后再檢測(cè)更長的波長通道(例如紅色或綠色)內(nèi)所發(fā)射的 光致發(fā)光就可以實(shí)現(xiàn)這種光致發(fā)光的測(cè)繪(mapping)。通過關(guān)掉照射 源，然后在電激勵(lì)晶片激發(fā)熒光時(shí)對(duì)晶片或器件進(jìn)行掃描，掃描儀的 探測(cè)器也能有效地用來測(cè)繪器件的電致發(fā)光。
如上所述，使用PC掃描儀可以很方便地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。在本 發(fā)明的另一方面，提供了控制與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接的掃描儀的計(jì)算機(jī) 程序?qū)M(jìn)行光學(xué)檢測(cè)并根據(jù)所得到的影像數(shù)據(jù)確定外延層/晶片厚 度與晶片曲率至少其中之一。本發(fā)明還提供了一套晶片檢驗(yàn)器械包括
個(gè)人計(jì)算機(jī)、掃描儀以及控制該掃描儀對(duì)晶片進(jìn)行光學(xué)檢驗(yàn)的計(jì)算機(jī) 程序。
如上所述，本發(fā)明的方法能夠利用PC掃描儀來確定晶片的特理特 性，特別是層厚和/或曲率。因此在本發(fā)明的另一方面，提供了一種確 定晶片層的厚度和/或曲率的方法，其包括使用掃描儀獲取晶片的影像、 檢測(cè)與測(cè)量影像中的干涉條紋、以及根據(jù)所說的測(cè)量結(jié)果確定晶片層 的厚度和/或曲率等步驟。
如以上所用，術(shù)語"掃描儀，，在此表示一種成像設(shè)備，它是可與 個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接的外部設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明這一方面的方法能夠以反 射方式或透射方式實(shí)現(xiàn)，因此掃描儀可以是平板文件掃描(反射成像) 型或底片成像(透射成像)型或者最好是可以兩種方式操作的掃描儀。
如上所述，透過晶片所透射的輻射與在晶片內(nèi)雙重反射的輻射相 干涉，結(jié)果形成干涉條紋。在因從前空氣/晶片界面所反射的輻射與從 后晶片/空氣界面所反射的輻射相干涉而產(chǎn)生的反射中(假如晶片本身 至少是局部透明)發(fā)生了同樣的情況。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明這一方面的方法最好包括分別對(duì)由掃描儀 探測(cè)器陣列每個(gè)波長通道所形成的影像進(jìn)行分析。該方法包括把晶片放在光學(xué)平玻璃上使晶片成像來確定表面曲率的步驟。 本方法還可包括確定晶片折射率的步驟。
使用起偏器確定關(guān)于晶片雙折射和/或張力的信息也是本發(fā)明的另 一方面，其既適用于透射方式成像也適用于反射方式成像。因此根據(jù)
本發(fā)明的另一方面提供了一種使用PC掃描儀使晶片成像的方法，其中
至少一個(gè)起偏器放置在從源到探測(cè)器的光程上。
一個(gè)起偏器可放置在源與晶片之間以便用偏振光照射晶片。有些 缺陷對(duì)偏振光靈敏，而且在使用偏振光源與使用非偏振光成像相比呈 現(xiàn)出更大更明顯的差別。該方法包括用 一 個(gè)偏振態(tài)的偏振光拍攝晶片 的一個(gè)影像，再使用一個(gè)不同偏振態(tài)的偏振光拍攝第二個(gè)影像，即在 使用線性起偏器時(shí)，使用第一線性偏振然后再用相垂直的線性偏振可 拍攝這些影像。將這些影像進(jìn)行比較來標(biāo)識(shí)出缺陷。
該方法包括將一個(gè)起偏器放置在光源與晶片之間，而將另一起偏 器放在晶片與探測(cè)器之間。使用透射方式時(shí)，這通過在晶片兩側(cè)各放 置一個(gè)起偏器能夠很容易完成。該方法可包括使用線性起偏器并在交
叉的起偏器間成像，亦即安排源側(cè)起偏器傳輸其線性偏振光線與探 測(cè)器側(cè)起偏器線性偏振相垂直的光線，或是通過布置好的起偏器，亦 即安排源側(cè)和控制器側(cè)起偏器傳輸同樣取向的偏振輻射。對(duì)所記錄 的影像可進(jìn)行分析來確定晶片雙折射的程度和/或晶片中的張力數(shù)值。 因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員在評(píng)價(jià)產(chǎn)生張力的晶片時(shí)可使通過晶片的偏振光 轉(zhuǎn)動(dòng)，因此通過交叉起偏器所透射的光線數(shù)量能夠給出晶片中張力大 小的一種量度并突顯張力的位置。
使用電致發(fā)光和/或光致發(fā)光掃描儀構(gòu)成了本發(fā)明的另一方面。因 此根據(jù)本發(fā)明的這一方面提供了分析晶片的 一種方法，其包括在晶片 內(nèi)激勵(lì)熒光同時(shí)使用掃描儀使晶片成像的步驟。激勵(lì)可以是通過使用 具有適當(dāng)波長的照射輻射來激勵(lì)光致發(fā)光。另一方面，該方法包括在 晶片內(nèi)電激勵(lì)電致發(fā)光。在使用電激勵(lì)時(shí)可將掃描儀光源斷開，因而 只檢測(cè)電熒光。另外，使用與受激光線波長不同的光源以及所記錄的 不同波長的影像通常也能夠使晶片成像。本發(fā)明的這一方面使得能夠 簡單快速地產(chǎn)生出整個(gè)晶片的光致發(fā)光或電致發(fā)光圖。
現(xiàn)在將通過僅與以下附圖有關(guān)的實(shí)例對(duì)本發(fā)明予以說明。附圖中

圖1示出使用本發(fā)明方法的晶片光學(xué)檢驗(yàn)儀器簡圖，
10圖2示出氮化鎵-碳化硅層的X射線形貌圖與使用本發(fā)明方法所得 的同 一層掃描影像的比較，
圖3示出兩個(gè)不同藍(lán)寶石襯底的掃描影像，
圖4示出GaN-SiC晶片的放大掃描影像，
圖5示出氮化鎵-碳化硅晶片的紅、綠、藍(lán)色通道的影像，
圖6示出GaN-Si晶片的掃描影像，
圖7示出GaN-Si襯底的掃描影像，襯底上有處理過的器件結(jié)構(gòu)，
以及
圖8示出在交叉線性起偏器間得到的掃描影像。
參見圖1:個(gè)人計(jì)算機(jī)2與掃描儀外設(shè)4相連接。掃描儀可以是任 何市售的、既能用來掃描一般文件也能掃描膠片底片或幻燈片的彩色 掃描儀。不過使用反射方式的文件成像平板掃描儀成像或者透射方式 的底片掃描儀成像也能進(jìn)行晶片的有效掃描。分辨率為每英寸2000點(diǎn) 的掃描儀能夠按30 pm的比例標(biāo)識(shí)晶片特性，但是分辨率為4800 dpi (點(diǎn)/英寸)和6400 dpi的更高分辨率的掃描儀也能得到，其給出的分 辨率數(shù)據(jù)約10-8nm。顯然，隨著膠片掃描儀的發(fā)展，將會(huì)獲得更高的 分辨率，從而能使晶片以更高的分辨率有效成像。
掃描儀可以是典型的A4掃描儀。例如Canon 9950F or Epson Perfect V700 Photo。適合于使A3文件成像的平板掃描儀也可以得到并 能夠用來提供更大面積晶片如300 mm硅的成像。例如Epson Expression 10000 A3平板掃描儀。
將計(jì)算機(jī)2編程來控制掃描儀4以得到晶片的影像?？梢詫⒕?放到標(biāo)準(zhǔn)掃描儀的成像表面上或者最好將玻璃板從掃描儀床座上取下 而以特定晶片的定制托架代替。由于取下了玻璃板，就能夠避免晶片 的污染并且消除了因玻璃板的細(xì)微顆粒，劃痕或反射所造成的影響。 晶片可以是例如在可見光波長下基本上透明的半導(dǎo)體晶片如碳化硅， 藍(lán)寶石、氮化鎵、氮化鋁和氮化銦。另外，晶片也可以為砷化鎵、硅、 銻化鎵、砷化銦、銻化銦、磷化銦、磷化鎵或者是在可見光波長下不 透明的任何普通的半導(dǎo)體晶片。
直到150mm或更大的晶片很易于在標(biāo)準(zhǔn)的商用掃描儀上成像?？?以買到能夠用來使尺寸更大的晶片成像的更大面積的掃描儀。晶片的 厚度可達(dá)約25 mm，不過對(duì)更厚的晶片所獲得的信息可能受到限制，
ii因?yàn)椴糠志瑢?huì)在探測(cè)器的焦面以外。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，為獲得影像，掃描儀要用汞蒸 汽熒光管照射掃描儀成像表面。這種光源為白光光源，它在可見光光
譜的紅、綠、藍(lán)色部分、在一些特定波長下例如611 nm、 543 nm、 434 nm產(chǎn)生出強(qiáng)相干譜線，不過準(zhǔn)確的波長可能因制造而異。光源也可以 由在紅、綠、藍(lán)或氙弧燈中相似波長下發(fā)射光的'發(fā)光二極管，陣列 組成。紅外光源，約在815nm工作。也常常包含在掃描儀中來校正膠 片底片中的缺陷(劃痕檢測(cè))。這種紅外光源也可以有效地用于半導(dǎo) 體晶片成像。
在照射成像區(qū)時(shí)，掃描頭要相對(duì)于成像區(qū)移動(dòng)。掃描頭包含在線 性區(qū)安裝的CCD陣列，安排分立的陣列檢測(cè)紅、綠、藍(lán)光。也可能還 有紅外光接收陣列。
每一探測(cè)器陣列測(cè)量在特定波長波段從掃描區(qū)所反射(散射)或 透射的輻射并有效地產(chǎn)生出三個(gè)(或含紅外時(shí)四個(gè))影像。
圖2a示出一個(gè)50 mm的SiC上的GaN晶片(其約300 nm厚) 的X射線形貌圖。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員，其熟知X射線形貌學(xué)是結(jié)晶 材料體積測(cè)繪的眾所周知的成像技術(shù)。X射線形貌測(cè)量能夠給出揭示 結(jié)晶缺陷位置和性質(zhì)的優(yōu)質(zhì)影像，但是獲得X射線形貌圖需要專業(yè)設(shè) 備并耗費(fèi)大量時(shí)間。全晶片X射線形貌圖可能要花費(fèi)數(shù)小時(shí)才能夠獲 得。
圖2b示出使用根據(jù)本發(fā)明掃描儀成像的同樣SiC上GaN晶片。 這個(gè)影像是透過晶片所透射的光線的圖像，它是從全部三個(gè)通道，紅、 綠、藍(lán)構(gòu)成的，所以表示出一個(gè)彩色圖?？梢钥闯?，掃描圖中的特征 能夠直接與X射線形貌圖中的結(jié)晶缺陷相互關(guān)聯(lián)起來。圖2b中的影像 是在不到120秒的時(shí)間獲得的。
因此，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員并不沒有把PC掃描儀看成是一個(gè)光學(xué) 檢驗(yàn)工具而是認(rèn)為這種掃描儀不能夠產(chǎn)生有用的信息，但本發(fā)明已經(jīng) 表明能夠低價(jià)高速地獲得有用的信息。
圖3示出上面形成有氮化鎵層的兩個(gè)不同藍(lán)寶石襯底的反射掃描 影像。這兩個(gè)影像為僅使用綠色通道的強(qiáng)度數(shù)據(jù)透過掃描儀玻璃使晶 片成像所產(chǎn)生的圖像。影像中所看到的條紋是由于汞蒸汽源的543 nm 強(qiáng)發(fā)射譜線的干涉而產(chǎn)生的。在兩個(gè)影像上看到的高頻條紋是由于在晶片表面和掃描儀玻璃板上出現(xiàn)的反射而引起的，因此其表示出晶片 表面在玻璃板之上的高度，或晶片曲率。因此，通過測(cè)量條紋間隔并
取光照波長為543 nm就能估算出曲率。對(duì)圖3a中所示晶片，計(jì)算出 其曲率半徑約為6 m (呈凸形)，而對(duì)圖3b中所示晶片，可計(jì)算出其 在x方向上的曲率半徑約為10 m，在y方向上的曲率半徑約為23 m。
在兩個(gè)影像中還能夠看到一些低頻條紋，這是由于晶片表面反射 與GaN/藍(lán)寶石界面反射之間的干涉所引起的。這就給出了 GaN層的厚 度變化圖。另外，取光照波長為543 nm以及GaN的折射率為2.4時(shí)， 從亮條紋到暗條紋的漸變段所對(duì)應(yīng)的厚度變化約為40 nm。
因此可以看出，各種不同通道的信息能夠用來給出晶片大小以及 其上形成的外延層大小的指示。
圖4示出特定區(qū)域放大的SiC上GaN晶片的影像。在這種情況下， 在晶片的某些區(qū)域看到了由于島式生長方式而引起的GaN外延層厚度 的微小變化。這些小島直徑約30|nm，高度約30nm。可以看到，本發(fā) 明能夠用來得到關(guān)于半導(dǎo)體層表面形態(tài)的詳細(xì)信息以及這種形態(tài)在整 個(gè)晶片上是如何變化的。而這種信息又可以用來告知與修正生長參數(shù) 并與器件性能和晶片產(chǎn)量的變化聯(lián)系起來。
還可以將不同通道的數(shù)據(jù)加以比較。圖5a示出通過紅色通道記錄 的透過SiC襯底上GaN層所透射光線的強(qiáng)度。圖5b和5c示出了通過 綠色和藍(lán)色通道記錄的通過同一晶片的同樣強(qiáng)度的影像。三個(gè)影像中 的條紋間隔因波長不同而不同，在紅色通道中為611 nm，綠色通道中 為543 nm，藍(lán)色通道中為434 nm。條紋間隔的差可以用來確定GaN 外延層的絕對(duì)厚度，還有其光學(xué)常數(shù)和折射率。此外，缺陷周圍色彩 通道不同的對(duì)比度還可以用來分類和標(biāo)識(shí)具體缺陷的種類。
圖6示出Si上GaN晶片的掃描影像。由于Si襯底在所用波長下 不透明，此影像是以反射方式采集到的。影像中清晰地看到線狀缺陷 網(wǎng)，這些缺陷是由于生長時(shí)引入的張力而在GaN層中出現(xiàn)的一些裂紋。 由于這些裂紋使從晶片表面反射的光線發(fā)生了散射而使這些特征形成 了影像。此影像還示出因晶片表面顆粒而引起的具有白色反差的點(diǎn)。 這表明在不透明晶片上也能夠產(chǎn)生缺陷圖和密度圖。
再回到圖1,計(jì)算機(jī)2控制掃描儀4 (其可以是反射式掃描儀或透 射式掃描儀)來拍攝晶片的影像。獲得晶片的影像后計(jì)算機(jī)可以應(yīng)用
13各種不同的影像處理技術(shù)。根據(jù)所有三個(gè)通道影像中各單個(gè)對(duì)比度變 化的外觀能夠標(biāo)識(shí)晶片內(nèi)的缺陷。能夠向操作人員突出地顯示出可能 存在缺陷的區(qū)域或者是能夠求得缺陷的計(jì)數(shù)及其大小或種類并給出缺 陷密度。此外，還能夠標(biāo)識(shí)這些影像中的任何條紋圖并確定條紋間隔/ 厚度。確定了條紋間隔之后，使用所知道的各通道波長能夠并繪制出 晶片的厚度或者是晶片/襯底的光學(xué)常數(shù)。
本發(fā)明還能夠應(yīng)用于對(duì)其上進(jìn)行過某些器件處理的晶片進(jìn)行掃 描。能夠得到已處理過的晶片的影像來探測(cè)器件結(jié)構(gòu)中的任何缺陷， 如蝕刻步驟等或形成錯(cuò)誤器件之后留下的殘留物。這種成像可以在處
理階段中便于間歇時(shí)進(jìn)行以保證質(zhì)量。圖7示出含器件處理的Si上GaN 晶片的掃描影像。這些影像示出了器件間隙中碎片的形跡，這些碎片 可能與電作用相關(guān)聯(lián)并可表現(xiàn)為短路。光刻膠殘留的痕跡也能夠看到。
在器件處理之前或器件處理期間也可以對(duì)晶片掃描。器件結(jié)構(gòu)損 壞的任何區(qū)域或其他缺陷都能夠標(biāo)識(shí)?？赡苣軌蚴谷毕輩^(qū)與具體襯底 特性聯(lián)系起來，從而傳達(dá)出來的器件處理或篩選過程以提高產(chǎn)量。
使用 一個(gè)或多個(gè)起偏器也可以使晶片成像并進(jìn)一步提供關(guān)于晶片 物理特性的信息。例如可將線性起偏器放在光源與晶片之間以便用偏 振光照射晶片。起偏器的取向可在相互垂直的取向之間隨時(shí)改變。晶 片的一些特征可具有特定的偏振響應(yīng)，因此在晶片用偏振光照射時(shí)可 以更清楚地標(biāo)識(shí)這些特征。
通過使在兩個(gè)交叉起偏器間的晶片成像，即在晶片的每一側(cè)安排 一個(gè)線性起偏器并且這兩個(gè)起偏器安排成其透射不同偏振取向的光 線，還可以確定關(guān)于晶片雙折射和晶片內(nèi)張力場(chǎng)的信息?？梢詫⑦@兩 個(gè)起偏器安排成相互垂直的布置。使得一個(gè)起偏器透射光線的偏振取 向與另一起偏器透射光線的偏振取向相垂直。圖8示出用交叉垂直起 偏器以透射方式拍攝的直徑76 mm SiC晶片的掃描影像。到達(dá)探測(cè)器 的唯一光線是由于與晶片的相互作用其偏振方向已經(jīng)發(fā)生改變的光 線。本領(lǐng)域技術(shù)人員將評(píng)估晶片內(nèi)張力能夠造成的這種偏振旋轉(zhuǎn)，因 而影像指明了晶片內(nèi)存在的張力大小以及張力場(chǎng)的位置。缺陷還可以 引起偏振移位，因而缺陷位置也清楚地顯現(xiàn)出來。雖然相互垂直交叉 的起偏器在某些情況下是有用的，但也可能還是希望使用其他定向方 法，例如偏振軸有45?；蚰硞€(gè)其他數(shù)值偏移的起偏器或者是兩個(gè)起偏器偏振軸對(duì)準(zhǔn)的定位起偏器。
因此本發(fā)明提供了 一種使用市售的掃描儀進(jìn)行晶片檢驗(yàn)的簡單而 費(fèi)用低廉的解決方案。
權(quán)利要求
1. 一種檢驗(yàn)襯底的方法，該方法包括使用具有底片影像掃描能力的PC掃描儀對(duì)襯底進(jìn)行掃描以記錄透過襯底透射的光線強(qiáng)度的步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述PC掃描儀包括探測(cè)器陣列，該探測(cè)器陣列具有接收不同波長光線的多個(gè)單元。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底為半導(dǎo)體晶片。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底為光學(xué)薄膜。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底為顯示器件。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底有至少一個(gè)外延層。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底在可見光波長下基本上是透明的。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底在紅外波長下基本上透明，而且該方法包括采用紅外輻射來照射所述村底。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該襯底包括Sic、AI203、 GaN、 A1N、 InN、 STO、 Si、 Ge、 MgO、 GaP、 AIP、 ZnSe、CdTe、 ZnTe、 CdSe、 GaAs、 InP、 InSb、 GaSb、 AlSb、 InAs、 AlAs、Si02其中之一。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法包括標(biāo)識(shí)與測(cè)量所記錄強(qiáng)度圖中的干涉條紋的步驟。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該方法包括對(duì)所記錄的不同波長下的強(qiáng)度進(jìn)行比較的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過比較不同波長下的強(qiáng)度來確定襯底或外延層的厚度或光學(xué)常數(shù)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中使用檢測(cè)到的強(qiáng)度來確定晶片曲率、襯底厚度變化、晶片表面形態(tài)、外延層厚度變化、表面顆粒和/或劃痕密度以及如微管和晶體傾斜等結(jié)晶缺陷的位置和/或密度中的至少一個(gè)的數(shù)值。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法包括對(duì)PC掃描儀的探測(cè)器陣列進(jìn)行布置使得只接收特定偏振輻射的步驟。
15. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法包括用偏振輻射對(duì)襯底進(jìn)行照射。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法包括在PC掃描儀的光源與所述襯底之間安排起偏器和/或在所述村底與PC掃描儀的探測(cè)器陣列之間安排起偏器的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將起偏器以交叉配置安排在光程上。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中襯底上制造了至少某一器件結(jié)構(gòu)。
19. 一種確定晶片層厚度和/或曲率的方法，該方法包括使用PC掃描儀獲得晶片影像，檢測(cè)與測(cè)量影像中的干涉條紋，以及根據(jù)該測(cè)量結(jié)果來確定晶片層厚度和/或曲率的步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中PC掃描儀以反射方式獲得晶片的影像。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中PC掃描儀為平板掃描儀。
22. 才艮據(jù)權(quán)利要求19-21之一所述的方法，該方法還包括分別分析由掃描儀探測(cè)器陣列每一波長通道所形成的影像的步驟。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19-22之一所述的方法，該方法包括使晶片在光學(xué)平玻璃上成像來確定表面曲率的步驟。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19-23之一所述的方法，該方法還包括確定晶片折射率的步驟。
25. —種使用PC掃描儀使晶片成像的方法，其中至少一個(gè)起偏器放置在從源到探測(cè)器的光程上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中在源與晶片之間放置起偏器以便利用偏振光來照射晶片。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，該方法包括利用一種偏振態(tài)的偏振光來拍攝晶片的影像，然后再利用不同偏振態(tài)的偏振光來拍攝第二個(gè)影像的步驟。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中不同偏振狀態(tài)為相互垂直的線性偏振。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25-27之一所述的方法，該方法包括將一個(gè)起偏器置于光源與晶片之間以及將另 一 個(gè)起偏器置于晶片與探測(cè)器之間。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中這兩個(gè)起偏器為線性起偏器并按交叉起偏器配置進(jìn)行布置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25-30之一所述的方法，其中對(duì)所記錄的影像或 每個(gè)影像進(jìn)行分析以確定晶片的雙折射程度和/或晶片內(nèi)的張力的數(shù) 值。
32. —種分析晶片的方法，該方法包括在使用PC掃描儀使晶片成 像的同時(shí)在晶片內(nèi)激勵(lì)熒光的步驟。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中激勵(lì)熒光的步驟包括采用 具有適當(dāng)波長來激勵(lì)光致發(fā)光的輻射以對(duì)晶片進(jìn)行照射的步驟。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述激勵(lì)熒光的步驟包括 在晶片內(nèi)以電的方式來激勵(lì)電致發(fā)光。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中在采集影像時(shí)將掃描儀的 光源斷開使得只檢測(cè)電致發(fā)光。
36. 計(jì)算機(jī)程序，用于對(duì)執(zhí)行前述權(quán)利要求之一所述方法的掃描儀 進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及到確定在諸如半導(dǎo)體晶片、光學(xué)薄膜、顯示屏等襯底中的缺陷的物理特性以及標(biāo)識(shí)與定位這些缺陷的方法。所述方法包括使用PC掃描儀對(duì)襯底成像。特別是在以透射方式成像過程中所使用的PC掃描儀能提供關(guān)于要確定的襯底體積的信息。該方法通過使用干涉測(cè)量技術(shù)來確定諸如層厚、曲率、光學(xué)常數(shù)，以及通過使用偏振成像確定雙折射和張力。這些方法還涉及到在襯底激勵(lì)熒光，例如光致發(fā)光和電致發(fā)光，以及對(duì)受激襯底進(jìn)行掃描實(shí)現(xiàn)熒光測(cè)繪。
文檔編號(hào)G01B11/06GK101501474SQ200780029065
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者D·J·沃利斯 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司