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特表2024-504682μＬＥＤの大量生産における費用対効果が高いプロービング
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-01
(54)【発明の名称】μＬＥＤの大量生産における費用対効果が高いプロービング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20240125BHJP
H01J 37/22 20060101ALI20240125BHJP
H01J 37/256 20060101ALI20240125BHJP
G01N 21/62 20060101ALI20240125BHJP
G01N 21/88 20060101ALI20240125BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 X
H01J37/22 502H
H01J37/256
G01N21/62 A
G01N21/88 K
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023543336
(86)(22)【出願日】2022-01-19
(85)【翻訳文提出日】2023-09-14
(86)【国際出願番号】 IB2022050448
(87)【国際公開番号】W WO2022157647
(87)【国際公開日】2022-07-28
(31)【優先権主張番号】63/138,863
(32)【優先日】2021-01-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520316771
【氏名又は名称】アットライト エージー
【氏名又は名称原語表記】Ａｔｔｏｌｉｇｈｔ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】100121728
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 勝守
(74)【代理人】
【識別番号】100165803
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100179648
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 咲江
(74)【代理人】
【識別番号】100222885
【弁理士】
【氏名又は名称】早川 康
(74)【代理人】
【識別番号】100140338
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100227695
【弁理士】
【氏名又は名称】有川 智章
(74)【代理人】
【識別番号】100170896
【弁理士】
【氏名又は名称】寺薗 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100219313
【弁理士】
【氏名又は名称】米口 麻子
(74)【代理人】
【識別番号】100161610
【弁理士】
【氏名又は名称】藤野 香子
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィス，マシュー ジョン
【テーマコード（参考）】
2G043
2G051
4M106
5C101
【Ｆターム（参考）】
2G043AA03
2G043CA05
2G043EA11
2G043FA02
2G043HA03
2G043HA09
2G043JA03
2G043KA02
2G043LA02
2G043LA03
2G051AA51
2G051AB02
2G051CA03
2G051CA04
2G051CC15
2G051EC04
4M106AA01
4M106BA02
4M106CA18
4M106DH12
4M106DH40
4M106DH50
4M106DJ20
4M106DJ27
5C101AA03
5C101AA21
5C101BB03
5C101FF02
5C101GG08
5C101GG36
5C101GG37
5C101GG42
5C101HH11
5C101HH25
5C101HH27
5C101HH38
(57)【要約】
μＬＥＤを有するウエハがカソードルミネッセンス顕微鏡を用いて検査される。ＣＬビームをいくつかのビームに分割し、点検出器でビームを検出することにより、高速スキャンが可能となる。各検出器が異なる周波数帯を検出するように、光学フィルタが光路で検出器の上流に挿入される。信号の比が求められ、予想される基準に対して比が比較される。極値の領域が特定され、必要に応じて、高分解能スキャンが領域または領域のサンプルで実行される。生存スコアが各特定された領域について計算される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のマイクロＬＥＤのメサが形成されたウエハを検査するためのカソードルミネッセンス顕微鏡であって、電子源、前記電子源から放出される電子を集束しそれによって電子ビームを形成する磁気レンズ、および前記電子ビームをサンプル上で走査するスキャナを有する電子ビームカラムと、
前記電子ビームのスキャンに反応して前記サンプルから放出される光を集め、光ビームを形成する光対物レンズと、
集束レンズ、前記光ビームを複数の分割ビームに分割するスプリッタアレンジメント、それぞれ前記分割ビームの１つを受けるように配置された複数の点検出器、および前記複数の分割ビームの少なくとも一部分の帯域幅を制限するフィルタアレンジメントを備えるイメージング部と、
前記複数の点検出器から出力信号を受け、前記複数の点検出器の、対をなす出力信号の比を生成するコントローラと、を備える、カソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項2】
前記点検出器は、バイアスフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、増幅型フォトダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）を備える、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項3】
４００ナノメートル未満の波長を遮断するバックグラウンドフィルタをさらに備える、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項4】
前記フィルタアレンジメントは、少なくとも１つのダイクロイックミラーを備える、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項5】
前記フィルタアレンジメントは、異なる中心周波数または異なる帯域幅を有する複数のバンドパスフィルタを備える、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項6】
前記フィルタアレンジメントは、少なくとも１つのバイアスＬＥＤウエハを備える、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項7】
前記コントローラは、基準比に対して前記比を比較し、前記基準比から逸する比を有するウエハ領域を特定する、請求項１に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項8】
前記コントローラは、さらに、前記領域に生存スコアを割り当てる、請求項７に記載のカソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項9】
各メサが１００ミクロン以下の長さを有し、各メサにマイクロＬＥＤを形成するための複数のメサを有するウエハを検査するための方法であって、前記ウエハをＣＬ顕微鏡に置くステップと、
複数のＣＬビームを生成するために、前記ウエハの第１スキャンを第１分解能で実行するステップと、
前記複数のＣＬビームを同時に検出するために複数の単一点検出器を用いるステップであって、点検出器の各々が残りの点検出器とは異なる部分スペクトルを受けるように配置されているステップと、
複数の検出器比を生成するステップであって、前記検出器比の各々が、前記点検出器の２つから受ける信号の比を備えるステップと、
前記メサの特性を判定するために、予想される比に対して、前記検出された比を比較するステップと、を備える、方法。
【請求項10】
前記第１分解能は、メサあたり少なくとも１ピクセル、メサあたり最大１０×１０のピクセルを生成するように設定されている、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記複数の点検出器の１つは、バックグラウンド波長よりも高い波長のスペクトルを受けるように配置されている、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記走査されたメサの各々における前記スペクトル発光を再構築するために、前記複数の検出器から受ける前記信号を用いるステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記走査されたメサの各々におけるＣＬ放射の非対称性を判定するために、前記複数の検出器から受ける前記信号を用いるステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記走査されたメサの各々における強度分布を判定するために、前記複数の検出器から受ける前記信号を用いるステップと、前記走査されたメサのすべてから判定される総母集団強度分布に対して比較するステップと、をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項15】
前記走査されたメサを複数のグループに割り当てるために、前記複数の検出器から受ける前記信号を用いるステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項16】
前記ウエハ上で対象領域を特定するために、前記複数の検出器から受ける前記信号を用いるステップと、検査信号を生成するために、前記対象領域の第２スキャンを前記第１分解能よりも高い第２分解能で実行するステップと、
各対象スキャン領域内における波長あたりのピーク発光を判定するために、前記検査信号を用いるステップと、をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項17】
前記対象スキャン領域の各々の二次電子画像を形成するために、二次電子検出器を用いるステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記対象スキャン領域内における各メサの物理的形状を判定するために、画像処理を用いるステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記対象スキャン領域内における異物を特定するために、前記二次電子画像を検査するステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記対象スキャン領域の各々に生存スコアを割り当てるステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項21】
複数のメサが形成されたウエハを検査するためのカソードルミネッセンス顕微鏡であって、電子源、前記電子源から放出される電子を集束しそれによって電子ビームを形成する磁気レンズ、および前記電子ビームをウエハ上で走査するスキャナを有する電子ビームカラムと、
前記電子ビームのスキャンに反応して前記サンプルから放出されるＣＬ光を集め、ＣＬ光ビームを形成する光対物レンズと、
前記ＣＬ光ビームから、空間的にも時間的にも本質的に合わされる複数の分割ビームを同時に生成するビームスプリットアレンジメントと、
少なくとも１つの前記ＣＬ光ビームの光路または少なくとも１つの前記分割ビームの光路と交差するように配置されたフィルタアレンジメントと、
それぞれ前記分割ビームの１つを検出するように配置された複数の点検出器と、を備える、カソードルミネッセンス顕微鏡。
【請求項22】
前記フィルタアレンジメントは、４００ｎｍ未満の放射を遮断するバックグラウンドフィルタを含む、請求項２１に記載の顕微鏡。
【請求項23】
複数の積分された放射を生成するために、前記点検出器の各々から受ける前記信号を積分するコントローラをさらに備える、請求項２１に記載の顕微鏡。
【請求項24】
前記フィルタアレンジメントは、複数のバンドパスフィルタ、少なくとも１つのダイクロイックミラーおよびバイアスＬＥＤウエハのうち、いずれか１つを備える、請求項２１に記載の顕微鏡。
【請求項25】
ストレージデバイスに記憶されていて、コンピュータによって実行されると当該コンピュータに以下のステップを実行させる、複数のメサを有するウエハを検査するためのコンピュータプログラムであって、前記メサの１つから放出される第１フィルタリング済カソードルミネッセンスビームに対応する第１電気信号、および前記メサから放出されて、前記第１フィルタリング済カソードルミネッセンスビームとは異なるフィルタリング波長を有する第２フィルタリング済カソードルミネッセンスビームに対応する第２電気信号を受けるステップと、
第１積分信号および第２積分信号を生成するために、前記第１および第２電気信号を積分するステップと、
前記メサの発光スペクトル曲線を再構築するために、前記第１および第２積分信号を用いるステップと、
前記メサの特性を判定するために、前記発光スペクトル曲線を分析するステップと、を備える、コンピュータプログラム。
【請求項26】
前記発光スペクトル曲線を分析するステップは、ピーク波長シフト、発光強度変化または半値全幅を決定するステップを含む、請求項２５に記載のコンピュータプログラム。
【請求項27】
前記発光スペクトル曲線に従って前記ウエハの各領域に生存スコアを割り当てるステップをさらに備える、請求項２６に記載のコンピュータプログラム。
【請求項28】
マイクロＬＥＤ製造用の半導体ウエハ内におけるメサの物理的および光学的特性を判定するためにカソードルミネッセンス顕微鏡を稼動する方法であって、前記ウエハの領域を電子ビームで第１分解能で走査するステップと、
スキャン中に前記領域から放出されるカソードルミネッセンス光を集め、前記カソードルミネッセンス光から光ビームを形成するステップと、
前記光ビームを複数の分割ビームに分割するステップと、
前記複数の分割ビームの少なくとも一部分をフィルタリングするステップと、
前記分割ビームを同時に検出し、それぞれ前記分割ビームの１つの強度にフィルタリング周波数で対応する複数の電気信号を生成するために、複数の点検出器を用いるステップと、
前記ウエハ内における疑わしい領域を特定するために、前記複数の信号を分析するステップと、を備える、方法。
【請求項29】
前記疑わしい領域の各々を前記電子ビームで前記第１分解能よりも高い第２分解能で走査するステップと、前記疑わしい領域からスキャン中に放出されるカソードルミネッセンス光を集め、前記カソードルミネッセンス光から第２光ビームを形成するステップと、
前記第２光ビームを複数の第２分割ビームに分割するステップと、
前記複数のフィルタを前記第２分割ビームの一部分の光路に挿入するステップと、
前記第２分割ビームを同時に検出し、それぞれ前記第２分割ビームの１つに対応する複数の第２電気信号を生成するために、前記複数の点検出器を用いるステップと、
前記疑わしい領域の各々に生存スコアを割り当てるために、前記複数の第２信号を分析するステップと、をさらに備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
前記疑わしい領域から放出される二次電子を検出するステップと、前記疑わしい領域内におけるメサの形状を判定するために、前記二次電子によって生成される画像を分析するステップと、をさらに備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記疑わしい領域から放出される二次電子を検出するステップと、前記疑わしい領域内に異物が存在するか否かを決定するステップと、をさらに備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項32】
前記第２光ビームを検出するために、分光器および検出器アレイのアセンブリを用いてフルスペクトルカソードルミネッセンス画像を生成するステップをさらに備える、請求項２９に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２１年１月１９日に出願された米国仮出願第６３／１３８，８６３からの優先権の利益を主張し、これらの開示は全体的に参照により本明細書に援用される。
本出願は、２０２１年１月１９日に出願された米国仮出願第６３／１３８，８６３からの優先権の利益を主張し、これらの開示は全体的に参照により本明細書に援用される。
【0002】
（技術分野）
本開示は、カソードルミネッセンス顕微鏡に関し、より具体的には、μＬＥＤの大量生産を効果的に検査するために、カソードルミネッセンス顕微鏡を用いてμＬＥＤをプロービングするための方法に関する。
本開示は、カソードルミネッセンス顕微鏡に関し、より具体的には、μＬＥＤの大量生産を効果的に検査するために、カソードルミネッセンス顕微鏡を用いてμＬＥＤをプロービングするための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
マイクロＬＥＤまたはμＬＥＤは、新しいフラットパネルディスプレイの技術であり、個々の赤／青／緑ピクセル要素を形成する微小なＬＥＤのアレイで構成される。標準的な４Ｋディスプレイは、３８４０×２１６０画像ピクセル、すなわち、８００万を超えるピクセルを有し、各々が赤／青／緑の３色のピクセルで成っていて、約２５００万個の個々のマイクロＬＥＤに相当する。人間の目は色の変化に非常に敏感であるため、これらのＬＥＤの各々の光放射は、強度および色で均一でなければならず、活性化電位に対する反応も均一でなければならない。したがって、生産中にこれらのＬＥＤをテストし、製造されたＬＥＤが適切に動作するのを確実にすることが重要である。
【0004】
本出願人は、例えば、ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０６３０９３で、新しい走査型カソードルミネッセンス顕微鏡を以前に開示しており、その開示は、参照により全体的に本明細書に援用される。この顕微鏡は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子ビームがサンプルを走査すると、電子がサンプルと相互作用し、サンプルの表面トポグラフィ、構造および組成についての情報を含む検出可能な種々の信号を生み出すという観察に基づいて稼動する。ＳＥＭによって生み出される信号の種類は、二次電子（ＳＥ）、後方散乱電子（ＢＳＥ）、特性または制動輻射（Ｂｒｅｍｓｔｒａｈｌｕｎｇ）Ｘ線、光、吸収／誘起電流（ＥＢＡＣ／ＥＢＩＣ）、透過電子（ＴＥＭ）を含む。電子衝撃の際に試片によって放出される光（約０．１から１０ｅＶまでの範囲にわたるエネルギーを有する光子として定義される）は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）と呼ばれる。電子顕微鏡の高集束電子ビームプローブを試片の表面上で走査し、カソードルミネッセンス信号強度を試片上の電子ビーム位置の関数として記録することにより、走査型電子顕微鏡でカソードルミネッセンス測定を実行することができる。カソードルミネッセンスマップ（本明細書では画像またはＣＬ画像とも呼ばれる）が生成され、これは、光顕微鏡によって得られる広視野光光学像よりも高解像度の分光学的な情報を提供する。本開示の目的のために、読者は上記引用された開示について精通していることが推定される。ＣＬ顕微鏡の他の開示については、読者は、米国特許第３，８４５，３０５号、米国公開公報第２０１３／０３３５８１７号および第２０１９／０１０３２４８号、ならびにフランス特許第２１７３４３６号を参照されたい。
【0005】
ＬＥＤは、半導体ウエハ上で製造され、ＬＥＤのサイズが小さくなるにつれて、ウエハ上におけるＬＥＤの数が増加する。本出願人は、フロントエンド生産中、すなわち、ＬＥＤが未だウエハ上にあるときにＬＥＤをテストする非接触の方法として、ＣＬ顕微鏡を用いることの可能性を調査した。本発明者は、ＬＥＤのサイズが縮小するにつれて、物理的な電気的接触が必要な従来の電気光学テストを１枚のウエハで行うのにかかる時間が著しく長くなることに着目した。例えば、１０００ミクロンのチップサイズを有するウエハを電気光学的にテストするには約１時間かかるのに対して、５０ミクロンチップサイズのウエハを検査するには２週間かかり、１０ミクロンチップサイズのウエハを検査するには約１年かかり、５ミクロンチップサイズのウエハを検査するには約４年かかる。したがって、本発明者は、マイクロＬＥＤ（すなわち、１００ミクロン以下のチップサイズ）を有するフルウエハの非接触テストを実現可能とするために、新しいハードウェアおよび新しいテスト手法を開発することを目指した。
【発明の概要】
【0006】
以下の本開示の概要は、本発明のいくつかの態様および特徴の基本的な理解を提供するために含まれる。この概要は、本発明の広範な概要ではなく、またそのようなものとして、本発明の鍵となるもしくはクリティカルな要素を特に特定すること、または本発明の範囲を画定することを意図したものではない。その唯一の目的は、下記提示されるより詳細な説明の前触れとして、本発明のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
【0007】
本開示の目的は、半導体ウエハ内におけるマイクロＬＥＤチップの特定および分類を可能とすることである。本明細書に開示されるハードウェアおよび方法は、マイクロＬＥＤのフロントエンド製造を開発および検査するために用いられてもよい。本明細書に開示される装置および方法を用いて、例えば、製造されたマイクロＬＥＤに影響を与えるプロセスステップにおける変化を判定すること、製造プロセスにおける逸脱を検出すること、製造プロセスの１以上のステップにおける不具合を検出すること、さらなる処理を行わずに廃棄されるべき救済不能なウエハを特定すること、均一性／性能に従ってＬＥＤチップを分類／ビニングすること、が可能である。
【0008】
開示される態様に従って、ＣＬ顕微鏡は、入射ＣＬビームをいくつかのビームに分割するためにビームスプリッタを備える。種々のフィルタが、分割ビームの光路に挿入され、別々の点検出器が、フィルタを通過する光を検出するように配置される。点検出器からの信号が、検査されるウエハ内に製造されたマイクロＬＥＤの特性を分析するために用いられる。点検出器の各々は、バイアスフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、増幅型フォトダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）であってもよい。
【0009】
開示される実施形態では、カソードルミネッセンス顕微鏡が、複数のマイクロＬＥＤが形成されたウエハを検査するために提供され、当該顕微鏡は、電子源、電子源から放出される電子を集束しそれによって電子ビームを形成する磁気レンズ、および電子ビームをウエハ上で走査するスキャナを有する電子ビームカラムと、電子ビームのスキャンに反応してサンプルから放出されるＣＬ光を集め、ＣＬ光ビームを形成する光対物レンズと、ＣＬ光ビームから、空間的にも時間的にも本質的に合わされる複数の分割ビームを同時に生成するビームスプリットアレンジメントと、少なくとも１つのＣＬ光ビームの光路または少なくとも１つの分割ビームの光路と交差するように配置されたフィルタアレンジメントと、それぞれ分割ビームの１つを検出するように配置された複数の点検出器と、を備える。一実施形態では、点検出器の１つがパンクロマティック画像を生成し、残りの検出器が、フィルタリングされた画像を生成するように、異なるフィルタが１つの分割ビーム以外の分割ビームの各々の光路に配置される。さらに、他の実施形態では、チップ間で発生するＧａＮバルク放射から、ＬＥＤに対応する放射を分離するために、他のフィルタリングされていないチャネルにフィルタを用いることができる。４００ｎｍ未満の放射を遮断するフィルタは、ＧａＮバルク放射を除去する他に、メサ放射のフルスペクトルを通過させるために有用である。さらなる実施形態では、フィルタリングのパートと同時にビーム分割を実行するために、１以上のダイクロイックビームスプリッタが用いられてもよいが、それでも少なくとも１つのパンクロマティック基準を、フィルタを用いずに、またはＧａＮバルク放射を遮断するために４００ｎｍフィルタを用いて、生成することができる。当該顕微鏡は、複数の積分された放射を生成するために、点検出器の各々から受ける信号を積分し、マイクロＬＥＤの構造的および光学的なパラメータを判定するために、積分された放射を分析するコントローラを備えてもよい。
【0010】
開示される態様に従って、ストレージデバイスに記憶されていて、コンピュータによって実行されると当該コンピュータにステップを実行させるコンピュータプログラムが提供され、当該ステップは、第１フィルタリング済カソードルミネッセンスビームに対応する第１電気信号、および第１フィルタリング済カソードルミネッセンスビームとは異なるフィルタリング波長を有する第２フィルタリング済カソードルミネッセンスビームに対応する第２電気信号を受けるステップと、第１積分信号および第２積分信号を生成するために、第１および第２電気信号を積分するステップと、発光スペクトル曲線を再構築するために、第１および第２積分信号を用いるステップと、マイクロＬＥＤの特性を判定するために、発光スペクトル曲線を分析するステップと、を備える。発光スペクトル曲線を分析するステップは、ピーク波長シフト、発光強度変化、ＦＷＨＭ（半値全幅）などを決定するステップ含んでもよい。プロセッサは、さらに、発光スペクトル曲線に従ってサンプルの各領域に生存スコアを割り当ててもよく、生存スコアは、領域内におけるＬＥＤが許容仕様内である可能性が高い高生存率領域、領域内におけるＬＥＤが許容仕様外である可能性が高く、さらなる調査に値しない低生存率領域、および領域におけるＬＥＤがさらなる詳細な調査に値するボーダーライン生存率領域を示す。
【0011】
さらなる態様に従って、半導体サンプル内におけるマイクロＬＥＤの物理的および光学的特性を判定するためにカソードルミネッセンス顕微鏡を稼動する方法が開示され、当該方法は、サンプルを電子ビームで第１分解能で走査するステップと、スキャン中に領域から放出されるカソードルミネッセンス光を集め、カソードルミネッセンス光から光ビームを形成するステップと、光ビームを複数の分割ビームに分割するステップと、複数の分割ビームの少なくとも一部分をフィルタリングするステップと、分割ビームを同時に検出し、それぞれ分割ビームの１つの強度に対応する複数の電気信号を生成するために、複数の点検出器を用いるステップと、サンプル内における疑わしい領域を特定するために、複数の信号を分析するステップと、疑わしい領域の各々を電子ビームで第１分解能よりも高い第２分解能で走査するステップと、疑わしい領域からスキャン中に放出されるカソードルミネッセンス光を集め、カソードルミネッセンス光から第２光ビームを形成するステップと、第２光ビームを複数の第２分割ビームに分割するステップと、複数のフィルタを第２分割ビームの一部分の光路に挿入するステップと、第２分割ビームを同時に検出し、それぞれ第２分割ビームの１つに対応する複数の第２電気信号を生成するために、複数の点検出器を用いるステップと、疑わしい領域の各々に生存スコアを割り当てるために、複数の第２信号を分析するステップと、を備える。当該方法は、疑わしい領域から放出される二次電子を検出するステップと、疑わしい領域内におけるＬＥＤの形状を判定するため、および／または疑わしい領域内に異物が存在するか否かを判定するために、二次電子によって生成される画像を分析するステップと、をさらに含んでもよい。当該方法は、第２光ビームを検出するために、分光器および検出器アレイのアセンブリを用いてフルスペクトルＣＬ画像を生成するステップをさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
添付図面は、明細書に取り入れられ、この明細書の一部を構成するものであり、本発明の実施形態を例示し、説明とともに、本発明の原理を解説し、示すのに役立つものである。図面は、例示的な実施形態の主な特徴を図式的に示すことを意図するものである。図面は、実際の実施形態のすべての特徴を描写することを意図するものでも、描写された要素の相対的な寸法を示すことを意図するものでもなく、縮尺通りに描かれていない。
【0013】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照した以下の非限定的な例示的実施形態の説明から明らかとなる。
【図10】一実施形態に従うマイクロＬＥＤウエハ検査方法のプロセスフローを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のいくつかの実施形態は、添付図面を参照して下記に詳細に説明される。異なる図面に現れる同様の機能的および構造的要素には、同じ参照番号が付与されることがある。
【0015】
次に、新しいカソードルミネッセンス走査型電子顕微鏡および稼動方法の実施形態が、図面を参照して説明される。異なる実施形態またはこれらの組み合わせは、異なるアプリケーションのために、または異なる利益を達成するために用いられてもよい。達成しようとする結果に応じて、本明細書に開示される異なる特徴は、部分的にまたは最大限に、単独でまたは他の特徴と組み合わせて、要件および制約と利点とのバランスを取りながら、利用されてもよい。したがって、特定の特徴、要素または利益は、異なる実施形態を参照して強調されるが、開示される実施形態に限定されない。すなわち、本明細書に開示される特徴、要素および利益は、これらが説明される実施形態に限定されないが、例え本明細書に明示的に説明されていなくとも、他の特徴と組み合わされて（“ｍｉｘｅｄ ａｎｄ ｍａｔｃｈｅｄ”）もよいし、他の実施形態に取り入れられてもよい。
【0016】
図１は、上記引用されたＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０６３０９３でより詳しく説明されるＣＬ顕微鏡の下部を断面図で示す。図１に示されるように、顕微鏡は、一般に、真空エンクロージャ１０内に収容された電子カラム４１と、大気環境下にあるイメージング部４２と、を含む。図１に示される統合型の顕微鏡は、電子ビーム画像、光ビーム画像、カソードルミネッセンス（ＣＬ）画像、およびＣＬ分光画像を生成することができる。画像化されたＣＬ放射を、サンプルの材料の構造および品質にナノスケールで相関付けることができる。ＣＬデータは、他のイメージングモードを用いて視認不可能な、材料応力、不純物、結晶構造および表面下の欠陥を明らかにすることができる。重要なことに、ＣＬイメージングは、サンプルを検査する非破壊的な方法である。
【0017】
電子カラムは、電子を放出する、熱電子または電界放出源などの電子源１を含む。放出される電子は、電磁気レンズ５’、電磁対物レンズ５およびアパーチャディスク（ストップと呼ばれることがある）６などの種々の粒子光学要素によって電子ビーム９にされる。ここで、アパーチャディスク６のいずれもが、電位の印加によって静電レンズとして機能してもよい。周知の方法で、コイル１１は、磁場を発生させるために提供される。磁場のほとんどは、アウトプットまたは出口アパーチャ１３のレベルに位置していてもよく、あるいは、代わりにレンズと試片との間の領域の外であってもよい。
【0018】
磁場の目的は、サンプル７の表面に集束可能な収束電子ビーム９を生成することである。この例では、電子エミッタ１によって生成される電子ビーム９は、図の上部から下方に伝播する。電子ビームスパンは、発散し、平行化され、または収束することができるように、レンズ５’などのコンデンサアレンジメントによって変更されてもよい。コンデンサは、電子エミッタの下に配置されていてもよい。電子ビームは、通常、数ミリメートル、例えば、２～３ｍｍの範囲の幅を有する。
【0019】
レンズ５は、光軸に沿って中空の内部を有し、それにより電子ビーム９が通過することができる。中空部（通路またはギャップ）は、サンプル７から放出されまたは反射される光も特段の障害なしに通過できる程度に幅広である。良好な電子光学的性能を保つために電磁対物レンズ５の出口アパーチャ１３をできる限り小さくすることが好ましいことから、作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）が小さく留まるようにシステムを構築することが好ましい。
【0020】
図で見られるように、サンプル７の表面を画像化するために電磁対物レンズ５内に反射対物レンズが提供される。この例では、シュバルツシルト（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）反射対物レンズが用いられる。シュバルツシルト（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）対物レンズは、光軸ｚ（電子ビームの経路と本質的に一致する）周りに回転対称であり、無収差および無限遠補正である、２枚ミラーの反射対物レンズである。電磁対物レンズ５および反射対物レンズは、同一の焦点面を有してもよい。電磁対物レンズ５内における反射対物レンズは、この例では球状および凹状であり、主要ミラーとも呼ばれる第１ミラーＭ１と、この例では球状および凸状であり、二次ミラーとも呼ばれる第２ミラーＭ２と、を備える。第１ミラーＭ１の直径は、第２ミラーＭ２の直径よりも大きい。第１ミラーＭ１は、第２ミラーＭ２の上に配置され、電子ビーム９がサンプル７の表面に当たった結果としてサンプルから入射する光を反射するように、かつ、サンプルと第１ミラーＭ１との間に配置された第２ミラーＭ２に光を向けるように、配置される。第２ミラーＭ２は、電磁対物レンズの光軸に沿って（すなわち、上方に）光を向け直すように配置され、この例では平面状である第３ミラーＭ３は、光ビームをアウトプットに向け直すように配置される。この例では、第３ミラーＭ３は、電子ビーム９の軸に対して４５°の角度を有し、光を真空エンクロージャ１０の外に向け直すために用いられる。３つのミラーＭ１、Ｍ２およびＭ３はすべて、電子ビームが遮られないように、電子ビームの経路に沿ってアパーチャまたは開口を有する。
【0021】
光イメージング部４２では、ミラーＭ３によって反射された光がレンズ２２によってイメージングモノクロメータ４３上に集束される。この例では、例えばＣＣＤカメラ４５である検出器アレイと、ＩｎＧａＡｓまたはＰＭＴ検出器などの点検出器４６と、の２つのイメージャが提供される。ミラー２４がハーフミラーである場合、両方のイメージャを同時に稼動してもよい。反対に、ミラー２４はフリップミラーであってもよく、一度に１つのイメージャを稼動することが可能となる。このアレンジメントでは、特定の波長の光強度を検出するために検出器４６を用いることができ、いくつかの波長で同時に光強度を検出するためにＣＣＤカメラを用いることができる。
【0022】
ＣＬ顕微鏡は、欠陥を検出するために半導体を検査するのに用いられてきたものである。この開示では、ＣＬ顕微鏡は、マイクロＬＥＤの検査、具体的には、複数のマイクロＬＥＤを有するウエハを、別々のダイまたはチップにカットされる前に検査するために適合される。本明細書に記載の装置およびプロセスは、マイクロＬＥＤの生産プロセスの開発中でもマイクロＬＥＤの実際の大量生産中でも用いられてもよい。いずれのケースでも、例えばフロントエンドのポストメサエッチングの初期段階、またはフロントエンドのプレシンギュレーションの終わりに、構造化されたウエハの検査を実行することが有益である。半導体の製造とは異なりＬＥＤの製造では通常１つチップが単一のＬＥＤであるが、以下、構造化されたウエハ上のメサを意味の区別なくチップと呼ぶことがある。反対に、マイクロＬＥＤの製造では、単一のチップ上の各マイクロＬＥＤをシンギュレートすると、取り扱いが難しくなり、コストが嵩む。したがって、ウエハが複数色のマイクロＬＥＤで製造された場合、各シンギュレートされたチップは、ＲＧＢレンダリングのための３つのマイクロＬＥＤを含む傾向にある。したがって、ウエハが個々のチップにシンギュレートされるとき、個々のチップは、そこに形成された単一のまたはいくつかのマイクロＬＥＤを有してもよいが、各マイクロＬＥＤは、単一のメサ上に形成される。したがって、ウエハ上の領域という点では、メサとＬＥＤという用語は言い換え可能であるが、チップという用語は１つまたはいくつかのメサを含む領域を指すことがある。
【0023】
上述のように、マイクロＬＥＤウエハを検査しようとするときに対処する必要がある第１の問題は、各ウエハ上のマイクロＬＥＤの数が非常に多いことであり、許容できなくなるほど検査時間を大幅に長引かせる。したがって、この問題を克服するために新しいアプローチが開発された。この新しいアプローチは、ＬＥＤ製造のプロセス開発および生産成熟度の、異なるステージにおけるテストを可能とするために、必要に応じて利用、再配置、または変更をすることが可能ないくつかのサブプロセスを含むという点で、ある程度モジュール化されている。
【0024】
図１に関して説明したように、ＣＬ顕微鏡は、サンプルについての詳細な情報を得るために用いることが可能な、サンプルから放出される光のヒストグラムを生成することができる。反対に、フォトダイオードまたはＰＭＴなどの点検出器は、それが受けるあらゆる光の強度信号を生成し、そのため、ＣＣＤよりも少ない情報を伝達する。しかし、単一点検出器の利点は、ＣＣＤよりもはるかに高速であることである。したがって、ＣＬ顕微鏡は、点検出器の速度における高速スキャンを可能とするように変更されているが、単一点検出器によって提供される情報よりも有意義な情報を提供する。
【0025】
図２Ａ～図２Ｃは、図１のＣＬ顕微鏡の点検出器部が強化されている、変更を加えたＣＬ顕微鏡の実施形態を示す。すなわち、図１のＣＣＤ、ＳＥおよび他の検出およびイメージング要素は、図２Ａ～図２Ｃの実施形態から除去されていないが、以下の説明は単一点検出器部のみに関するものであるため、図示されていない。図２Ａでは、メインＣＬビームＭＢは、ビームスプリッタアレンジメント、例えばビームスプリッタ５１、によって複数の分割ビームＳＢに分割され、例えば３つの分割ビームが示されているが、任意の数の複数の分割ビームを用いてもよく、ほとんどの場合、少なくとも３つの分割ビームである。対応する数の点検出器４６ａ～４６ｆは、各々が分割ビームの１つを受けるように配置される。点検出器４６ａ～４６ｆの各々は、バイアスフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、増幅型フォトダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）であってもよい。さらに、フィルタアレンジメント、例えばフィルタ４９ａおよび４９ｂが、分割ビームの少なくとも１つまたは一部分の光路に挿入される。点検出器の１つ（ここでは４６ａ）がフルスペクトルを捕捉する場合、すなわち、フィルタの数が分割ビームの数から１を差し引いた数に等しい場合、有益な結果を得ることができる。任意に、バックグラウンドフィルタＢＦがメインビームの光路に、またはフルスペクトルを捕捉する点検出器（ここでは４６ａ）の上流に挿入されてもよい。バックグラウンドフィルタは、メサ周辺のウエハ領域から生成される放射を除去するように設計され、例えば、４００ｎｍ未満の波長を遮断する光学フィルタである。
【0026】
図２Ｂでは、ビームスプリッタアレンジメントは、メインビームＭＢを、一方がフルスペクトル検出のために検出器４６ａに向けられ他方がダイクロイックミラー４９ｄに向けられる２つの分割ビームに分割するビームスプリッタ５１で構成される。ダイクロイックミラー４９ｄは、反射された光および透過された光が２つの異なる波長となるように、異なる反射および透過特性を有する。この点で、ダイクロイックミラー４９ｄは、ビームスプリッタとフィルタとを組み合わせたものとして機能する。検出器４６ｅに向けて反射された分割ビームは、検出器４６ｄへ透過された分割ビームとは異なる波長および／または帯域幅を有する。図２Ｃでは、１以上のフィルタを、表側と裏側との間に逆バイアス電圧が印加されるＬＥＤエピウエハの薄片と交換することができる。この構成におけるバイアスＬＥＤエピウエハは、複雑な透過プロファイルを有するカスタム吸収光学フィルタとして、および光検出器として、同時に機能する。
【0027】
図２Ａ～図２Ｃにおける吹き出しの各々は、点検出器４６ａ～４６ｆの各々によって受けられるＣＬスペクトルを示す。曲線は、フィルタの上流の分割ビームの実際のＣＬスペクトルを示し、矩形は、フィルタを通過するスペクトル、すなわち、フィルタの透過範囲を示す。破線の吹き出しに示されるように、点検出器４６ａの分割ビームにはフィルタが適用されない、またはバックグラウンドフィルタのみが適用されることから、点検出器４６ａは、全スペクトルまたは４００ｎｍを超えるスペクトルを受け、それにより、点検出器４６ａによって出力される信号は、メサに対応するＣＬビームのフルスペクトル（パンクロマティック）の積分強度に対応する。これは、図１のフィルタリングされていない点検出器４６のパンクロマティック（すなわち、検出器が感受する全スペクトルをカバーする）信号と同様である。反対に、点線の吹き出しによって示されるように、フィルタ４９ｃは、狭い帯域幅を有するハイパスフィルタであり、それにより、点検出器４６ｃによって出力される信号は、ＣＬビームの高エネルギースペクトル、狭帯域の積分強度に対応する。また、一点鎖線の吹き出しに示されるように、フィルタ４９ｂは、広帯域幅のローパスフィルタであり、そのため、点検出器４６ｂによって出力される信号は、ＣＬビームの低エネルギースペクトル、広帯域の積分強度に対応する。同様に、図２Ｂでは、ダイクロイックミラー４９ｄは、低周波数帯で光を反射する一方で、高周波数帯で光を透過する。
【0028】
したがって、図２Ａ～図２Ｃのシステムは、１つのパンクロマティック画像と、異なるエネルギー中心およびエネルギー帯域の複数のフィルタリングされた画像と、を生成する。とりわけ、これらは例にすぎず、任意の数、種類および組み合わせのビームスプリッタ、ミラーおよびフィルタが用いられてもよい。しかし、有益な結果のためには、結果として得られる点検出器の信号出力が異なるものとなるように、結果として得られる分割ビームは、互いに異なるべきである。ミラーおよびフィルタは、エッジパス、バンドパス、またはさらに複雑な透過特性を有するフィルタを含んでもよい。図２Ｂに示されるように、信号のフィルタリングされた部分と透過された部分との両方を検出器４６ｄおよび４６ｅで検出することができるように、ダイクロイックミラーと呼ばれる特殊なクラスのフィルタ４９ｄが用いられる。これにより、設計が簡略化され、全体の光子収集効率が最適化される。図２Ｃでは、透過された光を検出器４６ｆで検出することと、フィルタによって吸収された光を光電流として逆バイアスＬＥＤエピウエハで記録することとの両方が可能となるように、特殊なカスタム光学フィルタ４９ｆが逆バイアスＬＥＤエピウエハの形で実装される。この点で、逆バイアスＬＥＤエピウエハは、ビームスプリッタ（光の一部を通過させ、光の他の部分を吸収するため）、フィルタ（吸収する光とは異なるエネルギー帯域における光を通過させるため）、および検出器（吸収された光に相関する電流を出力するため）として機能する。
【0029】
したがって、複数のマイクロＬＥＤが形成されたウエハを検査するためのカソードルミネッセンス顕微鏡が提供され、当該顕微鏡は、電子源、電子源から放出される電子を集束しそれによって電子ビームを形成する磁気レンズ、および電子ビームをサンプル上で走査するスキャナを有する電子ビームカラムと、電子ビームのスキャンに反応してサンプルから放出されるＣＬ光を集め、ＣＬ光ビームを形成する光対物レンズと、ＣＬ光ビームから、空間的にも時間的にも本質的に合わされる複数の分割ビームを同時に生成するビームスプリットアレンジメントと、分割ビームの少なくとも１つをフィルタリングするように配置されたフィルタアレンジメントと、それぞれ分割ビームの１つを検出するように配置された複数の点検出器と、複数の点検出器から出力信号を受け、それからパンクロマティック画像および複数のフィルタリングされた画像を生成するコントローラと、を備える。コントローラは、さらに、複数の積分された放射を生成するために、点検出器の各々から受ける信号を積分するように稼動してもよく、マイクロＬＥＤの特性を判定するために、積分された放射を分析するように稼動してもよい。コントローラは、さらに、複数の点検出器の２つから受ける信号の比をそれぞれ備える複数の比を生成するように稼動してもよい。
【0030】
図３は、一実施形態に従う、マイクロＬＥＤウエハを検査するためにＣＬ顕微鏡を利用したプロセスのフローチャート示す。本明細書に開示されるプロセスは、特定のテスト環境（プロセス開発または生産）および製造プロセスの成熟度に応じてワークフローに含まれても省略されてもよい３つのモジュールに分割されてもよい。例えば、モジュール１のみが、成熟した生産プロセス下におけるウエハを検査するときの検査方法として必要となる場合がある一方で、３つのモジュールすべてがマイクロＬＥＤ技術開発中に実施されてもよい。
【0031】
実施されるワークフローにかかわらず、ワークフローが検査を含む場合、モジュール１の高速スキャン３００から開始する（そうでない場合、ウエハのサンプリングのみが必要な場合は、第２または第３モジュールにスキップすることができる）。高速スキャンは、グローバル領域で実行され、これは、ウエハ全体、またはウエハ全体の適切な表現を形成するようにウエハのかなりの部分を併せて包含するいくつかの大きな領域を意味する。高速スキャンは、ターゲットとなるメサのサイズに応じて、例えば２５０μｍから２５０ｎｍの空間分解能を有する低分解能スキャンである。例えば、点検出器のサンプリングレートによって、分解能を調整することができる。一実施形態では、空間分解能は、少なくとも１つデータ点がグローバル領域における個々のメサ（ＬＥＤ）から集められるように設定され、有益には、複数のデータ点が各メサから得られるように設定される。例えば、メサあたり２×２、３×３、４×４、５×５、６×６または最大１０×１０ピクセルを得るように、スキャン分解能を設定することができる。例えば、１０ミクロンのメササイズを有するウエハについては、分解能をメサあたり４×４ピクセルに設定すると、２．５ミクロンの空間分解能となり、１ミクロンのメサを有するウエハについては、メサあたり４×４ピクセルにすると、２５０ｎｍの空間分解能となる。
【0032】
高速スキャン中、点検出器の各々は、定められたエネルギー帯域（フィルタが用いられないときはすべてのエネルギー）におけるＣＬ放射に対応する信号を出力する。一実施形態では、点検出器から得られるデータは、定められた期待値３１０から光学的特性が逸する疑わしい領域を特定するために、３０５で分析される。一実施形態では、各空間的スキャン位置についての点検出器データは、その位置におけるスペクトル発光を大まかに再構築するために用いられる。例えば、フィルタリングされていない分割ビームからの信号を、総発光強度を判定するために用いることができ、微分解析（例えば、点検出器の信号の比を得る）を用いることにより、波長あたりの発光強度を推定し、放射ＦＷＨＭ、放射の非対称性、すなわち、高エネルギー半値最大値に対する低エネルギー半値最大値の比（これは、最終的に、ＬＥＤの演色性に影響を与える）に関連するパラメータを判定することが可能である。
【0033】
微分解析の例として、１つがパンクロマティックで４つがフィルタ付きである５つの点検出器が用いられる場合、５つの強度信号は、パンクロマティック信号、Ｉｐ、ローパス狭帯域信号、ＩＬＮＢ、ローパス広帯域信号、ＩＬＷＢ、ハイパス狭帯域信号、ＩＨＮＢ、ハイパス広帯域信号、ＩＨＷＢであり得る。また、信号を、ＩＬＮＢ／Ｉｐ、ＩＬＷＢ／Ｉｐ、ＩＨＮＢ／Ｉｐ、ＩＨＷＢ／Ｉｐ、ＩＬＮＢ／ＩＬＷＢ、ＩＬＮＢ／ＩＨＮＢ、ＩＬＮＢ／ＩＨＷＢ、ＩＬＷＢ／ＩＨＮＢ、ＩＬＷＢ／ＩＨＷＢ、などに形成することが可能である。これらの検出器信号および比は、予想される比に対して比較されてもよく、総ウエハ母集団を構築するために用いられてもよく、これらの検出器信号および比を、総ウエハ母集団の分布に対して各メサ／ＬＥＤ比を比較するために用いることなどができる。また、上述のように、各メサ／ＬＥＤのエネルギー分布曲線を推定するために、検出器信号および比を用いることができる。推定された分布を、予想される分布またはウエハの総母集団の分布に対して比較することができる。このような分析の結果を、製造ラインを検査するためにおよび／またはウエハ／ＬＥＤをビニングするために用いることができる。
【0034】
数値的な例を提供するために、システムが２つのチャネルを記録することを想定する。Ｃｈ１は、すべての波長（パンクロマティック）を積分する一方で、Ｃｈ２は、４７０～６００ｎｍの波長を積分する。ＬＥＤターゲット波長が４７０ｎｍである場合、Ｃｈ２／Ｃｈ１について予想される比は、次のようになる。したがって、測定された比が０．６であることは、スペクトルが赤方偏移、すなわち、ピーク波長が所望の４７０ｎｍよりも高いこと、あるいは、放射線幅の比（長波長対短波長）が大きく変化したことを意味する。追加のチャネル、例えば、所望の４７０ｎｍ未満、例えば４５０～４６０ｎｍの狭帯域を積分するＣｈ３と、所望の４７０ｎｍを超える、例えば４８０～４９０ｎｍの狭帯域を積分するＣｈ．４と、を記録することにより、Ｃｈ２／Ｃｈ１の比における変化がピークシフトによるものであるか、発光スペクトルの線幅／対称性における変化によるものであるか、を判定することができる。
【0035】
３０５における分析を、極値、すなわち、予想される分布に適合しない領域／メサを特定するために用いることができる。予想される分布がわかっている場合、例えば、スキャンが、成熟した生産プロセス下におけるウエハ上で実行される場合、分布を、基準分布、例えば“すばらしい（ｇｏｌｄｅｎ）ウエハ”に対して単純に比較することができる。反対に、基準がない場合、またはウエハ分布内で判定したい場合、総母集団（走査されたウエハの、または複数の以前走査されたウエハの総母集団）の分布を基準として用いることができ、基準に対して各領域の分布を比較することができる。任意の良好な領域内における強度分布は、総母集団分布と同等であることが予想される。
【0036】
図４は、ウエハ内におけるＬＥＤの総母集団の強度分布プロットを示す。別々にプロットされたもの（楕円の中）は、ウエハ内における２つの領域の強度分布である。見られるように、プロットの１つは、右に少しシフトしているが、総母集団分布プロットにいくらか似ている。この領域を、許容範囲内とみなすことができる。反対に、第２のプロットは、左に大幅にシフトしており、その分布は、総母集団分布に似ておらず、したがって、許容範囲外とみなしてもよい。
【0037】
３０５で行われる分析によって、仕様の範囲外となる空間的領域を特定することが可能である。さらに、個々のメサ／ＬＥＤについてデータが集められるように分解能が設定されている場合、領域は、特定のＬＥＤに対応してもよい。この点、本明細書で用いられる領域という用語は、単一のメサ／ＬＥＤまたは特定のメサ／ＬＥＤおよびいくつかの隣接するメサ／ＬＥＤを包含してもよい。例えば、予め定められたパーセンタイル（例えば、下位０．１％、上位０．１％および中央値１％）に基づいて母集団分布の極値から部分母集団を判定することが可能であり、フィルタリングは、所与のチャネル（点検出器）の強度、２つのチャネルの比などの性能特性に基づいて行われる。
【0038】
ステップ３１０が完了すると、３１５で、モジュール２のプロセスに進むか否かを判定することができる。例えば、成熟した製造ラインを検査するためにモジュール１の検査が実行される場合、必要なことは、プロセスにおける逸脱が発生したか否かを特定すること、またはプロセスが安定していて製造を進めることができるということを検証することだけである場合があるため、モジュール２または３に進む必要がない場合がある。さらに、このような条件下では、モジュール１のプロセスは、生産中にＬＥＤをビニングするために用いられてもよい。すなわち、ＬＥＤの発光スペクトルは、ＬＥＤが動作中に放出する光の色に対応する。したがって、例えば、検査されたＬＥＤを、ピーク強度のエネルギーに従って、ＦＷＨＭにおける幅に従って、強度分布の非対称性に従って、などしてビニングすることができる。
【0039】
ステップ３１５で、モジュール２に進む決定がなされた場合、例えば、プロセス開発中または生産プロセスの成熟の前である場合、極値と特定された選択領域上のみで、高分解能レビュースキャンが実行される。“すばらしい（ｇｏｌｄｅｎ）”基準がない場合、レビュースキャンは、ステップ３１０で特定されたワースト、ベストおよび中央値パフォーマンス領域から選択された局所領域上で実行されてもよい。ゴールデン基準がある場合、レビュースキャンは、不具合の原因をさらに調査するために、ワーストパフォーマンス局所領域についてのみ実行されてもよい。
【0040】
レビュースキャン３２０では、各スキャン領域、例えば各選択メサ、からさらなる情報を集めることができるように、点検出器は、高速スキャン中よりも高いサンプリングレートで稼動される。例えば、レビュースキャンは、メサあたり１６×１６を超え、最大６４×６４ピクセルを生成するように設定されていてもよい。さらに、レビュースキャン中に、ＣＣＤを用いるフルスペクトル、ＳＥイメージングなどの他のデータが集められる。レビュースキャン中に集められたデータは、３２５で分析される。例えば、発光の強度および均質性、貫通転位密度について、高分解能ＣＬ画像を評価することができる（例えば、米国特許出願第１７／５３７，４２２号を参照）。また、局所スキャン領域が特定のメサおよびその直近のメサを含む場合、直近のメサのスペクトルに対して特定のメサのスペクトルを比較することができる。メサの形状（例えば、基準の“すばらしい（ｇｏｌｄｅｎ）”形状に対する比較によって、またはメサの外縁のライントレースによって）、エッチング堆積物などの粒子の存在、および均一性などの、マスク転写エラーの存在について、ＳＥ画像を評価することができる。また、形状均一性ファクタ（ＳＵＦ）を割り当てるために、エッジトレースおよび特徴認識などの、画像処理およびマシンビジョン技術を用いることができる。波長あたりの高空間分解能ピーク発光、ＦＷＨＭ、全強度などについて、例えばＣＣＤからのフルスペクトルデータが評価されてもよい。
【0041】
上述のように、ウエハ均一性内などの種々の考慮事項について、レビュースキャンおよび分析は、高速スキャンの結果に基づく、母集団のベスト、中央値およびワーストパフォーマーをランダムにサンプリングすることに基づくことができる。母集団のベスト、中央値およびワーストパフォーマーをランダムにサンプリングし、サンプリングされたメサ／ＬＥＤにおける分散を評価することにより、プロセス制御限界に関して、各領域の性能を評価することができる。
【0042】
３２５で実行される分析は、種々の領域に生存スコアを割り当てるために、ステップ３３０で用いられてもよい。一実施形態では、生存スコアは、１０から１００の範囲にわたり、例えば、領域レベル、ウエハレベル、カセットレベル、などの所与のプロセスウィンドウに関する母集団分布に依存する。図５は、ウエハレベルのプロセスウィンドウに関して計算された領域生存スコアを示す。領域生存スコアを計算することは、ウエハ上の高および低パフォーマンス領域をできるだけ早期に特定するのに役立つ。一実施形態では、生存領域は、３つのレベルに分割される。高生存率領域（ＨＶＲ）は、低パフォーマンスメサ／ＬＥＤでさえもが仕様内である可能性が高い領域である。ウエハ上でさらなる計測が実行される場合、これらの領域をスキップすることができ、それによって計測時間を削減することができる。低生存率領域（ＬＶＲ）は、ベストパフォーマンスメサ／ＬＥＤさえもが仕様外である可能性が高い領域である。この場合であっても、これらの領域を調査するためのさらなる計測を拡げる必要はない。最も関心のある領域は、ボーダーライン生存率領域（ＢＶＲ）である。これらの領域は、仕様内であるメサ／ＬＥＤと、仕様外であるメサ／ＬＥＤと、を有する可能性が高い。したがって、計測の労力は、それらの領域上のみに集中されるべきである。
【0043】
ステップ３３０は、特定の状況下で非常に有益であり得る。例えば、低生存率領域の早期特定は、重要なプロセスステップにおけるフィードバック時間を削減することによりＷＩＰの削減をサポートする。また、これは、後の計測段階で費やされる時間を最適化し、プロービングの時間予算をさらに効果的に割り振ることにより、総プロービングコストを低減する。これは、また、どのプロセス変更が他のプロセスよりも生存率に影響を与えるかを早期に理解するのに役立つことから、市場投入までの時間の短縮をサポートすることができる。
【0044】
図５に示された領域生存スコアマップに加えて、プロセス開発および検査ならびにビニングで支援するために、他のマップを生成することができる。例えば、レビュースキャンが個々のメサの高分解能画像を生成することから、均一性について各メサの形状を分析することができる。図６は、フォトリソグラフィ段階またはエッチング段階における問題を示し得る形状均一性スコアマップを示す。
【0045】
同様に、図７は、ウエハの種々のパラメータについて実施され得る逸脱スコアマッピングを示す。スコアは、結果が、定められたプロセスウィンドウからどれだけ逸するかに相関する。すなわち、各領域におけるスコアは、仕様からの逸脱度を示す。これを、例えば、ピーク強度における波長（ＬＥＤ色に相関する）、ＦＷＨＭにおける幅（色のシャープネス／広がりに相関する）などについて実行することができる。
【0046】
ステップ３３５で、ウエハ内における特定のメサ／ＬＥＤの詳細な調査を伴うオプション的なモジュール３に進むか否かの決定がなされてもよい。ステップ３４０で、超高分解能レビューが実行される。デバイスの光電子特性とのプロセス相互作用をより深く理解するために、特定のフロントエンドプロセスステップ、例えばメサエッチングプロセス、の直前および直後に測定を実行することができるため、超高分解能レビューモジュール３は、プロセス開発段階と、鍵となる変更点（ｒｅｄａｃｔｏｒｓ）の特定とにとって特に興味深いものである。エピプロセスステップの相互作用の理解を深めることは、最終的には、より良好な重要業績評価指標（ＫＰＩ）の定義および新しいＫＰＩの発見を通して、より良好なプロセス制御に導く。
【0047】
超高分解能スキャン３４０で、分解能は、メサあたり６４×６４ピクセル以上に設定される。空間分解能に関して、超高分解能は、１００ｎｍまたはそれよりも良好、例えば２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定される。このスキャンでは、高分解能パンクロマティック／フィルタリングされたデータセットが集められるか、あるいは、例えばＣＣＤを用いて、メサ毎にハイパースペクトルデータが集められる。このステップにおけるハイパースペクトルデータの取得は、本明細書に特定される分解能を用いることにより空間的に分解することが可能であるが、空間的に分解される必要はない。空間的に分解されない場合、視野が定められ（例えば、１６×１６ピクセル）、発光がＣＣＤによって集められる間、領域が電子ビームで走査される。ＣＣＤバッファは、プリセットされた積分時間の後でのみ読み取られる。このモードを、時間積分スキャンモードと呼ぶことができる。
【0048】
第１のタイプの収集を、例えば、貫通転位密度、発光波長均質性、強度均質性、メサエッジ形状、メサ均一性などをメサ毎に特定するために分析することができる。上記の点のすべてだけではなく、ピーク発光エネルギーまたはＦＷＨＭおよび図９に示されるような他の関連パラメータなどの他の指標をも判定するために、ハイパースペクトルマップを分析することができる。図８は、超高分解能スキャンから得られる、単一のメサについてのハイパースペクトル強度マップを示す。図９は、図８と同じデータのハイパースペクトルマップであるが、超高分解能スキャンから得られる、各メサについての平均エネルギーを差し引いたピーク発光エネルギーのマップを示す。図９のプロットでは、データから平均ピーク発光エネルギーを差し引くことにより、エネルギーシフトとして表されている。正のエネルギーシフトのピクセル（マップ内）は、発光がもっと（平均と比較して）青波長範囲の方にシフトしていることを意味し、負のエネルギーシフトのピクセルは、赤波長範囲の方へのシフトを表す。
【0049】
本明細書に開示される実施形態によれば、プロセス開発中およびデバイス製造中に適切な情報を提供するために、ＣＬ顕微鏡を用いてマイクロＬＥＤを検査する様々な方法を調整することができる。図３のフローチャートとともに開示される種々のモジュールを、図２に示される例に従ってＣＬ顕微鏡を利用して、必要に応じて実施することができる。図１０に、複数の点検出器が、異なるフィルタを通過する分割ビームを受けていて、ウエハまたはその大きなグローバル領域の高速マルチチャネルスキャンがモジュール１で実行される、一般的なフローが示される。種々のフィルタリングリングされた帯域（例えば、赤、緑および青フィルタ）の信号が積分され、チャネルの異なる比が生成される。その結果を、予想結果、またはウエハの総母集団から得られる平均結果に対して比較することができる。
【0050】
予想結果からかなりの逸脱を有する局所領域は、モジュール２における高分解能スキャンのために選択される。スキャンは、特定のメサおよびそれに最も近い隣のメサ上で実行される。スキャン中に、種々のイメージング、例えば、ＳＥイメージング、ＣＬハイパースペクトルイメージング、ＣＬフィルタリング／単一スペクトルイメージングなどを実行することができる。このイメージング情報を、例えば、強度、ピーク発光エネルギーまたはＦＷＨＭ、メサの形状、メサ間の空間などを得るために分析することができる。モジュール３では、特定のメサが超高分解能レビューのために選択される。超高分解能スキャンは、特定のメサの特性を調査するために、特定に選択されたメサの、ＳＥ画像、ＣＬ画像、ＣＬピークシフト、ＣＬピークＦＷＨＭなどの高空間分解能画像を生成する。
【0051】
一実施形態では、ＣＬ顕微鏡を利用したマイクロＬＥＤの検査方法が提供され、当該検査方法は、複数の点検出器、すなわち、ＰＭＴまたはバイアスフォトダイオードなどの単一チャネル検出器を用いてウエハのグローバル領域の第１スキャンを第１分解能で実行するステップであって、互いに異なる複数の光学フィルタが複数の点検出器の少なくとも一部分の光路に挿入されるステップを備える。光学フィルタは、エッジパス、バンドパス、またはさらに複雑な透過特性を有するフィルタを含んでもよい。いくつかのバンドパスフィルタが用いられる場合、中心周波数または帯域幅が、すべてのフィルタで異なる。走査されるグローバル領域を、ウエハ全体、または統計学的に意味があるようにウエハ全体を表すサイズを有するウエハサブ領域とすることができる。次に、当該方法は、記録された単一チャネルの比を決定し、その比を基準スペクトルからの予想値に対して比較することにより、測定されたグローバル領域の母集団分布を分析する。基準スペクトルは、走査されたグローバル領域内における全母集団について集められるデータを用いて構築されてもよい。その後、当該方法は、所与のチャネルの強度、２つのチャネルの比などの性能特性に基づいて、予め定められたパーセンタイル（例えば、ワースト０．１％、ベスト０．１％および中央値１％）に基づいて母集団分布の極値から部分母集団を判定する。
【0052】
部分母集団が特定されると、当該方法は、部分母集団が第１分解能よりも高い第２分解能で走査されるレビュースキャンに進んでもよい。局所領域のスキャン中に、当該方法は、高分解能パンクロマティック画像、高分解能ＳＥ画像、ハイパースペクトルマップおよび／または面積平均ハイパースペクトル取得マップを得る。部分母集団のサンプリングレートを、必要とされるスループット基準によって判定することができ、各局所領域は、特定のメサおよびその直近のメサを含んでもよい。レビューされたメサのハイパースペクトル特性は、予め定められたプロセス制御限界、または基準を得るためにサンプリングされた母集団のすべての結果を平均することから判定される予想結果に対して、比較される。そして、部分母集団の各々について、予め定められたプロセスウィンドウ内となる再構築母集団の割合を推定するために、関連する性能基準が評価される。プロセス基準は、総発光強度、エネルギーあたりの発光波長、放射ＦＷＨＭ、発光スペクトルの非対称性（例えば、演色性に影響を与える、高エネルギー半値最大値に対する低エネルギー半値最大値の比）、形状均一性ファクタ（基準形状に対するメサの形状に対応する）、貫通転位密度などのいずれの組み合わせを含んでもよい。これらの性能基準の各々についてのスコアは、領域生存スコアを生成するために、任意に重みづけを用いて組み合わされる。重みづけは、個々の指標に対するプロセス感度に従って判定されてもよい。
【0053】
一実施形態では、ＣＬ顕微鏡を利用したマイクロＬＥＤの検査方法が提供され、当該検査方法は、複数の点検出器、すなわち、ＰＭＴまたはバイアスフォトダイオードなどの単一チャネル検出器を用いてウエハのグローバル領域の第１スキャンを実行するステップであって、フィルタアレンジメントが、複数の点検出器の少なくとも一部分に向けられる光の帯域幅を制限するステップを備える。フィルタアレンジメントは、エッジパス、バンドパス、ダイクロイックミラー、バイアスウエハ、またはさらに複雑な透過特性を有するフィルタを含んでもよい。走査されるグローバル領域を、ウエハ全体、または統計学的に意味があるようにウエハ全体を表すウエハサブ領域とすることができる。次に、当該方法は、記録された単一チャネルの比を決定し、その比を基準スペクトルからの予想値に対して比較することにより、測定されたグローバル領域の母集団分布を分析する。基準スペクトルは、走査されたグローバル領域内における全母集団について集められるデータを用いて構築されてもよい。
【0054】
この実施形態では、レビュースキャンが実行されない。代わりに、プロセスは、予め定められたプロセス制御限界に対して、メサの測定された母集団分布を比較することに進む。そして、当該プロセスは、プロセス制御限界内となる母集団分布の割合を計算することにより、すべての関連する性能基準についてパラメータ性能指標を判定する。プロセス基準は、総発光強度、エネルギーあたりの発光波長、放射ＦＷＨＭ（複数の単一チャネル強度比を組み合わせることにより推定される）、発光スペクトルの非対称性（例えば、演色性に影響を与える、高エネルギー半値最大値に対する低エネルギー半値最大値の比）のいずれの組み合わせを含んでもよい。これらの性能基準の各々についてのスコアは、領域有効スコアを生成するために、任意に重みづけを用いて組み合わされる。図３のフローに関して、これは、ステップ３３０がステップ３１０の後に実行されることを意味する。重みづけは、個々の指標に対するプロセス感度に従って判定されてもよい。
【0055】
この開示によれば、マイクロＬＥＤを製造するための方法が提供され、当該方法は、各メサの長さが１００ミクロン以下である複数のメサをウエハ上に形成し、ウエハをＣＬ顕微鏡に移送するステップと、複数のＣＬビームを生成するために、ウエハの第１スキャンを第１分解能で実行するステップと、複数のＣＬビームを同時に検出するために複数の単一点検出器を用いるステップであって、点検出器の各々が残りの点検出器とは異なる部分スペクトルを受けるように配置されているステップと、複数の検出器比を生成するステップであって、検出器比の各々が、点検出器の２つから受ける信号の比を備えるステップと、メサの特性を判定するために、予想される比に対して、検出された比を比較するステップと、を備える。
【0056】
また、各メサが１００ミクロン以下の長さを有し、各メサにマイクロＬＥＤを形成するための複数のメサを有するウエハを検査するための方法が提供され、当該方法は、ウエハをＣＬ顕微鏡に置くステップと、複数のＣＬビームを生成するために、ウエハの第１スキャンを第１分解能で実行するステップと、複数のＣＬビームを同時に検出するために複数の単一点検出器を用いるステップであって、点検出器の各々が残りの点検出器とは異なる部分スペクトルを受けるように配置されているステップと、複数の検出器比を生成するステップであって、検出器比の各々が、点検出器の２つから受ける信号の比を備えるステップと、メサの特性を判定するために、予想される比に対して、検出された比を比較するステップと、を備える。第１分解能は、メサあたり少なくとも１ピクセル、メサあたり最大１０×１０ピクセルを生成するように設定されていてもよい。複数の点検出器の１つは、バックグラウンド波長よりも高い、例えば４００ｎｍよりも高い波長のスペクトルを受けるように配置されていてもよい。当該方法は、走査されたメサの各々におけるスペクトル発光を再構築するために、複数の検出器から受ける信号を用いるステップをさらに備えてもよい。当該方法は、走査されたメサの各々におけるＣＬ放射の非対称性を判定するために、複数の検出器から受ける信号を用いるステップをまた備えてもよい。当該方法は、走査されたメサの各々における強度分布を判定するために、複数の検出器から受ける信号を用いるステップと、走査されたメサのすべてから判定される総母集団強度分布に対して比較するステップと、を含んでもよい。複数の検出器から受ける信号は、走査されたメサを複数のグループに割り当てるために用いられてもよい。複数の検出器から受ける信号を、ウエハ上の対象領域を特定するために用いることができ、そして、検査信号を生成するために、対象領域の第２スキャンを第１分解能よりも高い第２分解能で実行するステップと、各対象スキャン領域内における波長あたりのピーク発光を決定する検査信号を用いるステップと、を実行することができる。また、対象スキャン領域の各々の二次電子画像を形成するために、第２スキャン中に二次電子検出器を用いることができる。対象スキャン領域内における各メサの物理的形状を判定するために、画像処理を用いることができる。対象スキャン領域内における異物を特定するために、二次電子画像を検査することができる。生存スコアを対象スキャン領域の各々に割り当てることができる。
【0057】
図２に関して開示されるように、複数のマイクロＬＥＤメサが形成されたウエハを検査するためのカソードルミネッセンス顕微鏡が提供され、当該カソードルミネッセンス顕微鏡は、電子源、電子源から放出される電子を集束しそれによって電子ビームを形成する磁気レンズ、および電子ビームをサンプル上で走査するスキャナを有する電子ビームカラムと、電子ビームのスキャンに反応してサンプルから放出される光を集め、光ビームを形成する光対物レンズと、集束レンズ、光ビームを複数の分割ビームに分割するスプリッタアレンジメント、それぞれ分割ビームの１つを受けるように配置された複数の点検出器、および複数の分割ビームの少なくとも一部分の帯域幅を制限するフィルタアレンジメントを備えるイメージング部と、複数の点検出器からの出力信号を受け、複数の点検出器の、対をなす出力信号の比を生成するコントローラと、を備える。点検出器は、バイアスフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、増幅型フォトダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）を備えてもよい。カソードルミネッセンス顕微鏡は、４００ナノメートル未満の波長を遮断するバックグラウンドフィルタをさらに備えてもよい。フィルタアレンジメントは、少なくとも１つダイクロイックミラー、異なる中心周波数または異なる帯域幅を有する複数のバンドパスフィルタ、または少なくとも１つのバイアスＬＥＤウエハを備えてもよい。コントローラは、基準比に対して比を比較してもよく、基準比から逸する比を有するウエハ領域を特定してもよい。コントローラは、領域に生存スコアをさらに割り当ててもよい。
【0058】
本発明は、図面および前述の説明で詳細に示されおよび説明されたが、このような図示および説明は、理解を助けるものまたは例示的であって限定的なものではないとみなされ、本発明は、開示された実施形態に限定されない。図面、開示および添付の特許請求の範囲の検討に基づいて、他の実施形態および変形例が理解され、請求項に係る発明を実行するときに当業者によって達成され得る。
【0059】
請求項において、「備える」という語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”または“ａｎ”は、複数であることを排除するものではない。相互に異なる従属請求項において異なる特徴が記載されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせを有利に用いることができないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照記号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】