硅薄膜的电导率测量方法、缺陷检测方法及缺陷检测设备

摘要

本发明公开一种硅薄膜的电导率测量方法、缺陷检测方法及缺陷检测设备。通过硅薄膜的电导率测量方法，以在传感器和样品之间具有气隙的方式将电容式传感器放置在硅薄膜样品的上方，在关闭激发光源组件的同时，利用电容式传感器测量气隙的大小，通过开启激发光源组件，使激发光照射到硅薄膜样品上，其中激发光是紫外光，利用电容式传感器测量硅薄膜样品的电导率变化，以及通过基于气隙大小的测量结果使电导率变化归一化，来消除由于气隙的偏差而导致的测量误差。

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2012年4月9日向韩国知识产权局（KIPO）提交的韩国专利申请No. 10-2012-0036843的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

示例实施例大体上涉及硅薄膜测量技术。更具体地，本发明的各实施例涉及测量 硅薄膜的电导率的方法，检测硅薄膜中的缺陷的方法以及硅薄膜缺陷检测设备。

背景技术

通常，利用用于测量自由载流子寿命的方法来检查薄膜的质量。根据射频（RF） 波反射技术，自由载流子寿命是基于照射到薄膜上的RF波返回所经过的时间来测量 的。然而，RF波反射技术仅测量具有长于100ns寿命的自由载流子。此外，RF波反 射技术需要使用高功率激发激光脉冲来获得可测量的RF信号。在此情况下，高功率 激发激光脉冲可能影响稳态自由载流子寿命。为了克服该问题，一种技术包括：通过 在薄膜上照射激发光来产生自由载流子，然后测量由于自由载流子而导致的光电导率。 然而，在该技术中，硅薄膜越薄，自由载流子寿命越短。因此，需要一种用于测量薄 的硅薄膜中的自由载流子寿命的方法。

发明内容

一些示例实施例提供用于测量硅薄膜的方法，该方法能够以非接触的方式通过利 用电容式传感器测量自由载流子寿命和硅薄膜的结晶度。

一些示例实施例提供用于检测硅薄膜中的缺陷的方法，该方法能够通过利用包括 检测电极、电荷泵送电极和参比电极的电容式传感器来检测硅薄膜的窄区域中的缺陷。

一些示例实施例提供硅薄膜缺陷检测设备，该硅薄膜缺陷检测设备能够通过利用 包括检测电极、电荷泵送电极和参比电极的电容式传感器来检测硅薄膜的窄区域中的 缺陷。

根据一些示例实施例，用于测量硅薄膜的电导率的方法可以包括：以在传感器和 薄膜样品之间具有气隙的方式将电容式传感器放置在硅薄膜样品的上方的步骤；通过 关闭激发光源组件并利用所述电容式传感器来测量所述气隙的大小的步骤；通过打开 所述激发光源组件使激发光照射到所述硅薄膜样品上的步骤，所述激发光包括紫外光； 利用所述电容式传感器测量所述硅薄膜样品的电导率变化的步骤；以及通过使基于所 述气隙的大小的测量结果所测量的所述电导率变化归一化，来消除由于所述气隙的偏 差而导致的测量误差的步骤。

在示例实施例中，通过所述激发光而产生的自由载流子转移的路径可以平行于所 述硅薄膜样品形成。

在示例实施例中，所述硅薄膜样品的厚度可以处于大约1nm和300nm之间。此外， 所述硅薄膜样品可以堆叠在介电基板上。

在示例实施例中，所述气隙的大小可以与所述电容式传感器的输出信号的强度成 反比。此外，由于所述气隙的偏差而导致的测量误差的大小可以与所述气隙的大小成 反比。

在示例实施例中，可以将所述激发光的强度调制为处于大约1kHz和100kHz之间 的调制频率。

在示例实施例中，可以基于所述电导率变化来计算所述硅薄膜样品的电阻率。此 外，所述硅薄膜样品的电阻率可以相当于晶粒间边界势和自由载流子寿命的函数。

在示例实施例中，可以基于所述硅薄膜样品的电阻率来测量所述硅薄膜样品的结 晶度，所述硅薄膜样品的结晶度表示包含在所述硅薄膜样品中的晶粒的结晶程度。

在示例实施例中，所述自由载流子寿命可以与所述硅薄膜样品的缺陷的量成反比。

在示例实施例中，可以基于所述电容式传感器的与多个硅薄膜样品有关的输出信 号来确定所述硅薄膜样品的电阻率，通过不同的激光强度对所述硅薄膜样品进行退火， 以具有不同的结晶度。

根据一些示例实施例，用于检测硅薄膜中的缺陷的方法可以包括：以在薄膜样品 和传感器之间具有气隙的方式，将电容式传感器放置在硅薄膜样品的上方的步骤，所 述电容式传感器具有检测电极、电荷泵送电极和参比电极；操作所述电容式传感器的 步骤；通过测量所述电荷泵送电极和所述参比电极之间的电容，来测量余留在所述电 容式传感器中的剩余电荷的量的步骤；通过操作激发光源组件，使激发光照射到所述 硅薄膜样品的第一区域上、所述硅薄膜样品的第二区域上以及所述硅薄膜样品的结区 域上的步骤，所述第一区域被置于所述电荷泵送电极下方，所述第二区域被置于所述 检测电极下方，所述结区域对应于所述电荷泵送电极和所述检测电极之间的结；通过 测量从所述第一区域经过所述结区域转移至所述第二区域的转移电荷的量，来测量所 述硅薄膜样品的光电导率的步骤；通过从所述转移电荷的量中减去所述剩余电荷的量， 来计算有效电荷的量的步骤；以及通过分析有效电荷的量，来检测存在于所述结区域 中的缺陷的步骤。

在示例实施例中，通过从所述转移电荷的量中减去所述剩余电荷的量，可以消除 运算放大器的外部电磁噪声和热漂移。

在示例实施例中，通过使所述转移电荷从所述第一区域经过所述结区域转移至所 述第二区域，可以提高分辨率，所述转移电荷是在所述第一区域中产生的。

在示例实施例中，所述激发光可以具有激光脉冲的形状。

在示例实施例中，所述激发光可以是具有大约385nm波长的紫外光。

在示例实施例中，所述硅薄膜样品的光电导率可以与激光脉冲的能量成正比。此 外，所述硅薄膜样品的光电导率可以与所述硅薄膜样品的缺陷的量成反比。

根据一些示例实施例，硅薄膜缺陷检测设备可以包括：具有电荷泵送电极、检测 电极和参比电极的电容式传感器，所述检测电极和所述参比电极关于所述电荷泵送电 极对称布置，并且所述检测电极和所述参比电极具有相同的电容；激发光源组件，其 照射所述硅薄膜样品的与所述电荷泵送电极相对应的部分，所述硅薄膜样品的与所述 检测电极相对应的部分以及所述硅薄膜样品的与所述电荷泵送电极和所述检测电极之 间的结相对应的部分；模数转换器（ADC），所述模数转换器接收从所述电容式传感 器提供的传感器输出，所述传感器输出表示电荷的量；以及脉冲发生器，其通过向所 述电容式传感器施加传感器驱动电压来操作所述电容式传感器，通过向所述激发光源 组件施加光源触发脉冲来激活所述激发光源组件，并且通过向所述模数转换器施加 ADC触发脉冲来激活所述模数转换器。

在示例实施例中，所述传感器驱动电压可以具有处于大约10kHz和1000kHz之间 的频率。

在示例实施例中，所述传感器输出可以包括与余留在所述电容式传感器中的剩余 电荷的量和在所述硅薄膜样品中产生的转移电荷的量有关的信息。

在示例实施例中，所述模数转换器可以通过从所述转移电荷的量中减去所述剩余 电荷的量来计算有效电荷的量。

在示例实施例中，所述硅薄膜样品的光电导率可以是基于所述有效电荷的量来计 算的。此外，所述硅薄膜样品的缺陷可以是基于所述光电导率检测的。

因此，根据示例实施例的测量硅薄膜的方法可以通过以具有气隙的方式将电容式 传感器放置在硅薄膜的上方，而以非接触的方式和以非破坏性的方式测量所述硅薄膜 的自由载流子寿命和结晶度。

此外，根据示例实施例的检测硅薄膜中的缺陷的方法可以通过将自由载流子转移 至所述硅薄膜的窄区域，来检测存在于所述硅薄膜中的缺陷。

此外，根据示例实施例的硅薄膜缺陷检测设备可以通过将自由载流子转移至所述 硅薄膜的窄区域，来检测存在于所述硅薄膜中的缺陷。

附图说明

根据以下结合附图给出的详细描述，将更清楚地理解说明性、非限定性的示 例实施例。

图1是图示根据示例实施例的用于测量硅薄膜的方法的流程图。

图2是图示通过图1的方法测量硅薄膜的示例的图。

图3是图示自由载流子浓度和电阻率之间的关系的图。

图4A是图示传感器输出的强度随气隙的大小变化的图。

图4B是图示传感器输出的强度随电容式传感器的探针直径变化的图。

图5是图示根据示例实施例的用于检测硅薄膜中的缺陷的方法的流程图。

图6A是图示正常照明方式的电容式传感器的操作的图。

图6B是图示根据示例实施例的集中照明方式的电容式传感器的操作的图。

图7是图示图6A和图6B的电容式传感器的测量性能的图。

图8是图示根据示例实施例的硅薄膜缺陷检测设备的框图。

图9是图示图8的硅薄膜缺陷检测设备的操作的图。

图10是图示实施图8的硅薄膜缺陷检测设备的示例的图。

具体实施方式

下文将参照示出一些示例实施例的附图更充分地描述各个示例实施例。然而， 本发明可以采用许多不同的形式来具体实现，而不应当被解释为限于这里所列举 的示例性实施例。相反，提供这些示例实施例，使得本公开全面和完整，并且将 本发明的范围全面地传达给本领域技术人员。图中，层和区域的大小和相对大小 为了清楚起见可以被放大。相同的附图标记通常始终表示相同的要素。

应当理解，虽然术语第一、第二、第三等在这里可以用于描述各种元件，但 这些元件不应受这些术语限制。这些术语用于将一个元件与另一元件区别开。因 此，在不背离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第 二元件。如这里所使用的那样，术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项的任 意和所有组合。

应当理解，当一个元件被提及“连接到”或“联接到”另一元件时，该元件 可以直接连接到或直接联接到该另一元件，或者可以存在中间元件。相比之下， 当一个元件被提及“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，不存在中间元 件。应当以类似的方式解释用于描述元件之间关系的其它词语（例如，“位于…… 之间”与“直接位于……之间”、“相邻”与“直接相邻”等）。

在本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体示例性实施例的目的，而不旨在 对本发明的限制。如本文中所使用的那样，单数形式“一个”、“所述”及其变 体旨在也包含复数形式，除非上下文另外清楚地做出指示。应当进一步理解，术 语“包括”和/或“包含”在本申请文件中使用时指定所描述的特征、整体、步骤、 操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、 元件、部件和/或它们的组合的存在或增加。

除非另有限定，否则在本文中所使用的所有术语（包括技术和科学术语）具 有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。应当进 一步理解，例如在通用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技 术的上下文中的含义一致的含义，且不应以理想化的或过于形式的意义进行解释， 除非此处明确地进行了这样的限定。

图1是图示根据示例实施例的用于测量硅薄膜的方法的流程图。

参照图1，可以以具有气隙的方式将电容式传感器放置在硅薄膜样品上方 （S110）。通过图1的示例方法，通过以具有气隙的方式将电容式传感器放置在 硅薄膜样品的上方，可以以非接触的方式且非破坏性的方式测量硅薄膜样品的质 量。

接下来，可以在关闭激发光源组件的同时，利用电容式传感器测量气隙的大 小（S130）。由于激发光源组件被关闭（即不操作），所以在硅薄膜样品中不会 光产生自由载流子。因此，电导率可基本不变，因此电容式传感器可以测量气隙 的大小。

随后，可以在开启激发光源组件的同时，使激发光照射到硅薄膜样品上 （S150）。由于使激发光照射到硅薄膜样品上，所以可以在硅薄膜样品中光生自 由载流子。在一个示例实施例中，通过激发光产生的自由载流子转移的路径可以 与硅薄膜样品平行地形成。因此，可以测量具有很薄厚度的、堆叠在介电基板上 的硅薄膜。图1的方法可以测量具有大约1nm至大约300nm厚度的硅薄膜。

在一个示例实施例中，激发光可以是紫外光（即紫外线）。由于电子和空穴 之间的复合在硅薄膜的表面上进行，因此自由载流子寿命可能相对较短。因此， 光产生的自由载流子的自由载流子浓度可能很低。例如，在厚度为50nm的硅薄膜 的表面上，复合率可能为大约20,000cm^-3s^-1。此外，自由载流子寿命可能短于大约 100ps。由于标准硅样品（即晶片）具有1μs单位的自由载流子寿命，因此通过测 量硅薄膜样品而产生的传感器输出可能比通过测量晶片而产生的传感器输出小大 约10⁴倍。通常，可见光（即可见光线）或红外光（即红外线）可以用于硅薄膜的 光致激发。不过，载流子光产生率可能相对较低。也就是说，仅紫外光可易于被 吸收到厚度小于大约50nm的薄膜内，而可见光或红外光易于被吸收到相对较厚的 膜内。例如，厚度为50nm的硅薄膜可以吸收小于大约1.5%的波长为808nm的光。 例如，厚度为50nm的硅薄膜可以吸收大约90%的波长为385nm的光。因此，图1 的方法可以通过利用紫外光作为激发光，来测量自由载流子浓度相对较低的硅薄 膜的质量。

此外，在具有全衰减特性的半导体膜的情况中，被激发的自由载流子的数量 可以被定义为光强度的函数。被激发的自由载流子的数量可以与光强度成正比。 上面的描述可以表示为【表达式1】：

【表达式1】

在【表达式1】中，γ表示载流子产生效率，I₀表示光强度，α表示光吸收率， 并且h表示硅薄膜厚度。因此，当光吸收率低时，自由载流子的数量可以与硅薄 膜的厚度成正比。当光吸收率低时，自由载流子的数量可受到硅薄膜的厚度影响。 结果，可能导致由硅薄膜的厚度引起的测量误差。因此，如果使用具有高光吸收 率的紫外光代替具有低光吸收率的可见光或具有低光吸收率的红外光作为激发 光，则可以消除（或减轻）硅薄膜厚度的影响。

接下来，可以利用电容式传感器测量硅薄膜样品的电导率变化（S170）。在 一个示例实施例中，自由载流子寿命可以与硅薄膜样品的缺陷数量成反比。因此， 当在硅薄膜样品中存在大量缺陷时，硅薄膜样品的电导率可能相对增加得少。

最后，通过基于气隙大小的测量结果使硅薄膜样品的电导率变化归一化，可 以消除由于气隙的偏差而引起的测量误差（S190）。在图1的方法中，可以对一 块硅薄膜样品执行两次测量。第一次测量可以通过在关闭激发光源组件时利用电 容式传感器测量气隙的大小来执行。第二次测量可以通过利用电容式传感器测量 硅薄膜样品的电导率变化来执行。由于传感器输出的强度与气隙的大小成反比， 所以第二次测量可能受到气隙的偏差影响。因此，图1的方法可以通过使第一次 测量结果和第二次测量结果归一化，来消除由于气隙的偏差而引起的测量误差。 传感器输出的强度随气隙的大小的变化将参照图4A给出详细描述。

如上所描述的，图1的方法可以测量自由载流子寿命和硅薄膜样品的结晶度。 在一个示例实施例中，可以基于硅薄膜样品的电导率变化来计算硅薄膜样品的电 阻率。电阻率可以相当于晶粒间边界势和自由载流子寿命的函数。因此，可以基 于硅薄膜样品的电阻率来计算硅薄膜样品的结晶度。硅薄膜样品的结晶度表示包 含在硅薄膜样品中的晶粒的结晶程度。上面的描述可以表示为【表达式2】至【表 达式4】：

【表达式2】

$C=\in \frac{S}{d}=\frac{\sigma }{\omega }·\frac{S}{d}$

【表达式3】

$\sigma \propto \frac{1}{\rho }$

【表达式4】

在【表达式2】，ε表示介电常数，S表示电容式传感器截面的面积，d表示 气隙的大小。在【表达式3】中，σ表示电导率，ρ表示电阻率。在【表达式4】 中，γ表示载流子产生效率，I表示光强度，τ表示电子与空穴碰撞前剩余的时间， τ_{自由载流子寿命}表示自由载流子寿命，q表示电荷数量，m表示电子/空穴的有效质量， 并且w表示电容式传感器的激发频率。

根据【表达式4】，电容可以与自由载流子寿命成正比。此外，电容可以与电 子与空穴碰撞前剩余的时间成正比。当利用电容式传感器测量出硅薄膜样品的电 容时，可以基于【表达式1】和【表达式2】计算硅薄膜样品的电导率和电阻率， 并且可以基于【表达式4】估计硅薄膜样品的结晶度和缺陷程度（例如缺陷数量）。

在一个示例实施例中，可以基于电容式传感器的与多个硅薄膜样品有关的输 出信号来确定电阻率。硅薄膜样品可以通过不同激光强度进行退火，因此硅薄膜 样品可能具有不同的结晶度。

图2是图示通过图1的方法测量硅薄膜的示例的图。

参照图2，可以以具有气隙250的方式将电容式传感器210的探针放置在硅薄 膜样品230的上方。在一个示例实施例中，硅薄膜样品230的厚度可以是大约24nm， 并且气隙250可以是大约250μm。虽然图2未示出，但硅薄膜样品230可以堆叠 在具有大约0.4m厚度的玻璃基板上。

当激发光EL从电容式传感器210的相对位置照射到硅薄膜样品230上时，在 硅薄膜样品230中可以产生多个自由载流子。在一个示例实施例中，当电容式传 感器210的中央电极212是正电极（或负电极）时，电容式传感器210的侧电极 216是负电极（或正电极）。在电容式传感器210中，可以在中央电极212和侧电 极216之间放置介电质214。例如，在中央电极212是正电极并且侧电极216是负 电极的情况下，可以沿从中央电极212到侧电极216的方向产生电场CO。因此， 电场CO可以使光产生的自由载流子在硅薄膜样品230的表面上转移。光产生的自 由载流子的转移可以产生电流Cg，并且电流路径Rg可以与硅薄膜样品230平行 地形成。

在一个示例实施例中，可以将激发光EL的强度调制到大约1kHz到大约 100kHz的调制频率。激发光源组件可以输出具有特定波形的激发光EL。激发光 EL可以具有紫外光的波形。此外，可以循环调制激发光EL的强度。例如，激发 光EL的强度可以被调制成具有诸如脉冲波、正弦波、余弦波等之类的形状。

图3是图示自由载流子浓度和电阻率之间的关系的图。

参照图3，可认识到，硅薄膜的自由载流子浓度与硅薄膜的电阻率成反比。通 常，与硅薄膜的电阻率成反比的硅薄膜的电导率是目标因子。然而，自由载流子 浓度可能是对要素的理解更有用的因子。因此，如图2所示，可以利用电容式传 感器210测量硅薄膜样品230的自由载流子浓度，并且可以基于图3的图将自由 载流子浓度转换成硅薄膜样品230的电阻率。

如上所描述的，图1的方法可以测量自由载流子寿命和硅薄膜样品230的结 晶度。在一个示例实施例中，可以基于硅薄膜样品230的电导率变化来计算硅薄 膜样品230的电阻率。电阻率可以相当于晶粒间边界势和自由载流子寿命的函数。

图4A是图示传感器输出的强度随气隙大小变化的图。

参照图4A，可认识到，气隙的大小与传感器输出的强度成反比。因此，可以 通过减小气隙的大小来获得具有较高强度的传感器输出。然而，由于因气隙的偏 差而导致的测量误差与气隙的大小成反比，因此如果气隙的大小减小，则测量误 差可能增大。根据示例实施例，可以通过对一块硅薄膜样品进行两次测量，并且 通过使第一次测量结果和第二次测量结果归一化，来消除由于气隙的偏差而导致 的测量误差。

图4B是图示传感器输出的强度随电容式传感器的探针直径变化的图。

参照图4B，可认识到，电容式传感器的探针直径与传感器输出的强度成反比。 如果使用具有较大直径的探针，则传感器输出的强度可能增大。在该情况下，电 容式传感器的分辨率可能下降。然而，电容式传感器的分辨率可以通过将自由载 流子转移至硅薄膜的窄区域来提高。这一点将参照图6B给出详细描述。

图5是图示根据示例实施例的用于检测硅薄膜中的缺陷的方法的流程图。

参照图5，可以以具有气隙的方式将具有检测电极、电荷泵送电极和参比电极 的电容式传感器放置在硅薄膜样品的上方（S510）。

随后，可以操作电容式传感器（S520）。通过测量电荷泵送电极和参比电极 之间的电容，可以测量余留在电容式传感器中的剩余电荷的量。图5的方法可以 通过测量电荷量的变化来测量硅薄膜样品的光电导率。在光产生自由载流子之前， 剩余电荷可能余留在电容式传感器中。此外，剩余电荷可能造成测量误差。因此， 可以通过从电荷量的变化中减去剩余电荷的量，来消除测量误差。

可以使激发光照射到硅薄膜样品的第一区域、硅薄膜样品的第二区域和硅薄 膜样品的结区域上（S540）。第一区域被置于电荷泵送电极下方。第二区域被置 于检测电极下方。结区域被置于第一区域和第二区域之间。激发光的照射将参照 图6A和图6B给出描述。然后，通过测量从第一区域经过结区域转移到第二区域 的转移电荷的量，可以测量硅薄膜样品的光电导率（S550）。接下来，通过从转 移电荷的量中减去剩余电荷的量，可以计算有效电荷的量（S560）。最后，通过 分析有效电荷的量，可以检测存在于结区域中的缺陷（S570）。

图6A是图示正常照射方式的电容式传感器的操作的图。图6B是图示根据示 例实施例的集中照射方式的电容式传感器的操作的图。

参照图6A，在硅薄膜样品上的圆圈中可以形成光激发区域610a。因此，在光 激发区域610a中可以光产生自由载流子。可以以具有气隙的方式将电容式传感器 放置在光激发区域610a的上方。该电容式传感器可以包括第一电极630和第二电 极650。光产生的自由载流子可以从硅薄膜样品的第一区域转移至硅薄膜样品的第 二区域。第一区域可以被置于第一电极630的下方，并且第二区域可以被置于第 二电极650的下方。

参照图6B，激发光可以仅照射到被置于第一电极630下方的第一区域上，仅 照射到被置于第二电极650下方的第二区域上，以及仅照射到硅薄膜样品的位于 第一区域和第二区域之间的结区域615上。结果，可以关于结区域615对称地形 成光激发区域610b。对此，可以在激发光源组件和硅薄膜样品之间放置（例如附 接）形状与光激发光区域610b的形状相同的滤波器。自由载流子可以根据光激发 区域610b光产生。在第一区域中光产生的自由载流子可以经过结区域615转移至 第二区域。图6A所示的第一电极630的面积和第二电极650的面积与图6B所示 的第一电极630的面积和第二电极650的面积相同。此外，图6A所示的第一区域 和第二区域与图6B所示的第一区域和第二区域相同。因此，与从图6Ａ中的第一 区域转移至第二区域的全部自由载流子对应的电荷的量可以与从图6B中的第一区 域转移至第二区域的全部自由载流子对应的电荷的量相同。在图6A和图6B中， 与全部自由载流子对应的电荷的量以箭头数量表示。因此，图6B的集中照射方式 因为大量自由载流子经过结区域615被转移，可以提高分辨率。通过图6B的集中 照射方式，可以以高分辨率准确地检测存在于结区域615中的缺陷。

在一个示例实施例中，通过从转移电荷的量中减去剩余电荷的量，可以消除 在电容式传感器中包含的运算放大器的外部电磁噪声和热漂移。因此，可以消除 测量误差，因此通过图6B的集中照射方式可以提高测量精度。

在一个示例实施例中，激发光可以具有激光脉冲形状。例如，激发光可以是 波长为385nm的紫外光。硅薄膜样品的光电导率可以与激光脉冲的能量成正比。 因此，如果使用具有相对较高能量的紫外光，则可以提高传感器输出。此外，硅 薄膜样品的光电导率可以与硅薄膜样品的缺陷的量成反比。因此，通过测量硅薄 膜样品的光电导率，可以检测硅薄膜样品的缺陷。

图7是图示图6A和图6B的电容式传感器的测量性能的图。实验示例将参照 图6A、图6B和图7给出描述。

参照图7，当在面积为1mm²的检测区域中存在大小为10μm²的缺陷时，该缺 陷可以通过正常照射方式的电容式传感器或者通过集中照射方式的电容式传感器 来检测。通常，当在面积为1mm²的检测区域中存在大小为10μm²的缺陷时，光电 导率可下降两倍（即电阻率可升高两倍）。如图7所示，集中照射方式的电容式 传感器检测大约30%的电阻率变化，而正常照射方式的电容式传感器检测大约 0.01%的电阻率变化。因此，集中照射方式的电容式传感器的检测性能优于正常照 射方式的电容式传感器的检测性能。

此外，当在面积为1mm²的检测区域中存在大小为10μm²的缺陷时，集中照射 方式的电容式传感器可以检测到线性形状的电阻率变化。然而，正常照射方式的 电容式传感器几乎无法检测到电阻率变化。

图8是图示根据示例实施例的硅薄膜缺陷检测设备的框图。

参照图8，硅薄膜缺陷检测设备800可以包括激发光源组件810、电容式传感 器820、模数转换器（ADC）840以及脉冲发生器830。

电容式传感器820可以包括检测电极、参比电极以及具有电荷泵送电极的探 针824。检测电极和参比电极可以关于电荷泵送电极对称布置。此外，检测电极和 参比电极可以具有相同的电容。

激发光源组件810可以包括光源812、挡板814和透镜816。光源812可以输 出激发光EL，激发光EL的强度被循环调制。例如，激发光EL的强度可以被调制 成具有诸如脉冲波、正弦波、余弦波等的形状。在一些示例实施例中，光源812 可以对应于发光二极管（LED）、激光二极管等等。透镜816可以将从光源812 输出的激发光EL集中在硅薄膜样品822上。在一些示例实施例中，透镜816可以 控制激发光EL的发散角。例如，可以通过调节光源812和透镜816之间的间隙来 控制激发光EL的发散角。

激发光源组件810可以将激发光EL局部地照射到硅薄膜样品822上。激发光 源组件810可以将激发光EL照射到硅薄膜样品的与电荷泵送电极相对应的部分 上，照射到硅薄膜样品的与检测电极相对应的部分上，以及照射到硅薄膜样品的 与存在于电荷泵送电极和检测电极之间的结相对应的部分上。激发光源组件810 可以根据集中照射方式照射激发光EL，集中照射方式在上面参照图5和图6B已 给出描述。在一些示例实施例中，可以在激发光源组件810和硅薄膜样品822之 间放置（例如附接）形状与形成在硅薄膜样品822上的光激发区域的形状相同的 滤波器826。

脉冲发生器830可以通过向电容式传感器820施加传感器驱动电压SDV来操 作电容式传感器820。脉冲发生器830可以通过向激发光源组件810施加光源触发 脉冲LTP来激活激发光源组件810。脉冲发生器830可以通过向模数转换器840 施加ADC触发脉冲CTP来激活模数转换器840。

模数转换器840可以接收从电容式传感器820输出的传感器输出SN_OUT， 传感器输出SN_OUT表示电荷的量。在一个示例实施例中，模数转换器840可以 将传感器输出SN_OUT转换成数字信号，并且可以将该数字信号提供至计算机 850。

图9是图示图8的硅薄膜缺陷检测设备的操作的图。

参照图8和图9，下面将描述硅薄膜缺陷检测设备800的操作。脉冲发生器 830可以通过利用开关835向电容式传感器820施加传感器驱动电压SDV来操作 电容式传感器820。在一个示例实施例中，传感器驱动电压SDV可以具有大约 10kHz到大约1000kHz之间的频率。在示例实施例中，脉冲发生器830可以向电 容式传感器820施加具有高电压电平的传感器驱动电压SDV。例如，传感器驱动 电压SDV可以是大约15V。可以停用激发光源组件810。因此，传感器输出SN_OUT 可以通过硅薄膜样品822的高表面电阻而基本变成零。经时间延迟之后，可以使 传感器驱动电压SDV稳定。于是，脉冲发生器830可以向模数转换器840施加 ADC触发脉冲CTP。时间延迟可以等于或小于大约10us。在接收ADC触发脉冲 CTP之后，模数转换器840可以从电容式传感器820接收传感器输出SN_OUT。 传感器输出SN_OUT可以包括与余留在电容式传感器820的探针824中的剩余电 荷的量有关的信息。

接下来，脉冲发生器830可以通过向激发光源组件810施加光源触发脉冲LTP 来操作激发光源组件810。由此，激发光源组件810可以输出激发光EL。激发光 EL经过挡板814、透镜816和滤波器826可以输入至硅薄膜样品822。于是，在 硅薄膜样品822的与电容式传感器820的探针824相对应的光激发区域中可以产 生大量自由载流子。自由载流子的运动可改变电荷的量。电容式传感器820可以 将传感器输出SN_OUT输出至模数转换器840，该传感器输出SN_OUT包括与转 移电荷的量有关的信息。

在一个示例实施例中，模数转换器840可以通过从转移电荷的量中减去剩余 电荷的量来获得有效电荷的量。此外，模数转换器840和计算机850可以基于有 效电荷的量来计算硅薄膜样品822的光电导率，并且可以基于光电导率检测硅薄 膜样品822的缺陷。在一个示例实施例中，为了防止电容式传感器820的过充电， 脉冲发生器830可以在下一测量时间段中向电容式传感器820施加具有低电压电 平的传感器驱动电压SDV。例如，传感器驱动电压SDV可以是大约-15V。

图10是图示实施图8的硅薄膜缺陷检测设备的示例的图。

参照图10，可以以具有气隙的方式将硅薄膜样品990布置在硅薄膜缺陷检测 设备900的上方。在一个示例实施例中，可以关于结区域994对称地形成光激发 区域992。例如，光激发区域992可以具有两个扇形形状（即，可以具有对称的形 状）。如上所描述的，可以在激发光源组件和硅薄膜样品990之间放置（例如附 接）形状与光激发区域992的形状相同的滤波器。因此，可以在硅薄膜样品990 上形成光激发区域992。

如图10所示，光激发区域992可以形成在与电容式传感器900的检测电极912 和电荷泵送电极910的一部分相对应的位置上。此外，参比电极914和检测电极 912可以关于电荷泵送电极910对称地布置。可以使光不照射到参比电极914上。 参比电极914可以用于测量电容式传感器的剩余电荷。运算放大器930可以接收 并放大从电极910、912和914产生的传感器输出。接下来，可以经由联接到外部 电路的连接器950将传感器输出输出。

本发明可以应用于用于检查半导体设备的质量的设备。例如，本发明可以应 用于用于检测硅薄膜缺陷的检查设备和用于检测硅薄膜缺陷的检查系统。

前述是对示例性实施例的说明，并且不被解释为这些实施例的限制。尽管已 描述了几个示例性实施例，但本领域技术人员将容易理解，可以在不实质背离本 发明的新颖教导和优点的情况下，在示例性实施例中进行许多改进。因此，所有 这种改进旨在包括于权利要求书所限定的本发明范围内。因此，应当理解，前述 是对各种示例性实施例的说明，并且不被解释为限于所公开的特定示例性实施例， 并且对所公开示例性实施例以及其它示例性实施例的改进旨在包括于所附权利要 求的范围内。