JP2002517915A

JP2002517915A - 半導体ウェーハ評価装置及び方法

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Publication number: JP2002517915A
Application number: JP2000553820A
Authority: JP
Inventors: ボーデン、ピーター・ジー; ニジメイジャー、レジナ・ジー; リー、ジーピング
Original assignee: ボクサー・クロス・インコーポレイテッド
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2002-06-18
Also published as: US20030085730A1; US6049220A; US6489801B1; EP1118005A1; WO1999064880A1; AU4432899A; EP1118005A4; US20040119978A1; US6906801B2

Abstract

(57)【要約】本発明の装置及び方法は、半導体ウェーハを評価する際に用いられる物性値（例えば、移動度、ドーピング及び寿命のうちの１つ或いは複数）を測定するために拡散変調（キャリアの波を生成することなく）を用いる。その測定は、集積回路ダイ用のパターンを有するウェーハ上で用いるための、小さな領域において実行される。その測定は、例えばキャリア濃度の関数としての、反射度の測定に基づいている。一実施形態では、半導体ウェーハ（１０６）は、２つのビーム（１５１、１５２）で照射される。ビームの一方は、半導体のバンドギャップエネルギより高いエネルギのフォトンを有し、もう一方は、バンドギャップ近傍、或いはそれ以下のエネルギのフォトンを有する。互いに対する２つのビームの直径は、例えば寿命を測定する際に用いるための、半導体材料についての付加情報を抽出するために、変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景１．発明の分野本発明は全般に半導体材料のウェーハの評価に関し、詳細には半導体材料の特
性の測定に関する。２．従来技術の説明半導体ウェーハを処理して集積回路を形成する際に、イオン注入と呼ばれるプ
ロセスにおいてウェーハ内に電荷を持つ原子或いは分子が直接導入される。通常
、イオン注入はウェーハの格子構造に損傷を与え、その損傷を取り除くために、
ウェーハは高温、典型的には６００℃〜９００℃において焼きなまされる。特に
、イオン注入によって引き起こされる損傷を用いることによって、焼きなまし前
に、ウェーハの表面の特性を測定することもできる。

【０００２】例えば、Rosencwaig等に付与された米国特許第４，５７９，４６３号（全体を
参照して本明細書の一部としている）は、ウェーハ表面の周期的な温度変化によ
って引き起こされる反射度の変化を測定するための方法を記載する（第１欄、７
〜１６行参照）。具体的には、その方法は、放射プローブビームをサンプル表面
上の周期的に加熱される領域の部分に配向し、サンプル表面上のあるスポットに
おいて、周期的に局部加熱を行うことにより形成される「熱波」（第３欄、５４
〜５６行）を用いて、周期的な加熱によって生じる、反射された放射プローブビ
ームの強度の変化を測定する（第３欄、５２〜６６行）。

【０００３】別の例として、Opsal等に付与された米国特許第４，８５４，７１０号（同様
に全体を参照して本明細書の一部としている）は、拡散電子−ポールプラズマの
濃度の変化をモニタし、半導体の機構に関する情報を生成する方法を記載する（
第１欄、６１〜６３行）。具体的には、Opsal等による明細書は、「Picosecond
Ellipsometry of Transient Electron-Hole Plasmas in Germanium」（D.H. Aus
ton等、Physical Review Letters, Vol. 32, No. 20, May 20, 1974）に記載さ
れるように、「プラズマ密度の変動による屈折率の変化が、励起されている領域
内のサンプルの表面からプローブビームを反射させることにより検出することが
できる（第２欄、２３〜３１行）」ことを述べている。

【０００４】 Opsal等の明細書はさらに、「放射プローブは、強度及び位相の両方において
変化を受けることになる。好ましい実施形態では、強度の変化は、サンプルの反
射度の変化によって引き起こされ、光検出器を用いてモニタされる。干渉測定技
術を用いて、或いはプローブビームの周期的な偏角をモニタすることにより、位
相の変化を検出することができる。」ということにも言及している（米国特許第
４，８５４，７１０号の第５欄、２５〜３１行）。

【０００５】 Therma-Wave社（1250 Reliance Way, Fremont, CA）から１９９６年４月に発
行された「ＴＰ−５００：次世代のイオン注入モニタ」というタイトルの小冊子
には、「注入後処理を必要とせず」（２ページ、第１欄、６〜７行）、「格子損
傷を測定する」（２ページ、第２欄、３２行）測定装置ＴＰ−５００が記載され
る。ＴＰ−５００は、イオン注入によって形成されるシリコン格子の部分表面損
傷を測定する変調反射信号を供給する、２つの低パワーレーザを含む。ドース量
が増加すると、損傷も大きくなり、ＴＷ信号の強度も強くなる。この非接触型の
技術はウェーハ製造物に有害な影響を与えない（２ページ、第１及び２欄）。そ
の小冊子によれば、ＴＰ−５００は、焼きなまし後に、特に、焼きなましを一様
に行うためにシステムを最適化し、良好な再現性を実現するために用いることが
できる（４ページ、第２欄下側参照）。

【０００６】発明の開示本発明に基づく方法は、（１）ウェーハの或る領域（照射領域）に時間のみに
ついて周期的に変化する濃度の電荷キャリアを発生させ、（２）前記電荷キャリ
アを、ステップ（１）により前記照射領域に形成された前記電荷キャリアの数を
表す測定の前後に渡って同一（概ね同一、即ち１０％以下の変化）の平均濃度に
維持する。

【０００７】或る実施例（スキャン実施例）では、1つ又は複数の測定値を互いに比較して
、測定値の急激な変化を検知する。別の実施例（測定実施例）では、1つ又は複
数の測定値を、既知の条件下で処理され、既知の物性値を有する所定のウェーハ
（基準ウェーハ）の同様の測定値と比較して、製造されたウェーハの1つ又は複
数の処理条件又は物性値を決定する。

【０００８】或る実施例では、ウェーハを測定して得られた属性を、既知の物性（処理条件
）を有する半導体材料の対応する複数の属性に対して内挿して、測定されたウェ
ーハの物性（処理条件）を決定する。処理条件の一例としては、ウェーハを焼き
なます温度（焼きなまし温度）がある。物性の例としては、表面濃度、移動度、
接合深さ、寿命或いは（逆バイアスされた）接合に於ける漏洩電流の原因となる
欠陥がある。

【０００９】上記したように形成され、測定される電荷キャリア（過剰キャリア）は、非照
射状態下に半導体材料中に、通常（ドーパント原子により）存在する電荷キャリ
ア（バックグラウンド電荷キャリア）の数に対する過剰分である。従って、上記
した第1ステップでは、上記した領域（照射領域）にレーザビーム又は電子ビー
ムを照射して、或る数の過剰キャリアが形成される。過剰キャリアの濃度は、時
間のみの関数として、表面及びバルクに於いて変調される（発生ビームとよばれ
る上記したレーザビーム又は電子ビームを変調する）。

【００１０】過剰キャリアの濃度の変調周波数は、空間的に変調されないように（即ち、電
荷キャリアの波が発生しない程度に）、十分に低く定められる。空間的に波を含
まないキャリア濃度は、電荷キャリアの少なくとも大部分（５０％以上）が、照
射領域から拡散により出てくる場合に実現する。このような拡散条件下（拡散変
調）に於ける一時的変調は、例えば変調周波数にて照射された領域から反射され
るビーム（プローブビーム）の強度の検出により、過剰キャリアに起因する反射
度を測定するために用いられる。

【００１１】第２ステップでは、過剰キャリアの平均（例えば、二乗平均）濃度が、変調サ
イクルに渡る上記反射度の測定値から決定される。平均濃度は、反射度の測定の
前後に渡って、一定（又は近似的に一定）に維持される。反射度の測定時に、バ
ックグラウンドキャリア及び過剰キャリアに加わる新たな電荷キャリア（測定関
連キャリア）の形成が最小化或いは回避され、全電荷キャリアの濃度を、測定前
の前記した平均値或いはそれに近い値に維持することができる。

【００１２】上記した方法を実行する装置（プロファイラ）は、或る実施例に於いては、半導体材料のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有するフォトンから
なるプローブビームを発生するソースを有する。このようなプローブビームを用
いることにより、（ＵＳＰ４，８５４，７１０号のコラム１５、第５６行に記載
されているＨｅ−Ｎｅレーザプローブビームなどのような）従来技術に於いて、
シリコンのバンドギャップエネルギよりも高いエネルギを有するフォトンからな
るプローブビームにより反射度を測定する際になどに不可避であった測定関連キ
ャリア及び、そのために生じる誤差を解消することができる。

【００１３】上記したプローブビームソースに加えて、プロファイラは、照射領域により反
射されたプローブビームの一部分の光路内に配置された光電性素子（フォトダイ
オード）をも備えている。光電性素子は、照射領域により反射されたプローブビ
ーム部分の強度を示す電気信号（電圧レベル）を発生する。強度は、（発生ビー
ムの照射により形成される）過剰キャリアにより引き起こされる反射度を示す。

【００１４】従って、或る実施例では、強度測定値は、プロファイラによって、照射領域に
於ける過剰電荷キャリアの濃度の指標として利用される。本実施例では、プロフ
ァイラは、また、電気信号を受けるべく前記光電性素子に接続され、そのような
一つ又は複数の測定値から、照射領域の物性値を決定するべくプログラムされた
コンピュータを有する。

【００１５】別の実施例では、プロファイラは、半導体材料のバンドギャップエネルギより
も僅かに高いエネルギを有するフォトンを有するビームを用いて測定関連電荷キ
ャリアを形成する。このような測定関連電荷キャリアが存在しても、プロファイ
ラは、測定関連電荷キャリアの数を、過剰キャリアの小さな部分内（１０％以下
）に留め、上記したように、物性値の全体的な測定誤差を所定範囲内（１０％以
下）に抑えることができる。

【００１６】上記した実施例では、電荷キャリアの拡散変調は、或る波長及びパワーを有す
る発生ビームを用いて達成され、これらの波長及びパワーは、発生ビームにより
形成されたキャリアの発生率が、プローブビームにより発生するキャリアの発生
率よりも１桁（好ましくは２桁）大きくなるように、十分に大きくなるように選
択される。

【００１７】或る実施例では、上記したプローブビームソースに加えて、プロファイラは、
電荷キャリアの波を発生することなく十分に低い周波数をもって変調された強度
を有する発生ビーム（フォトン）を発生するソースをも含む。両ビームのパワー
は、プロファイラによって、少なくとも近似的に等しくなるように維持される。
別の実施例では、両ビームは互いに異なるパワーを有するが、（プローブビーム
により形成される）測定関連電荷キャリアは無視できる割合に維持される。例え
ば、プローブビームは、バンドギャップエネルギよりも高いエネルギを有するフ
ォトンを有するが、発生ビームの半分或いは４分の１のパワーを有する。ここで
、プローブビームの反射成分のパワーは、上記したように、十分に高い精度で検
出されるものとする。

【００１８】（１）拡散変調を利用して、及び（２）無視できる程度の割合（好ましくは皆
無）の測定関連電荷キャリアを発生するのみで、プローブビームの反射成分の強
度を測定することは、本発明の或る実施例の重要なポイントである。このような
１つ或いは複数の測定値は、照射領域の処理条件又は物性値の指標を提供する。
或る実施例では、このような測定が、ドーパントを活性化するための焼きなまし
の後に実行され、（ＵＳＰ４，８５４，７１０号に開示されているように）焼き
なまし前に測定する場合よりも、製造された素子の電気的特性のより正確な指標
を得ることができる。

【００１９】（反射度の測定値の基礎となる）上記した強度の測定値及び一つ又は複数の特
性（物性）は、（必須ではないが）好ましくは、製造中にモニターされ、ウェー
ハの製造に際して、処理ステップ（イオン注入されたウェーハの焼きなまし温度
）を制御するために利用される。（製造段階に応じて、「パターン化されたウェ
ーハ」或いは「焼きなまされたウェーハ」と呼ばれる）製造中のウェーハの物性
を直接測定する間の、上記したような測定は、ウェーハの特性をオフライン測定
する場合よりも、歩留まりを向上させる。

【００２０】上記したプロファイラは、作動中に、いくつかの反射度の測定を行い、各測定
は、（１）過剰キャリアの形成、又は（２）過剰キャリアの濃度の測定に用いら
れるパラメータの異なる値について行われる。或る実施例では、プロファイラは
、２つ以上の測定を、一つ又は複数の直線又は曲線にフィットさせ、フィットさ
れた線の属性を、既知の物性値を有するウェーハの、そのような測定から得られ
る対応する線の属性に対して比較し（例えば、フィットされた線の「勾配」或い
は「傾き」と呼ばれる１次係数を比較し）、フィットされた線に対応する物性が
決定される。

【００２１】更に、処理条件が半導体材料に対して影響を及ぼすものであれば、このような
反射度の測定値の比較から、（パターン化されたウェーハが焼きなまされた温度
などの）処理条件をも決定することができる。実施例によっては、比較をマニュ
アルにより或いはコンピュータにより行うことができる。

【００２２】第１の実施例では、測定の間に変更されるパラメータは、例えば電荷キャリア
を発生するために用いられる発生ビームのパワー或いは直径を変更することなど
により制御される電荷キャリアの平均濃度からなる。それに続いて、移動度（接
合深さ）等の物性が、強度の測定値から、既知の移動度（接合深さ）を有するウ
ェーハの対応する属性に、上記した属性を比較することにより決定される。

【００２３】或る実施例では、ウェーハはドープされておらず、移動度は、強度の測定値の
、発生ビームのパワーに対するプロットの勾配を計算することにより決定される
。別の実施例では、ウェーハはドープされた領域を有し、移動度は、（上記した
ドープされていないウェーハについて前記した勾配と同様にして）測定から得ら
れた勾配を、既知の移動度を有するウェーハの勾配と比較することにより決定さ
れる。

【００２４】第２の実施例では、測定の間に変更されるパラメータは、強度の測定を行うた
めに用いられた２つのビーム間の距離からなる。この実施例に対する２つの変形
実施例では、（１）発生ビーム、又は（２）プローブビームの位置が、ウェーハ
に対して移動される。このような強度測定から得られる物性としては、寿命があ
る。

【００２５】第３の実施例では、測定の間に変更されるパラメータは、強度の測定を行うた
めに用いられた２つのビームの相対的な大きさからなり、例えば、（プローブビ
ームのパワーを一定にする間に、）プローブビームの直径が変更される。この実
施例でも、このような強度測定から得られる物性としては、寿命がある。

【００２６】更に別の実施例（偏光実施例）では、直線偏光されたレーザビームがプローブ
ビームとして用いられる。直線偏光されたプローブビームは、半導体材料のバン
ドギャップエネルギよりも低いエネルギのフォトンを有する必要がなく、例えば
、偏光されていれば、（上記したように）バンドギャップエネルギの、或いはそ
れより僅かに高いエネルギのフォトンのビームからなるものであって良い。

【００２７】照射領域から反射するとき、プローブビームの偏光面が、以下の２つの反射係
数に基づいて、２つの異なる角度を介して回転する。一方は、照射領域の表面に
平行な主面についての反射係数であり、他方は、照射領域の表面に直角な法面に
ついての反射係数である。

【００２８】反射後は、反射したプローブビームの一部は、反射しない別の部分と干渉する
。次に、２つの測定を行う。即ち、干渉により発生する和及び差の成分の測定で
ある。続いて、電荷キャリアの変調と同位相の両測定値の差（インフェーズ差）
を位相ディテクタにより決定する。インフェーズ差信号は、照射領域内の過剰キ
ャリアの濃度の指標を提供する。

【００２９】次に、上記した物性の一つ又は複数が、（上記した強度測定の代わりに）イン
フェーズ差信号を用いて決定される。（上記したように）偏光したプローブビー
ムを用いることにより、非偏光ビームを用いた場合に比較して、物性の測定に於
いて約２倍に感度を増大させることができる。これは、（さもなければ用いられ
るべき振幅ディテクタに対して、）プローブビームの反射した成分を測定するた
めに偏光実施例で用いられる位相ディテクタの高感度に拠るものである。

【００３０】発明の詳細な説明本発明によるウェーハ製造システム１００（図１Ａ）を用いて、「パターン形
成されたウェーハ」を形成するためにウェーハを処理し、そのパターン形成され
たウェーハの物性値を測定し、必要ならリアルタイムでその処理を調整すること
によって、集積回路（「ＩＣ」と省略する）が製造される。上記の処理は焼きな
ましを含むことができ、物性値の測定は、焼きなまし後のパターン形成されたウ
ェーハにおいて実行され、それにより従来の方法によっては得られなかったプロ
セス条件を判定することができ、例えば焼きなまされたウェーハの測定値から焼
きなまし温度を判定することができる。ここに記載されるような製造中のパター
ン形成されたウェーハの測定によって、製造プロセスをモニタするためだけに従
来必要とされていた試験ウェーハをなくし、それにより製造コストが低減される
。さらに、ここに記載される焼きなまされたウェーハの測定値によって、製造中
の素子の電気的特性に関係がある１つ或いは複数の特性（例えば、処理速度）の
測定が行われる。それは、焼きなましの結果、素子において用いられるドーパン
トが活性化されるためである。

【００３１】システム１００は動作２１１（図２Ａ）を実行するウェーハ処理装置１０１を
備え、例えばイオン注入装置１０１Ｉを作動させることにより、ドーパント原子
（例えば、シリコン内のホウ素原子）を有する１つ或いは複数の領域（例えば図
１Ｃのドープされた領域１３０）がウェーハ１０４（図１Ａ）において形成され
る。イオン注入の代わりに、ドープされた領域を形成するための任意の他のプロ
セス、例えば化学気相成長、エピタキシャル成長、蒸着、拡散或いはプラズマ堆
積を装置１０１（図１Ａ）において用いて、動作２１１を実行することができる
。

【００３２】その後、ドープされた領域の１つ或いは複数のパターンを有するパターン形成
されたウェーハ１０５は、システム１００に備えられる場合もある、急速焼きな
まし装置１０２（図１Ａ）に移送される。急速焼きなまし装置（「焼きなまし装
置」とも呼ばれる）１０２は、例えばウェーハ１０５（図１Ａ）を所定の温度（
「焼きなまし温度」とも呼ばれる）まで加熱することにより、例えば通常、イオ
ン注入装置１０１によって形成される、ウェーハ１０５のドープされた領域にお
ける半導体材料の格子構造への損傷を除去するために焼きなまし動作２１３を実
行する。急速焼きなまし装置の代わりに、システム１００に加熱炉が備えられ、
動作２１３（図２Ａ）においてウェーハ１０５を焼きなますために用いられる場
合もある。

【００３３】動作２１３の焼きなましによって、ドーパント原子（「ドーパント」とも呼ば
れる）は、ドープされた領域１３０において半導体材料の格子内に移動できるよ
うになり、その場合には、ドーパントはドナー（ｎ型材料を形成する）或いはア
クセプタ（ｐ型材料を形成する）として動作する。動作２１３の間に格子構造に
ドーパントが取り入れられる範囲は、動作２１３が実行される温度及び時間の関
数である。その取り込みは、高温において、或いは長時間経過した後より完全に
なる。

【００３４】しかしながら、ドーパントは動作２１３の間に拡散（すなわち移動）する場合
もあり、それにより接合部深さが大きくなる。その拡散は高温においてより急速
に進むため、焼きなまし温度を注意深く制御する必要がある。それゆえ深さの関
数としてドーパント濃度のプロファイルが動作２１３後に測定され、そのプロフ
ァイルが所定の情報（例えば良好な特性を示すことが知られているウェーハの仕
様或いはプロファイル）と比較され、（もしある場合には）焼きなましプロセス
において受けた変化が判定される。ここに記載するように、リアルタイムで、焼
きなまし処理において受けた変化を動的にフィードバックすることにより、従来
技術では実現きなかった、焼きなましから得られる良好なウェーハの歩留まりが
改善される。

【００３５】それゆえ焼きなまされたウェーハ１０６（図１Ａ）は、急速焼きなまし装置１
０２から測定装置（これ以降「活性ドーパントプロファイラ」、或いは「プロフ
ァイラ」とする）１０３に移送され、その中に置かれる（図２Ａの動作２２０を
参照）。別の実施形態では、活性ドーパントプロファイラは急速焼きなまし装置
と一体化されており、焼きなましを終了した後にウェーハを移送する必要はない
。一実施形態では、ウェーハ１０４を移動する代わりに、プロファイラ１０３が
ウェーハ１０６に対して移動する。

【００３６】また焼きなまされていないウェーハ１０５は、例えば拡散のような、イオン注
入以外の方法を用いることによりドーパント領域を焼きなます必要がない場合に
は、図２Ａの分岐２１２によって示されるように用いることができる（図１Ａの
経路１０９を介して移動させることができる）（その場合には、ドーパントは熱
によってウェーハ１０５内に拡散され、活性化されており、注入による損傷を焼
きなます必要はない）。プロファイラ１０３は、焼きなまされたウェーハ１０６
の場合に上に記載したのと同様にして、焼きなまされていないウェーハ１０５に
おいてドーパントの効率を高める。開始ウェーハ１０４は、図１Ａの経路１１２
によって示されるように、また図２Ａの分岐２１５によって用いることができる
。それゆえ、以下の記載においては、表記「１０４／１０５／１０６」を用いて
、その説明がウェーハ１０４、１０５及び１０６それぞれに同じく適用できるこ
とを示す。同様に表記「１０５／１０６」は、ウェーハ１０５及び１０６それぞ
れについて示す。

【００３７】次に、ウェーハ１０４／１０５／１０６が適切に配置された後、プロファイラ
１０３はウェーハのある領域において、所定の周波数で変調される多数の電荷キ
ャリアを形成する（図２Ａの動作２３０を参照）。所定の周波数は、測定動作中
（図２Ａの動作２４０を参照）に、電荷キャリアの波が形成されることのないよ
うに選択される。プロファイラ１０３は、米国特許第４，８５４，７１０号に示
されるような「プラズマ波」を用いないので、プロファイラ１０３は、焼きなま
されていないウェーハ１０４／１０５の特性を測定する場合と同様に、焼きなま
されたウェーハ１０６の特性を測定する際に有効である。

【００３８】プロファイラ１０３（図１Ａ）は、ウェーハ１０５／１０６内のドープされた
領域１３０（図１Ｃ）に存在する電荷キャリアによって影響を受ける特性を測定
する（図２Ａの動作２４０）。一実施形態では、プロファイラ１０３は、移動度
、接合部深さ、表面キャリア濃度、ドーピング濃度、寿命及びウェーハ１０５／
１０６の表面１５３からの深さ「ｄ」の関数としての活性ドーパントの数を判定
するために後に用いられる反射度を測定する。以下に記載する図６Ａにおいて示
されるようなグラフにおいて、ある関数（「活性ドーパントプロファイル」と呼
ばれる）をプロットすることができる。動作２４０では反射度の代わりに、プロ
ファイラ１０３は、屈折率のような、形成された電荷キャリアによって影響を受
ける他の特性を測定することができる。

【００３９】これらの測定値のうちの１つ或いは複数の測定値を用いて、焼きなまされたウ
ェーハ１０６が、そのウェーハに対する仕様に従うか否かを判定する（図２Ａの
動作２６０を参照）。ウェーハ１０６がその仕様に従う場合には、ウェーハは許
容されるものと特定され（例えば、さらに処理を進めることによって）、ウェー
ハ処理装置１０１（図１Ａ）及び急速焼きなまし装置１０２の条件は変更しない
でおく。その後、別のウェーハにおいて、或いは同じウェーハにおいてさらに処
理した後に、上記の動作が（分岐２７５によって示されるように）繰り返される
。

【００４０】ウェーハ１０６がその仕様に従わない場合には、ウェーハ１０６は許容されな
い（例えば、廃棄される）ものと特定され、選択によってはプロファイラ１０３
を用いて、（１）線１０７（図１Ａ）上に信号を送出することにより、装置１０
１内の条件（例えば、ドーパントのドーズ量）を、或いは（２）線１０８上に信
号を送出することにより、焼きなまし装置１０２内の条件（例えば、焼きなまし
温度）を、又はその両方を（自動或いは手動制御の何れかを用いて）調整する（
図２Ａの動作２６３を参照）。その後上記の動作が（分岐２７５により示される
ように）再び繰り返される。

【００４１】プロファイラ１０３は、任意の時点で（例えば、図２Ａの動作２７０によって
示されるように、ウェーハが許容／拒否ものと特定された後に）アライメントを
実行することができる。一実施形態では、プロファイラ１０３はビーム１５１及
び１５２の位置を制御する２つの圧電性アクチュエータを備える。具体的には、
アクチュエータ（図示せず）は、生成ビーム１５１の軸１５５に何れにも垂直な
２つの直交する軸ｘ、ｙそれぞれに沿って、プローブビーム１５２を生成するレ
ーザのコリメーティングレンズを移動し、それにより生成ビーム１５１に対して
プローブビーム１５２の位置をシフトさせる。

【００４２】この特定の実施形態では、プロファイラ１０３は、以下のように同時に生起さ
れるビーム１５１及び１５２を配列する（図２Ａの動作２７０を参照）。具体的
には、プロファイラ１０３は、図１Ｆ及び図１Ｇに示されるように軸（例えばｘ
軸）に沿って、プローブビーム１５１に対してプローブビーム１５２を繰返し移
動して、移動後にそれぞれ強度測定値を取得する。その後、選択によってはプロ
ファイラ１０３は、図１Ｄに示されるような相対的な位置の関数として強度測定
値をプロットし、その強度測定値が最大、例えば図１Ｄでは２５Ｖになる位置（
この実施形態では、その電圧は圧電性アクチュエータに加えられる）を判定する
。

【００４３】一実施形態では、プロファイラ１０３は、インクリメントされた距離Δｘ（例
えば、０．１μｍ）だけ第１の方向だけ（例えば、正のｘ軸に沿って）生成ビー
ム１５１に対してプローブビーム１５２を移動させ（図２Ｃの動作２７１を参照
）、測定された強度が最大強度より非常に大きい場合には測定を行い（動作２７
２を参照）、その場合には、ビーム１５１と１５２との間の現在の全距離を保持
するために用いられた電圧信号をセーブし（動作２７４を参照）、また同様に最
大強度として測定された強度をセーブする。その後プロファイラは、ビーム１５
１と１５２との間の全距離が所定の距離を、例えばビーム１５１及び１５２の内
の大きい方の直径の１／２を越えるまで動作２７１〜２７４を繰り返す。インク
リメントされる距離Δｘは大きい方の直径の１／１０である。

【００４４】次に、プロファイラ１０３は、第１の方向とは反対側の第２の方向において（
例えば負のｘ軸に沿って）生成ビーム１５１に対してプローブビーム１５２を移
動させ、動作２７１〜２７４を実行する。プロファイラ１０３は、第１の時間中
に実行される第２の方向における動作２７３において最初に、以前の動作２７１
〜２７４性能から得られた最大強度の値を利用し、例えば負及び正のｘ軸への移
動を連続しているものとして処理し、ｘ軸に沿った最大強度測定値に対応する２
５Ｖ（図１Ｄ）の電圧信号を得る。

【００４５】同様にプロファイラ１０３は、上記の移動と直交する別の軸（例えばｙ軸）に
沿って生成ビーム１５１に対してプローブビーム１５２を移動させ、再び強度測
定値が最大、例えば図１Ｅの４０Ｖになる圧電性アクチュエータにかけられる電
圧を決定する。それゆえプロファイラ１０３は、動作２７０を実行することによ
って、光学的なアライメントのシフトを自動的に結び付ける。

【００４６】その後プロファイラ１０３は、上記の電圧レベルを用いて２つのビームを配列
させ、次の測定の組においてもビーム１５１及び１５２が同時に生起されること
を確保する。プロファイラ１０３は、システムによって必要とされる精度の範囲
内で強度測定値を得るために必要とされる頻度、例えば一度にＮ個の全測定値で
（例えばプロファイラ１０３が、Ｎ個の測定値の場合に、必要とされる精度内の
配列を保持することが知られている場合）、ビーム１５１及びビーム１５２のア
ライメントを実行する。ある特定の例では、２つのアライメント動作間の移動数
Ｎは１０００である。

【００４７】以下に記載するように、プロファイラ１０３によって実行される測定は有害で
はなく、数μｍ²内で実行され、比較的短時間（例えば１つの領域において５秒
、すなわち１枚のウェーハ上の１０ヶ所の領域において５０秒）で実行すること
ができる。ここに記載されるように製造中（或いは製造直後）に焼きなまされた
ウェーハ１０６の特性を測定することにより、試験ウェーハの特性をライン外で
測定する場合と比べて、歩留まりが向上する。

【００４８】動作２４０を実行することによって物性を測定する前に、プロファイラ１０３
はウェーハ１０６の領域１２０（「照射領域」とも呼ばれる）において濃度ｎ_e
の過剰なキャリアを形成し、領域１２０の中心軸１５５（図１Ｃ）からの距離ｘ
の関数としてではなく、時間ｔの関数として濃度ｎ_eを調節（すなわち増減）す
る。具体的には、変調周波数の逆数である時間に渡って、プロファイラ１０３は
値ｎ_ea−ｎ_enの間で濃度ｎ_eを変化させる。ここでｎ_en≦ｎ_ej≦ｎ_ei≦ｎ_eaであ
る（図１Ｂ）。それゆえ所与の時間ｔｉにおいて、半導体材料１５６内のキャリ
ア濃度の値ｎ_eiは、空間内に波を形成することなく、距離ｘの関数として減少す
る。プロファイラ１０３により、濃度ｎ_eの値の空間内に周期性がないことが確
実になる。それよりも図１Ｂに示されるように、濃度ｎ_eは単に領域１２０の外
側に向かって径方向に（例えば径方向距離の関数として概ね指数関数的に）減少
する。

【００４９】空間内に波が存在しないことを確実にするために、キャリア濃度Ｃの変調の周
波数は、例えば米国特許第４，８５４，７１０号に記載されるような波を生成す
るために従来技術において用いられる変調周波数より数倍低い値（例えば１桁或
いは２桁以上）になるように選択される。具体的には、本発明の一実施形態では
、変調周波数は約１ＫＨｚであり、その周波数はOpsalによる米国特許第４，８
５４，７１０号の第１５欄、１１行に記載される１ＭＨｚの周波数の１／１００
０である（３桁小さい）。そのような低い変調周波数を用いることは、一実施形
態では重要な態様であり、Opsalによって記載されるような「波」のような空間
内の波を排除することに起因して、意外な結果が導かれる。別の実施形態では、
変調周波数は１０００ＫＨｚより低い任意の周波数（例えば９００ＫＨｚ）であ
り、それでもプロファイラ１０３は、ここで記載されるような物性の測定を行う
。

【００５０】一実施形態では、プロファイラ１０３は、ドープされた領域１３０内の半導体
材料のバンドギャップエネルギより大きなエネルギを有するフォトンのビーム１
５１（図１Ｃ）を生成し（図２Ｂの動作２３１）、（上記のような）波の形成を
避けるために選択された周波数でビーム１５１を変調し（図２Ｂの動作２３２）
、さらにドープされた領域１３にビーム１５１を集束することにより（図２Ｂの
動作２３３）、上記の動作２３０（図２Ａ）を実施する。

【００５１】その実施形態によれば、プロファイラ１０３は、図４Ｂを参照して以下に記載
するように、１Ｈｚ〜２００００Ｈｚの範囲内の任意の周波数で生成ビーム１５
１の強度を変調する。この変調周波数は、例えば１０００Ｈｚにすることができ
、ロックイン増幅器が反射測定値を生成するために少なくとも１０サイクル（動
作２４２を参照して以下に記載されるように、プローブビームに基づく）、或い
は各反射測定を実行するために１０ｎｓｅｃを必要とする場合もある。一例では
、そのスループットは、各ウェーハが少なくとも１０カ所の領域において測定さ
れた測定値を有する場合、時間当たり３０ウェーハ、すなわちウェーハ当たり１
２０秒である。

【００５２】物性値の測定が、いくつかの反射測定値を必要とする（例えば、１つの領域１
２０が、対応する数の平均キャリア濃度それぞれの場合に、多数の反射測定値を
必要とする）場合には、プロファイラ１０３は各ウェーハ１０４／１０５／１０
６当たり数秒（例えば、１０秒）かかるようになる。それゆえ一領域当たり１０
ｎｓｅｃの反射度測定速度によって、方法２００（図２Ａ）を用いて、装置１０
０（図１Ａ）によるウェーハ製造中のリアルタイム制御が可能になる。

【００５３】動作２３０の別の実施形態では、フォトンのビーム１５１を用いる代わりに、
プロファイラ１０３は原子或いはイオンのような荷電粒子のビームを用いる。そ
の荷電粒子のビームは、ビーム１５１を参照して先に記載したのと同様に変調及
び集束され、ドープされた領域１３０に電荷キャリアを生成する。フォトンビー
ム或いは電子ビームの代わりに、他の任意のメカニズム（フォトン及び電子の組
み合わせのような）を用いて、動作２３０（図２Ａ）において電荷キャリアを形
成することもできる。

【００５４】動作２４０では、プロファイラ１０３の一実施形態では、ビーム１５１によっ
て照射される領域（「照射領域」とも呼ばれる）１２０上に、ビーム１５１によ
る照射の際にウェーハ１０４／１０５／１０６内の電荷キャリアの数を検出する
ために用いられる別のビーム１５２（図１Ｃ）が集束される。一実施形態では、
ビーム１５２（「プローブビーム」とも呼ばれる）は、照射領域１２０内の半導
体材料のバンドギャップエネルギより低いエネルギを有するフォトンを含む。そ
のようなプローブビーム１５２によって、ビーム１５２が照射領域１２０に入射
する際に測定の関連してキャリアが形成がされるのを避け、それにより以下に記
載するような特性の測定前及び測定中に電荷キャリア濃度を保持する（図２Ａの
動作２４３を参照）。

【００５５】次にプロファイラ１０３は、照射領域１２０における電荷キャリアの変調周波
数で変調されるビーム１５２（図１Ｃ）の反射された部分の強度を測定する（図
２Ａの動作２４３を参照）。この強度測定により、表面１５３付近のドープされ
た領域１３０内の電荷キャリアの平均濃度ｎ_avが指示される。平均濃度ｎ_avは、
生成ビーム１５１の変調周波数において１（或いは複数）変調サイクルの時間に
渡って測定される二乗平均値である。濃度ｎ_avは同様に、以下に記載するような
一定の条件下で、物性、例えばドープされた領域内の電荷キャリアの移動度を示
す。各強度測定は、生成ビーム１５１のパワーが一単位（例えば、１Ｗ）である
場合には、反射度の測定である。

【００５６】図１Ｃでは、ビーム１５１及び１５２は同時に、共通軸１５５で生起するもの
として示されているが、別の実施形態では、ビームの一方、例えばプローブビー
ム１５２を他のビームに対して変位させて強度測定値が得られる。例えば生成ビ
ーム１５１の位置が、動作２４４（図２Ａ）の一変形形態の動作に関して変更さ
れる。ビーム１５１及び１５２は、図１Ｆの各軸１６２と１６１との間の距離Δ
ｘ（０ではない）によって示されるように互いに離隔される。

【００５７】生成ビーム１５１に対して、そのようにプローブビーム１５２をオフセットし
た位置（図１Ｆ）において得られる強度測定値を用いて、同時に生起するビーム
（図１Ｃ）から得られる測定値と同様にして、ドープされた領域１３０内の半導
体材料の種々の特性を測定する。オフセット位置（図１Ｆ）において得られる測
定値は、キャリア濃度の指標を与える。それは、その濃度が照射領域１２０から
距離ｄと共に減少するためである。オフセット位置における強度測定値及び同時
に生起する位置（図１Ｃ）における別の強度測定値からの寿命の判定が、図７Ｂ
を参照して以下に記載される。

【００５８】別の実施形態では、ビーム１５１及び１５２の長さの差、或いは直径及び中心
軸からの広がり角のようなビームの特性のいずれかに起因して、プローブビーム
１５２は生成ビーム１５１より直径が大きくなる（図１Ｈに示される）。具体的
には、プローブビーム１５２は生成ビーム１５１より長い波長を有し、プローブ
ビーム１５２に起因するキャリアの生成の速度（「生成速度」とも呼ばれる）が
、生成ビーム１５１に起因する生成速度よりも著しく小さくなるようにする。

【００５９】ビーム１５１及び１５２が同じ直径のレンズを用いるとき、レンズにより照射
されるビームの直径は波長と共に線形に拡大するため、表面１５３におけるプロ
ーブビーム１５２の直径は、図１Ｃに示されるように生成ビーム１５１の直径よ
り大きくなる。上記のようにプローブビーム１５２の直径が大きいことにより、
同じ直径を有するビームの配列に比べて、プローブビーム１５２で生成ビーム１
５１を完全に覆うために必要とされる配列は簡単になる。

【００６０】一実施形態では、プローブビーム１５２の直径は、上記のキャリア生成の速度
の差を得るために必要とされる直径より大きくなり、例えば生成ビーム１５１の
直径の２〜５０倍になる（図２Ａの動作２４４を参照）。プローブビーム１５２
の直径が大きくなると、プローブビーム１５２の反射された部分は、図１Ｂに示
されるように、照射領域１２０の外側に向かうキャリア濃度１５８の径方向の減
少に対してより影響を受けやすくなる。本発明の一態様に従えば、減少率の変化
は、図７Ａ及び７Ｂを参照して以下に記載されるように、キャリアの寿命の劣化
の指標を与える。そのようなビーム１５１及び１５２の構成を用いて生成された
強度測定値の例が、図５Ａの点５０２Ａ〜５０２Ｎによって示される。

【００６１】一実施形態では、プローブビーム１５２はレンズ８１５の概ね同じ直径Ｄ１で
ある初期直径Ｄｐを有し（図８Ａを参照して以下に記載される）、生成ビーム１
５１は、表面１５３における生成ビーム１５１の半径Ｗｇ（図１Ｃ）が（表面１
５３における）プローブビーム１５２の半径Ｗｐより大きく（或いは概ね等しく
）なるようにするために、著しく大きい初期直径Ｄｇを有する。

【００６２】別の実施形態では、プローブビーム１５２は生成ビーム１５１の直径以下の直
径を有し、それを用いて、移動度及びドーピング濃度の測定値における寿命の変
動の影響を排除する。プローブビーム１５２のサイズを小さくすることは、生成
ビーム１５１の直径及びまたは広がり角を拡大することにより、例えば生成ビー
ム１５１を用いるためにレンズを移動させることにより達成される（図１Ｃに示
される）。

【００６３】強度測定において用いられるパラメータを変更する代わりに（動作２４４を参
照して上に記載した）、プロファイラ１０３は、照射領域１２０における電荷キ
ャリアの生成において用いられるパラメータを変更し（図２Ａの動作１４７を参
照）、多数の強度測定値を得ることができる（動作２４３を参照）。例えば、プ
ロファイラ１０３は生成ビーム１５１のパワーを変更することにより（その場合
には、全ての他のパラメータは一定に保持される）、或いは生成ビーム１５１の
直径を変更することにより（その場合には、他のパラメータ、例えばパワーは一
定に保持される）、図７Ａを参照して以下に記載されるように領域１２０内のキ
ャリア生成の速度を変更することができる。別法では、プロファイラ１０３は、
照射領域１２０の位置を変更し、多数の強度測定を行うことができる。

【００６４】またプロファイラ１０３は、本開示の観点から半導体物理の当業者には明らか
なように、両方のパラメータ、すなわち電荷キャリアを形成する際に用いられる
パラメータと電荷キャリアの濃度を測定する場合に用いられるパラメータとの両
方を変更することができる。図２Ｃを参照して以下に説明される一実施形態では
、プローブビーム１５２及び生成ビーム１５１それぞれの位置は、ビーム１５１
及び１５２を互いに同時に生起させつつ、ウェーハ１０４／１０５／１０６に渡
って線形のスキャンを得るために変更される。

【００６５】上記実施形態では、ウェーハ１５６のバンドギャップエネルギより低いエネル
ギのフォトンを有するプローブビーム１５２が用いられるが、（測定中に測定に
関連するキャリアの形成を避けるため）別の実施形態では、生成ビーム１５１に
よって形成される電荷キャリアに加えて、少量の電荷キャリアが、バンドギャッ
プエネルギと同等か、わずかに高いエネルギのフォトンを有するプローブビーム
１５２を使用することにより形成される（便宜上、同じ参照符号が用いられる）
。そのようなプローブビーム１５２によって形成される測定に関連するキャリア
は、適当な精度の反射測定値（例えば５％以内）を与えるために、十分に小さな
割合である（例えば生成ビームにより生成される数より２桁小さい）。ここで記
載されるような測定の全精度は、測定の動作に含まれる他の誤差、例えば増幅検
出器８１８のような測定装置の誤差によっても支配されることに留意されたい。

【００６６】それゆえ一実施形態では、測定に関連するキャリアによって生じる誤差は、所
定の限界下に全誤差を保持するために必要最小限にされる。具体的には、測定に
関連するキャリアの割合は、生成ビーム１５１によって生成されるキャリアの単
位体積当たりの割合（単位面積当たりのフォトン束を吸収長で割ることにより得
られる）が、プローブビーム１５２の場合より少なくとも１桁（或いはそれ以上
）大きい時に、十分に低い値に保持される。

【００６７】上記の単位面積当たりのフォトン束は、以下の式に示されるように、生成ビー
ム１５１のパワーＰを照射の面積（πＷ₀ ²）で割り、プランク常数ｈ及び波長λ
と光の速度ｃとの比で割ることにより得られる単位エネルギ当たりのフォトンの
数である。すなわちフォトン束＝（Ｐ／πＷ₀ ²）（１／ｈ（ｃ／λ））である。
吸収長は、生成ビーム１５１の強度が、表面１５３における強度の（１／ｅ）に
まで降下する表面１５３からの深さである（式２３を参照）。

【００６８】一実施形態では、ビーム１５１及び１５２の強度は概ね等しい値（例えば１０
０ｍＷ／ｃｍ²）に保持され、ビーム１５２により形成される電荷キャリアの数
（「測定関連キャリア」とも呼ばれる）は、吸収長の差に起因して、生成ビーム
１５１により形成される電荷キャリア（「過剰なキャリア」とも呼ばれる）の数
の１０％未満である。式（５）を参照して以下に記載されるように、キャリア濃
度のビーム１５１及び１５２の直径への依存度は小さくなるので、ウェーハ１０
４のドープされていない層の場合には、強度の代わりに、ビーム１５１及び１５
２のパワーが同じ値に保持されるようになる。

【００６９】他の実施形態では、ビーム１５１及び１５２は互いに異なるパワーを有するこ
とができ（例えばそれぞれ１００ｍＷ及び２５ｍＷ）、依然として測定に関連す
るキャリアの数を無視し得るほど小さな割合に保持することができることに留意
されたい。例えば、プローブビーム１５２のパワーが生成ビーム１５１のパワー
より十分に小さい場合には（測定に関連するキャリアを無視し得るほどの小さな
割合に保持するため）、プローブビーム１５２はバンドギャップエネルギより高
いエネルギのフォトンを有することができる。

【００７０】一実施形態では、プローブビーム１５２は、生成ビーム１５１の生成率より１
桁或いはそれ以上小さい生成率を有する。上記のように、生成率の差は、ウェー
ハ１５６の半導体材料において異なる吸収長を有するビーム１５１及び１５２を
用いることにより、或いは異なるパワー又は異なる直径でビーム１５１及び１５
２を生成することにより、若しくは上記の全てを行うことにより得られる。種々
の実施形態では、ビーム１５１及び１５２の対は、（AlGas, InGaAs）（Ar, InG
aAs）（NdiYAG, InGaAs）（NdiYAG, AlGaAs）のレーザの対の１つにより生成さ
れる。

【００７１】１つ或いは複数の実施形態、例えばレーザ（NdiYAG, AlGaAs）を使用する場合
には、プローブビームのレーザ（例えばAlGaAs）のパワーは生成ビームのレーザ
（例えばNdiYAG）のパワーより低い値に保持される。それは、プローブビームの
吸収長が生成ビームの吸収長の分数（例えば１／１０）であるためである。別の
例では、ＨｅＮｅレーザにより形成されるプローブビーム１５２は、Ａｒレーザ
（ＨｅＮｅレーザビームの３．０μｍ長の１／４である吸収長１．２μｍを有す
る）により形成される生成ビーム１５１の１／４以下のパワーに保持される。上
記の実施形態では、プローブビーム１５２の反射された部分のパワーは、ここに
記載されるような反射測定値のために必要とされる十分な精度で（例えば、５%
以下の誤差で）検出されるように、（プローブビーム１５２の十分に大きなパワ
ーを有することにより）十分に大きな値に保持される。

【００７２】本実施形態の一変形形態では、ビーム１５１及び１５２の間の生成率の差は、
表面１５３（図１Ｃ）においてのみ１桁である。第２の変形形態では、その大き
さの差は、ウェーハ１０５／１０６のドープされた領域１３０の接合部深さ「Ｘ
ｊ」、例えば０．３μｍの深さに渡って保持される。第３の変形形態では、その
大きさの差は、接合部深さＸｊの所定の分数（例えば１／２）に渡って保持され
る。

【００７３】一実施形態では、動作２４３において得られる上記の強度測定値は、ウェーハ
１０５内の表面１５３（図１Ｃ）付近（例えば１〜２μｍ以内）の種々の深さｄ
において存在するようになる電気的に活性の欠陥を検出するために直接用いられ
る。具体的には、ウェーハ１０５／１０６に当たる強度測定値の変動により、ビ
ーム１５１及び１５２により照射される領域１３０が変更され（図２Ａの動作２
４７によって示される）、その新しい領域において測定を繰り返すことにより検
出される。新しい領域に集束される場合に、ビーム１５１及び１５２は同時に生
起されたままであることに留意されたい（図１Ｃに示されており、図１Ｄとは異
なる）。

【００７４】第１の実施形態では、（「スキャンの実施形態」とも呼ばれる）、測定された
強度は、ウェーハ１０５／１０６に渡って、同時に生起したビーム１５１及び１
５２を移動させるのに応じて、ｘ軸（図３Ａを参照）に沿った位置の関数として
ｙ軸に沿って（グラフとして）プロットされ、ウェーハ１０５／１０６が、その
仕様の範囲内にあるか否かを判定する（図２Ａの動作２６０により示される）。
一実施形態では、コンピュータ１０３Ｃが、モニタ１０３Ｍ（図１Ａ）上に、線
形スキャン（図３Ａに示される）或いは面積スキャン（図３Ｂに示される）の何
れかの場合の種々のグラフを表示する。

【００７５】具体的には、図３Ａの線３７０、３８０及び３９０は以下のウェーハ（図示せ
ず）を２０μｍ移動させながら、μｍ単位の位置の関数として、μＶ単位の測定
された強度値を示す。（１）パターン形成されていない第１のウェーハは、急速
焼きなましを特徴付けるために用いられる線３８０を生成し、（２）高エネルギ
のシリコンの打ち込み（例えば一様な損傷を引き起こすために、１００ＫｅＶの
エネルギでｃｍ²当たり５×１０¹⁴シリコン原子の一様なドーズ量で、１０秒間
、１０００℃で焼きなまされ、部分表面の欠陥を除去する）で予めアモルファス
化された第２のウェーハは線３７０を生成し、（３）一様なエピタキシャル領域
（例えば、４μｍの厚さ及びｃｍ³当たり１×１０¹⁵ホウ素原子のドーピング濃
度で成長させた）第３のウェーハは線３９０を生成する。

【００７６】図３Ａから明らかなように、強度測定値は予測される欠陥レベルの関数として
変化する。図３Ａの実験データは、式（１２ａ）を参照して以下に説明される。
具体的には、接合部を持たないウェーハ１０４内の欠陥に起因して寿命が低下す
るとき、キャリア濃度（強度測定値により示される）が低下する。接合部を有す
るウェーハ１０５／１０６の場合の解析も同様であるが、より複雑な解析手段が
必要とされる。そのような解析手法の代わりに、以下に示されるようなコンピュ
ータ１０３においてAtlasソフトウェアを用いる実施形態では、数値モデルが準
備される。

【００７７】具体的には、上記３枚のウェーハの中で第１のウェーハが最も低い品質を有す
るため、欠陥レベルは第１のウェーハにおいて最も高くなるものと予想される（
図３Ａの線３８０を参照）。線３８０は（線３７０及び３９０と比べて）最も大
きな変動を有し、底部３８０Ａ〜３８０Ｐのそれぞれにおいて欠陥を有する（こ
こでＡ?Ｉ?Ｐであり、Ｐは底部の数であり、この例ではＰ＝８である）。

【００７８】焼きなまされたシリコン打ち込み部を有する第２のウェーハは、（焼きなまし
に起因して）より少ない欠陥を有するものと予想され、線３７０により示される
ように、線３８０より変動が少なく、より少ない底部３１０Ａ〜３１０Ｐを有す
る（この実施例ではＰ＝５である）。エピタキシャル層は、その表面において純
粋なシリコン結晶層を含み、その結果、その表面は残留性の研磨損傷がないため
、最も低い欠陥レベルは、第３のウェーハにおいて予想される。線３９０によっ
て示されるように、その付近の小さな（例えば１００Å未満の寸法を有する）欠
陥は（図１Ｃの表面１５３から１〜２μｍの深さ以内にある）は、強度測定値に
おいて小さな変動しか生じない（図３Ａに示される）電気的な活性を有する（そ
のような欠陥は、逆の極性を有する電荷キャリアが再結合するための部位として
作用し、それにより寿命を低減する）。

【００７９】一実施形態では、頂上部（すなわち局所的な最大値、例えばＳｈ１の信号値を
有する頂上部３７２）における信号値を、底部（すなわち局所的な最小値、例え
ばＳｌ１の信号値を有する底部３７０Ａ）における信号値で割ることにより比（
「頂上部−底部」比とも呼ばれる）が決定され、線３７０の場合の比、例えばＳ
ｈ１／Ｓｌ１が得られる（また同様に線３８０の場合の比Ｓｈ２／Ｓｌ２及び線
３９０の場合の比Ｓｈ３／Ｓｌ３も得られる）。その後、同じ製造プロセスで製
造されるウェーハに対する比が、所定の比以下である場合には、許容可能なウェ
ーハと特定する。例えば、ウェーハ１０５／１０６の比（Ｓｈ１／Ｓｌ１）が図
３Ａに示されるように所定の比（Ｓｈｍ／Ｓｌｍ）より大きい場合には、ウェー
ハ１０５／１０６は、許容できないウェーハと（廃棄されるウェーハと）特定さ
れる。

【００８０】一実施形態では、コンピュータ１０３Ｃがモニタ１０３Ｍ上に、測定値がウェ
ーハ１０４／１０５／１０６を許容できないものと特定したことを示すメッセー
ジを表示し、一方、別の実施形態では、コンピュータ１０３Ｃはロボット（図示
せず）に信号を送出し、ウェーハ１０４／１０５／１０６を廃棄場所（廃棄され
る場合には）に移動させる。許容可能なウェーハは、通常通りにさらに処理され
る（図２Ａのウェーハ２６２を参照）。

【００８１】所定の比（Ｓｈｍ／Ｓｌｍ）は、１枚或いは複数枚の基準ウェーハと上記の比
を比較することにより実験的に設定され（その基準ウェーハは、そのウェーハの
仕様に準拠する電気的な試験に基づいて、良好か良好でないかが知られている）
、それにより許容可能なウェーハに対する極値を特定する。用いられる実験的な
方法は、AT&T Technologies社（Commercial Sales Clerk, Select Code 700-444
, P.O. Box 19901, Indianapolis, Indiana 46219, phone 1-800-432-6600, sec
ond edition, 1958）から市販されるSTATISTICAL QUALITY CONTROL HANDBOOKに
記載される方法の１つのような任意の方法を用いることができる。

【００８２】具体的には、そのような頂上部−底部比の変動は、（良好な）基準ウェーハを
測定する電気的な試験の間に、その基準ウェーハの性能と相関が取られる。一例
では、４枚の異なるウェーハが、頂上部−底部比Ｓｈ３／Ｓｌ３（例えば、比１
．２）から１％、５％、１０％、及び２０％変動し、そのウェーハからそれぞれ
形成される集積回路ダイの電気的な試験中に、それぞれ８％、１０％、２０％及
び２５％の動作速度の変動を有する。

【００８３】速度が１０％以上変動する場合に許容できないものと仮定すると、所定の比は
この例の場合５％変動に設定される。それゆえ、５％未満の頂上部−底部比の変
動を有する全てのウェーハは許容可能なウェーハと特定される（図２Ａの動作２
６２により示される）。

【００８４】連続して処理されている多くのウェーハの頂上部−底部比が、所定の比に接近
している場合（例えば上記の例において全て４．５％より大きい場合）には、ウ
ェーハが全く廃棄されない場合であっても、ウェーハを処理する際に用いられる
１つ或いは複数のパラメータが調整される場合もある（例えば、図２Ａの動作２
６３を参照）。

【００８５】別の実施形態では、比を計算して、その比を所定の極値と比較する代わりに、
局所的な最大値３７２と局所的な最小値３７１との間の差（「測定された差」と
も呼ばれる）Ｓｈ１−Ｓｌ１が、そのような差における所定の極値Ｓｈｍ−Ｓｌ
ｍと直接比較され、（単位距離に渡って）測定された差が所定の極値を越えた回
数が、ウェーハの欠陥の数を指示する際に用いられる。焼きなまされているウェ
ーハ内の欠陥の数が検出され（例えば、図３Ａの底部３８０Ａ〜３８０Ｐ）、欠
陥の数に対する所定の極値（例えば０）と比較され、ウェーハを許容或いは拒否
する。一実施形態では、コンピュータ１０３Ｃがモニタ１０３Ｍ上に欠陥の数を
示すメッセージを表示する。

【００８６】さらに別の実施形態では、ウェーハ１０４／１０５／１０６の場合の測定され
た強度が、それぞれ所定の範囲（例えば、図３Ａの範囲Ｓｈｍ−Ｓｌｍ３）と比
較され、任意の強度がその範囲外に入る場合には、そのウェーハは拒否される。
それゆえ一例では、線３８０及び３９０によって表される２つのウェーハが同じ
プロセスによって形成される場合には、線３８０によって表されるウェーハは拒
否され、線３９０によって表されるウェーハは許容される。

【００８７】さらに、焼きなまされたウェーハ１０６内の欠陥によって、測定強度値対生成
ビームパワーのプロットの形状が変化するようになる（以下に記載する図３Ａを
参照）。それゆえ一実施形態では、欠陥の位置（例えば、図３Ａの各底部３８０
Ａ〜３８０Ｍのｘ軸）を特定した後に、各位置において多数の強度測定が実行さ
れ、それを用いてその位置における物性値或いはプロセス条件が得られる。

【００８８】そのような物性値は、ここに記載されるような反射測定値の、焼きなましのよ
うな処理による欠陥の除去或いは形成への反応のために、ウェーハの処理におい
て関心が示される。具体的には、上記の動作２４０（図２Ａ）が、ウェーハ処理
装置１０１（図１Ａ）による処理前にウェーハ１０４上で実行される際に、欠陥
があるウェーハは初めに、すなわちここで記載するような任意の処理（例えば、
ドープされた領域の形成）前に排除され、それにより２つのタイプの欠陥、（１
）研磨により引き起こされるウェーハ内の欠陥及び（２）エピタキシャル材料の
欠陥が排除される。さらに、動作２４０がウェーハ１０５／１０６において実行
される際に、製造プロセス（例えばイオン注入、焼きなまし、エッチング或いは
パターン形成）により引き起こされる任意の欠陥が（上記のように）特定される
。

【００８９】さらに一実施形態では、動作２４０を用いて、ベアシリコンから形成される開
始ウェーハを排除する。そのようなベアシリコンの欠陥が開始時に特定されると
き、その方法によってウェーハ製造プロセスを補正する結果、十分に低い欠陥レ
ベルを確保し、エピタキシャル材料から形成される開始ウェーハ１０６のコスト
及び使用を排除する。ベアシリコンから形成される開始ウェーハ（「プライムウ
ェーハ」とも呼ばれる）は、ここに記載したような開始ウェーハ１０４の処理と
同様にプロファイラ１０３によって処理される。

【００９０】焼きなましは典型的には、装置１０２（図１Ａ）のランプ（図示せず）で急速
にウェーハを加熱することにより行われる。焼きなまし装置１０２のランプによ
る照射は一様ではない場合もあり、任意の点においてパターン形成されたウェー
ハ１０５に入る熱量は、（表面１５３上に形成される二酸化シリコン或いは窒化
シリコンのような）誘電体層厚及び集積回路のパターン厚の関数となる場合があ
る。具体的には、ウェーハ１０５内の種々の層（図示せず）が異なるパワー量を
反射し、それによりウェーハ１０５の加熱量を変化させるようになる。

【００９１】従って、打ち込みを行ったウェーハ１０５の焼きなましは一様ではなく、焼き
なまされたウェーハ１０６内の接合部（表面１５３から深さｘｊにおいて、図１
Ｃ内のドープされた領域１３０と半導体材料１５６との間の境界面において形成
される）の特性は場所によって変動する場合がある。線３７０、３８０及び３９
０（図３Ａ）は、半導体物理の当業者に対して、μｍ及びμｍ未満のスケールの
接合部特性の変化を示している。それゆえ、そのような線は、プロファイラ１０
３を操作する作業者によって用いられ、形成されたトランジスタが全て、ウェー
ハ１０５／１０６の全面に渡って一様であるか否かを検査し、ウェーハ内のトラ
ンジスタの仕様に（例えば焼きなまし、打ち込み或いは回路設計を調整すること
によって）準拠させることができる。

【００９２】作業者が操作する代わりに、別の実施形態では、そのような検査はコンピュー
タ１０３により自動化される。例えば、ディスプレイ（図３Ａ及び図３Ｂに示さ
れる）を構成する代わりに、コンピュータ１０３Ｃは、（１）自動的に各ウェー
ハの測定値を用いて、多数のウェーハに渡って（典型的には数百以上）その平均
値と標準偏差値とを計算し、（２）これらの平均値と標準偏差値とを用いて、装
置１０１或いは焼きなまし装置１０２に与えられる制御パラメータを自動的に生
成する典型的なプロセス制御方法（上記AT&T Technologiesから市販される書籍
の５〜３０ページに記載されており、ここで参照して本明細書の一部としている
）を利用して、打ち込み或いは焼きなましプロセスが仕様から外れる時点を特定
する。

【００９３】上記のように、図３Ａでは線形スキャンが示されており、図３Ｂは別の実施形
態において面積スキャンが実行されている。具体的には、プロファイラ１０３（
図１Ａ）は、接近して配置されたグリッド（例えばウェーハ１０５／１０６を多
数の領域に分割するためのグリッドであり、その領域はそれぞれ１０μｍ×１０
μｍの面積を有している）の対応する数の領域において多数の反射度測定を実行
する。その反射度測定値はプロットされ、測定された強度対ｘ−ｙ位置のグラフ
（例えば、図３Ｂに示されるように、或いは好ましくは三次元画像として、種々
のタイプの影付きの領域の形で）形成される。その後面積スキャンのグラフは、
半導体物理のエンジニアによって用いられ、走査型電子顕微鏡を使用する場合と
同様にしてウェーハ１０５／１０６を評価する。

【００９４】グラフをプロットして目測で検査する代わりに、別の実施形態では、上記のよ
うな統計的なプロセス制御方法を用いて、自動的に反射度測定値を検査する。ま
た動作２４３（図２Ａ）によって得られる反射度測定値は、それぞれウェーハ１
０５／１０６（図１１Ａ）内の物性値（例えば電荷キャリアの移動度）を指示す
る。具体的には、プロファイラ１０３をプログラミングして、物性に対する測定
値を構成するために（例えば反射度測定値をドーピング濃度に変換するための、
或いはその測定値からの傾きを移動度に変換するためのスケールファクタを得る
ために）用いられる（図５Ａ〜図５Ｈを参照して以下に記載される）、多数の測
定値（少なくとも１つの領域３０１において）を取得する。

【００９５】一実施形態では、プロファイラ１０３はウェーハ１０５／１０６の各領域にお
いて一群の測定（例えば、２つの異なるパワーの生成ビーム１５１の場合に少な
くとも二回の測定）を実行する。それゆえ上記の実施形態では、プロファイラ１
０３は、ウェーハ１０４／１０５／１０６における種々の領域の濃度をモニタ１
０３Ｍに表示する走査型移動度顕微鏡として機能し、走査型電子顕微鏡を使用す
る場合と同様に用いることができる。一例では、１００μｍ×１００μｍの面積
において４００個の測定値が得られ、三次元グラフに表示される。ここでｘ及び
ｙは二次元においてパターン形成されたウェーハ１０５上の領域を確定し、斜線
のパターン（第３の次元においてモニタ１０３Ｍ上に表示される）は、測定され
た反射度を示す。

【００９６】別の実施形態では、電荷キャリアが形成される位置は、２つ或いはそれ以上の
測定時に変更されない。代わりに、動作２４１（図２Ａ）を実行する際に、プロ
ファイラ１０３（図１Ａ）は同じ位置に電荷キャリアを形成し、その電荷キャリ
アを形成するために用いられるパラメータを変更する。そのパラメータは例えば
、領域１２０における平均キャリア濃度ｎａｖである。濃度ｎａｖは、図５Ａを
参照して以下に記載されるように、生成ビーム１５１の強度を変更することによ
り（例えばそのパワー或いは直径を変更することにより）変更される。

【００９７】また、動作２４１の代わりに、或いはその動作に加えて、プロファイラ１０３
は図２Ａの動作２４４によって示されるような測定において用いられるパラメー
タを変更する、例えばプローブビーム１５２の直径、又は図１Ｆを参照して上記
したようにビーム１５１に対するビーム１５２の位置をオフセットすることによ
り反射度が測定される場所を変更する。

【００９８】一実施形態では、動作２４３（図２Ａ）において行われる反射度測定のうちの
２回或いはそれ以上の回数を用いて、１つ或いは複数の動作４５１〜４５５（図
４Ａ）によってウェーハ１０４／１０５／１０６の物性値を測定する。具体的に
は、動作４５１において、プロファイラ１０３はその反射度測定値を曲線４７１
（図４Ｂ）のような線に一致させる。曲線４７１は、変更されるパラメータ（ｘ
軸）、例えば領域１２０に入射する生成ビーム１５１のパワーの関数として、領
域１２０によって反射された後のプローブビーム１５２（図１Ｃ）の強度を（ｙ
軸に沿って）プロットしたものである。プロファイラ１０３（図１Ａ）は各強度
測定値によって得られる４７１Ａ〜４７１Ｎを用いて、あるウェーハの場合の曲
線４７１（図４Ｂ）に（例えば点４７１Ａ〜４７１Ｎを線分で接続することによ
り）一致させる。

【００９９】次に動作２５２（図４Ａ）では、プロファイラ１０３は、曲線４７１を示す１
つ或いは複数の曲線を判定する。例えば、プロファイラ１０３は、曲線４７１の
種々の部分（例えば、２つの部分が以下に記載される）を近似する１つ或いは複
数の直線の一次係数（「傾き」とも呼ばれる）及び０次係数（「切片」とも呼ば
れる）を判定し、及び／又は変曲点（例えば二次或いは高次の導関数が０になる
点）を判定する。図４Ｂに示される例では、曲線４７１は、曲線４７１Ｈによっ
て近似される変曲点ＩＰにおける測定値より大部分（５０％以上）の強度測定値
が大きくなるように傾きが変化する点（これ以降「変曲点」）を有する。同様に
、変曲点ＩＰにおける測定値より小さい大部分の強度測定値は、別の曲線４７１
Ｌによって近似される。

【０１００】従って、曲線４７１は、「高レベル注入」と呼ばれる条件に対応する高パワー
部分ＨＰを有し、生成ビーム１５１（図１Ｃ）によって形成される過剰なキャリ
アの濃度は、活性化されたドーパントによってドープされた領域１３０内に通常
存在する背景電荷キャリアの濃度より大きくなる。また線４７１は、「低レベル
注入」と呼ばれる条件を表す低パワー部分ＬＰを有し、部分ＨＰにおけるパワー
より小さい生成ビーム１５１のパワーの場合、ドープされた領域１３０における
過剰なキャリアの生成速度は、活性化されたドーパントによって背景電荷キャリ
アの濃度より小さくなる。低パワー部分ＬＰ及び高パワー部分ＨＰはそれぞれ、
上記の変曲点ＩＰにより互いに分離される。

【０１０１】線４７１Ｈ及び４７１Ｌは、測定の範囲の極値において２つ或いはそれ以上の
強度測定値を用いることにより、変曲点ＩＰを知しらなくても、コンピュータ１
０３Ｃ（図１Ａ）によって得られる。例えば、最大強度測定値及び２番目に大き
い強度測定値を表す２つの点４７１Ａ及び４７１Ｂを用いて、線４７１Ｈを決定
することができ、一方最小の強度測定値及び２番目に小さい強度測定値を表す２
つの他の測定値４７１Ｎ及び４７１Ｍを用いて（コンピュータ１０３Ｃによって
）線４７１Ａを決定する。２つの点を用いる代わりに、別の実施形態では、その
範囲の上限における３つの隣接する点、例えば、４７１Ａ〜４７１Ｃを用いて、
最も良く一致する線４７１Ｈを取得し、一方その範囲の最も下側において隣接す
る３つの点４７１Ｋ〜４７１Ｄを用いて最も良く一致する線４７１Ｌを取得する
。一実施形態では、変曲点４７１Ｉは、線４７１Ｌ及び４７１Ｈの交点に最も近
い曲線４７１上の点として、上記の線４７１Ｌ及び４７１Ｈから見いだされる。

【０１０２】上記のように、図４Ｂでは、動作２４４或いは動作２４７（図２Ａ）において
変更されるパラメータは、ｘ軸に沿ってプロットされる。それゆえ、その実施形
態によれば、強度測定値（ｙ軸を参照）は、生成ビーム１５１のパワー（図５Ａ
に示される）、プローブビーム１５２のパラメータ（図７Ａに示される）及びビ
ーム１５１と１５２との間のオフセット距離（図７Ｂに示される）の位置の１つ
に対してプロットされる。

【０１０３】一対の直線４７１Ｌ及び４７１Ｈを用いて一実施形態においては曲線４７１を
近似しているが、別の実施形態は他の数（例えば全曲線４７１に対して一本の直
線、または３本或いはそれ以上の直線）の直線を用いている。別の実施形態では
、直線を用いる代わりに、コンピュータ１０３が、直線４７１を近似する二次関
数或いは三次以上の関数を用いて、例えば３つ或いはそれ以上のそのような係数
が得られる。

【０１０４】一実施形態では、プログラミングされたコンピュータ１０３Ｃが、４枚の異な
るウェーハにおける強度測定値から多数の曲線５０１〜５０４（図５Ａ）を生成
する。例えば、プロファイラ１０３は、生成ビーム１５１のパワーを変更するこ
とにより、同じ領域１２０（図１Ｃ）において同時に生起するビーム１５１及び
１５２を用いて多数の測定値５０２Ａ〜５０２Ｎを取得する。その後、コンピュ
ータ１０３Ｃは、図４Ｂを参照して上に記載したように、線５０２Ｈ及び５０２
Ｌを生成し、動作２４６Ａ及び２４６Ｂ（図４Ａ）を実行することによりそれぞ
れ傾きｍ_H及びｍ_L、並びにｙ切片ＹＨ及びＹＬを決定する。上記の例では、線５
０１、５０２及び５０３によって表されるウェーハは知られている物性値を有し
、一方、線５０２によって表されるウェーハの物性値は知られていない。

【０１０５】一実施形態では、線５０１、５０２及び５０３によって表されるウェーハの物
性値及びプロセス条件は、１つ或いは複数の上記の係数、例えば図５Ｂ、５Ｃ、
５Ｄ及び５Ｅに示されるような高パワー切片ＹＨ及び低パワー傾きｍ_Lの関数と
してプロットされる。その後線５０２の対応する係数を用いて、その物性値及び
／または処理条件をそれぞれ探索する。

【０１０６】具体的には、図５Ａに示される濃度は、曲線５０１〜５０２は表１に示される
以下の係数を有する。

【表１】

【０１０７】それゆえ、コンピュータ１０３Ｃは、図５Ｂに示されるような高パワーの切片Ｙ
Ｈの値８９．１を用いて、線５０１、５０３及び５０４によって表されるウェー
ハのそれぞれ知られている焼きなまし温度から得られる線５１０から焼きなまし
温度を９９９℃として得る。同様にコンピュータ１０３Ｃは、図５Ｃの低パワー
の傾きｍ_Lの値４．０５を用いて、知られている焼きなまし温度から再び得られ
る線３０９から１０００℃の焼きなまし温度を得る。図５Ｂ及び図５Ｃはそれぞ
れ線３０２によって表されるウェーハの同じ情報、すなわち約９９９．５℃の焼
きなまし温度（図５Ｂ及び図５Ｃから得られる２つの測定値の平均値）を与える
が、図５Ｂが不明瞭な情報を与える場合には図５Ｃが有効である。例えば図５Ｃ
は、高パワーの切片が６０である時、２つの焼きなまし温度９８０℃及び１０４
０℃を示す。低パワーの傾きを用いて、２つの値９８０℃及び１０４０℃の１つ
が取り出される。例えば、低パワーの傾きが４．０未満である時に９８０℃が取
り出される。

【０１０８】曲線３０２によって表されるウェーハの上記の例では、プログラミングされた
コンピュータ１０３Ｃは、測定値９９９．５℃と仕様値９７５℃（図２Ａの動作
２６０によって示される）とを比較し、そのウェーハを（例えば、そのウェーハ
を廃棄場所に移動させることにより）廃棄されるものと特定し、その後処理パラ
メータを調整する。例えば線１０８（図１Ａ）上に信号を送出し、温度を２５℃
まで低下させる。

【０１０９】処理条件（例えば図５Ｂ及び図５Ｃを参照して上に記載したような焼きなまし
温度）を判定する代わりに、或いはそれに加えて、強度測定値から導かれる上記
の特性を用いて、照射領域１２０内の半導体材料の１つ或いは複数の特性を判定
することができる。具体的には、プロファイラ１０３は低パワーの傾きｍ_Lを用
いて、知られている特性を有するウェーハの接合部深さに対してプロットされた
、そのような傾きのグラフ（図５Ｄ）を探索することにより、接合部深さＸｊ（
図１Ｃ）を判定する。上記の例では、低パワーの傾きｍ_Lは４．０５の値を有し
、線５１１（図５Ｄ）は５８０オングストローム（１０^-10ｍ）の接合部深さを
与える。

【０１１０】その後プロファイラ１０３は、５８０オングストロームの値と、受容可能な接
合部深さの所定の範囲、例えば４００〜６００オングストロームの範囲と比較す
る。５８０の値はその範囲内に入るので、ウェーハ１０５／１０６は許容可能な
ものと特定され、さらに通常通りに処理される（図２Ａの動作２６２によって示
される）。測定された接合部深さが所定の範囲外にある場合には、ウェーハ１０
５／１０６は拒否され（図２Ａの動作２６０によって示される）、１つ或いは複
数の処理条件、例えばドーパントの添加量を調整することにより調整される（動
作２６３に示される）。

【０１１１】ウェーハが許容される場合であっても、例えば測定された特性（例えば接合部
深さ）が、その範囲の限界値に接近している、例えばその上限値の５％以内（上
記の例では、４００〜４０８の範囲内、或いは４７５〜５００の範囲内）に入る
場合には、処理条件の調整を行うこともできることに留意されたい。上記のよう
に、処理条件を調整するために、プロファイラ１０３は、装置１０１及び焼きな
まし装置２０２のいずれか、或いは両方に信号を与え、測定された特性の値を所
定の範囲の中央値（例えば５００オングストローム）に戻す。

【０１１２】図５Ｄを参照して上に記載したように、接合部深さを測定することによって、
予測されない結果が与えられる場合には、Opsalに付与された米国特許第４，８
５４，７１０号は、深さ情報はプラズマ波が存在しない場合には得ることはでき
ない（具体的には、Opsalは第４欄、３３〜３５行において、「しかしながら、
サンプルが調査される必要がある深さの関数として変動する応用形態では、プラ
ズマ波を生成し、調査する必要がある」と述べている）ことを教示していること
を考慮する。

【０１１３】同様に、プロファイラ１０３は別の属性、具体的には高パワーの切片ＹＨを用
いて、表面１５３（図１Ｃ）における活性ドーパントの濃度を探索する。具体的
には、プロファイラ１０３は高パワーの切片ＹＨの値８９．１を用いて、知られ
ている表面濃度を有する多数のウェーハの高パワーの切片をプロットすることに
よって形成された線５１２（図５Ｅ）から７×１０¹⁹原子／ｃｍ³の表面濃度を
得る。

【０１１４】（図５Ａを参照して上に記載したように）表面のドーパントの濃度を測定する
ために係数（例えば上記の傾き或いは切片の別の１つ）を用いる代わりに、或い
はそれに加えて、プロファイラ１０３は曲線５０２の別の属性、具体的には二次
或いはより高次の導関数が０に接近する１５０２の変曲点ＩＰを用いることがで
きる。具体的には、一実施形態では、プロファイラ１０３は変曲点ＩＰのｘ座標
ＸＩを用いて、生成ビーム１５１のパワーを決定するとともに、別のグラフ（図
５Ｆ）を用いて、材料の活性ドーパントの濃度１５６（図１Ｃ）を探索する。

【０１１５】曲線５１４（図５Ｆ）は、ドーピング濃度を探索するために図５Ａから判定さ
れるような変曲点ＩＰの生成ビームのパワーで直接用いられる。例えば、変曲点
ＩＰのｘ座標の値が４３であるとき、曲線１５４はそのドーピングに対して７×
１０¹⁹原子／ｃｍ³の値を生成する。線５１４（図５Ｆ）は、上記のようなシミ
ュレータを構成するためにコンピュータ１０３ＣにAtlasソフトウェアをプログ
ラミングすることにより、また種々のドーピング濃度及びパワーの場合に、その
シミュレータに、材料の構造（ドープされた層の記述）及び生成ビーム１５１（
直径、パワー及び波長の記述）についての情報を与えることにより得られる。

【０１１６】領域１３０（図１Ｃ）のシート抵抗Ｒｓは、図５Ｇに示されるような傾き対シ
ート抵抗のプロットからの線５０２（図５Ａ）の高次の傾きｍ_Hから判定するこ
とができる。具体的には、プロファイラ１０３は、プローブビーム１５２が直径
２μｍ及びパワー４１．５ｍＶを有し、生成ビーム１５１が直径２μｍを有し、
パワーが０〜９０ｍＶの範囲で変化する場合に、ステップ接合部、０．２μｍの
深さのドープされた領域１３０を有し、１．５×１０¹⁵原子／ｃｍ³のドーズ量
で２０ＫｅＶ打ち込みでドープされ、Ｎ型のｅｐｉウェーハになるウェーハの傾
きに対して、その測定された傾きを正規化する。

【０１１７】それゆえ一実施形態では、線３８１（図５Ｇ）は、Silvaco社（Sunnyvale, Ca
lifornia）から市販されているソフトウェアAtlasでプログラミングされるコン
ピュータ１０３Ｃ（図１Ａ）のような有限要素シミュレータを用いて、シート抵
抗Ｒｓをモデル化することにより得られる。そのようなシミュレータを（本開示
内容を鑑みて、当業者が明らかな方法において）セットアップして、生成ビーム
１５１による照射に応じて半導体材料１５６の表面１５３（図１Ｃ）におけるキ
ャリア濃度をモデル化し、それによりそのモデルに従って、ステップ接合部０．
２μｍの深さを有し、Ｎ型ウェーハ上で２０Ｋｅｖの打ち込みでｎ型のｅｐｉに
ドープされるウェーハから得られる反射度に対して正規化された反射度を決定す
る。

【０１１８】その正規化された反射度は、線５１６を生成するためにシート抵抗Ｒｓの関数
としてプロットされ、その測定された値は線５１６と同時に線５１５（図５Ｇ）
を生成するために（正規化することにより）スケーリングされる。シート抵抗Ｒ
ｓは、ドーピング濃度（図５Ｆ）及び接合部深さＸｊ（図５Ｄ）とそれぞれ反比
例する。それゆえ接合部深さＸｊは、ドーズ量及びそれゆえドーピング濃度を変
化させながら一定のエネルギで注入を行うことにより一定に保持され、シート抵
抗Ｒｓの変化を引き起こす。

【０１１９】高パワー部分ＨＰ（図４Ｂ）の傾きｍ_Hは、移動度の逆数に比例し、移動度は
ドーピング濃度に比例する（図６Ｂにより示される）。それゆえ、正規化された
高パワーの傾きｍ_H（上記）は、実験及びシミュレータの両方によって示される
ように（図５Ｇに示される）、シート抵抗Ｒｓに反応する。

【０１２０】プロファイラ１０３は以下のようにしてシート抵抗Ｒｓを抽出する。具体的に
は、プロファイラ１０３は知られているシート抵抗Ｒｓを有するウェーハの場合
に、高パワー部分ＨＰにおいて上に述べたような（図５Ｇ）高パワーの傾きｍ_H
を測定し、例えばそのような基準ウェーハは５００Ω／□のシート抵抗値を有す
る場合、それにより０．６の傾きの値を較正する。その後プロファイラ１０３は
較正された値を用いて、シート抵抗に対して高パワーの傾きをプロットし、線５
１５が得られる。

【０１２１】次にプロファイラ１０３は反射パワーを測定し、線５１５及び５１６を較正す
るために用いられる知られた特性を有するウェーハと同じ注入レベルを有するウ
ェーハの場合の傾きを決定する。例えば、シート抵抗が知られていないウェーハ
は０．８の傾きを有し、それゆえプロファイラ１０３はそのシート抵抗を１００
０Ω／□であるものと判定する（図５Ｇ）。

【０１２２】ステップ接合部（表面から接合部深さまでの深度に対して一定のドーピングレ
ベルを有し、接合部深さより深い場所では第２の一定のドーピングレベルを有す
る接合部）の場合、シート抵抗は以下の式によって与えられる。

【数１】

【０１２３】ただしρは抵抗率であり、Ｘｊは接合部深さであり、μは移動度であり、ｎは
活性キャリア濃度である。従ってシート抵抗Ｒｓは移動度と、活性ドーピング濃
度と、接合部深さとを組み合わせた値であり、これらの内の１つを他の値から判
定することができる。例えばプロファイラ１０３は、上記のようにシート抵抗（
図５Ｇから）、ドーピング（図５Ｐから）及び接合部深さ（図５Ｄから）を判定
した後に、上記式を用いて移動度を決定する。

【０１２４】生成ビームのパワーの関数としての強度のプロット（例えば、図５Ａの線５０
１〜５０４）の高パワーの傾きｍ_Hを用いて、以下の式に示されるように、基準
ウェーハの対応する傾きでその傾き（高注入の場合）を割り、知られている移動
度を掛け合わせることだけで移動度が得られる。

【数２】

【０１２５】特に、ハイレベル注入の場合、図９Ｂについて後記するように電流は半径方向
に流れる。従って、キャリアの濃度は、同じく後記する式（５）により与えられ
る。以下の式（５）、（２１）及び（２２）を組み合わせることにより、以下の
高パワー傾きが与えられる。

【数３】

【０１２６】但し、ｍ_Hは、Ｘ軸に沿ってプロットされた発生ビーム１５１のパワーの関数と
しての絶対反射量に対して正規化された反射信号を、Ｙ軸に沿ってプロットして
得られた線の高パワー部の傾斜であって、ｑは電荷、Ｒ₀は絶対反射量、αは吸
収係数であって、吸収長さｍ₀の逆数はシリコンの屈折率に等しく、ε_s及びε₀
はそれぞれ自由空間及びシリコンの誘電率であり、ｍ_eはキャリアの有効質量、
ωはプローブビームのラジアル周波数、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｅ_phは
発生ビームの波長に於けるフォトン一つあたりのエネルギ、μは移動度である。

【０１２７】図５Ｈの線５１７などの曲線は上記した式から求められる。より複雑な状況に
於いては、線５１７を数値モデルにより求めることができる。線５１７も、ｍ_H
を測定し、例えば同一材料によりトランジスタを形成し、このトランジスタの動
作特性に基づき移動度を測定することにより得られた移動度に対する相関を求め
ることにより実験的に求めることができる。従って、プロファイラ１０３は、製
造中のウェーハの高パワー傾きｍ_Hを利用して、線５１７を利用して移動度を求
めることができる。

【０１２８】図５Ｂ〜５Ｆにおける線５０９〜５１３等の、物性や処理条件を決定するため
に利用されたグラフは、二つの異なる実施例について以下に説明するように二つ
の方法のいずれかにより得られる。第一の実施例に於いては、基準ウェーハとも
呼ばれる一組のウェーハを選択或いは準備し、注入エネルギ、注入量或いは焼き
なまし温度といった処理状況を変更することによりある範囲の物性値を有するよ
うにし、プロファイラ１０３を用いて上記したように各基準ウェーハについて強
度測定値を得たり、近似フィット用係数或いは他の属性を得ることとなる。続い
て、近似フィット係数或いは属性を用いて線５０９〜５１３及び５１５をプロッ
トする。第二の実施例に於いては、同じく基準ウェーハと呼ばれるいくつかのウ
ェーハについて、上記したようにプロファイラ１０３により強度測定を行い、分
散抵抗プロファイリングなどの従来から知られた測定手法を用いて実際のドープ
プロフィールを決定する。

【０１２９】ある実施例に於いては、図５Ａの線５０１〜５０４は、１×１０¹⁵の量のボロ
ンを２ＫｅＶのエネルギをもってイオン注入し、線５０１の場合には９０５℃、
線５０２の場合は１０００℃、線５０３の場合は１０５０℃及び線５０４の場合
は９００℃で焼きなましを行って得られたウェーハを表す。続いて、上記したよ
うに強度測定を行い、図５Ａに示されたグラフがプロットされる。次に、ＳＲＰ
と略称される分散抵抗プロフィール（spreading resistance profiles）が図６
Ａに示されるように用意される。ここで、図５Ａの符号に対して１００を加算し
た符号により示される線は、それぞれ対応するウェーハを表す。即ち図５Ａに於
ける線５０１は、図６Ａに於ける線６０１に対応する。

【０１３０】図６Ａに示されたＳＲＰ線６０１〜６０４は、ウェーハを破壊してイオン注入
層を露出させ、エッジを面取りし、深さの関数として活性ドーパントの濃度のプ
ロフィールを測定するためのプロービングを行うことにより得られる。従って、
ＳＲＰの準備する過程の完了時には、図６Ａのグラフは、Ｘ軸に沿う深さ（μ）
の関数として、Ｙ軸に沿う活性ドーパント濃度（原子／ｃｍ³）のプロットを与
える。プログラムされたコンピュータ１０３Ｃは、線６０１〜６０４から表面濃
度６０１Ｙ〜６０４Ｙを決定し、これらは図５Ｅに示された線５１２を得るため
に利用される。更に、プログラムされたコンピュータ１０３Ｃは、ドーパント濃
度値が１×１０¹⁹となる深さを、点１０６Ｊ〜６０４ＪのＸ座標として決定する
。これらの値は、図５Ｄに線５１１として示された、接合深さに対する低パワー
傾きのプロットを得るために利用される。上記した方法により得られる直線は、
「曲線フィット」と呼ばれる方法を用いて測定値に良く合致し、図５Ｄ及び５Ｅ
に於いてはＲ²の値が０．９５より大きい。

【０１３１】従って、図５Ｂ〜５Ｇに示されるような上記したグラフの一つ又は複数が用意
されると、製造されたウェーハの物性が、ウェーハを破壊したり研磨することを
必要とすることなく、図２Ａに示される上記した方法２００により決定される。
なぜなら、プロファイラ１０３は、単に物性値の測定値を得るために上記したグ
ラフを利用するのみであるからである。従って、プロファイラ１０３は、ウェー
ハを破壊したり研磨するなど、従来技術に於いて必要とされた試験ウェーハに関
連するコストを不要とすることができる。

【０１３２】上記実施例に於いては、コンピュータ１０３Ｃは物性を測定するために利用さ
れる図５Ｅの線５１２などの線を用意するための様々な演算を行うものとして記
述されたが、このようなグラフを別のコンピュータにより用意したり、上記した
ステップをマニュアルで行うことも可能である。

【０１３３】更に、図５Ａ〜５Ｇにより示されるように、上記した線はある実施例に於いて
は用意されるが、別の実施例では、このようなグラフを用意することなく、代わ
りにこのようなグラフに関連する式を用いることにより、方法２００の様々なス
テップを実施するために、単に反射度の測定値を用いることもできる。例えば、
図５Ｅの線５１２を引く代わりに、このような線の傾き及び切片を求め、このよ
うな傾き及び切片を有する方程式を利用して、高パワー切片から表面濃度を得る
ことができる。

【０１３４】また、線５１２を直線であるとする代わりに、曲線であるとすることもでき、
或いはコンピュータプログラムの技術に通じた同業者であれば容易に理解できる
ように、上記した要領をもって物性値の測定値を得るために、２次あるいは更に
高次の微分方程式によって強度の測定値を近似することができる。

【０１３５】更に、図６Ｂに於いて線６１１により示されるように、ドーパントの濃度に対
する移動度の関係を、図５Ｂ〜５Ｇに示された上記グラフに加えて、或いはそれ
に代えて利用することができる。特に、ある実施例に於いては、プロファイラ１
０３は、集積回路の処理に於いて常用される範囲であるところの１０¹⁶から１０ ¹⁹ ／ｃｍ³の範囲の図６Ｂに示される線６１１を用いて、図５Ｅについて上記し
たようにして得られたドーパント濃度４．２×１０¹⁹原子／ｃｍ³から、毎秒１
００ｃｍの値の移動度を得ている。図５Ｅから得られた表面濃度は、バルク内の
ドーパント濃度よりも高いが、線６１１から得られた移動度は、バルクに於ける
移動度に概ね等しい。なぜなら、図９Ｃについて後記するように、１０¹⁹〜１０ ²⁰ 原子／ｃｍ³の範囲のドーピングであれば、移動度の低下がわずかであるから
である。

【０１３６】既知のドーパンド濃度からバルク寿命を推定するために、図６Ｃに於ける線６
１３により表される良く知られた関係を次のようにして利用することができる。
特に、プロファイラ１０３は、ドーパント濃度即ち４．２×１０¹⁹の値から、線
６１３を利用して、バルク寿命値として１．１×１０^-5ｍｓｅｃを得ることがで
きる。表面ドーパント濃度は、バルク材料１５６（図１Ｃ）内の寿命の推定値を
与える。

【０１３７】図６Ｂ及び６Ｃに於ける線６１１及び６１３等のような良く知られた関係を利
用する代わりに、製造されるべきウェーハに固有の関係を、図５Ｈについて上記
したように、従来から知られた方法を用いた移動度及び寿命の適当な測定値から
用意することができ、これらの関係を、製造されるべきウェーハの移動度及び寿
命を測定するためにプロファイラ１０３に於いて利用することができる。

【０１３８】上記したような知られた関係（図６Ｂについて前記したような移動度及びドー
パント濃度との間の関係）は、表面粗さやドーパントの遊離など、移動度を減少
させるような効果が存在しない場合にのみ正確な推定値を与える。特に、表面粗
さは散乱を引き起こし、表面移動度の値をバルク移動度のレベルよりも引き下げ
、図５Ａの線５０２を決定する表面移動度は、図５Ａの変曲点ＩＰを決定するキ
ャリア濃度に対応するバルク移動度とは必ずしも同一とならない。

【０１３９】従って、ある実施例に於いては、物性を得るために２つの属性を同時に利用す
る。その一方は、（１）図５Ｆについて上記したように、ドーパント濃度を求め
るために変曲点ＩＰを利用するものであり、その他方は、（２）表面粗さとは無
関係にドーピング濃度の変化を決定するために、図５Ｅについて前記したように
、表面濃度を得るために、特に高パワー切片ＹＨについて線５０２を利用するこ
とである。特に、変曲点は、過剰キャリアの濃度がドーピング濃度に等しくなる
ときの状態を表す。例えば、表面移動度が、バルク移動度の半分である場合、移
動度１００から抽出されるドーピング濃度は、点６１２を利用して、４×１０¹⁹ として与えられるが、図５Ｆを利用した変曲点から抽出されたドーピング濃度は
１×１０¹⁸となる。

【０１４０】発生ビーム１５１のパワーを変更する前後に反射度を測定して線５０１〜５０
４（図５Ａ）を求める代わりに、図２Ａについて上記したステップ２４４に示さ
れるように、他のパラメータを変更することもできる。特に、ある実施例に於い
ては、プローブビーム１５２或いは発生ビーム１５１の直径を変更する前後に反
射度を測定し、それによって図１Ｂにより示されるようにキャリア濃度１５８の
変化率ｄｎ_ei／ｄｘに応じた測定値を得ることもできる。図７Ａ及び７Ｂに示さ
れるように、ｎ_eiの変化率を利用してキャリアの寿命の劣化を測定することもで
きる。

【０１４１】特に、図７Ａの線７０１および７０２は、製造されるべきウェーハの寿命の許
容範囲の限界を表しており、正規化された強度の測定値がＹ軸に沿って表され、
図１Ｈにより示されるようなプローブビーム１５２の半径との関係がプロットさ
れている。図７Ａに示された強度の測定値は、０．２μｍの深さの階段状接合部
を有し、５×１０¹⁸の量のＰ型ドーパントによりドープされたウェーハ１０５、
１０６について寿命の劣化が見られないという条件下に於いて、直径１μｍのプ
ローブビーム１５２を用いて得られた強度測定値に対して正規化されている。

【０１４２】従って、プロファイラ１０３は、単に製造中のウェーハについて得られた測定
値から図７Ａのグラフに点７０３をプロットするのみで、点７０３が限界７０１
及び７０２間の許容領域として与えられる領域７０４内に点７０３が位置するか
否かをチェックすることができる。限界内である場合には、プロファイラ１０３
は、この測定値７０３を与えたウェーハ１０５、１０６が許容範囲内の寿命を有
すると判断する。点７０３により表される測定値は単一の測定値であって、ウェ
ーハの合否を判断するために一回の測定で十分であることを留意されたい。

【０１４３】更に、ある実施例に於いては、線７００Ｉ〜７００Ｊ等のいくつかの追加の線
が含まれ、プロファイラ１０３は、例えば点７０３に於ける寿命が５００倍劣化
していることを内挿により求める。なぜなら、点７０３は、１００倍劣化の線７
００Ｉと、１０００倍劣化の線７００Ｊとの間に位置するからである。正規化さ
れた強度測定値対プローブビーム直径のプロットは、ウェーハ１０５、１０６の
寿命をチェックするための正確なテストを提供する。なぜなら、強度測定値は、
上記した線７０１及び７０２に対応する図７Ｂの線７１１及び７１２により示さ
れるように、面１５３に於いて発生ビーム１５１により発生したキャリアの濃度
に線形に比例するからである。

【０１４４】図７Ｂに於いては、Ｘ軸は発生ビーム１５１の図１Ｈに於ける軸線１５５から
の半径方向距離を表すことに留意されたい。強度測定値と表面濃度との間の関係
を、式（２１）及び（２２）について以下に説明する。方程式（２１）及び（２
２）を考慮すると、半導体材料の物性を測定するために反射度の測定値を用いる
代わりに、同様の要領をもって屈折率の変化を利用し得ることに留意されたい。

【０１４５】ある実施例に於いては、図１Ｃに示されたビーム１５２は１μｍよりも長い波
長を有する。１μｍ程度の波長に於いては、フォトンは概ねシリコンのバンドギ
ャップエネルギに等しいエネルギを有する。ビーム１５２の波長はバンドギャッ
プエネルギに依存し、即ちウェーハ１０５、１０６の材料に依存し、ゲルマニウ
ムの場合には異なることを留意されたい。

【０１４６】ある実施例に於いては、オランダのフィリップスにより市販されている最大出
力パワー７０ｍＷを有するモデルＣＱＦ７５６／Ｄ等の１４８０ｎｍファイバ結
合レーザダイオード等のような図８Ａに示されるレーザ８０１により発生する。
レーザ８０１は、プロファイラ１０３に於いて＜他の部品とは別に取り付けられ
、ビーム１５２を伝達するファイバ８０２によりコリメータ８０３に接続される
。コリメータ８０３は、例えばカリフォルニア州のＷａｖｅＯｐｔｉｃｓによ
り市販されている部品番号ＷＴ−ＣＹ３−１６３−１０Ｂ−０．５からなるもの
であってよい。

【０１４７】本実施例に於いては、カリフォルニア州のＳａｎＪｏｓｅのＳｐｅｃｔｒａ
Ｄｉｏｄｅｌａｂｓにより市販されている最大出力パワー２００ｍＷを有する
レーザダイオードモデルＳＤＬ−５４３２−Ｈ１等のような８３０ｎｍのバンド
ギャップレーザ８０５により得られる。プロファイラ１０３は、カリフォルニア
州ＩｒｖｉｎｅのＭｉｌｅｓＧｒｉｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販さ
れている部品番号０６ＧＬＣ００２／８１０からなるレンズ８０６を有する。レ
ンズ８０６は、発生ビーム１５１をコリメートし、ビーム１５２に対しビーム１
５１を移動し得るように、図示されていない位置決め装置上に取り付けられてい
る。

【０１４８】レーザ８０１及び８０５により発生するビーム１５１及び５１２の波長間の関
係は、ある実施例に於いては重要な点であって、例えば、ビーム１５１がシリコ
ンのバンドギャップエネルギを越えるエネルギを有するフォトンを含み、ビーム
１５２がバンドギャップエネルギに概ね等しい或いはそれ以下のエネルギを有す
るフォトンを含む場合には予期しない結果が生じ得る。ある実施例に於いては、
シリコンウェーハに於いて、８３ｎｍ及び１４８０ｎｍの波長のビームは、上記
した一つ或いは複数の利点を実現する。即ち、これによれば、測定に関連するキ
ャリアの割合を無視し得る程度にすることができる。

【０１４９】プロファイラ１０３は更に、イリノイ州シカゴのＫａｒｌ−Ｌａｍｂｒｅｃｈ
ｔにより市販されている部品番号ＯＩＭ−１２−８１２等のアイソレータ８０７
をも含む。アイソレータ８０７は、再反射光がレーザ８０５に進入するのを阻止
する。また、プロファイラ１０３は、ウェーハ１０６により反射されたビーム１
５１の強度を測定するためのフォトダイオード８２１Ａを有する。更に、図示さ
れないアナモフィックプリズムがビーム１５１内に挿入され、レーザ８０５によ
り偏光した状態で発生したビーム１５１を円偏光する。

【０１５０】プロファイラ１０３は更に、それぞれ２Ｘビームレジューサとして機能する。
それぞれ３７．５ｍｍ及び７５ｍｍの焦点距離を有するレンズ８０８及び８０９
を含む。レンズ８０８は、図示されないステージ上に取り付けられ、レーザ８０
５に対してＸ軸線方向に調節可能であって、従ってビーム１５１をデコリメート
し、それによってビーム１５２に対するスポットのサイズを変化させることがで
きる。プロファイラ１０３は、ビーム１５１及び１５２を組み合わせるダイクロ
イックミラー等の半透過性ミラー８１０を含み、それによって組み合わせビーム
８１１を形成する。ダイオード８２１Ｂ及び８２１Ｃは基準ダイオードであって
、プローブビーム１５２の透過及び反射パワーの絶対較正のために利用される。

【０１５１】プロファイラ１０３は、ミラー８１０に於けるリークを検出するためのフォト
ダイオード等からなるフォトセル８２１Ｂを含み、それによってビーム１５１の
前方パワーを測定する。ビーム８１１は５０対５０ビームスプリッタ８１３を通
過し、更に９０対１０ビームスプリッタ８１４を通過して対物レンズ８１５に至
る。対物レンズ８１５は、例えば日本国横浜市のニコンにより市販されている部
品番号８１８１４の１００Ｘ、０．９ＮＡレンズからなるのもであってよい。レ
ンズ８１５は、組み合わせビーム８１１をウェーハ１０６の表面上にフォーカス
する。

【０１５２】プロファイラ１０３は更に、ビーム８１１の前方パワーを測定するために用い
られるフォトダイオードとも呼ばれるフォトセル８２１Ｃを含む。プロファイラ
１０３は更に、ウェーハ１０６をビーム８１２に対してＸ、Ｙ及びＺ方向に移動
させるために用いられるステージ８２９を含む。特に、ステージ８２９は、Ｚ軸
方向に垂直に移動可能であって、それによってフォーカスを調節することができ
、更に水平面内で調節可能であることにより、図２Ａのステップ２４４に於いて
も必要となるように、ビーム８１２に対する図１Ｂの領域１２０の位置を調節す
ることができる。

【０１５３】ビーム８１２は、領域１２０により反射された後、再び対物レンズ８１５を経
て、９０対１０ビームスプリッタ８１４に到達する。スプリッタ８１４は、戻っ
たビームの１０パーセントを変向し、顕微鏡のアイピースとして機能する第２の
レンズ８１９に至るようにする。レンズ８１９は、例えば日本国横浜市のニコン
により市販されている部品番号８１８４５の１０Ｘレンズからなるのもであって
よい。

【０１５４】変向されたビーム８１２の一部は、レンズ８１９を通過した後に、イスラエル
国ＰａｌａｔｉｎｅのＦＪＷＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓにより市販されているモデ
ル８５４００などのカメラ８２０に入射する。レンズ８１９及びカメラ８２０は
互いに協働して顕微鏡として機能し、マサチューセッツ州ＢｏｓｔｏｎのＣｏｇ
ｎｅｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販されているＡＳＰ−６０ＣＲ−１１
−Ｓなどの撮像システムを利用して、フォーカス、ビームサイズ及びビームオー
バーレイ等の測定を可能にする。

【０１５５】反射されたビーム８１２Ｒの９０パーセントはビームスプリッタ８１３を通過
し、ドイツ国ＧｏｅｔｔｉｎｇｅｎのＳｐｉｎｄｌｅｒ＆ＨｏｙｅｒＣｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎにより市販されているＳｃｈｏｔｔｇｌａｓｓＲＧ８３０等
のフィルタ８１７を通過し、米国ペンシルバニア州Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙｖｉｌ
ｌｅのＥＧ＆ＧＪｕｄｓｏｎにより市販されているＪ１６−８ＳＰ−Ｒ０５Ｍ
−ＨＳ等のフォトセル８１８に到達する。

【０１５６】フィルター８１７は、組み合わせビーム８１２Ｒから発生ビーム１５１のフォ
トンを除去し、ディテクタ８１８がプローブビーム１５２のフォトンのみを見る
ようにする。フィルタ８１７はある実施例に於いては重要な部品であって、上記
したようにＳｍｉｔｈにより開示された形式の従来技術のシステムを用いた場合
に発生するようなディテクタ８１８への、ビーム１８１により発生する変調信号
のフィードスルーを除去するという予想外の結果をもたらす。この実施例に於い
ては、フォトディテクタ８１８にゲルマニウムが用いられ、レーザ８０１により
発生する波長１４８０ｎｍのフォトンに対する感度を提供する。

【０１５７】プロファイラ１０３は、それぞれ反射された部分８１２Ｒを処理し、発生ビー
ム１５１を発生するために用いられる信号処理回路８３０及び駆動回路８４０を
有する。特に、レーザ駆動回路８４２（例えば、カリフォルニア州Ｉｒｖｉｎｅ
のＮｅｗｐｏｒｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販されているモデル８００
０）はレーザ８０５を駆動し、変調入力端子８４２Ｍ上の信号に応じてビーム１
５１を発生する。レーザ駆動回路８４２は、レーザダイオード８０５及び８０１
の安定性を維持するために熱電クーラパワーサプライ（図示せず）を含む。駆動
回路８４０は、ベンチ可変周波数発振器等のような基準発振器８４３を有し、こ
れを変調入力端子８４２Ｍ上の信号を駆動するために用いる。基準発振器８４３
は、ビーム１５１に対して１００パーセント変調を提供する。基準発振器８４３
は、図１Ｃに示される領域１３０に於いて、キャリアの波を発生しないように１
Ｈｚ〜２万Ｈｚの範囲の値に手動設定可能な周波数を有する。

【０１５８】組み合わせビーム８１２は、領域１２０により反射された後に、信号処理回路
８３０に含まれるフォトセル８１８に入射する。フォトセル８１８は入射ビーム
のパワーを、同じく信号処理回路８３０に含まれる電流−電圧変換器８３３に供
給されるべき電流に変換する。変換器８３３は、例えばアリゾナ州Ｔｅｓｃｏｎ
のＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ社により市販されているＯＰ−２７Ａ集積回路を用いた
単一段ＯＰアンプトランスインピダンス増幅器からなるものであってよい。

【０１５９】変換器８３３は、フォトセル８１８からの電流を、同じく回路８３０に含まれ
る単一ゲインステージ８３４に供給されるべき電圧に変換する。ゲインステージ
８３４は、変換器８３３が数キロオームに限られるため、変換器８３３により提
供されるゲインに対して追加の信号ゲインを提供する。変換器８３３に於けるゲ
インは、それがＤＣ結合されていることから限られており、反射部分８１２Ｒの
パワーは十数ｍＷに過ぎないため、過剰なトランスインピダンスゲインは変換器
８３３を飽和させる原因となる。

【０１６０】変換器８３３は増幅器８３４にＡＣ結合されている。ある実施例に於いては、
変調周波数における反射度要素と異なり、反射度の一定要素は、変換器８３３と
増幅器８３４との間に位置するノード８３８に於ける信号から測定される。プロ
ファイラ１０３は、この一定要素を利用して、強度測定値を正規化し、例えば製
造中のウェーハと基準ウェーハとの間のように、異なるウェーハ間について正規
化された測定値を比較する。増幅器８３４により提供される電圧信号は、カリフ
ォルニア州ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＳｔａｎｆｏｒｄＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｓｔ
ｅｍｓにより市販されているモデル８３０のようなロックイン増幅器８３５によ
り利用される。ロックイン増幅器８３５は、レーザ駆動回路８４２の変調端子８
４２Ｍ上の信号と同一の周波数により変調された信号を提供する基準発振器８４
３に接続されている。ロックイン増幅器８３５は、ソフトウェアにより作動する
ＰＣ等のようなプロセッサ８３６に、発振器８４３から供給される周波数をもっ
て変調された反射部分８１２Ｒの強度を示す信号を提供し、この信号を捕捉し、
適当に表示する。

【０１６１】ある実施例に於いては、ＰＣ８３６は、（図１Ａについて前記したように）ラ
イン１０７及び１０８に接続されたライン８３７を有し、上記したような一つ又
は複数の物性測定値に基づいてイオン注入装置１０１或いは急速熱焼きなまし装
置１０２の作動を制御する。

【０１６２】寿命は物性及び処理汚染の敏感なインジケータである。表面１５３の近傍に於
いて（図１Ｃ）、寿命は、シリコン酸化物層とシリコンとの間の境界面における
トラッピングセンタにより支配される。表面１５３の近傍の寿命は、この境界面
の質のインジケータとなる。

【数４】

【０１６３】但し、Ｊは電流密度、ｎはキャリア濃度、Ｅは電界強度、ｋはボルツマン定数、
ｑは電荷、Ｔは温度、μは移動度である。式（１）の両方の項に現れる移動度μ
は、電流を規定する根本的な物性値である（Ｓｚｅによる「Ｐｈｙｓｉｃｓｏ
ｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ」の５０〜５１頁参照。本文献
は、それに言及することをもって、本明細書の一部をなすものとする。）。

【０１６４】移動度μは、速度やパワー消費などの素子の性能に根本的に関連する。例えば
、近代的な集積回路に於ける基本構成要素となっているＦＥＴに於いては、印加
ゲート電圧に対する電流の変化であるトランスコンダクタンスｇｍは、移動度に
対して、以下の係数を介して線形的に比例する。

【数５】

【０１６５】但し、Ｚ及びＬは、それぞれチャネル幅及び長さ、Ｃ₀はゲート容量である。表
面１５３（図１Ｃ）の近傍（キャリアの平均自由行程よりも小さい深さ内）では
、移動度は、表面粗さ、ドープ濃度及び欠陥の密度など、プロセスの影響を受け
るいくつものパラメータに依存する（Ｇｒｏｖｅによる「Ｐｈｙｓｉｃｓａｎ
ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ」
の３２６頁参照。本文献は、それに言及することをもって、本明細書の一部をな
すものとする。）。

【０１６６】寿命は、キャリアが再結合するまでにどのくらいの時間がかかるかを表す指標
であり、図７Ａ、７Ｂについて前記したように、過剰キャリアの濃度のラジアル
減衰の測定値により決定される。汚染は、欠陥の密度の増大と同様に、寿命を急
激に低下させる。従って、寿命は、材料の品質及びプロセス汚染の敏感なインジ
ケータである。表面１５３（図１Ｃ）の近傍では、寿命は、二酸化シリコン層と
シリコン層との間の境界に於けるトラッピングセンタにより支配される。従って
、表面１５３の近傍の寿命は、この境界材料の質のインジケータである。

【０１６７】活性ドーパントは、半導体材料１５６（図１Ｃ）の導電特性を変化させ、トラ
ンジスタ等の素子を形成可能とする。活性ドーパントは、デバイスを分離したり
、コンタクトを形成したり、作動電圧レベルを調整するためにも利用される。プ
ロファイラ１０３は、注入されたドーパントがどの程度電気的に活性となるかを
示し、このような構造の効率を示す。多くの場合、処理上の問題は、焼きなまし
及び活性化の均一性に関連するもので、焼きなましされていないウェーハ１０５
に於ける注入量を測定するのみではあまり意味がなく、図６Ａに於いて線６０１
〜６０４により示されるように、活性ドーパントのプロフィールを、焼きなまし
されたウェーハ１０６に於いて測定する必要がある。

【０１６８】図１Ｃに示されるビーム１５１のフォトンは、自由電子−ホール対を形成する
。半導体材料１５６の屈折率は、自由空間よりも大きいことから（例えば、シリ
コンは３．４２の相対屈折率を有する）、入射ビームは法線１５５に対して大き
く屈折し、ビームの形状は（例えば表面から５μｍ等のような）数μｍの深さに
於いてシリンダ１５７のような形状をとる。

【０１６９】ある処理過程に於いては一般的であるように、拡散長さＬ（Ｌ²＝（ｋＴ／ｑ
）μτにより与えられるような、過剰キャリアが再結合するまでに移動する距離
。但し、τは寿命、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ｑは電荷）が、照射された
領域１２０の半径ｗ₀に比較して長い場合には、この円筒内のキャリアの濃度は
、半径ｗ₀とは無関係であって、移動度μの逆数に応じて変化する。更に、反射
度は、キャリアの濃度Ｃに直接的に関連しており、反射パワーの測定値は移動度
の直接的な指標を与える。

【０１７０】照射されたシリンダの外側に於いては、キャリア濃度Ｃは急激に低下し、この
低下の度合いは、概ねｒ／Ｌの対数関数に従って減少する。円筒形の形状のため
に、この低減の度合いはベッセル関数により示される。ベッセル関数は、対数関
数と等価な円筒対称性を有する。このように、照射領域１２０内に於ける（図２
Ａのステップ２４３のような）強度の測定から得られた移動度μの知識は、照射
領域１２０からの距離の関数としてのキャリア濃度の別の強度測定と組み合わせ
ることにより、図７Ａ及び７Ｂについて上記したように寿命τを決定することが
できる。

【０１７１】更に、集積回路のような半導体素子を製造するために用いられる形式のシリコ
ンに於いては、活性ドーパントの濃度は移動度に直接的に関連している。このよ
うに、移動度を測定すれば、図６Ａのように活性ドーパント濃度６０１Ｙ〜６０
４Ｙを決定することができる。最後に、上記したようなイオン注入や焼きなまし
等により、バルクとは異なるドーパント濃度を有する材料の層を追加することは
、図１Ｃのビーム１５１のパワーの関数としての反射度に対して影響を及ぼし、
この関数は追加層の活性ドーパントプロファイルを決定するために利用すること
ができる。

【０１７２】均一にドープされた材料などのようなバルク材料に於けるキャリア濃度は、円
筒の直径に比較して拡散長さＬが十分に長いと仮定して（Ｄτ＞＞ｗ₀ ²）計算す
ることができる。即ち、シリンダ内に於いては再結合がないものとする。この公
式に於いて、Ｄ（＝（ｋＴ／ｑ）μ）は拡散係数を表し、μは移動度を表す。こ
のように拡散係数及び移動度は直接的に関連している。更に、キャリアを発生す
るために用いられる図１Ｃのビーム１５１の吸収長さα^-1は、シリンダの直径に
比較して十分長いと仮定し、発生量が深さｄに於いて概ね一定であると仮定する
。

【０１７３】このような仮定の下では、シリンダ１５７内に形成されたすべてのキャリアは
側方から外に出て、シリンダ１５７の軸線である法線１５５方向に沿ってほとん
ど電流が流れない。なぜなら、半径ｗ₀は通常０．５〜３μｍであって、一般に
拡散長さＬは２０μｍ以上であり、吸収長さα^-1は５〜２０μｍであるため、通
常は、状態が当てはまる。前者はλが６７０ｎｍの場合であり、後者はλが８１
０ｎｍの場合である。

【０１７４】（スポットサイズとも呼ばれる）半径ｗ₀のシリンダ１５７内の、深さｚから
ｚ＋ｄｚの範囲の、単位体積あたりの発生キャリアの割合Ｇは、次の式により表
される。

【数６】

【０１７５】但し、ｒは法線１５５からの距離、Ｒは表面反射度、Ｆはビーム１５１の入射フ
ォトンフラックス、ｗ₀はシリンダ１５７の半径、αは材料１５６の吸収係数で
ある。

【０１７６】半径ｒのシリンダからのフラックスＦは、式（３）から得られる単位体積あた
りの発生キャリアの数Ｇをシリンダ１５７の壁の面積で除したものである。

【数７】

【０１７７】式（４）に於ける最後の２つの等式は、フラックスＦが、波がない場合には拡
散に限られ、拡散係数Ｄと移動度μとの間の関係が、後記するように式（６）か
ら得られるからである。

【０１７８】式（４）におけるこの解は、電荷キャリアの表面に於ける再結合を無視してい
る。本発明のある実施例は、集積回路のための処理が行われている半導体ウェー
ハについて適用されるが、その場合のウェーハは通常、表面に於ける再結合を抑
制するような表面パッシベーションが施されている。

【０１７９】シリンダにおけるキャリア濃度は、以下に説明するように上記した条件下では
シリンダの直径に依存しない。式（４）の両側を、ｒについて０からシリンダの
直径に渡って積分することにより次の式を得る。

【数８】

【０１８０】但し、Ｐ₁は発生ビーム１５１のパワー、Ｅ_pは１つのフォトンの電荷である。の
た、移動度と拡散率との間には以下の関係が成立する。

【数９】

【０１８１】但し、ｋ、Ｔ及びｑは、拡散長さＬについて前記したとおりである。式（５）は
、スポットサイズ即ちビームの直径ｗ₀が小さい場合、いずれのシリンダに於け
る過剰キャリア濃度ｎ_eも、半径に無関係であって、式（５）に於いて角括弧に
より示された定数であるところの物理パラメータ及び移動度μの逆数の関数とな
るのみであることを示している。

【０１８２】従って、半導体材料１５６の表面１５３の照射領域１２０（図１Ｃ）の任意の
場所に於ける電荷キャリアによる反射の後のプローブビーム１５２の強度の測定
値は、発生ビーム１５１のパワーＰ１が１ワットであるとすると、上記した定数
によりスケーリングされた移動度の直接的な指標を与える。

【０１８３】ある実施例に於いては、ビーム１５２の反射強度を、ビーム１５１のパワーの
関数として測定する。後記するように、反射強度はキャリア濃度ｎ_eに対して線
形的に変化する。従って、図９Ａに於いて線９０１により示されるように、表面
にドープされた層を有さないウェーハについての反射強度対発生ビームパワーの
プロットは近似的に直線となる。線８０１の傾きは、既知の物理パラメータと移
動度の逆数との積である。

【０１８４】従って、式（５）は照射領域内に於いてプロファイラ１０３によって得られる
キャリア濃度ｎ_eの測定値の物理的な基礎を表している。キャリア濃度ｎ_eについ
ての正確な解は、円筒座標系に於ける拡散方程式を用いることにより求めること
ができる。

【数１０】但し、ｎ_eは過剰キャリア濃度、Ｇは単位体積当たりの発生率であり、

【数１１】なる関係がある。但し、Φは単位面積当たりの入射フォトンフラックス、αは吸
収係数である。

【０１８５】周期的に変化する放射入射の場合、全ての量はｅｘｐ（ｊωｔ）として時間的
に変化し、式（７）は次のように単純化される。

【数１２】

【０１８６】上記したように、電荷キャリアの波が発生するのを回避するために、式（９）
の第２の項における実数部が、虚数部よりもかなり大きくなければならず、この
条件は周波数ωについてω＝２πｆ＝１/１０τ₀であることを必要とする。寿命
が１０μｓｅｃである場合には、変調周波数ｆは１６００Ｈｚよりも小さくある
べきである。式（９）の虚数部は実数部よりもかなり大きい場合には、高周波域
に於ける波状の解を導き出すものであって、上記したような条件下に於いては回
避されるべきである。従って、本発明は、虚数部が無視し得るように十分に低い
周波数で作動するようになっている。この仮定により、式（９）は次のように単
純化される。

【数１３】但し、ｒ²＝ｒ²／Ｄｔ₀＝ｒ²／Ｌ²であって、ｎ＝ｎ_e−Ｇｔ₀である。

【０１８７】式（１０）の解は、０次の双曲ベッセル関数で表される。

【数１４】

【０１８８】但し、ｋ₀は無限遠で０、０で無限大となる。逆に、Ｉ₀は、ｒが無限遠に近付く
と発散し、ｒが小さいと０に近付く。従って、図１Ｃのビーム１５１により形成
されるシリンダ１５７内では、Ａは有限で、Ｂは０である。シリンダの外では、
Ｂは有限で、Ａは０である。Ａ及びＢの係数は、キャリア濃度及びその変化率が
シリンダの壁（ｒ＝ｗ₀）に於いて連続的であるという知見に基づくものである
。

【０１８９】上記した条件を適用して、次のように厳密な解が得られる。ここで、ｎは、照
射の無い場合のキャリア濃度を越えるキャリア濃度である。

【数１５】また、

【数１６】

【０１９０】図９Ａは、照射領域１２０についての内側方程式（１２ａ）及び外側方程式（
１２ｂ）の解を示す。ｗ₀<<Ｌであれば、式（１２ａ）は、式（５）と同一の結
果を与える。特に、図９Ａは、グラフに於いて、ウェーハにイオン注入がなされ
ていない場合に於いて、（図１Ｃの）中心軸線１１５からのＸ軸に沿う半径方向
距離の関数として、（対応するドープ濃度についての）キャリア濃度の（Ｙ軸に
沿う）対数値を示す曲線９０１〜９０４を示している。曲線９０１〜９０４のド
ープ濃度は、それぞれ１０¹⁹、１０¹⁸、１０¹⁷及び１０¹⁶原子／ｃｍ³に対応し
、ビーム１５１及び１５２（図１Ｃ）が互いに重なり合うｒ＝０に於いて測定さ
れる。ビーム１５１が円筒対称形であることから、（角座標θに対して）線形座
標は深さＤ及び半径ｒである。

【０１９１】図９Ａに於いて、垂直軸に示されるキャリア濃度が、空間的に均一な強度を有
する図１Ｃの発生ビーム１５１により照射されることにより、表面１５３（深さ
＝０）の近傍に於いて半径の関数として示されている。空間的に均一な強度とは
、例えば、ビーム軸線に於ける半径０とビームの半径ｗ₀との間に於いて、ビー
ム強度が一定であって、ビームの半径ｗ₀を超えた領域では強度は０でることを
意味する。ある実施例に於けるビーム半径ｗ₀は０．５μｍで、パワーは２０ｍ
Ｗで、波長はシリコンの場合で８１０ｎｍである。

【０１９２】図示されているように、図１Ｃの領域１２０に於けるキャリア濃度は一定であ
って、ビームの半径に依存することなく、電荷キャリアの移動度に反比例する。
移動度は、ドープ濃度に反比例することから、キャリア濃度はドープ濃度に応じ
て増大する。また、反射度の測定値は、キャリア濃度に対して比例的に増大し、
従って反射度の測定値は移動度の逆数の指標を与える。

【０１９３】図１Ｃの照射領域外に於ける濃度ｎ_eの減少率は、寿命τ及び拡散長さＬ（＝
（Ｄτ）^1/2）の関数である。Ｄが照射領域１２０内の反射度の測定値から知ら
れていることにより、シリンダのエッジから半径方向外側に於ける反射度の測定
値の組が、寿命を決定する。

【０１９４】キャリア濃度ｎ_eは、表面１５３からドーパント原子を導入することにより形
成される図９Ｂに示される浅いドープ層９１１を有する材料に於いても決定する
ことができる。図９Ｃは、照射対象となるウェーハ１０５、１０６の半導体構造
、該構造を横切るようにして低下するポテンシャル及び照射対象たる浅いドープ
層の領域から外に向けて流れる電流を示している。領域９１２〜９１４は、それ
ぞれ浅いドープ層、低ドープエピタキシャル層及び高度ドープ基層からなる。こ
の場合、すべてＰ型ドープされているものと仮定されるが、Ｎ型ドープ或いはＮ
及びＰ型ドープの組み合わせであっても同様の結果が得られる。接合９１６が浅
いドープ層９１２とエピタキシャル層９１３との間に存在している。

【０１９５】半導体表面９２３はレーザビーム９１１により照射され、基層内に円筒形の照
射領域及び浅いドープ層９１２の照射された領域９１５を画定している。この照
射により、表面が最も負の点となるように構造を横切るようなポテンシャルの降
下が引き起こされる。このポテンシャル降下の大部分は、エピタキシャル層９１
３と基層９１４との間に発生し、この電圧降下９１８以外にも、浅いドープ層９
１２とエピタキシャル層９１３との間の境界面に電圧降下９１９が引き起こされ
る。より小さな電圧降下が基層９１２、エピタキシャル層９１３及び浅いドープ
層９１２に於いても発生し、これらが電圧降下９２０、９２１及び９２２として
図示されている。

【０１９６】浅いドープ層９１３から二つの電流の流れが発生する。第１は、表面に対して
直交する垂直電流９１７である。第２は、表面に対して平行に流れる半径電流９
１６である。これらの電流は、拡散のためであると仮定される。この場合、４つ
の成分が存在する。垂直ホール電流、垂直電子電流、半径ホール電流及び垂直電
子電流である。これらは次のように表される。

【数１７】

【０１９７】但し、ｑは電荷、Ｄ_p及びＤ_nはそれぞれホール及び電子拡散係数、ｐはホール濃
度、ｎは電子濃度、ｚは深さ方向の変数、ｒは半径方向の変数である。Ｄ_p及び
Ｄ_nは、Ｄ_n(p)＝（ｋＴ／ｑ）μ_n(p)により表されるように、ホール及び電子の
移動度に関連し、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、μ_n(p)は電子（ホール）の移
動度である。

【０１９８】図９Ｃに示された構造の以下に説明する定性的分析から、表面キャリア濃度即
ち反射信号が、いかに発生ビームのパワーの関数であるかが明らかとなる。定性
分析は更に、曲線が、上記した図４Ｂの線４７１により示されるように、いかに
変曲点や傾きが異なる領域を有するかを、或いは浅いドープ領域９１２に於ける
ドーパントのプロフィールに関連する物性が、曲線４７１から、いかに抽出され
るかを明らかにする。

【０１９９】電流９１６及び９１７は、上記式（１３ａ）〜（１３ｄ）により示されるよう
に、キャリア濃度の勾配によって駆動される。垂直方向についての勾配は、接合
深さによってキャリア濃度が除されることにより目盛り付けされ、半径方向の勾
配は、キャリア濃度が層９１２に於ける拡散長さにより除されることにより目盛
り付けされる。一般に、接合深さは０．０２〜０．１μｍであって、拡散長さは
数μｍである。従って、低レベル接合の場合は、垂直電流が支配的となる。

【０２００】表面に於けるキャリア濃度は、式（１３Ａ）、（１３Ｂ）により与えられる電
流９１７を、表面９２３から接合９１６に渡って積分することにより得られる。
この場合の境界条件として、ポテンシャル降下９１９のために接合９１６が逆バ
イアスされていることから、接合９１６に於けるキャリア濃度は０でなければな
らない。この積分値は接合深さに応じて増大する。従って、低レベル注入におけ
る信号は、接合深さに敏感である。上記した図５Ｄに於ける線５１１に示される
ような実験的な結果はこの依存関係を実証している。

【０２０１】高レベル注入の場合、バックグラウンドドーピング濃度の効果が消え、領域９
１２及び９１３間の接合に於けるポテンシャル降下９１９が消える。この場合、
垂直方向についてのキャリア濃度の勾配は、フォトンの光学的吸収のために引き
起こされ、距離は吸収長さにより特徴付けられる。半径方向についてのキャリア
濃度の勾配は、依然として層９１２の拡散長さによる。

【０２０２】８３０ｎｍの放射の場合、吸収長さは約２０μｍとなる。半径方向の勾配は、
２〜４μｍのオーダとなる。例えば、図７Ａに於ける半径方向電子濃度ライン７
０１，７０２の減衰曲線を参照されたい。この場合は、半径電流９１６が垂直電
流９１７よりも大きい。表面のキャリア濃度は表面に近い領域の移動度に敏感で
あって、接合深さに対する感度は消滅する。

【０２０３】上記した説明によれば、図４Ｂの線４７１を図４Ｂの変曲点ＩＰの下側の領域
にフィットさせると、直線４７１Ｌにより図示されるように、低レベル注入に対
応し、変曲点４７１Ｉの上方の領域にフィットされた場合には、直線４７１Ｈに
対応する。線４７１Ｌの傾き及び切片はそれぞれ接合深さを特徴づけるために用
いられ、線４１７Ｈの勾配及び切片はそれぞれ表面近くの移動度を特徴づけるた
めに利用される。図４Ｂについて上記したように、変曲点ＩＰが、低レベルから
高レベル注入にかけての変位点に於いて発生することから、この点に於いては、
過剰キャリアはドープ濃度に概ね等しい濃度を有することとなる。従って、変曲
点ＩＰのシフトは、ドープ濃度のシフトに対応する。

【０２０４】図９Ａに於いて領域９１２〜９１４により示された上記モデルと比較すると、
実際にドープ層を支配する方程式が複雑であることから、過剰キャリアの濃度は
、分析的な方程式よりも、むしろコンピュータ１０３Ｃによる数値モデルから求
めることになる。図５Ｂにより示される実際の測定値と同じく、このような解は
、上記したように表面濃度、移動度及び接合深さなど様々な物性を決定するため
に用いられる変曲点など様々な属性を有する。

【０２０５】図９Ｂの線９５１〜９５３は、数値モデルから求められる、発生ビーム１５１
のパワーの関数として照射領域１２２に於ける表面キャリア濃度Ｃを示している
。特に、線９５１〜９５３はドープ濃度１０¹⁶，１０¹⁷及び１０¹⁸原子／ｃｍ³
に対応し、この場合、１０¹⁶原子／ｃｍ³のレベルでＰ型ドープされたエピタキ
シャル層の上の注入層の厚さは０．２μｍであって、ビーム１５１の半径は０．
５μｍで、構造９１０のための波長は８１０ｎｍである。

【０２０６】線９５１については、領域９１２及び９１３が同一のドープ濃度を有し、発生
ビーム１５１のパワーの関数としての（表面９２３に於ける）キャリア濃度は直
線となり、その傾きは移動度により決定される。変曲点９１２Ｉ及び９１３Ｉは
、ドープ濃度が増大するに伴い発生ビーム１５１のパワーのより高いレベルに移
動し、高レベル注入（領域９１２Ｈ及び９１３Ｈの傾き）における傾きはドープ
濃度の増大に伴い減少し、それによって移動度を低下させる。線９５１及び領域
９５２Ｈの傾きは概ね互いに等しい。なぜなら、１０¹⁶〜１０¹⁷原子／ｃｍ³程
度のドーピングの場合には、移動度の低下は、例えば５パーセント以下といった
極めて軽微なレベルであるからである。

【０２０７】上記したバルク材料９１２と同様に、層９１１の移動度及び寿命を求めること
もできる。多層構造９１０により引き起こされる複雑さに対応するために、コン
ピュータ１０３Ｃにより数値モデルが形成され、キャリア濃度対レーザパワー或
いはキャリア濃度対図１Ｃの光学軸線１５５からの半径等のようなデータにフィ
ットさせて、移動度及び寿命などのような物性を決定する。例えば、数値モデル
は、あるドープ層から、強度測定値が「期待値」と呼ばれるある値を示すことが
予想される。表面近くの移動度が劣化すると、測定値は期待値から離れ、それに
よって問題があることが示される。

【０２０８】図２Ａのステップ２４３に於いて測定される反射信号は、図１Ｃのビーム１５
１により引き起こされる過剰キャリアの濃度のために引き起こされる（反射度と
も呼ばれる）表面反射係数の変化により引き起こされる。図示されない過剰キャ
リアは、図１Ｃの表面１５３を照射するビーム１５１の電界内に於いて振動する
。振動するキャリアはビーム１５２からの光を放射する。この再放射された光は
、過剰キャリアが存在しない場合でも、通常発生するビーム１５２の反射に追加
されることとなる。

【０２０９】反射信号の解は、Ｄｒｕｄｅの伝導理論を用いて、以下に記載するように、解
析的に求められる。ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＶｏｌＩＩ，ｐ
ａｇｅｓ３５．３−３５．７及びＪａｃｋｓｏｎ，”ＣｌａｓｓｉｃａｌＥｌ
ｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ” ｓｅｃ．７．７，７．８を参照されたい。ガ
ウス単位による非良導体（４ｐｓ／ｗｅ＜＜１）の伝播係数は、次の式により与
えられる。

【数１８】

【０２１０】但し、ｓは導電率、ωは光のラジアル周波数、ｃは光速、ｍは屈折率、μ_mは透
磁率、εは誘電率である。第１の項は、複素屈折率である。本実施例の場合、透
磁率μ_m＝１、ε＝ｍ₀ ²であって、ｍ₀は、シリコンの場合３．４２となるような
、照射がない状態の屈折率である。

【０２１１】Ｄｒｕｄｅの伝導理論から、赤外線に於ける導電率は以下の式により表される
。

【数１９】

【０２１２】但し、ｑは電荷、ｍ_e ^*及びｍ_h ^*は電子及びホールの質量、ｎ_e及びｎ_hは電子及び
ホールの濃度である。

【０２１３】シリコンの場合、ホールの有効質量は向きに依存しない。しかしながら、電子
の有効質量は向きに依存し、電子の質量の０．１９倍から０．９８倍の間で変化
する。集積回路の処理に於いて最も一般的な（１００）結晶面を照射する光につ
いては、有効質量は４重の対称性を有する。従って、周波数ｆで回転する偏光ベ
クトルによる照射から得られる反射信号は、電子のために４ｆの周波数成分を有
することとなり、これによって電子の濃度を測定する手段を提供する。

【０２１４】虚数の導電率とは、式（１４）の伝播係数が実数であることを意味する。なぜ
なら、光学的周波数があまりにも高いため、電界はキャリアを小さな距離移動さ
せるのみで、格子に衝突させないからである。その結果、エネルギを放出せず、
吸収が引き起こされない。

【０２１５】式（１４）及び（１５）を組み合わせ、導電率に１／４ｐｅ₀を乗じてＭＫＳ
単位系に変換すると、屈折率が次の式で与えられる。

【数２０】

【０２１６】屈折率＝１である空気から、導電媒体に法線方向の入射を行うと、屈折率が次
の式で与えられる。

【数２１】

【０２１７】この式は近似式である。なぜなら、プローブビーム１５２は、図１Ｃの表面１
５３にフォーカスされ、入射が法線方向でないからである。しかしながら、プロ
ファイラ１０３の性能を評価し、分析を単純化する上では、近似式で十分である
。

【０２１８】式（１７）の変数は、次の式により屈折率ｍに関連付けられている。

【数２２】

【０２１９】虚数（吸収）項は、次の式により媒体の吸収係数に関連付けられている。

【数２３】

【０２２０】屈折率の変化Δｍによる反射度の変化Δｍの形式は、次のようにして求められ
る。吸収による反射度の成分は、通常小さいので無視し、反射度が次の式により
与えられる。

【数２４】ここで、近似値は、ｍ＝ｍ₀＋Δｍなる形式の屈折率を代入し、Δｍの項までを
維持して得られる。式（２０）から、

【数２５】

【０２２１】Ｄｒｕｄｅの伝導理論（上記した式（２０））から、屈折率の変化の形式は次
の式により与えられる。

【数２６】

【０２２２】但し、ｑ（＝１．６０２×１０^-19クーロン）は電荷、ε₀（＝８．８６×１０^-1 ² Ｆ／ｍ）は自由空間の誘電率、ε_s（＝１１．７）はシリコンの相対誘電率、ｍ ^* はキャリアの有効質量、ｗは赤外線ビームののラジアル周波数である。また、
ω＝２ｐｃ／ｌで、ｃ（＝３×１０⁸ｍ／ｓｅｃ）は光速、ｌは波長である。式
（２２）に於いて、発生ビーム１５１により照射された領域１２０内では式（１
２ａ）により、照射領域外１２１では式（１２ｂ）により与えられ、或いは数値
モデルを利用して求められるｎ（ｒ_r）は、ラジアルキャリア分布である。

【０２２３】従って、ある実施例に於いては、図１Ａのコンピュータ１０３Ｃは、式（２１
）及び（２２）を用いてキャリア濃度を決定するべくプログラムされている。コ
ンピュータ１０３Ｃは、上記した定数を用いた場合には、キャリア濃度分布に対
して１０⁶を乗じて／ｃｍ³を／ｍ³に変換し、有効質量はキログラムで与えられ
ることに留意されたい。

【０２２４】式（２２）に於いて、フォトンは電子−ホールの対として形成されることから
、電子及びホール濃度が等しく、従って全体的な電荷が通常０となることが仮定
されている。便宜上、必ずしも正しいとは限らないが、電子及びホールの有効質
量が互いに等しいものと仮定する。

【０２２５】従って、キャリア濃度Ｃは、図１Ｃに示されるように、（１）過剰キャリアを
発生する発生ビーム１５１と、（２）過剰キャリアに起因する反射度を測定する
ためのプローブビーム１５２とを互いに重ね合わせることにより、図１Ａのプロ
ファイラ１０３を用いて測定される。発生ビーム１５１の波長は、ある実施例に
於いては、プローブビーム１５２の波長よりも短い。なぜなら、フォトンのエネ
ルギは以下の式に従って、波長の逆数に比例するからである。

【数２７】但し、ｈはプランク定数、ｃは光速である。

【０２２６】更に、最小スポットサイズｗ₀は、波長に従って次の式で表されるように変化
する。

【数２８】但し、ＮＡは、図８Ａのフォーカスレンズ４１５の開口数である。

【０２２７】これらの関係が示すように、両ビーム１５１，１５２が同一のレンズを用い、
同一の直径を有するとした場合に、プローブビーム１５２は、発生ビーム１５１
よりも大きな最小スポットを有することとなる。しかしながら、上記したように
相対的にビームの直径を適当に選ぶことにより、図１Ｉの表面１５３に於ける両
ビーム１５１，１５２の直径を等しくすることができる。ある実施例に於いては
、コンピュータ１０３Ｃにより、式（２４）を使用して、図１Ｃの半導体材料１
５６の寿命を測定することができる。なぜなら、キャリア濃度は、発生ビーム１
５１により照射された領域から離隔するに従って、

【数２９】の関数として減衰するからである。ここでτは寿命である。

【０２２８】第２の方法に於いては、プロファイラ１０３は両ビーム１５１、１５２の軸線
に重ね合わされ、当初プローブビーム１５２が発生ビーム１５１よりも大きくさ
れる。続いて、プロファイラ１０３は、発生ビーム１５１のサイズを徐々に増大
させ、最終的にはビーム１５１がプローブビーム１５２と同じ大きさにされる。
この間に、プロファイラ１０３は発生ビーム１５１の様々なサイズのそれぞれに
ついて反射度を測定し、これらの測定値をプロットして曲線を得て、更にこの曲
線について係数その他の様々な属性を決定する。従って、プロファイラ１０３は
グラフを介して、ある領域の係数値を、既知の物性を有する領域の係数値と比較
することにより、この領域の１つ又は複数の物性を内挿によって求めることがで
きる。

【０２２９】第２の方法に於いては、プロファイラ１０３は、両ビーム１５１、１５２に対
して、それらのサイズが最も小さい状態に於いて重ね合わせられる。続いてプロ
ファイラ１０３は、直線に沿って発生ビーム１５１を繰り返しスキャンし、この
時、スキャンの振幅をプローブビーム１５２の直径にほぼ等しくする。このスキ
ャンの間に、プロファイラ１０３は反射強度を測定し、ＡＣ信号を提供する。こ
のＡＣ信号は、ＤＣ信号に比較すると、より良好なＳＮ比をもって検出すること
ができる。

【０２３０】図１Ｂは、表面１５３に沿う距離の関数として、過剰キャリアの濃度のプロフ
ールを決定するために、一方のビームを他方のビームに対してスキャンする際の
幾何学的関係を示す。プローブ及び発生ビーム１５２、１５１の半径はそれぞれ
Ｗｐ及びＷｇである。発生ビーム１５１の軸線は、プローブビーム１５２の軸線
に対して、Ｘ軸に沿ってＤＸ変位しており、この場合Ｘ、Ｙ軸はウェーハ１０５
，１０６の表面の面を画定する。

【０２３１】プローブビーム１５２の反射された部分のパワーは、プローブビーム１５２の
面積にわたって反射係数を積分することにより得られる。円筒座標により定義さ
れるプローブビーム１５２内の位置（ｒ，φ）は、次の式により表されるように
、発生ビーム１５１の原点からの距離として与えられる。

【数３０】反射されたパワーは次の式により与えられる。

【数３１】但し、Ｉ_i（ｒ）はプローブビーム１５２の入射強度である。均一なビームの場
合、Ｉ_i（ｒ）＝Ｐ_IR／（ｐｗ_ir ²）であって、更に、

【数３２】

【０２３２】式（２７）を用いて物性を測定する方法を、図７Ｂについて上記した。例えば
、図７Ｂは、過剰キャリア濃度（Ｙ軸）を、発生ビーム１５１の軸線からの半径
方向距離の関数として示している。上記した手順に従ってプローブビーム１５２
を移動させるに伴い、プローブビーム１５２はより少ない数のキャリアを有する
領域を照射するようになり、反射信号が低下する。この低下の度合い及びピーク
信号の大きさは寿命の関数である。劣化した寿命を有するウェーハ（線７１２）
に比較して、劣化していないウェーハの寿命（線７１１）からより大きな信号が
得られる。

【０２３３】ＳＮ比はまた、ここで説明する測定方法例えば方法２００により決定すること
ができる。屈折率の実数部については式（２０）を用いて、虚数部については式
（２３）を用いて反射信号が与えられ、式（２１）は反射されたパワーの成分を
表すこととなる。

【数３３】但し、

【数３４】Ｐ_lwは、表面１５３（図１Ｃ）に於けるプローブビーム１５２のパワーである。

【０２３４】システムのノイズの大部分は、ディテクタフォトセル８１８のショットノイズ
からなる。フォトセル８１８に於けるＲＭＳショットノイズパワーは次の式によ
り与えられる。

【数３５】

【０２３５】ＢＷはバンド幅、Ａはフォトセルの変換効率、Ｌは光学系における伝達損失であ
る。反射度Ｒ₀＝０．３５、レーザパワーＰ_lw＝１００ｍＷ、損失Ｌ＝０．２０
、ロックイン増幅器のノイズバンド幅０．３Ｈｚ、変換効率Ａ＝０．６ａｍｐｓ
／Ｗの場合、ノイズパワーＰ_noise＝３４となる。典型的な反射度信号ΔＲ／Ｒ
＝１０^-6について、信号パワーは２０ｎａｎｏＷ、ＳＮ比（ＳＮＲ）は５８８と
なる。但し、ΔＲは、表面に於ける過剰キャリアの濃度のための反射度の変化で
ある。これは、±１％の精度を得るために必要となるＳＮＲ＝１００を十分に超
えている。

【０２３６】発生ビーム１５１は変調されているが、プローブビーム１５２は変調されるこ
となく一定パワーで連続的に発生する。上記したビーム１５１，１５２に関する
ステップにより、２種の反射度を互いに区別することができる。なぜなら、バッ
クグラウンド反射度からの過剰キャリアに起因する反射度は変調周波数によって
変化し、同期的な検知が可能であるからである。

【０２３７】上記した計算は、発生ビーム１５１からのエネルギの吸収による表面１５３の
加熱を考慮していない。このような加熱は、移動度を減少させる効果を有する。
図１Ｃの領域１２０の温度は、半径方向拡散方程式を用いることにより計算する
ことができる。シリコンの場合、発生ビーム１５１の入射パワーを１００ｍＷの
オーダーに限定することにより、加熱を、数℃（即ち１０℃以下）に押さえるこ
とができ、上記した計算が依然として成立することになる。

【０２３８】或いは、発生ビーム１５１のパワーを増大させることにより、プロファイラ１
０３は、温度の関数として移動度を測定し、ウェーハ１０５，１０６が作動する
筈の集積回路に於ける温度に於けるその移動度を測定することができる。

【０２３９】上記したように、キャリアを発生するために用いられるビーム１５１は、半導
体材料のバンドギャップエネルギよりも高いエネルギ即ちフォトンエネルギを有
しており、反射を測定するためのビーム１５２は、バンドギャップエネルギより
も低いフォトンエネルギを有する。従って、バンドギャップエネルギは、或る実
施例に於いては、用いられる両ビームのフォトンエネルギの境界線を画定するこ
とになる。境界線のそれぞれの側に位置する２つのビームを用いることは、この
実施例に於いて極めて重要な点である。３００゜Ｋに於いては、境界ラインは、
シリコンについては１．１２ｅＶ（波長１．１１μｍ）に、ＧａＡｓについては
１．４２ｅＶ（波長０．８７μｍ）に、Ｇｅについては０．６６ｅＶ（波長１．
８８μｍ）に、ＩｎＰについては１．３５ｅＶ（波長０．９２μｍ）に、それぞ
れ境界ラインが位置する。

【０２４０】別の方法の場合、図１１のステップ１８００に於いて、上記したように変調さ
れた発生ビーム１５１（図１Ｃ）をフォーカスすねことにより電荷キャリアが発
生した（ステップ１８０２）半導体材料１６６の表面１６３（図１０Ａ）に向け
てフォーカスされた（ステップ１８０１）図示されない偏光ビームが用いられる
。この偏光ビームは反射され（図１１のステップ１８０３）、反射時に回転偏光
される。回転偏光は、表面に対して平行する偏光成分と直交する偏光成分との間
で反射係数が異なることにより引き起こされる。回転は、屈折率の関数である。
従って、プロファイラ１０３は、入射ビームの反射した部分と反射しない部分と
を互いに干渉させ（ステップ１８０４）、変調周波数に於ける和及び差成分間の
振幅の差を測定する（ステップ１８０５）。

【０２４１】その次に、プロファイラ１０３は、測定された差を半導体材料の物性に関連づ
ける（ステップ１８０６）。ステップ１８０６は、図２Ａについて前記したステ
ップ２５０と同様である。しかしながら、ステップ１８００に於いては、プロフ
ァイラ１０３は、ステップ２４４及び２４１に代えて、それぞれステップ１８０
７及び１８０８を実行し、上記したようにステップ１８０６に於いて測定された
差を利用して物性を決定する。

【０２４２】屈折率は、式（２２）について前記したように、キャリアの濃度の変化に応じ
て変化する。表面１６３により反射された偏光ビームは、表面１６３に於ける屈
折率の関数としての回転偏光を行う。この回転を測定することにより、屈折率の
変化を測定することができ、式（２２）を用いれば、表面１６３に於ける過剰キ
ャリアの濃度を決定することができる。

【０２４３】特に、回転偏光の測定は、図５Ａ〜５Ｈについて前記したような反射度の測定
と同様にして物性を測定するために利用される。従って、ステップ１８００（図
１１）が、ステップ２４０の代わりに、プロファイラ１０３（図１Ａ）により実
行される。即ち、プロファイラ１０３は、ステップ２１０、２１１、２１３、２
２０及び２３０を、ステップ１８００に先立って実行し、ステップ２５０及び２
６０をステップ１８００の後に実行し、更に強度測定の代わりに回転偏光測定を
行う。

【０２４４】更に、プロファイラ１０３は、上記したように（ドーパント濃度、移動度、接
合深さ、寿命或いはＦＥＴの動作に於ける漏洩電流の原因となる欠陥等の）半導
体材料の様々な物性を測定するが、プロファイラ１０３は、強度測定の代わりに
回転偏光測定を行う。例えば、上記したステップ２４３（図２Ａ）と同様なステ
ップに於いて、発生ビーム１５１のパワーを変えて、一定の部分に対して複数の
回転偏光測定を行い、これらの測定値を図５Ａと同様のグラフに於いて対応する
パワーに対してプロットする。その後に、測定値を接続する線の傾きを求めれば
、この傾きの逆数が上記したように移動度を示すことになる。

【０２４５】特に、（上記したように強度測定値を移動度に変換する場合と同様に、）基準
サンプルの測定値に基づいてスケールファクタを決定し、信号の単位からドーピ
ングの単位に変換する。回転偏光測定をオフセット位置に於いても実施すること
が出来（図１Ｆ）、或いは異なるサイズの発生ビーム及びプローブビームに対し
て行い（図１Ｇ）、いずれの場合にも寿命を求めることができる。更に、整合さ
れたビーム１５１，１５２をもって（図１Ｃ）、図３Ａ及び図３Ｂについて前記
したのと同様の要領をもってウェーハをスキャンし、ウェーハの物性の変化を特
定することもできる。

【０２４６】図示されないプローブビームが法線方向以外から入射する場合には、２つの異
なる反射係数がある。一方はＳ成分と呼ばれる表面の面内に形成される電界につ
いてのものであり、他方はＰ成分と呼ばれ表面の面に対して直交する面内に於け
る成分についてのものである。Ｓ及びＰ成分についての反射係数は、いずれも半
導体材料１６６の屈折率及び角度の関数であるが（図１０）、それぞれ異なる形
式を有する。従って、Ｓ及びＰ成分の比は反射の前後に渡って異なる。レンズ１
６８を出る反射光は、入射光とは異なる偏光特性を有する。

【０２４７】この回転偏光は、入射ビームとコヒーレントな基準ビームに対して反射光を干
渉させることにより測定することができる。このような測定により、式（４８）
について前記したような非偏光ビームを用いた場合に比較して約２倍に感度を増
大させることができる（図２Ａのステップ２４０）。

【０２４８】Ｘ軸に沿って偏光された平面波がレンズ１６８を照射する（図１０Ａ）。この
入力平面波は、電界強度Ｅ_ixを有する。レンズ１６８を照射する平面波は、幾つ
かの光の束の組からなる。回転偏光を検出するために、以下の分析が、これらの
光の束の１つが境界面１６８から反射されるのをトレースする。

【０２４９】偏光ビームの束Ｒ_iは、Ｘ軸線に対して半径ｒ及び角度φの位置にてレンズ１
６８に交差する。レンズ１６８は、束Ｒ_iを回折し、回折光の束Ｒｄは焦点ｆに
向けて伝搬される。焦点は、Ｚ軸に沿ってレンズ１６８から距離ｆの位置の原点
に位置する。回折光の束Ｒｄは、ＸＹ面に対して即ちウェーハ面に対して平行を
なす電界成分Ｅ_isを有し、Ｅ_ipはＸＹ面に対して直交する面内に位置する。Ｚ軸
に対する回折光の束Ｒｄの角度はｑである。

【０２５０】反射された後、光の束Ｒｒは、電界強度成分Ｅ_rs＝ｒ_sＥ_is及びＥ_rp＝ｒ_pＥ_ip を有する。ここで、ｒ_s及びｒ_pは、振幅反射成分である。これらの成分は、図１
０Ｂのグラフに於いて角度の関数として示されている。ｒ_s及びｒ_pは、ｑ＝０に
於いてのみ等しいことから（Ｚ軸に沿う光の束について）、比Ｅ_ix／Ｅ_iy及びＥ _rx ／Ｅ_ryは等しくなく、反射光の束ＲＲの偏光方向は、入射光ＲＩの偏光方向に
対して回転する。偏光とは、電界ベクトルの方向であり、それは、図１０Ｃのグ
ラフに示されるように、Ｓ及びＰ成分のベクトル和である。

【０２５１】図１０Ａの反射された光の束ｒ_rは、半径ｒにてレンズ１６８に入射する。レ
ンズは、反射された光の束をＺ軸に対して平行に屈折する。屈折された光の束Ｒ
は、入射光に対して平行に現れるが、その偏光方向が変わっている。

【０２５２】反射係数ｒ_s及びｒ_pは入射光の角度及び屈折率の関数である。屈折率の変化は
、図１０Ｂのグラフに於いて破線により定性的に示された両反射係数に於いてシ
フトを引き起こす。従って、屈折率が変化すると、出射光の束ＲＰの偏光方向も
変化する。干渉計により、シリコンの屈折率の変化により引き起こされる回転偏
光を測定する。

【０２５３】上記したように偏光を利用する図１２のプロファイラ１９００は、互いに協働
して干渉計を構成する要素１９１８，１９３０，１９３１，１９３２ａ及び１９
３２ｂを含む。プロファィラ１９００は、上記したプロファイラ１０３と同様に
作動するが、以下の点に於いて異なっている。

【０２５４】５０：５０ビームスプリッタ１９１３は、反射ビームの５０％を左方向に、検
出器の方向に送り出す。スプリッタ１９１３はまた、レーザ１９０１及び１９０
５から入射するビームの５０％の向きを右方向に変え、基準ビームを形成する。
位相板１９３０は、基準ビームの偏光方向を整合するべく回転を引き起こすリタ
ーダからなる。ミラー１９３１は、基準ビームを検出器に向けて反射する。基準
ビームの正味の遅れ量は、位相板１９３０を１回通過する際の遅れ量の倍である
。基準ビーム及び反射ビームはいずれも、ナローバンドフィルタ１９１７を通過
し、レーザ１９０５からの発生ビーム放射を取り除き、レーザ１９０１からのプ
ロームビーム波長に於ける照射のみが検知器に到達し得るようにする。

【０２５５】偏光ビームスプリッタ１９１８は、両ビームを互いに干渉させる。スプリッタ
１９１８は、反射及び基準ビームの偏光軸に対して約４５度をなす偏光軸線に整
合している。従って、反射及び基準ビーム電界の和及び差を表す成分は、検知器
１９３２ａ及び１９３２ｂに送られる。ゲルマニウムフォトダイオードからなる
検知器１９３２ａ及び１９３２ｂからの電流は、トランスイーピーダンス増幅器
を用いて電圧に変換される。両増幅器からの電圧は、互いに減算され、ロックイ
ン増幅器に送られるべき信号を提供し、ポンプレーザ１９０５の変調を基準とし
て検出される。

【０２５６】入射電界はＸ軸に沿って以下の振幅をもって偏光されているとする。

【数３６】ここで、Ｐ₁は対物レンズに入射するプローブレーザのパワーであり、ｗは、ビ
ームの半径である。光の束のトレーシングにより、レンズ１６８（図１０Ａ）か
ら現れる反射ビームベクトルは次の式により表される。

【数３７】

【０２５７】ここでｒ_s及びｒ_pは、Ｓ及びＰ偏光成分の振幅反射係数であり、レンズに於け
る伝達ロスは無視される。振幅反射係数は次の関係により与えられる。

【数３８】及び

【数３９】ｑ₁は次の式により表面の法線ｑに対する入射角に依存する。

【数４０】ｎ_sはシリコンの屈折率であり、入射媒体は空気であって、その屈折率が１であ
ると仮定する。

【０２５８】キャリア濃度は振幅反射係数ｒ_s及びｒ_pを介して導かれる回転偏光に依存し、
これらの係数は複素屈折率の関数である。

【数４１】

【０２５９】半導体に於いては、実数部は次の式により与えられる。

【数４２】

【０２６０】但し、ｎ_sはキャリア濃度Ｎが存在しない場合の屈折率、ｑは電荷、ε₀は自由空
間の誘電率、ｍ^*はキャリアの有効質量、ｃは光速、ｌは波長、ｗはプローブ光
の周波数である。式（３７）は、Ｊａｃｋｓｏｎに記載されたＤｒｕｄｅ理論を
用いて導くことができる。

【０２６１】虚数部ｋは、吸収係数ａ及び波長λに対して、次の式により表わされる関係を
有する。

【数４３】

【０２６２】シリコンの場合、ａは２つの主成分を有する。第１はバンド対バンド吸収であ
り、第２は自由キャリアに拠るものである。

【数４４】

【０２６３】 α_bbは一般的な参考書から得ることができる。０．４から１．５μｍの波長の範
囲に当てはまるフィットは次の通りである。

【数４５】

【０２６４】シリコンに於ける自由キャリア吸収項の近似形式は次の通りである。

【数４６】但し、波長λの単位はμｍであり、自由キャリア濃度Ｎの単位は１／ｃｍ³であ
る。

【０２６５】式（３７）及び（４１）から、屈折率の実数部及び虚数部はいずれもキャリア
濃度の関数であることが分かる。波長が長くなるに従ってこの依存関係が強くな
り、それだけより長い波長のブローブビームが望ましいことに留意されたい。

【０２６６】プローブビームスポットのサイズは自由に大きくすることができない。なぜな
らスポットが過大であると、集積回路内のパターンに収まりきれないからである
。ガウスビームのスポットの直径は次の式により表される

【数４７】

【０２６７】但し、波長ｌの単位はμｍであり、ＮＡはレンズの開口数である。波長が０．８
μｍで、ＮＡが０．９の場合、スポットサイズは、約１μｍとなる。

【０２６８】回転偏光は、反射ビームを基準ビームと干渉させることにより測定される。基
準及び反射ビームは、同じ軸線に沿って偏光ビームスプリッタ１９１８に伝搬さ
れ、これによって和及び差成分が２つの検知器１９３２ａ及び１９３２ｂに送ら
れる。和成分のための電界は次の式で与えられる。

【数４８】差成分のための電界は次の式で与えられる。

【数４９】

【０２６９】各検知器に於ける電流は入射パワーに比例し、入射パワーは電界の２乗値であ
る。差成分を受光するフォトセルの表面の各照射点のパワー密度は次の式により
与えられる。

【数５０】

【０２７０】和成分を受光するフォトセルの表面の各照射点のパワー密度は次の式により与
えられる。

【数５１】正味の信号電流は、各フォトセルについてこれらのパワー密度を積分し、（通
常Ａｍｐｓ／Ｗａｔｔｓにより表される）変換係数Ａを乗じ、更に互いに減算す
ることにより得られる。

【数５２】

【０２７１】ここで、Ｅ_rx ²及びＥ_ry ²の項は、小さいので無視される。信号電流は、正味信号
電流と、発生ビームパワーが０である場合の信号電流との差であって、次の式に
より与えられる。

【数５３】

【０２７２】ショットノイズは、通常ノイズの主な原因である。

【数５４】

【０２７３】２のファクターが得られるが、これは基準ビームが２つのフォトセルに分割さ
れるからである。ＳＮ比（ＳＮＲ）はＩ_sig／Ｉ_shotである。

【０２７４】図１３は、ドープ濃度のｌｏｇ₁₀の関数としてＳＮＲをｄＢ（１デケード当た
り１０ｄＢ）の単位で示したものである。ＮＡは０．９であって、シリコンに於
けるプロープザーパワー及び基準ビームパワーはいずれも１ｍＷである。ビーム
の半径は０．３５ｃｍで、フォトディテクタの変換効率は０．４Ａ／Ｗであり、
単純化のために波長に依存しないものとする。ノイズバンド幅は０．３Ｈｚであ
る。１０¹⁶ドープ点については、バックグラウンドドープ濃度は１０¹⁵で、それ
以外のポイントについては１０¹⁶である。

【０２７５】添加量のｌｏｇの関数としてのＳＮＲのグラフが、４つの波長について図１３
に示されている（線２００４については０．５３μｍ、線２００３については０
．６７μｍ、線２００２については０．８３μｍ、線２００１については１．４
８μｍ）。ドープに対する反応は線形であって、波長の影響は小さい。最も低い
ドープ濃度の場合でも、ＳＮＲは１０〜２０ｄＢの範囲であって、ドープ濃度が
１０¹⁷／ｃｍ³を越えると、２０ｄＢよりも大きくなる。ライン２００１が線形
であることから、図５Ａ〜５Ｈについて前記した幾つかの方法のそれぞれについ
て偏光ビーム測定法が適用し得ることが分かる。

【０２７６】半導体物理学に於ける当業者であれば、上記した実施例に対して様々な変形及
び変更を加え得ることは明らかである。例えば、コンピュータ１０３Ｃは１つ又
は複数の特定の方程式をもってプログラムされているとしたが、コンピュータ１
０３Ｃは他の方程式によりプログラムされていたり、上記した物性間の関係を近
似的に記述するような１つ或いは複数の関数によりプログラムされているもので
あって良い。これはプロファィラ１０３により実行される測定に関連して利用さ
れ、同時に測定中のウェーハに於ける電荷キャリアの拡散変調を形成する。例え
ば、プロファイラ１０３が物性を測定するために用いる近似方程式は、基準ウェ
ーハからの測定値を曲線フィットしたり、数値モデルから得られたデータに対し
て曲線フィットを行ったり、場合によってはこれら両者を併用することができる
。

【０２７７】このように、上記した実施例の様々な変形変更は添付のクレームによりカバー
されている。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明による装置（活性ドーパントプロファイラと呼ばれる）を備えるシステ
ムの上位レベルのブロック図である。

【図１Ｂ】一実施形態の重要な態様における、波を形成しない、図１Ａの活性ドーパント
プロファイラによる電荷キャリアの時間的な変調のグラフである。

【図１Ｃ】図１Ａの活性ドーパントプロファイラによってそれぞれ同時に集束されるプロ
ーブビーム及び生成ビームの使用時の断面図である。

【図１Ｄ】図８Ａに示されるｘ軸に沿って図１Ｃの２つのビームの間の距離を制御する圧
電電圧の関数として、図１Ｃのウェーハにより反射されるプローブビームの一部
の強度測定値の変化を示すグラフである。

【図１Ｅ】図８Ａに示されるｙ軸に沿って図１Ｃの２つのビームの間の距離を制御する圧
電電圧の関数として、図１Ｃのウェーハにより反射されるプローブビームの一部
の強度測定値の変化を示すグラフである。

【図１Ｆ】互いからオフセットされている図１Ｃのビーム１５１及び１５２の断面図であ
る（生成ビーム１５１の軸１６１からの距離の関数としての過剰な電荷キャリア
の濃度１６４のグラフが重ね合わされる）。

【図１Ｇ】互いからオフセットされている図１Ｃのビーム１５１及び１５２の平面図であ
る。

【図１Ｈ】図１Ｃに示される直径と比べて、プローブビーム１５２の直径が（例えば１桁
だけ）大きくなっている場合の図１Ｃのビーム１５１及び１５２の断面図である
。

【図１Ｉ】ウェーハ表面１５３において生成ビーム１５１より小さな直径を有するプロー
ブビーム１５２を形成するための共通レンズ８１５の使用形態の断面図である（
その直径の関係は、レンズ８１５を通過する前には逆である）。

【図２Ａ】一実施例形態において図１Ａのシステムにより実行される動作を示す流れ図で
ある。

【図２Ｂ】図１Ｃの生成ビームによる電荷キャリアの形成を示す流れ図である。

【図２Ｃ】同時生起するビームで反射測定を行う際に用いるための２つのビームを配列さ
せるために図１Ａのプロファイラ１０３によって実行される動作を示す流れ図で
ある。

【図３Ａ】３枚のウェーハの場合に、ｘ軸に沿った位置の関数としてｙ軸に沿ってプロッ
トされる強度測定値のグラフである（その測定は、スキャンの実施形態では図１
Ａのプロファイラによって行われる）。

【図３Ｂ】焼きなまされて、イオン注入された面積９５×９５μｍ²のウェーハのスキャ
ンすることにより得られる強度測定値の二次元のマップ図である。

【図３Ｃ】図３Ｂのマップ図に示される強度測定値（μＶ単位）の凡例である。

【図４Ａ】ウェーハの製造中に物性値或いはプロセス条件を判定するための強度測定（図
１Ａのプロファイラによる）において実行される動作を示す流れ図である。

【図４Ｂ】測定値を得るために変更されるパラメータ（例えば、生成ビームのパワー）の
関数としての強度測定値、並びに半導体物性値及びプロセス条件を測定する際に
用いられる係数（例えば、傾き及び切片）を得るための強度測定値の２つの近似
的な直線４７１Ｌ及び４７１Ｈを示すグラフである。

【図５Ａ】４つの異なる温度で焼きなまされたウェーハの場合の、ｘ軸に沿ってプロット
された生成源での生成ビーム１５１（図１Ｃ）のパワーの関数として、ｙ軸上に
プロットされた強度測定値を示すグラフである。

【図５Ｂ】ｘ軸に沿ってプロットされた、ウェーハが焼きなまされた温度の関数として、
係数（具体的には、高パワーの切片）の変化を示すグラフである。

【図５Ｃ】ｘ軸に沿ってプロットされた、ウェーハが焼きなまされた温度の関数として、
係数（具体的には、低パワーの傾き）の変化を示すグラフである。

【図５Ｄ】接合部深さの関数としてｙ軸に沿ってプロットされた低パワーの傾きを示すグ
ラフである。

【図５Ｅ】表面濃度の関数としてｙ軸に沿ってプロットされた高パワーの切片を示すグラ
フである。

【図５Ｆ】４つの異なる接合部深さを有するウェーハの場合の、ｘ軸上のドーピング濃度
の関数としてｙ軸に沿ってプロットされた、図５Ａの線の別の属性（具体的には
、変曲点）を示すグラフである。

【図５Ｆ−１】図５Ｆの接合部深さの値を示す凡例である。

【図５Ｇ】ｘ軸に沿ってプロットされたシート抵抗（Ω／□）の関数としてｙ軸に沿って
プロットされた正規化された属性（具体的には、正規化された高パワーの傾き）
を示すグラフである。

【図５Ｈ】ｘ軸に沿ってプロットされた移動度の関数としてｙ軸に沿ってプロットされた
高パワーの傾きｍ_Hの変化を示すグラフである。

【図６Ａ】ウェーハ表面１５３（図１Ｃ）からの深さｄ（ｘ軸に沿ってプロットされた）
の関数としての広がり抵抗プロファイルＳＲＰ（ｙ軸に沿ってプロットされた）
を示すグラフである。

【図６Ｂ】プロファイラ１０３の一実施形態において用いるためのバルク移動度について
の従来技術において知られている関係を示すグラフである。

【図６Ｃ】プロファイラ１０３の一実施形態において用いるためのバルク寿命についての
従来技術において知られている関係を示すグラフである。

【図７Ａ】正常な寿命及び劣化した寿命を有する材料の場合に、ｘ軸に沿ってプロットさ
れたプローブビーム（単位μｍ）の半径の関数としてｙ軸に沿ってプロットされ
た正規化された強度測定値を示すグラフである。

【図７Ｂ】正常な寿命の材料及び寿命が劣化した材料（１０，０００分の１に劣化してい
る）の２つの材料の場合に、ｘ軸に沿ってプロットされた生成ビーム１５１の軸
１５５（図１Ｃ）からの距離の関数としてｙ軸に沿ってプロットされた過剰なキ
ャリアの単位体積当たりの濃度（その濃度は図１Ｃのウェーハ表面１５３での濃
度であり、「表面濃度」と呼ばれる）を示すグラフある。

【図８Ａ】図１Ａの活性ドーパントプロファイラの一実施形態において用いられる種々の
構成要素のブロック図である。

【図８Ｂ】図１Ａの活性ドーパントプロファイラの一実施形態において用いられる種々の
構成要素のブロック図である。

【図９Ａ】数値モデル化によって得られた、ｘ軸に沿ってプロットされた径方向の距離（
図１Ｃに示される生成ビーム１５１の中心軸１５５からの距離）の関数としてｙ
軸に沿ってプロットされた表面濃度の対数の変化を示すグラフである。

【図９Ｂ】バルク材料のドーパント濃度より高い濃度のドーパントの層を有する半導体材
料に入射するビームの断面図である（その断面図にビームを照射することによっ
て生成される電位分布のグラフが重ね合わせられる）。

【図９Ｃ】種々のドーピング濃度の場合に、ｘ軸に沿ってプロットされた生成ビームのパ
ワーＰの関数（数値モデル化によって得られた）としてｙ軸に沿ってプロットさ
れたキャリア濃度ｎ_eを示すグラフである。

【図１０Ａ】半導体材料によって反射された後のプローブビームの偏光面の回転を示す概略
図である。

【図１０Ｂ】ｘ軸に沿ってプロットされたプローブビームの入射角度の関数としてｙ軸に沿
ってプロットされた反射測定値を示すグラフである（実線及び破線は、２つの偏
光成分ｒｆ及びｒｐの表面キャリア濃度の増加に起因する、屈折率のわずかな増
加（破線は実線より高い屈折率である）に関する相対的な影響を示す）。

【図１０Ｃ】図１０Ａに示されるような、反射の後にその偏光面が回転される角度を示すベ
クトル図である。

【図１１】図１０Ａに示される偏光されたプローブビームを用いて、図１Ａの活性ドーパ
ントプロファイラによって実行される種々の動作を示す流れ図である。

【図１２】図１Ａの活性ドーパントプロファイラの別の実施形態のブロック図である。

【図１３】プローブビームの４つの異なる波長の場合に、ｘ軸に沿って直線としてプロッ
トされたキャリアの濃度の関数としてｙ軸に沿ってプロットされた信号対雑音比
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者リー、ジーピングアメリカ合衆国カリフォルニア州94043・マウンテンビュー・＃０・セントラルアベニュー 511 Ｆターム(参考） 2G059 AA03 AA05 BB16 CC20 EE02 EE05 FF01 FF03 FF08 GG01 GG03 GG04 HH01 HH06 JJ02 JJ07 JJ11 JJ19 JJ22 JJ30 KK03 KK04 MM01 MM05 MM07 MM09 MM14 PP04 4M106 AA01 BA04 BA14 CA10 CB02 CB11 CB12 DH01 DH12 DH31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェーハを評価するための装置であって、第１のフォトンビームを発生し、かつ該第１フォトンビームがウェーハの或る
領域に入射したときに、電荷キャリアの波が前記領域に発生しない程度に十分に
低い周波数をもって変調された第１の強度を前記第１フォトンビームに与えるよ
うな第１のソースと、第２のフォトンビームを発生し、かつ該第２フォトンビームがウェーハの前記
領域に入射したときに、無視し得る数を超えないような電荷キャリアが前記領域
に発生する程度に、前記第１ビームのフォトンよりも十分に低いエネルギを前記
第２ビームのフォトンに与えるような第２のソースと、前記第２ビームの、前記領域により反射された後に前記周波数にて変調された
部分の光路内に配置された光電性素子とを有し、前記光電性素子が、前記第１ビームの入射により前記領域内に形成された電荷
キャリアの第１の濃度を表す第１の信号を発生することを特徴とする装置。
【請求項２】前記光電性素子に接続され、前記第１信号並びに、前記第１
及び第２ビームの少なくとも一方の発生に関連するパラメータの変化に応じて前
記光電性素子から得られる第２の信号を用いて前記領域の物性値を決定するべく
プログラムされたコンピュータをさらに有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項３】前記パラメータが前記第１ビームの強度からなり、（ａ）第１及び第２の信号の差と（ｂ）前記第１及び第２ビームの強度の差と
の間の比を演算し、該比を、既知の移動度を有する所定のウェーハに於ける対応する比に対して比
較して、前記領域内の移動度を決定するべく前記コンピュータがプログラムされ
ていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記コンピュータが或る属性の値を決定し、前記属性が、第
１信号の単位変化当りの前記第２信号の変化からなり、前記領域内の移動度を決
定する際に前記コンピュータが μ_unk＝（ｍ_ref／ｍ_unk）μ_ref なる式を用い、ここで、ｍ_unkが前記属性値からなり、ｍ_refが基準ウェーハの前
記属性の別の値からなり、μ_refが前記基準ウェーハの移動度からなることを特
徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】前記第２信号が前記領域から或る距離にて発生し、前記パラ
メータが前記距離からなり、前記コンピュータが、許容できるウェーハの寿命の範囲と、前記領域から前記
距離離れた、既知の寿命を有する部分に於ける対応する強度測定値の範囲とを用
いて、ウェーハが許容範囲内の寿命を有するかを決定することを特徴とする請求
項２に記載の装置。
【請求項６】前記パラメータが前記両ビームの一方の直径からなり、前記コンピュータが、許容できるウェーハの寿命の範囲と、前記ビーム直径に
ついての、対応する強度測定値の範囲とを用いて、ウェーハが許容範囲内の寿命
を有するかを決定することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】前記パラメータの対応値に対してプロットして得られる、前
記信号のグループの少なくとも１つのグループの複数の係数を演算し、前記複数の係数の少なくとも１つを、既知の物性の値を有する所定のウェーハ
に於ける対応する係数に対して比較して、前記領域内の前記物性値を決定するべ
く前記コンピュータがプログラムされていることを特徴とする請求項２に記載の
装置。
【請求項８】前記パラメータが前記第１ビームの強度からなり、前記係数
が１次係数からなり、前記物性が接合深さからなることを特徴とする請求項７に
記載の装置。
【請求項９】前記パラメータが前記第１ビームの強度からなり、前記係数
が１次係数からなり、前記物性が移動度からなることを特徴とする請求項７に記
載の装置。
【請求項１０】前記パラメータが前記第１ビームの強度からなり、前記係
数が０次係数からなり、前記物性が表面濃度からなることを特徴とする請求項７
に記載の装置。
【請求項１１】前記パラメータが前記第１ビームの強度からなり、前記係
数が１次係数からなり、前記物性がシート抵抗からなることを特徴とする請求項
７に記載の装置。
【請求項１２】前記第１ビームの強度からなる前記パラメータの対応値に
対してプロットして得られる、前記信号の複数の係数を演算し、前記複数の係数の少なくとも１つを、既知の処理条件値をもって或る処理が施
された所定のウェーハに於ける対応する係数に対して比較して、前記領域内の前
記物性値を決定するべく前記コンピュータがプログラムされていることを特徴と
する請求項２に記載の装置。
【請求項１３】前記信号の値の範囲の第１の境界部に於ける前記信号の第
１のグループにより形成される高パワー部分を近似する第１の線と、前記範囲の
第２の境界部に於ける前記信号の第２のグループにより形成される低パワー部分
を近似する第２の線との交点を決定し、前記交点の座標を、既知の活性ドーパント濃度を有する所定のウェーハに於け
る対応する交点の座標とを比較して、前記領域の活性ドーパント濃度を決定する
べく前記コンピュータがプログラムされていることを特徴とする請求項２に記載
の装置。
【請求項１４】前記パラメータが前記両ビームの一方の直径からなり、前
記物性が寿命からなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１５】前記パラメータが前記両ビーム間の距離からなり、前記物
性が寿命からなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１６】ウェーハ処理ユニットと、前記ウェーハ処理ユニット及び前記光電性素子に接続され、少なくとも前記第
１信号に基づき前記ウェーハ処理ユニットの作動を制御するべくプログラムされ
たコンピュータとを更に有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】急速焼きなまし装置を更に有し、前記ウェーハ処理ユニットがイオン注入装置を備え、前記コンピュータが前記急速焼きなまし装置に接続され、かつ少なくとも前記
第１信号に基づき、前記イオン注入装置及び前記急速焼きなまし装置の少なくと
も一方の作動を制御するべくプログラムされていることを特徴とする請求項１６
に記載の装置。
【請求項１８】急速焼きなまし装置と、前記急速焼きなまし装置に接続され、少なくとも前記第１信号に基づき前記急
速焼きなまし装置の作動を制御するべくプログラムされたコンピュータとを更に
有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】測定されたウェーハの合否を示すメッセージをモニタ上に
表示するべくプログラムされたコンピュータを更に有することを特徴とする請求
項１に記載の装置。
【請求項２０】ウェーハ処理手段と、前記ウェーハ処理手段及び前記光電性素子に接続され、少なくとも前記光電性
素子から得られる前記第１信号に応じて、前記ウェーハ処理手段の作動を制御す
るべくプログラムされたコンピュータとを更に有することを特徴とする請求項１
に記載の装置。
【請求項２１】前記両ソースに対して前記ウェーハを移動可能なステージ
を更に有し、前記ステージにより前記ウェーハが移動したときに、前記光電性素子が、前記
ウェーハ上の対応する複数の領域に関連する複数の信号を発生することを特徴と
する請求項１に記載の装置。
【請求項２２】前記光電性素子に接続され、前記複数の信号の極小値と前
記複数の信号の極大値との間の比を演算し、該比を所定限界値と比較し、前記ウ
ェーハの合否を示すメッセージをモニタ上に表示するべくプログラムされたコン
ピュータを更に有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】前記光電性素子に接続され、前記複数の信号に所定範囲外
のものがあるかをチェックし、前記ウェーハの合否を示すメッセージをモニタ上
に表示するべくプログラムされたコンピュータを更に有することを特徴とする請
求項２１に記載の装置。
【請求項２４】前記光電性素子に接続され、前記第１ビームの強度の変化
の後に前記領域について前記光電性素子から得られる前記第１及び第２の信号を
利用して、前記領域に於ける物性値を決定するべくプログラムされたコンピュー
タを更に有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】前記ステージが前記ウェーハを二次元的に移動可能であっ
て、前記光電性素子が、前記複数の領域のそれぞれに於いて前記複数の信号の少な
くとも１つを発生することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】急速焼きなまし装置を更に有し、前記コンピュータが、前記複数の信号の１つに基づき、前記急速焼きなまし装
置の作動を制御するべくプログラムされていることを特徴とする請求項２１に記
載の装置。
【請求項２７】前記第１のソースが、前記領域の半導体材料のバンドギャ
ップエネルギよりも高いエネルギを有する第１のフォトンを発生し、前記第２の
ソースが、前記バンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有する第２のフォ
トンを発生することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２８】前記第１フォトンが、９５０ｎｍよりも短い第１の波長を
有し、前記第２フォトンが、９５０ｎｍよりも長い第２の波長を有することを特
徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】前記第１ビームが前記ウェーハの表面にて第１の直径を有
し、前記第２ビームが前記ウェーハの表面にて第２の直径を有し、前記第１直径
が、前記第２直径以上であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３０】ウェーハに於いて半導体材料を含む或る領域の特性を表す
電気信号を発生するための装置であって、作動中に１，０００ｋＨよりも低い周波数をもって発振する発振器と、前記周波数をもって変調された第１の強度を有する第１のビームを発生するべ
く前記発振器に接続され、前記第１ビームが前記半導体材料のバンドギャップエ
ネルギよりも高いエネルギを有する複数の第１のフォトンを含み、前記第１ビー
ムが前記領域に入射したときに複数の電荷キャリアを発生し、前記電荷キャリア
の数が、波を発生することなく前記周波数をもって変調されるようにした第１の
ソースと、前記バンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有する複数の第２のフォト
ンを含む第２のビームを発生するための第２のソースと、前記第１及び第２のビームのそれぞれの光路内に配置され、前記両ビームの一
方を、前記両ビームの他方に沿うように反射させて組合わせビームを発生する部
分透過性ミラーと、前記一致光路に配置されたビームスプリッタと、前記領域から反射した第２フォトンのグループを受光するべく、前記ビームス
プリッタに結合された、第２フォトンを検出可能なセンサと、前記発振器及び前記センサに接続され、かつ出力ラインを有するロックイン増
幅器とを有し、前記ロックイン増幅器が、前記周波数をもって変調され、前記領域から反射し
た前記第２フォトンの数の平均値を表す信号を、前記出力ライン上に発生するこ
とを特徴とする装置。
【請求項３１】前記センサがゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項
３０に記載の装置。
【請求項３２】前記第１ビームが、前記第１ソースにより調節可能なパワ
ーを有し、当該装置が、前記出力ラインに接続され、前記第１ビームのパワーを複数のレ
ベルに調節することにより発生する前記第２信号の複数の値に応じて、前記領域
の物性値を決定するべくプログラムされたコンピュータを更に有することを特徴
とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】前記第１ソースに於ける変調周波数が１０ｋＨよりも低い
ことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】ウェーハに於いて半導体材料を含む或る領域の特性を表す
電気信号を発生するための装置であって、作動中に１，０００ｋＨよりも低い周波数をもって発振する発振器と、前記周波数をもって変調された第１の強度を有する第１のビームを発生するべ
く前記発振器に接続され、前記第１ビームが前記半導体材料のバンドギャップエ
ネルギよりも高いエネルギを有する複数の第１のフォトンを含み、前記第１ビー
ムが前記領域に入射したときに複数の電荷キャリアを発生し、前記電荷キャリア
の数が、波を発生することなく前記周波数をもって変調されるようにした第１の
ソースと、前記バンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有する複数の第２のフォト
ンを含む第２のビームを発生するための第２のソースと、前記第１及び第２のビームのそれぞれの光路内に配置され、前記両ビームの一
方を、前記両ビームの他方に沿うように反射させて組合わせビームを発生する部
分透過性ミラーと、前記第２ビームの前記ウェーハからの反射光路内に配置された偏光ビームスプ
リッタと、前記偏光ビームスプリッタからの電磁放射の第１の部分を受光するべく前記偏
光ビームスプリッタに結合された第１のセンサと、前記偏光ビームスプリッタからの電磁放射の第２の部分を受光するべく前記偏
光ビームスプリッタに結合された第２のセンサとを有し、前記第１及び第２の部分が、それぞれ、前記ウェーハからの反射前の前記第２
ビームの或る部分と前記ウェーハからの反射後の前記第２ビームの他の部分との
間の干渉の和及び差成分からなることを特徴とする装置。
【請求項３５】前記第１及び第２のセンサに接続されたロックイン増幅器
を更に有し、該ロックイン増幅器が、前記第１センサからの第１の信号及び前記第２センサ
からの第２の信号を受信したときに、前記第１及び第２の信号の差を示す、前記
発振器の発振と同位相の第３の信号を発生することを特徴とする請求項３４に記
載の装置。
【請求項３６】前記第１ソースより発生する前記第１ビームのパワーが調
節可能であって、当該装置が、前記ロックイン増幅器に接続され、前記第１ビームのパワーを複
数のレベルに調節することにより発生する前記第３信号の複数の値に応じて、前
記領域の物性値を決定するべくプログラムされたコンピュータを更に有すること
を特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】ウェーハを評価するための方法であって、ウェーハの或る領域に複数の電荷キャリアを発生させ、前記電荷キャリアの数
を、前記電荷キャリアの波が発生しない程度に十分に低い周波数をもって変調す
る過程と、前記領域の前記半導体材料のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有
する複数の第１のフォトンからなる第１ビームを前記領域にフォーカスする過程
と、前記領域により反射された後に、前記周波数にて変調された第１ビームの一部
分の第１の強度を測定する過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３８】前記電荷キャリア発生過程に於いて用いられたパラメータ
を変更する過程と、前記変更後の第２の強度を測定する過程と、前記第１及び第２の強度のそれぞれを利用して前記領域の物性を決定する過程
とを有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】前記パラメータが、前記第１ビームと前記領域との間の距
離からなり、前記領域が寿命からなることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】前記パラメータが、前記両ビームの一方の直径からなり、前記領域が寿命からなることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】前記電荷キャリア発生過程が、前記周波数にて変調された
第２の強度を有する複数の第２のフォトンからなる第２ビームを前記領域にフォ
ーカスする過程を含み、前記パラメータが、前記周波数の１サイクルの間の前記
第２強度の平均値からなることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】前記変更の前後に渡って、前記第１強度及び前記第２強度
の平均値を、前記パラメータの対応値に対して、少なくとも近似的に関連付ける
関数の属性を決定する過程と、既知の物性を有する半導体材料の対応する関数の複数の属性に対して、前記属
性を内挿して、前記領域の物性値を決定する過程とを更に有することを特徴とす
る請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】前記属性が、前記関数の少なくとも一部を近似する直線の
係数からなり、前記物性が、接合深さ、表面濃度、シート抵抗及び移動度のいず
れかからなることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】前記係数が傾きからなり、前記一部分が、前記複数の信号
の範囲の高端に於ける信号のグループを近似し、前記物性が移動度からなること
を特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】前記係数が傾きからなり、前記一部分が、前記複数の信号
の範囲の低端に於ける信号のグループを近似し、前記物性が接合深さからなるこ
とを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】前記係数が切片からなり、前記物性が表面濃度からなるこ
とを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】前記属性が、前記複数の信号の値の範囲の第１の端部に於
ける前記信号の第１のグループにより形成される高パワー部分を近似する第１の
線と、前記範囲の第２の端部に於ける前記信号の第２のグループにより形成され
る低パワー部分を近似する第２の線との交点の座標からなり、前記物性がドープ
濃度からなることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】前記ウェーハがパターン化されたウェーハからなり、当該
方法が、前記測定過程に先立って、前記ウェーハを焼きなます過程と、少なくとも前記第２の強度に応じて、別のパターン化されたウェーハの焼きな
ましを調整する過程とを更に有することを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】前記ウェーハの複数の領域に於いて、前記電荷キャリア発
生過程及び前記フォーカス過程を繰り返す過程と、前記複数領域に対応する複数の強度を測定する過程とを更に有することを特徴
とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５０】前記複数強度を、それぞれ所定の限界と比較して、欠陥の
数を決定する過程を更に有し、前記欠陥のそれぞれが、前記所定限界を超える強
度により示されることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】前記複数強度の極大値と前記複数強度の極小値との間の比
を演算する過程と、前記比を所定の限界と比較して、前記ウェーハの合否を判定する過程とを更に
有することを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】前記領域内の電荷キャリアの平均濃度を変更する過程と、前記変更過程の後に第２の強度を測定する過程と、前記第１及び第２の強度のそれぞれを利用して前記領域に於ける物性値を決定
する過程と、前記ウェーハの複数の領域に於いて、前記電荷キャリア発生過程及び前記フォ
ーカス過程を繰り返す過程と、前記複数の領域に対応する複数の強度を測定する過程とを更に有することを特
徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項５３】ウェーハを評価するための方法であって、前記ウェーハの或る領域に、該領域の半導体材料のバンドギャップエネルギよ
りも低いエネルギを有する複数の第１のフォトンからなる第１の偏光ビームを前
記領域にフォーカスする過程と、前記バンドギャップエネルギよりも高いエネルギを有する複数の第２のフォト
ンからなり、所定の周波数をもって変調された強度を有し、前記領域に入射した
ときに複数の電荷キャリアを発生する第２の偏光ビームを、前記所定周波数が前
記電荷キャリア波を発生しない程度に十分低いようにして、前記領域にフォーカ
スする過程と、前記電荷キャリアを利用して、前記所定周波数の前記第１ビームを反射する過
程と、前記第１ビームの反射成分を前記第１ビームの非反射成分と干渉させることに
より、和成分及び差成分を得る過程と、前記和成分の第１の振幅と前記差成分の第２の振幅との間の差を測定する過程
とを有することを特徴とする方法。
【請求項５４】前記干渉過程に先立って、前記反射成分及び前記非反射成
分に、前記第２ビームの通過を阻止するフィルタを通過させる過程を更に有する
ことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】前記フォーカス過程に先立って前記ウェーハを焼きなます
過程と、前記差に応じて別のウェーハの焼きなましを調整する過程とを更に有すること
を特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】既知の物性値を有する半導体材料の複数の差の測定値につ
いて前記差を内挿して、前記領域の物性値を決定する過程を更に有することを特
徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】前記領域上に対する前記フォーカス過程に用いられるパラメ
ータを変更する過程と、前記変更過程の後に別の差を測定する過程とを更に有することを特徴とする請
求項５３に記載の方法。
【請求項５８】前記変更過程の前後に渡って、前記差及び前記別の差を前
記パラメータの対応する値に関連付ける関数の係数を決定する過程と、既知の物性値を有する半導体材料の複数の対応する関数の係数について前記係
数を内挿して、前記領域の物性値を決定する過程とを更に有することを特徴とす
る請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】前記ウェーハが複数のドープ領域を有することを特徴とす
る請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】ウェーハを評価するための方法であって、ウェーハの或る領域に複数の電荷キャリアを発生させ、前記電荷キャリアの数
を、前記電荷キャリアの波が発生しない程度に十分に低い周波数をもって変調す
る過程と、前記領域の前記半導体材料のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギを有
する複数の第１のフォトンからなるプローブビームを前記領域にフォーカスする
過程と、前記領域により反射された後に、前記周波数にて変調された前記プローブビー
ムの一部分の第１の強度を測定する過程と前記ウェーハの表面の電荷キャリアの濃度を変更する過程と、前記変更後に、前記周波数にて変調された前記プローブビームの一部分の第２
の強度を測定する過程と、前記変更過程の前後に渡って、前記第１及び第２の強度を少なくとも近似的に
前記濃度の対応値に関連付ける関数の属性値を決定する過程と、既知の物性値を有する半導体材料の対応する関数の複数の属性に対して、前記
属性を内挿して、前記領域の物性値を決定する過程とを有することを特徴とする
方法。
【請求項６１】前記属性が移動度からなり、前記内挿過程が、 μ_unk＝（ｍ_ref／ｍ_unk）μ_ref なる式を用いて移動度を求め、ここで、ｍ_unkが前記属性値からなり、ｍ_refが基
準ウェーハの前記属性の別の値からなり、μ_refが前記基準ウェーハの移動度か
らなることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】前記電荷キャリア発生過程が、前記周波数にて変調された
強度を有する発生ビームを前記領域にフォーカスする過程を含み、当該方法が、プローブビームを前記発生ビームに対して移動させる過程と、前記過程後に強度を測定する過程と、少なくとも１回前記移動及び測定過程を繰り返す過程と、前記強度が最大となる前記距離の値を求める過程と、前記値を利用して前記プローブビームを前記発生ビームに対して整合し続ける
過程とを更に有することを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】前記ウェーハが高純度材料からなることを特徴とする請求
項６０に記載の方法。