JP2002540396A

JP2002540396A - 半導体ウェーハの活性ドーパントのプロファイルを決定するための装置及びその方法

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Publication number: JP2002540396A
Application number: JP2000606984A
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
Original assignee: ボクサー・クロス・インコーポレイテッド
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2002-11-26
Also published as: US20040239945A1; US20030043382A1; AU3530000A; US6885458B2; US20020085211A1; US6483594B2; US6323951B1; US20020027660A1; WO2000057159A1; US6426644B1; EP1192444A1

Abstract

(57)【要約】時間によって周期的に変化する濃度に電荷担体を生成し、半導体材料の様々な深さにおける電荷担体によって反射される探査ビームと基準ビームとの干渉信号を測定して電荷担体の数を決定し、測定値とシミュレーションによって得られた対応する値とを比較する方法。出力や位相などの探査ビームの反射部分の様々な特性は、反射が起こる地点の深さに関係する。別法では、前面によって反射された探査ビームと可変位相ビームとの干渉によって得られた第１干渉信号と、様々な深度における電荷担体によって反射された探査ビームと可変位相ビームとの干渉によって得られた第２干渉信号との位相差が、接合深さを示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連技術集積回路を製造するための半導体ウェーハの製造工程のイオン注入工程で、荷
電原子や荷電分子をウェーハの中に直接導入する。通常はイオン注入によってウ
ェーハの格子構造に損傷が発生するため、通常はウェーハを約６００℃から１１
００℃に加熱する熱処理によって損傷部分を取り除く。また、この熱処理によっ
て、注入した原子が結晶格子の変位した位置から置換位置に移動する（原子は電
気的に活性となるために置換部位に位置していなければならない）。熱処理の前
に、ウェーハの表面の材料特性を、イオン注入によって生じる損傷を用いて測定
することができる。

【０００２】例えば、Rosencwaig他に付与された米国特許第4,579,463号に、ウェーハの表
面温度の周期的な変化によって起こる反射の変化を測定する方法が開示されてい
る（コラム１の７〜１６行目を参照）。詳細には、この方法は「周期的に加熱さ
れたサンプルの表面上の領域の一部に放射線探査ビーム・・・をあてる」ことに
よって、サンプルの表面にあるスポットに周期的に局部的な熱を発生させて生成
された熱波を利用する（コラム３の５４〜５６行目）。またこの方法は、周期的
な加熱によって起こる反射された放射線探査ビームの強度の変化を測定する（コ
ラム３の５２〜６６行目）。

【０００３】別の例として、言及することをもって本明細書の一部とするOpsal他による米
国特許第4,854,710号に、正孔プラズマの拡散の密度のばらつきをモニタリング
して、半導体の特性についての情報を得る（コラム１の６１〜６３行目）。詳細
には、Opsal他が、「プラズマ密度のばらつきによる屈折率の変化を、励起され
た領域内のサンプルの表面で探査ビームが反射されることによって検出できる（
コラム２の２３〜３１行目）」と述べている"Picosecond Ellipsometry of Tran
sient Electron-Hole Plasmas in Germanium," by D. H. Auston et al., Physi
cal Review Letters, Vol. 32, No. 20, May 20, 1974）。更にOpsal他は、「放
射線探査は強度及び位相の両方において変化を受ける」と述べている（米国特許
第4,854,710号のコラム５の２５〜３１行目）。好適な実施例では、サンプルの
反射率の変化によって起こる強度の変が光検出器を用いてモニタリングされる。
干渉計技術或いは探査ビームの周期的な偏向角のモニタリングによって、位相の
変化を検出することが可能である。

【０００４】 Therma-Wave, Inc., 1250 Reliance Way, Fremont, CA 94539によって１９９
６年４月に発行された、"TP-500: The next generation ion implant monitor"
と題する小冊子に、注入後工程が必要なく（２ページのコラム１の６〜７行目）
格子の損傷を測定する（２ページのコラム２の３２行目）測定装置TP-500が記載
されている。TP-500には、注入によって生じたシリコン格子の表面下の損傷を測
定する被変調反射信号を発生される２つの低出力レーザーを含む。ドーパントの
注入量が増えると、TW信号の強度及び損傷が増大する。この非接触技術は、ウェ
ーハの製造に悪影響を及ぼすものではない（２ページのコラム１及び２）。この
小冊子によれば、熱処理の後にTP-500を用いて、「均一な熱処理及び再現性を高
める・・・・システムを最適化する」ことが可能である（４ぺージのコラム２の
下部）。

【０００５】要約本発明に従った装置及びその方法は、初めに第１の数の電荷担体を有する半導
体ウェーハ（「半導体基板」とも呼ぶ）の領域を刺激して、刺激中の電荷担体の
数を第２の数の電荷担体にする。この刺激は、例えば電磁波のビーム或いは電子
ビームなどの様々な方法によって行うことができる。この装置及び方法は、測定
装置（例えば、一実施例では干渉計）を用いて刺激によって影響を受けた信号の
測定値を求める。一実施例では、影響を受けた信号が電荷担体によって反射され
た探査ビームであるが、別の実施例では他の信号を用いるここともできる。

【０００６】また、この装置及び方法は、シミュレータ（例えば、シミュレーションソフト
ウエアでプログラムしたパーソナルコンピュータ）を動作させて、測定した信号
のシミュレーション値を生成する。このシミュレーション値は、(1)上記した刺
激中の条件と(2)刺激下の領域の活性ドーパントの濃度の所定のプロファイルに
基づいている。測定値がシミュレーション値と一致した場合、シミュレーション
に用いた所定のプロファイルを領域内活性ドーパントの基準プロファイルとして
用いる。多数のこのような所定のプロファイルでシミュレーションを繰り返すこ
とができる。

【０００７】一実施例では、刺激の前にシミュレーションを繰り返して、このような一連の
プロファイルを求め、後に対応するシミュレーション値を用いて、例えば測定値
に最も近いシミュレーション値を探すなどして領域の活性ドーパントの基準プロ
ファイルを求める。別の実施例では、一致しない場合に限ってシミュレーション
値と測定値との差が所定の値（例えば１％未満）より小さくなるまで、シミュレ
ーションを１回或いは複数回行い、対応する所定のプロファイルを領域内活性ド
ーパントの基準プロファイルとして用いる。

【０００８】活性ドーパントの測定プロファイルを様々に用いることができる。一実施例で
は、測定プロファイルを用いて接合深さを決定し、仕様と比較してウェーハが適
格であるかどうか判断する。接合深さが仕様内であれば、ウェーハを次の工程（
例えば、基板の上に別の層を形成するウェーハ処理ユニットまたは基板の熱処理
をする熱処理装置）に進め、接合深さが仕様外の場合は、基板は不適格として不
良品用の基板のビンに移す。

【０００９】一実施例では、本装置及び方法は、時間に対してのみ周期的変化（「変調」と
も呼ぶ）する濃度で電荷担体を半導体材料の領域（「担体生成領域」とも呼ぶ）
に生成する。この後、この装置及び方法によって、(1)電荷担体によって反射さ
れた探査ビームと基準ビームとの干渉によって得られる干渉信号の測定及び(2)
この測定値と所定のデータ（例えば接合深さに対して描かれたこのような測定値
のグラフ）との比較を行って、担体生成領域に生成された電荷担体の数を決定す
る。

【００１０】上記したように生成された電荷担体（「過剰担体」とも呼ぶ）は、照明が存在
しない時に半導体材料に通常存在する多数の過剰な電荷担体（「バックグラウン
ド担体」とも呼ぶ）である。過剰担体の濃度は、濃度の変化が非周期的（即ち振
動ではなく、例えば指数的な減衰或いは単調関数など）となるように、充分に低
い周波数で時間で変化する。詳細には、半径方向に沿った波のない過剰担体濃度
のプロファイルが、担体生成領域から移動する電荷担体の少なくとも過半数（即
ち５０％より多い）が拡散によって移動する時にここに記載するように生成され
る。

【００１１】拡散条件の下でのこのような一時的な変化（「拡散変化」とも呼ぶ）を利用し
て干渉信号を測定する（例えば、位相及び振幅の両方が測定される）。この測定
値を用いて、半導体材料の１つ或いは複数の特性（「半導体特性」とも呼し、接
合深さなど）を例えばグラフや表を用いて決定する。上記したように測定された
半導体材料の前面からの深さの関数として過剰担体の濃度を用いて、半導体材料
の活性ドーパントの濃度を決定することもできる。詳細には、過剰担体濃度の深
さのプロファイルは、活性ドーパント（ドープされた半導体材料を形成する）に
より生じる電界の深さのプロファイルの関数である。

【００１２】深さの関数である過剰担体が増加すると、半導体材料の屈折率がそれに応じて
高くなる。従って、半導体材料の表面に当てられるレーザビーム（「探査ビーム
」と呼ぶ）が反射され（バックグラウンド担体及び過剰担体の両方によって反射
されるが、過剰担体による反射のみが変調周波数に周期的に変化する）、反射さ
れた部分と基準ビームとの干渉によって生成された変調周波数の信号が上記した
ように測定される。干渉信号（振幅や位相など）の様々な特性は反射がおこる深
さの関数であるため、この特性を測定して接合深さを決定することができる。こ
こに記載する接合とは、任意のドープされた領域の境界である（n型基板の中へ
のp型ドーパントの注入或いはp型基板の中へのp型ドーパントの注入、またはそ
の逆であっても構わない）。

【００１３】第１の実施例（「前面実施例」とも呼ぶ）では、探査ビームの反射された部分
が前面によって反射された探査ビームの別の部分（以降この部分を「前面ビーム
」と呼ぶ）からなる基準ビームで干渉されることによって得られる干渉信号の強
さを測定する。前面実施例の一変更例では、あるレーザを用いて、過剰担体を生
成するために用いる別のビーム（「生成ビーム」と呼ぶ）を生成する。生成ビー
ムの強さは、過剰担体濃度の多様な位相が拡散長さ（過剰電荷担体の濃度が1/e
に低下する長さ）に渡って生成ビームの位相と同じ（例えば１０％以内）になる
ように、充分に低い固定周波数に変調される。従って、過剰担体濃度は、生成ビ
ームの強さの変化と概ね同期して変化する。この条件から、過剰担体の分布を主
に、波による解法ではなく波によらない解法によって設計可能な拡散によって実
施することができる。この変更例では、干渉計が、生成ビームの出力及び変調の
関数である干渉信号の振幅及び位相を測定し、測定値を用いて過剰担体の濃度を
測定する。上記したような過剰担体濃度の時間の変化によって、干渉計がロック
イン増幅器を用いて、過剰担体濃度が一定の時には不可能な正確さで探査ビーム
の反射された部分を測定することが可能となる。

【００１４】一実施例では、接合深さ及び生成ビームの出力と干渉信号測定値との関係を示
す多数のグラフが作成される（シミュレーション或いは経験的に）。この後、所
定のウェーハ（製造ウェーハとも呼ぶ）に対して、異なった生成ビーム出力に対
する干渉信号の測定（干渉測定とも呼ぶ）を行い、その測定結果を１或いは複数
の上記したグラフと比較して、接合深さを示すグラフを決定する。詳細には、所
定のグラフは、多数のドーパントプロファイルが製造ウェーハの予想ドーパント
プロファイルに近づくように作成される。

【００１５】任意の方法或いは装置を用いて、所定のグラフを作成するためのシミュレータ
（シミュレーションプログラムを実行するようにプログラムされたコンピュータ
）に入力するドーパントプロファイルを作成することができる。例えば、広がり
抵抗プロファイルは、既知の条件で製造された既知の特性を有するウェーハ（基
準ウェーハとも呼ぶ）に形成することができる。別法では、ドーパントのプロフ
ァイルは、市販のシミュレータ（拡散による担体生成領域からの電荷担体の移動
を推定する）を用いてシミュレーションを実行することができる。

【００１６】次に、所定のドーパントプロファイルを求めるために、多数の生成ビーム出力
のそれぞれに対して、シミュレータを用いて深さの関数である過剰担体濃度のプ
ロファイルを決定する。次に、前面からの深さzの関数である過剰担体プロファ
イルの導関数にcos(2knz)を乗じる。この時、k=2π/λであり、λは探査ビーム
の波長であり、nはシリコンの屈折率である。乗じて得た積を深さに対して積分
し、１或いは複数の定数因子（既知の物理乗数及び測定システムのカリブレーシ
ョンに関連する）を乗じて、干渉測定のシミュレーション値を求める。この後、
干渉測定のシミュレーション値を選択された生成ビーム出力に対する深さzの関
数としてグラフにプロットする。生成ビーム出力の他の固定した値（例えば２つ
の追加の値）に対するグラフを得るためにこのステップを繰り返す。このような
追加のグラフは、様々なドーパントプロファイルに対して作成される。

【００１７】このようなグラフを作成した後、選択された生成ビーム出力における製造ウェ
ーハの干渉測定値を用いて、グラフを使って接合深さを求める。このステップを
異なった出力の生成ビームを用いて得た異なった干渉測定値に対して繰り返し、
２つのウェーハが同じ測定値であるが異なった接合深さを有することから起こる
曖昧さを排除する（例えば、２つ数値の積が変化するとき、即ち(1)導関数と(2)
上記したようなコサイン関数とが２つのウェーハにおいて互いに補償し合う時に
発生し得る）。この後、表から得た接合深さと同じ接合深さを有するドーパント
プロファイルを、製造ウェーハに存在する活性ドーパントのプロファイルとして
用いる。

【００１８】ここに記載した干渉信号の位相及び振幅の測定は、一実施例の重要な点である
。一或いは複数のこのような測定値によって、ウェーハ製造中の半導体材料の基
準となる特性（または製造条件）を得ることができる。別の実施例（「スキャニ
ング実施例」とも呼ぶ）では、生成ビームの出力を一定に保った状態で、あるウ
ェーハの異なった位置でこのような測定を何回か実行する。このような測定値に
おける変化は全て、前面からの所定の深さにおける活性ドーパントの濃度の対応
する変化を表す。従って、このような干渉測定（これによって活性ドーパントの
プロファイルが決定される）が、本発明の一変更例においてウェーハ製造中にモ
ニタリングされ（必ずしも必要ではない）、例えばイオンが注入されたウェーハ
の熱処理を制御するなどウェーハの製造工程を制御するのが望ましい。

【００１９】製造中のウェーハ（製造の段階によって「パターン形成されたウェーハ」或い
は「熱処理されたウェーハ」とも呼ぶ）に対して接合深さ及び接合プロファイル
を直接測定すると、オフラインでウェーハの特性を検査する場合より生産効率が
高まる。更に、このような測定によって、ウェーハの検査自体にかかる従来のコ
ストを削減できる。一実施例では、このような測定は、ドーパントを活性にする
製造ウェーハの熱処理の後に行なわれるため、熱処理の前に測定する特性よりも
詳細な製造中のデバイスの電気的な行動を示す特性を得ることができる（米国特
許第4,854,710号に開示されている）。

【００２０】第２の実施例（「位相実施例」とも呼ぶ）では、上記した干渉信号ではなく、
別の干渉信号が上記した探査ビームの反射された部分と、探査ビームの位相とは
独立して変化可能な位相を有する別の基準ビーム（以下、「可変位相ビーム」と
呼ぶ）との干渉によって得られる。２つの干渉信号間の位相差（例えば位相検出
器を用いて検出される）は接合深さを示す。これら２つの干渉信号の第１の干渉
信号は、(1)可変位相ビームと(2)前面によって反射された探査ビームの一部であ
る上記した前面ビームとの干渉によって得られ、第２の干渉信号は、(1)可変位
相ビームと(2)探査ビームの反射された部分との干渉によって得られる。

【００２１】第２の実施例において、探査ビームは偏光されているだけではなくコヒーレン
ト（即ち、例えば単一波長などの単一クロミナンス）であるため、可変位相ビー
ムとの干渉が起こりうる。探査ビームとは独立した第２の実施例の基準ビームを
用いることによって、干渉信号を測定するために第２の実施例で用いられる位相
検出器の感度が高まるため、第１の実施例と比べ材料特性の測定の感度が高まる
。独立した基準ビームを用いることによって、半導体の波長の関数である接合深
さの絶対測定も可能となる。

【００２２】詳細な説明本発明に従ったウェーハ製造システム１００（図１Ａ）を用いて、ウェーハ（
半導体基板とも呼ぶ）を加工してパターン形成されたウェーハにし、パターン形
成したウェーハの材料特性を測定し、必要であればリアルタイムで工程を調節し
て集積回路（以下省略してIC）ダイを形成する。このような工程には熱処理が含
まれ、熱処理の後にパターン形成されたウェーハ上で材料特性を測定することが
可能であり、それによって例えば熱処理したウェーハの測定から熱処理温度を決
定するなど、従来技術では不可能であった工程条件を決定する。

【００２３】本明細書に記載するように製造中のパターン形成したウェーハを測定すること
によって、従来技術では製造工程をモニタリングするためだけに必要なウェーハ
の検査を省略でき、それによって製造コストを削減することができる。更に、本
明細書に記載するように熱処理されたウェーハの測定によって、熱処理によって
デバイスに用いられるドーパントの活性が決まるため、製造中のデバイスの工程
速度などの電気特性に関連する一或いは複数の特性の基準を得ることができる。

【００２４】システム１００は、損傷を与えることなく様々な材料特性を測定する活性ドー
パントプロファイラ（単にプロファイラとも呼ぶ）１０３を含む。このプロファ
イラ１０３は、シミュレーションソフトウェアでプログラムされ所定のデータを
生成するコンピュータ１０３Ｃを含む（図１Ｂの動作１１０を参照）。一実施例
では、動作１１０には、(1)刺激中の条件と、(2)刺激を受けている領域の活性ド
ーパントの濃度の所定のプロファイルとに基づいて、コンピュータ１０３Ｃがシ
ミュレーション値を生成するステップ１１１が含まれる。この後のステップ１１
２で、コンピュータ１０３Ｃが、ウェーハが有する可能性のある一連のプロファ
イルの全ての所定のプロファイルがステップ１１１で用いられたかどうかをチェ
ックする。全プロファイルが用いられていない場合は、コンピュータ１０３Ｃは
ステップ１１３に進み、用いられる所定のプロファイルを変え、ステップ１１１
に戻る。全てのプロファイルが用いられると、動作１１０は終了する。

【００２５】ウェーハ処理ユニット１０１及び急速熱処理装置１０２は、ウェーハの一或い
は複数の層を形成して半導体ウェーハ（例えばウェーハ１０４−１０６の内の１
つ）を準備するステップ１２５を実行する。この後プロファイラ１０３が、初め
は第１の数の電荷担体を有するウェーハの領域を刺激することによって、刺激中
は第２の数の電荷担体が存在するようになる（図１Ｂのステップ１２６を参照）
。この刺激は、電磁波のビーム或いは電子ビームを用いるなどの任意の方法で行
うことができる。

【００２６】次に動作１４０で、プロファイラ１０３が刺激による影響を受けた領域の特性
を測定する。一実施例では、プロファイラ１０３が干渉計などの測定装置を用い
て、刺激による影響を受けた電荷担体によって反射された探査ビームなど信号の
一或いは複数の測定値（例えば振幅や位相）を求める（ステップ１４１）。次に
プロファイラ１０３は、測定値を動作１１０で生成された一或いは複数のシミュ
レーション値と比較し、測定値に最も近いシミュレーション値を決定する（ステ
ップ１４２）。この後プロファイラ１０３は、ウェーハのプロファイルとして最
も近いシミュレーション値を生成するために用いた所定のプロファイルを利用す
る。例えば、プロファイラ１０３は、最も近いシミュレーション値を生成するた
めに用いたプロファイルに基づいて、領域の半導体特性の値（例えば接合深さ）
を決定する。プロファイラ１０３は、対応する半導体特性の値に対して各プロフ
ァイルに関係する表や図を読む或いは計算するなどの任意の方法で値を決定する
ことができる。

【００２７】次に、ステップ１６０で、特性値がウェーハの仕様条件と一致するかどうかを
チェックする。一致する場合は、プロファイラ１０３はステップ１２５に戻り、
そうでない場合はステップ１６１に進む。ステップ１６１では、プロファイラは
、一或いは複数の線１０８及び１０７で示されているように制御信号を熱処理装
置１０２及びウェーハ処理ユニット１０１に送ることによって、ウェーハ製造中
の一或いは複数の工程条件を制御する。この後プロファイラ１０３は動作１２５
に戻る。

【００２８】ステップ１１１−１１３を参照して説明する一実施例では、刺激の前に一連の
プロファイルに対するシミュレーションを繰り返すが、図１Ｃに例示した別の実
施例では、刺激の後に１回或いは複数回のシミュレーションを行う。例えば、ウ
ェーハ処理ユニット１０１及び急速熱処理装置１０２は、動作１２０を実行し、
図１Ｂを用いて説明するようにプロファイラ１０３がステップ１２６を実行し、
次に動作１７０を実行する。動作１７０では、プロファイラ１０３は測定装置を
用いて、ステップ１４１を用いて説明するように測定値を求め、次にステップ１
７２に進む。ステップ１７２では、プロファイラ１０３がシミュレータを動作さ
せ、ステップ１１１を用いて説明したように所定のプロファイルに基づいて、信
号のシミュレーション値を生成する。次にステップ１７３で、プロファイラ１０
３が、シミュレーション値が測定値と一致する（例えば１％などの所定のパーセ
ント内）かどうかチェックする。一致しない場合は、プロファイラ１０３がステ
ップ１７４に進み、ステップ１７２のシミュレータの動作に用いた所定のプロフ
ァイルを変え、ステップ１７２に戻る。一致した場合には、プロファイラ１０３
がステップ１７５に進み、ステップ１４３を用いて上述したように、半導体の特
性値を決定する。次にプロファイラ１０３は、図１Ｂを用いて上述したようにス
テップ１６０及び１６１を実行する。

【００２９】一実施例では、プロファイラ１０３が、検査予定のウェーハに多数の電荷担体
を生成する刺激動作を実行する。プロファイラ１０３によって生成された電荷担
体は、照明を受けてない半導体材料（半導体材料の結晶格子の位置を専有する原
子と定義されるドーパントが材料に導電性を与える）に通常存在する「バックグ
ラウンド担体」とも呼ぶ電荷担体の数より多い。

【００３０】一実施例で生成された過剰な担体が、ドーパント原子によって材料１５６内に
生成された照明などの刺激を受けていない担体のレベルを超えるプロファイル１
５８（図１Ｄ参照、１ｃｍ^３あたりの担体の数を表す濃度で示されている）で半
導体材料１５６（図１Ｂ）に分布する。詳細には、過剰担体濃度n_eは、半導体材
料１５６の前面１５３（図１Ｅ）の外側のゼロから半導体材料１５６の内側の有
限値に変化する（従って前面１５３の濃度が上昇するステップである）。

【００３１】前面１５３（図１Ｅ）からの深さzが深くなると、自由空間波長／屈折率であ
る材料１５３内の探査ビーム１５２の波長（例えば４×１０^−５ｃｍ）より少な
くとも短い深さ（例えば２×１０^−６ｃｍ未満）に渡って過剰担体濃度n_eが上昇
する。この深さを超えると、過剰担体濃度n_eは接合深さZjのドープされた領域の
縁部、即ち深さZに到達するまで、ドーパント原子の濃度の変化に比例して変化
する。ドーピングプロファイルの詳細な形状によって、例えばある場合には、ド
ーパントの濃度が上昇し、別の場合にはドーパントの濃度が最初低下してから上
昇する。

【００３２】接合深さZjを超えると、過剰担体濃度n_eは実質的に一定に戻り、ドープされた
領域の深さの約１０倍の深さまで一定である（即ち、変化は１０％未満であり、
特にドープされた領域が浅い場合は深さが約０．１μm以下）。上記されたよう
に生成された上記プロファイルは、変調周波数と同期して時間によって周期的に
変化するが、半径r（図１Ｄ）の関数として空間で周期的に変化するわけではな
い。その代わりに濃度n_eは、図１Ｄに例示したように、単に領域１２０の外側の
半径方向に向かって低下する（例えば、半径rの単調関数）。詳細には、変調周
波数の逆である時間に対して、プロファイラ１０３は、n_ea〜n_en値の範囲で濃度
n_eを変化させる（図１Ｄ）。この時のn_ea−n_enの関係はn_en<_n_ej<_n_ei<_n_eaであ
る。

【外１】従って、任意の時間tiにおいて、半導体材料１５６の担体濃度の値n_eiは半径r
の関数として低下するが、領域１２０の外側の空間に波を生成するこはない。半
径rに沿った波のない過剰担体濃度n_eのプロファイルは、領域１２０の外側に移
動する電荷担体（過剰単体及びバックグラウンド担体の双方と定義される）の大
多数（例えば５０％より多い）が拡散によって移動したときに、上記したように
形成される。照明された領域１２０内では、担体濃度は、(1)生成レーザビーム
のプロファイルの変化（通常その効果は小さい）と(2)ドーピングプロファイル
の変化によって空間的に変化し得る。

【００３３】このような過剰電荷担体の拡散変化は、半導体特性を調べるときに用いる所定
のデータが領域１２０（「担体生成領域」とも呼ぶ）からの電荷担体の移動を表
す以下に記載する式１５による拡散解法に基づいているため、本発明の重要な点
である。波による解法を拡散解法に重ね合わせると、波解法が過剰担体プロファ
イルを乱して、拡散解法によって想定される非周期的プロファイルから逸脱する
ため、所定のデータの正確さが低下する。

【００３４】一実施例では、生成ビーム１５１の強度が固定周波数に変調される。この固定
周波数は、濃度n_eの多様な位相が拡散長さ（電荷担体が1/eの値にまで低下する
長さ）に渡って生成ビーム１５１の位相と同じ（例えば１０％以内）となるよう
に充分に低い。従って、濃度n_eは、生成ビーム１５１の強度の変化と概ね同時に
変化する。この条件によって、過剰担体の分布が、波解法ではなく主に波解法で
はない解法によって設計されうる拡散によって成されることが確実となる。

【００３５】空間に波が存在しないようにするために、濃度n_eの変調周波数は、例えば米国
特許第4,854,710号に記載されたような波を生成する従来技術に用いられる変調
周波数より数倍（例えば１或いは複数オーダー）低く選択される。詳細には、本
発明の一実施例では、変調周波数は約１KHzであり、Opsalによる米国特許第4,85
4,710号のコラム１５の１８行目に記載された１MHz周波数より１０００倍（３オ
ーダー）小さい。このように低い変調周波数を用いることは、図１Ａのプロファ
イラ１０３の一実施例において極めて重要な点であり、Opsalが記載した「波」
などの空間における波の排除によって予期しない結果に繋がった。

【００３６】別の実施例では、プロファイラ１０３は、上記した周波数より高い周波数に生
成ビームを変調する。詳細には、この別の実施例によって、領域１２０の外側の
空間で周波が起こる。しかしながら、この別の実施例では、空間の周波の波長を
拡散長さの１０倍以上に選択するため、領域１２０内では空間の周波の影響を無
視できる。

【００３７】生成ビーム１５１に応答して過剰担体が領域１２０に分布するときに発生する
図１Ｇのプロファイル１６４によって例示されたような濃度n_eの上昇によって、
半導体材料１５６の屈折率nが正比例して増大する。従って、深さに対する屈折
率の勾配が領域１２０に形成される。過剰担体濃度と屈折率が線形に比例するた
め、プロファイル１６４はまた、深さの関数として屈折率を表す。

【００３８】詳細には、過剰担体プロファイル１６４（図１Ｇ）は層１６４Ａ−１６４Ｄ（
Ａ<_Ｊ<_Ｔ）などの一組の過剰担体の薄い層として形成され得る。ここで、Ｔは
層の総数であり、各層１６４Ｊは一定の担体濃度を有する。シリコンの屈折率は
、担体濃度の関数であるため、各相１６４Ｊは僅かに異なった屈折率を有する。
従って、探査ビーム１５２の少量のエネルギーが、層１６４Ｊと層１６４Ｊ＋１
との各境面１６５Ｊから反射される。この時の反射量は、境面１６５Ｊの上に位
置する層１６４Ｊの担体濃度に比例する。

【００３９】傾斜した屈折率を有する領域１３０内のこのような反射の総量が、ビーム１５
２の反射の別の成分１６２より小さい成分１６３を形成する。詳細には、成分１
６２はビーム１５２が前面１５３で反射された部分であり、以下の３つの小成分
の合計である。(1)空気とシリコンとの間の不連続性による小成分。(2)表面にお
けるドーピングプロファイルの突然の上昇による小成分。(3)表面における過剰
担体濃度の突然の上昇による小成分。前面１５３からの反射１６２の最も強い小
成分は(1)であり、(2)及び(3)の数倍のオーダーである。

【００４０】成分１６３は、屈折率分布型領域１３０から反射された光が半導体の中の更な
る距離Zjに伝播し後退するため、成分１６２に対して遅延した位相を有すること
に注意されたい。従って、成分１６２は成分１６３と干渉するが、その干渉は屈
折率に勾配がある深さZjに渡って、強める或いは弱める、またはその両方である
。従って、前面１５３からの反射成分１６２と屈折率分布型領域１３０からの反
射成分１６３とを合わせることによって得られた信号は、その振幅や位相の中に
過剰担体濃度のプロファイル１６４の深さや形状についての情報を含んでいる。

【００４１】システム１００は、ステップ２０１で１或いは複数の初めの動作を実行し（例
えばウェーハの受け取り）、次に上記した動作１１０に類似した或いは同一の動
作２１０（図２Ａ）に進むウェーハ処理ユニット１０１を含む。次に（或いはス
テップ２０１の直後に）、半導体ウェーハを準備する（動作２２０）。動作２２
０で、ユニット１０１は、例えば、ウェーハ１０４（図１Ａ）にドーパント原子
（例えばシリコンにおけるホウ素原子）を有する一或いは複数の領域（例えば図
１Ｃのドープされた領域１３０）を形成するために、例えばイオン注入装置１０
１Iを動作するなどして、ドープされた領域を形成するステップ２２１を実行す
る。イオン注入の代わりに、例えばイオン蒸着やエピタキシャル漕の被着、蒸着
、拡散、プラズマ被着などのドープされた領域を形成する任意の方法でユニット
１０１（図１Ａ）がステップ２０２を実行することができる。

【００４２】この後、ドープされた領域の一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が、システム１００に含まれ得る急速熱処理装置１０２（図
１Ａ）に送られる。急速熱処理装置（「アニール装置」とも呼ぶ）１０２は、例
えば、イオン注入装置１０１によってウェーハ１０５のドープされた領域の半導
体材料の結晶格子に生じた損傷を取り除くために、所定温度（「熱処理温度」と
も呼ぶ）までウェーハ１０５（図１Ａ）を加熱するなどして、熱処理ステップ２
２２（図２Ａ）を実行する。急速熱処理装置の代わりに、システム１００に含ま
れ得る電気炉を用いてステップ２２２（図２Ａ）のウェーハ１０５の熱処理を行
うこともできる。

【００４３】ステップ２２２に例示された熱処理は、通常はアニール装置１０２（図１Ａ）
においてランプ（図示せず）で急速にウェーハを加熱することによって行われる
。アニール装置１０２におけるランプによる照明は均一でない可能性があり、任
意の位置のパターン形成されたウェーハ１０５に入る熱量は、誘電体層（表面１
５３に形成される二酸化けい素や窒化けい素など）の厚さ及びそこにパターン形
成された集積回路の関数であり得る。詳細には、ウェーハ１０５のドープされた
領域の異なった層（図示せず）が異なった熱量を反射するため、ウェーハ１０５
の加熱量にばらつきが生じる。従って、イオン注入されたウェーハ１０５の熱処
理は均一ではない可能性があり、熱処理されたウェーハ１０６の接合部（表面１
５３から深さZjのドープされた領域１３０と半導体材料１５６（図１Ｅ）の境界
に形成された）の特性が各点によって異なり得る。

【００４４】ステップ２２２の熱処理によって、ドーパント原子（「ドーパント」とも呼ぶ
）が供与体（ｎ型材料を形成する）或いは受容体（ｐ型材料を形成する）となる
ドープされた領域１３０の半導体材料の格子の中にドーパント原子が移動する。
ステップ２２２でドーパントが格子構造に組み込まれる程度は、ステップ２２２
が実行される時の温度及び時間の関数である。組み込みは、温度が高く時間が長
い方が完全となる。

【００４５】しかしながら、ステップ２２２でドーパントはまた拡散（すなわち移動）する
ため、接合深さが深くなる。温度を高くすると拡散の速度が速くなり、熱処理の
温度調節には充分注意を払う必要がある。従って、深さの関数であるドーパント
の濃度のプロファイルや接合深さは、ステップ２２２の後に測定され、その測定
値を所定の情報（例えば、好適なウェーハのプロファイル／接合深さから得た仕
様や情報）と比較して、必要があれば熱処理工程の変更を決定する。ここに記載
するように実時間での熱処理工程の変更の動的なフィードバックによって、従来
技術では不可能であった方法で熱処理して高品質のウェーハの生産性を高めるこ
とができる。

【００４６】熱処理の後、ウェーハ１０６（図１Ａ）は急速熱処理装置１０２からプロファ
イラ１０３に送られ、プロファイラ１０３の中に配置される（図２Ａのステップ
２２４を参照）。別の実施例では、活性ドーパントプロファイラは、急速熱処理
装置に含まれ、熱処理の後に移動させて配置する必要がない。一実施例では、ウ
ェーハ１０４を動かすのではなく、プロファイラ１０３をウェーハ１０６に対し
て移動させる。

【００４７】また、例えば、拡散（ドーパントが熱によってウェーハ１０５の中に拡散され
、ドーパントが活性であり、イオン注入による損傷を熱処理によって取り除く必
要がない）などのイオン注入以外の方法を用いることでドーパント領域の熱処理
が必要でない場合は、非熱処理ウェーハ１０５を図２Ａの分岐２２３に例示され
ているように用いることができる（図１Ａの経路１０９に沿って進む）。プロフ
ァイラ１０３によって、熱処理されたウェーハ１０６用の上記した方法と類似の
方法で非熱処理ウェーハ１０５のドーパントの効果を評価する。

【００４８】開始ウェーハ１０４もまた、図１Ａの経路１１２及び図２Ａの分岐２０５に例
示されたように用いることができる。従って以下の記載において、１０４／１０
５／１０６の表示は、それぞれのウェーハ１０４及び１０５，１０６に同等に適
用できることを意味する。同様に、表示１０５／１０６は、それぞれのウェーハ
１０５及び１０６に適用できることを意味する。

【００４９】次に、ウェーハ１０４／１０５／１０６が適切に配置された後（例えば、中央
或いはウェーハ内の所定のパターンに整合する位置）、プロファイラ１０３は、
所定の周波数で変調される多数の電荷担体をウェーハの領域１２２に生成する（
図２Ａの動作２３０を参照）などして、ウェーハの領域１２０を刺激する。所定
の周波数は、測定中に電荷担体の波が担体生成領域内に発生しないように選択さ
れる（図２Ａの動作２４０を参照）。例えば、所定の周波数を、式f<_ (1/2πτ
)と一致する任意の周波数に選択することができる。この式において、fは周波数
であり、τは基板内の過剰電荷担体の寿命である。米国特許第4,854,710号に開
示されているように、プロファイラ１０３が「プラズマ波」を用いないため、プ
ロファイラ１０３は非熱処理ウェーハ１０４／１０５の特性測定と同様に孤立的
に熱処理したウェーハ１０６の特性を測定することができる。

【００５０】プロファイラ１０３（図１Ａ）は、ウェーハ１０５／１０６のドープされた領
域１３０（図１Ｃ）に存在する電荷担体によって影響を受けた特性（図２Ａの動
作２４０）を測定する。一実施例では、測定した特性が複合反射（すなわち反射
部分の振幅及び位相）及であり、プロファイラ１０３はその測定値を用いて、ウ
ェーハ１０５/１０６の表面１５３からの深さZの関数である活性ドーパントの数
及び接合深さなどの様々な特性（「半導体特性」とも呼ぶ）を決定する。測定に
基づいた関係（「活性ドーパントプロファイル」とも呼ぶ）は、以下に記載する
図４Ａに例示されたグラフで示すことができる。動作２４０の別の実施例では、
複合反射の代わりにプロファイラ１０３は、屈折率などの生成された電荷担体に
よって影響を受ける他の特性を測定することができる。

【００５１】一或いは複数のこれらの測定値を用いて（図２Ａのステップ２４６を参照）、
図２Ｃを用いて以下に説明するように、所定の情報（「所定のデータ」とも呼ぶ
）から材料の特性を調べることができる。

【００５２】ステップ２４６は随意選択のステップであり、別の随時選択動作２１０の実行
後にのみ一実施例で実行され、良好なウェーハの測定値の形で（即ち、許容され
るウェーハの所定の仕様に合ったウェーハの期待測定値）、経験的或いはシミュ
レーション、またはその組み合わせの何れかによって所定のデータを生成する。
動作２１０については、図２Ｂ−図２Ｆを用いて以下に詳細に説明する。

【００５３】一或いは複数のこれらの測定値を用いて（図２Ａのステップ２６０を参照）、
一或いは複数の所定の制限値と比較して、熱処理したウェーハ１０６が良好なウ
ェーハの仕様と一致するかどうかを決定する。ウェーハ１０６が仕様と一致する
場合は、ウェーハ１０６はステップ２６２で適格であると決定され（例えば、更
なる工程に進める）、ウェーハ処理ユニット１０１（図１Ａ）及び急速熱処理装
置１０２の条件は変更しないでそのままにしておく。この後、分岐２６３に示さ
れているように別のウェーハについて上記したステップが繰り返されるか、或い
は同じウェーハが更なる工程に進められる。

【００５４】ウェーハ１０６が仕様と一致しない場合は、ウェーハ１０６は不適格（例えば
破棄）と決定され（ステップ２６１）、随意選択でプロファイラ１０３が、(1)
図１Ａの線１０７で信号を送ってユニット１０１の条件（例えばドーパントの量
）、或いは(2)線１０８で信号を送って熱処理装置１０２の条件（例えば熱処理
温度）の一方、或いはその両方を自動或いは手動で調節する。

【００５５】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、損傷
を与えることなく数μm^２において実行され、比較的短時間（例えばウェーハの
１領域に対して５秒、即ち１０領域に対して５０秒）で実行することができる。
ここに記載するように製造中或いは製造の直後における熱処理したウェーハ１０
６の特性測定によって、オフラインでの検査用ウェーハの特性の測定と比べ生産
効率を上げることができる。

【００５６】動作２４０を実行して材料の特性を測定する前に、プロファイラ１０３がウェ
ーハ１０６の領域１２０（「電荷生成領域」とも呼ぶ）に濃度n_eの過剰担体を生
成し、時間tの関数として濃度を変化（即ち、上昇或いは低下）させる。過剰担
体は任意の方法で生成することができるが、一実施例では、過剰担体は電磁波の
ビームをからなり得る生成ビーム１５１によって生成される。別の実施例では、
過剰担体は電子ビームから生成される。

【００５７】一実施例では、探査ビーム１５２は、収束レンズ（例えば図５のレンズ５１５
）の色収差によって生成ビーム１５１（図１Ｅに例示されている）の直径より小
さい。更に、探査ビーム１５２の波長は、探査ビーム１５２による担体の生成の
割合（生成比率とも呼ぶ）が、生成ビーム１５１による生成割合より著しく低く
なるように、生成ビーム１５１の波長より長くすることができる。一実施例では
、生成ビーム１５１及び探査ビーム１５２はそれぞれ、第１の波長λg及び第２
の波長λpを有し、第２の波長λpは以下の式から求めることができる。

【００５８】 λg>_[(10αpPpλp)/(αgPg)] [w_g/w_p]^２上式において、αp及びαgはそれぞれ、探査ビーム１５２及び生成ビーム１５１
の半導体材料１５６の吸収係数であり、Pp及びPgはそれぞれ、探査ビーム１５２
及び生成ビーム１５１の出力であり、w_g及びw_pはそれぞれ、ビーム１５２及び１
５１の前面１５３の焦点スポットの半径である。この式によって、前面１５３に
おける生成ビーム１５１による生成割合が、探査ビーム１５２による生成割合よ
り少なくとも１オーダー高いことが分かる。

【００５９】図１Ｅに例示されている探査ビーム１５２の波長は、通常は生成ビーム１５１
の波長より長い。表面１５３におけるレンズの焦点スポットの大きさが波長に比
例するため、通常、探査ビーム１５２は生成ビーム１５１より大きいスポットに
収束する。図１Ｅに示されているように、探査ビーム１５２の焦点が生成ビーム
１５１の焦点より小さく、探査ビーム１５２が生成ビーム１５１の内側に位置す
る反対の関係が望ましい。これによって、測定による過剰担体濃度の半径方向へ
の低下が緩和される。

【００６０】ビーム１５１と１５２との好適な関係は、収束レンズ５１５（図５）の色収差
を用いて達成できる。探査ビーム１５２の焦点においては、生成ビーム１５１の
焦点が僅かにずれるため、その焦点時の直径よりやや大きくなる。探査ビーム１
５２のスポットは直径が最小となる焦点であり、生成ビーム１５１のスポットは
焦点が僅かにずれ、探査ビーム１５２のスポットの直径よりやや大きくなるよう
に配置され、測定が行われる。

【００６１】一実施例では、プロファイラ１０３は、ドープされた領域１３０の半導体材料
のバンドギャップエネルギーより大きなエネルギーを有するフォトンのビーム１
５１（図１Ｅ）を生成し、上記したような波が生成されないように選択された周
波数にビーム１５１を変調し（図２Ｂのステップ２２３）、ドープされた領域１
３０にビーム１５１を収束させて（図２Ｂのステップ２３３）、上記したステッ
プ２３０（図２Ａ）を実行する。しかしながら、非晶質層の深さの測定について
の後述する別の実施例では、プロファイラ１０３は、ドープされた領域１３０の
半導体材料（アモルファスシリコン）のバンドギャップエネルギーより低いエネ
ルギーを有するフォトンのビーム１５１を生成して上記したステップ２３１（図
２Ｂ）を実行する。

【００６２】実施例によっては、プロファイラ１０３は、1Hz〜20,000Hzの範囲の任意の周
波数に生成ビーム１５１の強さを変調する。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（ステップ２４２を参照して以下に説明する
ように探査ビームに基づいて）測定反射率を生成するために少なくとも１０周期
、或いは各反射率測定を実行するために１０ミリ秒が必要となり得る。一実施例
では、スループットは、１時間あたり３０ウェーハ即ち１ウェーハあたり１２０
秒である。このとき、各ウェーハの少なくとも１０の領域において測定が行われ
る。

【００６３】幾つかの反射率測定（例えば、１つの領域１２０には、生成ビーム１５１の出
力範囲で得られうる対応する多数の平均担体濃度のそれぞれに対して多数の反射
率測定が必要である（例えば、１０の出力が５mWと１０mWの平均出力の間で線形
））が材料特性の測定に必要な場合、プロファイラ１０３は各ウェーハ１０４／
１０５／１０６に対して数秒（例えば１０〜１００秒）必要となる。従って、一
領域あたり１０ミリ秒で反射率測定を行うことによって、方法２００（図２Ａ）
を用いて装置１００（図１Ａ）によってリアルタイムでウェーハの製造を制御す
ることができる。

【００６４】ステップ２３０の別の実施例では、フォトンのビーム１５１を用いるかわりに
、プロファイラ１０３は、電子やイオンなどの荷電粒子のビームを用いる。この
荷電粒子のビームを、ビーム１５１を用いて説明したのと同じ方法で変調及び収
束させ、ドープされた領域１３０に電荷担体を生成する。フォトンのビームや電
子のビームのかわりに、フォトンと電子の組み合わせなどの他の任意の仕組みを
用いて、ステップ２３０（図２Ａ）で電荷担体を生成することができる。

【００６５】一実施例では、ステップ２４０でプロファイラ１０３が、ビーム１５１によっ
て照明される領域１２０（担体生成領域とも呼ぶ）に、ビーム１５１によって照
明された場合は、ウェーハ１０４／１０５／１０６の電荷担体の数を検出するた
めに用いられる別のビーム１５２（図１Ｅ）を収束させる。一実施例では、ビー
ム１５２（探査ビームとも呼ぶ）は、担体生成領域１２０の半導体材料のバンド
ギャップエネルギーより低いエネルギーを有するフォトンを含む。このような探
査ビーム１５２は、担体生成領域１２０に入射する時の（測定関連担体とも呼ぶ
探査ビームによって）追加の担体の生成を制限するため、後述するような干渉信
号の測定前と測定中（図２Ａのステップ２４３を参照）の電荷担体濃度を実質的
に同一に維持する。

【００６６】次に、プロファイラ１０３は、領域１５６内の過剰電荷担体（図１Ｅ）によっ
て反射された探査ビーム１５２（図１Ｅ）と基準ビーム（前面１５３から反射さ
れた探査ビームの一部或いは後述するステップ２４４のように位相が変化する可
変位相を有する探査ビームの別の一部を用いることができる）との干渉によって
生成された信号の振幅及び位相を測定する。測定された干渉信号が、担体生成領
域１２０の電荷担体の変調周波数に変調されるため、ロックイン増幅器（以下に
説明する）を用いて測定の精度を高めることが可能である。

【００６７】図２Ａのステップ２４３の測定によって、表面１５３に近接したドープされた
領域１３０の電荷担体の平均濃度n_avが示される。この平均濃度n_avは、生成ビー
ム１５１の変調周波数で１（或いは複数の）変調サイクルに対して測定された２
乗平均平方根平均値である。濃度n_avは、以下に記載するある条件下での例えば
ドープされた領域１３０の接合深さなどの材料特性を示す。

【００６８】一実施例では、電荷担体が生成される位置は、２回或いはそれ以上の測定の間
変更されない。一実施例では、その代わりにプロファイラ１０３が、ウェーハ１
０５／１０６の同じ位置（例えば、２つの異なった出力の生成ビーム１５１に対
して少なくとも２回の測定）で何回も測定を実行するが、電荷担体を発生させる
ために用いるパラメータを変更する。例えばこのパラメータは、領域１２０の平
均担体濃度n_avである。

【００６９】生成ビーム１５１の強さを変更して（例えば出力や直径を変えて）濃度n_avを
変えて、ステップ２４３を繰り返す。別法では、プロファイラ１０３は、担体生
成領域１２０の位置を変え、多数のこのような測定を実行することができる。一
実施例では、各探査ビーム１５２及び生成ビーム１５１の位置を変えて、ウェー
ハ１０４／１０５／１０６全体を直線的にスキャンできるようにする。この時、
ビーム１５１と１５２が互いに同時に入射するように保持される。また、ステッ
プ２４１のかわり或いはそれに加えて、プロファイラ１０３は、例えば基準ビー
ムの位相を変化させるなど、図２Ａのステップ２４４に例示されているように、
測定に用いられるパラメータを変える。

【００７０】上記した実施例では、ウェーハ１５６のバンドギャップエネルギーより低いエ
ネルギーのフォトンを有する探査ビーム１５２が用いられるが、別の実施例では
、探査ビーム１５２は、バンドギャップエネルギーに等しい或いは僅かに高い（
例えば５％より高い）エネルギーのフォトンを有する。探査ビーム１５２によっ
て生成される測定関連担体と呼ぶ追加の担体の割合は、適度に正確な測定値（例
えば５％以内）が得られるように充分に低い（例えば、生成ビームによって生成
された数より１オーダー小さい）。ここに記載したような測定の総合的な確度は
、ロックイン増幅器などの測定装置の誤差など測定中に起こる他の誤差に左右さ
れる。

【００７１】従って、一実施例では、測定関連担体によって起こる誤差は、全体の正確さを
所定の範囲より低く維持するために必要な分だけ小さくする。詳細には、生成ビ
ーム１５１によって生成される担体の単位体積あたりの割合（単位面積あたりの
フォトン流入量を吸収長さで除して得られる）が、探査ビーム１５２のそれより
少なくとも１或いは複数オーダー大きい時に、測定関連担体の割合が充分に低く
維持される。

【００７２】生成ビーム１５１による領域１２０の単位面積あたりのフォトン流入量は、生
成ビーム１５１の出力Pを照明の面積(πW₀ ^２)で除し、更にプランクの常数h及び
波長λに対する光の速度cの割合で除して得られる単位面積あたりの光子の数で
ある。式で表すと、フォトン流入量= (P/πW₀ ^２)x(1/h(c/λ))となり、W₀は生成
ビーム１５１の半径である。吸収長さは、生成ビーム１５１の強度が表面１５３
で(1/e)の強度に低下する深さである（式２３を参照）。

【００７３】一実施例では、探査ビーム１５２は、生成ビーム１５１の生成割合より１或い
は複数オーダー小さい生成割合を有する。上記したように、生成割合の違いは、
ウェーハ１５６の半導体材料の異なる吸収長さを有するビーム１５１及び１５２
を用いることによって、或いは異なった出力や異なった直径の生成ビーム１５１
及び１５２によって、または上記した全てを用いて得ることができる。様々な実
施例において、ビーム１５１と１５２の組が、(AlGaAs系, InGaAs系)及び(アル
ゴン, InGaAs系)、(Nd:ヤグ, InGaAs系)、(Nd:ヤグ, AlGaAs系)のレーザの組み
合わせの内の１つによって生成される。

【００７４】一或いは複数の実施例では、例えばレーザ(Nd:ヤグ, AlGaAs系)を使用するた
めに、探査ビームの吸収長さが生成ビームの吸収長さの一部分（例えば、1/10）
であるため、探査ビームのレーザ(例えばAlGaAs系)の出力が、生成ビームのレー
ザ (例えばNd:YAG)の出力より低く維持される。別の例では、HeNeレーザによっ
て生成される探査ビーム１５２は、Arレーザ（HeNeレーザビームの3.0μmの長さ
の1/4である1.2μmの吸収長さを有する）によって生成される生成ビーム１５１
の出力の1/4或いはそれ未満の出力に維持される。上記した実施例では、探査ビ
ーム１５２に反射された部分の出力が、ここに記載した反射率の測定に必要な充
分な正確さ（例えば、５％或いはそれ以下の誤差）で検出されるように、探査ビ
ーム１５２の出力より充分に大きくして充分に大きく維持される。

【００７５】この実施例の一変更例では、ビーム１５１と１５２の生成割合の違いは、表面
１５３（図１Ｃ）において僅か１オーダーである。第二変更例では、そのオーダ
ーの違いは、ウェーハ１０５／１０６のドープされた領域１３０の接合深さＺｊ
（例えば0.3μm）の全てにおいて維持される。第三変更例では、そのオーダーの
違いは、接合深さＺｊの所定の部分（例えば1/2）において維持される。

【００７６】一実施例では、ウェーハ１０４／１０５／１０６のそれぞれの測定値は、所定
の範囲と比較し（図２Ａのステップ２６０）、測定値が範囲外であった場合には
そのウェーハは不合格となる。一実施例では、コンピュータ１０３Ｃは、測定値
によってウェーハ１０４／１０５／１０６が不適格になったことを示すメッセー
ジをモニタ１０３Ｍに表示し、別の実施例では、コンピュータ１０３Ｃは、ウェ
ーハ１０４／１０５／１０６を不合格用のウェーハのビンに移動するようにロボ
ット（図示せず）に信号を送る（不合格の場合）。合格したウェーハは通常の方
法で次の工程に進められる（図２Ａのステップ２６２）。

【００７７】更に、一実施例では、ステップ２４０でベアシリコン（bear silicon）からな
る開始用ウェーハをスクリーニングする。開始時にこのようなベアシリコンに欠
陥が見つかった場合、本方法では、欠陥の比率が十分に低くなるようにウェーハ
製造工程を変更し、エピタキシャル層からなる開始用ウェーハ１０６のコストを
削減し、かつ欠陥ウェーハが使用されないようにする。純粋なシリコンからなる
開始用ウェーハは（プライムウェーハとも呼ぶ）、上記した開始用ウェーハ１０
４と同一の方法でプロファイラ１０３によって製造される。

【００７８】ウェーハ１０４／１０５／１０６の材料特性をルックアップするために、ステ
ップ２４３（図２Ａ）で干渉の測定を２回或いはそれ以上行う（動作２５０）。
例えば、一実施例において、前面でプロファイラ１０３が図２Ｃに明示されたス
テップ２５１−２５３を実行する。詳細には、ステップ２５１で、プロファイラ
１０３が、例えばある定数を乗じて干渉測定値を変換する。ステップ２５１は、
例えば所定のデータが縮小された場合の随意選択のステップである。

【００７９】次にステップ２５２で、プロファイラ１０３が、線２５５上の測定値（所定の
データが縮小されたかどうかによって、そのままの測定値を用いたり縮小された
測定値を用いたりする）の位置２５５Ｉ（図２Ｄ）を決定して所定のデータのル
ックアップを実行する。このルックアップの実行において、測定された振幅は、
測定された位相から決まる符号を用いる。例えば、位相の測定値が１８０度未満
であれば、測定された振幅が＋の値となり、そうでない場合は−の値となる。こ
の実施例では、特定の位相測定値を用いないが（符号を決定する以外の）、この
ような値は別の実施例（図６を用いて以下に記載する）に実際に用いられる。

【００８０】プロファイラ１０３は、接合深さ（この例では、10 mWの生成ビーム出力によ
って決定される過剰担体の選択されたノードｎ_ｅに対する）等の材料特性の関数
（ｘ軸に沿った）として、測定された信号（例えばμV）のプロット（ｙ軸に沿
った）である線（或いは曲線２５５とも呼ぶ）を用いる。詳細には、ステップ２
５３で、プロファイラ１０３が決定された位置の材料特性の値ｖ１（又は第１の
値）を読む。図２Ｄに示された例では、信号Ｓ１（前面による反射と過剰担体と
の干渉によって得られる）は、10μVの値を有し、プロファイラ１０３は接合深
さに対する値ｖ１＝0.04μmを見つける。

【００８１】この実施例では、プログラムされたコンピュータ１０３Ｃが、ウェーハが許容
できるかどうかを決定するために（ステップ２６２）、Ｓ１或いはｖ１のどちら
かを好適な範囲40〜20及び0.03〜0.05μmと比較する（図２Ａのステップ２６０
）。プロファイラ１０３（図１Ａ）は、ステップ２４１を実行し（生成ビームの
出力を40 mWに増大させて）、ステップ２５２及び２５３を繰り返し、別の線２
５６（図２Ｅ）の材料特性の第２の値ｖ２を見つける。図２Ｅに示された例では
、プロファイラ１０３は、接合深さに対する値ｖ２＝0.04μmを見つけるために
、値150μVの干渉信号Ｓ２を用いる。また、図２Ｅの例では、値Ｓ１の干渉信号
を得るために用いた10 mWから生成ビーム１５１の強度を40 mWに上げて信号Ｓ２
を得る。

【００８２】グラフ２Ｄ−２Ｆは、推定ドーピングプロファイルが示されている図３を用い
て、以下に説明するタイプの１或いは複数の方法を用いて算出する。振幅及び位
相両方のシミュレーション値（例えば、位相０度では強さが＋の値になり、位相
１８０度では−の値になる）は、グラフ２Ｄ−２Ｆから得られる生成レーザ出力
及びプロファイル深さの関数として計算する（例えば、以下に記載するステップ
３１５を参照）。実際には、真のドーピングプロファイルは、推定プロファイル
から逸脱する可能性がある。この場合、ｖ１及びｖ２、ｖ３の値は、同一ではな
い可能性があり、３つの値を平均化することができる。

【００８３】一実施例では、測定結果は３つの値ｖ１−ｖ３の平均ｖａ及び範囲ｖｒ（値ｖ
１−ｖ３の最大と最小の差から求める）として報告される。別の実施例では、測
定結果は、３つの値ｖ１−ｖ３の平均ｖａ及び平均ｖａからの標準偏差ｖｓｄと
して報告される。即ち、ｖｓｄは、(((ｖａ−ｖ１)²+(ｖａ−ｖ２)²+(ｖａ−ｖ
３)²)/9)の平方根である。範囲や標準偏差もまた、製造仕様書に記載され得る範
囲や標準偏差の許容値と比較される。

【００８４】上記したように、接合深さの測定によって、少なくとも１つの従来技術、例え
ばOpsalに付与された米国特許第４，８５４，７１０号からは予想しなかった値
になることもある。この米国特許には、プラズマ波が存在しないと深さの情報を
得ることができないと開示されている。詳細には、コラム４の３３〜３５行目に
Opsalが、「しかしながら、深さの関数としてサンプルの多様性を調べなければ
ならない場合は、プラズマ波を生成して調べる必要がある」と述べている。

【００８５】材料特性或いは工程条件を決定するために用いられるグラフ（例えば、図２Ｄ
−図２Ｆの線２５５−２５７を参照）は、様々な方法で作成できる。第１の実施
例では、注入エネルギーや注入量、または熱処理温度などの様々な工程条件によ
ってある範囲の材料特性を有する基準ウェーハとも呼ぶ一組のウェーハを選択即
ち準備し、次にプロファイラ１０３を用いてここに記載したように干渉測定値を
得て、各測定条件（例えば上記したような各生成ビームの出力に対する）に対し
て最適な線を作成する。第２の実施例では、基準ウェーハとも呼ぶ多数のウェー
ハを上記するようにプロファイラ１０３で強度測定し、広がり抵抗プロファイル
（SRP）等の従来の測定技術を用いて、実際のドーピングプロファイルを測定す
る。

【００８６】双方の実施例において、プログラムされたコンピュータ１０３Ｃが、例えば拡
散制御などの同じ条件の下で、異なった材料特性（例えば、接合深さの範囲が0.
02〜0.08μmであって、増分が０0.05μm）を有する一組の基準ウェーハの強度測
定値からそれぞれの線２５５−２５７を作成する。基準ウェーハは、0.2〜5Kev
のエネルギー範囲で、1×10^１５／cm^２のドープ量でBoronまたはArsenic、Phosp
horous、BF₂等のイオン注入を行い、900〜1050℃の範囲で50℃ずつ温度を上昇さ
せ、各温度で例えば10秒の熱処理を行うことによって作製することができる。

【００８７】この後、材料特性が未知の場合は、ウェーハを壊してイオン注入層を露出させ
てSRPを行い、次にラベルラッピング及びプロービング（probing）を行い、深さ
の関数である活性ドーパントの濃度のプロファイルを測定する。この後、SRPの
最後で、例えば図４Ａのグラフが、ｘ軸に沿った深さ（μｍの単位）の関数とし
てｙ軸に沿った活性ドーパントの濃度（原子／ｃｍ^３）のプロットを示す。

【００８８】この後、プロファイラ１０３が、ビーム１５１及び１５２が各基準ウェーハの
同じ領域１２０（図１Ｃ）に同時に入射する各点２５５Ａ−２５５Ｎ（Ａ<_Ｉ<_
Ｎ、Ｎは測定の合計回数）に対する多数の測定値ＳＡ−ＳＮ（図２Ｄ）を求める
。この後、プロファイラ１０３が、各点２５５Ａ−２５５Ｎを曲線２５５にする
（例えば、図２Ｄのｙ＝−3.016ｘ＋130.88の一次近似によって表す）。同様に
、プロファイラ１０３が生成ビーム出力40 mW及び100 mWのそれぞれに対して点
２５６Ａ−２５６Ｎ及び２５７Ａ−２５７Ｎを取る。それぞれの曲線２５５−２
５７は、図２Ｄの例に示されるように曲線の一部を直線にすることによって近似
可能な正弦曲線である。

【００８９】別法では、点２５５Ａ−２５５Ｎ及び２５６Ａ−２５６Ｎ、２５７Ａ−２５７
Ｎの各点上の曲線から得た正弦曲線２５５−２５７を、直線にしないで直接用い
ることもできる。

【００９０】一次近似した直線より正弦曲線２５５−２５７の方がより正確であるが、一次
近似した直線の方が実施が単純である。また、直線の式で直線２５５を近似する
代わりに、２次或いは高度な別の式を用いることもでき、この別の式を用いて特
性の測定値を求めることができる（プログラマーには明らかであろう上記した方
法によって）。更に、反射率測定を用いて半導体材料の特性を調べる代わりに、
屈折率の変化を用いて同様に測定することもできる。

【００９１】上記した１或いは複数のグラフ（図２Ｄ−図２Ｆ）を作成した後、製造中のウ
ェーハの材料特性を、ウェーハを破壊或いはラッピングしないで上記した方法２
００（図２Ａ）によって決定する。これは、プロファイラ１０３が、材料特性の
測定値を得るために上記グラフのみを使うためである。従って、プロファイラ１
０３が、ウェーハの破壊やラッピングなど従来の方法では必要なウェーハの検査
に係わるコストを削減できる。

【００９２】上記した説明では、コンピュータ１０３Ｃが材料特性を調べる曲線（例えば図
２Ｄの曲線２５５）を作成するために様々な計算を実行すると記載されているが
、このようなグラフは別のコンピュータで作成してもよく、また手動で同様に作
成することもできる。

【００９３】更に、一実施例では、上記した曲線（例えば図２Ｄ−図２Ｆ）が描かれている
が、別の実施例では、そのようなグラフを作成しないで反射測定値を単に用いて
、そのようなグラフに関連する式を利用して方法２００の様々なステップを実行
することができる。例えば、曲線２５５（図２Ｄ）を描く代わりに、曲線の式が
上記したように決定され、その式を用いて材料特性を求める。

【００９４】一実施例では、探査ビーム１５２（図１Ｅ）の波長は、1.05μmより長いレー
ザビームである（フォトンがシリコンのバンドギャップエネルギーと概ね同じエ
ネルギーを持つ波長）。探査ビーム１５２の波長は、バンドギャップエネルギー
即ちウェーハ１０５／１０６の材料により、ゲルマニウムではない。

【００９５】１つの実施例に於いて、ステップ２４６（上述）に於ける使用のための所定の
データは、ステップ１１１を実現する方法３１０（図３）を実行することによっ
て準備される。明確には、ステップ３１１（図３のステップ３１１をご覧頂きた
い）に於いて、コンピュータ１０３Ｃ（図１Ａ）が選択された接合深さ（例えば
図４Ａに於いて示されている０．０３５μｍの深さ）のためにドーパントプロフ
ァイル４０１（図４Ａ）をレシーブする。ドーパントプロファイル４０１は、い
ずれかのシミュレーション（例えば共にSilvaco International, Santa Clara,
Californiaより入手可能なAtlas及びAthenaシミュレーターの使用）、若しくは
拡がり抵抗プロファイル（ＳＲＰ）若しくは二次的イオン質量分光測定法（ＳＩ
ＭＳ）のような従来技術の方法によって達成されてもよい。次に、コンピュータ
１０３Ｃは例えば１０ｍＷの過剰担体の選択平均濃度のために過剰担体のプロフ
ァイル４０２Ｊ（図４Ｂ）を決定するべくシミュレーターを用いる。（図３のス
テップ３１２を御覧頂きたい。）その後、複数のポイント４０３ＪＡより４０３ＪＲの各々（ここでＡ＜_Ｋ＜_
Ｒであって、Ｒはそのようなポイントの全体数である）のために、コンピュータ
１０３Ｃは（図３に於いてステップ３１３によって示されるように）次の２つの
被乗数を掛け合わせ積を得る。ここで２つの被乗数とは、（１）前表面よりの深
さに関するプロファイル４０２Ｊの導関数（即ちｄｙ／ｄｚ）、及び（２）ｃｏ
ｓ（２ｋｎｚ）であって、ｚは深さ、ｋ＝２π／λ、λはプローブビーム波長で
あり、またｎは基板の屈折率を表す。

【００９６】次に、コンピュータ１０３Ｃは、（各々のポイント４０３ＪＡ−４０３ＪＲに
於ける）積を深さｚに関して積分し（図３のステップ３１４を御覧頂きたい）、
表面の過剰の担体濃度の値を加え、積分の結果に係数を掛ける（図３中のステッ
プ３１５を御覧頂きたい）。係数はプロファイラ１０３のキャリブレーションを
元にしており、過剰担体及び前表面１５３によって反射されたプローブビーム１
５２の一部の間の干渉によって得られる信号のシミュレートされた値を提供する
。コンピュータ１０３Ｃは、（図３で示されていない追加的なステップで）ｘ軸
に沿った生成ビームの出力の関数としてｙ軸に沿ってシミュレートされた値を表
すグラフ中に、ポイント４０４Ｊ（図４Ｃ）をプロットしてもよい。

【００９７】複数の生成ビーム１５１の選択出力が（図１Ｅ）処理された場合、その時コン
ピュータ１０３Ｃは、上述したようにプロファイル４０３Ｊのためにチェックす
る（図３のステップ３１６）。Notの場合、コンピュータ１０３Ｃは別のプロフ
ァイルのために（生成ビーム１５１の別の選択された出力のために）ステップ３
１２に戻る（ステップ３１３−３１５を行う）。１つの実施例に於いて、コンピ
ュータ１０３はステップ３１２−３１５を、０．１、０．２、１、２、４、６、
８、１０、１４、２０、４０、６０、８０、及び１００ｍＷ（製造ビームの出力
が様々であることを期待される幅）セットに於ける各々の出力のために動作させ
、それによって４００Ａ−４００Ｐの対応する数のポイントを得ることとなる。
ここでＡ＜_Ｊ＜_Ｐであり、Ｐがそのようなプロファイルの全体数である。

【００９８】それ故コンピュータ１０３Ｃは、ポイント４０４Ａ−４０４Ｐに適合する線４
０４（図４Ｃ）を描く。コンピュータ１０３Ｃは、複数の異なった接合深さの各
々のために方法３１０（即ち上述されたステップ３１１−３１６のことである）
を繰り返す。ＳＲＰ若しくはシミュレーションによって各々の異なった接合深さ
のための深さのプロファイルを生成することを除けば、ステップ３１２の過剰担
体プロファイルが接合深さに於ける増分で各々のプロファイル４０２Ａ−４０２
Ｐ（図４Ｂ）を単純に相殺することで生成され得ることに注目して頂きたい。（
例えば図４Ｄのプロファイル４０３Ｊによって示されるように、ｘ軸上で０．０
０５μｍの距離ずつ、各々のプロファイル４０２Ｊを右へとシフトさせる。）そ
の後、シフトされたプロファイルは上述されたようなステップ３１３−３１５（
図３）に関して処理され、生成ビームの出力を干渉信号のシミュレートされた値
と関連付ける別の線（例えば図４Ｅに描かれたライン４０５）を得る。この規則
で複数のライン４０４−４０９が得られる（図４Ｅ参照）。

【００９９】次に生成ビーム１５１（例えば出力９０ｍＷ）の所与の出力のために、コンピ
ュータ１０３Ｃは各々の複数の接合深さのために干渉信号のシミュレート値を決
定するべく複数のライン４０４−４０９上のポイントを読み取る。例えばシミュ
レートされたポイント４０４Ｌ−４０９Ｌの値は、０．００５μｍずつ増加しな
がら各々の接合深さ０．０２０−０．０８０μｍに渡り読み取られる。その後、
コンピュータ１０３Ｃは接合深さの関数として妨害信号のシミュレートされた値
のグラフ上に４０４Ｌ−４０９Ｌのポイントをプロットし（例えば図２Ｅを参照
して頂きたい。ここで４０４Ｌ−４０９Ｌのポイントは２５６Ａ−２５６Ｎのポ
イントに対応している）、ポイントに最適なラインを描く（例えばライン２５６
）。コンピュータ１０３Ｃは、過剰担体の各々の濃度のための類似グラフを準備
し（例えば複数の生成ビーム出力の各々に対して）、その後ステップ２４６（図
２Ａ）に関して上述したようにグラフを用いる。

【０１００】コンピュータ１０３Ｃはまたオリジナルのプロファイル４０１（図４Ａ）に類
似するが、オリジナルプロファイルをより深く（例えば図４Ｆのプロファイル４
１０を参照）若しくはより浅くすることで変更されるドーピングプロファイルの
ための類似グラフを準備する。或る実施例では、オリジナルプロファイル４０１
（図４Ａ）は再び、次の手続きに倣いより深い若しくはより浅い類似プロファイ
ルを準備するべく用いられる。深さの値はｘ軸に沿って深さを拡張させるべく定
数で乗算される（実施例では定数は１．２５であった）。このことは基準化プロ
ファイル（図示せず）をより深くし、各々のドーピングポイントはオリジナルの
プロファイル４０１に於けるそれよりも１．２５倍深い。深さの値はその時、定
数（例えばこのケースでは７０×１０^−１０m）によってシフトされ、変更され
たプロファイル４１０（図４Ｆ）はオリジナルのプロファイル４０１と同様のポ
イントで開始する。

【０１０１】或る実施例に於いて、生成ビーム出力に対する干渉信号を表すライン２２５（
図２Ｄ）が、例えば直径２００ｍｍのウェーハの中心に於いて測定されることで
得られる。干渉信号はその時、例えば１ｍｍの間隔を置かれたポイントや、１０
、４０、及び１００ｍＷである各々の３つの生成ビーム出力で、ウェーハの直径
スキャンに沿って多くのポイントに於いて測定される。ライン２５５−２５７（
図２Ｄ−２Ｆ）は、その後スキャンに於ける各々のポイントでのウェーハ中のド
ーピングプロファイルを決定するべく用いられる。この規則でウェーハのプロフ
ァイルが規則正しくなるべく決定され得る。（例えば立方センチメートル当たり
１０^１８の濃度のドーパント原子が存在する深さに於ける１０％の幅に収まる一
定のプリセット限界に落ちる。）更には、ピークドーピングレベルに於けるシフトは、活動化状態のドーパント
のプロファイル４０１（図４Ａ）のスロープ中の変化に等しい。例えばピークド
ーピングに於ける１０％の増加は、プロファイル４０１（図４Ａ）のスロープに
於ける１０％の増加と等しい。よって干渉信号のピークのドーピング感度は、接
合深さに於ける変化を測定するために図３を参照して上述されているものと同様
の方法で特徴付けられ、ピークドーピングが測定されるのに用いられ得る。

【０１０２】前表面１５３（図１E）によって反射されたプローブビーム１５２の一部が過
剰な担体によって反射されたその他の部分に干渉するような第一の実施例に於い
て、プローブビーム１５２はレーザー５０１（図５）で生成され、それはHewlet
t-Packard of Palo Alto, CA.によって製造された最大出力が７０ｍWである１．
４８mm波長InGaAsダイオードのような従来のレーザーダイオードであってもよい
。プローブビーム１５２が位相可変ビームで干渉されるような第二の実施例に於
いて、レーザー５０１は（Spectra Diode Labs, San Jose,CAの）波長１０８３n
m及び出力５０ｍWの分散ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）AlGaAsレーザーである。

【０１０３】ＤＢＲレーザーは一メーター以上のコヒーレンスな長さを有することから第二
の実施例に於いて用いられる。このことは干渉計のデザインを平易にする。なぜ
なら参照ビームの長さは、参照ビームの経路及びプローブビームの経路の間の経
路長差がコヒーレンス長さと比較して短い間は限界ではないからである。（プロ
ーブビーム経路長はウェーハ５１６に向かってビームスプリッタ５１２よりの距
離の二倍であり、参照ビームの経路長はビームスプリッタ５１２よりミラー５１
３に至る距離の二倍である。）レーザー５０１の出力は直径３ｍｍのコリメートビーム５０３を生成する目的
でレンズ５０２を用いてコリメートされる。レンズ５０２は例えばWave Optics,
Mountain View, Californiaより入手可能な部品番号WT-CY3-163-1OB-0.5であり
得る。或る実施例に於いて、生成ビーム１５１はSpectra Diode Labs, San Jose
, Californiaより入手可能な８３０ｎｍの波長及び２０２Ｗの出力を備えたAlGa
Asダイオードレーザのような上方バンドギャップレーザー５０５によって生成さ
れる。プロファイラ１０３はレンズ５０７を有し、それはMilles Griot Corpora
tion, Irvine, Californiaより入手可能な部品番号06GLC002/810である。レンズ
５０７は直径３mmのコリメートビーム１５１を生成するべくレーザー５０５より
のビームをコリメートする。レンズ５０７はビーム１５２に関してビーム１５１
に対する動きを提供するために位置決め装置（図示せず）上にマウントされる。

【０１０４】レーザー５０１及び５０５によって提供されるビーム１５１及び１５２の波長
の間の関係は、或る実施例に於いて限界アスペクトであり、例えばそれはビーム
１５１がシリコンのバンドギャップエネルギーを越えたエネルギーを有するフォ
ートンを含み、ビーム１５２がそのようなバンドギャップエネルギーと比較しほ
ぼ同じかそれより少ないエネルギーを有する原子を含む場合予期せぬ結果を導く
。このような例では、シリコンウェーハのための８３０ｎｍ及び１０８３ｎｍの
波長のビームがここで述べたような１つ若しくは複数の利益を提供する。波長８
３０ｎｍは、シリコンに於ける吸収長さが約１５ミクロンであることから生成ビ
ーム１５１のために特に適していると考えられている。そのような訳で吸収長さ
は接合深さと比較して非常に大きく、過剰の電荷担体の生成は測定に於いて関連
の深さにほぼ規則的である。原子エネルギーがバンドギャップエネルギーに近い
ので、フォトンの生成がより効率的であり、より少ないエネルギーが半導体の加
熱に直接的に向かう。

【０１０５】また波長１０８３ｎｍに於ける吸収長は凡そ３００ミクロンで、それ故そのよ
うなプローブビームによって生成された過剰担体数は、過剰担体分布に対する最
小の摂動を確実にするべく十分に低い。更には波長１０８３に於ける吸収長がウ
ェーハの後面よりの非常に小さな反射が見られるように十分に短く（ウェーハは
典型的には６００−８００μの厚さである）、それは後面の反射が潜在的に仮の
信号を引き起こし得るからである。

【０１０６】ビーム１５１及び１５２は、（例えばDominar of Santa Clara, CAより入手可
能なポートナンバー１９１８−ｂのような）部分的に透過性のミラーのような二
色スプリッタ５１０を用いて混合され、上位のビーム５１１を形成する。ビーム
５１１は、干渉信号の測定に用いられるために（フィルタ５２０及び偏光ビーム
スプリッタ５２１を経由して）ディテクタ５２２ａ及び５２２ｂへとビームの一
部を導く５０：５０ビームスプリッタ５１２（例えばDominarより入手可能な製
品番号２００５）を通過する。ビーム５１１の残りは、（Precision Applied Pr
oducts of Fullerton, CAより入手可能で０．８３μの波長では９３．３％の透
過率また１．４８μの波長では９０％の透過率を示す）９０：１ビームスプリッ
タ５１４を通過し、対物レンズ５１５（Olympus of Tokyo Japan製の１００Ｘ、
０．８ＮＡレンズのような）対物レンズ５１５を通過する。対物レンズ５１５は
混合されたビーム５１１をウェーハ５１６上に焦点合わせする。

【０１０７】ビームスプリッタ５１４のための仕様が、出力の大部分が透過し出力のより少
ない量（例えば１０％）が反射されることを確実にするために生成の波長及びプ
ローブビームを基に選択されていることに注意して頂きたい。またプローブビー
ム１５２が、焦点生成ビーム１５１（図５）によって焦点あわせされた担体生成
領域１２０（図１Ｅ）に於いてのみ焦点合わせされることに注目して欲しい。色
収差により、特定にはビーム１５１及び１５２の焦点面は僅かに異なる。ビーム
１５２のための焦点スポットの大きさは、ビーム１５１のより短い波長の効力で
１５１の焦点スポットのサイズよりも小さい。もしウェーハ５１６がビーム１５
２の焦点面上に配置された場合、ビーム１５１は僅かに焦点よりずれてもよく、
ウェーハ５１６（図５）の表表面１５３（図１Ｅ）上のスポットは直径がより大
きくまたビーム１５２の焦点を完全にオーバーレイする。

【０１０８】ウェーハ５１６より反射された光は反射レンズ５１５、９０：１０ビームスプ
リッタ５１４を透過して戻り、また５０：５０ビームスプリッタ５１２へと向か
う。ビームスプリッタ５１２に到達する光の半分は、フィルタ５２０を通過して
戻るように向けられる。（フィルタ５２０はビーム５１１からの光をブロックし
ビーム５１２からの光をパスするバンドパスフィルタである。）フィルタ５２０
は例えばSpindler & Hoyer Corporation of Goettingen, Germanyより入手可能
なSchott glass RG830であってもよい。代用としては、フィルタ５２０はMelles
Griot of Irvine, CAより入手可能な１０８０ｎｍの中心部波長のナローバンド
パスフィルタであってもよい。

【０１０９】フィルタ５２０は反射ビームより生成ビーム１５１のフォトンを取り除き、そ
れによってディテクタ５２２ａがプローブビーム１５２のフォトンのみを見られ
るようにする。フィルタ５２０は或る実施例に於いて限界（critical）構成要素
であり、先行技術のシステムを用いる場合別に存在するようなディテクタ５２２
ａに向けた変更信号（ビーム１５１によって生成されたもの）のフィードスルー
の削除という予期しない結果を生み出す。この特殊な実行に於いて、ゲルマニウ
ムがレーザー５０１によって生成される波長１０８３ｎｍのフォトンに対する感
度を提供するべく光ディテクタ５２２ａで用いられる。

【０１１０】第一の実施例に於いて、参照ビームは前面１５３（図１Ｅ）より反射するプロ
ーブビーム１５２の一部によって形成され、５０：５０ビームスプリッタ５１２
は反射されたビームの５０％を前面１５３よりディテクタ５２２ａに向かって進
路変更する。第一の実施例に於いて、ビームスプリッタ５２１、ディテクタ５２
２ｂ、及びアンプ５２３ｂが用いられていない（即ち存在しない）ことに注目し
て欲しい。

【０１１１】ディテクタ５２２ａは入射干渉信号を電流に変換する光セル（例えばEG&G Jud
son of Montgomeryville, PA, USAより入手可能なJ16-8SP-RO5M-FISのようなフ
ォトダイオード若しくは光トランジスタ）である。アンプ５２３ａは電流を増幅
された電流へと変換し、それはその時次にロックインアンプ５２５（例えばStan
ford Research Systems, Sunnyvale, Californiaより入手可能なモデル８３０）
へと接続されているアンプ５２４へと送られる。

【０１１２】ロックインアンプ５２５はロックイン検出周波数の参照オシレーターを含む。
このオシレーターは、ロックインアンプ５２５によって提供された信号と同じ周
波数で変更されたレーザー５０５に信号を提供するべく、レーザードライバ５２
６と接続される。

【０１１３】ロックインアンプ５２５は、適切な規則（例えばグラフ）の信号を取り込みま
たディスプレイするためのソフトウェアを走らせるパーソナルコンピュータのよ
うな、プロセッサ５２７に対するレーザードライバ５２６による偏光に関して反
射ビームの位相は勿論のこと振幅を表す信号を提供する。信号は後の処理のため
にパーソナルコンピュータ（例えばハードディスク上のデータベース）にストア
されてもよい。

【０１１４】或る実施例に於いて、パーソナルコンピュータ５２７は（上述した図１Ａを参
照して）ライン１０７及び１０８と接続されたライン５２８を有し、それによっ
てここに述べられた１つ若しくは複数の物質特性測定を基にしたイオンインプラ
ンター１０１及び高速熱処理装置１０２によって実行されるステップを制御する
。

【０１１５】ビームスプリッタ５１４は、戻りビームの１０％を（Nikon of Tokyo, Japan
より入手可能なチューブレンズ８１８４５のような）レンズ５１７を介してウェ
ーハ５１６より、（FJW Industries of Palatine, ILより入手可能なモデル８５
４００のようなＣＣＤカメラ）カメラ５１８へと進路変更する。カメラ５１８に
よって提供された信号は、（図５中には示されていないが）視覚システムへと送
られ、それはCognex Corporation, Boston, Massachusettsより入手可能なモデ
ルASP-60CR-11-Sのようなものである。

【０１１６】混合されたビーム５１１に関しウェーハ５１６の位置決めは、ステージ５２９
、対物レンズ５１５、ビームスプリッタ５１４、レンズ５１７、及びカメラ５１
８を有するマイクロスコープを用いて達成される。用いられ得るステージ５２９
はＸ、Ｙ、及びＺの各方向でビーム５１１に対してウェーハ１０６を移動させる
のに用いられる。具体的に言うと、ステージ５２９は焦点を合わせるべくＺ軸上
に沿って垂直方向にウェーハ５１６を動かすことに用いられ、ビーム５１１に対
して図１Ｅの領域１２０の位置を調整するべく水平面で動かすことに用いられ得
る。

【０１１７】第二の実施例に於いて、可変の位相を有する独立したビーム５３１は参照ビー
ムとして用いられる（前面１５３より反射された一部１６２の使用は除く）。具
体的に言うと参照ビーム５３１はプローブビーム１５２の一部であり、コンペン
セイタ５０６は偏光を９０度回転させ、そして参照ビーム５３１の偏光をウェー
ハ表面１５３より反射された部分１６２の偏光に直交する。或る具体例に於いて
、コンペンセイタ５０６はNew Focus Inc., Santa Clara, Californiaから入手
可能な５５４０モデルである。参照ビーム５３１の位相は、ミラー５１３の背部
に配置された圧電ポジショナ５０４を用いて経路長を調整することによって可変
である。ビーム５３１の位相及び偏向はプローブビーム部分１６２とは独立して
変化してもよい。

【０１１８】参照ビーム及び前面よりの反射間の干渉測定（“前面参照”とも呼ばれる）は
、例えばミラー５１３を動かす圧電装置５０４で、参照ビームの経路長（“参照
アーム長”とも呼ばれる）の変化と同一のレートで変化する非波形信号（“ｄｃ
”信号として参照される）である。図５に示された実施例に於いて、前面参照測
定は加算ディテクタ５２２ａによって提供される。

【０１１９】参照ビーム及び過剰担体による反射の間の干渉の別の測定（“過剰担体参照測
定”とも呼ばれる）は、生成ビーム１５１と同様の周波数に於いて変更され前面
の反射と比較して位相で遅れている信号である。２つの測定の間の相違は、以下
に述べるように完全な接合深さを表す位相の相違を提供する。図５に於いて描か
れた実施例に於いて、過剰担体参照測定はロックインアンプ５２５によって提供
される。

【０１２０】とりわけ第二の実施例に於いて、参照ビーム５３１（前面１５３に向かってま
た前面１５３より至るもの）の経路長（参照アーム長とも呼ばれる）は、複数の
プローブビーム波長の積分であるようにセットされる。このことは圧電要素５０
４に電圧を適用することでミラー５１３の位置を調節することによってなされ、
加算ディテクタ５２２ａ中の信号は最大となる。この最大は、ビーム５３１及び
前面１５３よりのプローブビーム１５２の反射１６２との間の強め合う干渉が存
在する場合に起こる。

【０１２１】次に加算ディテクタ５２２ａ及びロックインアンプ５２５に於ける測定が記録
される（ロックインアンプ信号がディテクタ５２２ａ及び５２２ｂの出力間の相
違に一致することに注目して欲しい）。その後参照アーム長は波長の小さな部分
を増分され、これら２つの測定が再び記録される。参照アーム長は、ミラー５１
３の位置を制御する、圧電要素５０４に用いられる電圧を変化させることで変化
される。

【０１２２】そのような測定はプローブビーム１５２の波長の複数のインターバルに渡り繰
り返されてもよく、滑らかな曲線が得られる。（半波長インターバルに渡って、
１０：１より大きな信号−ノイズ比を有する曲線が、或る実施例に於いて滑らか
であると考えられる。）ロックインアンプ５２５及びディテクタ５２２ａの各々
による測定は、２つのカーブを得るべくプロットされ、図７ｂに示されるように
、標準化された参照アーム長（プローブビームの波長で参照アーム長を除算し半
導体物質の反射率によって乗算されることによって得られる）に対してプロット
されるような、各々前面参照測定及び過剰担体参照測定の１つである。

【０１２３】その後位相の相違θが例えば７３度で測定され、３６０度で除算され定数で乗
算された場合（プローブビーム波長が半導体中の反射率で除算され）、位相の相
違が接合深さ（ドーパントの濃度が所定の濃度例えば１０^１８／ｃｍ^３に等しい
場合の深さ）の絶対値を生じる。７３度の位相シフトは０．０４４μｍの接合深
さと一致し、プロファイル７０１（上述）とよく一致する。

【０１２４】レーザーの出力はその時変化してもよく、上の測定は異なった活動化ドーピン
グ濃度で接合深さを測定することを繰り返されてもよい。この規則でドーピング
プロファイルは異なったレーザー出力に於ける測定の結果のプロットとして決定
される。

【０１２５】第二の実施例に於いて、操作２４６は図６に示されたステップによって動作す
る。明確には２つの干渉信号が同時に測定される。ステップ６２１に於いて加算
ディテクタ５２２ａの出力は（図５を参照）、ウェーハの前面１５３に関して参
照ビームの位相の測定を提供する。（図１Ｅを参照。）更にはステップ６２２に
於いてロックインアンプ５２５（図５を参照）の出力が、接合の過剰担体による
反射１６３及び参照ビーム５３１間の干渉を基とした異なった信号を与える。

【０１２６】ステップ６２３に於いて双方の出力は同一のグラフ（例えば図７Ｂ）上にプロ
ットされ、２つの出力間の位相シフトが測定される。ステップ６２４に於いて位
相シフトはレーザー波長の認識を基とした接合深さに変換され、半導体反射率は
次の式、

【数６】となる。

【０１２７】ここでｎは半導体の反射の指数でありｋ＝（２π）／λであり、ここでλはプ
ローブビーム１５２の波長である。

【０１２８】ステップ６２５に於いて参照アーム位相はその時、ディテクタ５２２ａに於け
る最大信号の位置にセットされ、前面反射経路長に等しい参照ビーム経路長と一
致する。このことは前面反射法（第一実施例）を用いて得られるものに等しい測
定出力を作り出す。操作６２６に於いて、１つ若しくは複数のステップ（第一の
実施例に関して上述されている）は、接合深さを確認し、ドーピングプロファイ
ルに対する最良の適合を決定するべく用いられる。

【０１２９】ライン７０１（図７Ａ）は、１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２の適応量で１００
０度で１０秒間熱処理された、５００ｅｖのホウ素イオンの条件下でイオンイン
プラントよりＳＲＰを用いて測定された典型的なドーピングプロファイルを表す
。カーブ７０２Ａ−７０２Ｃは、スポットの直径が２μｍで各々のレーザー出力
が５ｍＷ（カーブ７０２Ａ）、２０ｍＷ（７０２Ｂ）及び５０ｍＷ（７０２Ｃ）
であるようなプロファイル７０１のためのシミュレートされた過剰担体濃度／ｃ
ｍ^３を表している。５、２０、及び５０ｍＷに於ける過剰担体分布のためのプロ
ファイルに対しeqn（１６）を適用することで、各々カーブ７１２Ａ、７１２Ｂ
、及び７１２Ｃの参照アーム位相の関数として予想される信号が提供される。カ
ーブ７１１はまた、ｚ_ｒｅｆ＝ｚ_ｓで定義されるゼロポイントと共に式（１９）
に相当する参照アーム位相のコサインを示す。

【０１３０】 θ＝７３度の位相シフトが、図７Ｂに於いて見られる。上述された手続きを用
いて説明すると、

【数７】となる。ここでｎ＝３．４２でありそれはシリコンの反射率である。またｋ＝（
２π）／λであり、ここでプローブビーム波長λ＝１．４８μｍであり、４４０
×１０^−１０ｍの上述の値を提供する。

【０１３１】表反射法（第一実施例）を越える第二実施例の利点は、参照アーム長に対する
信号のプロットに於けるコサイン形状の信号の位相シフトに関して、指定の生成
レーザー出力レベルのセットに相当する活動化担体濃度深さの確固たる測定を提
供することである。その不利益は２つの干渉型のアーム間の物理的長さに於ける
相違よりも長いコヒーレンス長を備えたレーザーを用いる必要性、及び参照アー
ムの付加された複雑性である。２つのアームとは参照アーム及び測定アームであ
る。

【０１３２】しかし１つの特殊な実施例に於いて、様々な位相を有する参照ビームは２つの
アームを有する干渉計によって生成されるように描かれてきており、その他の可
変位相参照ビームを生成し得る装置は、ここに述べられた原理に基づいて用いら
れてもよいことに注目して欲しい。

【０１３３】上に述べたように、第二の実施例に於いて可変位相を有する参照ビーム５３１
の干渉が用いられ、プローブビーム１５２に於ける光の５０％がコンペンセイタ
５０６及びミラー５１３に転送され、それにより干渉計の参照ビームアームを形
成する。コンペンセイタ５０６は対物レンズ５１５及びウェーハ５１６に転送さ
れたプローブビーム１５２の残留部分に関し参照ビーム５３１の偏光をセットす
るのに用いられる。ミラー５１３は圧電要素５０４上にマウントされ、それによ
って参照ビーム経路の長さが少なくとも１つの波長（若しくは信号が複数のサイ
クルに渡って平均される場合複数の波長）に渡って電気的に調整される。

【０１３４】参照ビーム５３１の偏光は、プローブビーム１５２に対して（コンペンセイタ
５０６によって）直交してセットされる。プローブビーム１５２及び参照ビーム
５３１は偏光ビームスプリッタ５２１に於いて干渉し、２つのビーム５３２及び
５３１の偏光に関して４５度の角度で配向する（ここでビーム５３２はウェーハ
の前面１５３に対する経路を含む干渉計のアームを表す）。このことは、ディテ
クタ５２３ａ及び５２３ｂに於ける和及び差のビームを提供する。ディテクタの
出力に比例したディテクタ電流は、トランスインピーダンスアンプ５２３ａ及び
５２３ｂに於いて電圧へと変換される。アンプ５２４はアンプ５２３ａ及び５２
３ｂよりの電圧に於ける差を取る。差信号はロックインアンプ５２５へと供給さ
れ、それによりプロセッサ５２７へと供給される干渉信号を生成する。

【０１３５】上述した方法に関連する物理的原理を以下に述べる。各々のディテクタ５２２
ａ及び５２２ｂの電場は、

【数８】となる。ここでＥ_ｓは前面１５３より反射されたプローブビーム１５２の一部１
６２（表面に於ける過剰の担体濃度を含まず）、Ｅ_ｊは接合に於ける過剰担体に
よって反射されたプローブビーム１５２の一部１６３（表面近くの過剰の担体を
含む）、またＥ_ｒｅｆは可変位相参照ビームよりの構成要素であり、ここで可変
式の位相参照ビームがなければゼロである。

【０１３６】式１中の±は、２つのディテクタ５２２ａ及び５２２ｂに対し和及び差の構成
要素を提供する偏光ビームスプリッタ５２１（図５）より得られるものである。
それらのディテクタに於ける出力は、

【数９】で表される。式２を乗算し、ディテクタ５２２ａ及び５２２ｂの和及び差に於け
る信号は、

【数１０】で表される。第一の実施例に於いて表面の反射１６２は過剰担体によって反射１
６３で干渉され、よって参照場（field）はＥ_ｒｅｆがゼロとなる。それ故、接
合深さよりの反射１６３の振幅の二乗は無視してよく、また前面１５３よりの反
射１６２の振幅の二乗は変調周波数に於いて現れてこない。このようにロックイ
ンアンプ５２５（図５）に於いて唯一見られる構成要素として、

【数１１】が挙げられる。第二の実施例に於いて、ミラー５１３による参照ビーム５３１の
反射は接合よりの反射１６３で干渉され、ロックインアンプ５２５に於ける信号
はプラス及びマイナスのディテクタ（例えばディテクタ５２２ａ及び５２２ｂ）
よりの信号間の差である。差を取り、変調周波数に於いて（Ｅ_ｓＥ^* _ref＋Ｅ_ｓ ^*
Ｅ_ｒｅｆ）項が現れないことを認識した上で、結果的な信号は次の、

【数１２】となる。最後に接合項は連続分布として考えられてもよい。代わりに、表面及び
プロファイル項を含むと考えられてもよく次の、

【数１３】

【数１４】のようになる。波動の時間依存部分を無視しプローブビーム１５２よりの入射光
が表面に於いて位相を有し次の、

【数１５】のようになる。ここで振幅は

【外２】であり、Ｐはウェーハ表面に於けるプローブビーム１５２の出力であり、波の番
号はｋ＝（２π）／λであり、ここでλはプローブビーム１５２の波長を表す。
空気及びシリコン表面１５３（図１Ｅ）の間の境界線よりの反射された電界は、

【数１６】として表される。ここで振幅は

【外３】であり、このＰはウェーハ表面１５３に於けるプローブビーム１５２の出力を表
し、ｎ_ｓ０はシリコンの反射率であり、ｚ_ｓはシリコン表面に対する経路長であ
り、波の番号はｋ＝（２π）／λであり、このλはプローブビーム１５２の波長
を表す。

【０１３７】上で述べたように、過剰の担体プロファイル１６４（図１Ｄ）は層１６４Ａ−
１６４Ｔ（図１Ｅ）のような過剰担体の薄い層のセットとして象られる。ｊ^ｔｈ層１６４Ｊ及び（ｊ＋１）^ｔｈ層１６４Ｊ＋１間のインタフェース１６５Ｊより
の反射は、次の、

【数１７】で表される。ここで層の反射率はｎ_ｊ＝ｎ_ｓ０＋Δｎ_ｊとなり、過剰の担体濃度
に依存する指数の変化はΔｎ_ｊ＝βＮ_ｊとなり、このＮ_ｊは層１６４Ｊに於ける
過剰の担体濃度である。また要素βは次の式、

【数１８】で表される。ここでｑ＝１．６０２×１０^−１９は電子の電荷を表し、Ｎはｃｍ ^３当たりの担体濃度であり（ここでＭＫＳ単位の使用を許可するべく１０^６とい
う要素が/ｍ^３へと変換される）、ε_０＝８．８６×１０^−１２Ｆａｒａｄ／ｍ
ｅｔｅｒは真空の誘電率であり、ε_ｓ＝１１．７はシリコンの相対的な誘電率で
あり、ｍ^★＝５×１０^−３１ｋｇは効果的担体の質量であり、ω＝２πｃ／λは
ラジアル周波数を表し、ここでｃ＝３×１０^１０ｃｍ／ｓｅｃは光の速度を表す
。濃度Ｎが上述された濃度ｎ_ｅと同様であることに注目して頂きたい。反射され
た電場は全ての層１６４Ａ−１６４Ｔの合計であり、

【数１９】で表される。ここでｚ_ｓは表面までの距離を表し、

【外４】は表面の透過率を表す。層１６４Ｊの厚さがゼロに近付く限界に於いて、式８を
式１０に代入し、

【数２０】となる。表面の過剰担体濃度が波長と比較して短い距離ｚ_ｆを越えてゼロよりｎ _ｓへと増加する場合、式１１に於ける積分は２つの部分に分けられ、次の、

【数２１】となり、これは

【数２２】のように削除される。上の式１３中には２つの項が存在する。１つは表面近辺か
らのものであり、表面Ｎ_ｓに於ける過剰担体濃度にのみ依存する。第二の項は過
剰担体プロファイルＮの微分のフーリエ変換である。参照ビーム５３１の電場振
幅は、

【数２３】のようになり、ここでｚ_ｒｅｆは参照アーム長である。上述の式への代入によっ
て表面及び過剰担体プロファイル間の干渉のための信号出力が次の式、

【数２４】として表される。また参照アーム及び過剰担体プロファイル間の干渉に関しては
次の、

【数２５】として表される。

【０１３８】式（１５）及び（１６）を比較すると、ｚ_ｒｅｆがゼロの場合２つの式が同一
であることが分かる。このような状況は、参照ビームのための経路長が前面１５
３への経路長（図１Ｅ）と等しい場合に起こる。このことはディテクタ５２３ａ
若しくは５２３ｂのどちらかの出力を同時にモニタすることによって測定される
。この出力は参照ビーム及び表面反射の間の干渉である信号を与える。この項は
式（３）の右より２番目の項であり、次の形、

【数２６】を取る。参照及び表面反射の経路が等しい場合、半導体の特性を決定するための
解析は双方の実施例のために同一である。

【０１３９】上述した方法は非ドーパント非結晶インプラント（ダメージを引き起こすがシ
リコンをドープしないようなイオンのインプラントとして定められる）の測定の
ために用いられてもよい。非ドーパント非結晶インプラントの例としては、高エ
ネルギーイオンが結晶に衝突し停止する場合ダメージを引き起こすインプラント
である。イオンは数千ｅＶのエネルギーを有し、結晶中の化学結合は数ｅＶであ
る。故に高いエネルギーのイオンは結晶の格子結合を破壊することが可能であり
、シリコン若しくはゲルマニウムのダメージを引き起こす。

【０１４０】これらインプラントの目的は以下のようである。ホウ素のようなドーパント原
子を備えた浅いイオンインプラント層を形成するために、非常に浅い表面層に（
例えば数オングストロームの厚さしかない）に酵素イオンインプラントを閉じこ
めることが必須である。典型的にはホウ素原子は非常に低い電位（例えば数百ｅ
Ｖ）へと促進され、表面の数オングストローム中に止まる。しかしシリコンが結
晶構造を有するため、或る方向が、整列したシリコン原子間の空間中の結晶を介
した長いオープンパスである"channels"を表す。（典型的にはchannelsが結晶の
固有の特性であるので結晶構造の長さである。）同一のホウ素原子はシリコン表
面に入り込むようにシリコン原子を散在させ、所望よりもよりかなり深い深さに
チャネルを追従させる。

【０１４１】チャネリングを防ぐべく、非ドーパントインプラントがホウ素インプラントに
しばしば優先される。非ドーパントインプラントは結晶構造を破壊するために十
分なダメージを作り出し、非結晶深さによって特徴付けられたアモルファス層を
形成する。（深さは結晶構造がイオンインプラントダメージで破壊されアモルフ
ァス層によって置き換えられたようなものである。）非結晶化深さは、従来の手
段では測定することが困難である。非結晶化深さを測定するための典型的な方法
は非常に薄い断面の薄片を作り、それを透過電子顕微鏡法を用いて調べることで
ある。これは遅く、時間が掛かり、また破壊的な処理手順である。

【０１４２】アモルファス層は高バンドギャップ層として設計されてもよい。Szeによって"
Physics of Semiconductor Devices,"の８２７ページで定められるように、結晶
化及び非結晶化ケイ素間の差は劇的であり、フォーマは1.1eVの間接バンドギャ
ップを有し、ここで水素化a-Siは光吸収特性を有し、それは1.6eVの直接バンド
ギャップを有する結晶のために予想される特性をに類似する。従来技術の図８Ａ
（Ｓｚｅの８２８ページの図３４を御覧頂きたい）は、好適な生成レーザー波長
８３０ｎｍに於いて、アモルファスシリコン（ライン８０１）に於ける吸収がシ
リコン（ライン８０２）に於けるそれの約１０％しかないことを表している。こ
のようにアモルファスシリコンは、或る実施例に於いて透過性層として設計され
てもよい。

【０１４３】表面との干渉のケース（第一の実施例）に於ける信号のための式１５に換えて
、次の式、

【数２７】が与えられる。ここでｄはアモルファス層の厚さであり、またアモルファス層の
下のシリコン中の過剰担体濃度は、１／２ｋｎ_ｓ０と比較して非常に小さな距離
にレベルでΔＮまで上がると仮定される。ここでｎ_ｓ０はシリコンの反射率であ
りｋは波の番号でありそれは２π／λと等しく、ここで言うλは波長である。こ
こでシリコン及び非結晶化層の反射率はほぼ等しく、ｎ_ｓ０は双方の層を表す。

【０１４４】上述した反応は信号が２ｋｎ倍された層の厚さのコサインとして変化し得るこ
とを示す。キャリブレーションカーブは、それ故深さの関数として信号を決定す
るべく、参照サンプルの測定を基に確立され得る。図８Ｂに於けるカーブは、Ｇ
ｅ（ライン８１０）及びＳｉ（ライン８１１）[これらの指示子は図８Ｂに加え
られることを必要とし、ここでラインは"Ｓｉインプラント"及び"Ｇｅインプラ
ント"とラベルされる]のシリコンへのインプラントのキャリブレーションカーブ
の例を表す。これらカーブは、イオンインプラントシリコン若しくはシリコンへ
のゲルマニウムによって生成された参照サンプル上の信号を測定することで作成
される。非結晶化深さは、J. F. Ziegler, Mail Stop 28-024, IBM-Research, Y
orktown, NY, 10598, USAより入手可能なプログラム、ＴＲＩＭを用いることで
計算され得る。例えばシリコンでインプラントされたサンプル上で測定がなされ
ると過程して頂きたい。９０ｍＷの生成レーザー出力に於いて測定された信号は
、４６０μＶである。このことは３２０×１０^−１０ｍの非結晶化深さを示し得
る。

【０１４５】上述した方法は、大凡５×１０^１０から５×１０^１２ｉｏｎｓ／ｃｍ^２の適用
量の範囲で（しばしば"low dose"レンジと呼ばれる）形成された別の特別なケー
スに於いて、活動化ドーパントプロファイルを測定することに用いられてもよい
。それらインプラントの量を制御することは、電界効果トランジスタのターンオ
ン電圧（しきい値電圧）を調節するべく用いられる事を理由として重要である。
これら"low dose"インプラントに於ける小さな変化は、積分化回路の操作範囲以
外のターンオン電圧という結果であり得る。

【０１４６】出願人は、そのような方法がイオンインプラントの結果としてのダメージに相
当する熱波の波動の減衰に依存しているので、"low dose"インプラントが高い感
度を備えたOpsal（US Patent 4,854,710）によって述べられているタイプの熱波
方法では測定され得ないことを認識している。しかしlow doseインプラントは相
対的に殆どダメージを生成せず、Opsalの熱波方法は低い適応量レンジに於ける
非常に弱い感度を一般的に有する。（適用量中の変化百分率によって除算された
信号に於ける変化百分率として定められる感度は、典型的には熱波方法のために
は約０．２である。ここで感度０．５は通常最小の可能レベルと考えられており
、１．０より大きな感度が望ましいと考えられている。） Opsalの熱波方法の弱い感度の重要な理由は、それらが移動度に対しては感度
を有するが寿命に対して感度を有さないことである。このことは以下で示される
。担体の分布は時間依存拡散式の解法であり、次の、

【数２８】となる。ここでｎは過剰の担体の濃度であり、Ｄは拡散定数Ｄ＝（ｋ_ｂＴ／ｑ）
μであり、ｋ_ｂはボルツマン定数であり、Ｔは温度、ｑは電子電荷、またμは移
動度である。τは寿命である。ラジアル周波数ωに於ける周期的に励起された担
体濃度のために、担体濃度は、ｎ（ｚ，ｔ）＝ｎ（ｚ）ｅ^ｊωｔとなる。ここで
ｔは時間である。このことは次の形の拡散方程式を提供する。すなわち、

【数２９】である。高い周波数に於いて、ω＞＞１／τである。（１０^−４量の過剰担体寿
命の間このことは約１５ｋＨｚよりも大きい周波数を示す）この解法はｎ（ｚ，
ｔ）＝ｎ_０ｅ^{ｊ（ωｔーｋｚ）}の形を取り、ここでｋ^２＝ω／Ｄである。このこ
とは伝搬定数が移動度の関数である波の伝搬の解法であり、Ｄ＝（ｋ_ｂＴ／ｑ）
μである。このことは熱波方法が働く領域であるので、方法は伝搬する波に依存
する。

【０１４７】逆に低い周波数に於いて、解法は次の式、

【数３０】となる。このことは移動度及び寿命両方の関数である静的空間変化を表す。この
結果のインポート（import）は、半導体の寿命が移動度よりも欠陥濃度に対して
より感度の高い複数の桁（order）の大きさである事である。よって寿命に対し
て感度が高い測定は、移動度に関して感度の高い測定よりも、低い適応量のイオ
ンインプラントで引き起こされるダメージに、より高い感度を示し得る。

【０１４８】それ故ω＝１／τ、即ちｆ＝（１／２πτ）の場合、波から拡散への挙動の変
化（担体寿命に対して高い感度を有する）が存在する。それ故或る実施例に於い
て、モジュレーション周波数はｆ＜_（１／２πτ）と一致するどのような周波
数でもあるように予め選択される。

【０１４９】図９Ａで示されるグラフは、表面に於けるイオンインプラント層がインプラン
トされた領域の下部のバルクシリコンと比較して減少した寿命を有すると見なす
拡散方程式に対する解法を基とした計算の結果を示している。水平軸は深さをミ
クロンで示しており、垂直方向の軸は担体濃度をｃｍ^３あたりで表している。イ
ンプラントされた層中の寿命に於ける小さな変化のために、担体濃度がほぼ一定
であることに注目して欲しい。しかしインプラント層中の寿命が短くなればなる
程、表面濃度は早く落ち始める。このレンジを通して、表面濃度は素早く落ちる
。或るポイント（このモデルに於いては約１０^−１１秒）に於いて、担体濃度は
再び寿命より相対的に独立するようになる。しかし反射のポイントは、表面から
境界へとインプラント層及びバルクシリコンとの間でシフトする。この様式では
信号は平らになる。

【０１５０】図９Ｂに示された別のグラフは、適応量の関数として様々な種（Ｂ−ホウ素、
Ａｓ−ひ素、Ｐ−リン含有物、及びＢＦ_２−弗化ホウ素）を含む様々な低適応量
インプラントのための信号を示す。より低適応量では、信号は比較的早く落ちる
ように見える。より高い適応量では信号はフラットになる。この事は、上のモデ
ルと矛盾しない。急勾配部分の信号は表面の反射よりもたらされ、式１５に於け
る括弧内の第一項である。信号が平坦になり、インプラント及びバルク間のイン
ターフェイスよりの干渉より至るようになると、干渉の項が一因となる。この事
は、何故信号が位相を変化させるのかについて、また何故より高い適応量の値で
は信号がネガティブであるのかについて説明する。

【０１５１】図９Ｂに於けるグラフは、アモルファス測定のための方法に類似する方法に於
ける測定を調整するべく用いられ得る。適応量の関数としての信号は、図９Ｂと
類似したグラフとして測定されストアされる。例えばホウ素インプラントのため
の１００の信号は、５ｅ１１の適応量に相当する。

【０１５２】或る実施例では、ソフトウェアは生成ビーム１５１の出力の関数として干渉信
号（振幅及び位相であって、ここで位相は振幅と共に用いられるサインを決定す
るべく用いられる）の測定によって得られた出力カーブ（図４Ｃのカーブ４０４
を参照）を用いる。具体的にソフトウェアは、一致を見つけだすべくシミュレー
ションによって得られた複数の前から存在する出力カーブ（図４Ｅのカーブ４０
４−４０９をご覧頂きたい）と測定された出力カーブとを比較する。シミュレー
ションによって得られた一致した出力カーブが、接合深さを決定する。前より存
在する出力カーブは、上述するように図４Ｄ及び４Ｅを参照することで得られる
。

【０１５３】上述された実施例の多くの変更及び調節は、半導体物理学の分野でスキルを有
するものには明白であり得る。例えばコンピュータ１０３Ｃが、１つ若しくは複
数の特殊な方程式でプログラムされて述べられているが、コンピュータ１０３Ｃ
は、測定条件下でウェーハに於ける電荷担体拡散変調を生成する間、プロファイ
ラ１０３で動作する測定を伴う使用のために、ここで言及されたような物質特性
の間のどのような関係も近似するようなここに述べられた別の方程式または一つ
若しくは複数の方程式でプログラムされてもよい。例えば、物質特性を測定する
ためのプロファイラ１０３によって用いられる近似方程式は、参照ウェーハより
の測定データに曲線近似することによって得られてもよく、数値モデルより得ら
れたデータに曲線近似することによって得られてもよく、特殊な実施に共に依存
するようなものでもよい。

【０１５４】それ故上述した実施例の多くのその様な修正及び適応は、付随の請求の範囲に
包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明に従った活性ドーパントプロファイラと呼ぶ装置を含むシステムの高度
なブロック図を例示する。

【図１Ｂ】図１Ａの装置によって実行される方法の高度なフローチャートを例示する。

【図１Ｃ】図１Ａの装置によって実行される方法の高度なフローチャートを例示する。

【図１Ｄ】電荷担体の波が生成されない図１Ａの活性ドーパントプロファイラの一実施例
による電荷担体の一時的な変調のグラフを例示する。

【図１Ｅ】上記した様々な実施例における図１Ａの活性ドーパントプロファイラに用いら
れる探査ビーム及び生成ビーム、随意選択の基準ビームを含む半導体の断面図を
例示する。

【図１Ｆ】過剰担体が半導体の層に生成された別の断面図を例示する。

【図１Ｇ】前面１５３からの深さzの関数として過剰電荷担体の濃度を例示するグラフで
ある。

【図２Ａ】一実施例の図１Ａのプロファイラによって実行される各ステップを例示するフ
ローチャートである。

【図２Ｂ】図１Ａのプロファイラによって実行されるステップ２３０（図２Ａ）における
電荷担体の生成を例示するフローチャートである。

【図２Ｃ】図１Ａのプロファイラによって実行される随意選択のステップ２５０（図２Ａ
）における電荷担体の生成を例示するフローチャートである。

【図２Ｄ】図２Ａのステップ２３０の一実施例で用いられる所定のデータを例示するグラ
フである。

【図２Ｅ】図２Ａのステップ２３０の一実施例で用いられる所定のデータを例示するグラ
フである。

【図２Ｆ】図２Ａのステップ２３０の一実施例で用いられる所定のデータを例示するグラ
フである。

【図３】図１Ａのプロファイラによって実行される随意選択のステップ２１０（図２Ａ
）における所定のデータの生成を例示するフローチャートである。

【図４Ａ】図２Ｂのステップ２１１を実行して得られる所定のデータの生成に用いられる
半導体材料（「活性ドーピングプロファイル」とも呼ぶ）の前面からの深さの関
数として活性ドーパントの濃度を例示するグラフである。

【図４Ｂ】図２Ａのステップ２４１を実行して得られる図４Ａのドーパントプロファイル
に対する多数の過剰担体プロファイル（即ち、深さの関数である過剰担体の濃度
）を例示するグラフである。

【図４Ｃ】図３のステップ３１３−３１５を実行して得られる生成ビームの強さ（「出力
」とも呼ぶ）の関数として干渉測定のシミュレーション値を例示するグラフであ
る。

【図４Ｄ】ドーピングプロファイルが半導体の深さ方向に進行する時の、図４Ａのドーピ
ングプロファイルに対する多数の過剰担体プロファイルを例示するグラフである
。

【図４Ｅ】異なった接合深さにおける異なった生成ビームの強度に対する干渉測定のシミ
ュレーション値を示す多数の曲線を例示するグラフである。

【図４Ｆ】図４Ａに示されたプロファイルと同一のドーピングプロファイルと、図４Ａに
示されたプロファイルよりやや傾斜が緩いドーピングプロファイルとの類似した
２つのドーピングプロファイルを例示するグラフである。

【図５】図１Ａの活性ドーパントプロファイラの一実施例に用いられる様々な要素を例
示するブロック図である。

【図６】図１Ａのプロファイラによって実行される随意選択のステップ２５０（図２Ａ
）における別の測定を例示するフローチャートである。

【図７Ａ】通常のイオン注入（ホウ素、500 eV、1×10¹⁵イオン／cm²、1000℃で10秒間の
熱処理）の様々な生成レーザー出力における深さの関数として過剰担体濃度及び
活性ドーパントプロファイルを例示するグラフである。

【図７Ｂ】図７Ａに示される出力レベルが5 mW及び20 mW、50 mWの基準アーム位相（refe
rence arm phase）の関数として過剰担体の反射の強度測定、及び前面の反射の
強度測定を例示するグラフである。

【図８Ａ】数μmの波長の関数としてシリコン及びアモルファスシリコン（a-Si）の吸収
係数（吸収長さとは反対）を例示する従来技術のグラフである。

【図８Ｂ】様々なシリコン及びゲルマニウム注入に対する表面アモルファス層の厚みの関
数として90 mWの生成レーザ出力で得られたμV（位相が0°）の信号を例示する
本発明に従ったグラフである。

【図９Ａ】厚さが約0.08μmのイオン注入層内の担体の寿命の様々な値に対して深さ（数
μm）の関数として算出した1 cm³当たりの過剰担体濃度を例示するグラフである
。

【図９Ｂ】図９Ｃのキーによって示された様々なイオン注入における注入量の関数として
測定したロックイン信号の値を例示するグラフであって、何れの場合も、組みに
なった3点が2.5×10¹¹イオン／cm²及び5×10¹¹イオン／cm²、1×10¹²イオン／cm ² の名目注入量（注入量は名目注入量の±５％）における注入の信号を示す。

【図９Ｃ】図９Ｂのグラフのキーを示す表である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＺ，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，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，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，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 2F065 AA25 BB05 CC17 FF51 GG04 GG22 LL12 LL32 4M106 AA01 BA02 BA03 BA05 CA48 CB02 DH60 DJ05 DJ18 DJ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のバックグラウンド担体を有するウェーハの或る領域に
おいて測定を行う方法であって、拡散によって大部分の担体が前記領域から確実に出て行く程度に十分小さい所
定の周波数で、その数が時間的に変調されるような複数の過剰担体を前記領域内
で作成する過程と、干渉信号の振幅及び位相を測定する過程とからなり、前記干渉信号が基準ビームと、前記複数の過剰担体の変調と同位相で前記探査ビームの一部分が変調される
ような、前記領域内の複数の過剰担体に反射される輻射線の探査ビームの一部分
との干渉によって得られる信号であることを特徴とする方法。
【請求項２】前記基準ビームが、前記基板の前面から反射される前記探査
ビームの別の部分によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項３】所定のデータを用いて、「振幅及び位相の測定」によって得
られる振幅及び位相の実測値に対応する接合深さを調べる過程を更に有し、前記所定のデータが前記実測値を所定の基板の或る既知の接合深さと関連させ
ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】シミュレータを作動させることによって所定のデータを生成
し、前記基板内の所与のドーパントプロファイルについて深さの関数として過剰
担体のプロファイルを決定する過程を更に有することを特徴とする請求項３に記
載の方法。
【請求項５】前記生成過程が、前記前面からの深さについての過剰担体プロファイルの導関数とcos(2knz)を
乗算する過程と、前記前面の深さについての乗算の積を積分する過程と、前記積分の結果を或る定数と乗算して、前記干渉信号の振幅及び位相のシミュ
レーション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４に記載の方
法。ここで、zは深さ、k＝2π／λ、λは探査ビームの波長、nは基板の反射指数であ
る。
【請求項６】前記変調の間に測定を複数回繰り返す過程と、前記繰り返し過程中に得られる特性の複数の実測値から前記領域の特性の平均
値を計算する過程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】所定のデータを用いて前記実測値に対応する接合深さを調べ
る過程を更に有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】前記領域をここからは第１領域と称し、前記領域に隣接する第２領域において複数の過剰担体を作成過程と、前記第２領域内で「振幅及び位相の測定」を繰り返す過程と、前記繰り返し過程中に得られる前記第２領域における第２実測値と前記「振幅
及び位相の測定」中に得られる前記第１領域内の第１実測値との差を計算する過
程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】前記差を所定の限界と比較する過程と、前記差が前記所定の限界を超える場合には、基板を製作する際に用いられる処
理パラメータを変更する過程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】活性なドーパントに基板を熱処理する過程を更に有し、該
熱処理後に測定が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】複数の過剰担体の平均数を変化させる過程と、「振幅及び位相の測定」を繰り返す過程と、所定のデータに適合する複数の所定の曲線を用いて、「振幅及び位相の測定」
によって決定される第１実測値と繰り返し過程によって決定される第２実測値と
を最良適合させる接合深さを調べる過程を更に有し、各所定の曲線が所定の基板の複数ある既知の接合深さの１つと前記振幅及び位
相を関連させていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】前記所定の周波数が、式【数１】に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。ここで、fは周波数、τは前記基板内の或る過剰担体の寿命である。
【請求項１３】前記複数の過剰担体が、レーザによって形成される生成ビ
ームによって作成されるものであり、該生成ビームが第１波長λgを有し、前記
探査ビームが第２波長λpを有し、該第２波長λpが、次式【数２】に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。ここで、αp、αgは各々前記探査ビーム、前記生成ビームの基板における吸収
係数であり、Pp、Pgは各々前記探査ビーム、前記生成ビームの出力であり、w_g、
w_pは前記ウェーハの前面における前記生成ビーム、前記探査ビームのフォーカル
スポットの半径である。
【請求項１４】前記生成ビームが、前記ウェーハのバンドギャップエネル
ギーより高いエネルギーを有する複数のフォトンを有することを特徴とする請求
項１３に記載の方法。
【請求項１５】前記生成ビームが、結晶シリコンのバンドギャップエネル
ギーよりは高いがアモルファスシリコンのバンドギャップエネルギーよりは低い
エネルギーを有する複数のフォトンを有することを特徴とする請求項１３に記載
の方法。
【請求項１６】前記探査ビームが、前記ウェーハのバンドギャップエネル
ギーより低いエネルギーを有する複数のフォトンを有することを特徴とする請求
項１に記載の方法。
【請求項１７】前記探査ビームが、前記ウェーハのバンドギャップエネル
ギーにほぼ等しいエネルギーを有する複数のフォトンを有することを特徴とする
請求項１に記載の方法。
【請求項１８】前記周波数が、式【数３】に従うことを特徴とする請求項１に記載の方法。ここで、fは周波数、τは１つの過剰担体の寿命である。
【請求項１９】前記探査ビームがコヒーレントであって、前記基準ビームが前記探査ビームに関してコヒーレントであって、前記基準ビームが、前記探査ビームの位相から可変独立している位相を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】前記基準ビームの位相を変化させる過程と、測定を繰り返す過程を更に有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】前記測定する過程が、位相検出器を用いて前記基準ビームと前記前面に反射される前記探査ビームの別の部分との干渉
によって得られる第１干渉信号と前記基準ビームと複数の過剰担体に反射される前記探査ビームの前記部分と
の干渉によって得られる第２干渉信号の位相差を検出する過程を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】第１の数の電荷担体からなる複数の電荷担体を有するウェ
ーハの或る領域において測定を行う方法であって、前記領域を刺激する間に、第２の数の電荷担体からなる複数の電荷担体の領域
を刺激する過程と、測定装置を用いて、前記刺激過程に影響される信号の実測値を得る過程と、シミュレータを作動させ、 (i) 前記領域における活性ドーパント濃度の所定のプロファイルと、 (ii) 刺激の条件に基づき信号のシミュレーション値を生成する過程と、前記シミュレーション値を前記実測値と比較し、前記シミュレーション値が前
記実測値と一致するかを決定する過程を更に有することを特徴とする方法。
【請求項２３】所定のプロファイルを含む所定のプロファイル一式のため
に前記作動過程を繰り返し、前記シミュレーション値を含むシミュレーション値
一式を生成する過程と、前記シミュレーション値一式の各シミュレーション値と比較する過程を繰り返
し、実測値に最も近似するシミュレーション値を合うように決定する過程を更に
有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】追加シミュレーション値と前記実測値の差が所定の量より
小さくなるまで複数の追加所定のプロファイルを用いて前記作動過程を繰り返す
過程と、前記追加シミュレーション値を合うように決定する過程を更に有することを特
徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】前記所定のプロファイルに基づく前記領域の特性の値を計
算する過程を更に有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】前記比較過程の結果に基づき、ウェーハ処理ユニット及び
熱処理装置からなるグループから選択する装置へ制御信号を送る過程を更に有す
ることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】前記測定装置が干渉計を有し、前記信号が、基準ビームと前記領域内の、前記刺激過程によって作成される複数の過剰担体に反射され
る輻射線の探査ビームの一部分との干渉から得られる干渉信号であることを特徴
とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】前記基準ビームが、前記基板の前面から反射される前記探
査ビームの別の部分によって形成されていることを特徴とする請求項２７に記載
の方法。
【請求項２９】前記刺激過程が、前記領域内で複数の過剰担体を作成し、
複数の過剰担体の過半数が、大部分の担体が拡散によって前記領域から確実に出
て行く程度に十分小さい所定の周波数において変調されることを特徴とする請求
項２２に記載の方法。
【請求項３０】前記作動過程が、前記基板における深さの関数として過剰
担体のプロファイルを決定する過程を有することを特徴とする請求項２９に記載
の方法。
【請求項３１】過剰担体の前記プロファイルを用いて前記シミュレーショ
ン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３０に記載の方法。
【請求項３２】複数のバックグラウンド担体を有するウェーハの或る領域
において測定を行う装置であって、拡散によって大部分の担体が前記領域から確実に出て行く程度に十分小さい所
定の周波数で、その数が時間的に変調されるような複数の過剰担体を前記領域内
で作成する手段と、輻射線の探査ビーム源と、複数の過剰担体の変調によって位相において変調される、基準ビームと前記領
域内で複数の過剰担体に反射される前記探査ビームの一部分との干渉によって得
られる信号の経路に設置された干渉計とを有することを特徴とする装置。
【請求項３３】前記干渉計が、前記複数の過剰担体に反射される前記探査ビームの前記部分と前記基板の前面に反射される前記探査ビームの別の部分との干渉によって得られる信号の振幅及び位相を検出するロックインアンプを有
することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】前記干渉計に接続された検出器を更に有し、該検出器を用
いて前記基準ビームと前記基板の前面に反射される探査ビームの別の部分との干
渉によって得られる第１干渉信号と前記基準ビームと前記複数の過剰担体に反射される前記探査ビームの前記部
分との干渉によって得られる第２干渉信号との位相差を測定することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】干渉計に接続されたコンピュータを更に有し、該コンピュ
ータが、所定のデータを用いて前記干渉計により測定した探査ビームの一部分の
出力に対応する接合深さを調べるようにプログラムされていることを特徴とする
請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】所定の周波数が、式【数４】に一致することを特徴とする請求項３２に記載の装置。ここで、fは周波数、τは１つの過剰担体の寿命である。
【請求項３７】前記作成手段としては、第１波長λgを有する輻射線の生
成ビームを生成するレーザがあり、前記探査ビームが第２波長λpを有し、該第２波長λpが式、【数５】に従うことを特徴とする請求項３２に記載の装置。ここで、αp、αgは各々前記探査ビーム、前記生成ビームの基板における吸収
係数であり、Pp、Pgは各々前記探査ビーム、前記生成ビームの出力であり、w_g、
w_pは前記ウェーハの前面における前記生成ビーム、前記探査ビームのフォーカル
焦点半径である。