JP2005277417A - 試料の１つ又は複数の特性を決定するための方法とシステム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ等の試料に関する少数キャリア拡散長とこれに基づく試料内の汚染レベルを決定する主システム並びに試料の電気的欠陥マップを検出するサブシステムを提供する。
【解決手段】試料の特性を決定する主システムは、異なる波長の光源１０，１２の光を実質的に同時に試料２６に照射するように構成する。異なる波長の光は、変調器１４により実質的に同じ周波数で変調される。主システムは、さらに、試料２６に対し少なくとも２回の測定を実行するように構成する。試料２６の少数キャリア拡散長は、異なる波長での試料の測定と吸収係数から決定する。試料２６上の欠陥を検出するサブシステムは、試料２６の上面上の複数の位置に電荷を堆積するように構成する。このサブシステムは、複数の位置でプローブ２２の振動を測定するように構成する。試料２６上の欠陥は、測定された表面電圧から生成された試料２６の二次元マップを使用して検出する。
【選択図】図１

Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００４年３月２２日に出願した「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｏｎｅ ｏｒ Ｍｏｒｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ」という表題の米国仮出願第６０／５５５，１７２号の優先権を主張するものである。

本発明は、一般に、試料の１つ又は複数の特性を決定するための方法とシステムに関する。いくつかの実施態様は、試料の少数キャリア拡散長と汚染レベルを決定するための方法とシステムに関する。他の実施態様は、試料にある欠陥を検出するための方法とシステムに関する。

本方法とシステムは、半導体ウェハにおける少数キャリア寿命の測定に現在使用可能である。半導体ウェハの少数キャリア寿命は、ウェハの汚染の度合いを示すため、半導体メーカーにとって重要である。例えば、少数キャリア寿命はウェハの汚染度に反比例する。特に、参照により本明細書に組み込まれているＬａｇｏｗｓｋｉらの米国特許第６，５１２，３８４号で説明されているように、少数キャリア拡散長Ｌは、過剰な少数キャリアがその寿命の間に半導体内に拡散する実効距離である。少数キャリア拡散長の値は、半導体材料の純度の指標として使用される。Ｌは半導体内の汚染物質濃度の尺度を与えるが、それは重金属が少数キャリア寿命を短くする再結合中心として機能するからである。そのため、汚染物質の濃度が高いほど、少数キャリア拡散長は短くなる。

通常、ウェハ内に不注意で入り込んでいる可能性のある潜在的に有害な不純物の濃度を測定するため、超小型電子チップ又は「集積回路」の加工のさまざまな段階でシリコン・ウェハの拡散長が測定される。少数キャリア拡散長を頻繁に監視することにより、所定のプロセス又は所定の装置が許容可能なレベルを超えてウェハを汚染し始めたときにそのことを識別することができる。加工装置の予防保守又は化学薬品の交換をこの段階で実行すると、大規模な製造損失の可能性を減少させることができる。

以前、半導体ウェハの少数キャリア寿命を測定する方法は、複数の波長の光をウェハに照射し、その結果発生する表面光電圧（ＳＰＶ）信号を検出するという操作を行っており、これは、少数キャリア拡散長を決定するために使用することができる。「表面光電圧」という用語は、一般に、明るいときの表面空間電荷の減少と暗いときの表面空間電荷の回復として定義される。このような方法の一例は、参照により本明細書に組み込まれているＧｏｏｄｍａｎによる米国特許第４，３３３，０５１号で説明されている。Ｇｏｏｄｍａｎは、単色光分光器に結合されている広帯域光源を使用してウェハに光を照射する。ウェハは、異なる波長の光を順次照射される。それぞれの波長（異なる吸収係数αに対応する）で、同じＳＰＶ信号が得られるように光子束（Φ）を調整する。光源の変調には、チョッパ・ホイールが使用される。拡散長は、Φに対する１／αのグラフから決定される。

他の方法は、Ｑｕｉｌｌｉｅｔによって最初に開発されたもので、類似の方法の一例が、参照により本明細書に組み込まれているＬａｇｏｗｓｋｉによる米国特許第５，０２５，１４５号で説明されている。Ｑｕｉｌｌｉｅｔは、広帯域光源と単色光分光器を使用して、ウェハに異なる波長の光を照射した。それとは対照的に、Ｌａｇｏｗｓｋｉは、広帯域光源とバンドパス・フィルタを使用して、ウェハに異なる波長の光を照射した。それぞれの方法は、一定の光子束を保持し、異なる選択された波長で順次ＳＰＶを測定する。変調は、チョッパ・ホイールを使用して行われる。参照により本明細書に組み込まれている、Ｌａｇｏｗｓｋｉらによる米国特許第５，６６３，６５７号に例示されている他の例では、電圧プローブ設計の変更形態、ウェハ反射率の補正、長い拡散長（ウェハの厚さよりも大きい）に対する補正を導入した。Ｌａｇｏｗｓｋｉらによる米国特許第６，５１２，３８４号で例示されている光子一定法の新しい版で、Ｌａｇｏｗｓｋｉらは、２つの異なる波長で変調された２つの波長を使用し、両方の波長の光をウェハに同時に照射することにより拡散長の一定の光子束決定を実行している。光の第１の波長は、バンドパス・フィルタに結合されている広帯域光源により供給される。光の第２の波長は、バンドパス・フィルタに結合されている赤外線発光ダイオード（ＩＲ ＬＥＤ）により供給される。

しかし、上述の方法とシステムには、いくつかの欠点がある。例えば、Ｇｏｏｄｍａｎによる米国特許第４，３３３，０５１号で説明されているシステムには、同じＳＰＶ信号を得るのにそれぞれの波長で光子束を調整しなければならないという欠点がある。サーボを使用してこの調整を行うとしても、ＳＰＶ信号を測定し、それに応じて光子束を調整するのに時間がかかるというスループット面の欠点がある。Ｌａｇｏｗｓｋｉによる米国特許第５，０２５，１４５号とＬａｇｏｗｓｋｉらによる米国特許第５，６６３，６５７号で説明されているシステムには、それらの波長の光がウェハに順次送られるという欠点がある。この構成により、同じ測定部位にそれぞれの波長の光を順次照射しなければならないので、スループットの損失が発生する。また、波長切り替えに要する時間的尺度でウェハの特性が変化する可能性もある。例えば、Ｌａｇｏｗｓｋｉらが米国特許第６，５１２，３８４号で説明しているように、第１と第２のＳＰＶの順次測定で遅延が生じると、つまり、通常６秒かかると、ウェハの表面状態が変化する、例えば、ウェハの運動、前の化学処理の後の表面緩和、周囲の変化で生じる吸着又は脱着などにより静電荷が発生する。このような変化により、ＳＰＶ信号値が変わり、それによって、拡散長測定に誤差が生じる。米国特許第６，５１２，３８４号で説明されているシステムでは、２つの異なる波長の光をウェハに同時に照射することによりスループット問題に対処している。しかし、これらのシステムには、波長が２つの異なる周波数で変調されるという欠点がある。この変調方式は、その結果のａｃ−ＳＰＶ信号の復調を２つの基準周波数で行う必要がある。さらに、ＳＰＶ振幅は、変調周波数の上昇とともに減少する傾向がある。この周波数の依存があるため、米国特許第６，５１２，３８４号で示されている２つの補正手順のうちの１つを使用して測定済みＳＰＶ信号を単一の変調周波数に正規化する必要がある。

したがって、比較的高いスループット、比較的よい精度、比較的単純な設計である、少数キャリア寿命又は少数キャリア拡散長などの試料の特性を決定するシステムと方法を開発することが望ましい。

ウェハなどの試料の検査は、通常、半導体加工プロセスのさまざまな段階で実行される。検査は、ウェハ上にうっかり形成されてしまった可能性のある電気的欠陥及び／又は他のさまざまな種類の欠陥などの欠陥を検出するために実行され、それらの欠陥の一部は、ウェハ上に最終的に形成される集積回路のパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性がある。ウェハを頻繁に検査することにより、所定のプロセス又は所定の装置がウェハ上の欠陥の原因となっている場合にそのことを識別することができる。加工装置の予防保守又は化学薬品の交換をこの段階で実行すると、欠陥による大規模製造損失の可能性を減じることができる場合がある。

集積回路は本来的に電気的なものであるので、電気的欠陥は、集積回路製造に関わる人々にとって特に重大である。これまで、ウェハの電気的欠陥を検査するためさまざまな方法とシステムが開発されてきている。電気的欠陥検査の魅力的な方法とシステムのいくつかの例が、参照により本明細書に組み込まれている、Ｓａｔｙａらの米国特許第６，４４５，１９９号とＷｅｉｎｅｒらの米国特許第６，６４２，７２６号に例示されている。Ｓａｔｙａらが説明している方法の１つは、荷電粒子ビームでサンプルを照射し、それによってサンプル上に存在する構造物内に電位コントラストを引き起こす方法を含む。サンプルは、走査型電子顕微鏡を使用して照射することができる。電位コントラスト・モードでは、走査型電子顕微鏡は、電位コントラスト・データの視覚的又は強度コントラストに関して電荷ドレイン接地形状から浮遊電荷導体形状を区別することができる。電気的欠陥の位置に関する位置データも、電位コントラスト情報から決定することができる。

Ｗｅｉｎｅｒらにより説明されている一方法では、試験構造物は、電位コントラスト検査実行中に電子ビームでスキャンされた場合に特定の電位に帯電する複数のフィーチャ（特徴的な形状）を備えるように設計されている。スキャンされたフィーチャの画像が生成され、それぞれのフィーチャの相対的輝度レベルは、検査時の各フィーチャの対応する電位に依存する。つまり、いくつかのフィーチャは暗く見えることが予想され、他のフィーチャは明るく見えることが予想される。スキャンされたフィーチャに欠陥が存在していない場合、対応する画像は、予想された数の明るいフィーチャと暗いフィーチャを持つ。しかし、欠陥が存在する場合、生成された画像内の暗いフィーチャと明るいフィーチャの数は予想された結果と一致しない。

ＳａｔｙａらとＷｅｉｎｅｒらとが説明している方法とシステムは、特に他の電気的欠陥検査の方法とシステムと比較して電気的欠陥の検出にきわめて有用であることが実証されているが、それらの電位コントラスト・ベースの検査の方法とシステムのいくつかの態様には改善の余地がある。例えば、これらの方法とシステムでは検査に荷電粒子ビームを使用するため、検査は真空環境内で実施されなければならない。真空環境内で検査を実行するのは、周囲環境内で検査するのと比べて費用がかかり、また低速である。さらに、電気的欠陥検査の方法とシステムは、一般的に、１種類のみの荷電粒子（例えば、電子）を使用して検査するように設計されている。したがって、そのような検査の方法とシステムにより生成できるデータは、いくぶん限られており、特に、欠陥の種類の識別（つまり、分類）で使用される。
米国仮出願第６０／５５５，１７２号 米国特許第６，５１２，３８４号 米国特許第４，３３３，０５１号 米国特許第５，０２５，１４５号 米国特許第５，６６３，６５７号 米国特許第６，４４５，１９９号 米国特許第６，６４２，７２６号 米国特許出願第１０／６１６，０８６号 米国特許出願第１０／７０１，１１２号 米国特許第６，３６６，１０４号 米国特許第６，５３１，７７４号 米国特許第６，５３８，４５４号 米国特許第６，５６３，２９９号 米国特許第６，６１４，２２７号

したがって、周囲環境の中で使用され、それによって、コストを低減し、電気的欠陥検査のスループットを向上させることができ、電気的欠陥検査に現在使用可能な方法とシステムよりも有用なデータを生成できる、電気的欠陥検査と分類のための方法とシステムを開発することが望ましいと考えられる。

本発明の一実施態様は、試料と接触せずに試料の特性を決定するように構成されているシステムに関する。本システムは、試料上の測定スポットに異なる波長の光を実質的に同時に照射するように構成されている２つの光源を備える。２つの光源は、実質的に同じ周波数で変調される。これら２つの光源のうちの第１の光源は、２つの光源のうちの第２の光源と比較して９０°ずれた位相で変調される。いくつかの実施態様では、２つの光源はレーザを含む。例えば、一実施態様では、２つの光源はダイオード・レーザを含むことができる。そのような実施態様では、２つの光源は、レーザのドライバを変調することにより変調することができる。他の実施態様では、２つの光源を、試料に実質的に一定の光束を照射するように構成することができる。他の実施態様では、これら２つの光源はサーボ回路に結合されている。本サーボ回路は、光源の１つ又は複数のパラメータ（例えば、レーザ光量）を調整して２つの波長で実質的に同じ（つまり、実質的に等しい）表面光電圧（ＳＰＶ）信号を出力するように構成されている。本システムは、さらに、試料上で少なくとも２回の測定を実行するように構成されているプローブも備える。少なくとも２つの測定結果のそれぞれは、２つの光源のうちの１つを試料に照射することにより生成される。これらの測定は、表面光電圧測定又は光束測定である。

さらに、システムは、異なる波長で試料の少なくとも２つの測定結果と吸収係数から試料の少数キャリア拡散長を決定するように構成されたプロセッサを備える。一実施態様では、２つの光源の光束レベルは実質的に同じである。プロセッサも、２つのＳＰＶ測定結果の逆数（１／ＳＰＶ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成するようになっている。このような実施態様では、プロセッサは、さらに、グラフへのリニア・フィットから少数キャリア拡散長を決定するように構成されている。他の実施態様では、この２つの光源は、レーザ光量を調整して２つの波長で実質的に同じＳＰＶ信号を発生するサーボ回路を備えるように構成されている。この実施態様では、プロセッサは、さらに、光束（Φ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成するように構成されている。このような実施態様では、プロセッサは、さらに、グラフへのリニア・フィットから少数キャリア拡散長を決定するように構成されている。一実施態様では、プロセッサは、少数キャリア拡散長を使用して試料内の汚染レベルを決定するように構成されている。いくつかの実施態様では、システムをプロセス装置に結合することができる。上述のシステムの実施態様は、それぞれ、さらに、本明細書で説明されているように構成されている。

他の実施態様は、試料に接触せずに試料の特性を決定する方法に関係する。この方法は、２本の光線を試料上の測定スポットに実質的に同時に照射することを含む。２本の光線は、異なる波長を持つ。さらに、２本の光線は、同じ周波数で変調される。これら２本の光線のうちの第１の光線は、２本の光線のうちの第２の光線と比較して９０°ずれた位相で変調される。いくつかの実施態様では、２本の光線は、実質的に一定の光束を持つ。この方法は、さらに、試料に対し少なくとも２つの測定を実行することを含む。少なくとも２つの測定結果のそれぞれは、２本の光線のうちの１本を試料に照射することにより得られる。他の実施態様では、２本の光線を発生するように構成されている２つの光源は、光線により２つの波長で実質的に同じ（つまり、実質的に等しい）ＳＰＶ信号が発生するように光源の１つ又は複数のパラメータ（例えば、レーザ光量）を調整する構成のサーボ回路に結合される。

さらに、この方法は、異なる波長で試料の少なくとも２つの測定結果と吸収係数から試料の少数キャリア拡散長を決定することを含む。一実施態様では、２本の光線の光束レベルが実質的に同じである場合、少数キャリア拡散長を決定することは、２つのＳＰＶ測定結果の逆数（１／ＳＰＶ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成することを含む。このような実施態様は、さらに、グラフへのリニア・フィットから少数キャリア拡散長を決定することを含む。他の実施態様では、２つの光源が２つの波長で実質的に同じＳＰＶ信号を出力するように構成されている場合、少数キャリア拡散長を決定することは、光束（Φ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成することを含む。このような実施態様では、少数キャリア拡散長は、グラフへのリニア・フィットから決定することができる。いくつかの実施態様では、この方法は、少数キャリア拡散長を使用して試料内の汚染レベルを決定することを含む。上述の方法の実施態様のそれぞれは、本明細書で説明されている工程を含む。

別の実施態様が、試料上の欠陥を検出するように構成されているシステムに関係している。一実施態様では、それらの欠陥は電気的欠陥を含む。いくつかの実施態様では、試料はパターン形成されたウェハを含む。しかし、本明細書で説明されているこれらの方法とシステムは、さらに、これらの試料とその他の試料上の以下の種類の欠陥を検出するためにも使用することができる。

システムは、試料の上面上の複数の位置に電荷を堆積させるように構成されている電荷堆積(charge deposit)サブシステムを備える。システムは、さらに、電荷が堆積された後、複数の位置でプローブの振動を測定するように構成されている測定サブシステムも備える。いくつかの実施態様では、測定サブシステムは、電荷堆積サブシステムが複数の位置のうちの他の位置で電荷を堆積させている間に複数の位置のうちの１つで振動を測定するように構成されている。

一実施態様では、プローブは、カンチレバーに結合されたＫｅｌｖｉｎプローブであってよい。そのような実施態様では、測定サブシステムは、カンチレバーの位置を光学的に測定することによりプローブの振動を測定するように構成されている。他の実施態様では、プローブは、複数の位置の上に実質的に同時に複数のプローブを配列できるようにアレイの形で配置されている複数のプローブを含む。そのような一実施態様では、測定サブシステムは、複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定するように構成されている。一実施態様では、このプローブの先端サイズは、約１０μｍから約１ｎｍである。さらに、システムは、振動測定結果から複数の位置の表面電圧を決定するように構成されているプロセッサを備える。

プロセッサは、さらに、複数の位置の表面電圧を使用して試料の二次元マップを生成するように構成される。プロセッサは、さらに、二次元マップを使用して試料上の欠陥を検出するように構成される。いくつかの実施態様では、上述のプローブは、検査プローブとすることができる。そのような一実施態様では、測定サブシステムは、さらに、欠陥の位置でレビュー・プローブの振動を測定するように構成させることもできる。このようにして、システムは、欠陥の検査とレビューの両方を行うように構成されている。一実施態様では、レビュー・プローブの先端サイズは、検査プローブの先端サイズよりも小さい。

いくつかの実施態様では、試料上に堆積されている電荷は、第１の種類の電荷とすることができる。電荷堆積サブシステムは、試料の他の二次元マップを生成できるように試料上の複数の位置に第２の種類の電荷を堆積させるように構成されている。二次元マップの両方又は一方を使用して、試料上の欠陥を検出することができる。上述のシステムの実施態様は、それぞれ、さらに、本明細書で説明されているように構成されている。

さらに他の実施態様は、試料上の電気的欠陥を含んでいる欠陥を検出するための方法に関係する。しかし、欠陥は、本明細書で説明されている他の欠陥を含んでいてもよい。試料は、パターン形成されたウェハ又は本明細書で説明されているその他の試料を含むことができる。この方法は、試料の上面上の複数の位置に電荷を堆積させることを含む。この方法は、さらに、電荷が堆積された後、複数の位置でプローブの振動を測定することも含む。一実施態様では、振動の測定は、複数の位置のうちの１つで実行できるが、その際に、電荷の堆積が複数の位置の他の位置で実行される。

他の実施態様では、プローブは、カンチレバーに結合されたＫｅｌｖｉｎプローブを含むことができる。そのような一実施態様では、プローブの振動を測定することは、カンチレバーの位置を光学的に測定することを含む。いくつかの実施態様では、プローブは、複数の位置のうちの複数の位置の上に実質的に同時に複数のプローブを配列できるようにアレイの形で配置されている複数のプローブを含む。そのような一実施態様では、振動を測定することは、複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定することを含む。

さらに、この方法は、振動測定結果から複数の位置の表面電圧を決定することを含む。この方法は、さらに、複数の位置の表面電圧を使用して試料の二次元マップを生成することを含む。この方法は、さらに、二次元マップを使用して試料上の欠陥を検出することも含む。一実施態様では、上述のプローブは、検査プローブとすることができる。そのような一実施態様では、この方法は、欠陥の位置でレビュー・プローブの振動を測定することにより欠陥をレビューすることを含む。レビュー・プローブの先端サイズは、検査プローブの先端サイズよりも小さくてもよい。

いくつかの実施態様では、試料上に堆積されている電荷は、第１の種類の電荷である。そのような一実施態様では、この方法は、試料の追加二次元マップを生成できるように複数の位置に第２の種類の電荷を堆積させることを含む。このような一実施態様で、試料上の欠陥は、二次元マップ及び／又は追加二次元マップを使用して検出することができる。上述の方法の実施態様のそれぞれは、本明細書で説明されている工程を含む。

本発明の他の利点は、付属の図面を参照しつつ、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと、当業界者には明白なことであろう。

本発明はさまざまな修正を加えることができ、また他の形態も可能であるが、特定の実施形態を図面の例を用いて示しており、これらについて以下で詳述する。図面は縮尺どおりでない場合がある。ただし、図面と詳細な説明は本発明を開示されている特定の形態に制限する意図はなく、むしろその反対に、付属の請求項によって定義されているように、本発明は本発明の精神と範囲にあるすべての修正、等価物、代替物を対象とすることは理解されるであろう。

本明細書で使用されているように、「試料」は、一般的に、ウェハ又は当業界で知られている他の何らかの試料として定義される。「ウェハ」という用語は、一般に、半導体又は非半導体材料で形成されている基板を指す。このような半導体又は非半導体材料の例としては、限定はしないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウムがある。このような基板は、一般に、半導体加工設備内にあり、かつ／又は半導体加工設備内で加工されるようにできる。

ウェハは、基板のみを含むこともある。このようなウェハは、一般に、「バージン・ウェハ」と呼ばれる。それとは別に、ウェハは、半導体基板上に形成された１つ又は複数の層を含むこともできる。例えば、このような層として、限定はしないが、レジスト、誘電体、導体がある。レジストは、光リソグラフィ手法、電子ビーム・リソグラフィ手法、又はＸ線リソグラフィ手法によってパターン形成できるレジストを含むことができる。誘電体の例としては、限定はしないが、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタンがある。さらに誘電体の他の例としては、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社が市販しているＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（商標）などの「ｌｏｗ−ｋ」誘電体、カリフォルニア州サンノゼのＮｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．社が市販しているＣＯＲＡＬ（商標）、「ｘｅｒｏ ｇｅｌｓ」などの「ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ ｋ」誘電体、五酸化タンタルなどの「ｈｉｇｈ−ｋ」誘電体がある。さらに、導体の例としては、限定はしないが、アルミニウム、多結晶シリコン、銅がある。

ウェハ上に形成される１つ又は複数の層は、パターン形成されていてもよいし、パターン未形成でもよい。例えば、ウェハは、反復可能パターンのフィーチャを持つ複数のダイスを含むことができる。そのような材料の層の形成と加工により、最終的に、完成半導体デバイスができる。したがって、ウェハは、完成半導体デバイスの層すべてが形成されているわけではない基板、又は完成半導体デバイスのすべての層が形成されている基板をも含む。「半導体デバイス」という用語は、本明細書では、「集積回路」という用語と交換可能に使用される。

試料は、さらに、ウェア上に形成された薄膜ヘッド・ダイスの少なくとも一部、ウェハ上に形成された超小型電気機械システム（micro-electro-mechanical system:ＭＥＭＳ）デバイス、フラット・パネル・ディスプレイ、磁気ヘッド、磁気的・光学的記録媒体などを含み、さらに、レーザ、導波管、ウェハ、印字ヘッド、ウェハ上で加工されたバイオチップ・デバイスなどのその他の受動的コンポーネントなどのフォトニクスやオプトエレクトロニクス・デバイスを含むその他のコンポーネントの少なくとも一部をも含む。

そこで、図面を参照すると、図１〜２と４〜６は縮尺通りに作図されていない。特に、図の要素の一部の縮尺は、大幅に誇張されており、要素の特性が強調されている。また、図１〜２と４〜６は同じ縮尺で作図されていない。同様に構成されることができる複数の図に示されている要素は、同じ参照番号を使用して示されている。

図１は、試料の特性を決定するように構成されているシステムの一実施形態を例示している。本明細書で説明されているシステム（及び方法）の一般的な目的は、ウェハなどの試料内の汚染レベルを監視することである。例えば、これらのシステムと方法は、低注入領域内の少数キャリア拡散長の測定を行う。低注入領域は、一般に、試料内の過剰な少数キャリア密度が平衡多数キャリア密度よりも低い状態として定義することができる。しかし、本明細書で説明されているシステムと方法は、他の形態でも使用できる。拡散長は、表面光電圧の逆数（１／ＳＰＶ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフから決定することができる。このような決定は、ＳＰＶが試料に入射した一定の光束により測定される場合に使用することができる。それとは別に、拡散長は、光束（Φ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフから決定することができる。サーボ回路を使用して、光源又は２つの波長で実質的に同じＳＰＶ信号を出力するように光源により出力される光線の１つ又は複数のパラメータ（例えば、レーザ光量）を調整する場合に、そのようなグラフを使用することができる。これらの測定結果を使用することにより、試料の１つ又は複数の少数キャリア寿命を決定することができる。寿命は、試料内の汚染の度合いに逆比例する（つまり、汚染レベルが高くなると、電子−正孔の対が持つ再結合部位が増え、したがって寿命が低下する）。

図１に示されているように、システムは、２つの光源１０、１２を備える。一実施形態では、光源１０、１２は、ダイオード・レーザなどのレーザを備えることができる。このため、システム設計は、少数キャリア拡散長測定に現在使用可能な他のシステムに比べてかなり単純である。例えば、ダイオード・レーザから発生する光の狭波長域により、単色光分光器又はバンドパス・フィルタの必要がなくなる。しかし、光源については、当業界で知られている光源であれば他のどのようなものでもよいことは理解されるであろう。例えば、光源として、バンドパス・フィルタ又は単色光分光器に結合されている広帯域照明光源又は赤外線（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥＤ）などの他の光源がある。レーザの代わりに使用できるこのような光源はほかにも多数あるが、その結果できあがるシステムはより複雑なものとなる。

変調器１４は、ダイオード・レーザ１０、１２に結合されている。変調器１４は、ダイオード・レーザのドライバ（図に示されていない）を直接変調することにより両方のダイオード・レーザを変調することができる。したがって、ダイオード・レーザのドライバを直接変調することにより、チョッパ・ホイールをシステムから取り除くことができる。変調器は、実質的に同じ周波数で両方の光源を変調するように構成される。光源が変調される周波数は、例えば、測定される試料に応じて異なることがある。光源を変調するのに適した周波数は、約１ｋＨｚ未満とすることができる。いくつかの実施形態では、光源を変調する適切な周波数は約５００Ｈｚとすることができる。さらに、光源の一方は、他方の光源と比べて９０°ずれた位相で変調される。例えば、光源１２は、光源１０と比べて９０°ずれた位相で変調され、またその逆も可能である。したがって、本明細書で説明されているシステムは、現在使用されているシステムよりも変調方式が単純であり、しかも同時に照明できるように設計されているため、他の現在使用されているシステムよりも有利である。この変調器には、当業界で知られている適切な変調器を含めることができる。

光源１０、１２は、異なる波長を持つ光を発生するように構成されている。両方の光源で発生する光の波長は、測定対象の試料のバンドギャップよりも短いのが好ましい。このようにして、光の波長は、測定される試料に応じて異なっていてもよい。例えば、測定される試料がシリコン・ウェハの場合、光源１０、１２で発生する光の波長は、約７８０ｎｍと約９５０ｎｍとすることができる。しかし、光の波長は、シリコンのバンドギャップよりも短い波長であればどのような波長でもよい。適切な波長の例として、約７５０ｎｍから約１０００ｎｍまでの波長がある。光源の波長は、照射により発生する少数キャリアが試料の上面の下の異なる深さまで及ぶように選択されるのが好ましい。例えば、異なる波長は、一般に、約１ｎｍ以上（例えば、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍなど）隔てられている単一又は単一に近い波長である。さらに、光源は、実質的に一定している光束を持つ光を発生するように構成されている。さらに、両方の光源の光束レベルは、実質的に同じでもよいし、またその結果のＳＰＶ読み取り値が実質的に同じになるように調整することもできる。光源の光束レベルは、当業界で知られている手段を使用して、監視、変更、及び／又は制御を行うことができる。

光ファイバ束１６は光源１０に結合され、光ファイバ束１８は光源１２に結合されている。光ファイバ束には、当業界で知られている適切な光ファイバ束を含めることができる。光源から出る光は、それぞれの光ファイバ束内に結合され、さらに、光ファイバ束２０内に結合される。このようにして、光ファイバ束１６と１８から出た光は、光ファイバ束２０内に結合される。光ファイバ束２０には、当業界で知られている適切な光ファイバ束を含めることもできる。

光ファイバ束２０はプローブ２２に結合されている。特に、光ファイバ束２０はその光ファイバ束２０から出た光が試料２６上の測定スポット２４を照射できるようにプローブ２２に結合される。このようにして、光源１０、１２から出た光は、試料２６上の測定スポット２４を実質的に同時に照射することができる。さらに、光源１０、１２から出た光とプローブ２２は、同時に同じ測定スポットに向けることができる。このようにして、照射と測定は、遅れることがほとんどなく、又は全くなく、実行できる。システムは、さらに、測定時に試料を配置できるステージ（図に示されていない）も備えることができる。このステージには、当業界で知られている適切なステージを含めることができる。

試料の測定スポットの照射された部分は、光源１０、１２から出た光を吸収し、過剰なキャリア（正孔と電子）を発生するが、それは、入射光子のエネルギーが試料のバンドギャップよりも高いからである。光発生と拡散プロセスの結果、いくつかの数の電子−正孔対が試料の表面付近に到達し、表面空間電荷領域の電界により隔てられ、表面光電圧（ＳＰＶ）を発生する。異なる波長の光により、領域内に少数キャリアが発生し、試料表面の下の異なる深さにまで及ぶ。プローブ２２は、測定スポット２４で資料２６のＳＰＶを測定するように構成されている。それぞれのＳＰＶは、２つの光源のうちの一方を試料に照射することにより発生する。

ＳＰＶ測定は、実質的に同時に実行できるため、明細書で説明されているシステムは、特に当業界で知られている他のシステムと比較したときに高いスループットを持つ。さらに、ＳＰＶ測定を実質的に同時に実行できるため、測定は、時間の経過による試料の変化で生じる誤差の影響を受けることがなく、したがって、異なるときに実行される測定に比べると精度が高い。さらに、ＳＰＶは異なる波長を持ち同じ変調を使用する光により発生するので、ＳＰＶ測定は、変調の違いに関して補正する必要はない。したがって、明細書で詳述されているようにＳＰＶ測定を使用して資料の特性を決定するのは、当業界で知られている他のシステムを使用して特性を決定するのよりも単純であり、かつ正確であるといえる。さらに、本明細書で説明されているＳＰＶの方法とシステムは、精度を約２μｍ（１ｓｉｇｍａ）とすることができるため、当業界で知られている他の手法よりも分解能に優れた手法である。

一実施形態では、プローブ２２は、Ｋｅｌｖｉｎプローブとすることができる。このようなプローブは、当業界では知られている。それとは別に、プローブ２２は、試料と接触せずに、試料のＳＰＶを測定できる当業界で知られている他のプローブとすることもできる。ＳＰＶ測定は、実質的に暗い背景で実行することができる。例えば、ＳＰＶ測定中にその光源からの光とは異なる光が測定スポットに到達するのを制限するように、システムのハウジング（図に示されていない）又は他のコンポーネントが構成されている。他の実施形態では、ＳＰＶ測定は、白色光（図に示されていない）が存在している中で実行できる。例えば、白色光を光源からの光とともに試料上の測定スポットに当てることができる。白色光は、変調できない。白色光を使用して試料内のトラップを飽和させることで、光源からの光によって発生する少数キャリアがトラップ内に移動しそこで立ち往生することがあり得ないようにできる。変調されない光源の存在している中でＳＰＶ測定を実行するように構成されているシステムの例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｌａｇｏｗｓｋｉらによる米国特許第６，５１２，３８４号で説明されている。図１に示されているシステムは、さらに、本特許で説明されているように構成されている。

プローブ２２からの出力は、ロックイン増幅器２８に向かう。両方の光源は同じ周波数で変調されるので、ロックイン増幅器としては、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社が市販しているＱｕａｎｔｏｘ ｔｏｏｌｓで使用されているような標準ロックイン増幅器などがある。ロックイン増幅器２８は、プローブ２２により発生したａｃ−ＳＰＶ信号を光源１０による信号を含む同相チャネルと光源１２による信号を含む直交チャネルで復調するように構成されている。ロックイン増幅器は、当業界で知られている適切なロックイン増幅器を含めることができる。したがって、図１に示されているシステムが他の従来の設計に比べて単純なのは、両方の光源を変調するのに変調器を１つのみ使用できるだけでなく、両方のＳＰＶ信号を復調するのに１つのロックイン増幅器を使用できるからである。

ロックイン増幅器の両方のチャネルからの信号をプロセッサ３０に供給することができる。追加電子コンポーネント（図に示されていない）も、システムに含めることができる。追加電子コンポーネントは、プローブ２２とロックイン増幅器２８との間、及び／又はロックイン増幅器２８とプロセッサ３０との間で結合することができる。追加電子コンポーネントは、プローブ２２からの出力をさらに処理するように構成されている。追加電子コンポーネントには、当業界で知られている適切なコンポーネントを含めることができる。

ＳＰＶの測定では、少数キャリア拡散長とともに、少数キャリア寿命と試料内の汚染濃度をも決定することができる。一実施形態では、プロセッサ３０は、２つのチャネル内の２つのＳＰＶ信号からの試料の少数キャリア拡散長と異なる波長の試料上の吸収係数を決定するように構成されている。吸収係数は、当業界で知られている方法を使用して決定することができる。例えば、吸収係数は、異なる波長での試料について知られている所定の値とすることができる。それとは別に、吸収係数は、波長の関数として試料の吸収係数を記述する定量的関係を使用して決定することもできる。

一実施形態では、プロセッサは、異なる波長で測定されたＳＰＶ値の逆数（１／ＳＰＶ）と異なる波長での吸収係数の逆数（１／α）のグラフを作成することにより少数キャリア拡散長を決定するように構成されている。プロセッサは、その後、グラフへのリニア・フィット（直線当てはめ）から少数キャリア拡散長を決定することができる。例えば、少数キャリア拡散長は、グラフのｘ軸上のリニア・フィットのインターセプトから決定できる。そのような一実施形態では、光源は、上述のように試料に実質的に一定の光束を照射するように構成されている。他の実施形態では、この２つの光源をサーボ回路に結合させることができる。サーボ回路は、レーザ光量を調整して２つの波長で実質的に同じＳＰＶ信号を発生するように構成されている。プロセッサは、さらに、光束（Φ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成するように構成されている。このような実施形態では、プロセッサは、さらに、グラフへのリニア・フィットから少数キャリア拡散長を決定するように構成されている。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、少数キャリア拡散長を使用して試料内の汚染レベルを決定するように構成されている。例えば、少数キャリア拡散長を使用することにより、試料の少数キャリア寿命を決定することができる。少数キャリア寿命は、当業界で知られているアルゴリズム又は方法を使用して少数キャリア拡散長から決定することができる。少数キャリア拡散長又は少数キャリア寿命を使用することにより、試料内の汚染レベルを決定することができる。上述のように、少数キャリア寿命は、試料内の汚染レベルと逆数関係にある。汚染レベルは、当業界で知られているアルゴリズム又は方法を使用して少数キャリア拡散長又は寿命から決定することができる。汚染としては、金属汚染又は当業界で知られているその他の汚染があり得る。プロセッサは、さらに、当業界で知られている他の機能を実行するように構成させることもできる。

図１に示されているように、試料２６は、基板２６ｂ上に形成された誘電体層２６ａを含む。こうして、ＳＰＶ測定を誘電体層２６ａ上で実行することにより、基板内の少数キャリア寿命だけでなく基板の汚染レベルも測定することができる。図１では基板２６ｂ上に層が１つしか示されていないが、誘電体層２６ａの下の基板２６ｂに多数の層（パターン形成及び／又はパターン未形成、及び／又は絶縁）を形成できることは理解されるであろう。このような層があっても、本明細書で説明されている測定結果は変わらない。他の実施形態では、ＳＰＶ測定は基板２６ｂ上で実行される。この実施形態では、誘電体層（及びその他の任意選択の層）は、基板２６ｂ上に形成されていない。

明らかに、図１に示されているシステムは、さまざまな異なる構成を取りうる。例えば、システムは、２つよりも多い光源を備えることができる。光源はそれぞれ、試料上の測定スポットに、異なる波長の光を実質的に同時に照射するように構成できる。したがって、２つよりも多い波長の光を測定スポットに実質的に同時に当てることができる。光源は、上述のように変調され、ＳＰＶ測定も上述のように実行できる。特定の一例では、システムは、４つの光源を備え、４チャネルのダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）を使用して、互いに固定された位相関係を持つ同じ周波数の光源のそれぞれから出た光を変調することができる。このようにして、少数キャリア拡散長は、多数のデータ点から決定することができ、これによって、拡散長測定の精度だけでなく、拡散長から決定された汚染値の精度も高められる可能性がある。

他の例では、光ファイバ束をシステム内に含まれていない。そのような例では、光は、当業界で知られている他の手段（例えば、レンズ、鏡、ビームスプリッタなど）を使用して試料に当てることができる。さらに、図１に示されているシステムは、試料の追加測定を実行するために使用できる追加コンポーネント（図に示されていない）を備えることもできる。例えば、システムは、コロナ放電源及び／又はシステムの他の非接触型測定を実行するために使用できる他のコンポーネントなどの電荷堆積システムを備えることができる。図１に示されているシステムに含めることができる追加コンポーネントの例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｍｉｌｌｅｒらによる２００３年７月９日に出願した「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ａ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ａｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ」という表題の米国特許出願第１０／６１６，０８６号とＳａｍｓａｖａｒらによる２００３年１１月４日に出願した「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第１０／７０１，１１２号で説明されている。図１に示されているシステムは、さらに、これらの特許出願で説明されているように構成されている。

他の例では、システムは１つの測定スポットに関して前記のように説明されているが、システムは、試料の上の複数の測定スポットで測定を実行するように構成されている。例えば、システムは、プローブに相対的に（例えば、ステージを制御することにより）試料を移動させるように構成することができ、及び／又はシステムは、試料に相対的に（例えば、プローブを制御することにより）プローブを移動させるように構成されている。このようにして、測定は試料上のさまざまな位置で実行することができる。その結果、試料の特性（少数キャリア拡散長、少数キャリア寿命、汚染レベル）を試料上のさまざまな位置で決定し、試料間の特性の変化を決定することができる。

さらに、測定に影響を及ぼす可能性のある、試料又は測定パラメータ（例えば、試料の上面からの光の反射率、温度など）の他の特性は試料上の位置毎に異なる場合があるため、それぞれの位置で試料又は測定プロセスのパラメータの他の特性を測定し、それらの他の特性を使用してさまざまな位置における測定結果を補正するようにシステムを構成させている。これらの他の特性は、当業界で知られている手段を使用して測定することができる。反射率と温度変化に対するＳＰＶ測定の補正に使用できる方法の例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｌａｇｏｗｓｋｉらによる米国特許第５，６６３，６５７号で説明されている。図１に示されているシステムは、さらに、本特許で説明されているように構成されている。

いくつかの実施形態では、図１に示されているシステムをプロセス装置に結合させることもできる。例えば、図２の実施形態で示されているように、上述のように構成されている測定システム３２は、プロセス装置３４内に配置されている。特に、測定システム３２を、プロセス装置３４のハウジング３６内に配置することができる。プロセス装置３４はプロセス・チャンバ３８を備える。プロセス装置３４は、１つのプロセス・チャンバを備えるように示されているが、プロセス装置３４は、複数のプロセス・チャンバを備えることもでき、またそれぞれ同じように、又は異なる形で構成されていることは理解されるであろう。例えば、プロセス装置により実行されるプロセスの異なる工程は、異なるプロセス・チャンバで実行することができる。

測定システム３２は、プロセス装置３４によりプロセスが実行されている間、上述の測定を実行するように構成されている。例えば、図２に示されている実施形態では、測定システム３２は、試料をプロセス・チャンバ３８により処理する前又は処理した後に測定を実行するように構成されている。そのような実施形態では、測定システムは、共通の試料ハンドリング装置（図に示されていない）によりプロセス・チャンバに結合されている。他の実施形態では、プロセス・チャンバ内で処理段階が実行されている間に測定を実行できるように、測定システムをプロセス・チャンバに結合することができる。例えば、そのような一実施形態では、測定システムをプロセス・チャンバ内に配置することができる。このようにして、測定システムとプロセス・チャンバが、共通のステージ（図に示されていない）に結合される。

測定システムは、他の方法によりプロセス装置に結合されてもよい。例えば、共通のプロセッサ、共通の電源、伝送媒体などにより測定システムをプロセス装置に結合することができる。測定システムをプロセス装置に結合する方法を示す他の例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｓａｍｓａｖａｒらによる２００３年１１月４日に出願した「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第１０／７０１，１１２号で説明されている。測定システムは、本特許出願で説明されているようにプロセス装置に結合されている。本明細書で説明されているようなプロセス装置としては、化学気相堆積装置、物理気相堆積装置、原子層堆積装置などの堆積装置、プラズマ・エッチング装置などのエッチング装置、化学機械式研磨装置、高速熱アニール装置と拡散炉などの熱処理装置、洗浄装置、イオン注入装置、当業界で知られているその他の半導体加工装置がある。

図２に示されているシステムは、さらに、図１に示されているようなプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、上述のように構成されている。プロセッサは、さらに、測定システムにより実行された測定の結果を使用してプロセス装置の１つ又は複数のパラメータを変更、監視、及び／又は制御するように構成させることもできる。例えば、プロセッサは、試料の汚染レベルが汚染に関する仕様条件の範囲内にあるかどうかを判定するように構成される。仕様条件の範囲内にない場合、プロセッサは、プロセス装置の１つ又は複数のパラメータのうちどれをどのように変更できるかを決定することができる。特に、パラメータは、試料の汚染レベルを低減し、汚染レベルを仕様条件の範囲内に戻すように変更されるのが好ましい。同様にして、プロセッサは、別のときにプロセス装置により加工された試料上で実行された汚染レベル測定の結果に基づいてプロセス装置の１つ又は複数のパラメータを監視することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、さらに、試料の他の加工を決定するように構成させることもできる。例えば、プロセッサは、汚染レベルに基づき加工を実行又は続行すべきかを決定することができる。プロセッサは、さらに、試料の汚染レベルを低減するため試料の作り直しが可能かどうかをも決定することができる。さらに、プロセッサは、汚染レベルが高すぎ、補正できない場合に試料を廃棄すべきであると決定することができる。

図３は、試料と接触せずに試料の特性を決定する方法の一実施形態を例示している。試料は、上述のように構成されている。この方法は、工程４０で示されているように、２本の光線を試料上の測定スポットに実質的に同時に照射することを含む。２本の光線は、異なる波長を持つが、実質的に同じ周波数で変調される。光線の波長は、上述のように選択することができる。光線は、上述のように変調することができる。さらに、これら２本の光線のうちの第１の光線は、２本の光線のうちの第２の光線と比較して９０°ずれた位相で変調される。

いくつかの実施形態では、２本の光線は、実質的に一定の光束を持つことができる。一実施形態では、この方法は、工程４２で示されているように、光線又は光線を出力するために使用される光源の１つ又は複数のパラメータ（例えば、レーザ光量）を変更することを含む。そのような一実施形態では、光線の（複数の）パラメータは、２本の光線について実質的に一定の光束になるように変更することができる。他の実施形態では、光線又は光線を出力するために使用される光源の（複数の）パラメータ（例えば、レーザ光量）は、両方の光線に対してＳＰＶ値が実質的に等しくなるように工程４２で変更することができる。

この方法は、さらに、工程４４で示されているように、試料の２つのＳＰＶを測定することも含む。それぞれのＳＰＶは、２本の光線のうちの一方を試料に照射することにより発生する。ＳＰＶ測定は、試料と接触せずに実行することができる（例えば、Ｋｅｌｖｉｎプローブ又は他の非接触型プローブを使用して）。いくつかの実施形態では、この方法は、２本よりも多い光線を試料上の測定スポットに照射することを含むことができる。２本よりも多い光線は、上述のように構成されている（例えば、異なる波長、実質的に同じ変調、など）。そのような実施形態では、この方法は試料の２つよりも多いＳＰＶを測定する。

いくつかの実施形態では、この方法は、異なる波長での２つの（又はそれ以上の）ＳＰＶ値の逆数と試料の吸収係数の逆数のグラフを生成する。吸収係数は、上述のように決定することができる。それとは別に、この方法は、異なる波長で光束（Φ）と吸収係数の逆数（１／α）のグラフを生成することを含むことができる。そのようなグラフは、２つの波長で実質的に同じＳＰＶ信号について光束が測定されるときに使用できる。この方法は、さらに、工程４６で示されているように、試料の少数キャリア拡散長を決定することも含む。試料の少数キャリア拡散長は、上述のように決定することができる。例えば、少数キャリア拡散長は、上述のように生成されたグラフに対するリニア・フィットから決定することができる。さらに、この方法は、任意選択の工程４８で示されているように、試料内の汚染レベルを決定することをも含む。例えば、少数キャリア拡散長を使用することにより、少数キャリア寿命を決定することができる。汚染レベルは、当業界で知られているアルゴリズム又は方法を使用して少数キャリア拡散長又は寿命から決定することができる。汚染としては、金属汚染又は当業界で知られているその他の汚染がある。図３に示されている方法は、本明細書で説明されている他の工程を含むことができる。例えば、この方法は、上述のようにプロセス装置の１つ又は複数のパラメータを変更、監視、及び／又は制御することを含む。

本明細書で説明されている他の実施形態は、特に電気的欠陥（及び任意選択によりその他の欠陥）について試料の検査を行うことに関係する。本明細書で説明されている実施形態は、電気的欠陥検査に関して当業界で知られている他の方法とシステムに勝るいくつかの利点を有する。例えば、本明細書で説明されている方法とシステムは、周囲環境で試料を検査するために使用することができる。特に、本明細書で説明されているシステムは、電子ビーム・システムの代わりにコロナ電荷堆積サブシステムを使用する。したがって、検査は周囲環境で実行できる。そのため、本明細書で説明されている方法とシステムは、他の電気的欠陥検査の方法とシステムに比べて費用があまりかからず、また高いスループットが得られる。さらに、本明細書で説明されている方法とシステムは、異なる種類の電荷（負及び／又は正）を使用して試料上の電気的欠陥を検出することにより試料の検査を行うために使用される。特に、コロナ・ベースの電荷堆積サブシステムは、負と正の両方の電荷を容易に発生させることができる。このようにして、本明細書で説明されている方法とシステムを使用することにより、他の電気的欠陥検査の方法とシステムと比べて試料に関する情報を多数出力することができ、より正確な欠陥検査と分類を行うのに使用するのに都合がよい。例えば、負と正の両方のウェハ・マップの測定により、欠陥種別の識別能力が向上する。本明細書で説明されているシステムと方法の他の利点は、本明細書の説明をさらに読むと明白になるであろう。

図４は、試料上の欠陥を検出するように構成されているシステムの一実施形態を例示している。一実施形態では、試料５２は、パターン形成されたウェハである。しかし、試料は、本明細書で説明されている試料のうちのどれかを含むことができる（例えば、パターン未形成のウェハ）。本明細書で説明されているシステムと方法は特に電気的欠陥の検出に使用できるので、試料上で検出された欠陥は電気的欠陥を含んでいる。例えば、本明細書で説明されているシステムと方法は、導電性構造が形成されている試料と金属汚染がありそうな試料の検査を行うのに特に有利である。他の例では、本明細書で説明されているシステムと方法は、本明細書で詳しく説明されているように、表面電圧測定結果を使用してパターン形成ウェハ上の金属配線接続欠陥を検出するのに特に役立つ。さらに、本明細書で説明されているシステムと方法は、例えば、電気的に切断されたビアによるビア抵抗の変化を検出するために使用することができる。他の例では、本明細書で説明されている方法とシステムは、異なる集積回路の位置及び／又は構造における誘電体膜の漏電流の差を検出するために使用することができる。別の一例では、本明細書で説明されているシステムと方法は、例えば、誘電体膜上に存在する金属汚染又はＣＭＰ残留物のせいで生じる誘電体膜（拡散障壁又はエッチング停止膜など）の表面伝導性を検出するために使用することができる。しかし、本明細書で詳しく説明されているように、システムは、試料上の他の欠陥を検出するために使用することもできる。

システムは、電荷堆積サブシステム５４を備える。電荷堆積サブシステム５４は、コロナ・ガンとして構成されている。高電圧電源（図に示されていない）をコロナ・ガンに結合することができる。電源は、高電圧（つまり、約６ｋＶから約１２ｋＶ）をコロナ・ガンに供給し、電源の極性に応じて正又は負のコロナ電荷を発生させるように構成されている。コロナ・ガンは、高電圧電源に結合されている１つ又は複数の針５６を備えている。電荷堆積サブシステムの１つの特定の構成が図４に示されているが、電荷堆積サブシステムは当業界で知られている構成とすることができることは理解されるであろう。例えば、電荷堆積サブシステム５４は、試料の金属汚染を最小限に抑えるためセラミック製プラズマ・コンテナ（プラズマに晒されている金属電極を持たない）とともに下流の無線周波（ＲＦ）又はマイクロ波コロナ・システムを備えることができる。電荷堆積サブシステムの適切な構成の他の例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｍｉｌｌｅｒらによる２００３年７月９日に出願した「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ａ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ａｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ」という表題の米国特許出願第１０／６１６，０８６号とＳａｍｓａｖａｒらによる２００３年１１月４日に出願した「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第１０／７０１，１１２号で説明されている。図４に示されているシステムは、さらに、これらの特許出願で説明されているように構成できる。他の例では、電荷堆積サブシステムは、例えば、不活性ガス又は純粋な窒素（Ｎ₂）ガスを使用する制御されたガス・プラズマ・システムを備えることができる。

電荷堆積サブシステム５４は、試料５２の上面５８の複数の位置に電荷（図に示されていない）を堆積させるように構成される。例えば、電荷堆積サブシステムは、試料に対して電荷堆積サブシステムを移動させ、試料上の複数の位置に電荷を堆積できるように構成できる１つ又は複数のコンポーネント（図に示されていない）に結合されている。さらに、試料は、検査時にステージ（図に示されていない）上に配置することができる。ステージは、電荷堆積サブシステムに対して試料を移動させ、電荷を試料上の複数の位置に配置できるように構成されている。ステージとしては、上で参照されている特許出願でいくつかの例が説明されている、当業界で知られている適切なステージを使用できる。いくつかの実施形態では、ステージ及び／又は電荷堆積サブシステムは、図５に示されているように、電荷堆積サブシステムが試料を方向５９でスキャンできるように、回転する構成とすることができる。それとは別に、ステージ及び／又は電荷堆積サブシステムは、電荷堆積サブシステムがｘ方向とｙ方向など他の方向（図に示されていない）で試料をスキャンできるように移動させる構成とすることができる。

いくつかの実施形態では、電荷が堆積される複数の位置は、実質的に試料の表面全体にわたる場合がある。それとは別に、電荷が堆積される複数の位置は、試料の表面の一部のみに限られるようにもできる。電荷が堆積される複数の位置の個数、間隔、面積は、例えば、試料及び／又は実行される検査によって異なる。例えば、いくつかの実施形態では、実質的に試料の表面全体を検査することが望ましい場合がある。それとは別に、試料の表面の一部のみを検査するのが望ましい場合もある。

試料５２の上面５８に堆積される電荷は、正電荷又は負電荷である。堆積される電荷は、例えば、試料及び／又は実行される検査の種類によって異なる。例えば、正電荷は一方の種類の欠陥を検出するのには有利であり、負電荷は他方の種類の欠陥を検出するのに有利である。さらに、一方の電荷堆積は、一方の種類の電荷を使って実行することができる。本明細書で説明されている他の工程が実行された後（例えば、プローブ振動測定）、後述のように、試料に異なる種類の電荷を堆積させることによりこのプロセスを繰り返すことができる。

システムは、さらに、測定サブシステム６０も備える。測定サブシステム６０は、試料上のある位置でプローブ６２の振動を測定する場合に、電荷が電荷堆積サブシステム５４によりその位置に堆積された後、その測定を行うように構成されている。いくつかの実施形態では、測定サブシステム６０は、さらに、電荷が試料上に堆積される前に試料の複数の位置でプローブ６２の振動を測定するために使用することもできる。プローブ６２は、Ｋｅｌｖｉｎプローブであってよい。そのようなプローブは特に魅力的であるが、それは、比較的高速なデータ収集速度に使用できるからである。しかし、プローブは、試料と接触せずに、試料上に堆積されている電荷に応じて振動する、当業界で知られている適切なプローブであればよい。

プローブ６２は、先端サイズが比較的小さいものが好ましい。特に、プローブの先端サイズは、試料上に形成される電気的構造よりも小さい（つまり、デバイス・フィーチャ・サイズよりも小さい）のが好ましい。したがって、プローブの先端サイズは、試料の特性と試料上に形成された構造の特性によって異なる。一般に、プローブの先端サイズは、ミクロン又はナノメートルのオーダーとすることができる。いくつかの実施形態では、このプローブの先端サイズは、約１０μｍから約１ｎｍとすることができる。このようにして、プローブは比較的細かい分解能を持つ。

プローブは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）及び／又はマイクロ波プローブに使用されるプローブといくつかの点で類似しているものでよい。多くのＡＦＭプローブが当業界で知られており、市販されている。マイクロ波プローブも当業界では知られており、多くのさまざまな種類のマイクロ波プローブが市販されている。マイクロ波プローブの例は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｈｅａｌらの米国特許第６，３６６，１０４号、Ｄｏらの米国特許第６，５３１，７７４号、Ｆｒｅｎｋｅｌらの米国特許第６，５３８，４５４号、Ｖａｎ Ｈｏｒｎらの米国特許第６，５６３，２９９号、Ｏｏｋｕｂｏの米国特許第６，６１４，２２７号で説明されている。プローブは、さらに、これらの特許で説明されているように構成されている。市販されているマイクロ波プローブの例としては、フロリダ州ネイプルスのＧＧＢ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．社が生産しているＰｉｃｏｐｒｏｂｅ Ｍｏｄｅｌｓがある。しかし、プローブは、当業界で知られているマイクロ波プローブに似たものとして構成されている。さらに、本明細書で使用されるプローブの周波数は、ＡＦＭ技術に使用されている周波数よりも高くてもよい。例えば、本明細書で説明されているシステム内で使用されるプローブの周波数は、ＧＨｚのオーダーとすることができる。

プローブ６２は、カンチレバー６４に結合されている。カンチレバーは、プローブの振動とともに振動できるように構成されている。交流電圧Ｖ_in＝ａ・ｓｉｎ（ωｔ）が、図４に示されているように、プローブに印加される。測定サブシステムは、カンチレバーの位置を光学的に測定することにより、カンチレバーの振動、したがってプローブの振動を測定するように構成される。例えば、測定サブシステム６０は光源６６を備える。図４に示されているように、光源は、カンチレバー６４の上面を照射するようになっている。いくつかの実施形態では、光源６６はレーザとすることができる。しかし、光源６６には、当業界で知られている適切な光源を含めることができる。カンチレバー６４で反射された光は、検出器６８により検出される。検出器６８は、位置感知検出器とすることができる。適切な検出器として、クワッド検出器と圧電抵抗素子がある。多くのこのような検出器は当業界で知られており、検出器６８は、適切な位置感知検出器を含むことができる。検出器によって発生した信号は、カンチレバーの位置の関数としても表される。そのため、検出器により発生した信号は、プローブ６２の振動の関数として表される。したがって、測定サブシステムは、プローブの振動を測定することができる。さらに、測定サブシステムは、参照により本明細書に組み込まれている、Ｓａｍｓａｖａｒ らによる２００３年１１月４日に出願した「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｒｏｎａ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第１０／７０１，１１２号で説明されているように構成されている。

測定サブシステム６０は、電荷が電荷堆積サブシステム５４により堆積された試料上の複数の位置でプローブ６２の振動を測定するように構成させることもできる。例えば、システムは、試料に対して測定サブシステムを移動させ、試料上の複数の位置で測定を実行するように構成された１つ又は複数のコンポーネント（図に示されていない）に結合される。それとは別に、試料は、検査時にステージ（図に示されていない）上に配置することができる。ステージは、測定サブシステムに対して試料を移動させ、プローブの振動を試料上の複数の位置で測定できるように構成されている。ステージは、上述のように構成されている。例えば、上述のように、ステージ及び／又は測定サブシステムは、図５に示されているように、測定サブシステムが方向５９で試料をスキャンできるように回転する構成とすることができる。それとは別に、ステージ及び／又は測定サブシステムは、測定サブシステムがｘ方向とｙ方向など他の方向（図に示されていない）で試料をスキャンできるように移動する構成とすることもできる。

上述のように、プローブの振動が測定される複数の位置は、試料の実質的に表面全体にわたる場合もあれば、試料の表面の一部分のみに限られる場合もある。特に、プローブの振動が測定される位置は、電荷が電荷堆積サブシステムにより堆積される位置に左右される。一実施形態では、システムは、電荷堆積サブシステムと測定サブシステムを制御し、電荷が試料上のある位置に堆積された後、その位置が測定サブシステムにより測定されるように構成することができ。このような一実施形態では、電荷堆積サブシステムと測定サブシステムは、互いに対し固定された空間位置関係を持つように測定ヘッド（図に示されていない）内に取り付けることができる。このように、測定ヘッドは、固定方式で電荷堆積サブシステムに本質的に「追随する」測定サブシステムにより試料上でスキャンすることができる。他のそのような実施形態では、サブシステムは、試料をスキャンするときに測定サブシステムが電荷堆積サブシステムに「追随」できるように独立制御できる、別々の測定ヘッドに取り付けることができる。上記の実施形態のどれかで、測定サブシステムは、複数の位置のうちの１つで振動を測定する場合、電荷堆積サブシステムが複数の位置のうちの他の位置で電荷を堆積させている間に測定するように構成されている。他の実施形態では、測定サブシステムは、検査すべき試料上の位置のすべてに電荷が堆積されないと、プローブ振動測定を実行できない。

プローブ６２の振動は、プローブが載っている試料上の位置の表面電圧の関数として表される。例えば、以下の式は、プローブ振動ｚ（ｔ）と表面電圧Ｖ_sとの関数関係を記述している。

ただし、Ｖ_tipは、プローブに供給される電圧である。したがって、検出器により発生する信号を使用して、試料上の位置の表面電圧を決定することができる。

一実施形態では、検出器６８により発生する信号はプロセッサ７０に供給される。プロセッサは、当業界で知られている適切なプロセッサでよい。プロセッサは、検出器６８により発生したプローブ振動信号を使用してプローブ振動測定が実行された位置で試料の表面電圧を決定するように構成される。プロセッサでは、上記の式を使用して、プローブ振動測定結果から試料の表面電圧を決定することができる。しかし、プロセッサは、当業界で知られている方程式、アルゴリズム、方法、又は手段を使用して、試料の表面電圧を決定するように構成されている。

プロセッサは、さらに、試料上の複数の位置で決定された表面電圧を使用して試料の二次元マップ（図に示されていない）を生成するように構成されてもよい。例えば、システムは、電荷が堆積された試料上の位置、したがって、ローブ振動測定が実行された位置を記録するように構成されている。これらの位置は、位置座標で、又は試料上の一方の位置と他方の位置とを区別するため当業界で知られている手段を使用して、記録するようにできる。位置情報は、当業界で知られている手段を使用して検査中に記録することができる。プロセッサは、その後、試料上の測定位置に関する位置情報を使用して表面電圧値を二次元マップに配置するようにできる。二次元マップは、試料の実質的に上面全体にわたる、又は試料の上面の一部のみの表面電圧測定を例示している。プロセッサは、当業界で知られている方法、アルゴリズム、又は手段を使用して、表面電圧値を二次元マップに配列することができる。

プロセッサ７０は、さらに、二次元マップを使用して試料上の欠陥を検出するように構成される。プロセッサ７０は、当業界で知られているアルゴリズム又は方法と組み合わせて二次元マップを使用し、試料上の欠陥を検出するように構成させることもできる。例えば、プロセッサは、試料上の１つのダイスに対応する二次元マップの一部と試料上の異なるダイスに対応する二次元マップの他の部分との比較により欠陥を検出するように構成されている。このような欠陥検出方法は、一般に、「ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ検出」と呼ばれる。

他の例では、プロセッサは、二次元マップの少なくとも一部と二次元マップのその部分に対する予想される結果とを比較することにより欠陥を検出するように構成されている。そのような一実施形態では、試料が金属汚染について検査される基板上に形成された誘電体層を含む場合、しきい値設定アルゴリズムを使用して、二次元マップ内のデータ点を、欠陥のあるデータ点の値と欠陥のないデータ点の値とを線引きするしきい値と比較することができる。このようにして、プロセッサはしきい値設定アルゴリズムを使用することにより、しきい値を超える二次元マップ内のデータ点を識別することができる。その後、プロセスは、そのしきい値を超えるデータ点が欠陥に対応している可能性のあることを示すことができる。プロセッサは、さらに、潜在的欠陥に対応する二次元マップ内の位置を記録することもできる。

他のそのような実施形態では、試料は、導体構造物が形成されているパターン形成ウェハを含むことができる。試料の基準二次元マップを使用して、導体構造物の予想される特性（例えば、寸法、形状、位置など）を例示することができる。基準二次元マップは、当業界で知られている方法を使用して生成することができる。他の例では、電荷の堆積前に試料に対し実行された測定の結果を使用して生成された二次元マップを基準マップとして使用することができる。プロセッサは、表面電圧測定結果を使用して生成された二次元マップと基準二次元マップとを比較することができる。プロセッサは、基準二次元マップ内の対応する位置にあるデータ点と異なる二次元マップ内のデータ点が欠陥に対応している可能性があると判断することができる。さらに、上述のように、プロセッサは、潜在的欠陥に対応する二次元マップ内の位置を記録することもできる。また、プロセッサは、当業界で知られている他の何らかの方法、アルゴリズム、又は手段を使用して、二次元マップ内の欠陥を検出することができる。プロセッサは、さらに、プローブ振動測定結果に対し追加機能（例えば、欠陥データ点のクラスタ化など）を実行するように構成させることもできる。

上述の実施形態では、システムは、１種類の電荷堆積を使用して１つの二次元マップを生成するために使用される。しかし、システムは、それぞれ試料上に異なる種類の電荷を堆積させることにより生成される２つの異なる二次元マップを生成するように構成できる。例えば、電荷堆積サブシステムは、試料上に第１の種類の電荷を堆積させるように構成されている。電荷の堆積後、プローブ振動測定は上述のように実行され、二次元マップはプローブ振動測定結果から求めた表面電圧値から生成することができる。次に、第２の種類の電荷を試料上の複数の位置に堆積させ、試料の他の二次元マップを生成するようにできる。特に、第２の種類の電荷は、第１のプローブ振動測定セットが実行された後、試料に堆積させることができる。第１の種類の電荷は正電荷、第２の電荷は負電荷とすることができる。二次元マップの両方を使用して、試料上の欠陥を検出することができる。

一例では、正電荷をウェハなどの試料上に堆積させることができる。正の表面電圧マップは、上述のように生成できる。その後、負電荷をウェハ上に堆積させ、堆積された正電荷を消去するとともに、ウェハ上に負電荷状態を作り出すことができる。負の表面電圧マップは、上述のように生成できる。両方のマップの絶対形式を加えるか、又は２つのマップのうちの一方を別に使用することができる。組み合わされた、又は個別の（複数の）表面電圧マップをグレー・スケールに変換することができる。グレー・スケール・マップは、欠陥検出と分類に使用することができる。

他の例では、電荷堆積サブシステムと測定サブシステム・プローブをｘ方向などの１方向に揃えることができる。電荷堆積サブシステムが電荷を試料上に堆積させている間に、正表面電圧マップを上述のように測定することができる。電荷測定サブシステムとプローブは空間内で横方向に隔てられているため、試料上の一点は、電荷がその点に堆積された直後に効果的に測定される。これらの工程は、負の電荷についても繰り返すことができる。両方のマップの絶対値を加えるか、又は２つのマップのそれぞれを独立して使用することができる。（複数の）表面電圧マップをグレー・スケールに変換することができる。グレー・スケール・マップは、欠陥検出と分類に使用することができる。

二次元マップの一方で識別された欠陥を二次元マップの他方で同じ欠陥を検出することにより確認できるため、欠陥検出に両方のマップを使用すると都合がよい。さらに、いくつかの種類の欠陥は、一方の種類の電荷が試料上に堆積されたときに検出しやすく、他の種類の欠陥は、他方の種類の電荷が堆積されたときに検出しやすい。このようにして、異なる種類の電荷を試料上に堆積させることにより生成された複数の二次元マップを使用することで、より正確な欠陥検出を行うことができる。

したがって、上述のようなシステムは、試料上の欠陥を検出できるように構成される。さらに、このシステムを使用して、追加欠陥関連機能又は測定を実行することもできる。例えば、一実施形態では、プローブ６２は「検査プローブ」とすることができる。つまり、プローブは、検査目的に適うようにする１つ又は複数の特性を持つことができる。例えば、プローブの先端サイズ、試料の検査に適しているものにすることができる。プローブの先端サイズは、上述のように、約１０μｍから約１ｎｍでよい。そのような先端サイズは欠陥検出に適している場合もあるが、そのような先端サイズは、特に欠陥レビューに適しているわけではない。したがって、システムは、欠陥レビューに適している先端サイズを持つレビュー・プローブ（図に示されていない）を備えることができる。特に、レビュー・プローブの先端サイズは、検査プローブの先端サイズよりも小さくてもよい。例えば、レビュー・プローブの先端サイズ、約１０μ未満とすることができる。このようにして、レビュー・プローブは、欠陥が検出された試料上の位置に関するより多くの情報又は細心の注意を払うべき情報を生成するように構成できる。

このような一実施形態では、レビュー・プローブを検査プローブと同じ測定サブシステムに結合させることができる。例えば、測定サブシステムは、レビュー・プローブの振動を測定するためレビュー・カンチレバーに結合されている追加光学系サブシステムとともに自カンチレバーに結合されているレビュー・プローブを備えることができる。レビュー・プローブ、カンチレバー、光学系サブシステムは、図４に示されているような、また前述のような構成を有することができる。このようにして、レビュー・プローブは、検査プローブの動作に類似した動作を行うことができるが、レビュー・プローブは、検査プローブに比べて高い分解能を有する。異なる実施形態では、システムは、２つの異なる測定サブシステムを備えることができ、１つは検査用、もう１つはレビュー用である。検査用測定サブシステムは、図４に示されているように構成されている。レビュー用測定サブシステムも、図４に示されているように構成されているが、レビュー測定サブシステムは、検査プローブではなくレビュー・プローブを備えることができる。

このシステムは、さらに、試料上で検出された欠陥を分類するように構成させることもできる。例えば、プロセッサは、二次元マップの特性、欠陥が検出された二次元マップの個々の位置の特性、個々の欠陥のある位置のところのデータ点の特性、試料の特性、及び／又は検出された欠陥の種類を決定するために使用可能な試料に関する他の情報を使用することができる。プロセッサは、当業界で知られている分類の方法、アルゴリズム、及び／又は手段を使用して欠陥を分類することができる。さらに、プロセッサは、異なる種類の電荷が試料上に堆積された後に測定されたデータ点及び／又は異なる種類の電荷を使用して生成された異なる二次元マップを使用して、欠陥の分類を決定することができる。異なる種類の電荷堆積の後、測定を行って得られた欠陥と試料に関する追加情報により、欠陥分類の精度を高めることができる。

さらに、プロセッサは、追加機能を実行するように構成できる。例えば、プロセッサは、検査中に電荷堆積サブシステム５４の動作を制御するように構成できる。そのような一例では、伝送媒体７２によりプロセッサ７０を電荷堆積サブシステム５４に結合することができる。伝送媒体は、当業界で知られている伝送媒体を含み、また「有線」と「無線」を備えることができる。プロセッサは、堆積される電荷の量、堆積される電荷の種類、及び／又は電荷が堆積される位置などの電荷堆積サブシステムのさまざまな機能を制御するように構成できる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、電荷堆積サブシステムからデータを受信するように構成されている。例えば、プロセッサは、電荷堆積サブシステムから電荷堆積速度及び／又は電荷堆積のその他のパラメータを受け取るように構成できる。プロセッサは、二次元マップとともに電荷堆積に関するこのデータを使用して、欠陥検出を行うことができる。さらに、プロセッサでは、電荷堆積データを使用して、試料上の他の欠陥を検出するか、又は試料の１つ又は複数の特性を決定することができる。

同様の方法で、プロセッサ７０は、伝送媒体７４により測定サブシステム６０（及び任意選択により測定サブシステムの追加コンポーネント）の検出器６８に結合される。伝送媒体７４は、上述のように構成されている。プロセッサは、上述のように、検出器６８からデータを受信するように構成されている。プロセッサは、さらに、上述の方法と同様の方法でサブシステムの動作を制御するように構成できる。例えば、プロセッサは、測定で実行される位置、それぞれの位置で実行される測定の回数など、測定サブシステムのさまざまな機能を制御するように構成できる。

上述のように、システムは、検査に使用される１つの測定サブシステムを含むことができる。上で詳述したように、測定サブシステムは、一時に試料上の１つの位置の上に配列できる１つの検査プローブを備える。測定サブシステムは、プローブが載っている位置でプローブの振動を測定する。他の実施形態では、測定サブシステムは複数のプローブを備えることができる。例えば、測定サブシステムのプローブ部分は、実際には、１つ又は複数のプローブを備えることができる。複数のプローブをアレイに配置することができる（例えば、一次元アレイ又は二次元アレイ）。プローブは、試料の複数の位置の上に実質的に同時に配列されるアレイとして配置することができる。測定サブシステムは、さらに、複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定するように構成させることもできる。このようにして、試料上の複数の位置の検査を、実質的に同時に実行することができる。さらに、プローブの先端サイズは比較的小さいため、複数のプローブを、比較的分解能の高い（例えば、試料上で面積当たりのプローブ数が比較的多い）集積検出アレイ・ブロックとして配置することができる。

このような一実施形態は、図６に例示されている。図６に示されているように、複数のプローブ７６が、リニア・アレイ７８として配置されている。このようにして、複数のプローブ７６を試料の複数の位置の上に実質的に同時に配列させることができる。図６に示されているように、すべてのプローブを同時に試料の上に配列できるわけではない。したがって、試料の上に配列されているアレイ内のプローブのみが測定に同時に使用できる。それとは別に、プローブは、プローブのすべてが同時に試料の上に配列されるようにアレイ内に配置することもできる。このようにして、アレイ内のプローブすべてを、同時に、測定に使用することができる。他の例では、プローブは、図６に示されているように、試料８２の上面８０の面積よりも小さい面積を持つアレイ内に配置することができる。このようにして、上面８０の実質的に全面積を検査するために、プローブのアレイが試料の表面をスキャンできるようにアレイを方向８４に移動させることができる。さらに、又はそれとは別に、試料を方向８４とは実質的に反対の方向に移動させることができる。プローブのアレイ及び／又は試料は、上で詳述したように移動することができる。異なる例では、プローブを、試料８２の上面８０の面積にほぼ等しい面積を持つアレイ内に配置させることができる。このようにして、プローブのアレイは、すべて、一度に、実質的に試料の表面全体の上に配列させられる。そのため、プローブのアレイにより、実質的に試料の表面全体に及ぶ測定を実質的に同時に実行することができる。

複数のプローブを使用して試料上の複数の位置を実質的に同時に検査すると、検査システムのスループットを劇的に向上させることができる。複数のプローブを使用して試料上の複数の位置を実質的に同時に検査するときに、試料上の複数の位置に電荷を実質的に同時に堆積させることができる。例えば、上述の電荷堆積サブシステムは、試料上の複数の位置にまたがって電荷が実質的に同時に堆積させるように修正することができる。電荷が堆積される試料の面積は、実質的に同時に検査できる複数の位置の面積にほぼ等しい。例えば、図６に示されている実施形態では、電荷堆積サブシステムは、実質的に同時にリニア・アレイ７８の前の試料上の複数の位置に電荷を堆積させるように構成されている。電荷が堆積される複数の位置は、リニア・アレイ７８の複数のプローブ７６により検査される複数の位置に対応するのが好ましい。このようにして、堆積から検査までの時間は、複数の位置のそれぞれでほぼ同時であり、検査の精度とともに長くなる。図４〜６に示されているシステムは、さらに、本明細書で説明されているように構成されている。例えば、システムを、上で詳述したようにプロセス装置に結合させることができる。さらに、図４〜６に示され、上で詳述したシステムは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社が市販しているＱｕａｎｔｏｘ測定システムなどの他の非接触測定システム内に組み込むことができる。

図７は、試料上の欠陥を検出する方法の一実施形態を例示している。この方法は、本明細書で説明されているシステムのうちの１つにより実行することができる。試料は、パターン形成されたウェハ又は本明細書で説明されているその他の試料を含むことができる。それらの欠陥は電気的欠陥である。しかし、この方法は、試料上の他の非電気的欠陥を検出することを含むこともできる。この方法は、工程８６に示されているように、試料の上面上の複数の位置に電荷を堆積させることを含む。試料上に電荷を堆積させることについては、上述のように実行することができる。

この方法は、さらに、工程８８に示されているように、電荷が堆積された後、複数の位置でプローブの振動を測定することも含む。プローブの振動は、上述のように実行することができる。例えば、一実施形態では、プローブの振動の測定は、複数の位置のうちの１つで実行できるが、その際に、電荷は複数の位置の他の位置で堆積させる。さらに、上述のように、プローブは、Ｋｅｌｖｉｎプローブ又はカンチレバーに結合されている他の適切なプローブを含むことができる。プローブの振動を測定することは、カンチレバーの位置を光学的に測定することを含む。一実施形態では、上で詳述したように、プローブは複数の位置の上に実質的に同時に複数のプローブを配列できるようにアレイの形で配置されている複数のプローブを含むことができる。そのような一実施形態では、プローブの振動を測定することは、複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定することを含むことができる。

さらに、この方法は、工程９０に示されているように、振動測定結果から複数の位置の表面電圧を決定することを含む。表面電圧は、上述のように振動測定結果から決定することができる。この方法は、さらに、工程９２で示されているように、複数の位置の表面電圧を使用して試料の二次元マップを生成することを含む。試料の二次元マップは、上述のように生成することができる。さらに、この方法は、工程９４で示されているよう、二次元マップを使用して試料上の欠陥を検出することを含む。試料上の欠陥は、上述のように検出することができる。

一実施形態では、工程８６で試料上の複数の位置に堆積されている電荷は、第１の種類の電荷とすることができる。この方法の一実施形態は、試料の追加二次元マップを生成できるように複数の位置に第２の種類の電荷を堆積させることを含む。第２の種類の電荷は、上で詳述したように、複数の位置に堆積させることができる。このような一実施形態では、試料上の欠陥は、上述のように、二次元マップ及び／又は追加二次元マップを使用して検出することができる。

他の実施形態では、上述のプローブは、検査プローブとすることができる。つまり、プローブは、特に試料の検査用に構成されている。この方法は、さらに、工程９６で示されているように、レビュー・プローブの振動を欠陥の位置で測定することにより検出される欠陥をレビューすることを含むことができる。レビュー・プローブと検査プローブは、上述のように構成されている。例えば、レビュー・プローブの先端サイズは、検査プローブの先端サイズよりも小さくてもよい。上述の方法の実施形態のそれぞれは、本明細書で説明されている工程を含むことができる。

本明細書で説明されているような方法を実装するプログラム命令は、キャリア媒体で伝送するか、又はキャリア媒体に格納することができる。キャリア媒体は、有線、ケーブル、又は無線伝送リンクなどの伝送媒体、又は電線、ケーブル、又はリンクなどで伝搬する信号であってよい。キャリア媒体は、さらに、読み取り専用メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、磁気又は光ディスク、又は磁気テープなどの記憶媒体であってもよい。

一実施形態では、上記の実施形態に応じてコンピュータにより実装された方法を実行するプログラム命令を実行するようにプロセッサが構成されている。プロセッサは、パーソナル・コンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、ワークステーション、ネットワーク・アプライアンス、インターネット・アプライアンス、パーソナル・デジタル・アシスタント（「ＰＤＡ」）、テレビ・システム、又はその他のデバイスなど、さまざまな形をとることができる。一般に、「コンピュータ・システム」という用語は、メモリ媒体に置かれている命令を実行する、１つ又は複数のプロセッサを備える任意のデバイスを包含するものとして広い意味で定義することができる。

プログラム命令は、さまざまな方法、とりわけプロシージャ・ベースの手法、コンポーネント・ベースの手法、及び／又はオブジェクト指向手法などで実装することができる。例えば、プログラム命令は、必要に応じて、ＡｃｔｉｖｅＸコントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、Ｊａｖａ（登録商標）Ｂｅａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｅｓ（「ＭＦＣ」）、又はその他の技術もしくは方法を使用して実装することができる。

当業界者にとっては、本発明のさまざまな態様の他の修正形態と代替実施形態は、本明細書の説明を読めば、明白なことであろう。例えば、試料の１つ又は複数の特性を決定する方法とシステムが提示されている。したがって、この説明は、例示のみであると解釈すべきであり、本発明を実施する一般的方法を当業界者に教示することを目的としている。図に示され、本明細書で説明されている本発明の形態は、現在好ましい実施形態であるものとみなしていることは理解されるであろう。要素と材料は、本明細書で例示され、説明されているもので置き換えることができ、パーツとプロセスは逆転することができ、本発明のいくつかの特徴は、独立して使用することができ、これはすべて、本発明のこの説明を理解した後では当業界者には明白なことであろう。請求項で説明されているように、本発明の精神と範囲を逸脱することなく本明細書で説明されている要素に変更を加えることができる。

試料と接触せずに試料の特性を決定するように構成されているシステムの一実施形態を示す概略側面図である。 プロセス装置に結合されている図１のシステムの一実施形態を示す概略図である。 試料の特性を決定するための方法の一実施形態を示す流れ図である。 試料上の欠陥を検出するように構成されているシステムの一実施形態を示す概略側面図である。 図４のシステムの一部を示す概略透視図である。 試料上の欠陥を検出するように構成されているシステムの他の実施形態を示す概略上面図である。 試料上の欠陥を検出するための方法の一実施形態を示す流れ図である。

符号の説明

１０、１２ 光源、１４ 変調器、１６、１８、２０ 光ファイバ束、２２ プローブ、２４ 測定スポット、２６ 試料、２６ａ 誘電体層、２６ｂ 基板、２８ ロックイン増幅器、３０ プロセッサ、３２ 測定システム、３４ プロセス装置、３６ ハウジング、３８ プロセス・チャンバ、５２ 試料、５４ 電荷堆積サブシステム、５６ 針、５８ 上面、６０ 測定サブシステム、６２ プローブ、６４ カンチレバー、６６ 光源、６８ 検出器、７０ プロセッサ、７２ 伝送媒体、７４ 伝送媒体、７６ プローブ、７８ リニア・アレイ、８０ 上面、８２ 試料、８４ 方向

Claims (34)

1. 試料の特性をその試料に接触せずに決定するように構成されているシステムであって、
   前記試料上の測定スポットに異なる波長の光を実質的に同時に照射するように構成されている、実質的に同じ周波数で変調される２つの光源と、
   前記試料上で少なくとも２回の測定を実行するように構成されているプローブであって、前記少なくとも２回の測定はそれぞれ、前記２つの光源のうちの一方により前記試料への照射により行われる、プローブと、
   前記異なる波長で前記試料の前記少なくとも２つの測定結果と吸収係数から前記試料の少数キャリア拡散長を決定するように構成されたプロセッサと
   を備えるシステム。
2. 前記２つの光源のうちの第１の光源は、前記２つの光源のうちの第２の光源と比較して９０°ずれた位相で変調される請求項１に記載のシステム。
3. 前記２つの光源は、ダイオード・レーザである請求項１に記載のシステム。
4. 前記２つの光源は、レーザを含み、さらに、前記レーザの変調ドライバにより変調される請求項１に記載のシステム。
5. 前記２つの光源は、さらに、前記試料に実質的に一定の光束を照射するように構成されている請求項１に記載のシステム。
6. 前記少なくとも２回の測定が２つの表面光電圧を含み、前記プロセッサは、前記２つの表面光電圧の逆数と前記吸収係数の逆数のグラフを生成し、前記グラフのリニア・フィットから前記少数キャリア拡散長を決定するように構成されている請求項１に記載のシステム。
7. 前記２つの光源は、さらに、前記試料を照射し前記試料から実質的に等しい表面光電圧を発生するように構成されている請求項１に記載のシステム。
8. 前記少なくとも２回の測定が２つの光束で行われ、前記プロセッサは、さらに、前記２つの光束と前記吸収係数の逆数のグラフを生成し、前記グラフのリニア・フィットから前記少数キャリア拡散長を決定するように構成されている請求項１に記載のシステム。
9. 前記プロセッサは、前記少数キャリア拡散長を使用して前記試料内の汚染レベルを決定するように構成されている請求項１に記載のシステム。
10. 前記システムはプロセス装置に結合される請求項１に記載のシステム。
11. 試料の特性を、その試料に接触せずに決定する方法であって、
    異なる波長を持ち、同じ周波数で変調されている、２本の光線を前記試料上の測定スポットに実質的に同時に照射することと、
    前記試料上で少なくとも２回の測定を実行し、前記少なくとも２回の測定結果はそれぞれ、前記２本の光線のうちの１本を前記試料に照射することにより生成されることと、
    前記異なる波長で前記試料の前記少なくとも２つの測定結果と吸収係数から前記試料の少数キャリア拡散長を決定することと
    を含む方法。
12. 前記２本の光線のうちの第１の光線は、前記２本の光線のうちの第２の光線と比較して９０°ずれた位相で変調される請求項１１に記載の方法。
13. 前記２本の光線は実質的に一定の光束を持つ請求項１１に記載の方法。
14. 前記決定することは、前記２つの表面光電圧の逆数と前記吸収係数の逆数のグラフを生成することと、前記グラフへのリニア・フィットから前記少数キャリア拡散長を決定することとを含む請求項１１に記載の方法。
15. 前記２本の光線は、前記試料を照射し前記試料から実質的に等しい表面光電圧を発生するように構成されている請求項１１に記載の方法。
16. 前記少なくとも２回の測定は２つの光束で行われ、前記決定することは、前記２つの光束と前記吸収係数の逆数のグラフを生成することと、前記グラフのリニア・フィットから前記少数キャリア拡散長を決定することとを含む請求項１１に記載の方法。
17. さらに、前記少数キャリア拡散長を使用して前記試料内の汚染レベルを決定することを含む請求項１１に記載の方法。
18. 試料上の欠陥を検出するように構成されているシステムであって、
    前記試料の上面上の複数の位置に電荷を堆積させるように構成されている電荷堆積サブシステムと、
    前記電荷が堆積された後、前記複数の位置でプローブの振動を測定するように構成されている測定サブシステムと、
    前記振動から前記複数の位置で表面電圧を決定し、前記複数の位置の前記表面電圧を使用して前記試料の二次元マップを生成し、前記二次元マップを使用して前記試料上の欠陥を検出するように構成されているプロセッサを備えるシステム。
19. 前記電荷は第１の種類の電荷を含み、前記電荷堆積サブシステムは、さらに、前記複数の位置に第２の種類の電荷を堆積させ、前記試料の他の二次元マップを生成できるように構成されている請求項１８に記載のシステム。
20. 前記測定サブシステムは、前記電荷堆積サブシステムが前記複数の位置のうちの他の位置で電荷を堆積させている間に前記複数の位置のうちの１つで前記振動を測定するように構成されている請求項１８に記載のシステム。
21. 前記プローブは、カンチレバーに結合されたＫｅｌｖｉｎプローブを備え、前記測定サブシステムは、さらに、前記カンチレバーの位置を光学的に測定することにより前記振動を測定するように構成されている請求項１８に記載のシステム。
22. 前記プローブがアレイ内に配置された複数のプローブを備え、前記複数のプローブが前記複数の位置のうちの複数の位置の上に実質的に同時に配列させられ、前記測定サブシステムは、さらに、前記複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定するように構成されている請求項１８に記載のシステム。
23. 前記プローブの先端サイズは、約１０μｍから約１ｎｍである請求項１８に記載のシステム。
24. 前記プローブは、検査プローブを含み、前記測定サブシステムは、さらに、前記欠陥の位置でレビュー・プローブの振動を測定するように構成され、前記レビュー・プローブの先端サイズは、前記検査プローブの先端サイズよりも小さい請求項１８に記載のシステム。
25. 前記欠陥は電気的欠陥を含む請求項１８に記載のシステム。
26. 前記試料はパターン形成されたウェハを含む請求項１８に記載のシステム。
27. 試料上の欠陥を検出する方法であって、
    前記試料の上面上の複数の位置に電荷を堆積させることと、
    前記電荷が堆積された後、前記複数の位置でプローブの振動を測定することと、
    前記振動から前記複数の位置の表面電圧を決定することと、
    前記複数の位置の前記表面電圧を使用して前記試料の二次元マップを生成することと、
    前記二次元マップを使用して前記試料上の欠陥を検出することと
    を含む方法。
28. 前記電荷は第１の種類の電荷であり、前記方法はさらに前記試料の追加二次元マップを生成できるように前記複数の位置で第２の種類の電荷を堆積させ、前記検出することは、前記二次元マップと前記追加二次元マップを使用して前記試料上の欠陥を検出することを含む請求項２７に記載の方法。
29. 前記測定は、前記堆積が前記複数の位置のうちの他の位置で実行される間に前記複数のうちの一つの位置で実行される請求項２７に記載の方法。
30. 前記プローブは、カンチレバーに結合されたＫｅｌｖｉｎプローブを備え、前記測定は、前記カンチレバーの位置を光学的に測定することを含む請求項２７に記載の方法。
31. 前記プローブは、アレイ内に配置された複数のプローブを備え、前記複数のプローブは前記複数の位置のうちの複数の位置の上に実質的に同時に配列させることができ、前記測定は、前記複数のプローブのうち２つ以上のプローブの振動を実質的に同時に測定することを含む請求項２７に記載の方法。
32. 前記プローブは、検査プローブを含み、前記方法は、さらに、前記欠陥の位置でレビュー・プローブの振動を測定することにより前記欠陥をレビューすることを含み、前記レビュー・プローブの先端サイズは、前記検査プローブの先端サイズよりも小さい請求項２７に記載の方法。
33. 前記欠陥は電気的欠陥を含む請求項２７に記載の方法。
34. 前記試料はパターン形成ウェハを含む請求項２７に記載の方法。

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