JP2012517103A - 非振動式接触電位差センサーを用いたパターン付きウェハ検査システム - Google Patents

Abstract

相対的な仕事関数の繰り返しパターンを有する材料の表面を検査するための方法及びシステム。前記方法及びシステムは、前記繰り返しパターンの特徴を示すデータを識別するために、センサーデータを処理し、そして、前記センサーデータは、前記繰り返しデータの特徴を示すデータを除去するために、さらに処理されて、前記材料表面の不均一性の特徴を導く。
【選択図】図２

Description

本件出願は、米国特許仮出願第６１／１４９６０５号（２００９年２月３日出願）に基づく優先権を主張する。その全体を参照して、本件出願の内容に取り込む。

本発明は、半導体表面および半導体材料を含む、表面や材料の検査のための方法およびシステムを対象とする。特に、本発明は、繰り返しパターン（repeating pattern）の仕事関数の変動（work function variation）を含む表面上で、非振動式接触電位差センサーを用いて、表面または表面下の不均一性（non-uniformities）、および／または、電荷（charges）を検出および測定するための方法を対象とする。

半導体装置の機能、信頼性および性能は、清潔でありかつ均一である半導体材料や表面の使用に依存する。数十億ドルおよび数え切れないほどの人時（man-hours）が、半導体材料を製造し、加工するためのシステムを開発し、評価し（characterizing）、そして最適化することに費やされている。この作業の最も重要な目標は、極めて清潔であり、かつ、あらかじめ決められた所望の特性、すなわち、全体のウェハにわたって、均一である特性、一様に変化する特性、または、プログラムされた方法により変化する特性を備える材料や表面の製造である。これらのプロセスおよび結果として生じる材料を評価して最適化するために、表面すなわち全体の清潔度と、均一性すなわち表面全体にわたる特性の正確な変化を検査して、測定できることが必要である。リアルタイムプロセス制御のために、高速に表面を横切って多くの測定を行い、かつ、半導体表面を傷つけず、汚染しない方法で行う必要がある。

パターン付きウェハの検査に利用できる技術は、非常に限られている。最も一般的な方法およびシステムは、光学（オプティカル）、すなわち、パーティクル（particles）、擦り傷（scratches）またはその他のタイプの物理的な欠陥を検査するための技術に基づく光を用いる。それらは、広帯域光、狭帯域光、またはレーザー光で表面を照らすこと、拡散する光、すなわち、反射光を光学素子（optics）を用いて集光すること、電荷結合素子（Charged Coupled Devices; CCD）、時間遅延積分（Time Delay Integration; TDI）センサー、または、光電子倍増管（Photo Multiplier Tubes; PMTs）などのような光センサーを用いて、画像を取得することによって動作する。そして、これらのシステムは、パーティクルや擦り傷のような物理的な欠陥を検出するために、これらの画像を処理する。また、電子ビーム（e-beam）技術は、ウェハを高真空にさらすこと、前記ウェハ表面の上へ電子を加速するにこと、前記表面から拡散する電子を収集すること、および、シンチレータとＰＭＴｓを用いて画像を取得することに用いられ得る。しかしながら、これらのタイプのシステムは、ウェハ表面内または表面上の単分子層下位（sub-monolayer）の化学的な不均一性（chemical non-uniformities）を検出することはできるが、前記ウェハ中に、前から存在する電荷変化（charge variation）を検出することはできない。小さな化学的な変化を検出できる技術は、パターン付きウェハの検査には適していない。なぜなら、それら技術は、ウェハ全体を検査するための速度または解像度を欠いており、破壊的なものであり、また、重要な材料や幾何学的変化を含んだ複雑な表面上での使用に対して適していないからである。例えば、飛行時間型二次イオン質量分析法（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry; TOF-SIMS）は、しばしば、表面の化学的な組成を評価するのに用いられるが、非常に遅いので、ウェハの広い領域を画像化できず、１つ以上の点の分析に主に用いられる。そのような技術は、これらの欠点のために、商品化という視点から見て有用ではない。全反射Ｘ線蛍光（Total Reflection X-ray Fluorescence; TXRF）は、ベア（bare）またはブランケットウェハ（blanket wafer）の表面上の選択された点での金属を検出するのによく用いられるが、パターン付きウェハ表面を画像化するための速度と解像度が不足している。加えて、その結果は、パターン付きウェハ上で起こる、表面の化学的性質の変化によって分かりにくくされる。一般に、これらのタイプの非光学的手段（non-optical tools）は、テスト構造の評価すること、または、光学的手段（optical tools）によって検出された欠陥を再調査することに用いられる。しかしながら、半導体素子の性能または生産力に重大な影響を及ぼし得る、化学的な不均一性または帯電の不均一性（charging non-uniformities）を検出するために、パターン付きウェハ全体を検査するための実用的な技術は存在しない。それゆえに、半導体ウェハなどのような、表面上に存在する不均一性または欠陥の高速かつ正確な分析方法に対して、必要とされる長いフェルト（long felt）がある。

本発明の方法においては、非振動式接触電位差センサーが利用される。当該非振動式接触電位差センサーは、表面に近接して配置された導電性プローブ（conductive probe）からなり、前記表面に電気的に接続される。前記プローブと前記表面は蓄電器（キャパシタ（capacitor））を形成する。電位（electrical potential）は、仕事関数の差、または、２つの材料の表面電位（surface potentials）の差のために、前記プローブ先端と前記表面の間に形成される。この電位は、接触電位差、または、２つの表面間の表面電位差と呼ばれている。前記プローブ先端は、前記表面と平行に移動させられるか、または、前記表面が、前記プローブのすぐ下に移動させられる。プローブ先端の仕事関数は変化しないが、表面上の差異点での仕事関数または表面電位の変化は、表面とプローブ先端の間の接触電位差の変化という結果になる。電位のこれらの変化は、電流をセンサープローブ先端の内外に流れさせる。この電流は増幅させられ、電圧に変換され、そして、測定された表面全体にわたる電位の変化を表す、連続的なデータストリーム（continuous stream of data）を形成するように、サンプル抽出される。非振動式接触電位差センサーは、毎秒100,000サンプル越えるレートで、連続的なデータストリームを提供することができる。高いデータ取得レートは、半導体ウェハ全体の高解像度の画像をたった数分で取得することを可能にする。

この発明において記載されるシステムおよび方法は、表面の急速な画像化や表面上において仕事関数の不均一性の検出を可能にする、非振動式接触電位差検査システムの拡張された用途を提供する。該表面は、相対的な仕事関数値の繰り返しパターンまたはその他あらかじめ設定されたパターンを含む。この機能は、製造工程の間中、パターン付き半導体ウェハ上の化学的な欠陥または電荷関連の欠陥、または、ウェハ上のその他の予め設定されたパターン配列における欠陥に対して、特に有用である。

望ましい実施形態では、ウェハとセンサーは、走査されているウェハ表面の接触電位差信号特性（contact potential difference signal characteristic）を生じさせるために、互いに相対的に移動する。そして、この測定された信号は、仕事関数の変化というよりはむしろ相対的な仕事関数の尺度を提供するために統合される。この変換は、統合された画像における信号レベルは、ウェハ表面に対するセンサープローブ先端の速度に伴って変化しないという利点を提供し、第二に、関心のある任意の特定フィーチャ（feature）の外観（appearance）は、もはやウェハ周囲の位置によって変化しないという利点を提供する。いったん統合が完了すれば、結果として生じるデータは、放射状方向の走査手法（radial scanning methodology）のために、なるべく、動径座標（radial coordinates）から、直線が直角を成す、すなわち、デカルト座標（Cartesian coordinates）に変換される。そして、この変換は、より容易に、データ分析を行えるようにする。

望ましい実施形態の他の特徴において、様々な抑制技術（suppression techniques）は、不均一性または所望のウェハ表面からの偏差の分析を可能にするために、基本的な繰り返しパターンを除去することに用いられ得る。

本発明のその他の特徴および利点は、図面と共に、望ましい実施形態の以下の説明から明らかになるだろう。

図１は、本発明の方法を実行するためのシステムは示す。 図２は、非振動式接触電位差センサーを用いて、放射状に走査されるパターン付きウェハから結果として生じる画像を示す。 図３は、ウェハの縁に近い、図２における画像の右上角のダイ２００の拡大画像を示す。そして、走査された画像は、差異のあるデータ、すなわち、フィーチャの端で生成された信号を示す 図４は、統合ステップ後の図３と同じダイ２００を示し、統合された画像は、相対的な仕事関数の領域を示す。 図５は、ウェハの中央に近い、図２における画像の右上角のダイ２００の拡大画像を示す。 図６は、統合後の図５と同じダイ２００を示し、統合された画像は、図４と同様に、相対的な仕事関数の領域を示す。 図７は、ウェハの縁に近い、図２における画像の左下角のダイ２００の拡大画像を示す。 図８は、統合後の図７と同じダイ２００を示し、統合された画像は、図４および６と同様に、相対的な仕事関数の領域を示す。 図９は、統合後の、図２におけるウェハの全体画像を示す。統合された画像は相対的な仕事関数の領域を示す。 図１０は、ダイ２００とダイ２００との減算操作を実行した後の、図９における統合されたウェハ画像を示す。 図１１は、しきい値処理後の図１０におけるウェハ画像を示す。 図１２は、非振動式接触電位差センサーを用いて、第二のパターン付きウェハを放射状に走査することから結果として生じた画像を示す。 図１３は、統合後の図１２における画像を示す。統合された画像は、相対的な仕事関数の領域を示す。 図１４は、ダイ２００とダイ２００との減算操作を実行した後の、図１３における統合されたウェハ画像を示す。 図１５は、しきい値処理後の図１４におけるウェハ画像を示す。 図１６は、図１３に示される画像の二次元フーリエ変換を示す。 図１７は、図１３に示される画像に対する典型的な周波数領域フィルタを示す。 図１８は、図１７に示されるフィルタを適用した後の、逆フーリエ変換を図１６に示される周波数領域画像に適用した結果を示す。 図１９は、しきい値処理後の図１８におけるウェハ画像を示す。

本発明の様々な方法を実行するためのシステム１００は、図１に示される。このシステム１００は、ウェハ１０６を検査するために用いられる。本件出願に記載されたシステム１００によって検査可能な材料は、以下、一般に“ウェハ”と表記されている。本発明は、センサー、すなわち、ポジションアセンブリ（position assembly）１０７に取り付けられ、プローブ先端１０２と対になるセンサー１０１を含む。ボジションアセンブリ１０７は、非振動式接触電位差の測定を可能とするセンサー１０１の位置調整をできるようにする。システム１００は、機械的に、フィクスチャ（fixture）１０３を用いてウェハ１０６を機械的に保持する一方で、システム１００は、センサープローブ先端１０２をウェハ１０６に電気的に接続する。さらに、当該システムは、センサープローブ先端１０２を、ウェハ表面の上方の固定された間隔で、配置され、センサープローブ先端１０２がウェハ表面とほぼ平行に移動するように、プローブ先端１０２とウェハ表面との間の、相対的な水平方向の動作（および、選択可能な連続動作）を生み出すことができる。システム１００は、コンピュータ／表示システム１１０を利用して、センサー１０１の走査（スキャニング、scanning）を制御し、ウェハの不均一性を識別して分類するために、センサー１０２からの出力信号を取得して処理する。以下に詳細に説明されるように、システム１００は、繰り返しパターン（または、その他の予め設定されたパターン）によって生じた信号を除去するために、結果として生じるデータを処理するための方法を実行し、この繰り返しパターン（または、その他の予め設定されたパターン）の一部ではない、仕事関数の不均一性を検出する。以下、ウェハ１０６上の繰り返しパターン（または、その他の予め設定されたパターン）は、“ダイ（die）２００”または“ダイス（dice）２００”と呼ぶものとするけれども、（図２から図１８を参照すると）、そのようなパターンは、テストパターン、ダイス、レチクル領域（reticle fields）などのような構造、または、そのようなテストパターン、ダイスまたはレチクル内の下部構造（substructure）も表している。

非振動式接触電位差センサーの１つの重要な特徴は、“差異のある（differential）”データを生成することである。この意味は、センサー１０１が、測定された表面全体にわたって、表面電位または仕事関数の差異または変化を表すデータを生成することである。センサーの出力は、表面に対してセンサープローブ先端の移動方向のみにおいて、表面電位の変化を表し、そして、センサー出力の大きさは、測定される表面に対する、プローブ先端１０２の速度に比例する。結果として、走査された画像における不均一性の様子は、センサープローブ先端１０２が、ウェハ１０６の測定された表面上のフィーチャを横断するので、その移動方向と速度に依存する。

非振動式接触電位差センサー１０１は、信号を生成するために、プローブ先端１０２と測定される表面との間の相対運動（relative motion）を頼りにする。信号を生成するためにウェハ表面と平行に、センサープローブ先端１０２を移動する動作は、走査（スキャニング）と呼ばれる。図１に示すように、走査動作を起こすための１つの選択肢は、センサープローブ先端１０２の下方のウェハ１０６を回転させて、ウェハ中央から異なる半径で、一連の同心円状軌跡を得るために、センサー１０１またはウェハ１０６を、ウェハ１０６の半径に沿って移動することである。その後、これらの同心軌跡（concentric tracks）１１２は、走査された表面の画像に集められる。この種の走査動作は、プローブ先端１０２がウェハ１０６の半径に沿って動かされるので、しばしば、半径方向走査（radial scanning）と呼ばれる。

半径方向走査であれば、ウェハ１０６のスピン運動は、ラスター（すなわち、行ったり来たりする（back and forth））走査動作によって要求される高い加速や減速なしに、プローブ先端１０２と測定される表面との間の相対運動を提供する。半径方向走査であれば、ウェハ１０６は、固定あるいはゆっくりと変化する速度で回転させられ、センサー１０１は、１つの半径軌跡（radial track）から次に低加速で短い距離を移動できる。結果として、ウェハ表面は、ラスター走査よりも、より低い振動とより低い電力消費で、より短い期間において走査することができる。

集積回路製造工程の間中に、多くの全く同じ素子（device）が、１枚ずつの円形ウェハ１０６の上に製造される。これらの素子は、ウェハ表面全体にわたって繰り返しパターンを形成するために行と列に配列される。各素子はダイ２００と呼ばれる（例えば、図２を参照されたい。全ての例は、以下に説明される）。製造中に、様々な材料が、堆積され、除去され、または、さもなければ、この繰り返しパターンにおいて改変されることで、ウェハ１０６上に存在する、多数のダイ２００を生成する。異なる材料と工程は、異なる仕事関数を伴う表面を生成する。仕事関数におけるこれらの差異は、非振動式接触電位差センサー１０１で走査されたときに、信号を生じる。潜在的な製造の欠陥を表している、仕事関数の不均一性に対して、これらの表面を検査するために、ダイ２００のこの繰り返しパターンまたはその他のそのようなウェハパターンから、結果として生じる信号を減らすこと、あるいは、除去することは必要である。

非振動式接触電位差センサー１０１を放射状に走査することで、生成された画像から繰り返しパターンを除去することは、いくつかの課題がある。これらの課題は、データが他と異なり、センサープローブ先端１０２が、ウェハ表面上の異なる点で、異なる方向および／または異なる相対速度で移動するという事実から結果として生じる。結果として、ウェハ１０６上の１つの箇所のダイ２００のパターンは、ウェハ１０６上の別の箇所の同様のダイ２００のパターンから非常に異なっていることを明らかにできる。また、半径方向走査動作から結果として生じるデータは、事実上、半径となる。すなわち、データ点は固定された半径と角度で置かれている。それで、単位面積（unit area）当りのデータ点の数は、半径に伴って変化する。半導体ウェハ１０６上のダイ２００は、水平方向と垂直方向に固定間隔で、行と列に配置される。結果として、データサンプルの数と位置は、１つのダイ２００の位置から次の位置では異なる。

繰り返しパターンの外観は、ウェハ表面上のパターンの位置に依存して変化し得るという事実は、パターンの一部ではない不均一性を識別するために、パターン付きウェハ画像を処理することにおいて、重要な課題を生じる。これは、半径方向走査方法を用いて取得した画像に対して、特に当てはまることである。ただし、プローブ先端１０２の方向と速度は、ウェハ１０６上の位置に伴って変化する。ウェハ全体にわたって、上述の繰り返しパターンを検査することに加えて、いくつかの応用において、ウェハ１０６は、パターンの予め設定された配列を意図する、適切な均一性に対してさらに検査され得る、非対称パターン配列を備えることができる。

望ましい実施形態において、システム１００は、次のように動作する。ウェハ１０６は、機械的にフィクスチャ１０３に固定され、プローブ先端１０２は、ウェハ表面の上方に固定された距離で配置される。ウェハ１０６は、真空吸引、静電引力（electro-static attraction）およびウェハ１０６の縁をしっかりつかむことを含む、多くの異なる手段の１つを用いてフィクスチャ１０３に固定することができる。相対運動は、プローブ先端１０２がウェハ表面と平行に移動するように、プローブ先端１０２とウェハ表面との間で生じる。ウェハ表面に沿った表面電位または仕事関数における変化は、プローブ先端１０２とウェハ表面との間の電位の変化を生じる。それは、センサープローブ先端１０２の中へまたは外への電流を生じる。この電流は、電圧に変換されて、センサープローブ先端１０２の移動方向での仕事関数の変化を表すデジタルデータを生成するために、サンプル抽出される。ウェハ表面の異なる領域上に、センサー１０１を移動することで、データは生成され、コンピュータ／表示装置１００を用いて、ウェハ１０６の画像に集めることができる。加えて、コンピュータ／表示装置１００のコンピュータメモリーにおける組込み型コンピュータソフトウェアは、本発明の方法を実行するために、従来の分析的な方法を用いた、様々なコンピュータプログラムの実行をすることができる。

さまざまな方法は、ウェハ表面のいくらかまたは全てをカバーするデータを生成するのに、センサー１０１とウェハ１０６を移動するために存在する。これは、しばしば、連続したデータ点の複数の集合を取得することを伴う。ただし、連続した点の各集合は、軌跡（トラック）と呼ばれる。本件出願においてこれまで説明したように、ウェハ表面を走査する１つの可能な方法は、センサー１０１がウェハ１０６の半径に沿って移動するように、ウェハ１０６を回転させて、センサー１０１またはウェハ１０６を移動することを含む。これは、ウェハ表面の同心円状領域に相当するデータの複数の軌跡、または、ウェハ１０６の縁から中央へのらせんに相当するデータのただ１つの軌跡をもたらす。いずれにしても、もしウェハ１０６は、一定速度で回転されるなら、ウェハ表面に対するプローブ先端１０２の速度は、プローブ先端１０２と回転の中心との間の距離が減少することで、減少することになる。これは、ウェハ表面上の異なる点で信号強度の変化を生じさせる。また、プローブ先端１０２は、円状に移動するので、プローブ先端１０２の移動方向は、ウェハ表面に対するプローブ先端１０２の位置によって変化する。結果として、フィーチャの外観は、ウェハ表面上のその位置に左右されるであろう。

ウェハ表面が、非振動式接触電位差センサー１０１を用いて走査された後、各軌跡は統合される。これは、トラックにおける各データ点を、そのデータ点と、その軌跡における以前のデータ点の全てとの和に、置き換えることによって成し遂げられる。例えば、軌跡における１回目のデータ点は変更されず、２回目のデータ点は、１回目のデータ点と２回目のデータ点の和によって置き換えられ、その軌跡における１００回目のデータ点は、１回目から１００回目までのデータ点の和によって置き換えられる。そして、定数が、その軌跡の平均レベルを定めるために、統合された軌跡における各点に加えられる。これは、軌跡における全てのデータ点の平均を、その軌跡における各データ点から引くことによって、いずれは成し遂げられるが、適切なレベルを定めるために、より手の込んだアルゴリズムを用いても成し遂げられるかもしれない。統合は、仕事関数における変化というよりもむしろ、相対的な仕事関数を表現するデータを結果して生じる。まず、データサンプリングレートは固定である限り、統合された画像における信号レベルは、ウェハ表面に対するプローブ先端１０２の速度によって変化しない。なぜなら、これは、データ点間の距離は、プローブ速度に伴って直線的に変動するので、データ点の密度が、信号強度の逆数として変化するからである。結果として、統合後、各データ点は、プローブ先端１０２とウェハ１０６との間の相対速度に関わらず、特定の軌跡１１２内での、正確な相対的仕事関数値を表す。次に、フィーチャの外観は、ウェハ１０６周囲の位置によって、もはや変化しない。データは、現在、相対的な仕事関数を表しているので、同様の仕事関数値を伴うフィーチャは、ウェハ表面上のフィーチャの位置とは関係なく、統合された画像において、同じまたはほぼ同じ値を有する。

統合後、データは、動径座標から、しばしばデカルト座標と呼ばれる、直交する直線の座標（perpendicular linear coordinates）に変換される。これは、データの平行な直線軌跡を結果として生じる走査動作には、必要とされない。しかしながら、もし半径方向走査方法が使用されると、データ点の数と位置は、水平および垂直方向で一定ではない。これは、繰り返しパターンを減少または抑えるために、それに続く画像処理を、非常に難しくする。なぜなら、ダイ２００は、水平および垂直の行および列に均等な間隔で配置されるからである。信号における繰り返しパターンを抑える１つの方法は、当該パターンに関連する周波数成分（frequencies）を除去することである。これは、空間データ（spatial data）を周波数領域に変換して、パターンに関連する周波数成分を除去して、そして、データを空間領域（spatial domain）に戻すことによって、成し遂げられる。周波数領域からのパターンに関連するピークを識別して除去することは、空間データがパターンの反復内容について一様に分散されていること、すなわち、当該データが水平および垂直方向に一様に分散されていることを要求する。繰り返しパターンを抑制する別の方法は、それぞれのダイ２００から、近接したダイ２００の統計的平均値、または、ウェハ１０６上の全てのダイス２００の統計的平均値を引くことである。データの密度と位置が、ウェハ１０６上のそれぞれのダイ２００に対して同じであるならば、この操作はかなり容易になる。もし半径方向走査が、動径座標でデータを得るために用いられるならば、データの密度と位置は、ダイ２００の１つ１つに対して異なることになる。半径方向のデータ（radial data）を、水平軸と垂直軸に沿って均等な間隔であるデカルト座標に変換することは、この種のパターン抑制（pattern suppression）を非常に容易にする。データが統合され、デカルト座標に変換された後、様々なアルゴリズムのうちの１つが、ウェハ画像内の繰り返しパターンを抑制するのに用いられる。この処理は、多くの形式を採用することができる。そのうちの３つは、本件出願において説明される。

第一のパターン抑制の選択肢は、欠陥の全くないことを基準とする“最高の（golden）”ウェハ画像の生成を必要とする。検査されるべきウェハ１０６のそれぞれの画像は、一列に並べられて、“絶好の”ウェハ画像から引かれる。両方のウェハ画像に共通するフィーチャは除去されて、共通パターンからの信号を大幅に減少する。オプションとして、各ウェハ画像の信号レベルは、もしウェハ１０６間で、かなりのパターン信号レベルのばらつき（variation）があるならば、引き算（subtraction）に先立って、“最高の”ウェハ画像の信号レベルに合わせることができる。このパターン抑制技術は、半径方向のデータに用いることができ、イメージをデカルト座標に変換することを要求しない。

第二のパターン低減（pattern reduction）処理の選択肢は、二次元フーリエ変換を用いて、デカルト座標の画像を周波数領域に変換することである。この周波数領域の画像は、ユーザーによって指定されたフィルタ、または、ユーザー指定のパラメータに基づいて計算されたフィルタを用いて選別される。このフィルタは、繰り返しパターンに関連する周波数成分を除去するように設計される。そして、フィルタがかけられた画像は、次の処理のために、空間領域に戻される。

繰り返しパターンに関連する信号を減少させるための第三の選択肢は、それぞれのダイ２００の画像を、１つ以上の近接したダイから引いて、そして、欠陥を識別するために、結果として生じた差異を分析することである。この分析は、複数の形式を採用することができる。例えば、結果として生じた差異の統計的な平均値を計算することができ、または、差異の中間値を計算することができる。いずれの場合にも、それぞれのダイのパターンを抑制したバージョンは、ダイ画像を、ウェハ上の１つ以上の他のダイの統計的な合成物と比較することで計算される。この操作は、非反復の不均一性にわずかな影響を与えるとはいえ、繰り返しパターンを最小限に抑える。非振動式接触電位差センサー１０１を用いた走査、統合、デカルト座標への変換、およびパターン抑制を含む、上記ステップの成果は、繰り返しパターンの一部ではない、主としてウェハの不均一性の画像である。そして、この画像は、欠陥である、意図したものではない不均一性を表す画像におけるフィーチャを識別するのに処理される。これは、一般に、欠陥を表す信号レベルの範囲を選択し、そして、画像をしきい値処理することで、これら画像の領域を識別することよって成し遂げられる。

以下の例は、限定することなく、本発明のさまざまな特徴を説明する。これらの例は、半導体ウェハに限られているものの、本発明の方法は、表面の均一性と背景パターン除去（background pattern removal）が重要とされるどの材料にも、同様に適用可能である。

例１
実際に適用されたパターンを備える、標準的なシリコンテストウェハ１０６は、半導体グレードのスターティングウェハ（starting wafer）を機械的に生成する商業的供給源（commercial source）から得られた。このウェハは、化学的機械研磨による平坦化（chemical mechanical planarization）工程を用いて生成された、繰り返しテストパターンダイから構成された。そして、汚染化学物質（chemical contaminant）の粒（drops）は、ジェット印刷工程を用いて、ウェハの半径に沿って堆積された。このウェハ１０６は、図２に示された画像３００を提供するために、システム１００によって検査された。この画像３００は、非振動式接触電位差センサー１０１で、パターン付きウェハ１０６を放射状に走査することから結果として生じた。個々のダイ２００を示す図形表示は、画像上に被せられる。ここで留意すべきことは、ダイの外観は、ウェハ表面上のダイ２００の位置に依存して変化することである。パターンの縁の両極性（明るい、または、暗い）は、走査プローブ先端の移動方向に依存して変化し、信号の大きさは、プローブ先端１０２が中央に近づくように移動するにつれて、徐々に減少する。

例２
図３は、ウェハ１０６の縁に近い、図２における画像の右上のダイ２００の拡大画像を示す。そして、走査された画像は、差異のあるデータ、すなわち、フィーチャの端で生成された信号を示す。

例３
図４は、統合ステップ後の図３と同じダイ２００を示し、統合された画像は、相対的な仕事関数の領域を示す。

例４
図５は、ウェハ１０６の中央に近い、図２における画像の右上角のダイ２１０の拡大画像を示す。

例５
図６は、統合後の図５と同じダイ２１０を示し、統合された画像は、図４と同様に、相対的な仕事関数の領域を示す。

例６
図７は、ウェハ１０６の縁に近い、図２における画像の左下角のダイ２２０の拡大画像を示す。

例７
図８は、統合後の図７と同じダイ２２０を示し、統合された画像は、図４および６と同様に、相対的な仕事関数の領域を示す。

例８
図９は、統合後の、図２におけるウェハの全体画像を示す。統合された画像は相対的な仕事関数の領域を示す。

例９
図１０は、ダイ２００とダイ２００との引算操作を実行した後の、図９における統合されたウェハ画像を示す。

例１０
図１１は、しきい値処理後の図１０におけるウェハ画像を示す。

例１１
図１２は、非振動式接触電位差センサー１０１を用いて、第二のパターン付きテストウェハ１０６を放射状に走査したことにより結果として生じた画像を示す。このウェハは、チタンの連続的なフィルムの上に、クロムのパターン付きフィルムを用いて製造される。異なるサイズのフィーチャは、製造工程の一部として、繰り返しパターンに埋め込まれた。

例１２
図１３は、統合後の図１２における画像を示す。統合された画像は、相対的な仕事関数の領域を示す。

例１３
図１４は、ダイ２００とダイ２００との減算操作を実行した後の、図１３における統合されたウェハ画像を示す。

例１４
図１５は、しきい値処理後の図１４におけるウェハ画像を示し、設定されたしきい値以上の値を有する画像の全ては、赤色で示される。

例１５
図１６は、デカルト座標への変換後の、図１３に示される画像の二次元フーリエ変換を示す。

例１６
図１７は、図１３に示される画像に対する典型的な周波数領域フィルタを示す。

例１７
図１８は、図１７に示されるフィルタを適用した後の、逆フーリエ変換を図１５に示される周波数領域画像に適用した結果を示す。

例１８
図１９は、しきい値処理後の図１８におけるウェハ画像を示す。

望ましい実施形態は、例示され、説明されているが、その変更や改良は、より幅広い特徴の本発明から逸脱することなく、当該分野における当業者に従って成し遂げることができることは理解すべきである。

Claims (16)

1. 繰り返しパターンにおける不均一性を検出するために、相対的な仕事関数の前記パターンを含む材料の表面を検査する検査方法において、
   材料の表面を供給するステップと、
   センサープローブ先端を備える非振動式接触電位差センサーを供給するステップと、
   センサープローブ先端を、前記材料の表面の上方に、ほぼ一定間隔で配置するステップと、
   前記プローブ先端が前記材料の表面と、ほぼ平行に移動するように、前記表面と前記非振動式接触電位差センサーをお互いに対して連続的に移動するステップと、
   前記材料の表面に対する前記センサープローブ先端の連続的な移動から生じる非振動式接触電位差センサーデータであって、前記センサープローブ先端と前記材料の表面との間で、接触電位差の変化を表すセンサーデータを生成するステップと、
   前記センサーデータを処理するステップによって、改善点が特徴付けられることで、相対的接触電位差の値を供給するステップと、
   前記繰り返しパターンの特徴を示す前記相対的接触電位差のデータを識別するステップと、
   前記繰り返しパターンの特徴を示す、データの影響を小さくするように、前記相対的接触電位差のデータを処理して、結果データを供給するステップと、
   前記繰り返しパターンの一部ではない、仕事関数の不均一性を識別するように、前記結果データを処理するステップと
   を含む検査方法。
2. 相対的接触電位差値を表すデータを生成するように、前記センサーデータを処理するステップと前記繰り返しパターンの特徴を示す、相対的接触電位差のデータの特徴を識別するステップは、前記センサーデータを統合するステップを含む、請求項１に記載の検査方法。
3. 前記繰り返しパターンの特徴を示す電位差データの影響を小さくするように処理するステップは、周波数領域における前記結果データの画像をフィルタリングすることを含む、請求項１に記載の検査方法。
4. 前記繰り返しパターンの特徴を示すデータの影響を小さくするように処理するステップは、
   結果として生じる差異データを供給するために、前記材料の表面上において、他の箇所の１つ以上の前記繰り返しパターンの事例から、前記繰り返しパターンの各事例を差し引くステップと、
   前記繰り返しパターンの一部ではないフィーチャを識別するために、前記結果として生じる差異データを組み合わせるステップと
   を含む、請求項１に記載の検査方法。
5. 前記繰り返しパターンの一部ではない、仕事関数の不均一性を識別するように、前記結果データを処理するステップは、少なくとも１つの特定値より上あるいは下となる相対的な仕事関数を識別するために、前記結果データにしきい値を適用するステップを含む、請求項１に記載の検査方法。
6. 前記センサーデータは、不規則なノイズあるいは体系的なノイズを減らすように処理されることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
7. 前記センサーデータは、前記センサープローブ先端の大きさを補正するように処理されることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
8. 前記センサーデータは、前記センサーのセンサー電子回路の時定数を補正するように処理されることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
9. 前記結果データは、前記材料における近接するデータ軌跡の平均表面電位の変化から生じる人為的な結果を減らすように処理されることを特徴とする請求項２に記載の検査方法。
10. 前記センサープローブ先端と前記材料との間での相対的な移動は、前記プローブ先端の下にある前記材料を回転することによって発生させることを特徴する請求項１に記載の検査方法。
11. 統合された半径方向のデータは、前記繰り返しパターンから生じる信号を除去することに先立って、デカルト座標に変換されることを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
12. 前記繰り返しパターンの一部ではない、検出された仕事関数の不均一性は、１つの前記表面上の化学的な不均一性、または、前記材料の表面上の電荷を含む、請求項１に記載の検査方法。
13. その上に相対的な仕事関数の繰り返しパターンを伴う表面を備える材料を検査するための検査システムにおいて、
    センサープローブ先端を有する非振動式接触電位差センサーと、
    接触電位差値の変化を表すセンサーデータを供給するために、前記センサープローブ先端に対して前記材料を、連続的に横に走査するための走査アセンブリと、
    前記繰り返しパターンの特徴を示す相対的接触電位データを識別するために、前記センサーデータを分析して、前記繰り返しパターンの特徴を示すデータの影響を小さくするように、前記繰り返しパターンの特徴を示すデータを処理し、前記繰り返しパターンの一部ではない、仕事関数の不均一性を識別するための実行可能なコンピュータソフトウェアプログラムを記憶するメモリーを有する、コンピュータと
    を含む検査システム。
14. 前記コンピュータソフトウェアは、相対的接触電位差値データを供給するように、前記センターデータを統合するためのプログラムを含む、請求項１３に記載の検査システム。
15. 前記相対的接触電位差値をデカルト座標のデータに変換するコンピュータソフトウェアをさらに含む、請求項１３に記載の検査システム。
16. 前記コンピュータソフトウェアは、周波数領域への変換、前記繰り返しパターンに関連する周波数成分の除去、および、前記相対的接触電位差値データを空間領域に戻すための変換によって、前記繰り返しパターンを抑えるプログラムを含む、請求項１３に記載の検査システム。

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