TW200525163A - Use of scanning beam for differential evaluation of adjacent regions for change in reflectivity - Google Patents

Description

200525163 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種半導體製程，且特別是有關於 本發明是有關於_ -種偵測半導體晶圓中結構特性之信號指示的方法 【先前技術】 第1A圖顯不習知已知之一 θ ^ ^ ~效電晶體（FET)之 一橫剖面圖。此一 MOS電晶體一般包含源極區域i〇is與 汲極區域101d、源極擴充區域1〇2s與汲極擴充區域1〇2心 通道1 0 3、閘極絕緣體1 〇 4、閘極1 〇 5、及井1 〇 6，其所有 形成於半導體基板107中。額外摻雜層可能存在，但是為 了簡化的目的並未顯示。該源極與汲極區域l〇ls與1〇ld 係重摻雜’ 一般以砷用於n型摻雜或以硼用於p型摻雜。 摻雜程度係為每立方公分1〇20個摻質原子的數量級。區域 l〇ls與l〇ld之層一般為5 00-700埃深。該擴充區域1〇2s 與102d亦為重摻雜，具有與源極與汲極區域i〇ls與1〇ld 相同型態之摻質原子，但是該擴充區域較淺——般為300 至500埃深。第1B圖以垂直方向顯示該摻雜輪廓（沿.著第 1 A圖中之箭頭A)。 擴充區域102s與102d提供接點至該通道區域1〇3。 該電晶體藉由施加一偏壓至該閘極105而加以操作，而將 該井106接地。舉例來說，假設該區域i〇is、i〇2s、i〇2d 及l〇ld係η型，使得主要載子為電子。若一相對於該通道 103之正電壓施加於閘極105上，由於薄閘極絕緣體ι〇4 的存在，沒有電流將會流經該閘極1 0 5與通道1 〇 3之間。 200525163 然而’該正電壓將吸引電子至該通道區域1〇3，建立連接 源極擴充102s至汲極擴充102d之一薄層電子（稱為一反轉 層），允許電流流經該源極與汲極之間。當閘極丨〇 5上之電 壓移除時，通道103中之反轉層停止存在，且該源極自該 沒極中斷。依此方式，該電晶體可被開啟或被關閉。 事實上，該各種源極與汲極層l〇ls、i〇id、102s及 102d之摻雜輪廓並非完美地陡峭改變（箱型）。其通常由可 包含數個熱循環之擴散過程加以形成，導致該輪廓以某種 程度變圓。舉例來說，第1B圖為該源極擴充ii2s顯示二 輪廓112A與112B，跟隨第1A圖中之箭頭a所示。線112A 顯示一相對陡峭改變的輪廓，而線 11 2 B顯示一較不陡峭 改變的輪廓。由於製程中的各個步驟具有一特定容忍度， 此陡度變化（介於線112A與112B之間）可能在製造時於不 同半導體晶圓中發生。個別製程步驟中之變化或一連串製 程步驟之累積變化可能導致該輪廓之陡度損失（如可能從 線112A變成線112B)。除此之外，接面深度與峰摻雜濃度 可能依製程特性而相異，例如退火溫度中之變化。舉例來 說，輪廓112B形成比輪廓112A更深的擴散輪廓，但是具 有一較小的峰摻雜濃度。 該電晶體之效能於退火後由該最終摻雜輪廓影響。由 於其係直接影響到短通道效應與該電晶體之速度，輪廓深 度、峰濃度、及輪廓陡度必須被小心控制。該垂直方向中 之較深且較不陡峭改變的輪廓會建立導致增加電力消耗之 較高關閉狀態的漏電流。一較小的峰摻雜濃度會增加該源 200525163 極/汲極區域與該電晶體通道間之電阻組件，導致該源極 101s與汲極l〇ld(第1A圖）間之一較大電壓降。此電壓降 會降低該電曰曰曰體.驅動T —階段之能力，降低該電路之速度。 各種方法可用於先前技術中，以特徵化半導體中之摻 雜層。然而，此類方法無法（對申請人的知識來說）提供此 特徵於直徑小力10μιη <如此小的測量大小中，且無法在 測量時這麼做而不會損壞或接觸該層。這些限制需要測量 於具有形成於良好圖案中之摻雜區域之產品晶圓（相對於 測試或參照晶圓）上，且有效消除破壞性的方法，例如次級 離子質譜儀（SIMS)與掃描電容顯微鏡（SCM)。 使用電晶體的電子試探來推理摻雜層特性是可能的。 然而，此過程需要實際將探針接觸至一完整電晶體結構。 此外’此過程在一個過程中是不實際的，其中該摻雜層形 成，但是該電晶體仍未完成。源極/汲極製程步驟的效能與 電探測該完整結構的第一次機會之間的時間可能為數日或 數周，大大降低使用電探測實施即時過程控制之能力。

Borden等人已經描述用以測量接面深度之方法於美 國專利6,323,951與6,049,220號中。此外，Borden的美 國專利5,96 6,019與5,883,518號描述分裂一雷射光束至正 交偏極之二部分，且該二正交偏極部分之反射干擾形成半 導體材料特性之一信號指示。上述四專利在此以其整體作 為發明背景併入參照。

Jiang等人描述（於美國專利6,556,306號中，其在此 以其整體作為發明背景併入參照）一種用以於一想要角頻 200525163 率決疋一溥膜之折射率之方法e Jiang等人揭示（於摘要中） 產生輸入想要頻率脈衝與一輸出可偵測探測脈衝。根據 Jiang等人，一薄膜係被移入與移出該輸入脈衝之路徑，建 立輸出脈衝，交替於當該薄膜截住該輸入脈衝路徑時建 立之一傳輸“號與當該樣本於該輸入脈衝路徑外時建立之 一參照信號之間。該輸出脈衝調變該探測脈衝，其接著以 一光彳貞測器彳貞測’且計算該傳送信號與該參照信號間之差 異。上述步驟重複於該輸入脈衝與該探測脈衝間之複數個 延遲次數，直到特徵化該差異信號之一完整攔波形為止。 該折射率由Jiang等人計算為該薄膜之差異信號與該參照 信號間之一比率之一函數。

Heinrich等人描述（於美國專利4,758,〇92號中，其在 此以其整體作為發明背景併入參照）一種用於一半導體中 電荷密度調變之光學偵測之方法與手段❶Heinrich等人描 述傳送一偏極化同調光束至建立二偏極化光束之一干涉儀 上。該二偏極化光束聚焦至一矽元件上，以一光束聚焦於 一主動元件元件上或靠近一主動元件元件且一光束提供一 參照加以測試。在穿透測試中之元件後，該二光束被一金 屬層反射回且穿透過該測試中之元件，在此其由該分光器 重新結合。然而’該電荷載子影響矽之折射率，且藉由調 變該主動元件元件中之電荷，一小型調變發生於該折射率 中°該調變影響相對於該參照光束之靠近該主動元件之光 束之相位延遲’且因此當該光束於該分光器重新結合時， 該分光器干擾與轉換該相對相位調變至可被一光二極體偵 6 200525163 測之一振幅調變中。

Heinrich等人亦陳述單一光束之位置可透過一矽晶圓 表面空間調變，以偵測相對於一參照區域之一區域中之穩 定電荷密度。該參照區域可能不含有電荷密度變化，藉此 給予一絕對參照值。 【發明内容】

具有至少二不同反射率之區域於其一前表面上之一半 導體晶圓根據本發明藉由（V)產生一預定波長λ之一實質 單色電磁輻射波束，（2)以該光束照射該前表面上之其中一 區域；（3)於該二區域之間以一預定頻率/之一振盪互相相 對有節奏移動該光束與/或該晶圓，（4)藉由使用對該波長λ 感應之一光偵測器於未中斷有節奏移動期間連續測量由該 照射區域反射之一光束部分之強度，及（5)以該預定頻率/ 且以一相位感應方式同步偵測由該光偵測器產生之一連續 類比電子信號中之一波動振幅（即該時間變動部分）加以評 估。該類比電子信號之波動振幅於其後被使用為該二區域 間之反射率改變之一測量，如於製程控制中。在某些實施 例中，該測量執行於製造於與該晶圓中主動元件同時（且使 用相同製程）之一測試結構上。 根據本發明，選擇入射於該晶圓之前表面上之光束之 預定波長λ足夠短，以確保該晶圓中該光束之一吸收長度 小於該晶圓之厚度。於本發明許多實施例中小於晶圓厚度 之一吸收長度光束之使用確保可由該底表面反射之入射光 束之任何部分限制至反射自該晶圓之總能量之一可略百分 7 200525163 比（如小於1 0%)。若剛好位於朝向且來自該底表面之—路 徑，則依此方法縮小該底表面之貢獻會更加縮小一般發生 於該基板中之-或多個缺陷之貢獻。因此當以一預定波 長為λ之光束探測幾乎反射自其前表面，或反射自半導體 晶圓製造：成之各種區域時，能量係由—晶圓反射，藉此 改良該測量之敏感性至足夠即時製程控制之一層次。 在某些實施例中，該二區域其中之_係選為已知特性 之一區域（如電晶體之一非摻雜通道區域），且決定另一區 域之未知特性（如該電晶體之源極區域或汲極區域）。可根 據波動振幅與已知特性計算該未知特性（來自分析等式或 數值模型)或查找(使用或自參照樣本之資料）。或者，可直 接使用該波動振幅，以執行製程控制，如若該波動振幅落 於-預定範圍外，則改變用於該晶圓製造中之一製程參數。 摻雜與非摻雜區域(由該波動振幅所指)間之反射率中 文變=量可用以決定該捧雜區域中之一或多個未知特 =疋’若三特性為未知，則反射率中改變之三測量 動振巾不同波長之雷射加以獲得(於各波長測量-波 各值。根據”二:量接著用以決定三特性之 度之-輪t 之特性可為尺寸特性（如播雜濃 合Γ如材m?)、或㈣特性（如摻雜μ)、或其一組 材枓特性中之改變作為尺 之輪廓來例示）。 ，由該摻雜濃度 導數個實施例需要振盡建立一測試結構於一半 〒股日日圓中，以及播用—1« 又盪光束連續非接觸測量橫跨該 8 200525163 測試結構之二1¾祕4

一’之一反射改變量。該測試結構同時製造 於一生產晶圓Φ ， Q Τ 且使用與亦形成於其中之積體電路之區 域相同的製程，該此拉础恭 1 通些積體電路最終自該晶圓被切割以形成 1C晶片。該測謎# A、、、w構中之區域做成相同於（且由相同製程 形成）該積體電路Φ + Μ & 电格干之對應區域，而且該測試結構區域具有 足夠大之區域’以適應由該光束形成於該晶圓上之一點 之直徑。 雖然於上述型態之許多實施例中，係使用單一光束， 在其他實施例巾，同軸之二光束入射於一測試結構上，且 形成同心點於其上。於上述型態之相對移動期間，二光束 係相對該測試結構移動。 二光束由該測試結構反射，該光束其中之一由位於該 反射光束之路徑中之一光學元件過濾，而另一光束入射於 該光债測器上且以上述方式由該光偵測器偵測。在包含預 先退火低量佈植之特定應用中，舉例來說，由於該額外光 束會創造載子，二光束之使用會增強一摻雜區域之反射 率。因此，由該光偵測器測量之反射率差異（即由該光彳貞測 器產生之電子信號之波動振幅）變大，且其中之任何偏差較 容易偵測。在包含後退火樣本之其他應用中，由於由該額 外光束創造多餘載子，二光束之使用會增強對該摻雜層之 其他參數之測量敏感性，例如氧化電荷與缺陷密度。 【實施方式】 於根據本發明製造一半導體晶圓期間，使用用於形成 積體電路（如1C部分220)於該晶圓中之相同製程同步也製 200525163 造（如同第2A圖中之每動作201)—測試結構210(第2B 圖）。該測試結構2 1 〇之區域與該積體電路部分220之區域 間之唯一差異在於尺寸。尤其是，該測試結構2 1 0被設計 具有足夠大的尺寸，以容納如下方所述之電磁輻射之一光 束2 1 9之存在。舉例來說，該測試結構中之一摻雜區域2 11 可為具有與該點直徑相同大小之一侧之一方形。使該測試 結構之摻雜區域2 11大於該點直徑，以容納相對於該區域 之光束之對準錯誤。 雖然此實施例中測量之信號並不同樣對區域間特性之 一改變敏感，注意此測試結構中之摻雜區域2 11於某些實 施例中可做成小於該光束點（如該摻雜區域之對角線可與 該點直徑相同）。亦注意只要欲測試之一結構2 1 0係與該主 動元件220(或部份）在相同時間且以相同方式形成，製造 於該晶圓中之特定主動元件220並非本發明之一關鍵方 面0 根據本發明，上述晶圓於半導體晶圓製造期間使用一 雷射（或其他此類同調光源）被評估，以產生一預定波長λ 之實質（或甚至精確）單色電磁輻射之一光束219(第2Β 圖）（如同第2A圖中之每動作2 02)，並使用該連續產生光 束照射該晶圓之一前表面 F(如同第2A圖中之每動作 2 03)。對於該振盪光束實施例來說，光束219可根據該實 施例被偏極化或非偏極化。 在此描述所有實施例中前表面F之照射允許該入射電 磁輻射立即到達（且自此反射）有興趣之區域，例如摻雜區 10 200525163 域、非摻雜區域、金屬區域或其他製造於該晶圓之前表面 F之此類區域，而不需要穿透大部分的晶圓厚度。這相對 於美國專利4,758,092號中由Heinrich等人揭示之習知晶 圓底表面之照射。如由Heinrich等人建議之底表面照射需 要該入射光束透過一晶圓之厚度走完全程，以到達反射該 能量入射於其上之一金屬層（於該前表面處），且該反射之 能量第二次透過該晶圓之厚度走完全程回去。透過該晶圓 之厚度走完全程的需求具有兩侗缺點（a)該基板上之任何 缺陷會影響該測量（尤其是由於基板製造具有對缺陷之一 較大容忍度），及（b)確保該反射能量可被有意義的測量， 需要使用一長的波長（如1.3μπι)之一探測光束，如Heinrich 等人於第3攔第61-62行中所提及）。 根據本發明光束219(第2B圖）知預定波長λ係選擇足 夠短，以確保該晶圓中該光束之一吸收長度Α1小於該晶圓 之厚度zs。「吸收長度」該詞用以指光束219之原始強度 E。2落至（l/e)E。2之一長度（亦稱為「穿透深度」）。因此， 當吸收長度小於晶圓厚度時，入射於該晶圓之一前表面F 上之能量E。2之超過多數（約63%)甚至無法到達該晶圓之 底表面B。在該相反方向中同樣為真，即事實上由該晶圓 之底表面B反射之所有能量之超過多數（約63%)甚至無法 離開該晶圓之前表面F外。此外，因為由該底表面B之反 射率造成的降低，由該底表面B反射之能量不等於入射於 其上之能量。 在具有吸收長度小於晶圓厚度（如若吸收長度係 11 200525163 69 0μιη且晶圓厚度係700μΠχ)之某些實施例中，則入射於前 表面F上之總能量中的約26%被傳輸且入射於底表面β 上’且因此，約7· 8°/。（之前表面F上之總入射能量）由底表 面Β反射，且因此約2· 8%(之前表面f上之總入射能量） 到達前表面F，且僅約2 % (之前表面F上之總入射能量）離 開該前表面F外。 在本發明之許多實施例中，具有吸收長度Α1小於晶圓 厚度zs之光束219之使用確保大部分能量由該晶圓反射， 而非來自該前表面F，由實際上位於該前與底表面間之區 域與介面反射，如於半導體晶圓製造期間形成於基板23〇 中之區域211與216(第2B圖）。因此，此一短波長光束之 使用確保可由該底表面B反射之入射光束219之任何部分 被限制為反射自該晶圓之總能量之一可省略的百分比（如 小於1 0%)。舉例來說，若該總反射能量係該入射能量之 3 0% ’該底表面貢獻限制為小於3 %。若剛好於至底表面β 與來自底表面B之一路徑中，根據大約選擇該波長（且因此 選擇該吸收長度）將底表面B之貢獻縮小一個數量級，以縮 小來自一般存在於該基板中之一或多個缺陷的貢獻。 降低該吸收長度（且因此降低該波長）僅提供報酬遞減 (即邊際效益）超過一特定點，其根據於各實施例可能不同 之許多因素，例如信號雜訊比（SNR)與成本（如該雷射）。因 此’在某些實施例中，該吸收長度A1選擇不小於半導體晶 圓製造期間形成之一區域之一接面（或其他輪廓）之深度 °因此，該區域中之吸收長度的範圍（接面深度 <吸收長 200525163 度<晶圓厚度）中之任何值可被選擇。因此，該最大吸收長 度係Almax<zs，且該最小吸收長度係Almin>Zj。 在一實施例中，接面深度Zj係於500-800埃之一範圍 中’且b曰圓厚度為700μπιβ在此實施例中，具有一波長入 為1.〇4μηι之光束219可選擇用以探測，如在此所述，由 於此一光束具有一吸收長度Α卜700 μπι。如上所注意到的， 當使用此一光束時，該底表面對反射自該晶圓之能量之貢 獻係入射於該前表面上之總能量之一可省略百分比（約 2·4%)。為了消除來自該底表面與任何介於期間的缺陷之任 何貢獻，光束2 1 9可被選擇使具有一吸收長度Α1，其小於 或等於該晶圓厚度之一半，即小於或等於35〇μιη。在此一 情況中，由該晶圓反射之能量主要反射自該前表面F與自 前表面F鄰近中有興趣之區域。 舉例來說’若具有一波長λ為980nm之光束219選擇 用以作為在此描述之探測，其吸收長度Al= 1 〇〇pm大大小 於350μηι’其為一半晶圓厚度。在此範例中，僅約4.8%之 入射能量到達半路至該基板230中，且僅0.2%到達該底表 面。此波長之入射能量因此實際上消退於正好到達該底表 面時’不太可能0.2%之任何部分可回到該前表面並自此出 現。因此，自該前表面出現之唯一能量係由該前表面本身 反射之能量，與反射自發生於靠近該前表面F之介面與區 域之能量，例如井216與基板230間之介面231，以及區 域211與井216間之介面232，以及其間之區域，例如井 216與區域211。 13 200525163 在此描述之型態之許多實施例中，選擇光束2 1 9，具 有一波長λ其範圍介於400nm至ΐ·〇4μπι間，其中該下限 由大於超淺（Ultra Shallow; US)接面之目前技術允許之接 面深度（或輪廓深度）之吸收長度設定，且該上限由小於該 晶圓厚度之吸收長度設定。注意波長χ為丨·丨μιη或更大之 光束無法使用為在此所述者’由於其吸收長度15〇〇μπι 大於兩倍晶圓厚度700μιη(如上所注意到的）。注意光束2 1 9 根據該實施例可具有任何功率，如介於5mW與100mW之 間。注意光束219可由一傳統雷射二極體產生，例如可自 加州聖荷西之JDS Uniphase獲得之一光纖布拉格光栅 (FBG)穩定AlGaAs雷射，具有一波長980nm及一功率 100mW(部件 #26-8052-100)。 上述型態之光束21 9(第2B圖）形成一點於被評估之一 晶圓之一前表面F上，且此一點（顯示於第2C圖中之位置 219A)相對該晶圓移動（請見動作2〇4)，於一測試結構之二 區域間，如摻雜區域211與非摻雜區域213(第2C圖），以 一預定頻率/之物理振盪。在上述範例中，區域213由與 一井區域216相同材料形成，且係與一井區域216 —同延 伸，且基於這個理由，區域213由一虛線顯示於第2B圖 與第2C圖中。光束219最初可透過一摻雜區域211置於 位置219A處（第2C圖），且於動作204期間，該光束自位 置2 1 9A連續移動至一對稱位置2 1 9E越過非摻雜區域 213，沿著一直線L通過期間之位置219B、219C及219D。 如第2C圖中所示，區域211與213互相相鄰，且共用一 14 200525163 普通邊界212。

注意為了澄清的目的，雖然無數個此位 動呈現於位置2 1 9A與219丑之間，僅三中間 2C圖中。位置219A與219E為該光束219 極端位置。因此，在到達位置2〗9之後，反 經過位置219D、219C及219B之後，該 219A。五位置219A-219E之側視圖（第2C 第2D圖至第211圖中。 雖然特定實施例需要一光束與該晶圓間 在參照第1 3圖至第1 7圖描述之型態之其他 有相對移動。而是調變欲入射於該晶圓之一 束強度’如藉由使用一旋轉半波板與一、; (Wollaston prism)於之光束路徑中並朝向該 調變驅動產生該光束之雷射之一雷射驅動器 些調變該光束強度之實施例中，於該光束與 有相對移動。 參照回第2D圖至第2H圖，於該二區域 之相對移動期間，由該照射區域反射之光束 由對該入射光束之波長λ敏感之一光偵測； 每動作203)。注意於該相對移動期間該被反 度會改變，由於該二端位置之反射率之差異 之反射率之差異相同。於該二端位置間之一 該光束確實為50%於各二區域中，且該反射 射率之一平均值。事實上，由於可固有於該 :置由於連續移 丨位置例示於第 的移動反轉的 _轉移動，且在 光束回到位置： 圖）分別例示於 之相對移動， 實施例中，沒 區域上之一光 屋拉斯頓稜鏡 晶圓，或藉由 。因此，在某 該晶圓之間沒 2 1 1與2 1 3間 之一部分強度 器連續測量（如 射之輻射的強 與該二區域間 中央位置處， 率應為該二反 一區域間之邊 15 200525163 界之不連續存在，於該中央位置之反射率可大大導自該平 均值。於任何其他中間位置處，該反射率係由該入射光束 照射之二區域之區域之一加權平均值。 因此，於該晶圓與該光束之相對移動期間（於第2β圖 中該二端位置21 9A與21 9E之間），對反射自該晶圓之光 束之部分敏感之一光偵測器2 1 5產生一連續類比電子信 號。該產生之電子信號具有隨時間變動之一量，其係以該 光束與該晶圓間之相對移動之預定頻率y而隨時間變動。 如第2A圖中之每動作205,該電子信號之波動之一振幅（即 該時間變動部分）係於該相對移動之頻率/同步偵測，如藉 由使用一鎖相放大器。 注意在本發明之所有實施例中，連續產生入射於該晶 圓上之一光束，且該光束用以連續照射該測試結構。該測 試結構之連續照射區別本發明與Jiang等人之揭示（於美國 專利6,5 5 6,3 06中），該揭示呈現需要使用脈衝。申請人注 意到Jiang呈現使用「想要頻率」該詞意指頻率之一特定 範圍；如GHz-THz(第1攔第8_27行與第3攔第66行）， 而非單色光束。申請人另注意到Jiang使用一脈衝，且 脈衝般具有一頻率延展，其為該中心頻率（如1兆赫） 之好幾倍（如3死赫卜基於其一或二理由，Jiang的脈衝並 非單色（在此使用此詞作為相同意義描述一雷射產生光 束’用於申請人之發明之某些實施例中）。 由該光偵測器產生之電子信號之波動振幅（即該時間 變動部分）在此亦稱為一反射率改變測量。該反射率改變測 16 200525163 量指示該二區域間反射之差異，且其後用以（1)獲得該二區 域間一或多個特性之改變之一測量（根據模型化或先前收 集之資料）；或（2)執行製程控制（藉由比較預定限制，且若 於一範圍外，則改變一製程參數）。

在某些實施例中，上述測量（於端位置219A與21 9E 其間且包含兩端之無數位置處）藉由使用入射垂直至該晶 圓之一表面F之電磁輻射之至少一光束加以執行（第2D 圖），且偵測此光束之一反射部分。第2 D圖至第2 H圖描 述一分光器218，顯示與該入射光束219位於同一線上， 指示以相對於測量之入射方向之一方向來自表面F之鏡面 反射（其中二方向係沿著垂直該表面F之一線2〗4)。分光 器218傳送由雷射217產生之一雷射光束至晶圓230。分 光器218分裂由晶圓23〇反射之光束之一部分（如5〇%)至 一摘測器2 1 5。基於這個理由，分光器2丨8亦在此別處稱 為「摘測系統分光器」。偵測系統分光器2丨8於在此描述型 態之許多實施例中係非偏極化。偵測器2丨5以常見方式自 入射與反射2 1 4線偏移。 於該光束219與該晶圓230間之相對移動期間，上述 測量由該偵測器215連續與依序（即一個接著一個）執行， 以產生第21圖中例示型態之一類比電子信號。該信號 Samplitude之一波動振幅使用一鎖定裝置獲得為許多循環 N之一平均值。波動振幅samPitude(第21圖）指示該二區 域間反射率之一改變。 偵測該波動振幅（而非作一區域中之個別反射率測量） 17 200525163 會消除決定該個別反射率測量中存在之一常數的需求（作 為該類比電子信號中之一基線Smin)。尤其是，該電子信 號如於第21圖中所例示為於Smin與Smax之間作變動。 舉例來說，於該光束219完全入射於該摻雜區域211中（第 2D圖）時，由偵測器2 1 5在時間11與t2間測量之信號係為 最小值Smin(第21圖），且當該光束219完全入射於該非摻 雜區域213中（第2H圖）時信號在時間t3與t4間到達最大 值Smax(第21圖）。該週期 >[吕號之一波動振幅Samplitude 係使用一相位感應鎖定技術偵測，以相較於一 dc(直流）組 件隔離該ac(交流電）組件。尤其是，該差異Smax-Smin = Samplitude係由該鎖定裝置測量，且消除校正呈現為該電 子信號S中之一基線之Smin之效果之需求。 一般來說，各循環之Samplitude相同，即Samplitudel = Samplitude2 = Samplitudel = SamplitudeN 。然而，在某些實 施例中’不去個別债測各循環中之Samplitude，Samplitude 而是透過許多循環N之平均（藉鎖定裝置），即Samplitude =

(S amplitude 1+S amp litude2 + ...Samplitudel + ...SamPlitudeN )/N〇根據信號雜訊比（SNR)，該數字N可為一百或更多（如 於該二區域之間振盪100-200次），雖然在某些具有一非常 高SNR之實施例中，該循環可能盡可能隨手可得的少（假 設為5 -1 0次）。 當該入射雷射光束219(第2F圖）跨該邊界212時，光 束219可能於邊界212遇到為該半導體晶體中一薄氧化物 或一斷層之形式之一稍微不連續。由於此技術之高敏感 18 200525163 f*生於邊界212之此稍微不連續可建立一尖波於由光偵測 器215產生之類比電子信號中。此一尖波可呈現於信號中 (第21圖）’舉例來說’介於時間丨2與丨3之間，且亦介於 時間t4與t5之間（央波未顯示於第2i圖中）。

尖波之呈現可藉由調整一鎖相放大器為相對移動頻率 /之兩倍加以偵測，且此尖波用於某些實施例中，為使用 者和不邊界2 1 2之一特性。然而，在此處描述型態之大部 分實施例中，該尖波係被從信號中過濾，否則其會以相對 移動頻率/波動。尤其是’在某些實施例中，該尖波以一 連串電子閘極之形式被視為來自該光偵測器之信號中之異 常’且藉由應用一濾波器加以消除。該閘極同步化為相對 移動頻率/之兩倍，且該過濾信號於其後提供至該鎖相放 大器（為了於相對移動頻率之同步偵測）。

第2C圖至第2H圖中例示型態之光束219與晶圓230 間之相對移動可以任何方式完成，如於一實施例中，一光 具座（承載該雷射與該光偵測器）相對保持穩定之一載台 (承載該晶圓）移動，而在另一實施例中，該載台於該具座 保持穩定時移動’而在又另一實施例中，該載台與該耳座 皆移動。該載台與/具座可使用業界已熟知之型態之一壓電 驅動器來往復移動。請見附加至第12圖之壓電驅動器 1219(描述如下）之載台1218，其耦合以接收以頻率/波動 之一電子信號’於此處操作該鎖定偵測器以決定 Samplitude 〇 在特定實施例中，一載台或一具座皆不移動（相對於接 19 200525163

中使用一光束偏轉器274掃 地），而是穿iT ^ 一 第2J圖中之

該光束可於該光束之一路徑中使 描。一光束4 置，並導致i 改變其方向 裝置可用於J 一掃描電流計鏡或一聲光偏轉器。第2J圖例示自一分色鏡 272沿著該y軸接收一光束275之一光束偏轉器274(於穿 透一分光器之後）’而鏡272依序沿著該X軸自雷射 271A-271C之一接收該光束。光束偏轉器274振盪皆位於 該x-y平面中之位置275A與275B間之光束275。光束偏 轉器274之一範例係一聲光光束偏轉器。 在此實施例中，光具座279具有一平面表面279S，其 平行於該x-y平面，且例示於第2J圖中之上述光學元件係 裝設於表面279S上。注意在此實施例中，雷射271A-271C 沿著平行於該y軸之一線L2上之三位置互相鄰近裝設於 表面279S上。此外，鏡272可於相對於該三雷射位置之 三位置間移動。該鏡272之三位置沿著平行於該y軸，且 因此平行於線L2之另一線L1。此外，光束偏轉器274位 於光束275之一路徑中，沿著線L1。最後，一分光器276 亦沿著線L1放置，位於鏡272與光束偏轉器274之間。 如上所注意者，有多個方法跨該摻雜與非摻雜區域移 動一光束。一方法使用該晶圓載台於該光束與偵測器維持 20 200525163 穩疋時’於測1光束下前後移動該晶圓 夠大之-距離振盈，以涵蓋該摻雜與非捧雜足 說，一掃描距在某些實施例中已足二：！來 振盧舉例來說可為100赫(每秒—百？之 用於任何給定實施例中特定 定，例如用以實施振盪之機制型離用根據許多因素而 動之-電子"二 偵剩於頻率，波 「等待用 元件（如鎖相放大器）延遲（亦稱為 」 ⑨f使$之各測量與德環數之持續期 間。注意可使用範圍1Hz至20,000Hz中之任何頻率。舉 例來說’若該調變頻率為函Hz，且若該鎖相放大器需要 :少10循環以產生一反射係數的測量，則需要1〇毫秒執 行各反射係數的測量。在一範例中，該產量係每小時 晶圓，或每晶圓120秒，各晶圓具有採取至少十個區域之 一測量。 注意並非振盪該載台，承載所有光學元件之一光具座 本身可被振盪，雖然光具座之質量大於該載台之質量至少 一個數量級。另一方法使用一聲光偏轉器振盈稍微關於該 傳播軸之雷射光束。在大部分實施例中，由於抓取來自振 盪端點之反射輻射係足夠大的，該光偵測器會保持穩定。 然而，注意在一些實施例中，該光偵測器亦可振盪，以及 該雷射光束，如若該光偵測器係小於該振盪的振幅（即其二 端點間之距離）。 聲波行進於一光學晶體中，如Ga As，為以垂直於該聲 波之方向行進之一光束設定一繞射光栅β該繞射光柵以傳 21 200525163 由調光和 藉 / 聲於 描率該測 掃頻與偵 之定台器 束預载大 光該該放 該以，相 。 由化鎖 束藉變該 光或以由 該率加且 轉頻微， 偏波稍作 度聲。操 角該成時 一 變達同 之改以率 率 /加頻 頻率幅同 波頻振不 聲定波以 該預聲器 至該該轉 播以變偏 與/或差頻率之信號。 參照第2J圖，在數個實施例中，有額外元件位於光束 偏轉器274之後，例如下列裝置··一物鏡283、被評估之 晶圓230、及該晶圓裝設於其上之一載台281。根據該載台 281與該具座279之相對角度，可能有額外光學元件位於 其間’例如一鏡282。注意載台281可用以於該X、y及z 方向相對該振盪光束移動晶圓230。尤其是，載台281可 用以沿著該z軸以垂直方向移動晶圓23 0以調整焦點，且 於一水平平面中，調整相對來自鏡282之入射光束之一測 試結構之位置，其接著接收來自聲光偏轉器274之振盪光 束，並將它傳送至物鏡283。 此外，光束位置275 A與275 B誇張顯示於第21圖中， 且應了解其足夠靠近，使得該反射光束穿透回相同光學元 件（例如物鏡283與光束偏轉器274)，且入射於偏轉該反 射光之一部分至一光偵測器277之一分光器276上。注意 偏轉器2 74之振盪頻率/之一信號指示供應至/自（根據該 實施例）光债測器277耦合之鎖相放大器，如由該虛線箭頭 278所示。 注意在本發明大部分實施例中，入射於該晶圓上之一 光束相同於由一雷射產生之光束。尤其是，對該入射光束 22 200525163 來說沒有中間次要來源，其相對於Jiang等人之教示，由 於Jiang等人需要一發光器14由一脈衝pi激發（來自一光 源 12)。 同樣的’在本發明大部分實施例中，來自由光偵測器 277偵測之晶圓23 0之反射光束的部分係直接轉換至指示 晶圓23 0之特性之電子信號。尤其是，沒有中間光學元件， 例如一電光感應器，其結合一第二光束以促進該探測光束 之偵測。此债測方法相對於Jiang等人之教示，由於Jiang 等人需要該探測脈衝經由其與由一 2mrn厚<1 10>ZnTe晶體 製成之一電光感應器32中之一第二脈衝P2之互動而加以 偵測。 被使用於在此描述之型態之測量中之第2J圖之特定 雷射’在某些實施例中係沿著該y軸藉由適當放置分色鏡 2 72被選擇，該分色鏡272係位於相對於該選擇雷射之一 預設位置。在第2J圖中，鏡272例示為放置於相對於雷射 271C’雖然鏡2 72可移動至相對於雷射271B之另一位置 或相對於雷射2 7 1 A之另一位置（沿著未顯示之一軌道）， 藉此選擇該波長，用以照射該晶圓之前表面。 並非移動單一鏡272，在另一實施例中，三鏡（未顯示） 快速相對該各自的雷射裝設，且各鏡僅於其各自的雷射開 啟時用以反射一光束，藉由使用分色鏡，具有不同之可通 過或不可通過的波長《舉例來說，當使用雷射271B時， 關閉雷射271A與271C，且相對雷射271B放置之一鏡 272B(未顯示）沿著該y軸自雷射271B反射該光束，而位於 23 200525163

此光束之路徑中之一對應鏡272C(第2J圖）使此光束穿透 於其間。在此實施例之一範例中，雷射2 7 1 A、2 7 1 B、及 2 7 1 C必須依遞減波長之順序配置，即雷射2 7 1 A具有最長 波長（λΐ)、雷射271C具有最短波長（λ3)、而雷射271B具 有介於兩者之間之一波長（λ2)。且接著鏡272B被設計以反 射波長λ2但傳送波長χι，而鏡272C設計以反射波長λ3 且傳送波長λΐ與λ2。可選擇該序列中第一個之鏡272Α以 反射所有波長。

在上述型態之數個實施例中，在發生於沿著一直線L 光束振盪二端之二不同時點，振盪之一光束於該晶圓上之 位置309a與309b(第3Α圖）形成點。點位置309b與309b 間之一掃描距離Dscan係被選擇足夠大，使得該些點不會 互相重疊（於該振盪之極端）》因此，該掃描距離Dscan(在 這些實施例中）被選擇大於該二點之一直徑，也就是 Bdiameter。此外，在此實施例中，線L係被選擇垂直於摻 雜區域301與非摻雜區域3 03間之一邊界302。注意由於 該非摻雜區域303與本體306係一同延伸，且基於這個理 由，區域303未顯示於第3A圖與第3B圖中。 如顯示於第3A圖之一平面圖中，為區域3〇1選擇足 夠大之一測試結構之摻雜區域301之寬度與長度（請見尺 寸Rwidth與Rlength)以完整包圍於位置309a之點（其形成 於振盪之一極端，如描述於前一段中）。尤其是，選擇Rwidth 與R1 ength大於該Bdiameter。此一測試結構用於某些實施 例中’其中積體電路之電晶體之區域之尺寸比Bdiameter 24 200525163 微細得多。在所有其他方面，摻雜區域301與其他摻雜區 域完全相同，其一般形成為積體電路之部分，該積體電路 係自該晶圓切割以供使用於該一般方式中。 舉例來說，該摻雜區域301之深度（請見第3B圖與第 6E圖中之Zj，）相同於此積體電路摻雜區域之一對應深度 (例如一電晶體之源極/汲極區域或通道區域之接面深 度）。注意「接面深度」該詞用以指來自該前表面至摻質已 佈植一接面中之距離（即前表面F與介面3 04之距離（第3B 圖）），然而「輪廓深度」該詞用於較通用情況中，為任何 佈植或其他可能或可能不形成一 pn接面之區域指示一對 應深度。 可形成與評估任何數量之測試結構，以獲得欲評估之 區域之對應特性之一測量（如一測試結構可形成用以評估 來源區域，然而另一測試結構可形成用以評估井區域）。此 外，可能有相對於積體電路數量之任何數量測試結構（如可 能有一對測試結構為各積體電路評估該源極與其中之井區 域，或一對測試結構可能用以評估一群積體電路之源極與 井區域）。 如上所注意到的，一類比電子信號由一光偵測器產 生，且此信號具有許多根據該測試結構之各種尺寸與根據 振盪頻率f之特性。舉例來說，該信號維持於其最大值S 1 之持續期間tmax由位置309b處之一點完全維持於非摻雜 區域303中之持續期間決定（於第3C圖中tl與t2間之任 何時間）。一旦該光束之一部分跨該邊界302(當該光束沿 25 200525163 著線L以自左至右之一方向移動時）落入該摻雜區域3〇1 中’信號開始落下（於第3C圖中之時間t2)。

當該光束跨該邊界3 02時信號繼續落下，直到該光束 已經完成跨越該邊界302為止（於時間t3)。此後，信號維 持穩定於其最小值S2，而該光束到達點位置3〇9a處之振 盪極端’反轉該振盪方向以到達邊界3 〇2 (沿著線L以自右 至左之方向）。於此時，信號開始上升，且於該光束跨越該 邊界302時繼續上升，直到該光束已經完全跨越該邊界3〇2 為止（於時間t5)。接著信號維持穩定於該最大值si，而由 該光束形成之位置309b之一點完全包含於區域3 〇3中。

Samplitude = S 1-S2指示二區域30 1與303間之反射率

之一差異，且於某些實施例中用以獲得該晶圓之一特性。 舉例來說，上述反射率改變測量（即SamPitude)相較於此一 反射率改變測量上之特定預設最大與最小限制（其可自一 參照晶圓或自一模型預定），假設所有其他特性維持相同。 在此一情況中，來自已知為良好之一結構（如第3B圖中所 示）之Samplitude之一增加（如第3C圖中所示）可指示（昀較 高摻雜濃度、（b)較深輪廓深度、及（c)較小陡度摻雜輪廓任 何之一。在另一範例中，使用不同波長之各三個雷射光束 獲得該反射率改變測量之三值之一總數（Samplitude之形 式）。該反射率改變測量之三值用以獲得摻質輪廓之峰 (Nd)、該掺質輪廓之深度（Zj，）、及該摻質輪廓之陡度（〇〇之 測量。用於某些實施例中之這三個特性之一模型例示於第 8A圖與第8B圖中且如下說明。 26 200525163

由該光偵測器產生之信號含有該反射率改變測量 Samplitude外之額外資訊。尤其是，該最大信號值Smax 以及該最小信號值Smin個別為做成該測量之二區域之反 射指示。此外，該信號維持為其最大值之持續期間tmax 以及該信號維持為其最小值之對應持續期間tmin亦可互 相比較。如第3E圖中所示，若tmin大於tmax，該光束花 更多時間於該非摻雜區域中而花較少時間於該掺雜區域中 (即不對等光束掃描）。此外，該信號自其最小值上升至其 最大值之期間之持續期間trise(第3F圖）可為該邊界之一 特性之一指示。舉例來說，若一生產晶圓之tHse大於一參 照晶圓之trise，則此為該生產晶圓之摻雜區域與非摻雜區 域間之邊界（第3 F圖）比該參照晶圓之邊界（第3 c圖）更為 擴散之一指示。

如上所注意到的，跨該摻雜與非摻雜區域之光束掃插 距離DScan(第3A圖）最好大於該晶圓上形成之一點之直經 Bdiameter(其在一範例中環繞2微米），以放大信號 Samplitude之偵測之精確度。因此，在一範例中，Dscan 係4微米。當該掃描距離於任何區域中減少時，該光束花 較少時間使其點完全包含於該區域中，藉此減少該信號維 持於其最大值或最小值之持續期間。如第3 G圖中所示， 當該Dscan小於Bdiameter時，Samplitude之值減少（即小 於S1-S2)。在此一情況中，該波動信號具有一減少振幅 S5-S4,其接著導致減少對該區域間反射率之改變的敏感性 (由於截去的Samplitude)。 27 200525163 雖然某些實施例產生此一截去的振盪信號（其振盪於 S4與S5之間，如第3(3圖中所示，雖然該真正的最大值與 最小值分別為於S2與s 1處），大部分的實施例設計以允許 該振盡信號到達其完全最大值與完全最小值（藉由確保該 光束之點至少藉由使該區域足夠大而短暫地完全包含於各 區域中）。該掃描距離Dscan上之下限根據仍可被偵測與依 該些區域間反射率中改變而被校正之Samplitude的最小值 而定，其接著由該系統之雜訊決定。一般來說，Samplitude 之最小可债測值係設定於一信號雜訊比為1 ^ 雖然於某些實施例中，一光束掃描於二鄰近區域中， 在其他實施例中，該光束可掃描於互相分離之二區域間， 如由一或多個其他區域。舉例來說，第3 Η圖例示個別透 過一非摻雜區域383L與一摻雜區域381R放置之極端位置 388a與388d間之一光束掃描，且二額外區域381[與 呈現於其間。纟此一情況中，該光束掃過分別位於摻雜區 域381L與非摻雜區域383R上方之位置388b(該光束目前 顯示位於此）與388c。 由上述實施例中一光偵測器產生之一波動電子信號之 一週期為該光束之振盪之三分之一週期，如第3i圖中所 不因此，雖然在特定實施例中，該光束之振盪頻率（亦稱 為「光束掃描頻率」）與該電子信號之波動頻率（亦稱為「信 號頻率」）相同，在其他實施例中，該二頻率可具有一不完 全相同之關係（即需要不相等）。 舉例來說，跨-或多對介於其間之推雜與非播雜線之 28 200525163 光束掃描產生為該光束掃描頻率之一整數倍之一信號頻率 (於第31圖中，一摻雜區域381L與一非摻雜區域383R同 時被視為介於區域3 8 3 L與3 8 1 R間之單一對）。該測試結 構被設計有該線之寬度大於或等於Bdiameter。由該光偵 測器感應之信號於某些實施例中以一鎖相放大器組來分 析，以測量該光束掃描頻率之第η階諧音（harmonic)。在 第31圖中所示之範例中，n = 3。並非一鎖相放大器，於另 實施例中，信號中之一波動組件可 偵測器之輸出信號與一電腦分析該樣本加以識別，以識別 於該適當頻率之Samplitnde(其根據相對於該測試結構之 光束之機械振盪之頻率，且亦根據該光束掃過該測試結構 之圖案）/主意在其他實施例中，並非一對線，可能為位 於不同材料（不同於該二區域）間之單一線，在此情況中該 電子信號具有三階段（水平平坦區域）而非二階段。 雖然區域3〇1與303(第3B圖）已經於上方描述為捧雜 與，接雜區域’跨其他材料與/或尺寸之區域之反射率改變 亦可由上述之動作202_206加以決定。舉例來說，第3j圈 例示一輕摻雜區域3〇3a與摻雜區域3()1間之反射 :量(藉由動作—。第3K圖例示一淺㈣區二變。3之 與接雜區之反射率改變之測量（藉=〇b 202-206)。在& ▲ 、柯田動作 在此類實施例中，正被製造之連續 Samplitude湔旦丄 只日日圓間之 w量中的改變可被用於製程控制。$ Samplitude 測窃 4 該 、J篁可直接與預定限制值作比較， 範圍中，則於用认制▲广α 且右非於該 於製仏區域3 03b與301之一製程 29 200525163 (亦稱為t程參數」）中做一改變。或者，可使用從具有 已知特性之參照樣本獲得之sa_iitude資料查看區域 3〇3a與303b中之未知特性。 第3L圖例不非摻雜區域303與由介電或導電材料（如 氧極氧化物或金屬）之一層391形成之一區域3〇1間之反射 率改變之測量（藉由動作2〇2_2〇6)。注意在第3L圖例示之 實施例中’該晶圓之前表面F並非平面，由於上述層391 係形成於其材質為形成該基板（顯示於第3N圖中之基板 3 0 7)之半導體材料之_平面表面3〇4&的上方。因此，該晶 圓之刖表面F於該基板之區域3〇3中為平面，於邊界3〇2a 則為不連續’且其於該介電/導電層391之區域3〇la上方 再次為平面。 該二平面區域3〇la與3 03間之垂直距離（以該晶圓之 厚度之一方向）係層391之厚度Ζι·。表面304a形成一介面 於基板3 0 6與層3 9 1之間。在此類實施例中，於半導體晶 圓製造期間，自一晶圓至另一晶圓之層3 9丨之厚度&之一 改變（如層301a)導致用於某些實施例中製程控制之 Samplitude測量中之一對應改變。注意層391之厚度比該 入射光束之焦點深度小得多，因此層391之厚度Zl•之一改 變量於光束聚焦上具有可省略的影響。 此外，雖然於某些實施例中，該入射光束與該反射部 分皆正交（即垂直）於該晶圓之前表面（請見垂直第2d圖至 第2H圖中表面F之線214)’在其他實施例中，可能有9〇。 外之一角度langle(第3M圖），於位置309b之入射光束之 30 200525163 一轴314與晶圓表面F之間。在此一 308b於相同角度取向，以接收該反射二'八，’―光债測器 知技藝人士來說是很明顯的。同樣的，雖：下將對熟 中，評估之區域係一測試結構，在 ：二些實施例 、TO貫施例中， 第3N圖中所示直接評估一積體電路之區域。 w 一積體電路之區域是否可亩垃 否了直接砰估係根據許多因辛而 定，例如該區域與由該入射光束形成之一 因素而 點之相對尺+。 接著’該晶圓上形成之點舉例來說根據該光束 及將該光束聚焦於該晶圓上之—物鏡之焦距而 圖中所示之型態之一實施例中，忽略一擴充區 位於-摻雜㈣30U與—非摻雜區 之貢獻’藉由過遽並非於㈣移動頻率（於區域 之間）之類比電子信號中之任何部分，如、 ^ ^ 1之用调整為相 對移動頻率之一鎖定摘測器，或藉由使用一電子閉極以 阻斷來自區域302s之信號部分。 如上所注意到的，數個實施例的確需要建立—測軾結 構於-半導體晶圓中’ ϋ需要使用_錢光束橫跨 結構部份之反射改變的連續非接觸測量。此測試鈐構反 之測量，舉例來說，用以估計一電晶體中一施 电日日姐Τ 摻雜區域之深 度’如藉由形成與該電晶體中相同數量之摻雜區 鐵之一測 試結構。在數個此類實施例中，該估計可為一 K寸特性（例 如為輪廓深度之一範例之接面深度）與/或一材 刊T叶特性（例 如峰摻質濃度）與/或一混合尺寸/材料特性（例如 廓陡度之摻質濃度之梯度）。 31 200525163 可藉由製造中之一晶圓之測試結構上 篁之一信號 一特性，以及具有一組形成一校準或杳找表 一铽衣之已知特性 一組參照晶圓上之一對應結構兩者相比較 叩件到在此描 之型態的估計。如上所注意到的，在此描水 细遮之一生產晶 中一測試結構之使用提供一便利方法，用 773 M決定各種此 特性，由於該測試結構之一或多個尺寸不 J个眾破限制為該 晶體或欲使用於一積體電路（正形成）中 〜丹他裝置之 寸。數個實施例使用該測量以控制離子佈植與/或退火 程，用以形成此區域於下一生產晶圓中，如 τ 如鞴由改變一 多個製程參數，例如佈植佈植劑量、退火溫度、及熱暴 時間。 ...... 在此描述之型態之實施例比起習知方法具有許多 點。來自物理學之觀點，本發明特定實施例之方法/裝置 測量該主動摻雜輪廓，由於該測量對該多數載子分佈 感，多數載子分布係緊緊跟隨該主動摻雜輪廓。某些實 例導自摻雜取出一半導體晶圓之下列三特性：輪磨深度 輪廓陡度、及峰摻雜濃度。來自該硬體設定與穩定度的 點，本發明之此類實施例比起先前技術提供較容易之光 光束對準與長期穩定性。 第4Α圖與第4Β圖例示製程控制中特定實施例之 用’以控制一反饋迴圈中之晶圓製程。尤其是，一或多 測試結構形成於一生產晶圓中，如與為積體電路之電晶 製造同時，如第4Α圖之動作4〇1所示。該測試圖案最 完全相同於有興趣之一電晶體層之摻雜特性。舉例來說 之 之 述 圓 類 電 尺 製 或 露 優 係 敏 施 觀 學 使 個 體 好 32 200525163 若用以形成區域1〇1與102之源極與汲極形成製程被控 制，則相同製程用以形成該測試結構。 此類測試結構可為位於開放區域中一側上數微米之開 放區域，例如積體電路間之走道，且可與源極/汲極101與 1〇2之形成同步形成。在一實施例中，一電晶體之推雜區 域之接面深度被估言十，形成於動作4〇1中之測試結構需要 摻質原子佈植與退火，且根據該實施例，此佈植與退火可 與用於該晶圓之電晶體形成之佈植與退火同步執行。 一旦形成一或多個測試結構，含有該測試結構之一晶 圓對準一測量系統（請見第4A圖中之動作4〇2),接著使用 一非接觸探測（請見第4八圖中之動作4〇3)，測量該摻雜 區域之特丨生之一佗號指示。一或多個動作402與403邛 重複執行，如用於多重測試結構，如動作4〇8所示，且邛 以其他類測量交插，或與其他類測量同步執行，此對熟知 技藝人士來說係很明顯。動作4〇3可由任何在此描述之方 法執行，如藉由執行動作2〇2-2〇6(第2A圖）。 其後’選擇性處理來自執行於動作4〇3中之測量之信 號以轉換該信號至相對於該摻雜區域之一或多個特性之 較有意義量，例如該佈植摻質之一輪廓之峰、深度、與 陡度（請見第4A圖中之動作4〇4)。如在此其他地方所注意 到的，此轉換在某些實施例中並非必須的，其中該原始測 量直接使用於動作405中以供製程控制（於下方描述）。動 作4〇4中之分析結果與預定控制限制相比（請見第4A圖中 動作40 5) ’且若該測量落入該限制中，繼續該晶圓之製 33 200525163 造（請見第4A圖中之動作407)，其後藉由回到動作4〇1(描 述於上）以形成相同晶圓中或於另一晶圓中之額外測試結 構。若該測量落於該預定控制限制外，用於製造該晶圓之 一製程參數會被改變（請見第4A圖中之動作406)，並根據 該偏差，該目前晶圓可拒絕或可另外處理。 因此’該測試結構特性之測量以一現場（in-situ)方法 執行於一晶圓之製造其中，且於一實施例中，一測試工具 413(第4B圖）與其他晶圓製造工具共同放置，例如一退火 器414、一離子佈植器411、一圖案化工具41〇及一氧化遮 單移除工具412。一晶圓430(第4B圖）可進入一圖案化工 具410’其中欲形成電晶體且與該源極與汲極擴充相關之 圖案’以及一或多個測試結構之摻雜區域形成於晶圓43 〇 上。 其後’晶圓430插入一離子佈植器411中，其中佈植 摻質原子，舉例來說，以形成一測試結構2 1 0之摻雜區域 (第2B圖與第2C圖）以及該晶圓中一或多個積體電路 2 2 0 ^ 一 一 —γ、 ^ 或多個摻雜區域221。接 412移除（第4B圖），且該晶圓中 由上述測量工具4 1 3評估。因此 圖中所示之一或多個物件。

下來，該佈植遮罩由工具 之測試結構參照動作403 ’測量工具413含有第2J 在某些實施例中，測量工具413含有第2J圖中之所有 物件，Π始1 ^ ,、人第2J圖中所示之方法互相相對取向，且除此之 夕’。亦含有鄰近該光具冑279右侧玫置之一載台(第2】 b實施例之測量工具4丨3亦含有一鏡以9〇。反射該 34 200525163 光束（不論其位置於275A或於275B或其間之任何地方）， 且一物鏡放置於該鏡與該晶圓230之間（第2J圖）。 在於測量中413(第4B圖）完成動作403(第4A圖）之 後，且若發現該晶圓具有於預定限制中之該佈植特性，則 對該晶圓進行另外處理。尤其是，該晶圓於一快速熱退火 器4 1 4中退火，且之後，該晶圓中之測試結構由類似或相 同於上述測量工具4 1 3之測量工具4 1 5再次評估。由於測 量工具4 1 5僅用於該晶圓已被退火之後，亦指退火測量工 具，然而工具4 1 3亦指一佈植測量工具。 在第4B圖中例示之實施例中，由單元41 3與41 5產 生之測量信號被提供於一匯流排420上，該匯流排420經 由連接422連接至離子佈植器411、且經由連接42 1連接 至退火器414,藉此提供反饋信號至這些工具411與414。 或者，或此外，匯流排420上之測量信號可經由連接423 提供至裝設於位置鄰近工具411、412與414以及單元413 與415之一工廠樓層上之一電腦416(亦裝設於相同樓 層由於位於該工廠樓層上，在此電腦415亦指一工廠電 腦。工廠電腦416可歸檔來自單元413與415之測量信號， 以供稍後校正於晶圓430上製造之電子裝置之電子效能。 若該測量係於該控制限制外，工廠電腦4 1 6可提供修正至 離子佈植器4 11與退火器4 1 4，以將製程回到該控制限制。 如上所注意到的，對離子佈植器411與退火器414之反饋 可一直接自測量單元413與415其中之一或兩者提供。 第5 A圖與第5 B圖於橫截面圖中顯示此一測試結構之 35 200525163 一範例（其僅形成該晶圓之一部分，且應了解該晶圓之剩餘 部份含有至少一或多個積體電路，且可含有額外測試結 構）。在第5A圖之範例中，該測試結構包含一離子佈植區 域513(在此作為範例顯示為一區域，雖然根據其它考量可 使用更多，例如該測量系統對準一圖案之能力，或該積體 電路晶粒中之空間限制 一寬度 Rwidth>20pm， )。該測試結構之區域5 1 3 —般具有 而垂直於該橫截面之方向（請見第

3A圈）之長度Rlength可為2〇μηΐ2數量級，旦於某些情況 中可如500μιη般大。

在一實施例中，用以形成區域513(第5Α圖）之一離子 佈植器具有與用以形成呈現於該半導體晶圓中之一電晶體 之源極/汲極擴充區域之離子佈植器（作為該一般電路之一 部分)完全相同的能量與數量。理論上，該區域513形成於 用以形成該源極/汲極結構於該電晶體上之相同離子佈植 步驟中，確保該電晶體與測試結構中之離子佈植器完全相 同。用於測試結構之能量與數量可選擇與該M〇s電晶體相 同，有兩個理由：第一，最奸呈現該真實電晶體掺雜，且 第二’不需要額外製程步驟。 注意該測試結構之尺寸足夠大於該電晶體之區域尺 寸^允許感應以在此描述之相同方式評估之測試結構之 么號。舉例來說，在數個實施例中，測試結構之尺寸係 為電晶體區域之量或遠大於電晶體區域之一數量級，由於 該電s曰體區域一般比於評估在此描述型態期間由照射入射 於其上之一光束形成於該晶圓表面之一點之執行要精細得 36 200525163 多。另一方面，該測試結構區域之尺寸選擇為與該光束直 徑相同量之數量級（且根據該實施例，測試區域之尺寸可比 該光束直徑稍微小一點或稍微大一點）。 在第5A圖中所示之實施例中，該摻質原子可佈植一 非常淺的深度，一般<500A。在此實施例中，該佈植參數 為該佈植種類（B、As、P、Sb等等）、該能量（一般為〇 2 至2keV)、及該數量（一般為lxl〇i4至3x1〇15原子/cm2)。 該退火參數一般為溫度（1〇〇〇〇c)、時間（瞬間1〇秒）、對溫 度之即時上升率（50至200°C/秒）與即時下降率（與即時上 升率相同）。在退火後，該佈植區域之大小由於擴散而增 加’如第5B圖中所示。該原始形成區域513以虛線顯示 為第5B圖中之區域514a，且於退火後，其變大，且標示 為區域514b。同樣的，在第5B圖中，該離子佈植遮罩511 已被移除，其於退火前完成。 對一實施例來說，用以做成上列參照第5 A圖與第5 B 圖描述之型態之一測試結構之一過程，係例示於第6A圖 至第6E圖中。首先，一光阻層611施加至基板606之表 面（第6A圖）。接下來，藉由暴露與顯影該光阻以圖案化該 光阻層611，於該測試結構之該光阻層611中（第6B圖）建 立一孔612。上述動作亦同步用於建立一電晶體之一或多 個部分於該矽晶圓中《舉例來說，該源極與汲極及其擴充 區域可與區域613之形成同步形成，根據該實施例而定。 若是，層61 1具有孔（例如孔602)於該電晶體之欲形成區域 之位置處，除了形成該測試結構所需之孔6 1 2之外。孔6 0 2 37 200525163 一般具 或 域可藉 動作形 應 述電晶 該離子 留佈植 任何額 佈植區 若存在 擴散， 如 體晶圓 射光束 射該晶 材料之 光學反 第 域701 705 反： 中。反 Es 有比孔612小之尺寸，根據該實施例而定。 者，根據該實施例，一晶圓中各種電晶體之所有區 由個別且不同於用以形成一測試結構之上述動作之 成。

用離子佈植形成區域613於該孔612下（且於可為上 體形成存在之任何額外孔602下）。光阻層6ΐι阻隔 佈植於其他地方（第6C圖）。接著移除光阻6ιι，保 區域613於基板606中（第6D圖），以及該電晶體之 外區域（例如區域603)。最後，退火該晶圓，使該 域613之擴散導致一擴充摻雜區域614(第圖）。 於該晶圓中，任何額外區域603亦於退火期間經歷 導致一對應擴充摻雜區域604。

上所述，為了測量該摻雜區域604之特性，一半導 中之測試結構之鄰近摻雜區域6丨4之一部分以—雷 照射。最初，當該光束入射於區域614上時，其反 圓之表面，由於折射率差異介於該空氣與該半導體 間。於該光束振盈入一鄰近非摻雜區域中期間，謗 射僅發生於如下述之晶圓表面。 7A圖例示一光束704入射於一非摻雜或低摻雜區 中之一晶圓之一前表面F上，該光束之一部分 射自表面F，且另一部分710傳送且吸收至區域7M 射光束部分705之強度給定為： = El (1) 38 200525163 在此（E。）2係入射光束704之強度，η。係該基本半導體 材料（通常為矽）之折射率，而ns = pNs係由於其背景摻雜濃 度Ns之半導體材料之折射率改變。β係根據材料特性與該 測量光束之波長之一常數，其將被簡單描述。 另一方面，在該摻雜區域中，該光學反射由二反射部 分間之干涉組成，一部分706(第7Β圖）來自該晶圓之前表 面F。另一部分可為（1)來自介面7〇3之部分708(介於摻雜 層702與該基本區域701之間）或（2)透過具有摻雜濃度梯 度之摻雜層702且來自每個位置之部分709。 第7B圖詳細例示該反射過程。在此時，忽略反射部 分709，其將在稍後併入該分析中。當入射光束704遇到 該樣本之表面F時，其部分會反射為光束部分706，且其 部分傳送至摻雜層702中作為光束707。光束707反射自 介面703且穿透前表面F以呈現為反射光束部分708。 光束反射部分706與708干擾以形成單一反射光束， 具有一強度，給定為 (2) 在此 1 - [«0+〜] (3) (4) ,2一 4〜 (5) (1^〇)2 39 200525163 二 βΝ (6) β: 2m a e2 )、。ε〇 (7) ω- -kc (8) Jr - 2π At 一 ’义。 (9) Ν 與zj係分別為該摻雜層 之摻雜濃度與厚度（接面 深 度 )，e 係該 電子電荷，m* 係該半導體 材料中之 載子 有效 質 量 ，ε〇 係自 由空間之介電 值，C 係真： 变中之光i i，τ 而λ0 係 該 測量 光束 之波長。來自該摻雜 區域表面之反射振幅（反 射 部 分706)係 rsd ;若沒有摻雜， 則nd =ns，且 r sd變 成來 白 該 非摻 雜區 域之反射振幅 (光束 部分 705)。來 自該 接面 之 反 射振 幅（部 分 708)係 rj。 來 自捧 雜區域之前表 面反射部分 706與該 介面 反射 部 分 708 ，如 等式（2)-(9)中 所示， 皆含 有關於該 摻雜 層之 特 性 之資 訊， 由於於退火後 由該摻質原 子貢獻之 自由 載子 改 變 了該 半導 體材料之折射 率。該表面 反射部分 706 含有 關 於 該峰 換雜 濃度之資訊， 而該介面反 射部分708含 有關 於 該 輪廓 之輪 廓深度與陡度 之額外資訊 。因此， 在數 個實 施 例 中， 藉由 比較該摻雜與 非摻雜區域 之反射率 ，測 量前 述 摻 雜區 域之 特性"然而， 事實J :，甚 至由於掺 雜之 折射 率 改 變， 該摻 雜與非摻雜區域間 之反〗 时率差異 實際 上非 常 小 ，僅 104_] [〇中之一部分，根據該穆 •雜濃度而 定0 實施 相 40 200525163 位感應同步偵測 討論。 為了 了解摻 (1)-(9)外之物理 N根據深度（z)而 此一來，自該加 變亦根據深度而 此依附性： r = ι-k+^(z = 〇)] l^[no+nd(z = 0)] r ^ ηά{ζ)-ηά{ζΛ·άζ) J nd(z) + nd(z + dz) 來自該摻雜 折射率改變之任 所有微小反射係 傳回光束。當等 自該摻雜層之反 陋1 n〇 I 本發明某些 據為該摻雜分佈 度之一簡化輪廓 表適應模型化真 植與熱退火製程 dz 以增強反射率差異，此主題將在下 雜特性如何取自該測量，必須說 學上。在大部分一般情況中，該摻 定，如同在佈植與退火晶圓之情況 入摻雜（nd)所提升之摻雜層之折射 定。等式（3)與（4)必須超微修改， 層之光學反射遍及該摻雜輪廓分佈 何深度處，如第7B圖中之組件709 互相干擾且與該表面反射干擾以形 式（5)-(11)代入等式（2)中，其可顯 射光束強度，具有形式： ^Cos{2kn0z)^j- 實施例中等式（1 2)中積分之分析評 N(z)之近似值而定。第8A圖描述 801做為一深度函數（z)。第8A圖 實摻雜輪廓於生產晶圓中，接著為 。如第8A圖中所示，該摻雜濃度 方詳加 明等式 雜濃度 中。如 率之改 以反映 (10) (11) ，於該 所示。 成單一 示為來 (12) 估係根 摻雜濃 中之圖 離子佈 係靠近 41 200525163 該表面（Nd)之固定與最大值，且接著其遂漸下降為背景摻 雜濃度Ns。在大部分實施例中，用以形成背景摻雜濃度 Ns之製程係使用任何習知方法而良好控制，且因此Ns之 值為已知。該摻雜濃度輪廓801之斜率—般指為該輪廓之 陡度，且除了該峰濃度Nd與該輪廓深度Zj之外，其為一 半導體晶圓之一重要特性。 該輪廓深度Zj，定義為來自該前表面F至該介面7〇3中 一位置之距離（第7B圖），在此位置該濃度已下降至化與 Ns間之中間層次（第8A圖）；然而該輪廓陡度定義為該斜 率（Nd-Ns)/2ot(請見第8A圖中輪廓801之傾斜部八

J。第 8 B 圖顯示此簡化摻雜輪廓801之導數。如第8B圖中所見 該斜率在每個地方為零，除了環繞輪廓深度 又气之圍2a 中之外。於該表面之一急轉的濃度步驟（z = 0)位包含於第 8B圖中，由於該步驟已經於等式（10)中為rsd之扭 4田逆加以 考量，得出等式（12)之前一部份。 有興趣之信號係來自該摻雜與非摻雜區域之反射 間之振幅改變。從等式（12)減去等式（1)，使用第8A圖中 之簡化摻雜輪廓801，其可顯示為該信號採用形式為··

Samplitude^ (1 + «0) I 2kn0a 」 在此A係一波長相依係數，代表透過光學組件之傳輸 損失、光偵測器轉換效率、及放大器增益係數。等式（1 3) 指示Samplitude之測量係根據該摻雜輪廓之三特性而定， 也就是該輪廓深度ζ」·、該最大值或峰摻雜濃度Nd，與關於 42 200525163 輪廓陡度之一特性α。注意等式（13)包含反射部分706、708 及709(第7Β圖）之干擾效果。 第9Α圖顯示沿者該y轴綠製Samplitude之測量（藉由 將它除以Smax法線化，其中Smax係最大信號值，如第 21圖中所示）’作為當使用波長980nm之一光束探測時， 為沿著該X軸繪製之一矽基板材料之一輪廓深度函數。尤 其是，三圖表90 0A-900C為該峰摻雜濃度Nd與該陡度特 性a之三組合繪製於第9A圖中（請見第9A圖頂端之圖 例）。該陡度特性α於第8A圖中定義為環繞輪廓深度Zj之 距離之一半’其中該摻雜濃度Nd以實質線性方式改變，作 為一深度函數。該峰摻雜濃度主要修改該餘弦曲線之振 幅，而該陡度特性修改該振幅與該偏移。然而，如同來自 第9A圖之清楚證據，該輪廓陡度之效果很小（相較於摻質 濃度中一改變之效果）。 信號測量（即Samplitude)與輪廓深度間之一關係，例 如第9A圖中所示，稱為一校正曲線，由於其可用以自已 知樣本轉換測量信號至其個別輪廓深度，其提供其他特性 Nd與α為已知。舉例來說，如由第9A圖中之虛線所示， 對於Nd = 5el9/cni3與α=10〇Α來說（請見曲線9〇〇α)，一測 量信號0.01(其代表該入射光束強度之一非常小分數）為該 未知樣本對應至一輪廓深度393A。 雖然另一環繞深度1 000A亦可為結果，一般較小深产 為該正確答案，由於在大部分實施例中，該佈植製程不產 生大深度1000A之佈植，由於該晶圓在超淺（us)接面之形 43 200525163 成下。一般來說，在製程控制實施例中，此歧義並非一問 題，由於最初該晶圓製造製程開始具有較小佈植深度之晶 圓之製造，且測量自此之任何偏差（且若有必要則加以修 正）°替代使用等式（1 3 )，可使用一組樣本建構該校正曲 線，稱為校準或參照樣本，具有已知摻雜輪廓。該摻雜輪 廓使用一獨立方法特徵化，例如SIMS或擴展電阻測量。 在實施例中，其中所有摻雜特性Zj、Nd、及α為已知， 利用多重測量波長。等式（1 3)中之係數Α、β及κ以波長改 變（請件等式（7)-(9))，且因此該信號亦為一波長函數。藉 由至少二波長，做成三信號測量，且為三特性勺、Nd、及 α同步解決等式（13)。該背景摻雜濃度Ns必須為已知；通 常可從該開始晶圓材料之規格快速獲得。在數個實施方式 中，該係數A對利用的所有波長來說亦為已知。 三波長需要三A係數，且其使用單一校準樣本獲得自 一校準過程。準備具有已知主動摻雜濃度（Nd)、輪廓深度 (Zj)及陡度特性（α)之一圖案化晶圓。這些特性收集自一組 SIMS分析與薄層電阻率測量。該校準晶圓使用探測光束之 各二選擇波長連續測量❶對於各波長來說，使用等式（丨3) 計算該係數A。 或者’若不可得一校準晶圓，具有已知背景摻雜濃度

Ns之非掺雜區域用以校準該a係數。在此情況中，來自該 非摻雜區域之信號係一 D C信號，給定為： undoped

^DC 1-η0^\β\Ν8)2•1^]^ Κ (14) 44 200525163 其導自#式（1)。該係數ADC可由於該Ac與該DC信 號間之放大器增益中之差異不同於等式（13)中之A係數。 然而，若放大器增益中之比率曾經已知，來自該放大器電 路之知識，A計算自ADC，由於該光學傳送損失與該光偵 測器轉換效率因素相同。該校準以與一校準樣本相同之方 式進行’該非摻雜區域使用各三選擇波長連續測量，且對 各波長來說，該係數ADC係使用等式（14)加以計算。

一旦等式（1 3)中之所有係數決定，一未知晶圓之摻雜 特性之測量藉由依序探測含有該換雜區域於三預先選擇波 長處之一測試結構加以進行。Samplitude之三值於三波長 測量為信號Si、S2、及S3。如第9B圖中所述，對應至該 三波長之餘弦回應曲線之線性部分901A、901B、及901 C 指示為一給定（已知）組輪廓深度（Zj)、峰摻雜濃度（Nd)、及 輪廓陡度（α)測量之值S i、S2、及S3。注意一線性部分90 1 A 呈現於約0.003至0.012之信號值間之對應圖表9 00 A(第 9A圖）中。在第9B圖中，顯示僅根據Zj之信號，為了簡 化起見，但應了解該組曲線901A、901B、及901C屬於摻 雜濃度Nd與陡度α之一特定組合。其他組合Nd與α將導 致一不同組曲線901Α、901Β、及901C。代入信號S^Sz、 及S3至等式（13)產生三同步非線性等式，其以一般方式解 決（如藉由數值分析），以為輪廓深度（zj)、峰摻雜濃度 (Nd)、及輪廓陡度（α)獲得值。 注意並非解決此等式，在特定其他實施例中，代替 Samplitude作為一輪廓深度函數之資料於評估一生產晶圓 45 200525163 前被收集。尤其是，上述振盪一光束來源與偵測器之方法 執行於許多參照晶圓上之摻雜與非摻雜區域上，以為對應 數個不同輪麻深度Zj獲得值（Samplitude/Smax)。來自此測 量之圖表之繪製例示於第9C圖中。注意繪製於第9C圖中 之測量係為一給定組之所有其他特性與測量條件，包含該 探測光束之一給定波長。 此後，於晶圓製造期間，一生產晶圓（藉由振逢該光束 來源與偵測器產生）上之一 Samplitude測量用以查看該輪 廓深度，且若該結果輪廓深度落於一預定範圍外，則於_ 製造過程中做一適當改變。在此一實施例中，做一預先退 火測量，以決定該數量，且僅於預定容忍度中之晶圓另加 處理《於退火期間，雖然輪廓深度上之影響大於輪廊陡度 上之影響，該輪廓深度與輪廓陡度皆會改變。因此，假役 輪廓陡度未改變，該測量Samplilude中之任何改變被視為 指示輪廓深度中之一對應改變。注意若非於一給定組之_ 摻雜濃度Nd及輪廓陡度α下監控輪廓深度Zj，於其他一特 性之值之一給定組監控該濃度Nd或該陡度α亦為可能。 在另一實施例中，該查找表方法用以監控任何特性 Zj、Nd、及α中之變化，而不需要在事前知道哪個特性會 改變。一組參照樣本具有已知變化於所有特 I工 Zj、及^ α中，圍繞一中心（標稱）製程條件聚集， 仗用二雷射波 長測量，以建構該查找表。來自該查找表之資料 子皮續"圖， 且若使用所有特性，該結果圖為該信號之各波長之一 表面。 —4維 46 200525163 為了簡化例示此實施例之方法，接下來僅考量二特性 與Nd’其於搶圖時產生一 3D表面。第9〇圖為二不同 波長之測量光束顯示此3D表面之部分(由於二特性僅需要 一波長測里）。在第9D圖中，該信號比 繪製於z轴上，分別作為該父與μ上峰摻雜濃度與該輪 廓深度之一函數。表面921與922使用二個別波長χι與W 之照射建構自測量一給定組之參照樣本，在此χι大於λ2。 具有該標稱製程條件之一參照樣本代表為第9D圖中 XY平面上之交叉923’具有濃度Ndc與輪廓深度Zjc。此標 稱參照樣本分別產生信號81與S2於表面921與922上。 當有一稍微變化於該製造過程中，為範例產生一量dNi 稍微改變於掺雜濃度中，該製程條件於該χγ平面上自交 叉923移動至交又924。如此一來，該信號自S1與S2偏 移至表面921與922上之一對新信號SU與S2a，如分别 由箭頭926與928所指。同樣的，以一量心於輪腐深度中 之一稍微改變於該χγ平面上自交又923移動該製程條件 至交又925，導致信號自S1與S2偏移至表面9；21與922 上之一對新信號Slb與S2b，如分別由箭頭927與929所 指0 在一典型晶圓製造過程中，可能不永遠可預測何特性 導自該^稱製程條件。在此描述型態之數個實施例監控來 自標稱之彳§號偏差，且識別導致該信號偏移之製程參數， 提供僅一特性改變於任何給定時間。參照第9D圖，摻雜 漢度dN中之一改變分別於該二波長λΐ與λ2偏移該榡稱 47 200525163 信號S1與S2至Sla與S2a。同樣的，輪廓深度dz中之一 改變偏移該信號S1與S2至Sib與S2b。於該二波長之信 號差異為該摻雜濃度偏移為（Sla-S1)與（S2a-S 2)，且為該輪 廓深度偏移為（Slb-Sl)與（S2b-S2)。於該二波長之差異信號 比率 Signa 卜（Sla-Sl)/(S2a-S2)或（Slb-Sl)/(S2b-S2)，識別 造 成該偏 移 之晶圓之 製程參數與 l /或特 性 ，如下 方 所討 論 者 〇由一 組 參照樣本 上之測量 建 構之查 找 表含有 可 預期 允 許 該識別 過 程之信號 差異率之 大^ 小上之 資 訊。 第9E 圖另例不 一步接一 步 的製程 J 用於某 些 實施 例 中 實施前 幾 段中描述 之製程監 控 〇再一 次 為了簡 化 ，在 下 方 描述中 僅 考量二特 性Zj與Nd 。尤其 是 ，一組 參 照晶 圓 製 造具有 已 知改變於 Zj 與 Nd 中 ，環繞 中央（標稱）製 程 條 件聚集 如第9E圖之動作 93 1所示 〇 該參照 晶 圓接 著 測 量於多 重 波長，在 此情況中 為 2波長 (請見第9E 圖中 之 動 作 932) 〇 接著產生 一組查找 表 ，如表 9E之動作 933 所 示 。此查 找 表之範例: 顯示於下 方」 表1與 2 中，為 670nm 與 980nm 波 長 之測量。 zj(人） 信 號 信號中改變 信 號改 於 670nm 於 980nm 於 6 70nm 於 9 8 Onm 變 比率 一 230 138.4 173.0 •17.7 -27.2 0.65 _ 240 147.3 186.5 -8.8 -13.8 C ).64 250 156.1 200.2 0.0 0.0 — 260 164.7 214.3 8.7 14.1 0.62 270 173.2 228.6 17.1 28.4 0.60 表 1 :由： 有輪廓深度Zj中變 化 之一組 參 照樣本 產 生之 查 找 表。 Nd 信 號 信號中改變 信 號改 (原子/cm 3) 於 670nm 於 980nm 於 670nm 於 9 8 Onm 變 比率 48 200525163 9·0χ10^ — 140.4 ] 180.2 -15.6 -20.0 0.78 9·5χ1〇α— 14 8.3 190.2 -7.8 -10.0 0.78 1·0χ10ζ「 156.1 200.2 0.0 0.0 1.05xl0i(r_ 163.9 210.2 7.8 10.0 0.78 Ι.ΙΟχΙΟ2厂 171.7 220.3 1 15.6 20.0 0.78 表2:由具有峰#雜濃度Nd中變化之一組參照樣本產生之 查找表。 在此特定範例中，該中央製程條件給定為一輪廓深度 zj=25〇A，且一峰摻雜濃度Nd=l ·〇χ1〇2()原子/cm3。在該查 找表中，該「信號中改變」列指的是來自該標稱條件之一 特性偏移結果之信號差異。舉例來說，在表1中，具有 zj=27〇A之參照晶圓於670nm給予一信號173.2，其代表 相對於該標稱深度為 25 0A 之信號之一信號改變 17.1(173· 2-156.1 = 17.1)。該查找表中「信號改變比率」指 的是該差異信號於9 8 0nm除以差異信號670nm。舉例來 說，在表1中，具有zj=27〇A之參照晶圓上之測量於670nm 與98Onm波長產生信號中改變分別為17·1與28.4，導致 一信號改變比率 0.6(17.1/28.4 =0.6)。 如表1與2所指，zj中之一小偏移（於標稱值之+/-10% 中）導致信號改變比率於表1中所示於0.6-0.65之範圍中， 根據該偏移之確實量而定。然而，Nd中之一小偏移導致表 2中之一固定信號改變比率0.78，雖然此比率可能於表2 中改變且有所不同，根據許多因素而定，例如測量之信號 雜訊、校準、及解析度。一已知晶圓之信號改變比率之比 較係看看是否其落入表1之一範圍中，或其落入表2之一 範圍中，允許導致該信號偏移之個別特性（Zj或Nd)之識 49 200525163 別’如下方詳加討論者。 尤其疋’於晶圓正常製造期間（亦稱為「生產晶圓」）， 其特性中之變化（及製程控制參數中之對應變化）藉由使用 於與該參照晶圓測量中相同之二波長處之探測光束測量信 號（在此描述之型態）決定（請見第9E圖中之動作934)。接 下來’接著為該生產晶圓計算測量信號改變（請見第9E圖 中之動作935)，接著於該二波長處採用一信號改變比率（請 見第9E圖中之動作93 6)。此測量與計算之結果之一範例 為具有各種參數/特性偏移之五個生產晶圓顯示於表3 中。相較於該二查找表（表i與2)中具有值改變之計算信 號改變比率，識別導自標稱之特性與/或製程參數（請見第 信號 於 67Onm 於 980: 信號土變 於 670nm 於 9 8 Onm 信號 改變 列中。 一導致ϋ* 號偏移

表3 :具有已經根據信號改變比率 產晶圓之測量結果。 改變之特性識別之五生 9E圖中之吃作937)，其結果顯示巧^ 3之最後 _ ^1行阻〈一特性之外，此一查找表方 法亦可藉由使用該查找表值執杆—# 乃 資料内插法估計規袼牲 性外中之偏移量（請見第9Ε圖中> & 特 岡甲之動作93 8)。使用此一 移，於該製造過程中做一適當舖敕竭 $ (請見第9Ε圖中之動作 93 9)。舉例來說，一回授迴圈可 π J藉由於製造生產晶圓 遞增改變一製程控制參數，且尋 間 吁找一對應特性中之一遞增 50 200525163 改良加以實施。注意動作938不執行於某些實施例中即 該晶圓之一特性中之改變精確量不需要決定於實施例中， 其中動作939直接於動作937之後。舉例來說，若該計算 比率落在比率值之一預定範圍中，則—預定資料（其由實驗 決定）可用以識別欲於一或多個製程控制參數中所做之改 變。 舉例來說，於表3中，晶圓#3分別於67〇nm與98〇nm 波長具有信號值166.4與217」。相較於表1，這些信號值 為具有輪廓深度260A與270A之參照晶圓，為晶圓#3落 於該信號值之間。評估晶圓#3之輪廓深度之一 Simple内 插過程進行如下所示：

Zj — 260 + (166.4 —164.7) (173.2-164.7) (270 - 260) = 262.02人 對該670nm波長，且

Zj = 260 + (217.1-214.3) (228.6-214.3)

(270 - 260) = 261.99 A 對該980nm波長。 該評估輪廓深度因此為 262A，其代表來自該標稱值 250A之一偏差12A。 若包含超過二製程參數，該方法可藉由為該測量使用 超過二波長，且考慮該信號差異比率（或信號改變比率）之 所有可能組合加以擴充。尤其是，若三不同製程參數可能 改變，則在各參照晶圓上做三測量（對不同波長之三探測光 束各一測量），且計算三差異信號改變，且接著計算三不同 51 200525163 比率。

其後，於晶圓製造期間，各生產晶圓亦於該三波長做 三測量，且再一次計算三不同比率，且其用以識別已經改 變之製程參數（同樣藉由識別比率落於一表中之比率範圍 中者）。各參照晶圓上之測量可於各製程參數之改變中足夠 靠近區間處做成，以產生一足夠大「叢集」之測量環繞（該 製程參數之）標稱值，以確保製造生產晶圓期間之單一製程 參數改變容易由此表識別。 並非直接使用該值Si、S2、及s3來進行查找，在某些 實施例中，該些值使用於對熟知技藝人士已知之任何遞迴 數值方法中。此方法可使用以為該三已知變數Zj、Nd、及 α解決三同步等式。舉例來說，第i〇A圖顯示一商用軟體 Mathcad 2001i Professional之螢幕快照，其程式化以解決 該三同步非線性等式。區塊1 00 1定義需要解決之等式，即 等式（13)及其相關組件。為該常數之某些定義未顯示於第 10A圖中，但其定義於程式中其他地方。

區塊’ 10 02為該未知變數Nd、z、及α指示特定初始猜 測值。區塊1 003係該「解決區塊」，由一組限制（區塊 1004)、該解決函數「Find」及該解答（區塊1 005)組成。區 塊10 04形成該組欲解決之三同步等式，具有分別對應至該 信號 S!、S2、及 S3 之值 5·019χ1(Γ3、4·404χ1(Γ3、及 3.83 6χ 1 (Γ3。區塊1 005分別顯示為此假想未知範例對該未 知變數 Nd、ζ、及 ex 為 8.028xl019/cm3、399Α、及 102.7Α 之解答。 52 200525163 第10A圖中所示之MathCAD程式之一範例之完整文 字於下一頁中提供為一例示說明。 上述型態之數個實施例之硬體配置顯示於第1 0B中。 測量雷射1201a、1201b、及1201c係具有範圍從400 ^^至 11 OOnm之任何波長之半導體二極體雷射。可使用之雷射波 長之一般值為 40511111、63511111、73〇11111、83〇11111、及98〇111)1。 該測量雷射之最大輸出功率係約100mW。 物理常數： 周圍之折射率· 〜千· namb 基板之折射率：n:=3 自由空間之介電常數（F/m) : ε〇 : = 8.8 54.1 0-石夕之介電常數·· = 7 1 9 電子電荷（庫倫）：q: = l .602.1 0 03.101 丨

電子有效質量（kg) : me: = 2.37.10-3 光速（cm/s):

Ns := 3-1018 k{X):== ^ * y ω(λ) := 2- π·· c ψι-ιο-8) beta{X)=

sin c{a,X) sin(2 · k{X) ·η· a) 2 · k(X) · n · a S(Nd,Z9z,a):^ ^'beta(X)· • (Nd - Ns)-(l - sinc(a9 λ)· cos(2 · k(X)-n · z)).

Nd: = 1020 z: = 5 0 0 53 200525163 a: = 5 0 給定 S(Nd,6300, z? α) =： 3.094 · 10'3 5(Λ^，6700，ζ，α) = 3·414·1(Γ3 5(^7300,2^) = 3.83640-3 4.029 xlO19、

Find(Nd,z,a)= 3.992 χ 102 、1·037χ102 > 該雷射1201a、1201b、及1201c之輸出光束係以校準 透鏡1202a、1202b、及1202c來加以校準，提供校準光束 1203。該三雷射僅其中之一於任何給定時間操作，當其未 使用中時用以阻擂該光束之各雷射前之一機械快門並未被 顯示。 一分色鏡1210(例如一部分透射鏡，如可從加州聖克 拉拉之Dominar獲得之部件號碼1918-b)使用於該雷射之 一，以選擇欲入射於該晶圓之一表面上之一光束1211。尤 其是，分色鏡1210裝設於一小型可移動平台上，且移動至 一適當位置，以選擇光束1211之波長。光束1211接著穿 透50:50非偏極化分光器1212(如來自加州厄文之Newport 公司之部件號碼10BC17MB.2)，其亦稱為一「偵測系統分 光器」，及一 90:10分光器1213，其亦稱為一 「視覺系統 分光器」。該視覺系統分光器1 2 1 3之一範例可從加州福勒 頓之Precision Applied Products獲得，介由於0.83微米波 長指定93.3%透射及於1.48微米波長指定90%透射。注意 54 200525163 該視覺系統分光器1 2 1 3之規格係根據該探測光束之波長 加以選擇，以確保多數功率傳過其間。 注意雖然一 90:10分光器用於某些實施例中作為一視 覺系統分光器，其他實施例可使用以不同比率分裂該光束 之分光器，例如95:5或80:20。此外，雖然一 50:50分光 器使用於某些實施例中作為一偵測系統分光器，其他實施 例可使用以不同比率分裂該光束之分光器，例如6 0 : 4 0。 傳過分光器1213之功率其後到達一光束偏轉器 1215，舉例來說，其可為一聲光光束偏轉器或一電流計鏡， 如在此其他地方所描述者。來自偏轉器1215之一振盪光束 接著穿過一物鏡1216(例如由日本東京〇lympus所製造之 一 100X，0.8NA透鏡），且其後入射於晶圓ι217上。偏轉 器1215經由連接1235自鎖相放大器1231接收一調變信 號，其導致光束1211以關於該傳播軸之一週期方式稍微偏 轉。由偏轉器1215之光束1211之週期偏轉導致光束1211 沿著晶圓1 2 1 7上之一線掃描。透鏡1 2丨6將光束1 2 n聚焦 至裝設於一載台1218上之晶圓1217之表面上。藉由適當 對準，光束1 2 11掃描橫跨有興趣之一測試結構之摻雜與非 推雜區域。 自晶圓1217鏡面反射（以垂直之入射方向）之光束 1211邛分由透鏡1216重新校準。分光器1213將反射光朿 之1 0 /〇轉向至透鏡1 2 2 6與照相機i 2 2 7，其對有興趣之測 試結構提供一系統將該光束點對準於晶圓1217之一表面 上。未顯示者為一自動對焦系統，其由一針孔與一偵測器 200525163 所組成’其亦使用由分光器121 3轉向之反射光束部分。在 一實施例中’透鏡1226之一範例係可自日本東京Nikon 獲得之管透鏡8 1 8 4 5，且照相機！ 2 2 7之一範例係一 C C D 照相機’如獲得自伊利諾州帕拉坦的FJW工廠之模型 8 5 400。由照相機1227提供之信號（於一實施例中）送至一 視覺系統中’例如獲付自麻州波士頓Cognex公司之型號 ASP-60CR-11-S。

該反射光束之至少一部分到達一偵測器丨223，其一範 例係一矽光二極體（雖然其他實施例中係使用一光電晶 體）。在一實施例中，偵測器1 223係一光電池（例如一矽光 二極體’如來自美國加州和桑的UDT Sensors公司之 PIN-44DP)，其轉換該入射電磁輻射至一電流。來自偵測 器1223之電流使用跨阻抗放大器1230轉換至一電壓，其 輸出進入鎖相放大器1231。注意來自偵測器1223至鎖相 放大器1 23 1之信號係一類比連續電子信號。鎖相放大器 1231之輸出進入一數位電腦1232,其接收該信號並將它呈 現(或如在此描述自此導出之一值）至該使用者或至其他資 料收集系統。鎖相放大器1 23 1包含一頻率參照，用以經由 連接1235由偏轉器1215調變該光束之偏轉。如上所述， 該鎖相放大器1231供應以由包含於該鎖相放大器1231中 一參照振盪器產生之一預定頻率振盪之一信號至偏轉器 1215 〇 原則上，在此描述之型態之實施例可擴充使用超過三 波長，以提供增加的精確度與/或測量其他特性。此外，為 56 200525163

了製程監控的目的，上述型態之測量可不需任何校準以決 定一特性之確實值加以執行。在數個此類實施例中，一參 照信號值最初獲得自具有已知良好特性之一參照晶圓（如 由以之製程參數形成）。於一生產線中監控連續處理晶圓利 用一統計製程控制（SPC)圖表，以熟知技藝人士已知之方 式’追縱來自該參照#滅之偏差。該信號偏差直接關聯至 實際製程偏差，且一或多個製程限制用於製程控制中。先 前識別之製程限制之使用導致預設製造容忍度中之晶圓製 造〇 在第1 〇 c圖所示之另一實施例中，除了下列差異之 外，該設備與第10B圖中所示之上述設備完全相同。尤其 是，第10B圖之偏轉器1215並非用於第10C圖之設備中。 而是在第10C圖之設備中，載台1218係可移動，且用以 以一固定頻率依單一方向前後移動晶圓1217。振盪載台 1218之信號經由一連接1237來自鎖相放大器1231，如第 10C圖中所示。

第11 A圖與第11 B圖例不本發明之另一實施例，其使 用一雷射光束：一第一雷射光束1109係上述型態（亦稱為 「探測光束」，而一第二雷射光束1110(亦稱為「激發光束」) 具有大於該半導體材料之能隙能量之光子能量。該第二激 發光束1110(第11B圖）使用一分色鏡（未顯示於第iiB圖 中）結合該探測光束1109形成雙重共線光束。這兩個光束 其後一起移動於一測試結構之摻雜區域1丨〇丨與非摻雜區 域11 0 3之間。這兩個光束例示於第11 a圖中，分別於該 57 200525163 探測光束之振盪端點之位置1109a與ii〇9b，以及分別於 該激發光束之振盪端點之位置1110a與iii〇b。 如第11C圖中所述’該激發光束具有比該探測光束之 直徑Bprobe稍微不同（在此範例中為稍微大）之直徑Bpump 之點大小。第1 1 B圖例示除了該探測光束i丨丨〇之外，使 用該激發光束1 109更詳細之效果。該入射探測光束11〇9 與激發光束1110之部分傳入該摻雜層11〇1(具有厚度zj) 與該基本井區域1106中，分別作為光束1111與ηΐ2。該 傳送激發光束1112於該摻雜層1101與該井區域u〇6中分 別產生多餘載子分佈1113與1114。由於該摻雜層中之短 载子擴散長度’該多餘載子分佈1113快逮衰減於該激發光 束之直徑外。在該井區域内，該載子擴散長度較大，導致 一幾乎平坦載子分佈1114。換句話說，在一測試結構之換 雜區域1101中（請見第11A圖），該多餘載子分佈由該美本 摻雜輪廓強烈影響。 另一方面’在該非推雜區域1103中，該吝私 茨多餘载子分佈 具有固定深度。由該激發光束照射之二區域間 4 u <探測..光束 之反射率差異現在係為該摻雜與非摻雜區域間& j夕餘載子分 佈之一差異測量。因此，由一光偵測器測量 _ ^ 頰比電子 信號（根據該探測光束之反射率）仍然關聯於該摻雜參數， 例如輪廓深度與峰摻雜濃度。然而，該信號亦 j野具他參 數敏感，例如氧化電荷與缺陷密度。換句話說， 精甶使用 一載子產生光束（即該激發光束），該探測光束 π义~反射率 測量對該摻雜層之其他特性更加敏感。 58 200525163 如先别所指，該探測光束之反射率之相位感應偵測（使 用鎖疋裝置）增強該摻雜與非摻雜區域間反射率之一小 差異。：此實施例+，該二光束一起形成一組合光束，其 以一固定頻率以-週期方式冑盪於該摻雜與非摻雜區域之 1過濾該、、且σ光束之一反射，以僅傳送該探測光束反射 部分至一光摘測器。於該光债測器輸出之一類比連續電子 仏號係週期，i係由-鎖相放大器於該組合光束之振盪頻 率且與該組合光束之振盪頻率同相加以偵測。此電子信號 之振幅傳播至該摻雜與非摻雜區域間之反射率差異，且含 有該摻雜層之一或多個特性之資訊。 有興趣之差異信號具有與等式（13)完全相同之形式。 (15) 除了等式（13)中之摻雜濃度Nd與Ns由Ncs與Ncd替代 之外’其分別指的是於該非摻雜與摻雜區域處之多餘載子 濃度。 參照第11 A圖與第11 B圖之上述型態之數個實施例之 硬體配置顯示於第i 2圖中。第i 2圖之設備類似於第1 〇B 與第10C圖之上述設備，除了接下來討論之特定差異之 外°除了上述三測量雷射1201a、1201b、及1201c之外， 第12圖之設備包含一第四雷射12〇5。該第四雷射1205使 用為一載子產生雷射，其一範例係操作於830nm波長之一 半導體二極體。在此範例中，其最大輸出功率係2〇〇mW， 以產生該樣本中之足夠載子密度。雷射1205亦可使用為一 59 200525163 測量雷射。用以阻擋未使用中之光束雷射1205前之一機械 快π並未被顯示》該雷射1205之輸出光束使用校準透鏡 1206校準，提供校準光束1207。

來自該測量雷射1201a_1201c之一之上述光束12〇3使 用分色鏡1210結合來自該載子產生雷射之光束12〇7，以 產生組合與共線光束1211。如上所述，分色鏡121〇裝設 於一小型可移動載台/平台上，以為該測量光束允許波長選 擇。這些實施例之組合光束1 2 1 1接著穿透5 〇 : 5 0分光器 1212、90:10分光器1213、偏轉器1215、及物鏡ι216(來 自 Olympus 之 100X)。

亦如上所述，偏轉器1215經由連接1 23 5自鎖相放大 器1231接收一調變信號，其導致該組合光束i2U以關於 該傳播軸之一週期方式稍微偏轉。透鏡1216將該組合光束 1211聚焦至裝設於一载台1218上之晶圓1217之表面上。 雖然組合光束1 2 1 1之週期偏轉於某些實施例中由偏轉器 1 2 1 5實施如上所述，在其他實施例中，載台1 2 1 8用以如 參照第1 0C圖該以一固定頻率以一方向前後移動該晶圓 1217。雖然應了解用以提供相對移動之二機制僅其中之一 需要用於任何給定實施例中，這兩個变態的實施例皆顯示 於第12圖中。 如上參照第10B圖與第i〇c圖所述，以及在第12圖 之設備中，該反射光束（其包含來自該探測光束與該激發光 束之組件）由透鏡1 2 1 6重新校準。分光器1 2 1 3將1 〇%的組 合反射光束轉向至透鏡1226與照相機I227。該組合反射 60 200525163 光束接著進入分光器1212，其將它反射至一光學濾光器 1221(第 12 圖）。 濾光器1 22 1傳送來自測量雷射1 20 1之光，但阻擋來 自產生雷射1205之光。注意此一濾光器在第10B圖與第 10C圖之實施例中並不需要，由於其使用單一光束。該反 射光束（於由濾光器1 22 1過濾後）以該測量波長到達偵測 器1223，其產生上述類比電子信號。第12圖之設備之某 些實施例之濾光器1221裝設於一驅動器上，使它移出該反 射光束之路徑外，使得雷射120 5可自己使用於此一配置中 提供一測量波長（如所有其他雷射12〇 la-1201c關閉）。 上述討論提供數個實施例之一描述，此類實施例之額 外實施例與變化將對熟知技藝人士看過此揭示後變為明 顯。數個此類實施例將於下描述。 舉例來說’本發明之某些實施例之方法可應用以測量 預先退火佈植晶圓之特性。除此之外，其方法可用以測量 絕緣體上矽（SOI)晶圓之特性，不論預先與後退火。該測量 亦可用以決定二區域中介電塗覆厚度之差異。 除此之外’上述呈現使用某些實施例於製程控制。然 而，在此描述型態之實施例亦可用於製程研發。舉例來說， 右一研發工程師想要比較可能具有不同雷射退火處理之輪 P陡度在此描述型態之一 Samplitude測量可提供此資 訊對此情況來說，可用於評估之測試結構型態對上述某 些測試結構擴《’由於其不再需要為該積體電路之製造製 每該測試結構於-標準流程中。舉例來說，使用具有窄多 61 200525163 線（poly lines)之一遮罩是可能的，接著戈 側上之石夕氮化物層’如同常見應用至電 極），接著在移除該遮罩前退火，以捕捉 之應力效果。對製程研發來說，測試結 有無限可能性，但可實施該原則。 同樣的’對於熟知技術人士於讀玉 顯，在退火前，任何下列特性可藉由使 一或多個Samplitude測量於一晶圓上加 域中佈植劑量、輪廓深度及輪廓陡度。 類似測量用於某些實施例中，以決定_ 深度、於退火後之一摻雜區域量、於退 該層之熱暴露、及於退火後摻雜渡度之· 同樣的’雖然某些實施例使用一鎖 步偵測器，一同步偵測器之其他實施方 均器與暫態數化器’用於數個其他實施 人士來說也很明顯。 此外，除了該一渥拉斯頓稜鏡之 (Rochon prism)可用於其他實施例中，， 型態之實施例中之若雄稜鏡之一範

Laser，部件 # RCHP-10-CA-670-1 064 670_1064nm 波長。 因此，在此描述之實施例之許多修 申請專利範圍所囊括^ 【圖式簡單說明】 文上分隔器（多線之 晶體中之多晶矽閘 該分隔器可能引入 構之其他自訂調適 §該揭示後應很明 用在此描述型態之 以決定：一掺雜區 此外，在退火後， 退火半導體接面之 火後之摻雜濃度、 -輪廓。 相放大器作為一同 式，例如箱車型平 例中對於熟知技藝 外，一若雄稜鏡 可用於在此描述之 例可獲得自 CVI ，10 度分離， 改與適應皆由所附 62 200525163 第1A圖一習知半導體晶圓於一橫截面圖中 MOS場效電晶體之結構。 第1Β圖於圖表中透過擴充層102s沿著第1Α 頭A顯示該習知半導體晶圓之摻雜輪廓。 第2A圖於一流程圖中例示本發明之數個實施 行之動作。 第2B圖於一橫截面圖中例示摻雜區域211與 216間之吸收長度A卜晶圓厚度zs、井深度zw及一 深度Zj之相對尺寸。 第2C圖於一平面圖中例示沿著於一測試結構 摻雜區域211與非摻雜區域213間之一直線L於振 期間之入射光束之多重位置（一位置以實線顯示，而 他位置以虛線顯示）；亦於第2 C圖中亦顯示與測試與 同步形成之一積體電路220。 第2D圖至第2H圖沿著第2C圖之線L於一橫 視圖中例示第2C圖之入射光束之多重位置。 第21圖於一圖表中例示沿著該y軸之一類比電 之與沿著該X軸之一時間t函數之一圖，其中該y 信號係由感應第2C圖之光束之一波長之一光偵測 生，以響應其振盪移動，如例示於第2D圖-第2H 示。 第2J圖於三維透視圖中例示位三個測量使用 射之一實施例中之各種光學組件之相對位置，使用 致該光束與該晶圓間之相對移動之一聲光束偏轉器 顯示一 圖之箭 例中執 井區域 介面之 210之 盪移動 四個其 〖構2 1 0 截面側 子信號 轴上之 器所產 圖中所 三個雷 用以導 ，以及 63 200525163 使用該光束偏轉器之一振盪頻率測量由該光偵測器產生之 一信號之振幅之一鎖相放大器。 第3 A圖與第3 B圖例示供在此描述型態之一方法使用 相對於其上之光束入射之測試結構之各種尺寸。 第3 C圖於一圖表中例示由該光偵測器感應之信號之 連續本質，包含該信號維持穩定之期間tmax與tmin以及 分別於信號落下與上升期間之期間tfaii與trise。 第3D圖於一圖表中例示第3c圖之類比波動電子信號 之振幅之一增加，其可發生於較高摻質濃度與/或較深輪廓 深度（如Zj<700微来），與/或相較於差生第％圖之信號之 一結構為較長波長之探測光束的情況中。 第3E圖於一圖表中例示於時間信號維持於其最大值 期間之期間tmax之還原與於時間信號維持於其最小值期 間之期間tmin之一增加，其發生於第3B圖之光束位置 309a與309b不從該摻雜區域309b與非摻雜區域3〇%間 之一邊界302等距（尤其在此例示為當該光束花較多時間 於該摻雜區域而較少時間於該非摻雜區域中時之情況）。 第3F圖於一圖表中例示該信號分別自其最小值上升 至最大值且反之亦然之時間之期間trise與tfau中之增 加，其發生於一情況中，其中該換雜pa & ^ ^ 六丁 /修雜區域與該非摻雜區域 間之一邊界302比產生第3B圖之作祙夕 从此丄 號之一結構中之陡峭 改變小。 第3G圖於一圖表中例示信號振幅中之一還原，其中 該光束花相同時間於該摻雜與非摻雜區域中，但該光束掃 64 200525163 描（第3A圖之位置309a與、 〜JMb間之距離Dscan)比該光束 直徑（距離Bdiameter)小。 第3H圖於-側視圖中例示沿著一線交叉摻雜與非摻 雜區域之交替手指之一光束之振盪。 第31圖於一圖表中例示當如第3H圓中例示之振盈光 束時，由一光偵測器產生之波動電子信號。 第3 J圖至第3 N圖例示上械刑能 1』π上述型態之一振盪光束測量對 本發明各種實施例中之不同結構之應用。 第4Α圖於一流程圖中例示 用於上述型態之一測量之 動作，以決定是否用以製造一半導 ^ φ rp ^ 導體日日圓之一製程係於控 制中(即產生晶圓於材料與尺寸特性之預定容忍度中）。 ::圖於一方…例示—晶圓製造系统，包含用 於供S曰圓製造之一製程流程之一測量裝置。 第5A圖於-橫截面圖中例示本發明之一實施例之一 測試結構，用以特徵化-電晶體之摻雜區域之輪摩。 第5B圖於一橫截面圓中例示於移除氧化遮罩511與 退火後之第5A圖之測試結構。 一 第6A圖至第6E圖於一連串橫截面圖中例示建立第 5A圖與第5B圖中例示之型態之一測試結構之一過程。 第7A圖與第7B圖以垂直於一非摻雜材料（第7A圖） 與-摻雜材料(第7B圖)之一暴露表面之一方向例示電磁 輻射之一光束之入射與反射。 第8A圖顯示來自一測試結構中一晶圓之一前表面之 一深度函數（z)之摻雜濃度（N)之一簡化圖，其模擬相同晶 65 200525163 圓中實際樣本中之實際摻雜輪廓。 第8Βϋ顯示第8A圖中之圖表之導數。 第9Α圖理論上為一矽基板材料顯示一摻雜輪廓之一 /木度函數著該乂軸）之反射信號之強度（沿著該丫軸）， 當使用波長為980nm之一雷射於測量時，且用於峰摻雜濃 度與輪廊陡度組合8el9/cm3與1〇〇人（用於圖表9〇oc)、 5el9/cm與100人（用於圖表900A)、及8el9/cm3與200人（用 於圖表900B)。 第9B圖例是使用三個信號Si、S2、及S3測量自具有 一輪腐深度Zj之一未知樣本，依遞減波長之順序使用三個 不同波長雷射光束。曲線901、901、及903為第9A圖中 所示之型態之一餘弦回應曲線之線性部分。 第9C圖例示使用單一信號決定來自第9B圖中所示型 態之一回應曲線之一線性部分之一輪廓深度Zj。 第9D圖於一三維圖中例示該Z軸上圖示之信號率 (Samplitude/Smax)，分別作為該X與Y軸上峰摻雜濃度與 輪廓深度之一函數，其中使用二種不同波長之測量光束之 測量顯示為二表面921與922。 第9E圖於一流程圖中例示本發明某些實施例中執行 之動作。 第 10A 圖例示一商用軟體程式 Mathcad 2001 i Professional之一螢幕快照，其根據本發明之特定實施例 程式化，以解決三個同步非線性等式，用以使用三個波長 之三個振幅測量決定下列三個特性：該摻質輪廓之峰 66 200525163 (Nd)、該該摻質輪廓之深度（ζ』；）、及該摻質輪廓之突發（α)。 第10Β圖與第10C圖於一方塊圖中例示三雷射設備之 二其他實施例，用以執行用於第1 〇 Α圖之程式中之測量。 第11A圖例示另一實施例，由以一測量光束1 1 0 9共 線之一載子產生光束 1 1 1 0探測一測試結構之摻雜區域 1101與非摻雜區域1103。 第11B圖例示分別由該摻雜層1101與井區域1106中 之光束1110產生多餘載子分佈1113與1114。 第 11C 圖 於一 平面 圖 中 例示沿著 一測試結構 之 摻 雜 區 域與 非 摻 雜 區 域間 之一 直 線 L於振盪 期間二同心 入 射 光 束 之多 重 位 置卜 -位置以」 t 線 顯示，而 其他二位置 以 虛 線 顯 示）。 第 12 圖 顯示 使用 一 .振 盪載台（】 218)或一光 束 偏 轉 器 (1215)沿 著 二 鄰近 區域 間 之 一直線作 為用以振盪 一 點 之 手 段， 用 於 評 估 一測 試結 構 之 某些實施 例之硬體配置 〇 【主 要 元 件 符 號說 明】 101d 汲 極 區 域 107 半導體基板 101s 源 極 區 域 1 12A 輪廓 102d 汲 極 擴 充區 域 112B 輪廓 102s 源 極 擴 充區 域 201 與形成該晶 圓 中 一 103 通 道 區 域 積體電路之 一 部 分 104 閘 極 絕 緣體 同步形成該 晶 圓 中 105 閘 極 之一測試結 構 106 井 202 連續產生足 夠 短 之 67 200525163 203 204 205 一波長之同調電磁 移動之一相位感應 輻射之一光束，以 方式偵測由該光偵 確保該光束之一吸 測器產生之一波動 收長度小於該晶圓 電子信號之一振幅 之厚度但大於該晶 210 測試結構 圓中一輪廓之深度 211 摻雜區域 以光束照射晶圓之 212 普通邊界 前表面（即具有主 213 非摻雜區域 動區域之表面） 214 線 沿著具有不同特性 215 光偵測器 之測試結構之二區 216 井 域之間之一直線於 217 雷射 一預定頻率以一振 218 分光器 盪有節奏的相對移 219 光束 動該光束與該晶圓 219A 位置 使用一光偵測器於 219B 位置 光束與晶圓之有結 219C 位置 構有節奏相對移動 219D 位置 期間連續測量自測 219E 位置 試結構反射回之光 220 積體電路部分 束之一部分之強度 221 摻雜區域 同步於有節奏相對 230 基板 移動之預定頻率且 231 介面 以相對於該有節奏 232 介面 68 206 200525163 271 A 雷射 302s 擴充區域 271B 雷射 303 平面區域 271C 雷射 303a 輕推雜區域 272 分色鏡 303b (to be specified) 273 (to be specified) 304 介面 274 光束偏轉器 304a 平面表面 275 光束 306 基板 275A 光束位置 307 基板1 275B 光束位置 308a (to be specified) 276 分光器 308b 光偵測器 277 光偵測器 309a 光束位置 278 虛線箭頭 309b 光束位置 279 光具座 3 14 轴 279S 平面表面 321 (to be specified) 281 載台 322 (to be specified) 282 鏡 381L 額外區域 283 物鏡 381R 額外區域 301 摻雜區域 3 83L 區域 301a 平面區域 3 83R 區域 301d (to be specified) 386 (to be specified) 301s 摻雜區域 3 88a 極端位置 302 邊界 3 88b 位置 302a 邊界 3 88c 位置 302d (to be specified) 3 88d 極端位置

69 200525163 391 層 506 (to be specified) 400 (to be specified) 511 離子佈植遮罩 401 形成測試圖案於晶 512 (to be specified) 圓上 513 離子佈植區域 402 動作 5 14a 區域 403 測量 514b 區域 404 動作 602 孔 405 值於限制中？ 603 區域 406 動作 604 擴充摻雜區域 407 繼續處理 606 基板 408 動作 611 光阻層 410 圖案化工具 612 411 離子佈植器 613 區域 412 遮罩移除工具 614 擴充摻雜區域 413 摻質測量單元 701 井區域 414 快速熱退火器 702 摻雜層 415 退火測量單元 703 介面 416 工廠電腦 704 光束 420 匯流排 705 部分 421 連接 706 部分 422 連接 707 光束 423 連接 708 反射光束部分 430 晶圓 709 部分 43 1 (to be specified) 710 部分 200525163 721 (to be ; specified) 934 以 未 知 製 程 變 化 測 801 簡 化 輪 廓 量 晶 圓 900A 圖 表 935 計 算 信 號 改 變 900B 圖 表 936 計 算 信 號 改 變 率 900C 圖 表 937 比 較 信 號 改 變 的 計 901 A 線 性 部 分 算 率 與 查 找 表 中 的 901B 線 性 部 分 值 範 圍 ， 以 識 別 出 901C 線 性 部 分 規 格 製 程 參 數 911 (to be : specified) 938 計 算 參數 位 移 量 921 表 面 939 調 整 製 造 過 程 922 表 面 1001 區 塊 923 交 叉 1002 區 塊 924 交 叉 1003 區 塊 925 交 叉 1004 區 塊 926 箭 頭 1005 區 塊 927 箭 頭 1101 摻 雜 區 域 928 箭 頭 1103 非 推 雜 區 域 929 箭 頭 1106 基 本 井 區 域 931 製 造 環 繞一 中央 製 1109 測 量 光 束 程 條 件 之一 組參 照 1109a 位 置 晶 圓 1109b 位 置 932 於 多 重 波長 計算 測 1110 探 測 光 束 量 晶 圓 1110a 位 置 933 產 生 查 找表 1110b 位 置 200525163 1111 光 束 1112 光 束 1113 多 餘 載 子 分 佈 1114 多 餘 載 子 分 佈 1201 測 量 雷 射 1201a 測 量 雷 射 1201b 測 量 雷 射 1201c 測 量 雷 射 1202 校 準 透 鏡 1202a 校 準 透 鏡 1202b 校 準 透 鏡 1202c 校 準 透 鏡 1203 校 準 光 束 1205 雷 射 1206 校 準 透 鏡 1207 校 準 光 束 1210 分 色 鏡 1211 光 束 1212 非 偏 極 化 分 光 1213 分 光 器 渥拉斯頓稜鏡 光束偏轉器 物鏡 晶圓 載台 壓電驅動器 偏極化光束 光學濾光器 偏極化分光器 偵測器 偵測器 透鏡 照相機 跨阻抗放大器 鎖相放大器 (to be specified) 連線 連接

72

Claims (1)

1. 200525163 拾、申請專利範園： 1. 一種偵測半導體晶圓中結構特性之信號指示的方 法，該方法包含： 接收包含一測試結構之一半導體晶圓，其中該測試結 構包含一第一區域與一第二區域，該第一區域以及該第二 區域具有至少一互相不同的特性，且其中該第一區域包含 一介面於該晶圓中；

   將一振盪同調電磁輻射之…點振盪於該第一區域與該 第二區域之間；其中該同調電磁輻射之穿透深度係介於該 介面之深度與該晶圓之厚度之間；及 使用一光偵測器測量在該振盪期間被反射之該振盪電 磁輻射之一部分的強度；及 於該光偵測器測量期間，以該振盪之頻率同步偵測由 該光偵測器所產生之一電子信號的振幅。

   2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含： 以另一波長之電磁輻射重複（振盪，使用光偵測器與同 步偵測）之該些動作。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一區 域包含複數個摻質，且該特性係選自於由下列組成之一群 組：該第一區域與形成於該第一區域中之一井間之一介面 深度、該些摻質之輪廓陡度、及該摻質輪廓中之峰值。 73 200525163 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含： 當該振幅落於一預定範圍外時，改變用於製造該晶圓 中之至少一製程參數。 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該介面係 位於一第一層以及一第二層之間，該第一層係形成該前表 面之一部分，該第二層係為位於該第一層下方之半導體材 料，其中該第一層係由一介電材料或由一導電材料所形成。 6.如申請專利範圍第5項所述之方法，其進一步以該 振幅作為輸入來查詢一預定資料之表格，以決定該第一層 之厚度。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一區 域與第二區域其中僅一者係一摻雜區域，且該方法更包含 以該振幅作為輸入查詢一預定資料之表格，以決定該摻雜 區域之特性。 φ 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該特性係 選自於由下列組成之群組： 已退火半導體接面之深度； . 在退火前該摻雜區域中該些摻質之佈植劑量； 在退火後該摻雜區域中該些摻質之佈植劑量； 在退火後之摻雜濃度； 74 200525163 在退火後之摻雜濃度之輪廓陡度；及 在退火後該捧雜區域内之缺陷密度。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該同步偵測係於一鎖相放大器中執行，該鎖相放大器 耦合至該光偵測器以接收該電子信號，該鎖相放大器係被 調整至該預定頻率/ ;及 該鎖相放大器偵測該電子信號之波動的振幅。 10·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光束與 該晶圓其中至少一者係相對於地面保持不動。 π·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光束之 來源與該晶圓兩者係相對於地面保持不動，且該方法更包 含： 使用一光束偏轉器相對該晶圓移動該光束。 1 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該光束在該晶圓中之吸收長度係小於該晶圓之一半厚 度0 1 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中·· 該第一區域與該第二區域於一共同邊界互相接觸。 75 200525163 1 4 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該第一區域與該第二區域互相分離。 15·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該同調電磁輻射實質上係具有一預定波長。 1 6_如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該點係形成於一第一表面上，且該第一表面為一摻雜 區域位於該晶圓中之處。 1 7.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該點係連續地形成於該晶圓上。 18.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該點係沿著一直線振盪。

   1 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該晶圓包含一積體電路之至少一部分，除了該測試結 構之外，該積體電路亦包含於該晶圓中。 2 0.如申請專利範圍第19項所述之方法，其更包含： 使用至少一共同製程步驟形成該積體電路之該部分與 該測試結構。 76 200525163 2 1 . —種偵測半導體晶圓中結構特性之信號指示的方 法，該方法包含： 接收包含一測試結構之一半導體晶圓，其中該測試結 構包含一第一區域與一第二區域，該第一區域以及該第二 區域具有至少一互相不同的特性，且其中該第一區域包含 一介面於該晶圓中；

   振盪於該第一區域與該第二區域間之一第一點以及一 第二點，該第二點係至少部份重疊該第一點；其中該第一 點係由同調電磁輻射之一第一光束所形成，該第一光束具 有一第一穿透深度介於該介面之深度與該晶圓之厚度之 間，其中該第二點係由同調電磁輻射之一第二光束所形 成，其中該第一光束具有小於一半導體能隙能量之光子能 量，且該第二光束具有大於該半導體能隙能量之光子能量； 使用一光偵測器測量於該振盪期間被反射之該第一光 束之一部分的強度；及

   於該光偵測器測量期間，以該振盪之頻率同步偵測由 該光偵測器所產生之一電子信號的振幅。 2 2.如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一 光束與該第二光束係同軸，且該第一點與該第二點係同心。 23.如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第二 光束之波長亦足夠短，以確保該晶圓中之第二光束之吸收 長度小於該晶圓之厚度但大於該晶圓中一深度的輪廓。 77 200525163 24·如申請專利範圍第21項所述之方法，其更包含： 當該振幅落於一預定範圍外時，改變用於製造該晶圓 中之一製程參數。

   2 5 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，在此該第一 光束之一第一來源、該第二光束之一第二來源及該晶圓皆 相對於地面保持不動，且該方法更包含： 使用一光束偏轉器相對該晶圓移動該第一光束與該第 2 6 ·如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中： 該第一光束與該第二光束之各波長係足夠短，以確保 其個別吸收長度係小於該晶圓之一半厚度。 27· —種評估一半導體晶圓之設備，該設備包含一圖案 化工具、位於鄰近該圖案化工具之一離子佈植器、及鄰近 該離子佈植器之一測量工具，該測量工具包含： 同調電磁轄射之一光束之一來源，該光束之吸收長度 h於該晶圓之厚度但大於該晶圓中一介面之深度； 一移動裝置，用以互相相對移動該至少一光束與承载 Ί 曰 〜晶圓之一载台，以振盪由該光束所形成之一點於該晶圓 之一第一區域與一第二區域之間；及 一光憤測器，位於自該晶圓之光束之一反射路徑中。 78 200525163 28·如申請專利範圍第27項所述之設備，其中： 該電磁輻射同調光束之來源係一雷射。 29·如申請專利範圍第27項所述之設備，其中： 該移動裝置包含位於該光束之路徑中之一聲光偏轉 器。

   3 0.如申請專利範圍第27項所述之設備，其中·· 該移動裝置包含位於該光束之路徑中之一掃描電流計 鏡。 3 1 ·如申請專利範圍第27項所述之設備，其中： 該移動裝置包含附加至該載台之一壓電驅動器。

   3 2.如申請專利範圍第27項所述之設備，其更包含： 複數個額外雷射，互相鄰近地裝設於複數個位置，該 些位置係沿著一第一線放置，且該來源係裝設鄰近於該額 外雷射其中之一且沿著該第一線裝設； 至少一鏡，附加至移轉裝置，該移轉裝置係沿著平行 該第一線之一第二線移動，且介於相對於該些雷射之複數 個位置之複數個對應位置與該來源之間； 一載台，用以支撐該晶圓，該載台將該晶圓之一前表 面於其垂直入射處面對來自該鏡之光束； 其中該移動裝置包含沿著該第二線放置之一光學元 79 200525163 件，位於該鏡所反射之一光束路徑中；及 該設備更包含一分光器，沿著該第二線放置，且位於 該移動裝置與該鏡之間。 33·如申請專利範圍第27項所述之設備，其更包含： 一第二鏡，沿著該第二鏡裝設，且相對於該移動裝置； 一物鏡，位於該第二鏡與該晶圓之間；

   一光具座，具有一平面表面； 其中該來源、該裝置、該光偵測器、該額外雷射與該 鏡裝設於該光具座之該平面表面上，而該晶圓裝設於該載 台上，且該載台係位於平行該光具座之平面表面之一平面 中0 34.如申請專利範圍第27項所述之設備，其更包含： 一同步偵測器，其耦合至該光偵測器，以接收由該光 偵測器產生之一第一電子信號，該同步偵測器藉由一電纜 進一步耦合至該裝置，該電纜承載該點之一預定振盪頻 率’該同步偵測器測量在該預定頻率波動且與由該裝置移 動同相位時，該第一電子信號之一部分的振幅。 35·如申請專利範圍第27項所述之設備，其更包含： 另一雷射，沿著該第二線裝設，位於該鏡對侧。 80