【誤訳訂正書】
【提出日】平成23年8月12日(2011.8.12)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】発明の詳細な説明
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連技術
集積回路を製造するための半導体ウェーハの製造工程のイオン注入工程で、荷電原子や荷電分子をウェーハの中に直接導入する。通常はイオン注入によってウェーハの格子構造に損傷が発生するため、通常はウェーハを約６００℃から１１００℃に加熱する熱処理によって損傷部分を取り除く。また、この熱処理によって、注入した原子が結晶格子の変位した位置から置換位置に移動する（原子は電気的に活性となるために置換部位に位置していなければならない）。熱処理の前に、ウェーハの表面の材料特性を、イオン注入によって生じる損傷を用いて測定することができる。
【０００２】
例えば、Rosencwaig他に付与された米国特許第4,579,463号に、ウェーハの表面温度の周期的な変化によって起こる反射の変化を測定する方法が開示されている（コラム１の７〜１６行目を参照）。詳細には、この方法は「周期的に加熱されたサンプルの表面上の領域の一部に放射線探査ビーム・・・をあてる」ことによって、サンプルの表面にあるスポットに周期的に局部的な熱を発生させて生成された熱波を利用する（コラム３の５４〜５６行目）。またこの方法は、周期的な加熱によって起こる反射された放射線探査ビームの強度の変化を測定する（コラム３の５２〜６６行目）。
【０００３】
別の例として、言及することをもって本明細書の一部とするOpsal他による米国特許第4,854,710号に、正孔プラズマの拡散の密度のばらつきをモニタリングして、半導体の特性についての情報を得る（コラム１の６１〜６３行目）。詳細には、Opsal他が、「プラズマ密度のばらつきによる屈折率の変化を、励起された領域内のサンプルの表面で探査ビームが反射されることによって検出できる（コラム２の２３〜３１行目）」と述べている"Picosecond Ellipsometry of Transient Electron-Hole Plasmas in Germanium," by D. H. Auston et al., Physical Review Letters, Vol. 32, No. 20, May 20, 1974）。更にOpsal他は、「放射線探査は強度及び位相の両方において変化を受ける」と述べている（米国特許第4,854,710号のコラム５の２５〜３１行目）。好適な実施例では、サンプルの反射率の変化によって起こる強度の変が光検出器を用いてモニタリングされる。干渉計技術或いは探査ビームの周期的な偏向角のモニタリングによって、位相の変化を検出することが可能である。
【０００４】
Therma-Wave, Inc., 1250 Reliance Way, Fremont, CA 94539によって１９９６年４月に発行された、"TP-500: The next generation ion implant monitor"と題する小冊子に、注入後工程が必要なく（２ページのコラム１の６〜７行目）格子の損傷を測定する（２ページのコラム２の３２行目）測定装置TP-500が記載されている。TP-500には、注入によって生じたシリコン格子の表面下の損傷を測定する被変調反射信号を発生される２つの低出力レーザーを含む。ドーパントの注入量が増えると、TW信号の強度及び損傷が増大する。この非接触技術は、ウェーハの製造に悪影響を及ぼすものではない（２ページのコラム１及び２）。この小冊子によれば、熱処理の後にTP-500を用いて、「均一な熱処理及び再現性を高める・・・・システムを最適化する」ことが可能である（４ぺージのコラム２の下部）。
【０００５】
要約
本発明に従った装置及びその方法は、初めに第１の数の電荷担体を有する半導体ウェーハ（「半導体基板」とも呼ぶ）の領域を刺激して、刺激中の電荷担体の数を第２の数の電荷担体にする。この刺激は、例えば電磁波のビーム或いは電子ビームなどの様々な方法によって行うことができる。この装置及び方法は、測定装置（例えば、一実施例では干渉計）を用いて刺激によって影響を受けた信号の測定値を求める。一実施例では、影響を受けた信号が電荷担体によって反射された探査ビームであるが、別の実施例では他の信号を用いるここともできる。
【０００６】
また、この装置及び方法は、シミュレータ（例えば、シミュレーションソフトウエアでプログラムしたパーソナルコンピュータ）を動作させて、測定した信号のシミュレーション値を生成する。このシミュレーション値は、(1)上記した刺激中の条件と(2)刺激下の領域の活性ドーパントの濃度の所定のプロファイルに基づいている。測定値がシミュレーション値と一致した場合、シミュレーションに用いた所定のプロファイルを領域内活性ドーパントの基準プロファイルとして用いる。多数のこのような所定のプロファイルでシミュレーションを繰り返すことができる。
【０００７】
一実施例では、刺激の前にシミュレーションを繰り返して、このような一連のプロファイルを求め、後に対応するシミュレーション値を用いて、例えば測定値に最も近いシミュレーション値を探すなどして領域の活性ドーパントの基準プロファイルを求める。別の実施例では、一致しない場合に限ってシミュレーション値と測定値との差が所定の値（例えば１％未満）より小さくなるまで、シミュレーションを１回或いは複数回行い、対応する所定のプロファイルを領域内活性ドーパントの基準プロファイルとして用いる。
【０００８】
活性ドーパントの測定プロファイルを様々に用いることができる。一実施例では、測定プロファイルを用いて接合深さを決定し、仕様と比較してウェーハが適格であるかどうか判断する。接合深さが仕様内であれば、ウェーハを次の工程（例えば、基板の上に別の層を形成するウェーハ処理ユニットまたは基板の熱処理をする熱処理装置）に進め、接合深さが仕様外の場合は、基板は不適格として不良品用の基板のビンに移す。
【０００９】
一実施例では、本装置及び方法は、時間に対してのみ周期的変化（「変調」とも呼ぶ）する濃度で電荷担体を半導体材料の領域（「担体生成領域」とも呼ぶ）に生成する。この後、この装置及び方法によって、(1)電荷担体によって反射された探査ビームと基準ビームとの干渉によって得られる干渉信号の測定及び(2)この測定値と所定のデータ（例えば接合深さに対して描かれたこのような測定値のグラフ）との比較を行って、担体生成領域に生成された電荷担体の数を決定する。
【００１０】
上記したように生成された電荷担体（「過剰担体」とも呼ぶ）は、照明が存在しない時に半導体材料に通常存在する多数の過剰な電荷担体（「バックグラウンド担体」とも呼ぶ）である。過剰担体の濃度は、濃度の変化が非周期的（即ち振動ではなく、例えば指数的な減衰或いは単調関数など）となるように、充分に低い周波数で時間で変化する。詳細には、半径方向に沿った波のない過剰担体濃度のプロファイルが、担体生成領域から移動する電荷担体の少なくとも過半数（即ち５０％より多い）が拡散によって移動する時にここに記載するように生成される。
【００１１】
拡散条件の下でのこのような一時的な変化（「拡散変化」とも呼ぶ）を利用して干渉信号を測定する（例えば、位相及び振幅の両方が測定される）。この測定値を用いて、半導体材料の１つ或いは複数の特性（「半導体特性」とも呼し、接合深さなど）を例えばグラフや表を用いて決定する。上記したように測定された半導体材料の前面からの深さの関数として過剰担体の濃度を用いて、半導体材料の活性ドーパントの濃度を決定することもできる。詳細には、過剰担体濃度の深さのプロファイルは、活性ドーパント（ドープされた半導体材料を形成する）により生じる電界の深さのプロファイルの関数である。
【００１２】
深さの関数である過剰担体が増加すると、半導体材料の屈折率がそれに応じて高くなる。従って、半導体材料の表面に当てられるレーザビーム（「探査ビーム」と呼ぶ）が反射され（バックグラウンド担体及び過剰担体の両方によって反射されるが、過剰担体による反射のみが変調周波数に周期的に変化する）、反射された部分と基準ビームとの干渉によって生成された変調周波数の信号が上記したように測定される。干渉信号（振幅や位相など）の様々な特性は反射がおこる深さの関数であるため、この特性を測定して接合深さを決定することができる。ここに記載する接合とは、任意のドープされた領域の境界である（n型基板の中へのp型ドーパントの注入或いはp型基板の中へのp型ドーパントの注入、またはその逆であっても構わない）。
【００１３】
第１の実施例（「前面実施例」とも呼ぶ）では、探査ビームの反射された部分が前面によって反射された探査ビームの別の部分（以降この部分を「前面ビーム」と呼ぶ）からなる基準ビームで干渉されることによって得られる干渉信号の強さを測定する。前面実施例の一変更例では、あるレーザを用いて、過剰担体を生成するために用いる別のビーム（「生成ビーム」と呼ぶ）を生成する。生成ビームの強さは、過剰担体濃度の多様な位相が拡散長さ（過剰電荷担体の濃度が1/eに低下する長さ）に渡って生成ビームの位相と同じ（例えば１０％以内）になるように、充分に低い固定周波数に変調される。従って、過剰担体濃度は、生成ビームの強さの変化と概ね同期して変化する。この条件から、過剰担体の分布を主に、波による解法ではなく波によらない解法によって設計可能な拡散によって実施することができる。この変更例では、干渉計が、生成ビームの出力及び変調の関数である干渉信号の振幅及び位相を測定し、測定値を用いて過剰担体の濃度を測定する。上記したような過剰担体濃度の時間の変化によって、干渉計がロックイン増幅器を用いて、過剰担体濃度が一定の時には不可能な正確さで探査ビームの反射された部分を測定することが可能となる。
【００１４】
一実施例では、接合深さ及び生成ビームの出力と干渉信号測定値との関係を示す多数のグラフが作成される（シミュレーション或いは経験的に）。この後、所定のウェーハ（製造ウェーハとも呼ぶ）に対して、異なった生成ビーム出力に対する干渉信号の測定（干渉測定とも呼ぶ）を行い、その測定結果を１或いは複数の上記したグラフと比較して、接合深さを示すグラフを決定する。詳細には、所定のグラフは、多数のドーパントプロファイルが製造ウェーハの予想ドーパントプロファイルに近づくように作成される。
【００１５】
任意の方法或いは装置を用いて、所定のグラフを作成するためのシミュレータ（シミュレーションプログラムを実行するようにプログラムされたコンピュータ）に入力するドーパントプロファイルを作成することができる。例えば、広がり抵抗プロファイルは、既知の条件で製造された既知の特性を有するウェーハ（基準ウェーハとも呼ぶ）に形成することができる。別法では、ドーパントのプロファイルは、市販のシミュレータ（拡散による担体生成領域からの電荷担体の移動を推定する）を用いてシミュレーションを実行することができる。
【００１６】
次に、所定のドーパントプロファイルを求めるために、多数の生成ビーム出力のそれぞれに対して、シミュレータを用いて深さの関数である過剰担体濃度のプロファイルを決定する。次に、前面からの深さzの関数である過剰担体プロファイルの導関数にcos(2knz)を乗じる。この時、k=2π/λであり、λは探査ビームの波長であり、nはシリコンの屈折率である。乗じて得た積を深さに対して積分し、１或いは複数の定数因子（既知の物理乗数及び測定システムのカリブレーションに関連する）を乗じて、干渉測定のシミュレーション値を求める。この後、干渉測定のシミュレーション値を選択された生成ビーム出力に対する深さzの関数としてグラフにプロットする。生成ビーム出力の他の固定した値（例えば２つの追加の値）に対するグラフを得るためにこのステップを繰り返す。このような追加のグラフは、様々なドーパントプロファイルに対して作成される。
【００１７】
このようなグラフを作成した後、選択された生成ビーム出力における製造ウェーハの干渉測定値を用いて、グラフを使って接合深さを求める。このステップを異なった出力の生成ビームを用いて得た異なった干渉測定値に対して繰り返し、２つのウェーハが同じ測定値であるが異なった接合深さを有することから起こる曖昧さを排除する（例えば、２つ数値の積が変化するとき、即ち(1)導関数と(2)上記したようなコサイン関数とが２つのウェーハにおいて互いに補償し合う時に発生し得る）。この後、表から得た接合深さと同じ接合深さを有するドーパントプロファイルを、製造ウェーハに存在する活性ドーパントのプロファイルとして用いる。
【００１８】
ここに記載した干渉信号の位相及び振幅の測定は、一実施例の重要な点である。一或いは複数のこのような測定値によって、ウェーハ製造中の半導体材料の基準となる特性（または製造条件）を得ることができる。別の実施例（「スキャニング実施例」とも呼ぶ）では、生成ビームの出力を一定に保った状態で、あるウェーハの異なった位置でこのような測定を何回か実行する。このような測定値における変化は全て、前面からの所定の深さにおける活性ドーパントの濃度の対応する変化を表す。従って、このような干渉測定（これによって活性ドーパントのプロファイルが決定される）が、本発明の一変更例においてウェーハ製造中にモニタリングされ（必ずしも必要ではない）、例えばイオンが注入されたウェーハの熱処理を制御するなどウェーハの製造工程を制御するのが望ましい。
【００１９】
製造中のウェーハ（製造の段階によって「パターン形成されたウェーハ」或いは「熱処理されたウェーハ」とも呼ぶ）に対して接合深さ及び接合プロファイルを直接測定すると、オフラインでウェーハの特性を検査する場合より生産効率が高まる。更に、このような測定によって、ウェーハの検査自体にかかる従来のコストを削減できる。一実施例では、このような測定は、ドーパントを活性にする製造ウェーハの熱処理の後に行なわれるため、熱処理の前に測定する特性よりも詳細な製造中のデバイスの電気的な行動を示す特性を得ることができる（米国特許第4,854,710号に開示されている）。
【００２０】
第２の実施例（「位相実施例」とも呼ぶ）では、上記した干渉信号ではなく、別の干渉信号が上記した探査ビームの反射された部分と、探査ビームの位相とは独立して変化可能な位相を有する別の基準ビーム（以下、「可変位相ビーム」と呼ぶ）との干渉によって得られる。２つの干渉信号間の位相差（例えば位相検出器を用いて検出される）は接合深さを示す。これら２つの干渉信号の第１の干渉信号は、(1)可変位相ビームと(2)前面によって反射された探査ビームの一部である上記した前面ビームとの干渉によって得られ、第２の干渉信号は、(1)可変位相ビームと(2)探査ビームの反射された部分との干渉によって得られる。
【００２１】
第２の実施例において、探査ビームは偏光されているだけではなくコヒーレント（即ち、例えば単一波長などの単一クロミナンス）であるため、可変位相ビームとの干渉が起こりうる。探査ビームとは独立した第２の実施例の基準ビームを用いることによって、干渉信号を測定するために第２の実施例で用いられる位相検出器の感度が高まるため、第１の実施例と比べ材料特性の測定の感度が高まる。独立した基準ビームを用いることによって、半導体の波長の関数である接合深さの絶対測定も可能となる。
【００２２】
詳細な説明
本発明に従ったウェーハ製造システム１００（図１Ａ）を用いて、ウェーハ（半導体基板とも呼ぶ）を加工してパターン形成されたウェーハにし、パターン形成したウェーハの材料特性を測定し、必要であればリアルタイムで工程を調節して集積回路（以下省略してIC）ダイを形成する。このような工程には熱処理が含まれ、熱処理の後にパターン形成されたウェーハ上で材料特性を測定することが可能であり、それによって例えば熱処理したウェーハの測定から熱処理温度を決定するなど、従来技術では不可能であった工程条件を決定する。
【００２３】
本明細書に記載するように製造中のパターン形成したウェーハを測定することによって、従来技術では製造工程をモニタリングするためだけに必要なウェーハの検査を省略でき、それによって製造コストを削減することができる。更に、本明細書に記載するように熱処理されたウェーハの測定によって、熱処理によってデバイスに用いられるドーパントの活性が決まるため、製造中のデバイスの工程速度などの電気特性に関連する一或いは複数の特性の基準を得ることができる。
【００２４】
システム１００は、損傷を与えることなく様々な材料特性を測定する活性ドーパントプロファイラ（単にプロファイラとも呼ぶ）１０３を含む。このプロファイラ１０３は、シミュレーションソフトウェアでプログラムされ所定のデータを生成するコンピュータ１０３Ｃを含む（図１Ｂの動作１１０を参照）。一実施例では、動作１１０には、(1)刺激中の条件と、(2)刺激を受けている領域の活性ドーパントの濃度の所定のプロファイルとに基づいて、コンピュータ１０３Ｃがシミュレーション値を生成するステップ１１１が含まれる。この後のステップ１１２で、コンピュータ１０３Ｃが、ウェーハが有する可能性のある一連のプロファイルの全ての所定のプロファイルがステップ１１１で用いられたかどうかをチェックする。全プロファイルが用いられていない場合は、コンピュータ１０３Ｃはステップ１１３に進み、用いられる所定のプロファイルを変え、ステップ１１１に戻る。全てのプロファイルが用いられると、動作１１０は終了する。
【００２５】
ウェーハ処理ユニット１０１及び急速熱処理装置１０２は、ウェーハの一或いは複数の層を形成して半導体ウェーハ（例えばウェーハ１０４−１０６の内の１つ）を準備するステップ１２５を実行する。この後プロファイラ１０３が、初めは第１の数の電荷担体を有するウェーハの領域を刺激することによって、刺激中は第２の数の電荷担体が存在するようになる（図１Ｂのステップ１２６を参照）。この刺激は、電磁波のビーム或いは電子ビームを用いるなどの任意の方法で行うことができる。
【００２６】
次に動作１４０で、プロファイラ１０３が刺激による影響を受けた領域の特性を測定する。一実施例では、プロファイラ１０３が干渉計などの測定装置を用いて、刺激による影響を受けた電荷担体によって反射された探査ビームなど信号の一或いは複数の測定値（例えば振幅や位相）を求める（ステップ１４１）。次にプロファイラ１０３は、測定値を動作１１０で生成された一或いは複数のシミュレーション値と比較し、測定値に最も近いシミュレーション値を決定する（ステップ１４２）。この後プロファイラ１０３は、ウェーハのプロファイルとして最も近いシミュレーション値を生成するために用いた所定のプロファイルを利用する。例えば、プロファイラ１０３は、最も近いシミュレーション値を生成するために用いたプロファイルに基づいて、領域の半導体特性の値（例えば接合深さ）を決定する。プロファイラ１０３は、対応する半導体特性の値に対して各プロファイルに関係する表や図を読む或いは計算するなどの任意の方法で値を決定することができる。
【００２７】
次に、ステップ１６０で、特性値がウェーハの仕様条件と一致するかどうかをチェックする。一致する場合は、プロファイラ１０３はステップ１２５に戻り、そうでない場合はステップ１６１に進む。ステップ１６１では、プロファイラは、一或いは複数の線１０８及び１０７で示されているように制御信号を熱処理装置１０２及びウェーハ処理ユニット１０１に送ることによって、ウェーハ製造中の一或いは複数の工程条件を制御する。この後プロファイラ１０３は動作１２５に戻る。
【００２８】
ステップ１１１−１１３を参照して説明する一実施例では、刺激の前に一連のプロファイルに対するシミュレーションを繰り返すが、図１Ｃに例示した別の実施例では、刺激の後に１回或いは複数回のシミュレーションを行う。例えば、ウェーハ処理ユニット１０１及び急速熱処理装置１０２は、動作１２０を実行し、図１Ｂを用いて説明するようにプロファイラ１０３がステップ１２６を実行し、次に動作１７０を実行する。動作１７０では、プロファイラ１０３は測定装置を用いて、ステップ１４１を用いて説明するように測定値を求め、次にステップ１７２に進む。ステップ１７２では、プロファイラ１０３がシミュレータを動作させ、ステップ１１１を用いて説明したように所定のプロファイルに基づいて、信号のシミュレーション値を生成する。次にステップ１７３で、プロファイラ１０３が、シミュレーション値が測定値と一致する（例えば１％などの所定のパーセント内）かどうかチェックする。一致しない場合は、プロファイラ１０３がステップ１７４に進み、ステップ１７２のシミュレータの動作に用いた所定のプロファイルを変え、ステップ１７２に戻る。一致した場合には、プロファイラ１０３がステップ１７５に進み、ステップ１４３を用いて上述したように、半導体の特性値を決定する。次にプロファイラ１０３は、図１Ｂを用いて上述したようにステップ１６０及び１６１を実行する。
【００２９】
一実施例では、プロファイラ１０３が、検査予定のウェーハに多数の電荷担体を生成する刺激動作を実行する。プロファイラ１０３によって生成された電荷担体は、照明を受けてない半導体材料（半導体材料の結晶格子の位置を専有する原子と定義されるドーパントが材料に導電性を与える）に通常存在する「バックグラウンド担体」とも呼ぶ電荷担体の数より多い。
【００３０】
一実施例で生成された過剰な担体が、ドーパント原子によって材料１５６内に生成された照明などの刺激を受けていない担体のレベルを超えるプロファイル１５８（図１Ｄ参照、１ｃｍ３あたりの担体の数を表す濃度で示されている）で半導体材料１５６（図１Ｂ）に分布する。詳細には、過剰担体濃度neは、半導体材料１５６の前面１５３（図１Ｅ）の外側のゼロから半導体材料１５６の内側の有限値に変化する（従って前面１５３の濃度が上昇するステップである）。
【００３１】
前面１５３（図１Ｅ）からの深さzが深くなると、自由空間波長／屈折率である材料１５３内の探査ビーム１５２の波長（例えば４×１０−５ｃｍ）より少なくとも短い深さ（例えば２×１０−６ｃｍ未満）に渡って過剰担体濃度neが上昇する。この深さを超えると、過剰担体濃度neは接合深さZjのドープされた領域の縁部、即ち深さZに到達するまで、ドーパント原子の濃度の変化に比例して変化する。ドーピングプロファイルの詳細な形状によって、例えばある場合には、ドーパントの濃度が上昇し、別の場合にはドーパントの濃度が最初低下してから上昇する。
【００３２】
接合深さZjを超えると、過剰担体濃度neは実質的に一定に戻り、ドープされた領域の深さの約１０倍の深さまで一定である（即ち、変化は１０％未満であり、特にドープされた領域が浅い場合は深さが約０．１μm以下）。上記されたように生成された上記プロファイルは、変調周波数と同期して時間によって周期的に変化するが、半径r（図１Ｄ）の関数として空間で周期的に変化するわけではない。その代わりに濃度neは、図１Ｄに例示したように、単に領域１２０の外側の半径方向に向かって低下する（例えば、半径rの単調関数）。詳細には、変調周波数の逆である時間に対して、プロファイラ１０３は、nea〜nen値の範囲で濃度neを変化させる（図１Ｄ）。この時のnea−nenの関係はnen＜＿nej＜＿nei＜＿neaである。
【外１】
2002540396.tif 000001
従って、任意の時間tiにおいて、半導体材料１５６の担体濃度の値neiは半径rの関数として低下するが、領域１２０の外側の空間に波を生成するこはない。半径rに沿った波のない過剰担体濃度neのプロファイルは、領域１２０の外側に移動する電荷担体（過剰単体及びバックグラウンド担体の双方と定義される）の大多数（例えば５０％より多い）が拡散によって移動したときに、上記したように形成される。照明された領域１２０内では、担体濃度は、(1)生成レーザビームのプロファイルの変化（通常その効果は小さい）と(2)ドーピングプロファイルの変化によって空間的に変化し得る。
【００３３】
このような過剰電荷担体の拡散変化は、半導体特性を調べるときに用いる所定のデータが領域１２０（「担体生成領域」とも呼ぶ）からの電荷担体の移動を表す以下に記載する式１５による拡散解法に基づいているため、本発明の重要な点である。波による解法を拡散解法に重ね合わせると、波解法が過剰担体プロファイルを乱して、拡散解法によって想定される非周期的プロファイルから逸脱するため、所定のデータの正確さが低下する。
【００３４】
一実施例では、生成ビーム１５１の強度が固定周波数に変調される。この固定周波数は、濃度neの多様な位相が拡散長さ（電荷担体が1/eの値にまで低下する長さ）に渡って生成ビーム１５１の位相と同じ（例えば１０％以内）となるように充分に低い。従って、濃度neは、生成ビーム１５１の強度の変化と概ね同時に変化する。この条件によって、過剰担体の分布が、波解法ではなく主に波解法ではない解法によって設計されうる拡散によって成されることが確実となる。
【００３５】
空間に波が存在しないようにするために、濃度neの変調周波数は、例えば米国特許第4,854,710号に記載されたような波を生成する従来技術に用いられる変調周波数より数倍（例えば１或いは複数オーダー）低く選択される。詳細には、本発明の一実施例では、変調周波数は約１KHzであり、Opsalによる米国特許第4,854,710号のコラム１５の１８行目に記載された１MHz周波数より１０００倍（３オーダー）小さい。このように低い変調周波数を用いることは、図１Ａのプロファイラ１０３の一実施例において極めて重要な点であり、Opsalが記載した「波」などの空間における波の排除によって予期しない結果に繋がった。
【００３６】
別の実施例では、プロファイラ１０３は、上記した周波数より高い周波数に生成ビームを変調する。詳細には、この別の実施例によって、領域１２０の外側の空間で周波が起こる。しかしながら、この別の実施例では、空間の周波の波長を拡散長さの１０倍以上に選択するため、領域１２０内では空間の周波の影響を無視できる。
【００３７】
生成ビーム１５１に応答して過剰担体が領域１２０に分布するときに発生する図１Ｇのプロファイル１６４によって例示されたような濃度neの上昇によって、半導体材料１５６の屈折率nが正比例して増大する。従って、深さに対する屈折率の勾配が領域１２０に形成される。過剰担体濃度と屈折率が線形に比例するため、プロファイル１６４はまた、深さの関数として屈折率を表す。
【００３８】
詳細には、過剰担体プロファイル１６４（図１Ｇ）は層１６４Ａ−１６４Ｄ（Ａ＜＿Ｊ＜＿Ｔ）などの一組の過剰担体の薄い層として形成され得る。ここで、Ｔは層の総数であり、各層１６４Ｊは一定の担体濃度を有する。シリコンの屈折率は、担体濃度の関数であるため、各相１６４Ｊは僅かに異なった屈折率を有する。従って、探査ビーム１５２の少量のエネルギーが、層１６４Ｊと層１６４Ｊ＋１との各境面１６５Ｊから反射される。この時の反射量は、境面１６５Ｊの上に位置する層１６４Ｊの担体濃度に比例する。
【００３９】
傾斜した屈折率を有する領域１３０内のこのような反射の総量が、ビーム１５２の反射の別の成分１６２より小さい成分１６３を形成する。詳細には、成分１６２はビーム１５２が前面１５３で反射された部分であり、以下の３つの小成分の合計である。(1)空気とシリコンとの間の不連続性による小成分。(2)表面におけるドーピングプロファイルの突然の上昇による小成分。(3)表面における過剰担体濃度の突然の上昇による小成分。前面１５３からの反射１６２の最も強い小成分は(1)であり、(2)及び(3)の数倍のオーダーである。
【００４０】
成分１６３は、屈折率分布型領域１３０から反射された光が半導体の中の更なる距離Zjに伝播し後退するため、成分１６２に対して遅延した位相を有することに注意されたい。従って、成分１６２は成分１６３と干渉するが、その干渉は屈折率に勾配がある深さZjに渡って、強める或いは弱める、またはその両方である。従って、前面１５３からの反射成分１６２と屈折率分布型領域１３０からの反射成分１６３とを合わせることによって得られた信号は、その振幅や位相の中に過剰担体濃度のプロファイル１６４の深さや形状についての情報を含んでいる。
【００４１】
システム１００は、ステップ２０１で１或いは複数の初めの動作を実行し（例えばウェーハの受け取り）、次に上記した動作１１０に類似した或いは同一の動作２１０（図２Ａ）に進むウェーハ処理ユニット１０１を含む。次に（或いはステップ２０１の直後に）、半導体ウェーハを準備する（動作２２０）。動作２２０で、ユニット１０１は、例えば、ウェーハ１０４（図１Ａ）にドーパント原子（例えばシリコンにおけるホウ素原子）を有する一或いは複数の領域（例えば図１Ｃのドープされた領域１３０）を形成するために、例えばイオン注入装置１０１Iを動作するなどして、ドープされた領域を形成するステップ２２１を実行する。イオン注入の代わりに、例えばイオン蒸着やエピタキシャル漕の被着、蒸着、拡散、プラズマ被着などのドープされた領域を形成する任意の方法でユニット１０１（図１Ａ）がステップ２０２を実行することができる。
【００４２】
この後、ドープされた領域の一或いは複数のパターンを有するパターン形成されたウェーハ１０５が、システム１００に含まれ得る急速熱処理装置１０２（図１Ａ）に送られる。急速熱処理装置（「アニール装置」とも呼ぶ）１０２は、例えば、イオン注入装置１０１によってウェーハ１０５のドープされた領域の半導体材料の結晶格子に生じた損傷を取り除くために、所定温度（「熱処理温度」とも呼ぶ）までウェーハ１０５（図１Ａ）を加熱するなどして、熱処理ステップ２２２（図２Ａ）を実行する。急速熱処理装置の代わりに、システム１００に含まれ得る電気炉を用いてステップ２２２（図２Ａ）のウェーハ１０５の熱処理を行うこともできる。
【００４３】
ステップ２２２に例示された熱処理は、通常はアニール装置１０２（図１Ａ）においてランプ（図示せず）で急速にウェーハを加熱することによって行われる。アニール装置１０２におけるランプによる照明は均一でない可能性があり、任意の位置のパターン形成されたウェーハ１０５に入る熱量は、誘電体層（表面１５３に形成される二酸化けい素や窒化けい素など）の厚さ及びそこにパターン形成された集積回路の関数であり得る。詳細には、ウェーハ１０５のドープされた領域の異なった層（図示せず）が異なった熱量を反射するため、ウェーハ１０５の加熱量にばらつきが生じる。従って、イオン注入されたウェーハ１０５の熱処理は均一ではない可能性があり、熱処理されたウェーハ１０６の接合部（表面１５３から深さZjのドープされた領域１３０と半導体材料１５６（図１Ｅ）の境界に形成された）の特性が各点によって異なり得る。
【００４４】
ステップ２２２の熱処理によって、ドーパント原子（「ドーパント」とも呼ぶ）が供与体（ｎ型材料を形成する）或いは受容体（ｐ型材料を形成する）となるドープされた領域１３０の半導体材料の格子の中にドーパント原子が移動する。ステップ２２２でドーパントが格子構造に組み込まれる程度は、ステップ２２２が実行される時の温度及び時間の関数である。組み込みは、温度が高く時間が長い方が完全となる。
【００４５】
しかしながら、ステップ２２２でドーパントはまた拡散（すなわち移動）するため、接合深さが深くなる。温度を高くすると拡散の速度が速くなり、熱処理の温度調節には充分注意を払う必要がある。従って、深さの関数であるドーパントの濃度のプロファイルや接合深さは、ステップ２２２の後に測定され、その測定値を所定の情報（例えば、好適なウェーハのプロファイル／接合深さから得た仕様や情報）と比較して、必要があれば熱処理工程の変更を決定する。ここに記載するように実時間での熱処理工程の変更の動的なフィードバックによって、従来技術では不可能であった方法で熱処理して高品質のウェーハの生産性を高めることができる。
【００４６】
熱処理の後、ウェーハ１０６（図１Ａ）は急速熱処理装置１０２からプロファイラ１０３に送られ、プロファイラ１０３の中に配置される（図２Ａのステップ２２４を参照）。別の実施例では、活性ドーパントプロファイラは、急速熱処理装置に含まれ、熱処理の後に移動させて配置する必要がない。一実施例では、ウェーハ１０４を動かすのではなく、プロファイラ１０３をウェーハ１０６に対して移動させる。
【００４７】
また、例えば、拡散（ドーパントが熱によってウェーハ１０５の中に拡散され、ドーパントが活性であり、イオン注入による損傷を熱処理によって取り除く必要がない）などのイオン注入以外の方法を用いることでドーパント領域の熱処理が必要でない場合は、非熱処理ウェーハ１０５を図２Ａの分岐２２３に例示されているように用いることができる（図１Ａの経路１０９に沿って進む）。プロファイラ１０３によって、熱処理されたウェーハ１０６用の上記した方法と類似の方法で非熱処理ウェーハ１０５のドーパントの効果を評価する。
【００４８】
開始ウェーハ１０４もまた、図１Ａの経路１１２及び図２Ａの分岐２０５に例示されたように用いることができる。従って以下の記載において、１０４／１０５／１０６の表示は、それぞれのウェーハ１０４及び１０５，１０６に同等に適用できることを意味する。同様に、表示１０５／１０６は、それぞれのウェーハ１０５及び１０６に適用できることを意味する。
【００４９】
次に、ウェーハ１０４／１０５／１０６が適切に配置された後（例えば、中央或いはウェーハ内の所定のパターンに整合する位置）、プロファイラ１０３は、所定の周波数で変調される多数の電荷担体をウェーハの領域１２２に生成する（図２Ａの動作２３０を参照）などして、ウェーハの領域１２０を刺激する。所定の周波数は、測定中に電荷担体の波が担体生成領域内に発生しないように選択される（図２Ａの動作２４０を参照）。例えば、所定の周波数を、式f＜＿ (1/2πτ)と一致する任意の周波数に選択することができる。この式において、fは周波数であり、τは基板内の過剰電荷担体の寿命である。米国特許第4,854,710号に開示されているように、プロファイラ１０３が「プラズマ波」を用いないため、プロファイラ１０３は非熱処理ウェーハ１０４／１０５の特性測定と同様に孤立的に熱処理したウェーハ１０６の特性を測定することができる。
【００５０】
プロファイラ１０３（図１Ａ）は、ウェーハ１０５／１０６のドープされた領域１３０（図１Ｃ）に存在する電荷担体によって影響を受けた特性（図２Ａの動作２４０）を測定する。一実施例では、測定した特性が複合反射（すなわち反射部分の振幅及び位相）及であり、プロファイラ１０３はその測定値を用いて、ウェーハ１０５/１０６の表面１５３からの深さZの関数である活性ドーパントの数及び接合深さなどの様々な特性（「半導体特性」とも呼ぶ）を決定する。測定に基づいた関係（「活性ドーパントプロファイル」とも呼ぶ）は、以下に記載する図４Ａに例示されたグラフで示すことができる。動作２４０の別の実施例では、複合反射の代わりにプロファイラ１０３は、屈折率などの生成された電荷担体によって影響を受ける他の特性を測定することができる。
【００５１】
一或いは複数のこれらの測定値を用いて（図２Ａのステップ２４６を参照）、図２Ｃを用いて以下に説明するように、所定の情報（「所定のデータ」とも呼ぶ）から材料の特性を調べることができる。
【００５２】
ステップ２４６は随意選択のステップであり、別の随時選択動作２１０の実行後にのみ一実施例で実行され、良好なウェーハの測定値の形で（即ち、許容されるウェーハの所定の仕様に合ったウェーハの期待測定値）、経験的或いはシミュレーション、またはその組み合わせの何れかによって所定のデータを生成する。動作２１０については、図２Ｂ−図２Ｆを用いて以下に詳細に説明する。
【００５３】
一或いは複数のこれらの測定値を用いて（図２Ａのステップ２６０を参照）、一或いは複数の所定の制限値と比較して、熱処理したウェーハ１０６が良好なウェーハの仕様と一致するかどうかを決定する。ウェーハ１０６が仕様と一致する場合は、ウェーハ１０６はステップ２６２で適格であると決定され（例えば、更なる工程に進める）、ウェーハ処理ユニット１０１（図１Ａ）及び急速熱処理装置１０２の条件は変更しないでそのままにしておく。この後、分岐２６３に示されているように別のウェーハについて上記したステップが繰り返されるか、或いは同じウェーハが更なる工程に進められる。
【００５４】
ウェーハ１０６が仕様と一致しない場合は、ウェーハ１０６は不適格（例えば破棄）と決定され（ステップ２６１）、随意選択でプロファイラ１０３が、(1)図１Ａの線１０７で信号を送ってユニット１０１の条件（例えばドーパントの量）、或いは(2)線１０８で信号を送って熱処理装置１０２の条件（例えば熱処理温度）の一方、或いはその両方を自動或いは手動で調節する。
【００５５】
以下に記載するように、プロファイラ１０３によって実行される測定は、損傷を与えることなく数μm２において実行され、比較的短時間（例えばウェーハの１領域に対して５秒、即ち１０領域に対して５０秒）で実行することができる。ここに記載するように製造中或いは製造の直後における熱処理したウェーハ１０６の特性測定によって、オフラインでの検査用ウェーハの特性の測定と比べ生産効率を上げることができる。
【００５６】
動作２４０を実行して材料の特性を測定する前に、プロファイラ１０３がウェーハ１０６の領域１２０（「電荷生成領域」とも呼ぶ）に濃度neの過剰担体を生成し、時間tの関数として濃度を変化（即ち、上昇或いは低下）させる。過剰担体は任意の方法で生成することができるが、一実施例では、過剰担体は電磁波のビームをからなり得る生成ビーム１５１によって生成される。別の実施例では、過剰担体は電子ビームから生成される。
【００５７】
一実施例では、探査ビーム１５２は、収束レンズ（例えば図５のレンズ５１５）の色収差によって生成ビーム１５１（図１Ｅに例示されている）の直径より小さい。更に、探査ビーム１５２の波長は、探査ビーム１５２による担体の生成の割合（生成比率とも呼ぶ）が、生成ビーム１５１による生成割合より著しく低くなるように、生成ビーム１５１の波長より長くすることができる。一実施例では、生成ビーム１５１及び探査ビーム１５２はそれぞれ、第１の波長λg及び第２の波長λpを有し、第２の波長λpは以下の式から求めることができる。
【００５８】
λg＞＿[(10αpPpλp)/(αgPg)] [wg/wp]２
上式において、αp及びαgはそれぞれ、探査ビーム１５２及び生成ビーム１５１の半導体材料１５６の吸収係数であり、Pp及びPgはそれぞれ、探査ビーム１５２及び生成ビーム１５１の出力であり、wg及びwpはそれぞれ、ビーム１５２及び１５１の前面１５３の焦点スポットの半径である。この式によって、前面１５３における生成ビーム１５１による生成割合が、探査ビーム１５２による生成割合より少なくとも１オーダー高いことが分かる。
【００５９】
図１Ｅに例示されている探査ビーム１５２の波長は、通常は生成ビーム１５１の波長より長い。表面１５３におけるレンズの焦点スポットの大きさが波長に比例するため、通常、探査ビーム１５２は生成ビーム１５１より大きいスポットに収束する。図１Ｅに示されているように、探査ビーム１５２の焦点が生成ビーム１５１の焦点より小さく、探査ビーム１５２が生成ビーム１５１の内側に位置する反対の関係が望ましい。これによって、測定による過剰担体濃度の半径方向への低下が緩和される。
【００６０】
ビーム１５１と１５２との好適な関係は、収束レンズ５１５（図５）の色収差を用いて達成できる。探査ビーム１５２の焦点においては、生成ビーム１５１の焦点が僅かにずれるため、その焦点時の直径よりやや大きくなる。探査ビーム１５２のスポットは直径が最小となる焦点であり、生成ビーム１５１のスポットは焦点が僅かにずれ、探査ビーム１５２のスポットの直径よりやや大きくなるように配置され、測定が行われる。
【００６１】
一実施例では、プロファイラ１０３は、ドープされた領域１３０の半導体材料のバンドギャップエネルギーより大きなエネルギーを有するフォトンのビーム１５１（図１Ｅ）を生成し、上記したような波が生成されないように選択された周波数にビーム１５１を変調し（図２Ｂのステップ２２３）、ドープされた領域１３０にビーム１５１を収束させて（図２Ｂのステップ２３３）、上記したステップ２３０（図２Ａ）を実行する。しかしながら、非晶質層の深さの測定についての後述する別の実施例では、プロファイラ１０３は、ドープされた領域１３０の半導体材料（アモルファスシリコン）のバンドギャップエネルギーより低いエネルギーを有するフォトンのビーム１５１を生成して上記したステップ２３１（図２Ｂ）を実行する。
【００６２】
実施例によっては、プロファイラ１０３は、1Hz〜20,000Hzの範囲の任意の周波数に生成ビーム１５１の強さを変調する。変調周波数は、例えば、1000Hzにすることができ、ロックイン増幅器が（ステップ２４２を参照して以下に説明するように探査ビームに基づいて）測定反射率を生成するために少なくとも１０周期、或いは各反射率測定を実行するために１０ミリ秒が必要となり得る。一実施例では、スループットは、１時間あたり３０ウェーハ即ち１ウェーハあたり１２０秒である。このとき、各ウェーハの少なくとも１０の領域において測定が行われる。
【００６３】
幾つかの反射率測定（例えば、１つの領域１２０には、生成ビーム１５１の出力範囲で得られうる対応する多数の平均担体濃度のそれぞれに対して多数の反射率測定が必要である（例えば、１０の出力が５mWと１０mWの平均出力の間で線形））が材料特性の測定に必要な場合、プロファイラ１０３は各ウェーハ１０４／１０５／１０６に対して数秒（例えば１０〜１００秒）必要となる。従って、一領域あたり１０ミリ秒で反射率測定を行うことによって、方法２００（図２Ａ）を用いて装置１００（図１Ａ）によってリアルタイムでウェーハの製造を制御することができる。
【００６４】
ステップ２３０の別の実施例では、フォトンのビーム１５１を用いるかわりに、プロファイラ１０３は、電子やイオンなどの荷電粒子のビームを用いる。この荷電粒子のビームを、ビーム１５１を用いて説明したのと同じ方法で変調及び収束させ、ドープされた領域１３０に電荷担体を生成する。フォトンのビームや電子のビームのかわりに、フォトンと電子の組み合わせなどの他の任意の仕組みを用いて、ステップ２３０（図２Ａ）で電荷担体を生成することができる。
【００６５】
一実施例では、ステップ２４０でプロファイラ１０３が、ビーム１５１によって照明される領域１２０（担体生成領域とも呼ぶ）に、ビーム１５１によって照明された場合は、ウェーハ１０４／１０５／１０６の電荷担体の数を検出するために用いられる別のビーム１５２（図１Ｅ）を収束させる。一実施例では、ビーム１５２（探査ビームとも呼ぶ）は、担体生成領域１２０の半導体材料のバンドギャップエネルギーより低いエネルギーを有するフォトンを含む。このような探査ビーム１５２は、担体生成領域１２０に入射する時の（測定関連担体とも呼ぶ探査ビームによって）追加の担体の生成を制限するため、後述するような干渉信号の測定前と測定中（図２Ａのステップ２４３を参照）の電荷担体濃度を実質的に同一に維持する。
【００６６】
次に、プロファイラ１０３は、領域１５６内の過剰電荷担体（図１Ｅ）によって反射された探査ビーム１５２（図１Ｅ）と基準ビーム（前面１５３から反射された探査ビームの一部或いは後述するステップ２４４のように位相が変化する可変位相を有する探査ビームの別の一部を用いることができる）との干渉によって生成された信号の振幅及び位相を測定する。測定された干渉信号が、担体生成領域１２０の電荷担体の変調周波数に変調されるため、ロックイン増幅器（以下に説明する）を用いて測定の精度を高めることが可能である。
【００６７】
図２Ａのステップ２４３の測定によって、表面１５３に近接したドープされた領域１３０の電荷担体の平均濃度navが示される。この平均濃度navは、生成ビーム１５１の変調周波数で１（或いは複数の）変調サイクルに対して測定された２乗平均平方根平均値である。濃度navは、以下に記載するある条件下での例えばドープされた領域１３０の接合深さなどの材料特性を示す。
【００６８】
一実施例では、電荷担体が生成される位置は、２回或いはそれ以上の測定の間変更されない。一実施例では、その代わりにプロファイラ１０３が、ウェーハ１０５／１０６の同じ位置（例えば、２つの異なった出力の生成ビーム１５１に対して少なくとも２回の測定）で何回も測定を実行するが、電荷担体を発生させるために用いるパラメータを変更する。例えばこのパラメータは、領域１２０の平均担体濃度navである。
【００６９】
生成ビーム１５１の強さを変更して（例えば出力や直径を変えて）濃度navを変えて、ステップ２４３を繰り返す。別法では、プロファイラ１０３は、担体生成領域１２０の位置を変え、多数のこのような測定を実行することができる。一実施例では、各探査ビーム１５２及び生成ビーム１５１の位置を変えて、ウェーハ１０４／１０５／１０６全体を直線的にスキャンできるようにする。この時、ビーム１５１と１５２が互いに同時に入射するように保持される。また、ステップ２４１のかわり或いはそれに加えて、プロファイラ１０３は、例えば基準ビームの位相を変化させるなど、図２Ａのステップ２４４に例示されているように、測定に用いられるパラメータを変える。
【００７０】
上記した実施例では、ウェーハ１５６のバンドギャップエネルギーより低いエネルギーのフォトンを有する探査ビーム１５２が用いられるが、別の実施例では、探査ビーム１５２は、バンドギャップエネルギーに等しい或いは僅かに高い（例えば５％より高い）エネルギーのフォトンを有する。探査ビーム１５２によって生成される測定関連担体と呼ぶ追加の担体の割合は、適度に正確な測定値（例えば５％以内）が得られるように充分に低い（例えば、生成ビームによって生成された数より１オーダー小さい）。ここに記載したような測定の総合的な確度は、ロックイン増幅器などの測定装置の誤差など測定中に起こる他の誤差に左右される。
【００７１】
従って、一実施例では、測定関連担体によって起こる誤差は、全体の正確さを所定の範囲より低く維持するために必要な分だけ小さくする。詳細には、生成ビーム１５１によって生成される担体の単位体積あたりの割合（単位面積あたりのフォトン流入量を吸収長さで除して得られる）が、探査ビーム１５２のそれより少なくとも１或いは複数オーダー大きい時に、測定関連担体の割合が充分に低く維持される。
【００７２】
生成ビーム１５１による領域１２０の単位面積あたりのフォトン流入量は、生成ビーム１５１の出力Pを照明の面積(πW0２)で除し、更にプランクの常数h及び波長λに対する光の速度cの割合で除して得られる単位面積あたりの光子の数である。式で表すと、フォトン流入量= (P/πW0２)x(1/h(c/λ))となり、W0は生成ビーム１５１の半径である。吸収長さは、生成ビーム１５１の強度が表面１５３で(1/e)の強度に低下する深さである（式２３を参照）。
【００７３】
一実施例では、探査ビーム１５２は、生成ビーム１５１の生成割合より１或いは複数オーダー小さい生成割合を有する。上記したように、生成割合の違いは、ウェーハ１５６の半導体材料の異なる吸収長さを有するビーム１５１及び１５２を用いることによって、或いは異なった出力や異なった直径の生成ビーム１５１及び１５２によって、または上記した全てを用いて得ることができる。様々な実施例において、ビーム１５１と１５２の組が、(AlGaAs系, InGaAs系)及び(アルゴン, InGaAs系)、(Nd:ヤグ, InGaAs系)、(Nd:ヤグ, AlGaAs系)のレーザの組み合わせの内の１つによって生成される。
【００７４】
一或いは複数の実施例では、例えばレーザ(Nd:ヤグ, AlGaAs系)を使用するために、探査ビームの吸収長さが生成ビームの吸収長さの一部分（例えば、1/10）であるため、探査ビームのレーザ(例えばAlGaAs系)の出力が、生成ビームのレーザ (例えばNd:YAG)の出力より低く維持される。別の例では、HeNeレーザによって生成される探査ビーム１５２は、Arレーザ（HeNeレーザビームの3.0μmの長さの1/4である1.2μmの吸収長さを有する）によって生成される生成ビーム１５１の出力の1/4或いはそれ未満の出力に維持される。上記した実施例では、探査ビーム１５２に反射された部分の出力が、ここに記載した反射率の測定に必要な充分な正確さ（例えば、５％或いはそれ以下の誤差）で検出されるように、探査ビーム１５２の出力より充分に大きくして充分に大きく維持される。
【００７５】
この実施例の一変更例では、ビーム１５１と１５２の生成割合の違いは、表面１５３（図１Ｃ）において僅か１オーダーである。第二変更例では、そのオーダーの違いは、ウェーハ１０５／１０６のドープされた領域１３０の接合深さＺｊ（例えば0.3μm）の全てにおいて維持される。第三変更例では、そのオーダーの違いは、接合深さＺｊの所定の部分（例えば1/2）において維持される。
【００７６】
一実施例では、ウェーハ１０４／１０５／１０６のそれぞれの測定値は、所定の範囲と比較し（図２Ａのステップ２６０）、測定値が範囲外であった場合にはそのウェーハは不合格となる。一実施例では、コンピュータ１０３Ｃは、測定値によってウェーハ１０４／１０５／１０６が不適格になったことを示すメッセージをモニタ１０３Ｍに表示し、別の実施例では、コンピュータ１０３Ｃは、ウェーハ１０４／１０５／１０６を不合格用のウェーハのビンに移動するようにロボット（図示せず）に信号を送る（不合格の場合）。合格したウェーハは通常の方法で次の工程に進められる（図２Ａのステップ２６２）。
【００７７】
更に、一実施例では、ステップ２４０でベアシリコン（bear silicon）からなる開始用ウェーハをスクリーニングする。開始時にこのようなベアシリコンに欠陥が見つかった場合、本方法では、欠陥の比率が十分に低くなるようにウェーハ製造工程を変更し、エピタキシャル層からなる開始用ウェーハ１０６のコストを削減し、かつ欠陥ウェーハが使用されないようにする。純粋なシリコンからなる開始用ウェーハは（プライムウェーハとも呼ぶ）、上記した開始用ウェーハ１０４と同一の方法でプロファイラ１０３によって製造される。
【００７８】
ウェーハ１０４／１０５／１０６の材料特性をルックアップするために、ステップ２４３（図２Ａ）で干渉の測定を２回或いはそれ以上行う（動作２５０）。例えば、一実施例において、前面でプロファイラ１０３が図２Ｃに明示されたステップ２５１−２５３を実行する。詳細には、ステップ２５１で、プロファイラ１０３が、例えばある定数を乗じて干渉測定値を変換する。ステップ２５１は、例えば所定のデータが縮小された場合の随意選択のステップである。
【００７９】
次にステップ２５２で、プロファイラ１０３が、線２５５上の測定値（所定のデータが縮小されたかどうかによって、そのままの測定値を用いたり縮小された測定値を用いたりする）の位置２５５Ｉ（図２Ｄ）を決定して所定のデータのルックアップを実行する。このルックアップの実行において、測定された振幅は、測定された位相から決まる符号を用いる。例えば、位相の測定値が１８０度未満であれば、測定された振幅が＋の値となり、そうでない場合は−の値となる。この実施例では、特定の位相測定値を用いないが（符号を決定する以外の）、このような値は別の実施例（図６を用いて以下に記載する）に実際に用いられる。
【００８０】
プロファイラ１０３は、接合深さ（この例では、10 mWの生成ビーム出力によって決定される過剰担体の選択されたノードｎｅに対する）等の材料特性の関数（ｘ軸に沿った）として、測定された信号（例えばμV）のプロット（ｙ軸に沿った）である線（或いは曲線２５５とも呼ぶ）を用いる。詳細には、ステップ２５３で、プロファイラ１０３が決定された位置の材料特性の値ｖ１（又は第１の値）を読む。図２Ｄに示された例では、信号Ｓ１（前面による反射と過剰担体との干渉によって得られる）は、10μVの値を有し、プロファイラ１０３は接合深さに対する値ｖ１＝0.04μmを見つける。
【００８１】
この実施例では、プログラムされたコンピュータ１０３Ｃが、ウェーハが許容できるかどうかを決定するために（ステップ２６２）、Ｓ１或いはｖ１のどちらかを好適な範囲40〜20及び0.03〜0.05μmと比較する（図２Ａのステップ２６０）。プロファイラ１０３（図１Ａ）は、ステップ２４１を実行し（生成ビームの出力を40 mWに増大させて）、ステップ２５２及び２５３を繰り返し、別の線２５６（図２Ｅ）の材料特性の第２の値ｖ２を見つける。図２Ｅに示された例では、プロファイラ１０３は、接合深さに対する値ｖ２＝0.04μmを見つけるために、値150μVの干渉信号Ｓ２を用いる。また、図２Ｅの例では、値Ｓ１の干渉信号を得るために用いた10 mWから生成ビーム１５１の強度を40 mWに上げて信号Ｓ２を得る。
【００８２】
グラフ２Ｄ−２Ｆは、推定ドーピングプロファイルが示されている図３を用いて、以下に説明するタイプの１或いは複数の方法を用いて算出する。振幅及び位相両方のシミュレーション値（例えば、位相０度では強さが＋の値になり、位相１８０度では−の値になる）は、グラフ２Ｄ−２Ｆから得られる生成レーザ出力及びプロファイル深さの関数として計算する（例えば、以下に記載するステップ３１５を参照）。実際には、真のドーピングプロファイルは、推定プロファイルから逸脱する可能性がある。この場合、ｖ１及びｖ２、ｖ３の値は、同一ではない可能性があり、３つの値を平均化することができる。
【００８３】
一実施例では、測定結果は３つの値ｖ１−ｖ３の平均ｖａ及び範囲ｖｒ（値ｖ１−ｖ３の最大と最小の差から求める）として報告される。別の実施例では、測定結果は、３つの値ｖ１−ｖ３の平均ｖａ及び平均ｖａからの標準偏差ｖｓｄとして報告される。即ち、ｖｓｄは、(((ｖａ−ｖ１)2+(ｖａ−ｖ２)2+(ｖａ−ｖ３)2)/9)の平方根である。範囲や標準偏差もまた、製造仕様書に記載され得る範囲や標準偏差の許容値と比較される。
【００８４】
上記したように、接合深さの測定によって、少なくとも１つの従来技術、例えばOpsalに付与された米国特許第４，８５４，７１０号からは予想しなかった値になることもある。この米国特許には、プラズマ波が存在しないと深さの情報を得ることができないと開示されている。詳細には、コラム４の３３〜３５行目にOpsalが、「しかしながら、深さの関数としてサンプルの多様性を調べなければならない場合は、プラズマ波を生成して調べる必要がある」と述べている。
【００８５】
材料特性或いは工程条件を決定するために用いられるグラフ（例えば、図２Ｄ−図２Ｆの線２５５−２５７を参照）は、様々な方法で作成できる。第１の実施例では、注入エネルギーや注入量、または熱処理温度などの様々な工程条件によってある範囲の材料特性を有する基準ウェーハとも呼ぶ一組のウェーハを選択即ち準備し、次にプロファイラ１０３を用いてここに記載したように干渉測定値を得て、各測定条件（例えば上記したような各生成ビームの出力に対する）に対して最適な線を作成する。第２の実施例では、基準ウェーハとも呼ぶ多数のウェーハを上記するようにプロファイラ１０３で強度測定し、広がり抵抗プロファイル（SRP）等の従来の測定技術を用いて、実際のドーピングプロファイルを測定する。
【００８６】
双方の実施例において、プログラムされたコンピュータ１０３Ｃが、例えば拡散制御などの同じ条件の下で、異なった材料特性（例えば、接合深さの範囲が0.02〜0.08μmであって、増分が０0.05μm）を有する一組の基準ウェーハの強度測定値からそれぞれの線２５５−２５７を作成する。基準ウェーハは、0.2〜5Kevのエネルギー範囲で、1×10１５／cm２のドープ量でBoronまたはArsenic、Phosphorous、BF2等のイオン注入を行い、900〜1050℃の範囲で50℃ずつ温度を上昇させ、各温度で例えば10秒の熱処理を行うことによって作製することができる。
【００８７】
この後、材料特性が未知の場合は、ウェーハを壊してイオン注入層を露出させてSRPを行い、次にラベルラッピング及びプロービング（probing）を行い、深さの関数である活性ドーパントの濃度のプロファイルを測定する。この後、SRPの最後で、例えば図４Ａのグラフが、ｘ軸に沿った深さ（μｍの単位）の関数としてｙ軸に沿った活性ドーパントの濃度（原子／ｃｍ３）のプロットを示す。
【００８８】
この後、プロファイラ１０３が、ビーム１５１及び１５２が各基準ウェーハの同じ領域１２０（図１Ｃ）に同時に入射する各点２５５Ａ−２５５Ｎ（Ａ＜＿Ｉ＜＿Ｎ、Ｎは測定の合計回数）に対する多数の測定値ＳＡ−ＳＮ（図２Ｄ）を求める。この後、プロファイラ１０３が、各点２５５Ａ−２５５Ｎを曲線２５５にする（例えば、図２Ｄのｙ＝−3.016ｘ＋130.88の一次近似によって表す）。同様に、プロファイラ１０３が生成ビーム出力40 mW及び100 mWのそれぞれに対して点２５６Ａ−２５６Ｎ及び２５７Ａ−２５７Ｎを取る。それぞれの曲線２５５−２５７は、図２Ｄの例に示されるように曲線の一部を直線にすることによって近似可能な正弦曲線である。
【００８９】
別法では、点２５５Ａ−２５５Ｎ及び２５６Ａ−２５６Ｎ、２５７Ａ−２５７Ｎの各点上の曲線から得た正弦曲線２５５−２５７を、直線にしないで直接用いることもできる。
【００９０】
一次近似した直線より正弦曲線２５５−２５７の方がより正確であるが、一次近似した直線の方が実施が単純である。また、直線の式で直線２５５を近似する代わりに、２次或いは高度な別の式を用いることもでき、この別の式を用いて特性の測定値を求めることができる（プログラマーには明らかであろう上記した方法によって）。更に、反射率測定を用いて半導体材料の特性を調べる代わりに、屈折率の変化を用いて同様に測定することもできる。
【００９１】
上記した１或いは複数のグラフ（図２Ｄ−図２Ｆ）を作成した後、製造中のウェーハの材料特性を、ウェーハを破壊或いはラッピングしないで上記した方法２００（図２Ａ）によって決定する。これは、プロファイラ１０３が、材料特性の測定値を得るために上記グラフのみを使うためである。従って、プロファイラ１０３が、ウェーハの破壊やラッピングなど従来の方法では必要なウェーハの検査に係わるコストを削減できる。
【００９２】
上記した説明では、コンピュータ１０３Ｃが材料特性を調べる曲線（例えば図２Ｄの曲線２５５）を作成するために様々な計算を実行すると記載されているが、このようなグラフは別のコンピュータで作成してもよく、また手動で同様に作成することもできる。
【００９３】
更に、一実施例では、上記した曲線（例えば図２Ｄ−図２Ｆ）が描かれているが、別の実施例では、そのようなグラフを作成しないで反射測定値を単に用いて、そのようなグラフに関連する式を利用して方法２００の様々なステップを実行することができる。例えば、曲線２５５（図２Ｄ）を描く代わりに、曲線の式が上記したように決定され、その式を用いて材料特性を求める。
【００９４】
一実施例では、探査ビーム１５２（図１Ｅ）の波長は、1.05μmより長いレーザビームである（フォトンがシリコンのバンドギャップエネルギーと概ね同じエネルギーを持つ波長）。探査ビーム１５２の波長は、バンドギャップエネルギー即ちウェーハ１０５／１０６の材料により、ゲルマニウムではない。
【００９５】
１つの実施例に於いて、ステップ２４６（上述）に於ける使用のための所定のデータは、ステップ１１１を実現する方法３１０（図３）を実行することによって準備される。明確には、ステップ３１１（図３のステップ３１１をご覧頂きたい）に於いて、コンピュータ１０３Ｃ（図１Ａ）が選択された接合深さ（例えば図４Ａに於いて示されている０．０３５μｍの深さ）のためにドーパントプロファイル４０１（図４Ａ）をレシーブする。ドーパントプロファイル４０１は、いずれかのシミュレーション（例えば共にSilvaco International, Santa Clara, Californiaより入手可能なAtlas及びAthenaシミュレーターの使用）、若しくは拡がり抵抗プロファイル（ＳＲＰ）若しくは二次的イオン質量分光測定法（ＳＩＭＳ）のような従来技術の方法によって達成されてもよい。次に、コンピュータ１０３Ｃは例えば１０ｍＷの過剰担体の選択平均濃度のために過剰担体のプロファイル４０２Ｊ（図４Ｂ）を決定するべくシミュレーターを用いる。（図３のステップ３１２を御覧頂きたい。）
その後、複数のポイント４０３ＪＡより４０３ＪＲの各々（ここでＡ＜_Ｋ＜_Ｒであって、Ｒはそのようなポイントの全体数である）のために、コンピュータ１０３Ｃは（図３に於いてステップ３１３によって示されるように）次の２つの被乗数を掛け合わせ積を得る。ここで２つの被乗数とは、（１）前表面よりの深さに関するプロファイル４０２Ｊの導関数（即ちｄｙ／ｄｚ）、及び（２）ｃｏｓ（２ｋｎｚ）であって、ｚは深さ、ｋ＝２π／λ、λはプローブビーム波長であり、またｎは基板の屈折率を表す。
【００９６】
次に、コンピュータ１０３Ｃは、（各々のポイント４０３ＪＡ−４０３ＪＲに於ける）積を深さｚに関して積分し（図３のステップ３１４を御覧頂きたい）、表面の過剰の担体濃度の値を加え、積分の結果に係数を掛ける（図３中のステップ３１５を御覧頂きたい）。係数はプロファイラ１０３のキャリブレーションを元にしており、過剰担体及び前表面１５３によって反射された探査ビーム１５２の一部の間の干渉によって得られる信号のシミュレートされた値を提供する。コンピュータ１０３Ｃは、（図３で示されていない追加的なステップで）ｘ軸に沿った生成ビームの出力の関数としてｙ軸に沿ってシミュレートされた値を表すグラフ中に、ポイント４０４Ｊ（図４Ｃ）をプロットしてもよい。
【００９７】
複数の生成ビーム１５１の選択出力が（図１Ｅ）処理された場合、その時コンピュータ１０３Ｃは、上述したようにプロファイル４０３Ｊのためにチェックする（図３のステップ３１６）。Notの場合、コンピュータ１０３Ｃは別のプロファイルのために（生成ビーム１５１の別の選択された出力のために）ステップ３１２に戻る（ステップ３１３−３１５を行う）。１つの実施例に於いて、コンピュータ１０３はステップ３１２−３１５を、０．１、０．２、１、２、４、６、８、１０、１４、２０、４０、６０、８０、及び１００ｍＷ（製造ビームの出力が様々であることを期待される幅）セットに於ける各々の出力のために動作させ、それによって４００Ａ−４００Ｐの対応する数のポイントを得ることとなる。ここでＡ＜_Ｊ＜_Ｐであり、Ｐがそのようなプロファイルの全体数である。
【００９８】
それ故コンピュータ１０３Ｃは、ポイント４０４Ａ−４０４Ｐに適合する線４０４（図４Ｃ）を描く。コンピュータ１０３Ｃは、複数の異なった接合深さの各々のために方法３１０（即ち上述されたステップ３１１−３１６のことである）を繰り返す。ＳＲＰ若しくはシミュレーションによって各々の異なった接合深さのための深さのプロファイルを生成することを除けば、ステップ３１２の過剰担体プロファイルが接合深さに於ける増分で各々のプロファイル４０２Ａ−４０２Ｐ（図４Ｂ）を単純に相殺することで生成され得ることに注目して頂きたい。（例えば図４Ｄのプロファイル４０３Ｊによって示されるように、ｘ軸上で０．００５μｍの距離ずつ、各々のプロファイル４０２Ｊを右へとシフトさせる。）その後、シフトされたプロファイルは上述されたようなステップ３１３−３１５（図３）に関して処理され、生成ビームの出力を干渉信号のシミュレートされた値と関連付ける別の線（例えば図４Ｅに描かれたライン４０５）を得る。この規則で複数のライン４０４−４０９が得られる（図４Ｅ参照）。
【００９９】
次に生成ビーム１５１（例えば出力９０ｍＷ）の所与の出力のために、コンピュータ１０３Ｃは各々の複数の接合深さのために干渉信号のシミュレート値を決定するべく複数のライン４０４−４０９上のポイントを読み取る。例えばシミュレートされたポイント４０４Ｌ−４０９Ｌの値は、０．００５μｍずつ増加しながら各々の接合深さ０．０２０−０．０８０μｍに渡り読み取られる。その後、コンピュータ１０３Ｃは接合深さの関数として妨害信号のシミュレートされた値のグラフ上に４０４Ｌ−４０９Ｌのポイントをプロットし（例えば図２Ｅを参照して頂きたい。ここで４０４Ｌ−４０９Ｌのポイントは２５６Ａ−２５６Ｎのポイントに対応している）、ポイントに最適なラインを描く（例えばライン２５６）。コンピュータ１０３Ｃは、過剰担体の各々の濃度のための類似グラフを準備し（例えば複数の生成ビーム出力の各々に対して）、その後ステップ２４６（図２Ａ）に関して上述したようにグラフを用いる。
【０１００】
コンピュータ１０３Ｃはまたオリジナルのプロファイル４０１（図４Ａ）に類似するが、オリジナルプロファイルをより深く（例えば図４Ｆのプロファイル４１０を参照）若しくはより浅くすることで変更されるドーピングプロファイルのための類似グラフを準備する。或る実施例では、オリジナルプロファイル４０１（図４Ａ）は再び、次の手続きに倣いより深い若しくはより浅い類似プロファイルを準備するべく用いられる。深さの値はｘ軸に沿って深さを拡張させるべく定数で乗算される（実施例では定数は１．２５であった）。このことは基準化プロファイル（図示せず）をより深くし、各々のドーピングポイントはオリジナルのプロファイル４０１に於けるそれよりも１．２５倍深い。深さの値はその時、定数（例えばこのケースでは７０×１０−１０m）によってシフトされ、変更されたプロファイル４１０（図４Ｆ）はオリジナルのプロファイル４０１と同様のポイントで開始する。
【０１０１】
或る実施例に於いて、生成ビーム出力に対する干渉信号を表すライン２２５（図２Ｄ）が、例えば直径２００ｍｍのウェーハの中心に於いて測定されることで得られる。干渉信号はその時、例えば１ｍｍの間隔を置かれたポイントや、１０、４０、及び１００ｍＷである各々の３つの生成ビーム出力で、ウェーハの直径スキャンに沿って多くのポイントに於いて測定される。ライン２５５−２５７（図２Ｄ−２Ｆ）は、その後スキャンに於ける各々のポイントでのウェーハ中のドーピングプロファイルを決定するべく用いられる。この規則でウェーハのプロファイルが規則正しくなるべく決定され得る。（例えば立方センチメートル当たり１０１８の濃度のドーパント原子が存在する深さに於ける１０％の幅に収まる一定のプリセット限界に落ちる。）
更には、ピークドーピングレベルに於けるシフトは、活動化状態のドーパントのプロファイル４０１（図４Ａ）のスロープ中の変化に等しい。例えばピークドーピングに於ける１０％の増加は、プロファイル４０１（図４Ａ）のスロープに於ける１０％の増加と等しい。よって干渉信号のピークのドーピング感度は、接合深さに於ける変化を測定するために図３を参照して上述されているものと同様の方法で特徴付けられ、ピークドーピングが測定されるのに用いられ得る。
【０１０２】
前表面１５３（図１E）によって反射されたプローブビーム１５２の一部が過剰な担体によって反射されたその他の部分に干渉するような第一の実施例に於いて、探査ビーム１５２はレーザー５０１（図５）で生成され、それはHewlett-Packard of Palo Alto, CA.によって製造された最大出力が７０ｍWである１．４８mm波長InGaAsダイオードのような従来のレーザーダイオードであってもよい。探査ビーム１５２が位相可変ビームで干渉されるような第二の実施例に於いて、レーザー５０１は（Spectra Diode Labs, San Jose,CAの）波長１０８３nm及び出力５０ｍWの分散ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）AlGaAsレーザーである。
【０１０３】
ＤＢＲレーザーは一メーター以上のコヒーレンスな長さを有することから第二の実施例に於いて用いられる。このことは干渉計のデザインを平易にする。なぜなら基準ビームの長さは、基準ビームの経路及び探査ビームの経路の間の経路長差がコヒーレンス長さと比較して短い間は限界ではないからである。（探査ビーム経路長はウェーハ５１６に向かってビームスプリッタ５１２よりの距離の二倍であり、基準ビームの経路長はビームスプリッタ５１２よりミラー５１３に至る距離の二倍である。）
レーザー５０１の出力は直径３ｍｍのコリメートビーム５０３を生成する目的でレンズ５０２を用いてコリメートされる。レンズ５０２は例えばWave Optics, Mountain View, Californiaより入手可能な部品番号WT-CY3-163-1OB-0.5であり得る。或る実施例に於いて、生成ビーム１５１はSpectra Diode Labs, San Jose, Californiaより入手可能な８３０ｎｍの波長及び２０２Ｗの出力を備えたAlGaAsダイオードレーザのような上方バンドギャップレーザー５０５によって生成される。プロファイラ１０３はレンズ５０７を有し、それはMilles Griot Corporation, Irvine, Californiaより入手可能な部品番号06GLC002/810である。レンズ５０７は直径３mmのコリメートビーム１５１を生成するべくレーザー５０５よりのビームをコリメートする。レンズ５０７はビーム１５２に関してビーム１５１に対する動きを提供するために位置決め装置（図示せず）上にマウントされる。
【０１０４】
レーザー５０１及び５０５によって提供されるビーム１５１及び１５２の波長の間の関係は、或る実施例に於いて限界アスペクトであり、例えばそれはビーム１５１がシリコンのバンドギャップエネルギーを越えたエネルギーを有するフォートンを含み、ビーム１５２がそのようなバンドギャップエネルギーと比較しほぼ同じかそれより少ないエネルギーを有する原子を含む場合予期せぬ結果を導く。このような例では、シリコンウェーハのための８３０ｎｍ及び１０８３ｎｍの波長のビームがここで述べたような１つ若しくは複数の利益を提供する。波長８３０ｎｍは、シリコンに於ける吸収長さが約１５ミクロンであることから生成ビーム１５１のために特に適していると考えられている。そのような訳で吸収長さは接合深さと比較して非常に大きく、過剰の電荷担体の生成は測定に於いて関連の深さにほぼ規則的である。原子エネルギーがバンドギャップエネルギーに近いので、フォトンの生成がより効率的であり、より少ないエネルギーが半導体の加熱に直接的に向かう。
【０１０５】
また波長１０８３ｎｍに於ける吸収長は凡そ３００ミクロンで、それ故そのような探査ビームによって生成された過剰担体数は、過剰担体分布に対する最小の摂動を確実にするべく十分に低い。更には波長１０８３に於ける吸収長がウェーハの後面よりの非常に小さな反射が見られるように十分に短く（ウェーハは典型的には６００−８００μの厚さである）、それは後面の反射が潜在的に仮の信号を引き起こし得るからである。
【０１０６】
ビーム１５１及び１５２は、（例えばDominar of Santa Clara, CAより入手可能なポートナンバー１９１８−ｂのような）部分的に透過性のミラーのような二色スプリッタ５１０を用いて混合され、上位のビーム５１１を形成する。ビーム５１１は、干渉信号の測定に用いられるために（フィルタ５２０及び偏光ビームスプリッタ５２１を経由して）ディテクタ５２２ａ及び５２２ｂへとビームの一部を導く５０：５０ビームスプリッタ５１２（例えばDominarより入手可能な製品番号２００５）を通過する。ビーム５１１の残りは、（Precision Applied Products of Fullerton, CAより入手可能で０．８３μの波長では９３．３％の透過率また１．４８μの波長では９０％の透過率を示す）９０：１ビームスプリッタ５１４を通過し、対物レンズ５１５（Olympus of Tokyo Japan製の１００Ｘ、０．８ＮＡレンズのような）対物レンズ５１５を通過する。対物レンズ５１５は混合されたビーム５１１をウェーハ５１６上に焦点合わせする。
【０１０７】
ビームスプリッタ５１４のための仕様が、出力の大部分が透過し出力のより少ない量（例えば１０％）が反射されることを確実にするために生成の波長及び探査ビームを基に選択されていることに注意して頂きたい。またプローブビーム１５２が、焦点生成ビーム１５１（図５）によって焦点あわせされた担体生成領域１２０（図１Ｅ）に於いてのみ焦点合わせされることに注目して欲しい。色収差により、特定にはビーム１５１及び１５２の焦点面は僅かに異なる。ビーム１５２のための焦点スポットの大きさは、ビーム１５１のより短い波長の効力で１５１の焦点スポットのサイズよりも小さい。もしウェーハ５１６がビーム１５２の焦点面上に配置された場合、ビーム１５１は僅かに焦点よりずれてもよく、ウェーハ５１６（図５）の表表面１５３（図１Ｅ）上のスポットは直径がより大きくまたビーム１５２の焦点を完全にオーバーレイする。
【０１０８】
ウェーハ５１６より反射された光は反射レンズ５１５、９０：１０ビームスプリッタ５１４を透過して戻り、また５０：５０ビームスプリッタ５１２へと向かう。ビームスプリッタ５１２に到達する光の半分は、フィルタ５２０を通過して戻るように向けられる。（フィルタ５２０はビーム５１１からの光をブロックしビーム５１２からの光をパスするバンドパスフィルタである。）フィルタ５２０は例えばSpindler & Hoyer Corporation of Goettingen, Germanyより入手可能なSchott glass RG830であってもよい。代用としては、フィルタ５２０はMelles Griot of Irvine, CAより入手可能な１０８０ｎｍの中心部波長のナローバンドパスフィルタであってもよい。
【０１０９】
フィルタ５２０は反射ビームより生成ビーム１５１のフォトンを取り除き、それによってディテクタ５２２ａが探査ビーム１５２のフォトンのみを見られるようにする。フィルタ５２０は或る実施例に於いて限界（critical）構成要素であり、先行技術のシステムを用いる場合別に存在するようなディテクタ５２２ａに向けた変更信号（ビーム１５１によって生成されたもの）のフィードスルーの削除という予期しない結果を生み出す。この特殊な実行に於いて、ゲルマニウムがレーザー５０１によって生成される波長１０８３ｎｍのフォトンに対する感度を提供するべく光ディテクタ５２２ａで用いられる。
【０１１０】
第一の実施例に於いて、基準ビームは前面１５３（図１Ｅ）より反射する探査ビーム１５２の一部によって形成され、５０：５０ビームスプリッタ５１２は反射されたビームの５０％を前面１５３よりディテクタ５２２ａに向かって進路変更する。第一の実施例に於いて、ビームスプリッタ５２１、ディテクタ５２２ｂ、及びアンプ５２３ｂが用いられていない（即ち存在しない）ことに注目して欲しい。
【０１１１】
ディテクタ５２２ａは入射干渉信号を電流に変換する光セル（例えばEG&G Judson of Montgomeryville, PA, USAより入手可能なJ16-8SP-RO5M-FISのようなフォトダイオード若しくは光トランジスタ）である。アンプ５２３ａは電流を増幅された電流へと変換し、それはその時次にロックインアンプ５２５（例えばStanford Research Systems, Sunnyvale, Californiaより入手可能なモデル８３０）へと接続されているアンプ５２４へと送られる。
【０１１２】
ロックインアンプ５２５はロックイン検出周波数の参照オシレーターを含む。このオシレーターは、ロックインアンプ５２５によって提供された信号と同じ周波数で変更されたレーザー５０５に信号を提供するべく、レーザードライバ５２６と接続される。
【０１１３】
ロックインアンプ５２５は、適切な規則（例えばグラフ）の信号を取り込みまたディスプレイするためのソフトウェアを走らせるパーソナルコンピュータのような、プロセッサ５２７に対するレーザードライバ５２６による偏光に関して反射ビームの位相は勿論のこと振幅を表す信号を提供する。信号は後の処理のためにパーソナルコンピュータ（例えばハードディスク上のデータベース）にストアされてもよい。
【０１１４】
或る実施例に於いて、パーソナルコンピュータ５２７は（上述した図１Ａを参照して）ライン１０７及び１０８と接続されたライン５２８を有し、それによってここに述べられた１つ若しくは複数の物質特性測定を基にしたイオンインプランター１０１及び高速熱処理装置１０２によって実行されるステップを制御する。
【０１１５】
ビームスプリッタ５１４は、戻りビームの１０％を（Nikon of Tokyo, Japanより入手可能なチューブレンズ８１８４５のような）レンズ５１７を介してウェーハ５１６より、（FJW Industries of Palatine, ILより入手可能なモデル８５４００のようなＣＣＤカメラ）カメラ５１８へと進路変更する。カメラ５１８によって提供された信号は、（図５中には示されていないが）視覚システムへと送られ、それはCognex Corporation, Boston, Massachusettsより入手可能なモデルASP-60CR-11-Sのようなものである。
【０１１６】
混合されたビーム５１１に関しウェーハ５１６の位置決めは、ステージ５２９、対物レンズ５１５、ビームスプリッタ５１４、レンズ５１７、及びカメラ５１８を有するマイクロスコープを用いて達成される。用いられ得るステージ５２９はＸ、Ｙ、及びＺの各方向でビーム５１１に対してウェーハ１０６を移動させるのに用いられる。具体的に言うと、ステージ５２９は焦点を合わせるべくＺ軸上に沿って垂直方向にウェーハ５１６を動かすことに用いられ、ビーム５１１に対して図１Ｅの領域１２０の位置を調整するべく水平面で動かすことに用いられ得る。
【０１１７】
第二の実施例に於いて、可変の位相を有する独立したビーム５３１は基準ビームとして用いられる（前面１５３より反射された一部１６２の使用は除く）。具体的に言うと基準ビーム５３１は探査ビーム１５２の一部であり、コンペンセイタ５０６は偏光を９０度回転させ、そして基準ビーム５３１の偏光をウェーハ表面１５３より反射された部分１６２の偏光に直交する。或る具体例に於いて、コンペンセイタ５０６はNew Focus Inc., Santa Clara, Californiaから入手可能な５５４０モデルである。基準ビーム５３１の位相は、ミラー５１３の背部に配置された圧電ポジショナ５０４を用いて経路長を調整することによって可変である。ビーム５３１の位相及び偏向は探査ビーム部分１６２とは独立して変化してもよい。
【０１１８】
基準ビーム及び前面よりの反射間の干渉測定（"前面参照"とも呼ばれる）は、例えばミラー５１３を動かす圧電装置５０４で、基準ビームの経路長（"参照アーム長"とも呼ばれる）の変化と同一のレートで変化する非波形信号（"ｄｃ"信号として参照される）である。図５に示された実施例に於いて、前面参照測定は加算ディテクタ５２２ａによって提供される。
【０１１９】
基準ビーム及び過剰担体による反射の間の干渉の別の測定（"過剰担体参照測定"とも呼ばれる）は、生成ビーム１５１と同様の周波数に於いて変更され前面の反射と比較して位相で遅れている信号である。２つの測定の間の相違は、以下に述べるように完全な接合深さを表す位相の相違を提供する。図５に於いて描かれた実施例に於いて、過剰担体参照測定はロックインアンプ５２５によって提供される。
【０１２０】
とりわけ第二の実施例に於いて、基準ビーム５３１（前面１５３に向かってまた前面１５３より至るもの）の経路長（参照アーム長とも呼ばれる）は、複数の探査ビーム波長の積分であるようにセットされる。このことは圧電要素５０４に電圧を適用することでミラー５１３の位置を調節することによってなされ、加算ディテクタ５２２ａ中の信号は最大となる。この最大は、ビーム５３１及び前面１５３よりの探査ビーム１５２の反射１６２との間の強め合う干渉が存在する場合に起こる。
【０１２１】
次に加算ディテクタ５２２ａ及びロックインアンプ５２５に於ける測定が記録される（ロックインアンプ信号がディテクタ５２２ａ及び５２２ｂの出力間の相違に一致することに注目して欲しい）。その後参照アーム長は波長の小さな部分を増分され、これら２つの測定が再び記録される。参照アーム長は、ミラー５１３の位置を制御する、圧電要素５０４に用いられる電圧を変化させることで変化される。
【０１２２】
そのような測定は探査ビーム１５２の波長の複数のインターバルに渡り繰り返されてもよく、滑らかな曲線が得られる。（半波長インターバルに渡って、１０：１より大きな信号−ノイズ比を有する曲線が、或る実施例に於いて滑らかであると考えられる。）ロックインアンプ５２５及びディテクタ５２２ａの各々による測定は、２つのカーブを得るべくプロットされ、図７ｂに示されるように、標準化された参照アーム長（プローブビームの波長で参照アーム長を除算し半導体物質の反射率によって乗算されることによって得られる）に対してプロットされるような、各々前面参照測定及び過剰担体参照測定の１つである。
【０１２３】
その後位相の相違θが例えば７３度で測定され、３６０度で除算され定数で乗算された場合（プローブビーム波長が半導体中の反射率で除算され）、位相の相違が接合深さ（ドーパントの濃度が所定の濃度例えば１０１８／ｃｍ３に等しい場合の深さ）の絶対値を生じる。７３度の位相シフトは０．０４４μｍの接合深さと一致し、プロファイル７０１（上述）とよく一致する。
【０１２４】
レーザーの出力はその時変化してもよく、上の測定は異なった活動化ドーピング濃度で接合深さを測定することを繰り返されてもよい。この規則でドーピングプロファイルは異なったレーザー出力に於ける測定の結果のプロットとして決定される。
【０１２５】
第二の実施例に於いて、操作２４６は図６に示されたステップによって動作する。明確には２つの干渉信号が同時に測定される。ステップ６２１に於いて加算ディテクタ５２２ａの出力は（図５を参照）、ウェーハの前面１５３に関して基準ビームの位相の測定を提供する。（図１Ｅを参照。）更にはステップ６２２に於いてロックインアンプ５２５（図５を参照）の出力が、接合の過剰担体による反射１６３及び基準ビーム５３１間の干渉を基とした異なった信号を与える。
【０１２６】
ステップ６２３に於いて双方の出力は同一のグラフ（例えば図７Ｂ）上にプロットされ、２つの出力間の位相シフトが測定される。ステップ６２４に於いて位相シフトはレーザー波長の認識を基とした接合深さに変換され、半導体反射率は次の式、
【数６】
2002540396.tif 000002
となる。
【０１２７】
ここでｎは半導体の反射の指数でありｋ＝（２π）／λであり、ここでλは探査ビーム１５２の波長である。
【０１２８】
ステップ６２５に於いて参照アーム位相はその時、ディテクタ５２２ａに於ける最大信号の位置にセットされ、前面反射経路長に等しい基準ビーム経路長と一致する。このことは前面反射法（第一実施例）を用いて得られるものに等しい測定出力を作り出す。操作６２６に於いて、１つ若しくは複数のステップ（第一の実施例に関して上述されている）は、接合深さを確認し、ドーピングプロファイルに対する最良の適合を決定するべく用いられる。
【０１２９】
ライン７０１（図７Ａ）は、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２の適応量で１０００度で１０秒間熱処理された、５００ｅｖのホウ素イオンの条件下でイオンインプラントよりＳＲＰを用いて測定された典型的なドーピングプロファイルを表す。カーブ７０２Ａ−７０２Ｃは、スポットの直径が２μｍで各々のレーザー出力が５ｍＷ（カーブ７０２Ａ）、２０ｍＷ（７０２Ｂ）及び５０ｍＷ（７０２Ｃ）であるようなプロファイル７０１のためのシミュレートされた過剰担体濃度／ｃｍ３を表している。５、２０、及び５０ｍＷに於ける過剰担体分布のためのプロファイルに対しeqn（１６）を適用することで、各々カーブ７１２Ａ、７１２Ｂ、及び７１２Ｃの参照アーム位相の関数として予想される信号が提供される。カーブ７１１はまた、ｚｒｅｆ＝ｚｓで定義されるゼロポイントと共に式（１９）に相当する参照アーム位相のコサインを示す。
【０１３０】
θ＝７３度の位相シフトが、図７Ｂに於いて見られる。上述された手続きを用いて説明すると、
【数７】
2002540396.tif 000003
となる。ここでｎ＝３．４２でありそれはシリコンの反射率である。またｋ＝（２π）／λであり、ここで探査ビーム波長λ＝１．４８μｍであり、４４０×１０−１０ｍの上述の値を提供する。
【０１３１】
表反射法（第一実施例）を越える第二実施例の利点は、参照アーム長に対する信号のプロットに於けるコサイン形状の信号の位相シフトに関して、指定の生成レーザー出力レベルのセットに相当する活動化担体濃度深さの確固たる測定を提供することである。その不利益は２つの干渉型のアーム間の物理的長さに於ける相違よりも長いコヒーレンス長を備えたレーザーを用いる必要性、及び参照アームの付加された複雑性である。２つのアームとは参照アーム及び測定アームである。
【０１３２】
しかし１つの特殊な実施例に於いて、様々な位相を有する基準ビームは２つのアームを有する干渉計によって生成されるように描かれてきており、その他の可変位相基準ビームを生成し得る装置は、ここに述べられた原理に基づいて用いられてもよいことに注目して欲しい。
【０１３３】
上に述べたように、第二の実施例に於いて可変位相を有する基準ビーム５３１の干渉が用いられ、探査ビーム１５２に於ける光の５０％がコンペンセイタ５０６及びミラー５１３に転送され、それにより干渉計の基準ビームアームを形成する。コンペンセイタ５０６は対物レンズ５１５及びウェーハ５１６に転送された探査ビーム１５２の残留部分に関し基準ビーム５３１の偏光をセットするのに用いられる。ミラー５１３は圧電要素５０４上にマウントされ、それによって基準ビーム経路の長さが少なくとも１つの波長（若しくは信号が複数のサイクルに渡って平均される場合複数の波長）に渡って電気的に調整される。
【０１３４】
基準ビーム５３１の偏光は、探査ビーム１５２に対して（コンペンセイタ５０６によって）直交してセットされる。探査ビーム１５２及び基準ビーム５３１は偏光ビームスプリッタ５２１に於いて干渉し、２つのビーム５３２及び５３１の偏光に関して４５度の角度で配向する（ここでビーム５３２はウェーハの前面１５３に対する経路を含む干渉計のアームを表す）。このことは、ディテクタ５２３ａ及び５２３ｂに於ける和及び差のビームを提供する。ディテクタの出力に比例したディテクタ電流は、トランスインピーダンスアンプ５２３ａ及び５２３ｂに於いて電圧へと変換される。アンプ５２４はアンプ５２３ａ及び５２３ｂよりの電圧に於ける差を取る。差信号はロックインアンプ５２５へと供給され、それによりプロセッサ５２７へと供給される干渉信号を生成する。
【０１３５】
上述した方法に関連する物理的原理を以下に述べる。各々のディテクタ５２２ａ及び５２２ｂの電場は、
【数８】
2002540396.tif 000004
となる。ここでＥｓは前面１５３より反射された探査ビーム１５２の一部１６２（表面に於ける過剰の担体濃度を含まず）、Ｅｊは接合に於ける過剰担体によって反射された探査ビーム１５２の一部１６３（表面近くの過剰の担体を含む）、またＥｒｅｆは可変位相基準ビームよりの構成要素であり、ここで可変式の位相基準ビームがなければゼロである。
【０１３６】
式１中の±は、２つのディテクタ５２２ａ及び５２２ｂに対し和及び差の構成要素を提供する偏光ビームスプリッタ５２１（図５）より得られるものである。それらのディテクタに於ける出力は、
【数９】
2002540396.tif 000005
で表される。式２を乗算し、ディテクタ５２２ａ及び５２２ｂの和及び差に於ける信号は、
【数１０】
2002540396.tif 000006
で表される。第一の実施例に於いて表面の反射１６２は過剰担体によって反射１６３で干渉され、よって参照場（field）はＥｒｅｆがゼロとなる。それ故、接合深さよりの反射１６３の振幅の二乗は無視してよく、また前面１５３よりの反射１６２の振幅の二乗は変調周波数に於いて現れてこない。このようにロックインアンプ５２５（図５）に於いて唯一見られる構成要素として、
【数１１】
2002540396.tif 000007
が挙げられる。第二の実施例に於いて、ミラー５１３による基準ビーム５３１の反射は接合よりの反射１６３で干渉され、ロックインアンプ５２５に於ける信号はプラス及びマイナスのディテクタ（例えばディテクタ５２２ａ及び５２２ｂ）よりの信号間の差である。差を取り、変調周波数に於いて（ＥｓＥ*ref＋Ｅｓ*Ｅｒｅｆ）項が現れないことを認識した上で、結果的な信号は次の、
【数１２】
2002540396.tif 000008
となる。最後に接合項は連続分布として考えられてもよい。代わりに、表面及びプロファイル項を含むと考えられてもよく次の、
【数１３】
2002540396.tif 000009
【数１４】
2002540396.tif 000010
のようになる。波動の時間依存部分を無視し探査ビーム１５２よりの入射光が表面に於いて位相を有し次の、
【数１５】
2002540396.tif 000011
のようになる。ここで振幅は
【外２】
2002540396.tif 000012
であり、Ｐはウェーハ表面に於ける探査ビーム１５２の出力であり、波の番号はｋ＝（２π）／λであり、ここでλは探査ビーム１５２の波長を表す。空気及びシリコン表面１５３（図１Ｅ）の間の境界線よりの反射された電界は、
【数１６】
2002540396.tif 000013
として表される。ここで振幅は
【外３】
2002540396.tif 000014
であり、このＰはウェーハ表面１５３に於ける探査ビーム１５２の出力を表し、ｎｓ０はシリコンの反射率であり、ｚｓはシリコン表面に対する経路長であり、波の番号はｋ＝（２π）／λであり、このλは探査ビーム１５２の波長を表す。
【０１３７】
上で述べたように、過剰の担体プロファイル１６４（図１Ｄ）は層１６４Ａ−１６４Ｔ（図１Ｅ）のような過剰担体の薄い層のセットとして象られる。ｊｔｈ層１６４Ｊ及び（ｊ＋１）ｔｈ層１６４Ｊ＋１間のインタフェース１６５Ｊよりの反射は、次の、
【数１７】
2002540396.tif 000015
で表される。ここで層の反射率はｎｊ＝ｎｓ０＋Δｎｊとなり、過剰の担体濃度に依存する指数の変化はΔｎｊ＝βＮｊとなり、このＮｊは層１６４Ｊに於ける過剰の担体濃度である。また要素βは次の式、
【数１８】
2002540396.tif 000016
で表される。ここでｑ＝１．６０２×１０−１９は電子の電荷を表し、Ｎはｃｍ３当たりの担体濃度であり（ここでＭＫＳ単位の使用を許可するべく１０６という要素が/ｍ３へと変換される）、ε０＝８．８６×１０−１２Ｆａｒａｄ／ｍｅｔｅｒは真空の誘電率であり、εｓ＝１１．７はシリコンの相対的な誘電率であり、ｍ★＝５×１０−３１ｋｇは効果的担体の質量であり、ω＝２πｃ／λはラジアル周波数を表し、ここでｃ＝３×１０１０ｃｍ／ｓｅｃは光の速度を表す。濃度Ｎが上述された濃度ｎｅと同様であることに注目して頂きたい。反射された電場は全ての層１６４Ａ−１６４Ｔの合計であり、
【数１９】
2002540396.tif 000017
で表される。ここでｚｓは表面までの距離を表し、
【外４】
2002540396.tif 000018
は表面の透過率を表す。層１６４Ｊの厚さがゼロに近付く限界に於いて、式８を式１０に代入し、
【数２０】
2002540396.tif 000019
となる。表面の過剰担体濃度が波長と比較して短い距離ｚｆを越えてゼロよりｎｓへと増加する場合、式１１に於ける積分は２つの部分に分けられ、次の、
【数２１】
2002540396.tif 000020
となり、これは
【数２２】
2002540396.tif 000021
のように削除される。上の式１３中には２つの項が存在する。１つは表面近辺からのものであり、表面Ｎｓに於ける過剰担体濃度にのみ依存する。第二の項は過剰担体プロファイルＮの微分のフーリエ変換である。基準ビーム５３１の電場振幅は、
【数２３】
2002540396.tif 000022
のようになり、ここでｚｒｅｆは参照アーム長である。上述の式への代入によって表面及び過剰担体プロファイル間の干渉のための信号出力が次の式、
【数２４】
2002540396.tif 000023
として表される。また参照アーム及び過剰担体プロファイル間の干渉に関しては次の、
【数２５】
2002540396.tif 000024
として表される。
【０１３８】
式（１５）及び（１６）を比較すると、ｚｒｅｆがゼロの場合２つの式が同一であることが分かる。このような状況は、基準ビームのための経路長が前面１５３への経路長（図１Ｅ）と等しい場合に起こる。このことはディテクタ５２３ａ若しくは５２３ｂのどちらかの出力を同時にモニタすることによって測定される。この出力は基準ビーム及び表面反射の間の干渉である信号を与える。この項は式（３）の右より２番目の項であり、次の形、
【数２６】
2002540396.tif 000025
を取る。参照及び表面反射の経路が等しい場合、半導体の特性を決定するための解析は双方の実施例のために同一である。
【０１３９】
上述した方法は非ドーパント非結晶インプラント（ダメージを引き起こすがシリコンをドープしないようなイオンのインプラントとして定められる）の測定のために用いられてもよい。非ドーパント非結晶インプラントの例としては、高エネルギーイオンが結晶に衝突し停止する場合ダメージを引き起こすインプラントである。イオンは数千ｅＶのエネルギーを有し、結晶中の化学結合は数ｅＶである。故に高いエネルギーのイオンは結晶の格子結合を破壊することが可能であり、シリコン若しくはゲルマニウムのダメージを引き起こす。
【０１４０】
これらインプラントの目的は以下のようである。ホウ素のようなドーパント原子を備えた浅いイオンインプラント層を形成するために、非常に浅い表面層に（例えば数オングストロームの厚さしかない）に酵素イオンインプラントを閉じこめることが必須である。典型的にはホウ素原子は非常に低い電位（例えば数百ｅＶ）へと促進され、表面の数オングストローム中に止まる。しかしシリコンが結晶構造を有するため、或る方向が、整列したシリコン原子間の空間中の結晶を介した長いオープンパスである"channels"を表す。（典型的にはchannelsが結晶の固有の特性であるので結晶構造の長さである。）同一のホウ素原子はシリコン表面に入り込むようにシリコン原子を散在させ、所望よりもよりかなり深い深さにチャネルを追従させる。
【０１４１】
チャネリングを防ぐべく、非ドーパントインプラントがホウ素インプラントにしばしば優先される。非ドーパントインプラントは結晶構造を破壊するために十分なダメージを作り出し、非結晶深さによって特徴付けられたアモルファス層を形成する。（深さは結晶構造がイオンインプラントダメージで破壊されアモルファス層によって置き換えられたようなものである。）非結晶化深さは、従来の手段では測定することが困難である。非結晶化深さを測定するための典型的な方法は非常に薄い断面の薄片を作り、それを透過電子顕微鏡法を用いて調べることである。これは遅く、時間が掛かり、また破壊的な処理手順である。
【０１４２】
アモルファス層は高バンドギャップ層として設計されてもよい。Szeによって"Physics of Semiconductor Devices,"の８２７ページで定められるように、結晶化及び非結晶化ケイ素間の差は劇的であり、フォーマは1.1eVの間接バンドギャップを有し、ここで水素化a-Siは光吸収特性を有し、それは1.6eVの直接バンドギャップを有する結晶のために予想される特性をに類似する。従来技術の図８Ａ（Ｓｚｅの８２８ページの図３４を御覧頂きたい）は、好適な生成レーザー波長８３０ｎｍに於いて、アモルファスシリコン（ライン８０１）に於ける吸収がシリコン（ライン８０２）に於けるそれの約１０％しかないことを表している。このようにアモルファスシリコンは、或る実施例に於いて透過性層として設計されてもよい。
【０１４３】
表面との干渉のケース（第一の実施例）に於ける信号のための式１５に換えて、次の式、
【数２７】
2002540396.tif 000026
が与えられる。ここでｄはアモルファス層の厚さであり、またアモルファス層の下のシリコン中の過剰担体濃度は、１／２ｋｎｓ０と比較して非常に小さな距離にレベルでΔＮまで上がると仮定される。ここでｎｓ０はシリコンの反射率でありｋは波の番号でありそれは２π／λと等しく、ここで言うλは波長である。ここでシリコン及び非結晶化層の反射率はほぼ等しく、ｎｓ０は双方の層を表す。
【０１４４】
上述した反応は信号が２ｋｎ倍された層の厚さのコサインとして変化し得ることを示す。キャリブレーションカーブは、それ故深さの関数として信号を決定するべく、参照サンプルの測定を基に確立され得る。図８Ｂに於けるカーブは、Ｇｅ（ライン８１０）及びＳｉ（ライン８１１）[これらの指示子は図８Ｂに加えられることを必要とし、ここでラインは"Ｓｉインプラント"及び"Ｇｅインプラント"とラベルされる]のシリコンへのインプラントのキャリブレーションカーブの例を表す。これらカーブは、イオンインプラントシリコン若しくはシリコンへのゲルマニウムによって生成された参照サンプル上の信号を測定することで作成される。非結晶化深さは、J. F. Ziegler, Mail Stop 28-024, IBM-Research, Yorktown, NY, 10598, USAより入手可能なプログラム、ＴＲＩＭを用いることで計算され得る。例えばシリコンでインプラントされたサンプル上で測定がなされると過程して頂きたい。９０ｍＷの生成レーザー出力に於いて測定された信号は、４６０μＶである。このことは３２０×１０−１０ｍの非結晶化深さを示し得る。
【０１４５】
上述した方法は、大凡５×１０１０から５×１０１２ｉｏｎｓ／ｃｍ２の適用量の範囲で（しばしば"low dose"レンジと呼ばれる）形成された別の特別なケースに於いて、活動化ドーパントプロファイルを測定することに用いられてもよい。それらインプラントの量を制御することは、電界効果トランジスタのターンオン電圧（しきい値電圧）を調節するべく用いられる事を理由として重要である。これら"low dose"インプラントに於ける小さな変化は、積分化回路の操作範囲以外のターンオン電圧という結果であり得る。
【０１４６】
出願人は、そのような方法がイオンインプラントの結果としてのダメージに相当する熱波の波動の減衰に依存しているので、"low dose"インプラントが高い感度を備えたOpsal（US Patent 4,854,710）によって述べられているタイプの熱波方法では測定され得ないことを認識している。しかしlow doseインプラントは相対的に殆どダメージを生成せず、Opsalの熱波方法は低い適応量レンジに於ける非常に弱い感度を一般的に有する。（適用量中の変化百分率によって除算された信号に於ける変化百分率として定められる感度は、典型的には熱波方法のためには約０．２である。ここで感度０．５は通常最小の可能レベルと考えられており、１．０より大きな感度が望ましいと考えられている。）
Opsalの熱波方法の弱い感度の重要な理由は、それらが移動度に対しては感度を有するが寿命に対して感度を有さないことである。このことは以下で示される。担体の分布は時間依存拡散式の解法であり、次の、
【数２８】
2002540396.tif 000027
となる。ここでｎは過剰の担体の濃度であり、Ｄは拡散定数Ｄ＝（ｋｂＴ／ｑ）μであり、ｋｂはボルツマン定数であり、Ｔは温度、ｑは電子電荷、またμは移動度である。τは寿命である。ラジアル周波数ωに於ける周期的に励起された担体濃度のために、担体濃度は、ｎ（ｚ，ｔ）＝ｎ（ｚ）ｅｊωｔとなる。ここでｔは時間である。このことは次の形の拡散方程式を提供する。すなわち、
【数２９】
2002540396.tif 000028
である。高い周波数に於いて、ω＞＞１／τである。（１０−４量の過剰担体寿命の間このことは約１５ｋＨｚよりも大きい周波数を示す）この解法はｎ（ｚ，ｔ）＝ｎ０ｅｊ（ωｔーｋｚ）の形を取り、ここでｋ２＝ω／Ｄである。このことは伝搬定数が移動度の関数である波の伝搬の解法であり、Ｄ＝（ｋｂＴ／ｑ）μである。このことは熱波方法が働く領域であるので、方法は伝搬する波に依存する。
【０１４７】
逆に低い周波数に於いて、解法は次の式、
【数３０】
2002540396.tif 000029
となる。このことは移動度及び寿命両方の関数である静的空間変化を表す。この結果のインポート（import）は、半導体の寿命が移動度よりも欠陥濃度に対してより感度の高い複数の桁（order）の大きさである事である。よって寿命に対して感度が高い測定は、移動度に関して感度の高い測定よりも、低い適応量のイオンインプラントで引き起こされるダメージに、より高い感度を示し得る。
【０１４８】
それ故ω＝１／τ、即ちｆ＝（１／２πτ）の場合、波から拡散への挙動の変化（担体寿命に対して高い感度を有する）が存在する。それ故或る実施例に於いて、モジュレーション周波数はｆ＜_（１／２πτ）と一致するどのような周波数でもあるように予め選択される。
【０１４９】
図９Ａで示されるグラフは、表面に於けるイオンインプラント層がインプラントされた領域の下部のバルクシリコンと比較して減少した寿命を有すると見なす拡散方程式に対する解法を基とした計算の結果を示している。水平軸は深さをミクロンで示しており、垂直方向の軸は担体濃度をｃｍ３あたりで表している。インプラントされた層中の寿命に於ける小さな変化のために、担体濃度がほぼ一定であることに注目して欲しい。しかしインプラント層中の寿命が短くなればなる程、表面濃度は早く落ち始める。このレンジを通して、表面濃度は素早く落ちる。或るポイント（このモデルに於いては約１０−１１秒）に於いて、担体濃度は再び寿命より相対的に独立するようになる。しかし反射のポイントは、表面から境界へとインプラント層及びバルクシリコンとの間でシフトする。この様式では信号は平らになる。
【０１５０】
図９Ｂに示された別のグラフは、適応量の関数として様々な種（Ｂ−ホウ素、Ａｓ−ひ素、Ｐ−リン含有物、及びＢＦ２−弗化ホウ素）を含む様々な低適応量インプラントのための信号を示す。より低適応量では、信号は比較的早く落ちるように見える。より高い適応量では信号はフラットになる。この事は、上のモデルと矛盾しない。急勾配部分の信号は表面の反射よりもたらされ、式１５に於ける括弧内の第一項である。信号が平坦になり、インプラント及びバルク間のインターフェイスよりの干渉より至るようになると、干渉の項が一因となる。この事は、何故信号が位相を変化させるのかについて、また何故より高い適応量の値では信号がネガティブであるのかについて説明する。
【０１５１】
図９Ｂに於けるグラフは、アモルファス測定のための方法に類似する方法に於ける測定を調整するべく用いられ得る。適応量の関数としての信号は、図９Ｂと類似したグラフとして測定されストアされる。例えばホウ素インプラントのための１００の信号は、５ｅ１１の適応量に相当する。
【０１５２】
或る実施例では、ソフトウェアは生成ビーム１５１の出力の関数として干渉信号（振幅及び位相であって、ここで位相は振幅と共に用いられるサインを決定するべく用いられる）の測定によって得られた出力カーブ（図４Ｃのカーブ４０４を参照）を用いる。具体的にソフトウェアは、一致を見つけだすべくシミュレーションによって得られた複数の前から存在する出力カーブ（図４Ｅのカーブ４０４−４０９をご覧頂きたい）と測定された出力カーブとを比較する。シミュレーションによって得られた一致した出力カーブが、接合深さを決定する。前より存在する出力カーブは、上述するように図４Ｄ及び４Ｅを参照することで得られる。
【０１５３】
上述された実施例の多くの変更及び調節は、半導体物理学の分野でスキルを有するものには明白であり得る。例えばコンピュータ１０３Ｃが、１つ若しくは複数の特殊な方程式でプログラムされて述べられているが、コンピュータ１０３Ｃは、測定条件下でウェーハに於ける電荷担体拡散変調を生成する間、プロファイラ１０３で動作する測定を伴う使用のために、ここで言及されたような物質特性の間のどのような関係も近似するようなここに述べられた別の方程式または一つ若しくは複数の方程式でプログラムされてもよい。例えば、物質特性を測定するためのプロファイラ１０３によって用いられる近似方程式は、参照ウェーハよりの測定データに曲線近似することによって得られてもよく、数値モデルより得られたデータに曲線近似することによって得られてもよく、特殊な実施に共に依存するようなものでもよい。
【０１５４】
それ故上述した実施例の多くのその様な修正及び適応は、付随の請求の範囲に包含される。