(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するための方法であって、
（ａ）半導体ウェハの上面に接触するための、導電性材料から形成される少なくとも部分球状の表面を有する接触手段を提供する工程と、
（ｂ）誘電層の下方に半導体材を有する前記半導体ウェハ上の前記誘電層の厚みを測定する工程と、
（ｃ）前記接触手段の前記少なくとも部分球状の表面を前記半導体ウェハの上面に接触させ、それによってコンデンサを形成する工程であって、ここで、前記コンデンサの静電容量は、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触手段の、前記接触領域を包囲する前記上面と接触していない表面との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される、工程と、
（ｄ）前記コンデンサが形成されたときに、前記接触手段と前記半導体材とに対して電気刺激を与える工程と、
（ｅ）与えられた前記電気刺激に対する応答から、前記コンデンサの静電容量を測定する工程と、
（ｆ）前記誘電層の誘電率を、前記工程（ｅ）において測定された前記静電容量と、前記工程（ｂ）において測定された前記誘電層の前記厚みと、前記接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定する工程とを含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記半導体ウェハの前記上面は、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の表面、及び、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の前記表面の上の単数又は複数の有機物の表面および／又は水の表面、
の少なくとも一方を含む。
【請求項３】
請求項２の方法であって、前記誘電層の誘電率：εｏｘは、次の式を利用して決定される、
【数１】
0004685434.tif 000009
【請求項４】
請求項１の方法であって、更に、水と単数又は複数の有機物の少なくとも一方を前記誘電層の表面から脱離させる工程を含む。
【請求項５】
請求項１の方法であって、前記少なくとも部分球状の表面は、前記表面上に酸化物層を形成しないか、又は、導電性酸化物を形成する導電性材料から形成されている。
【請求項６】
半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するためのシステムであって、
半導体ウェハの上面に接触するための、導電性材料から形成される少なくとも部分球状の表面を有する接触手段と、
誘電層の下方に半導体材を有する前記半導体ウェハ上の前記誘電層の厚みを測定するための手段と、
前記半導体ウェハの上面と、前記接触手段の前記少なくとも部分球状の表面とを接触状態へと移動させ、それによって前記誘電層を用いてコンデンサを形成するための手段であって、ここで、前記コンデンサは、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触手段の、前記接触領域を包囲する前記上面と接触していない表面との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される静電容量を有する、手段と、
前記コンデンサが形成されたとき、前記接触手段と前記半導体材とに対して電気刺激を与えるための手段と、
与えられた前記電気刺激に対する前記コンデンサの応答から該コンデンサの静電容量を測定するための手段と、
前記誘電層の誘電率を、前記静電容量と、前記誘電層の前記厚みと、前記接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定するための手段とを有するシステム。
【請求項７】
請求項６のシステムであって、前記半導体ウェハの前記上面は、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の表面、及び、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の前記表面の上の単数又は複数の有機物の表面および／又は水の表面、
の少なくとも一方を含む。
【請求項８】
請求項６のシステムであって、更に、水と単数又は複数の有機物の少なくとも一方を前記誘電層の表面から脱離させる手段を含む。
【請求項９】
請求項６のシステムであって、前記少なくとも部分球状の表面は、前記表面上に酸化物層を形成しないか、又は、導電性酸化物を形成する導電性材料から形成されている。
【請求項１０】
請求項６のシステムであって、前記誘電層の誘電率を決定するための手段は、次の式を利用する、
【数２】
0004685434.tif 000010
【請求項１１】
半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するための方法であって、
（ａ）半導体ウェハの半導体材上の前記誘電層の厚みを測定する工程と、
（ｂ）前記半導体ウェハの上面と、少なくとも部分球状である導電性表面の球状部分とを接触状態へと移動させる工程と、
（ｃ）前記導電性表面と前記半導体材との間に電気刺激を与える工程と、
（ｄ）与えられた前記電気刺激からコンデンサの静電容量を測定する工程であって、前記コンデンサの静電容量は、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触領域を包囲する前記接触手段との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される、工程と、
（ｅ）前記誘電層の誘電率を、前記工程（ｄ）において測定された前記静電容量と、前記工程（ａ）において測定された前記誘電層の前記厚みと、前記接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定する工程とを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法であって、前記半導体ウェハの前記上面は、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の表面、及び、
前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の前記表面の上の単数又は複数の有機物の表面および／又は水の表面、
の少なくとも一方を含む。
【請求項１３】
請求項１１の方法であって、更に、前記工程（ｂ）の前に、水と単数又は複数の有機物の少なくとも一方を前記誘電層の表面から脱離させる工程を含む。
【請求項１４】
請求項１１の方法であって、前記導電性表面は、酸化物層を形成しないか、又は、導電性酸化物を形成する材料から形成されている。
【請求項１５】
請求項１１の方法であって、前記誘電層の誘電率：εｏｘは、次の式を利用して決定される、
【数３】
0004685434.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのテストに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路に於ける多層金属被覆では、層間絶縁膜（ＩＬＤ）が隣接する金属層間を絶縁している。そのため、ＩＬＤの誘電率（ε）又は比誘電率（ｋ）は、デバイスの寸法が縮小するに従って益々重要なパラメータになってきている。背景として、材料の誘電率（ε）は、その材料の比誘電率（ｋ）と自由空間の誘電率（ε０）との積に等しく、即ち、ε＝（ｋ）（ε０）である。
【０００３】
化学気相成長法又はスピンキャスティング法（spin-casting）によって合成される第２世代の低誘電率又は低−ｋの誘電体材料が、現在開発されている。これらの低誘電率誘電体には、多くの場合空孔率（porosity）が制御された、無機（シリコンベース）の材料と有機（カーボンベース）の材料との両方がある。前の世代の半導体デバイスよりも低誘電率の誘電層を使用することは、ＩＬＤ層の寄生容量を減少させることによってデバイスにおいてＲＣ時間遅延（RC time delay）を減少させ、クロストークを防止し、消費電力を減少させる。
【０００４】
誘電率を測定するために誘電体に対して行われる容量−電圧（ＣＶ）測定は、多くの場合、水銀プローブによって行われる。水銀プローブを利用することにはいくつかの欠点がある。第１に、高誘電率の材料を測定するためには、誘電体材料に所定の最小厚が必要である。第２に、新しい低誘電率材料（比誘電率＜３．９（ＳｉＯ２））は、多くの場合多孔性であり、水銀の接触面積がこれによって影響を受ける。第３に、水銀の使用が益々禁止される傾向にあるという半導体製造工場に対する新たな規制がある。
【０００５】
ＣＶ測定と類似して、その誘電率を測定するために誘電体材料に対して行われる電荷−電圧測定は、最近、コロナ式法（corona-based methods）によって行われている。この方法は、後続の表面電圧測定によって誘電体表面に電荷を堆積させることに基づいている。コロナ式法の欠点としては、各測定を行うのに必要な時間、測定スポットサイズが大きいこと、そして、エンドユーザが製品ウェハのコロナ堆積（corona deposition）を許容する可能性が低いこと、が挙げられる。
【０００６】
これまで、導電性弾性プローブを利用した誘電体材料のＣＶ測定は、１．０ｎｍ以下の厚みの高誘電率、又は、高−ｋ材料の測定には有効であった。しかし、高誘電率材料用に開発されている現在の構成のこれらの導電性弾性プローブは、低誘電率材料の測定には使用することはできない。これは、導電性弾性プローブの３０μｍ〜５０μｍの小さな接触径をもっと厚みの大きな、例えば、２００ｎｍを超える厚みの低誘電率膜と組み合わせた場合、電気信号が僅か数ｐＦの弱いものとなることによる。更に、ヘルツ計算（Hertzian calculation）によると、従来の導電性弾性プローブが与えることが可能な最大圧では、多くの有機低誘電率膜が曲げられてしまう可能性がある。
【０００７】
従って、半導体ウェハ上のより厚みの大きな低誘電率層の誘電率又は比誘電率を測定するための方法及び装置が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体ウェハ上のより厚みの大きな低誘電率層の誘電率又は比誘電率を測定するための方法及びシステムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するための方法である。この方法は、半導体ウェハの上面に接触するための接触手段を提供する工程を含む。前記接触手段は、導電性材料から形成される少なくとも部分球状の表面を有する。誘電層の下方に半導体材料を有する前記半導体上の前記誘電層の厚みが測定される。前記接触手段の前記少なくとも部分球状の表面を前記半導体ウェハの上面に接触させ、それによってコンデンサを形成し、ここで、前記コンデンサの静電容量は、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触手段の、前記接触領域を包囲する前記上面と接触していない表面との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される。前記コンデンサが形成されたときに、前記接触手段と前記半導体材とに対して電気刺激を与える。この与えられた刺激に対する応答から、前記コンデンサの静電容量を測定する。次に、前記誘電層の誘電率を、このようにして測定された静電容量と、上述したように測定した誘電層の厚みと、接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定することができる。
【００１０】
前記半導体ウェハの上面は、（１）前記半導体材が設けられているのとは反対側の誘電層の表面、又は（２）前記半導体材が設けられているのとは反対側の前記誘電層の前記表面の上の有機物（単数又は複数）および／又は水の表面、の少なくとも一方を含む。
【００１１】
前記方法は、更に、水と有機物（単数又は複数）を前記誘電層の前記表面から脱離させる工程を含むことができる。
【００１２】
前記接触手段の前記少なくとも部分球状の表面は、酸化物層を形成しないか、もしくは、導電性酸化物を形成する材料から形成することができる。前記接触手段は、その全体を導電性材料から形成するか、もしくは、前記少なくとも部分球状の表面を形成する導電性コーティングを備える絶縁基材から形成することができる。前記基材を形成可能な材料の非限定的な一具体例はガラスを含む。
【００１４】
前記誘電層の誘電率（εｏｘ）は、次の式を利用して決定することができる。
【数４】
0004685434.tif 000002
【００１５】
また、本発明は半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するための装置にも関する。前記装置は、半導体ウェハの上面に接触するための手段を含み、前記接触手段は導電性材料から形成される少なくとも部分球状の表面を有する。更に、前記装置は、誘電層の下方に半導体材を有する前記半導体ウェハ上の前記誘電層の厚みを測定するための手段と、前記半導体ウェハの上面と、前記接触手段の前記少なくとも部分球状の表面とを接触状態へと移動させ、それによって前記誘電層を用いてコンデンサを形成するための手段とを有する。ここで、前記コンデンサは、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触手段の、前記接触領域を包囲する前記上面と接触していない表面との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される静電容量を有する。前記装置は、更に、前記コンデンサが形成されたとき、前記接触手段と前記半導体材とに対して適当な電気刺激、例えば、ＣＶ刺激、を与えるための手段と、前記与えられた電気刺激に対する前記コンデンサの応答から、前記コンデンサの静電容量を測定し、さらにそこから、前記誘電層の誘電率を、前記静電容量と、前記誘電層の前記厚みと、前記接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定するための手段とを有する。
【００１６】
最後に、本発明は、半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定する方法であって、（ａ）半導体ウェハの半導体材上の誘電層の厚みを測定する工程と、（ｂ）前記半導体ウェハの上面と、少なくとも部分球状である導電性表面の球状部分とを接触状態へと移動させる工程と、（ｃ）前記導電性表面と前記半導体材との間に電気刺激を与える工程と、（ｄ）与えられた前記電気刺激からコンデンサの静電容量を測定する工程であって、前記コンデンサの静電容量は、前記半導体ウェハの前記上面と接触している前記接触手段の接触領域とアラインメントされる材料から生じる第１静電容量と、前記半導体ウェハの前記上面と、前記接触領域を包囲する前記接触手段との間の空隙とアラインメントされる材料から生じる第２静電容量とから構成される、工程と、（ｅ）前記誘電層の誘電率を、前記工程（ｄ）において測定された前記静電容量と、前記工程（ａ）において測定された前記誘電層の前記厚みと、前記接触領域を包囲する前記空隙の厚み、との関数として決定する工程、とを有する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を、添付の図面を参照しながら説明する。本実施形態において、類似の部材には同様の番号を付与している。
図１及び図２を参照すると、半導体ウェハテストシステム２は、導電性チャック４と接触手段６とを有する。チャック４は、このチャック４と接触する半導体材１４上に誘電層１２を有する半導体ウェハ１０の裏面８を支持するように構成されている。もしも十分な時間大気に晒されると、有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８が誘電層１２上に形成される。
【００１８】
好ましくは、接触手段６は、半導体ウェハ１０の上面２２に接触するための、少なくとも部分球状である導電性表面２０を有する。前記表面２０の直径は好ましくは２５ｍｍ以上である。部分球状の導電性表面２０が好ましいが、その他の形状の表面（図示せず）も利用可能である。従って、本実施形態における部分球状の導電性表面２０の記載は、本発明を限定するものと見なされてはならない。
【００１９】
半導体ウェハ１０が有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８を含む場合、上面２２は、有機物（単数又は複数）１６、水１８、及び、誘電層１２のいずれか、もしくはこれらの組み合わせの表面とすることができる。但し、図２に図示されているように、上面２２は通常は水１８の露出表面である。図１及び図２において、有機物（単数又は複数）１６と水１８とは別々の層として図示されており、これが通常である。しかし、この順序を逆転させたり、或いは有機物（単数又は複数）１６と水１８とを混合して分散液とし、その混合物が誘電層１２上に単一の層を形成することも可能であるので、これによって本発明が限定されるものと見なされてはならない。
【００２０】
図３を参照し、そして、図１及び図２を引き続き参照すると、接触手段６は、表面２０を支持する任意の適当な形態のものとすることができる。図１において、接触手段６は、その遠端部に位置する表面２０を有する長手プローブの形態で図示されている。但し、これによって本発明が限定されるものと見なされてはならない。
【００２１】
表面２０と半導体ウェハ１０の上面２２とを移動させて接触させるために、移動手段２４をチャック４、接触手段６、又はこれらの両方に接続することができる。半導体ウェハ１０がチャック４上で受けられ、表面２０が半導体ウェハ１０の上面２２に接触する時に、半導体ウェハ１０に対して適当なテスト刺激を与えるために、チャック４と表面２０との間に電気刺激手段２６を電気接続することができる。但し、これによって本発明が限定されるものと見なされてはならない。
【００２２】
上面２２によって半導体材１４から離間された状態で支持された接触手段６の表面２０によってコンデンサＣが定まる。ここで、誘電層１２と有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８とによって、接触手段６と半導体材１４との間の誘電体が定まる。より具体的には、表面２０が移動して上面２２と接触すると、水１８が実質的に表面２０の回りに変位し、表面２０は、有機物（単数又は複数）１６との接触時に弾性変形して接触領域３０を形成する。表面２０が接触領域３０の近傍で水１８と接触するところでも接触領域３１が形成される。最後に、水１８の上面と、表面２０の接触領域３１に近接する部分との間には空隙３２が形成される。電気刺激手段２６によってコンデンサＣに対して電気刺激が与えられることに応答して、測定手段２８は、コンデンサＣの静電容量ＣＴを測定することができる。
【００２３】
測定手段２８によって測定されるコンデンサＣの静電容量ＣＴは、接触領域３０とアライメントされた、表面２０と半導体材１４と誘電層１２と有機物（単数又は複数）１６との部分によって形成されるコンデンサＣ１の静電容量Ｃ１と、接触領域３１とアライメントされた、表面２０と半導体材１４と誘電層１２と有機物（単数又は複数）１６と水１８との部分によって形成されるコンデンサＣ２の静電容量Ｃ２と、空隙３２とアライメントされた、表面２０と半導体材１４と誘電層１２と有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８との部分によって形成されるコンデンサＣ３の静電容量Ｃ３との和である。
【００２４】
水１８が存在せず、誘電層１２が、低誘電率、例えば、＜３．９のＳｉＯ２等の材料から形成され、この誘電層１２が比較的厚い、例えば、＞２００ｎｍである場合、コンデンサＣの静電容量ＣＴの大部分は、コンデンサＣ３の静電容量Ｃ３から導かれる。この目的のために、水１８が存在しないときのコンデンサＣ３の静電容量Ｃ３は、コンデンサＣ１の静電容量Ｃ１とコンデンサＣ２の静電容量Ｃ２との和より約１桁大きいことが理論的に決定された。その結果、水１８が存在しない場合、誘電層１２の誘電率を、コンデンサＣの測定静電容量ＣＴとコンデンサＣ３の理論上の静電容量Ｃ３との関数として許容可能な誤差内で測定することが可能である。より具体的には、誘電層１２の誘電率は、コンデンサＣ１とＣ２とのそれぞれの静電容量Ｃ１及びＣ２を無視して、コンデンサＣ３の静電容量Ｃ３について、等式、例えば後述する等式ＥＱ４から、コンデンサＣの測定静電容量ＣＴからの許容可能な誤差の範囲内で測定することが可能である。しかし、通常はいくらかの量の水１８が存在する。従って、コンデンサＣの測定静電容量ＣＴを、コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３のそれぞれの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の和から決定することが望ましい。
【００２５】
具体的には、コンデンサＣの測定静電容量ＣＴは、下記の等式ＥＱ１によって数学的に表すことができる。
【００２６】
【数５】
0004685434.tif 000003
【００２７】
ここで、
ＣＴ＝コンデンサＣの静電容量
Ｃ１＝コンデンサＣ１の静電容量＝接触領域３０とアライメントされる材料から生じる静電容量；
Ｃ２＝コンデンサＣ２の静電容量＝接触領域３１とアライメントされる材料から生じる静電容量；
Ｃ３＝コンデンサＣ３の静電容量＝空隙３２とアライメントされる材料から生じる静電容量。
【００２８】
コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３の静電容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、それぞれ下記の等式ＥＱ２，ＥＱ３及びＥＱ４によって数学的に表現することができる。
【００２９】
【数６】
0004685434.tif 000004
【００３０】
等式ＥＱ４から理解できるように、空隙３２の厚み（Ｔｇａｐ）は、誘電率によって除算されない唯一の変数である。これは、空隙３２の空気の誘電率が１であることによる。従って、等式ＥＱ４において、Ｔｇａｐは、それらの誘電率によって除算される他の材料の厚みよりも著しく影響する。同様に、コンデンサＣの静電容量ＣＴを決定するために等式ＥＱ２，ＥＱ３及びＥＱ４を合算するとき、Ｔｇａｐが、通常、静電容量ＣＴに対して主に貢献する。
【００３１】
等式ＥＱ１において、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に等式ＥＱ２，ＥＱ３，ＥＱ４をそれぞれ代入して、コンデンサＣの静電容量ＣＴを、単数又は複数の周知の計算手法を利用して反復的に等式ＥＱ２，ＥＱ３，ＥＱ４の和を解くことによって決定することができる。
【００３２】
図４と、全ての前記図面を引き続き参照すると、実際には、有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８の厚みの測定は困難かつ不正確であり得ることから、誘電層１２の誘電率の測定に対する有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８の影響を除去することが望ましい。この目的のために、有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８の厚みの測定と、コンデンサＣの静電容量ＣＴの決定との間に遅延がある場合、前記厚みのいずれか一方又は両方が変化して、これによってコンデンサＣの静電容量ＣＴの決定が影響を受ける可能性がある。従って、接触手段６の表面２０を移動させて半導体ウェハ１０の上面２２に接触させる前に、有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８を、公知の方法、例えば、半導体ウェハ１０を設定温度まで加熱する、等によって、半導体ウェハ１０から脱離させることが望ましい。有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８の脱離後、表面２０と上面２２、この場合には誘電層１２の上面を直接接触状態へと移動させることができる。
【００３３】
好ましくは、接触手段６の表面２０は酸化物層を有さない。しかしながら、表面２０が酸化物層（図示せず）を有する場合には、その酸化物層は、導電性であることが好ましい。表面２０のための適当な材料はプラチナとイリジウムを含む。但し、表面２０は、酸化物層を形成しない、又は、導電性酸化物層を形成するいかなる適当な材料から形成することも可能であるので、このことは本発明を限定するものと見なされてはならない。
【００３４】
有機物（単数又は複数）１６および／又は水１８の脱離後にコンデンサＣの静電容量ＣＴが決定され、かつ、接触手段６が表面２０上に酸化物層を有さない場合には、等式ＥＱ４を、下記の等式ＥＱ５に示す形式に縮小することができる。
【００３５】
【数７】
0004685434.tif 000005
【００３６】
表面２０の曲率半径Ｒが大きく、かつ、周囲３４の直径も大きい場合、等式ＥＱ５の分子中の項：（Ｔｏｘ／εｏｘ）は無視できる。
【００３７】
理解できるように、等式ＥＱ４及びＥＱ５において静電容量Ｃ３を決定するためには、誘電層１２の厚み（Ｔｏｘ）が必要である。Ｔｏｘは、エリプソメトリ（ellipsometry）等の任意の公知の方法で決定することができる。Ｔｏｘの値が決定されると、この値を、誘電層１２の誘電率εｏｘの計算のために測定手段２８に提供することができる。
【００３８】
等式ＥＱ３とＥＱ４において、誘電層１２、接触手段６上の有機物（単数又は複数）１６、水１８ 及び酸化物の厚みと誘電率の他に、表面２０の曲率半径Ｒも利用される。より具体的には、等式ＥＱ３及びＥＱ４において、表面２０の曲率半径Ｒは、静電容量Ｃ２又は場合によってはＣ３に正比例する。従って、半径Ｒが大きければ大きいほど、コンデンサＣの静電容量ＣＴの値は大きくなる。半径Ｒ＞１２.５ｍｍ（直径＞２５ｍｍ）というような、従来技術の導電弾性プローブの遠端部の直径よりも約一桁大きな半径を有する表面２０によって、容易に測定可能な静電容量ＣＴの値が得られることが確認されている。
【００３９】
等式ＥＱ４，ＥＱ５において、コンデンサＣ３の静電容量Ｃ３を決定するのに空隙３２の厚みＴｇａｐが利用される。等式ＥＱ４及びＥＱ５中の空隙３２の厚みＴｇａｐは、空隙３２の平均厚みである。より具体的には、特に図３を参照すると、等式ＥＱ４及びＥＱ５中に使用される空隙３２の厚みＴｇａｐは、下記の等式ＥＱ６を利用して決定することができる。
【００４０】
【数８】
0004685434.tif 000006
【００４１】
ここで、
Ｒ＝表面２０の曲率半径
θ２＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、接触領域３０の中心３６と、接触領域３１の周囲３４との間の角度、そして
θ３＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、接触領域３０の中心３６と、表面２０がもはや半導体ウェハ１０の上面２２に対向しないところの表面２０の周部４０との間の角度。
【００４２】
図３において、上面２２は、接触領域３０を形成する有機物（単数又は複数）１６の表面と、接触領域３１を形成する水１８の表面と、空隙３２とアライメントする水１８の表面とを含む。しかし、表面２０を上面２２との接触状態へと移動させる前は、水１８の上表面は、図２に図示されているような上面２２を形成する。従って、これから判るように、上面２２を構成する材料（単数又は複数）は、表面２０がそれと接触するか否かによって様々なものとなりうる。
【００４３】
【数９】
0004685434.tif 000007
【００４４】
ここで、
Ｒ＝表面２０の曲率半径
θ１＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、接触領域３０の中心３６と、接触領域３０の周囲３５との間の角度、そして
θ２＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、中心３６と、接触領域３１の周部３４との間の角度。
【００４５】
特に図４を参照すると、上面２２から水１８および／又は有機物（単数又は複数）１６が脱離されている場合、等式ＥＱ４に使用されるＴｇａｐは下記の等式ＥＱ８を利用して決定することができる。
【００４６】
【数１０】
0004685434.tif 000008
【００４７】
ここで、
Ｒ＝表面２０の曲率半径
θ１＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、接触領域３０の中心３６と、接触領域３０の周囲３５との間の角度、そして
θ２＝半径Ｒの中心３８に対して測定される、中心３６と、表面２０がもはや半導体ウェハ１０の上面２２に対向しないところでの表面２０の周部４０との間の角度。
【００４８】
以上から理解できるように、本発明によれば、半導体ウェハ上の誘電層の誘電率を、誘電層１２の厚みとコンデンサＣの測定静電容量ＣＴとの関数として許容可能な誤差にまで決定することができる。本発明は、特に、比較的低い誘電率を有する比較的厚い誘電層の誘電率を測定するのに有用である。
【００４９】
本発明を好適実施例を参照して説明した。以上の詳細説明を読むことによって当業者は自明な変更及び改造に想到するであろう。本発明は、そのような変更及び改造を、それらが添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内に含まれる限り、全て含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る半導体ウェハの誘電層の誘電率を測定するための方法及びシステムは、集積回路において、隣接する金属層間を絶縁している層間絶縁膜（ＩＬＤ）の誘電率（ε）又は比誘電率（ｋ）を測定するため等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】誘電層が形成された半導体ウェハと、誘電層の誘電率を測定するための装置との略図
【図２】図１に示した半導体ウェハの上方の接触手段の遠端部の拡大図
【図３】図１に示した半導体ウェハの上面と接触している接触手段の遠端部の図
【図４】誘電層の表面上に水と有機物が存在しない状態のときの、図１に示した半導体ウェハの上面と接触している接触手段の遠端部の図
【符号の説明】
【００５２】
６      接触手段
１０    半導体ウェハ
１２    誘電層
１４    半導体材
２２    上面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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