(57)【要約】材料の表面上にある欠陥または汚染を特定するための方法およびシステム。この方法およびシステムは、半導体ウェハなどの材料を提供することと、ウェハを走査するための非振動接触電位差センサを用いることと、接触電位差データを発生し、欠陥または汚染の特徴を示すパターンを特定するためにそのデータを処理することとを含む。
2006517349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する半導体ウェハを提供するステップと、
該半導体ウェハをステージに固定するステップと、
非振動接触電位差センサを提供するステップと、
該非振動接触電位差センサとの接続状態に位置決め機構をおくことにより、該位置決め機構によって前記ウェハステージに対して該前記非振動接触電位差センサを位置決めできるようにするステップと、
前記非振動接触電位差センサに対して固定された高さセンサを位置決めし、該高さセンサと前記ウェハとの間の距離を測定し、該高さセンサの測定値を前記非振動接触電位差センサの位置に相関させることによって、前記ウェハを走査するための前記非振動接触電位差の走査高さを決定するステップと、
前記半導体の周囲トラックの周りで、前記非振動接触電位差を前記走査高さで連続して放射状に走査するステップと、
少なくとも前記半導体ウェハの放射状の走査中に、前記非振動接触電位差センサから接触電位差データを発生するステップであって、前記トラックデータが、前記トラックに沿った前記非振動接触電位差に対する前記半導体ウェハの前記接触電位差の変化を表すものである、接触電位差データを発生するステップと、
前記ウェハ表面上の化学的な欠陥を表すパターンを自動的に検出するために、前記非振動接触電位差センサのデータを処理するステップと、
前記半導体ウェハ表面上の化学的な欠陥を示す、前記半導体ウェハ表面の視認できる表示を出力するステップと
を含んでなる方法。
【請求項２】
前記走査高さ決定ステップが、時間変化するバイアス電圧を供給するステップをさらに含み、前記高さセンサが非振動接触電位差センサである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基準点を決定するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ウェハの上方に前記非振動接触電位差センサを位置決めし、前記ウェハをスピンさせて、前記ウェハの表面上の少なくとも３つの特徴を検出し、前記少なくとも３つの特徴により規定された円形の中心を計算することによって、前記ウェハの中心に前記基準点が決定されるものである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記スピニングウェハの中心の上方に前記高さセンサを位置決めし、前記ウェハの外側エッジに前記高さセンサを移動させることによって、前記ウェハの高さプロファイルを決定するステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
トラックが最後のトラックであるかを決定するために、コンピュータシステムに前記トラックのトラックデータを出力するステップと、
該トラックが半導体ウェハの最後のトラックでない場合には、前記半導体ウェハの周囲にある次のトラックに進み、連続放射状走査を繰り返し、接触電位差データを発生させるステップと、
前記トラックが最後のトラックである場合には、前記半導体ウェハを表す相対接触電位差データを形成するために、各走査トラックの接触電位差データを集めるステップと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
表面を有する半導体ウェハを提供するステップと、
該半導体ウェハを動作している関係にある状態で、非振動接触電位差センサを位置決めするステップと、
該非振動接触電位差センサの走査高さを決定するステップと、
前記非振動接触電位差センサと前記半導体ウェハを互いに走査するように移動させるステップと、
前記非振動接触電位差センサのプローブに対する前記半導体ウェハの動きから、相対運動の発生とともに前記非振動接触電位差センサと前記半導体ウェハとの間の接触電位の変化を表す信号出力を発生し、前記非振動接触電位差センサに対して前記半導体の接触電位差の変化を表すデータを出力するステップと、
前記半導体ウェハの化学的状態の変化の特徴を示す高接触電位差変動性のエリアの場所を特定するために前記データを処理するステップと、
前記半導体ウェハが任意の化学汚染物質を含有するかを決定するために、前記データを既知のデータセットと比較するステップと
を含んでなる、半導体ウェハ表面の清浄度を検出する方法。
【請求項８】
前記走査高さ決定ステップが時間変化するバイアス電圧を供給するステップをさらに含み、さらに、前記センサ高さが非振動接触電位差センサである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ウェハの上方に前記非振動接触電位差センサを位置決めし、前記ウェハをスピンさせて、前記ウェハの表面上の少なくとも３つの特徴を検出し、前記少なくとも３つの特徴により規定された円形の中心を計算することによって、基準点が決定されるものである請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記スピニングウェハの中心の上方に前記高さセンサを位置決めし、前記ウェハの外側エッジに前記高さセンサを移動させることによって、前記ウェハの高さプロファイルを決定するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェハの直径を決定するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
半導体ウェハと、
該半導体ウェハを受けるための半導体ウェハステージと、
非振動接触電位差プローブと、該半導体ウェハステージのチャック上に前記半導体ウェハを固定する機構と、該非振動接触電位差プローブと接続状態にあり、該非振動接触電位差プローブが、前記半導体ウェハステージ上に固定された前記半導体ウェハに対して位置決め可能な位置決めアセンブリとを有する、非振動接触電位差の半導体ウェハ走査システムと、ここで、前記非振動接触電位差プローブは、前記非振動接触電位差プローブと前記半導体ウェハとを相対的に動かすことによって発生する接触電位差の変化に応答して、信号を生成するように適応されており、
前記走査システムの前記非振動接触電位差プローブと接続状態にあり、相対接触電位差データが前記プローブによってコンピュータに出力されるコンピュータシステムと、
該コンピュータシステムによって発生され、前記接触電位差データを表す視認できる像と
を含んでなる、インライン半導体ウェハ処理システム。
【請求項１３】
前記非振動接触電位差センサデータのノイズを低減するための機構をさらに含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ノイズ低減が、前記センサデータをデコンボルーションすることをさらに含む請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記非振動接触電位差センサデータをウェーブレットドメインに分解し、有限数のスケールで一連のウェーブレット係数を生成し、微細スケールのみを用いて前記データを再構成し、所与のしきい値に基づいて前記微細スケールを縮小するための機構をさらに含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ピーク信号が、微細スケールによりウェーブレット係数のみを選択して、しきい値に基づいて前記微細スケール係数を縮小することにより選択されるものである請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記非振動接触電位差センサデータから時間遅延を除去するための機構をさらに含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ウェハと前記センサとの両方は、互いに対して移動可能である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
標準的な欠陥の像のデータベースをさらに含み、前記ウェハの表面上にある欠陥のタイプに関する識別情報を発生するため、前記コンピュータが、前記ウェハデータを分析して前記標準的な欠陥の像と比較できるコンピュータソフトウェアを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
複数のセンサをさらに含み、前記センサの１つが、複数の洗浄システムの各々からすぐ下流に配置されることにより、前記洗浄システムの各々において処理された後に前記半導体ウェハを監視することができる請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
ウェハの清浄度を自動的に決定し、前記清浄プロセスを高めるために清浄パラメータを修正するための機構をさらに含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項２２】
前記半導体ウェハとチャックとを係合するステップと、
前記半導体ウェハと動作関係の状態に非振動接触電位差センサを位置決めするステップと、
前記非振動接触電位差センサと前記半導体ウェハとを互いに走査するように移動させて、前記非振動接触電位差センサのチップが、前記半導体ウェハによって規定される平面と実質的に平行にするステップと、
前記半導体ウェハに対する前記非振動接触電位差プローブの動きから、相対運動の発生とともに前記非振動接触電位差センサと前記半導体ウェハとの間の接触電位の変化を表す信号出力を発生し、前記非振動接触電位差センサに対して前記半導体の相対接触電位差を表すデータを出力するステップと、
高接触電位差変動性のエリアの場所を特定するために、前記データを処理するステップと、
高接触電位差変動性のエリアによって示される、前記半導体ウェハ上の任意の化学的な汚染物質を分類するために、前記データと既知のデータセットとを比較するステップと、
個々の化学汚染物質を改善するために、少なくとも１つの処理を自動的に決定するステップと、
前記半導体ウェハを洗浄するために、前記少なくとも１つの処理で前記半導体ウェハを処理するステップと
を含んでなる、半導体ウェハの表面の清浄度に関するデータを発生する方法。
【請求項２３】
エッジ検出応用を用いて、前記欠陥を検出するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記エッジ検出応用を用いて、前記欠陥を検出するステップが、
２つの異なるエリア間の境界においてＣＰＤセンサピーク信号を発生し、異なるしきい値を有する２つ以上の解像度でエッジ検出応用を適用し、全ウェハエリアにわたってエッジエリアによって汚染レベルを定量化することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ウェーブレットドメインに前記信号データを分解するステップと、
有限数のスケールで複数の係数を獲得するステップと、
ピーク信号を選択するステップと、
前記係数によって、前記データを逆順に再構成するステップと
を含んでなる、非振動接触電位差センサから信号データをノイズ除去する方法。
【請求項２６】
前記ピーク信号が、微細スケールでウェーブレット係数のみを選択して、しきい値に基づいて前記微細スケール係数を縮小することによって選択されるものである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記しきい値が、「Ｖｉｓｕ」、「ＳＵＲＥ」、「Ｈｙｂｒｉｄ」、および「ＭｉｎｉＭａｘ」からなる群から選択されるウェーブレットしきい値化方法によって決定されている請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記信号データが、「Ｃｏｉｆｌｅｔ」、「Ｄａｕｂｅｃｈｉｃｓ」、および「Ｓｙｍｍｌｅｔ」からなる群から選択されるウェーブレットを用いて、ウェーブレットドメインへと分解されている請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
一次ＲＣ回路として回路をモデル化するステップと、
非振動接触電位差センサ信号を離散時間伝達関数へと変換するステップと、
該離散時間伝達関数のインパルス応答を決定するステップと、
各データトラックを別々にデコンボルーションするステップと
を含んでなる、非振動接触電位差センサ信号から時間遅延を除去するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、一部継続出願に関連し、２００３年７月２９日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／６３１，４６９号の優先権を主張し、同出願は、２００３年２月３日に出願された米国仮特許出願第６０／４４４，５０４号の優先権を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、半導体ウェハおよび集積回路（ＩＣ）や検査により利益を得る任意の表面などの他の材料を検査するための方法およびシステムに関する。以下、本明細書に記載するシステムの接触電位差イメージングデバイスによって表面検査を受ける任意の材料を「ウェハ」と呼ぶ。さらに詳しく言えば、本発明は、イメージングによって顕微鏡的および巨視的な欠陥を特徴付け、非振動接触電位差センサを使用することによってウェハ表面上の接触電位差トポロジーを視覚化するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
絶対的な条件と半導体の資本設備投資において占める割合として、半導体の欠陥管理に関する世界市場が数十億ドル規模に成長している。一般的に、所与の利用レベルでの半導体作製工場の経済性、すなわち、スループットおよび歩留まりを決定する２つの要因がある。３００ｍｍウェハ、銅配線、および特徴（回路）サイズの縮小などの複雑な新規の技術により、作製の許容誤差がさらに低くなってしまうため、新しい検査技術は、歩留まりを高くしたまま、収支面からみた経済性を魅力あるものにするためには欠かせないものである。化学汚染および他のタイプの欠陥の検出および除去は、半導体製造業者らおよび設備供給業者らにとって常に考慮すべき対象である。処理用化学物質、処理用設備、および低質の取り扱い技術を用いることから、汚染が生じ得る。汚染物質は、例えば、金属、炭素、および有機化合物を含みうる。他のタイプの欠陥は、半導体結晶の亀裂、不適切な処理、不適切な取り扱い、欠陥のある材料を含む様々な原因から生じ得る。さらに、半導体産業に限定されるものではないが、ウェハの作製には多くの洗浄ステップが必要とされる。各ステップは、時間がかかり、特別な廃棄手順を要する可能性のある高コストな化学物質を要する。これらのプロセスを監視または制御するための既存の方法は、費用も時間もかかる。その結果、ウェハは、より長い時間期間、必要なものより多くの化学物質を用いて洗浄されることが多い。
【０００４】
欠陥の検出および特徴付けシステムは、インラインシステムとオフラインシステムとに分けることができる。「インライン」とは、ウェハが処理されるクリーンルーム内で行われる検査および測定をさす。「オフライン」とは、研究室や製造エリアから一定距離離れた位置にある別のクリーンルームである場合が多い、ウェハ処理クリーンルームの外側で行われる分析をさす。さらに、これらの分析技術の多くは、破壊的なものであり、生産ウェハを犠牲にするか、分析用に高コストな「モニタ」ウェハを使用する必要がある。インラインの検査および測定は、製造プロセスにおいて周期的に起こることがある問題を即座に特定し修正するために欠かせないものである。典型的な半導体ウェハが受ける個々のプロセスステップは、５００ステップを超え、完了するまで数週間かかることもある。各半導体ウェハは、最高１０万ドルの最終的な製品価値を有することもある。ウェハの作製に伴うステップ数が非常に多く、時間期間がかかりすぎるため、任意の時点において、多数の仕掛品が存在し得る。多数の（およびドル価値のある）ウェハが影響を受ける直前に、プロセス関係の欠陥を見つけて修正することが不可欠である。このような欠陥は、ウェハ、半導体、ＩＣ、または他のデバイスの性質にかかわらず、性能に好ましくない影響を及ぼし、生産性および収益性を落とす。
【０００５】
多くのタイプの欠陥および汚染は、全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ：Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）、気相分解誘導結合プラズマ質量分析（ＶＰＤ  ＩＣＰ−ＭＳ：Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、または二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などの既存のインラインツールを用いて検出できず、これらは、典型的に、高コストで時間がかかる（後述する）「オフライン」技術を用いて検出および分析される。これらの技術は、オフライン（ウェハを処理するために使用されるクリーンルームの外側）で用いられ、一般に、汚染を生じたプロセスステップ後に数時間、または数日かかるため、それらの価値は著しく制限される。
【０００６】
表１に、ウェハの検査および化学汚染の検出を行うためのいくつかのよく知られた技術が簡潔に記載されている。あるタイプの半導体分析または特徴付けに用いられたり、他のタイプの材料の他の表面検査に用いられたりする技術には非常に多くのものがあるため、いずれにせよ、このリストはあらゆるものを網羅したものではない。
【０００７】
【表１】
2006517349.tif 000003
【０００８】
表２は、各例示的技術のいくつかの主要な利点および欠点を要約したものである。一般的に、オフライン検出技術は、微量の汚染に対して感度が極めて高いが、低速で高コストであり、動作が複雑である。イメージングまたは表面マッピングの能力が制限されているか、まったくないものもあり、または本質的に破壊的なものもある。それに比べて、インライン技術は、高速で非破壊的であり、欠陥マッピングを与えるが、化学汚染の検出または分析能力が制限されている。
【０００９】
【表２】
2006517349.tif 000004
【００１０】
一般的に、既存のインラインウェハ検査ツールは、生産速度で動作し、欠陥を特定し、その場所を突き止めるために処理されるウェハ表面の像を発生する。しかしながら、これらの技術は、上述したように、化学汚染の検出力が非常に制限されている。レーザ後方散乱システムは、サブミクロンサイズまでの粒子の検出に制限され、光学顕微鏡システムは、目に見える汚れや残留物になる化学汚染しか検出できない。両技術とも、粒子または汚染の化学組成を特定したり分類したりすることができない。オフライン実験技術は、新しいプロセスおよび設備の清浄度を適切なものにしたり、故障分析の一環としてインライン設備によって検出された欠陥を分析したりするために用いられる。
【００１１】
これまで研究されてきた別のシステムは、接触電位差イメージング（contact potential difference：以下、「ＣＰＤ」とよぶ）の使用である。ＣＰＤとは、２つの異なる金属間の電気的接触と、それぞれの最大電子エネルギーレベル、すなわち、それぞれのフェルミエネルギーの差によって広がる電場とをさす。２つの金属が接触して配置されると、それぞれのフェルミエネルギーは、フェルミエネルギーが低い金属から、フェルミエネルギーが高い金属へ電子が流れることによって平衡状態を保つ。「振動ＣＰＤセンサ」とは、平行板コンデンサシステムにおいて、一方の金属を他方の金属に対して振動させることをさす。振動により、時間とともに容量が変化し、ひいては、表面プロファイルに関係する信号が変化する。また、非振動接触電位差（ｎｖＣＰＤ：ｎｏｎ−ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）センサを使用して片面が基準サンプルを通り過ぎるように並進運動することによって、ＣＰＤ信号を発生させることもできる。この並進運動により、高速走査が可能になる。
【００１２】
しかしながら、これらのｎｖＣＰＤセンサにもいくつかの問題が存在し得る。顕微鏡レベルで、ウェハの表面は、ウェハの厚み変動、表面上の材料、「湾曲」、および他の要因が原因となって平坦ではない。近接した位置にあるが、安全な（すなわち、良好な信号強度を高めるために表面に近接するが、ウェハ表面に影響を与える可能性を最小限に抑えるのに十分に離れた）距離でウェハを走査するために、適切なセンサの高さを計算し設定しなければならない。このようにして、ウェハ表面の上方のセンサの高さは、繰り返し可能な結果を生成するために測定し制御されなければならない。さらに、解像度および信号強度を高めるように、センサの高さを最小限に押させるために高さ制御も必要である。しかしながら、各特定のウェハに対して適切な高さにするには、高さの制御および測定は困難である。
【００１３】
ウェハ表面の上方のｎｖＣＰＤセンサの高さを制御するために、多くの市販されている高さセンサの１つを使用することができる。これを達成するために、追加のセンサのコストが必要となり、別の高さセンサによる測定に対してｎｖＣＰＤセンサチップの位置を決定するための較正作業の複雑性が増す。
【００１４】
関連する問題として、ｎｖＣＰＤ走査に関係する全ての距離測定に対して基準点を確立することが困難なことがある。像の生成に有益な測定データを生成するために、基準点が必要となる。
【００１５】
ｎｖＣＰＤセンサなどのいくつかのセンサシステムにおいて、ウェハの汚染エリアの場所を決めて測定するために、（低周波数信号および誘導ノイズ信号などの）信号の他の２つの成分から鋭いピーク信号を分離することが必要である。これは、鋭いピーク信号がノイズのように挙動するため、すなわち、高周波モードで極性を交互にする鋭いピークからなるため困難である。これにより、周波数ドメインのみに基づいた従来の高周波数フィルタは、ノイズにともなって鋭いピーク信号を著しく劣化するため機能しない。
【００１６】
さらに、ｎｖＣＰＤ信号は、一般的に、時間的に遅延しており、ｎｖＣＰＤ信号／像の品質に影響を及ぼす。サンプリング時間が長くなるため、時間遅延も大きくなる。プローブチップから、増幅器とデータ収集ボードとそれらの間の接続ラインを介して、Ａ／Ｄ変換器の出力までの電気信号経路をモデリングする等価ＲＣ回路によって、時間遅延を説明することができる。等価容量は、プローブとウェハ表面との間の容量、接続ラインの寄生容量、増幅器の内部容量、および他の知られている従来の影響と混合される。その結果、微小の特徴信号はほとんど検出できず、信号の大きさ、ひいては、信号対雑音比が小さくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、比較的少量の化学物質含有量およびウェハ上の物理的特徴を検出し、その場所を突き止め、そして分類するための高速、高コスト、および効果的な手段が強く望まれている。さらに、高さ制御などのセンサ制御機構のコストおよび複雑性を最小限に抑えるシステムが望まれている。さらに、信号処理が高められた方法およびシステムが望まれている。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、半導体ウェハおよび他の電子デバイスなどの任意の材料の表面を検査するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００１９】
本発明の追加の目的は、半導体ウェハまたは集積回路デバイス上の表面欠陥の像を提供するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる別の目的は、パターン認識によってウェハ表面欠陥の異なるクラスを特定するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、表面欠陥の状態、電場の変動、酸化物の状態、および化学汚染を含むが、これらに限定されるものではない半導体ウェハ上の表面欠陥のカテゴリーを分類するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２２】
また、本発明の追加の目的は、半導体ウェハ表面の欠陥から生じる静電場を感知するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２３】
本発明のさらなる別の目的は、半導体ウェハの表面上の薄い誘電膜の存在を検出し、ピンホール、バブル、剥離、または膜下の汚染などの膜欠陥を検出するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、半導体ウェハの表面上の酸化物状態の変動を感知するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２５】
また、本発明のさらなる目的は、光学検査システムによって最初に特定された半導体ウェハ上の微粒子汚染物質を分類するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、半導体ウェハのドーパント濃度の変動を検出するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２７】
本発明の別の目的は、半導体ウェハの表面品質を検査するためにｎｖＣＰＤセンサを使用するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２８】
本発明のさらなる別の目的は、半導体ウェハの表面特性を評価するための他の検査システムと組み合わせたｎｖＣＰＤセンサの改良された方法およびシステムを提供することである。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、半導体ウェハ上の欠陥の異なる接触電位特徴のトポロジー像を生成するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００３０】
また、本発明の目的は、ウェハ表面上のポテンシャル場の外乱によって特徴付けられた超顕微鏡的、顕微鏡的、および巨視的な表面欠陥を特定するために、半導体ウェハの表面を高速走査するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００３１】
また、本発明の目的は、洗浄プロセスが全ての汚染物質を除去したかを決定し、汚染物質の除去や不要な処理ステップの実行に必要な時間より長い間、ウェハを洗浄する時間およびコストを回避するために、半導体ウェハの清浄度を検出するための改良された方法およびシステムを提供することである。
【００３２】
上述した各々の場合において、ウェハ表面は、ウェハの正面（パターン化された面）、ウェハの背面（パターン化されていない面）、または材料のタイプにかかわらず、ウェハや検査を受ける表面のエッジをさすものであり得る。
【００３３】
本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下に記載する添付の図面と組み合わせて、本発明の好ましい実施形態の以下の記載から容易に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明により、比較的少量の化学物質含有量、および半導体製品、集積回路デバイス、またはこのような検査から利益を受けるであろう任意の材料に限定されるわけではないが、このようなウェハ上の物理的特徴を検出し、その場所を突き止め、および分類するとともに、センサ制御機構の複雑性を最小限に抑え、信号処理を高めることができる高速、高コスト、および効果的な手段であるウェハ検査システムが提供される。１つの好ましい例示的な実施形態において、本発明のウェハ検査システムは、半導体ウェハの表面上の欠陥を特定するためのステップを含む。好ましい実施形態において、これらのステップは、半導体ウェハを提供するステップと、非振動接触電位差センサを提供するステップと、非振動接触電位差センサに対して半導体ウェハを走査するステップと、非振動センサから接触電位差データを発生させるステップと、特定のタイプの欠陥に特徴的なパターンを自動的に検出するために、非振動接触電位差センサデータを処理するステップとを含む。
【００３５】
さらに、本発明のシステムにより、好ましい実施形態において、センサの基準点を決定するための方法が提供される。さらに、本発明のいくつかの実施形態において、システムは、センサの高さを決定するための方法を含む。さらに、本発明は、好ましくは、ウェハの高さが変動できるように走査高さを計算するための方法を含みうる。さらに、本発明の原理によるシステムは、好ましくは、ノイズの低減や信号の時間遅延の減少などによって、センサの固有の信号出力を高めるための信号処理方法およびデバイスを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の好ましい実施形態は、ｎｖＣＰＤセンサの改良された使用に関する。特に、図１は、ｎｖＣＰＤ走査システム１０の１つの好ましい形態の構成部品および動作の機能ブロックの流れ図を示す。ｎｖＣＰＤセンサ１２（図２を参照）は、互いに近接してもたらされた２つの異なった材料間で発生した電圧である接触電位差の現象に基づく。図２に、この概念の図が示されている。ウェハ走査システム１０の場合、センサチップ１３は、第１のプレート１４を形成し、ウェハ表面１６を有するウェハ１５は、第２のプレート１８を形成する（図２を参照）。（一般的に、固体のフェルミ準位と、金属において、表面のすぐ外側にある電子の像電位を含む、固体の外側にある空間の自由エネルギーとの間のエネルギーの差である）固有の仕事関数を備えた伝導性材料から、プローブチップ表面２０の第１のプレート１４が作られる。ウェハ表面１６の第２のプレート１８は、半導体ウェハ表面１６の不規則性や、ウェハ表面１６上に堆積された汚染物質または他の材料に変動し得る仕事関数を有する。第１のプレート１４および第２のプレート１８が電気的に接続されると、それぞれの表面のフェルミ準位が平衡を保ち、それらの間に電場を形成する。センサチップ１３の仕事関数が固定されれば、電場の大きさは、第１のプレート１４と第２のプレート１８との間の距離と、第１のプレート１４と第２のプレート１８との間の相対誘電性と、ウェハ表面１６の仕事関数とに関係する。実際のところ、第１のプレート１４および第２のプレート１８は、急速に平衡を保つため、測定に必要なものがほとんど得られない。測定可能な電流の流れを与えるために、ウェハ表面１６に対してセンサチップ１２をある程度動かさなければならない。１つの実施形態において、ｎｖＣＰＤセンサ１２は、実質的に固定された距離で、表面にわたって動かされ、ウェハ表面１６が変動することにより、電流が流れる。
【００３７】
図３に、この概念の図が示されている。ｎｖＣＰＤセンサ１２からの電流の流れは、以下の式によりモデル化することができる。
【数１】
2006517349.tif 000005
式中、ＣおよびＶは以下のように定義される。
【数２】
2006517349.tif 000006
さらに、式中、ε0は自由空間の誘電率であり、εrは相対誘電定数であり、Ａはプローブチップの面積であり、ｄはセンサチップ１３とウェハ１５間の距離であり、Φはそれぞれの表面の仕事関数であり、ｅは電子の電荷である。Ｖの項は、ｎｖＣＰＤセンサ１２とウェハ１５との間の表面電位差として表すこともできる。さらに、ウェハ表面１６の表面電位は、欠陥により変動し得る。全表面電位は、下地材料の仕事関数に関係するが、ウェハ表面１６上の材料の吸着層によって影響を受けることもある。単層未満の材料でも表面電位に著しく影響を与えることが知られている。
【００３８】
【数３】
2006517349.tif 000007
の項は、ウェハ表面１６での仕事関数の変化に関係する。この項の大きさは、ウェハ表面１６での仕事関数の相対変化と、ウェハ表面１６にわたってｎｖＣＰＤセンサ１２が移動する相対速度とに関係することが分かる。図４に、これにより発生する信号の図が示されている。このようにして、本発明の原理によるシステムは、１次元の信号および２次元の像を発生可能であるが、３次元の像を発生させてもよい。
【００３９】
多くの欠陥は、ウェハ仕事関数または全表面電位の変動として存在し得る。ウェハ表面の化学的および物理的な（すなわち、幾何学的な）特徴および下地材料は、特定の部分またはウェハ表面上の単一点にも影響を及ぼす可能性があり、したがって、これらの特徴は、本発明の原理によるセンサによって検出可能である。例えば、ウェハ１５における半導体ドーパント濃度が変化すると、特徴的な仕事関数が変化する。さらに、銅を含むが、これに限定されることはない、ウェハ１５に拡散する他の材料の仕事関数も変化する。半導体材料（または測定を受ける任意の他の材料）内には、転位パイルアップ、亀裂、およびスクラッチなどの機械的現象が、局所的な仕事関数を変化させる局所的な応力を発生する。さらに、単層未満レベルでの原子または分子汚染の吸着層でも、認識可能な表面電位の変動を発生する。また、周囲のウェハ材料とは異なる表面電位を有するウェハ１６に堆積された粒子でも信号を生じる。ウェハ作製プロセスにおいて一般に使用される化学層は、ウェハの表面電位に影響を与える。例えば、残留ＣＭＰスラリーまたはフォトレジストは、本発明のｎｖＣＰＤセンサ１２によって検出可能な表面電位に局所的な変動を生じる。このような欠陥および化学物質は、ウェハ表面の検査を可能にする特徴的なシグネチャに関連付けられる。
【００４０】
【数４】
2006517349.tif 000008
の項は、ｎｖＣＰＤセンサ１２とウェハ１５との間のギャップの変化、または相対誘電定数の変動に関係する。ウェハ表面１６にある幾何学的不完全またはウェハ表面１６上の粒子は、この成分に現れる。また、微分の性質により、この成分の大きさは、ウェハ１５に対するｎｖＣＰＤセンサ１２の相対速度が速くなるにつれて大きくなる。
【００４１】
前述したように、物理的または幾何学的な特徴および欠陥は、本発明の原理によるシステムを用いてイメージ化することができる。ウェハ欠陥の多くのクラスは、ウェハ表面１６の幾何学的変化として現れる。ウェハ１５自体には、表面の亀裂、スクラッチ、エッチングされたトレンチなどが、このような欠陥の非制限的な例であり、ウェハ表面の幾何学的変化と、結果的に伴う仕事関数の変化を生じる。さらに、ウェハ１５上に堆積した粒子により、プローブセンサチップ１３までの距離に局所変化として現れる。
【００４２】
また、ウェハ１５上の誘電体膜の変動も検出できる。一例は、シリコン基板上で成長した酸化物の状態（すなわち、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＯ3、ＳｉＯ4）の変動を検出することである。さらに、ウェハ上に一般に堆積された非伝導性材料の誘電性の変動を検出できるであろう。
【００４３】
多くの特徴が、幾何学的変化および化学的変化の組み合わせとして現れることを留意されたい。例えば、下地ウェハ１５とは異なる材料からウェハ１５上に堆積される粒子が変動を生じることもある。また、表面の亀裂が、局所仕事関数の変動を生じる応力を誘発することもある。
【００４４】
図５は、欠陥および汚染に対してウェハ１５を走査するために、ｎｖＣＰＤセンサ１２を適用するためのシステム１０の１つの形態を略図的に示す。図８Ａおよび図８Ｂは、システム１０の２つの別の動作の実施形態のより詳細な図を示す。図５のシステム１０は、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム２６、回転ウェハステージ２８、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３２を伴う高速データ獲得システム３０、およびＰＣ３２によって実行される制御ソフトウェアを含む。
【００４５】
図８Ａにさらに詳細に示すように、１つの実施形態において、ウェハ１５は、ウェハエッジ上に締め付け取り付け具５６を用いて、回転スピンドルまたはチャック５４（図１を参照）に取り付けられる。センサ位置決めシステム５０が、スピンドル５４に取り付けられたウェハ１５から一定の距離の位置に設けられたｎｖＣＰＤセンサ５２を含む。次いで、ウェハ１５（同図に図示せず）は、高速回転し、ｎｖＣＰＤセンサ５２は、周囲トラックでデータを収集するために迅速に移動する。図９に略図的に示すような走査手順は、走査トラック数、スピンドル５４の速度、センサ位置決めシステム５２の速度に応じて、数秒〜数分続く。次いで、データのトラックが合わせられて、ＣＰＤ像を形成する。これらのＣＰＤ像により、化学的および幾何学的欠陥を視覚化でき、それによって、ウェハ表面上に存在する欠陥のタイプを分類することができる。図１０Ａ〜図１５に、これらのＣＰＤ像のいくつかの例が示されており、同一のウェハの光学像と比較して、１００ｍｍウェハからの例が挙げられる（以下の例を参照）。本発明は、図２１Ａに示すように、１つの原子層の厚みパターンの像マップを発生可能である。図２１Ｂは、ウェハがプローブに対して回転されて、ウェハ表面の欠陥および特徴を通過するときの信号強度を示す。図２１Ｃに示すように、本発明は、実際に、単一の原子層より低い密度でスパッタリングされた金を検出している。
【００４６】
図９の走査手順によって発生した像を引き続き処理して、自動的に欠陥の場所を特定し、ひいては、高可変性のエリアの場所を特定する。理想的な表面は、平坦な信号を示すが、欠陥を有するウェハ表面は、信号にある程度の可変性を示す。欠陥があるエリアの場所を特定するために、既知の場所の小さなエリアにデータを分割する。これらのエリア内の信号の標準偏差を求める。欠陥があるエリアは、より高い標準偏差を示し、図６に、これらの結果を示す。欠陥があるエリアは、ウェハ１５のより低い可変性のエリアより明るく見える。これは、センサデータを処理するために、本発明の原理による多くの可能な方法の１つである。
【００４７】
より一般的に、以下の１つ以上によって、欠陥を特定することができる。
・ユーザ規定の値（しきい値）を超える電圧または電圧の変化（電圧のパターンまたは電圧の変化）を探すために、データを処理する。
・相関またはテンプレート整合のある形態によって欠陥を表す既知のパターンとデータとを比較する。
・空間データを周波数ドメインに変換した後、特有の空間特性で欠陥を表す周波数ドメインのピークを特定する。
【００４８】
また、分析結果をもたらすために、これらの技術と他の技術とを組み合わせることができる。また、信号を予め処理して、例えば、以下のような欠陥検出を行ってもよい。
・信号が微分であるため、ある一定の距離にわたって信号を積分して、ウェハ１５の表面にわたって相対ＣＰＤを表す電圧を生成することができる。
・ウェハ１５が「パターン化」されれば、処理前に、この既知のパターンをデータから除去することができる。これは、空間ドメインまたは周波数ドメインのいずれかにおいて、像または信号の減算の変動の従来の方法によって達成されてよい。
・周波数フィルタリングのある形態で信号を処理して、予想される欠陥のサイズ、形状、および他の特徴に応じて、高周波数または低周波数を除去してもよい。
・信号を処理して、当業者に公知の、いわゆる、「形態学的処理」を実行することによって、あるサイズの特徴を除去してもよい。
【００４９】
１つの実施形態において、欠陥が検出され、汚染レベルは、Ｃａｎｎｙエッジ検出アルゴリズムを含むが、これに限定されるものではないエッジ検出アルゴリズムに基づいて定量化される。多重解像度が使用されてもよく、または多重スケールやその組み合わせが使用されてもよい。図２２Ｂ〜図２２Ｆは、様々な解像度について、光学像（図２２Ａ）と比較したエッジ検出を示す。図２３Ｂ〜図２３Ｆは、様々なスケールについて、光学像（図２３Ａ）と比較したエッジ検出を示す。このような実施形態の好ましい例において、汚染が検出され、以下のステップを用いて定量化される。
・２つの異なるエリア間の境界において、ＣＰＤセンサピーク信号を発生する（ピーク信号は、「エッジ」、像処理項のように挙動する。したがって、エッジ検出によって汚染エリアの場所を特定することができる）。
・エッジ検出アルゴリズムを適用する（２Ｄ  Ｃａｎｎｙアルゴリズムなど）。
・異なるしきい値を有する多重解像度（それによって、様々なサイズの汚染を検出することができ、すなわち、より高い解像度（より低いしきい値）がより小さな汚染を見つける）。
・最も簡単な方法により、全ウェハエリアにわたってエッジエリアによって汚染レベル（ＣＬ）を定量化する。
【００５０】
前述したように、最適な結果を得るためには、センサの基準点を決定する必要がある。１つの実施形態において、基準点は、（Ｘ−Ｙ平面の）回転の中心と、（Ｚ軸上の）ウェハの表面の高さにある。この点を見付けるために、回転の中心とウェハの表面の高さを決定しなければならず、その後、高さのセンサは、ｎｖＣＰＤセンサのＺ位置と相関される。
【００５１】
回転の中心を見出すために、ｎｖＣＰＤセンサおよびモーションシステムを用いて、３つ以上の点でスピニングウェハの表面上での幾何学的または化学的特徴を見出す。ウェハがスピニングするため、特徴は円を描く。円の中心は、回転の中心である。円上の規定された円の直径の３つの明確な点（Ａ（ｘ1，ｙ1）、Ｂ（ｘ2，ｙ2）、Ｃ（ｘ，ｙ））の座標を与えると、その中心は以下の式によって代数的に得られる。
【数５】
2006517349.tif 000009
わずかな測定誤差により、異なる点セットが、わずかな異なる中心座標を生じることがある。回転の「真」の中心は、これらの点の軌跡（平均）であると考えられる。
【００５２】
１つの実施形態において、ウェハの表面に触れることなくウェハの表面の高さを見出すために、２つのセンサ、ｎｖＣＰＤセンサ、および高さセンサ（以下に記載する実施形態において、ｎｖＣＰＤセンサでありうる）を使用することができる。ｎｖＣＰＤセンサおよび高さセンサは、高さセンサで読み取り値が得られると、ｎｖＣＰＤセンサのチップのＺ軸座標が確認されるように較正される（この較正手順については以下に記載する）。この点で、高さセンサの読み取り値は、ｎｖＣＰＤセンサのＺ位置で相関される。その後、高さセンサを用いて、ウェハに触れることなくウェハの表面の位置を検出し、ｎｖＣＰＤセンサのチップをそれに応じて位置決めする。
【００５３】
１つの実施形態において、高さセンサは、２つの仮定に基づいて、ｎｖＣＰＤセンサのＺ位置と相関され、第１の仮定において、使用可能な範囲内で、高さセンサからの測定は、Ｚ軸において線形であり、定数ｋは、Ｚにおいて比例変化に対して高さ測定の変化をマッピングでき、第２の仮定において、高さセンサおよびｎｖＣＰＤセンサの相対位置は固定され、すなわち、２つのセンサは、単体としてではなく互いに対して移動でき、したがって、個別に移動できない。これらの仮定に基づいて、点Ｐは、較正が実行されるＸ−Ｙ平面において選択される。高さセンサは、Ｐの上方に配置され、高さセンサからの測定値ＨｍがＺ軸上の座標Ｚｈと相関される。次に、ｎｖＣＰＤセンサは、Ｐの上方に配置され、点Ｚｃに達するまで下方に移動する。ｎｖＣＰＤ信号は、センサチップが表面に接するときに著しく変化する。これらの値が知られると、ｎｖＣＰＤセンサのチップが表面に接する点のＺ値は、以下の式を用いて導き出される。
【数６】
2006517349.tif 000010
式中、Ｚsurfaceは、ｎｖＣＰＤセンサのチップが接する表面の高さである。
Ｚcurrentは、センサの現在の高さである。
Ｈcurrentは、現在の高さセンサ測定値である。
【００５４】
前述したように、再現可能な結果を生成するために、センサの高さは測定され制御されるべきである。また、本発明の原理による半導体ウェハ検査システムの高さを制御するために、ｎｖＣＰＤセンサを使用することも可能である。高さを制御するためにｎｖＣＰＤセンサを使用するために、システムは、プローブチップとウェハ表面との間に時間変化するバイアス電圧を適用する能力を与える。バイアス電圧が変動すると、プローブチップとウェハ表面との間の容量の関数である出力信号を生成する。プローブチップが表面に近くなるほど、出力電圧は大きくなる。高さと容量との関係が決定された後に、出力信号の大きさを用いて、センサの高さを計算することができる。信号の大きさは、最大振幅、標準偏差、ＲＭＳ、または当業者に公知の何らかの他の手段として計算することができる。
【００５５】
再度、ｎｖＣＰＤセンサの出力の式は以下の通りである。
【数７】
2006517349.tif 000011
電圧Ｖは、プローブチップとウェハ表面との間の接触電位差である。バイアス電圧が適用されれば、式は以下のようになる。
【数８】
2006517349.tif 000012
式中、Ｖｂはバイアス電圧である。ｎｖＣＰＤセンサが、ウェハの表面に対して移動しなければ（または比較的ゆっくりと移動すれば）、容量Ｃおよび接触電位差電圧Ｖは変化せず、式は以下のようになる。
【数９】
2006517349.tif 000013
【００５６】
バイアス電圧が、既知の固定周波数および大きさであるため、出力電流は、容量（Ｃ）の関数である。Ｃは、プローブチップとウェハ表面との間の容量と、回路の任意の浮遊容量との組み合わせである。容量と高さとの関係を表す関数は、ウェハ表面の上方の点でのｎｖＣＰＤプローブの高さを決定するために特徴付けられ、使用することができる。センサの高さが決定されると、走査ｎｖＣＰＤ測定を行うために、バイアス電圧をオフにすることができる。
【００５７】
しかしながら、いくつかの実施形態において、ウェハの一部分を走査する前に、高さプロファイルが高さセンサで確立された後、ｎｖＣＰＤセンサの走査高さが適切に調節される。図１８は、センサを位置決めするために、ウェハの高さプロファイルを利用する１つの実施形態を示す。高さプロファイルは、まず高さセンサを回転の中心まで移動させることによって決定され、その後、ウェハをスピンさせて、高さセンサは、エッジを感知するまでウェハのエッジの方へ動かされる。これにより、ウェハの直径が求められることに留意されたい。次いで、センサは、ウェハのフラット部分またはノッチ内になるまで、中心の方へと戻るように動かされる。この過程で獲得した１つ以上の高さ測定値が、プロファイルを確立する。ｎｖＣＰＤセンサ走査の適切な高さが、プロファイルに基づいて、特に、検出された最高の高さに基づいて計算される。
【００５８】
上述したように、本発明の原理により使用されるｎｖＣＰＤセンサは、ノイズのように挙動するピーク信号を発生することが多い。本発明の原理によると、ｎｖＣＰＤ信号とｎｖＣＰＤ像との両方に、ノイズ除去アルゴリズムを適用できる。１つの実施形態において、ｎｖＣＰＤ信号／像データは、「Ｃｏｉｆｌｅｔ」、「Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ」、「Ｓｙｍｍｌｅｔ」、および他のこのようなウェーブレットを含むが、これらに限定されるものではない利用可能なウェーブレットの１つを用いて、ウェーブレットドメインに分解される。次いで、ウェーブレット分解の結果として、一連のウェーブレット係数が、ユーザによって与えられた有限数のスケールで得られる。特定のスケールでの係数が、その係数に対応する点でのスケールに対応する周波数の大きさを表す。次いで、ｎｖＣＰＤ信号／像は、逆の順序で係数によって再構成することができる。
【００５９】
係数を調整し、再構成を実行することによって、ｎｖＣＰＤ信号／像の３つの成分（ピーク、低周波数、およびノイズ）を選択的に除去することができる。ｎｖＣＰＤ信号／像から低周波数成分を取り出すために、ｎｖＣＰＤ信号／像の低周波数成分が、粗いスケールで係数によって表されるため、微細なスケールでウェーブレット係数のみが再構成のために用いられる。ｎｖＣＰＤ信号／像からノイズを取り出すために、微細なスケールでの係数は、所与のしきい値に基づいて緩やかに縮小することができる。しきい値は、「Ｖｉｓｕ」、「ＳＵＲＥ」、「Ｈｙｂｒｉｄ」、「ＭｉｎＭａｘ」を含むが、これらに限定されるものではない、当業者に公知の多数の方法の任意のものを用いて決定することができる。ウェハ上の汚染に関係する鋭いピーク信号は、上述した２つのプロセスの後に生じるウェーブレット係数によって、実質的に隔離して再構成することができる。このようにして、ウェハの振動や揺動などのノイズを信号から除去することができる。図１９は、データをデコンボルーションまたはノイズ除去することなく、本発明の原理によるシステムによって生成された像を示す。図２０は、好ましい実施形態の原理によりノイズ除去された像の改良された解像度および鮮明度を示す。
【００６０】
ｎｖＣＰＤセンサを利用する本発明の原理による半導体ウェハ検査システムは、上述したように、時間遅延が生じることがある。しかしながら、本発明により、この時間遅延を除去するためのフィルタリング技術が提供される。最初に、時間遅延回路は、一次ＲＣ回路としてモデル化される。ＲＣ回路の連続時間伝達関数は、以下のように表される。
【数１０】
2006517349.tif 000014
式中、Ｘ（ｓ）およびＹ（ｓ）は、プローブチップでの入力電流信号およびデータ収集用の出力電圧測定値のラプラス変換であり、τは時間遅延定数である。
【００６１】
連続電流信号が供給され、増幅器によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器を介して離散信号に変換される。このように、最終段階でコンピュータによって収集されたデータは、一連の離散データである。デジタル信号処理に対して、ＲＣ回路の連続時間伝達関数は、Ｚ変換に基づいて、離散続時間伝達関数に変換される。この離散伝達関数は、以下の形をとる。
【数１１】
2006517349.tif 000015
式中、定数αおよびβは、使用する離散方法、サンプリング時間、時間遅延定数τによって決定される。
【００６２】
次に、好ましい実施形態において、離散伝達関数のインパルス応答が決定される。一般的に、インパルス応答は、次第にゼロに収束する有限数の正の離散値である。インパルス応答が見出されると、インパルス応答によるデコンボルーションプロセスは、各トラックデータに別々に実行される。
【００６３】
時間定数の予測が重要であり、正のピーク高さと負のピーク高さとを比較することによってアクセスすることができる。図１６は、一対の正のピークと負のピークがある場合の典型的なｎｖＣＰＤ信号を示す。正のピークが負のピークより高いことが示されている。時間遅延がゼロの場合、信号は図１７のようになり、正のピーク高さは、負のピーク高さと同等である。
【００６４】
正のピーク高さと負のピーク高さとを比較することによって、時間定数を正確に推定することができる。時間定数が実際よりも低く推定されていれば、前者のピーク（この例において、正のピーク）は、後者のピーク（この例において、負のピーク）より高い。時間定数が実際より高く推定されていれば、前者のピークは、後者のピークより低い。時間定数を変化させることによって、時間定数を正確に予測するために、正および負のピークの高さが同等であるときの点を見出してもよい。
【００６５】
以下の非制限的な例は、テストウェハの準備方法と、半導体ウェハ表面上にある欠陥状態、化学的状態、静電状態、および機械的特徴を特定するための特徴的像を感知する方法について記載する。
【実施例】
【００６６】
既知の濃度の汚染物質を含有する溶液にウェハ１５を浸漬コーティングすることによって、サンプルウェハを作ることができる。この例の一部は、ＣｕおよびＦｅなどの金属汚染物質について記載するが、この方法で任意の方法の化学汚染物質を評価することができる。記載するウェハ１５は、１００ｍｍまたは１５０ｍｍウェハのいずれかであるが、これらの例は任意のサイズのウェハに当てはまる。ウェハ表面１６は、酸化物を除去するために、ＨＦに浸漬することによって調整される。次いで、ウェハ１５が洗浄され、金属汚染物質溶液に部分的に浸漬される。ウェハ１５上に残る溶液の量、およびウェハ表面１６上の汚染物質の結果的に得られる濃度は、抽出速度などの浸漬コーティングパラメータを選択することによって制御される。
【００６７】
テストウェハ１５の部分浸漬は、洗浄から汚染されたエリアへの移行を作り出すために準備される。ｎｖＣＰＤ信号が微分であるため、ｎｖＣＰＤセンサ１２は、表面状況に関する絶対値とは対照的に、ウェハ表面１６での変化を検出する。ｎｖＣＰＤセンサ１２のこの態様は、ウェハ１５の表面上にある局所化された汚染を迅速にイメージ化し検出できることによってオフセットされる。
【００６８】
準備後、各テストウェハ１５は、ウェハ１５の浸漬エリアにある実際の測定濃度を測定するために、必要に応じて、ＸＰＳ、オージェ、およびＲＢＳ（または他の周知の表面分析方法）技術の適切な組み合わせを用いて分析することができる。図７に、サンプルウェハ準備プロセスに伴う各ステップが示されている。生産ライン手法において、通常の使用のためにｎｖＣＰＤデータに測定した実際の汚染濃度を相関させる基準を確立してもよい。
【００６９】
各サンプルウェハ１５が作られた後、本発明により構成された放射走査型ｎｖＣＰＤイメージングシステム１０を用いてイメージ化することができる。前述したように、図８Ａおよび図８Ｂは、ｎｖＣＰＤイメージングシステム１０の基本的な形態を示し、図９は、ウェハ処理の別の流れ図を示す。システム１０は、前述した３軸位置決めシステム２６上に取り付けられたｎｖＣＰＤセンサ１２を用いる。この位置決めシステム２６は、イメージ化されるウェハ表面１６の上方にｎｖＣＰＤセンサ１２を位置決め、ウェハ表面にわたって放射状にｎｖＣＰＤセンサ１２を走査するために用いられる。ウェハ１５は、ｎｖＣＰＤセンサ１２の下で高速（１８００ｒｐｍ）で回転するスピンドル上に載置される。システム１０は、ｎｖＣＰＤセンサ１２が、ウェハ１５の回転半径に沿ってステッピングされると、複数のデータの連続トラックを獲得することによって動作する。
【００７０】
イメージングシステム１０は、種々の表面分析実験用に使用されてきた。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、および図１１Ｂは、ウェハ検査用にイメージ化するｎｖＣＰＤセンサ１２を用いて発生したサンプルウェハ像を示す。像は、図１０Ａおよび図１１Ａに光学像を示し、図１０Ｂおよび図１１Ｂに１００ｍｍ形態のウェハ１５のｎｖＣＰＤ像を示す。第１のウェハ１５を洗浄した後、小型の真空ピックアップデバイスを３箇所でウェハ１５の表面に取り付けた。図１０Ａの光学像は、ウェハ１５の表面１６上での変化の形跡を示していない。図１０ＢのｎｖＣＰＤ像は、ピックアップデバイスを適用した場所で非常に大きな信号を示す。ｎｖＣＰＤ信号は、ピックアップデバイスによって表面１６上の残る少量の残留物の結果であると考えられる。
【００７１】
図１１Ａおよび図１１Ｂの第２の像セットは、スピニングされた後、乾燥させたアルコールを有するウェハ１５を示す。その結果の残留物は、図１１Ａの光学像に目に見えないが、図１１ＢのｎｖＣＰＤ像においてはっきりと目に見える。これらの像は、ウェハ検査用にｎｖＣＰＤセンサ１２の有益性の明確な証明を与える。欠陥状態および化学構成要素の全像を慎重に測定することで、特定の化学状態、欠陥、またはそれらの組み合わせと像を相関させることが可能である。
【００７２】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、ラテックスグローブマークの光学像と、ラテックスグローブマークのｎｖＣＰＤ像とをそれぞれ示す。図１３Ａおよび図１３Ｂは、人の指紋の光学像と、指紋のｎｖＣＰＤ像とをそれぞれ示す。図１４は、ステンレス鋼ツールでウェハ１５をブラシ磨きした後、ウェハ１５のｎｖＣＰＤ像を示し、図１５は、ウェハ表面１６にアルミニウム取り付け具を押し付けた後のウェハ１５のｎｖＣＰＤ像を示す。約３０秒の時間にわたって測定された約６０ミクロンの直径を有するプローブセンサチップ１４を有するｎｖＣＰＤセンサ１２を用いて、これらの例の像の全てを収集した。
【００７３】
本発明の好ましい実施形態を示し記載してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に示すように、より広範囲の態様において本発明から逸脱することなく、様々な変更および修正が可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】ｎｖＣＰＤ走査方法およびシステムの１つの実施形態を示す。
【図２】接触電位差手法の概念を示す。
【図３】ｎｖＣＰＤ走査方法を示す。
【図４】正および負の仕事関数の移行を通過する際のｎｖＣＰＤプローブの電流出力を示す。
【図５】ｎｖＣＰＤシステムの軸の配向を示す。
【図６】走査エリア内の信号の標準偏差を示す。
【図７】既知の濃度の汚染物質で部分的にコーティングされたテストウェハを作成するためのステップを示す。
【図８Ａ】ｎｖＣＰＤセンサを有する３軸線形位置決めシステムと、高速スピンドルに取り付けられたウェハとを有する走査ｎｖＣＰＤシステムの１つの形態を示す。
【図８Ｂ】走査ｎｖＣＰＤシステムの別の形態を示す。
【図９】放射状走査型ｎｖＣＰＤイメージングシステムの像収集プロセスの流れ図を示す。
【図１０Ａ】真空ピックアップデバイスの適用後の１００ｍｍ直径のシリコンウェハの光学像を示す。
【図１０Ｂ】図１０ＡのウェハのｎｖＣＰＤ像を示す。
【図１１Ａ】ウェハをスピンさせながらアルコールを適用し、アルコールが乾燥した後の第２のシリコンウェハの光学像を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａと同一のウェハのｎｖＣＰＤ像である。
【図１２Ａ】ラテックスグローブマークの適用後のシリコンウェハの光学像を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａと同一のウェハのｎｖＣＰＤ像である。
【図１３Ａ】ウェハ上に人の指紋があるシリコンウェハの光学像を示す。
【図１３Ｂ】図１３ＡのウェハのｎｖＣＰＤ像を示す。
【図１４】ステンレス鋼ツールでウェハ表面をブラシがけした後のシリコンウェハのｎｖＣＰＤ像を示す。
【図１５】アルミニウム取り付け具をウェハ表面に押し付けた後のシリコンウェハのｎｖＣＰＤ像を示す。
【図１６】高さが等しくない正のピークおよび負のピークを含むピークのセットである典型的なｎｖＣＰＤ信号を表す図表を示す。
【図１７】正のピークの高さが、負のピークの高さと実質的に等しい、本発明の１つの実施形態の信号出力を表す図表を示す。
【図１８】図９の「開始点および表面上方のプローブ高さ調節」ステップの詳細図である。
【図１９】デコンボルーション前のＮＣＶＰＤ処理されたウェハ像を示す。
【図２０】デコンボルーション後のＮＣＶＰＤ処理されたウェハ像を示す。
【図２１Ａ】ウェハパターンが自然酸化シリコンにわたって厚みのある１つの原子層である、本発明の原理により生成されたウェハマップを示す。
【図２１Ｂ】単一のプローブトラックに沿った信号強度のグラフである。
【図２１Ｃ】図２１Ａに示すウェハマップに対する信号強度と金の密度との関係を示すグラフである。
【図２２Ａ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いた２Ｄエッジ検出の光学画像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬）。
【図２２Ｂ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理より生成された２Ｄエッジ検出像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００００１、汚染レベル＝２４．５）。
【図２２Ｃ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理より生成された２Ｄエッジ検出像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００８、汚染レベル＝４．５）。
【図２２Ｄ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理より生成された２Ｄエッジ検出像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．０１、汚染レベル＝１．９）。
【図２２Ｅ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理より生成された２Ｄエッジ検出像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．０１２、汚染レベル＝１．１）。
【図２２Ｆ】多重解像度でＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理より生成された２Ｄエッジ検出像である（＃７ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．０１４、汚染レベル＝０．８）。
【図２３Ａ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬）。
【図２３Ｂ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００００１、汚染レベル＝２４．３）。
【図２３Ｃ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００５、汚染レベル＝９．６）。
【図２３Ｄ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００６、汚染レベル＝８．２）。
【図２３Ｅ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００８、汚染レベル＝６．９）。
【図２３Ｆ】異なるスケールでＣａｎｎｙアルゴリズムを用いて本発明の原理により生成された２Ｄエッジ検出の光学像である（Ｑｃｅｐｔ社の＃６ウェハをＣＭＰスラリーに浸漬、しきい値＝０．００９、汚染レベル＝６．４）。
【図１】
2006517349.tif 000016
【図２】
2006517349.tif 000017
【図３】
2006517349.tif 000018
【図４】
2006517349.tif 000019
【図５】
2006517349.tif 000020
【図６】
2006517349.tif 000021
【図７】
2006517349.tif 000022
【図８Ａ】
2006517349.tif 000023
【図８Ｂ】
2006517349.tif 000024
【図９】
2006517349.tif 000025
【図１０Ａ】
2006517349.tif 000026
【図１０Ｂ】
2006517349.tif 000027
【図１１Ａ】
2006517349.tif 000028
【図１１Ｂ】
2006517349.tif 000029
【図１２Ａ】
2006517349.tif 000030
【図１２Ｂ】
2006517349.tif 000031
【図１３Ａ】
2006517349.tif 000032
【図１３Ｂ】
2006517349.tif 000033
【図１４】
2006517349.tif 000034
【図１５】
2006517349.tif 000035
【図１６】
2006517349.tif 000036
【図１７】
2006517349.tif 000037
【図１８】
2006517349.tif 000038
【図１９】
2006517349.tif 000039
【図２０】
2006517349.tif 000040
【図２１Ａ】
2006517349.tif 000041
【図２１Ｂ】
2006517349.tif 000042
【図２１Ｃ】
2006517349.tif 000043
【図２２】
2006517349.tif 000044
【図２３】
2006517349.tif 000045
【国際調査報告】
2006517349.tif 000046
2006517349.tif 000047
2006517349.tif 000048
2006517349.tif 000049
2006517349.tif 000050
2006517349.tif 000051