(57)【要約】【課題】【解決手段】本明細書に記載の様々な例示的実施形態において、システムおよび関連の方法は、基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬に関する。システムは、基板操作機構などの半導体処理ツール内に組み込むことができる。システムは、１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換するよう構成された変換器を備える。機械的パルスは、基板操作機構を通して基板に結合される。複数のセンサが、変換器の遠位に配置されており、音響的または機械的に基板に結合されるよう構成される。複数の遠位センサは、さらに、機械的パルスとパルスの任意の歪みとの両方を検出するよう構成されている。信号解析器が、複数の遠位センサに接続されており、検出されたパルスおよびパルスの任意の歪みをベースライン応答と比較する。【選択図】図１
2012526275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬システムであって、
１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換するよう構成された変換器であって、前記少なくとも１つの機械的パルスは前記基板に結合されるよう構成される、変換器と、
前記変換器の遠位に配置され、前記基板に結合されるよう構成され、さらに、前記少なくとも１つの機械的パルスと、前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みと、を検出するよう構成された複数の遠位センサと、
前記検出された少なくとも１つの機械的パルスおよび前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みを、ベースライン応答と比較するために、前記複数の遠位センサに接続された信号分析器と、を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、さらに、前記変換器の近位に配置され、前記信号分析器に接続され、前記基板に結合されるよう構成された複数の近位センサを備える、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記１以上の周波数は、電磁スペクトルの可聴帯域部分の範囲内にある、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記１以上の周波数は、電磁スペクトルの可聴帯域部分よりも高い、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記１以上の周波数は、単一パルスとして前記変換器に供給される、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記１以上の周波数は、一連の複数のパルスとして前記変換器に供給される、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記ベースライン応答は、計算モデル、品質保証基板、または、複数の基板の移動平均に基づく、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記システムは、半導体装置に関連する基板操作機構内に組み込まれる、システム。
【請求項９】
基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬方法であって、
変換器において、１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換する工程と、
前記少なくとも１つの機械的パルスを前記基板に結合するように前記変換器を配置する工程と、
前記基板に結合されるよう構成された複数の遠位センサを前記変換器の遠位に配置する工程と、
前記少なくとも１つの機械的パルスと、前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みと、を前記複数の遠位センサで検出する工程と、
前記検出された少なくとも１つの機械的パルスおよび前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みを、ベースライン応答と比較して、前記１以上の欠陥を検出する工程と、を備える、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記基板に結合されるよう構成された複数の近位センサを前記変換器の近位に配置する工程を備える、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、電磁スペクトルの可聴帯域部分の範囲内に含まれるように前記１以上の周波数を選択する工程を備える、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、電磁スペクトルの可聴帯域部分よりも高くなるように前記１以上の周波数を選択する工程を備える、方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記１以上の周波数を単一パルスとして前記変換器に印加する工程を備える、方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記１以上の周波数を一連の複数のパルスとして前記変換器に印加する工程を備える、方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記ベースライン応答を、計算モデル、品質保証基板、または、複数の基板の移動平均に基づかせる工程を備える、方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記１以上の欠陥が前記基板に存在するという結果に基づいて、前記基板の処分を決定する工程を備える、方法。
【請求項１７】
基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬システムであって、
１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換するための変換器手段であって、前記少なくとも１つの機械的パルスは前記基板に結合されるよう構成される、変換器手段と、
前記基板に接続し、前記少なくとも１つの機械的パルスと、前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みと、を検出するための第１の検出手段と、
前記検出された少なくとも１つの機械的パルスおよび前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みを、ベースライン応答と比較するための分析手段と、
を備える、システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、さらに、前記基板におけるインピーダンス不整合による前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みを検出するための第２の検出手段を備える、システム。
【請求項１９】
基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬システムであって、
基板操作機構であって、
１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換するよう構成された変換器であって、前記少なくとも１つの機械的パルスは前記基板に結合されるよう構成される、変換器と、
前記変換器の遠位に配置され、前記基板に結合されるよう構成され、さらに、前記少なくとも１つの機械的パルスと、前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みと、を検出するよう構成された複数の遠位センサと、
前記変換器の近位に配置され、前記基板に結合されるよう構成され、さらに、前記少なくとも１つの機械的パルスと、前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みと、を検出するよう構成された複数の近位センサと、
を備える基板操作機構と、
前記検出された少なくとも１つの機械的パルスおよび前記少なくとも１つの機械的パルスの任意の歪みを、ベースライン応答と比較するために、前記複数の遠位センサおよび前記複数の近位センサに接続された信号分析器と、を備える、システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記ベースライン応答は、計算モデル、品質保証基板、または、複数の基板の移動平均に基づく、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体処理の分野に関し、特定の実施形態においては、非破壊的試験によって基板の完全性を決定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の製造には、シリコン（Ｓｉ）またはシリコン系の基板が、しばしば用いられる。単結晶シリコン基板は、均一な格子構造を有する。ＩＣ製造で用いられるように、Ｓｉ基板は、通例、薄い円形ウエハの形態であり、インゴットから切り出され、１００ｍｍから３００ｍｍまで様々な直径を有する（ただし、この範囲外の直径、および、他の形状も利用される）。さらに、シリコン以外の元素半導体タイプが、ＩＣ製造でも頻繁に用いられる。これらの他の元素半導体（ゲルマニウムなど）は、周期表のＩＶ族に含まれる物質である。さらに、化合物半導体（例えば、元素の化合物、特に、周期表のＩＩＩ−Ｖ族およびＩＩ−ＶＩ族の元素の化合物）が、近年のＩＣ製造でよく見られるようになった。化合物半導体は、例えば、高速信号処理用途で利用されるＩＣを製造するために用いられることが多い。半導体合金（例えば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ、ＨＧ1-xＣＤxＴｅ）も、ＩＣ分野でより一般的になっている。さらに、例えば、二酸化ケイ素または石英フォトマスクと共に蒸着されたポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）基板などの非半導体材料（各々、ポリシリコンと共に蒸着された後、エキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）のアニーリング工程を施されてよい）も、ＩＣおよび関連の電気構造の特定の用途で利用されうる。
【０００３】
しかしながら、ＩＣ製造に用いられる基板の種類にかかわらず、基板上に製造されるＩＣの歩留まりを最大化するには、基板構造の完全性が欠かせない。基板内の構造的欠陥を判定する現行の技術としては、赤外偏光解消スキャン（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）（ＳＩＲＤ）、ならびに、フォトルミネセンスおよび光熱ヘテロダイン分光法（ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）をＳＩＲＤと組み合わせた技術が挙げられる。これらの技術は、転位、クラック、スクラッチ、および、異物微粒子など、明らかな結晶の欠陥を特性化することが可能であるが、これらの技術の各々は、基板をオフラインで分析する必要がある複雑かつ高コストの試験装置を含む。オフライン分析は、基板の総処理時間を大幅に延ばすか、あるいは、基板が完全に処理された後に基板完全性の結果を提供する。それでも、オフライン分析は、任意の製造または加工処理ラインにおいて、時間とコストを掛けている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付の図面は、単に、本発明の例示的な実施形態を図示したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【０００５】
【図１】基板における欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬システムの一例を示す概略図。
【０００６】
【図２】図１のシステム内で利用されるか図１のシステムによって生成されうる、実質的に均一な基板についての信号応答を示す例示的なグラフ。
【０００７】
【図３】図１のシステム内で利用されるかシステムによって生成されうる、表面を有する基板についての信号応答を示す例示的なグラフ。
【０００８】
【図４】図１のシステムを用いた際のセンサ受信信号応答を時間の関数として示す例示的なグラフ。
【０００９】
【図５】図１のシステムを用いた際の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）応答を周波数の関数として示す例示的なグラフ。
【００１０】
【図６】基板における不良部を検出するための方法の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記載は、本発明の主題を具現化するシステム、方法、および、技術の例を含む。以下では、説明の目的で、本発明主題の様々な実施形態の理解を与えるために、数多くの具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明主題の実施形態は、これら具体的な詳細事項がなくとも実施可能である。さらに、周知の動作、構造、および、技術については、詳細に示されていない。
【００１２】
本明細書で用いられているように、「または」という用語は、包括的な意味もしくは排他的な意味に解釈されうる。同様に、「例示的な」という用語は、何かの例すなわち例示を意味すると解釈され、目的を達成する好ましいまたは理想的な手段を必ずしも意味しない。さらに、以下で説明する様々な例示的な実施形態は、半導体試験方法に焦点を置いているが、実施形態は、開示が明瞭になるように与えられているにすぎない。したがって、例えば、様々な非半導体基板および構成要素に対する任意のタイプの非破壊的試験は、本明細書に記載されたシステムおよび方法の様々な実施形態を利用することが可能であり、本発明主題の範囲内にあると見なされる。
【００１３】
さらに、本明細書で説明する様々な例示的実施形態は、例えば、半導体基板における不良部（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）またはその他の欠陥を検出するためのシステムおよび方法を規定する。例示的な一実施形態では、基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬システムが開示されている。そのシステムは、基板操作機構（例えば、ロボットアーム、ピックアップツール、または、基板位置合わせ機構）などの半導体処理ツールに組み込むことができる。システムは、１以上の周波数を電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換するよう構成された変換器を備える。周波数は、音声スペクトルの範囲内にあってよい。あるいは、周波数は、基板の形状ならびに１以上の材料などの要素に基づいて超音波または亜音波周波数であってもよい。機械的パルスは、基板操作機構を通して基板に結合される。複数のセンサが、変換器の遠位に配置されており、音響的または機械的に、基板に結合されるよう構成される。複数の遠位センサは、さらに、機械的パルスとパルスの任意の歪みとの両方を検出するよう構成されている。他の例示的な実施形態に示すように、さらなるセンサを用いてもよい。パルスの歪みは、本明細書で説明するように、通例、基板の欠陥によって引き起こされる。信号解析器が、複数の遠位センサに接続されており、検出されたパルスおよびパルスの任意の歪みを、品質保証基板（ｋｎｏｗｎ−ｇｏｏｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）または基板の計算モデルのベースライン応答と比較する。基板を横断する信号の計算モデル化については、独立して当業者に周知であるため、本明細書では詳細に説明しない。
【００１４】
別の例示的な実施形態では、基板における１以上の欠陥を検出するための非破壊的信号伝搬方法が開示されている。その方法は、１以上の周波数を、変換器において、電気信号から少なくとも１つの機械的パルスに変換する工程と、少なくとも１つの機械的パルスを基板に結合させるように変換器を配置する工程と、変換器の遠位に複数のセンサを配置する工程と、を含む。複数の遠位センサは、基板に結合されるよう構成される。方法は、さらに、機械的パルスとパルスの任意の歪みとを複数の遠位センサで検出する工程を含む。検出されたパルスおよびパルスの任意の歪みは、１以上の欠陥を検出するために、ベースライン応答と比較される。これらの例示的な実施形態およびその他の実施形態の各々について、以下で詳述する。
【００１５】
上述の従来技術の設計上の制約は、半導体装置搬送モジュール内に設けることができる機械的または音響的信号トランスミッタ／レシーバ装置を提供することによって、部分的または完全に取り除くことができる。装置搬送モジュールは、例えば、ウエハ位置合わせ装置またはロボットハンドラを備えてよく、各々、独立して当業者に周知である。ウエハ位置合わせ装置は、半導体装置への挿入前に、ウエハまたはその他の基板をウエハ上のノッチまたはフラットまで回転させる。ウエハ位置合わせ装置は、半導体産業においては、測定ツール（ｉｎ−ｓｉｔｕおよびｅｘ−ｓｉｔｕの両方）および処理ツールなど様々な半導体装置で一般に用いられる。基板の欠陥または不良部の種類の具体的な詳細について本明細書では十分に開示されていないが、かかる欠陥は、独立して当業者に周知である。本明細書で開示されるシステムおよび方法の様々な実施形態を用いると、欠陥の存在がｉｎ−ｓｉｔｕで特定されるため、ＩＣ製造業者にとっては大幅な時間およびコストの削減になる。
【００１６】
図１を参照すると、使用中の非破壊的信号伝搬システム１００の例示的な実施形態は、基板１０１と、変換器１０３と、複数の遠位センサ１０７と、複数の近位センサ１０９と、を備える。非破壊的信号伝搬システム１００は、さらに、信号分析器１１５を備える。本明細書に記載するように、非破壊的信号伝搬システム１００は、半導体産業および同類の産業で用いられる様々な基板に対して機能するよう適合されることができる。したがって、特定の例示的な実施形態において、基板１０１は、シリコンウエハである。
【００１７】
非破壊的信号伝搬システム１００は、以下で詳述するように、例えば、変換器１０３から発生する音響的または機械的信号を用いることによって、基板１０１の完全性を判定する。変換器１０３は、機械的振動を基板１０１に与える。信号出力１１１が、変換器１０３によって生成される。複数の伝搬信号１１３が、基板１０１の格子構造に沿って伝搬される。例示的な実施形態では、伝搬信号は、複数の遠位センサ１０７および近位センサ１０９のうちの１以上で受信され、後述する１以上の方法で信号分析器１１５においてベースライン信号と比較される。基板１０１の欠陥によって引き起こされた複数の伝搬信号１１３の任意の歪みも、複数の遠位センサ１０７および近位センサ１０９によって受信される。これらの歪みについても、以下で詳細に説明する。
【００１８】
変換器１０３は、独立して当業者に周知の様々な種類の装置のいずれかであってよく、電気入力を音波または超音波出力に変換しうる。例えば、１以上の周波数の電気入力が、信号発生器（図示しないが、独立して当業者に周知である）から変換器１０３に提供されうる。信号発生器は、単一パルス、各パルス間に所定の時間を有する複数パルス、もしくは、１以上の周波数の連続パルス列を供給しうる。変換器１０３から得られる出力は、パルスもしくは１以上の周波数を基板１０１内の機械的振動として与え、信号出力１１１を生成する。特定の例示的な実施形態において、変換器１０３は、基板１０１の背面に一連の均一なパルスを印加する超音波トランスミッタである。さらに、本明細書の開示に基づけば、当業者にとって明らかなように、その他の周波数出力帯域が利用可能である。特定の材料の種類および基板の形状に対しては、より高いまたは低い周波数帯域が適切でありうる。
【００１９】
変換器１０３は、基板１０１の面またはエッジのいずれかで基板１０１と接触するよう配置される。変換器１０３が、エッジアライナまたはロボットピックアップツールに組み込まれる場合、変換器１０３は、通例は一方のエッジの付近で、基板１０１の背面と接触する。背面への接触は、基板の前面における粒子状汚染物質またはマイクロスクラッチの低減に有利である。非破壊的信号伝搬システム１００の様々な実施形態は、ＬＡＭ２３００（登録商標）Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）ＦｌｅｘＴＭ  Ｅｔｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍ処理ツール（米国カリフォルニア州フレモント、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ（登録商標）社製）などのプラズマエッチングツールの搬送チャンバまたはエアロック内に配置することができる。非破壊的信号伝搬システム１００の実施形態は、ロボットハンドラ、搬送機構、基板位置合わせ機構、もしくは、測定または処理ツールに関連するその他の基板操作要素上に直接配置されてもよい。
【００２０】
複数の遠位センサ１０７および複数の近位センサ１０９は、少なくとも２つのレシーバアレイを形成する。複数の近位センサ１０９は、一般に、変換器１０３からの信号出力１１１を、ほとんど変化しない状態で受信する。したがって、例示的な実施形態において、複数の近位センサ１０９からの出力は、複数の遠位センサ１０７の出力と比較されるベースライン信号として機能しうる。例えば、複数の遠位センサ１０７のうちの１以上のセンサの出力信号が、周波数シフト、振幅変化、位相シフトなどについて、複数の近位センサ１０９のうちの１以上のセンサの出力と比較される。代替的または追加的に、センサによって検出された伝搬信号は、品質保証基板のベースライン信号と比較することができる。別の代替的な実施形態において、伝搬信号は、移動平均が前のグループの基板に基づく移動平均信号と比較されてもよい。所与の動作または処理に対する必要に応じて、これらの比較技術の様々な組み合わせを容易に利用することができる。
【００２１】
特定の例示的な実施形態において、複数の遠位センサ１０７および複数の近位センサ１０９の各々は、変換器１０３によって伝搬される信号のレシーバとして機能する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ(micro-electromechanical systems)：独立して当業者に周知である）で構成される。複数の遠位センサ１０７および複数の近位センサ１０９は、信号出力１１１および検出された複数の伝搬信号１１３の両方に関する周波数、振幅、および、位相を中継する。
【００２２】
信号分析器１１５は、複数の遠位センサ１０７および複数の近位センサ１０９の各々に接続されており、分析済み信号の出力１１７を供給する。分析された信号は、例えば、デジタルオシロスコープ上に表示されてよい。特定の例示的な実施形態（図示しないが、当業者は、本明細書の開示を読めば理解できる）において、出力１１７は、簡単に上述したように、試験対象のウエハからの信号を、ベースライン、品詞保証基板、または、基板の移動平均からの予測信号応答と比較する自動システムに、分析済み信号を供給しうる。かかる自動システムは、ハードウェア、ファームウェア、または、ソフトウェア構造のうちの１以上に基づきうる。試験対象の基板とベースラインとの信号比較は、継続／中止の判断基準として機能し、処理環境における任意の基板の適合性を迅速に判定することを可能にしうる。
【００２３】
別の例示的な実施形態において、基板１０１は、処理前および処理後の両方に特性化され、その場合、システムによる基板分析に必要な時間が短いため、製品スループットへの影響がほとんどない。均一な周期的結晶構造を備えた完全性を有する基板について、複数の伝搬信号１１３は、基板の特定の構造寸法に基づいて、与えられた境界条件セット当たりに与えられたレシーバのアレイ（すなわち、複数の遠位センサ１０７または複数の近位センサ１０９のうちの１以上）にわたって均一に分布される。
【００２４】
均一かつ均質な構造を有する基板は、格子構造全体にわたる特性インピーダンスを有する。特性インピーダンスは、複数の伝搬信号１１３が基板を横切る時にそれらの信号を監視することによって、基板の構造上の完全性を評価する繰り返し可能な手段を提供する。例えば、ガウス音響パルスが所与のノードで基板１０１に印加されると、そのパルスはインピーダンスの関数として媒体に沿って移動する。インピーダンスは、（スペクトルの可聴帯域部分に含まれる信号が印加されると仮定すると）、基板の密度、基板内の分子間の距離、および、基板内での音の速度で構成される。
【００２５】
ここで、図２を参照すると、均一基板の信号伝搬グラフ２００は、基板の均一な二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）面にわたって移動する音響パルスを示す。均一基板の信号伝搬グラフ２００は、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）において１００×１００マトリクスのＳｉＯ2分子としてシミュレートされた（シミュレーションでは境界条件が無視されている）。ＳｉＯ2面に沿って伝搬するにつれて起きる信号の減衰と、表面の全幅にわたる波の分散に注意されたい。基板のエッジの干渉を考慮すると、基板の表面の完全なマップが生成されうる。次いで、マップは、基板の処理または操作後に生じうる表面または表面下の異常を検出する際に、測定された基板の応答と比較するためのベースラインとして用いられてよい。（直接的に示されていないが、基板内のバルク欠陥を検査するために、同様のマップを生成することもできる）。
【００２６】
再び図１を参照すると、基板１０１内での欠陥の発生は、信号経路を変化させ、それにより、複数の伝搬信号１１３を変化させる。欠陥の発生は、複数の伝搬信号１１３に関して基板１０１上または基板１０１内でインピーダンス不整合を引き起こし、信号のうちの１以上を変換器１０３に向かって引き返させうる。結果として、複数の遠位センサ１０７および近位センサ１０９によって観察される信号の分布に不均一が生じる。したがって、受信された信号の分布を分析することにより、複数のセンサに対する欠陥の相対位置と、欠陥の大きさとについての詳細が提供される。相対位置は、複数の遠位センサ１０７および近位センサ１０９の既知の空間分布に対して決定される。
【００２７】
顕微鏡的なクラックまたは格子転位の結果として、基板表面の完全性が変化する、すなわち不均一になると、格子構造の少なくとも一部においてノード間の距離が変化する。変化した距離は、信号の振幅および位相の両方をシフトさせる。結果として、信号は、均一（すなわち、均質）な表面上で測定された信号応答から逸脱する。不均一な基板における信号は、さらに、反射されて変換器１０３に向かって戻り、一方で、前方に伝搬する信号は、振幅が減衰する（図１の複数の伝搬信号１１３を参照）。
【００２８】
ここで、図３を参照すると、不均一基板の信号伝搬グラフ３００は、基板の不均一なＳｉＯ2面にわたって移動する音響パルスを示す。基板表面（ここでは、基板の上に位置するＳｉＯ2薄膜）の完全性が損なわれると、基板面は変化し、顕微鏡的なクラックを生じうる。したがって、格子構造内のノード間の距離が様々になる。格子構造の変動は、印加された信号の振幅および位相の両方をシフトさせ、均一な表面上で測定された時の信号の応答から逸脱させる（図２を参照）。信号は、さらに、反射されて発生源に向かって戻り、一方で、前方に伝搬する波は、振幅が減衰する。
【００２９】
不均一なＳｉＯ2面は、図２のシミュレーションで用いた１００×１００マトリクスの分子列における５つのＳｉＯ2分子の距離を長くすることによって、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）においてシミュレートされた。センサアレイによって、基板表面の両端で、放射された信号の振幅および位相を監視することにより、基板の表面領域全体にわたる変動が、定量化および定性化されうる。
【００３０】
したがって、特定の例示的な実施形態において、本明細書に記載の発明の主題は、ＩＣ製造に用いられる基板の完全性を検証するよう機能する。機械または音響変換器が、基板の背面と接触して配置される。基板の結晶構造を通して伝搬するパルスが生成され、センサアレイが信号応答を収集する。アレイの中点は、例えば、パルスの送信点（すなわち、変換器）から１８０°の位置に物理的に配置されてよい。基板構造内の顕微鏡的および巨視的なクラックが信号経路を変化させ、変化した信号経路を通して伝搬された信号の不均一な分布を引き起こすことを考えると、信号応答の分布を用いれば、システムは、基板の格子構造が維持されているか否かを判定することができる。したがって、システムは、処理前および処理後の両方における基板の完全性を測定することが可能であり、基板（シリコンウエハなど）が不必要に処理される前に、欠陥が検出されうる。
【００３１】
例えば、典型的なＩＣ加工処理において、シリコンウエハは、数多くのプラズマによる処理を施される。ウエハは、処理ツールにウエハを固定するために用いられる静電チャック（ＥＳＣ：electrostatic chuck）によって引き起こされる不均一なクランプ力と、チャンバ内でのウエハ配置によるウエハ表面上の温度の不均一、および、結果としてその後に起きるプラズマの不均一との両方によって生じる各プラズマ処理における応力、ならびに、ウエハに施された薄膜によって生じる応力を受ける。応力は、ウエハ上にヘアラインクラックを引き起こすことがあり、それによって、ウエハの完全性を損ない、処理後の機械的な操作中にウエハが完全破砕する可能性を高める。所与の基板上にＩＣを完全に製造するために複数のツールで実行されるプラズマによる処理工程の数のみを考えても、製造処理の任意の段階で基板の欠陥を検出することができれば、不十分な歩留まりを有することになる基板の処理に時間および費用の両方を多大に費やすことが防止される。結果として、所与の処理の開始時にかかる欠陥を検出することによって、時間、エネルギ、および、費用が大幅に節約される。欠陥の空間座標を記録して、後のｅｘ−ｓｉｔｕ分析のために読み出すことができるため、欠陥の根本原因解析を行うことができる。信号処理ユニットは、ウエハの表面またはバルクのいずれかを特徴付ける信号をホストコンピュータに供給しうる。信号処理ユニットからの出力は、複数のセンサの各々からの応答に基づいて、ウエハ完全性の程度および任意の欠陥の位置を示すことができる。
【００３２】
再び図１を簡単に参照すると、基板１０１に関して変換器１０３の配置および機械的接触再現性の両方を検証するために、実証試験が行われた。この特定の試験では、９５０ｍＶの２ｋＨｚ信号を、変換器１０３として用いた修正音声変換器（カリフォルニア州オンタリオ、Ｍａｃａｌｌｙ  ＵＳＡ  Ｍａｃｅ  Ｇｒｏｕｐ社製）に供給した。複数の遠位センサ１０７として、２つの圧電センサ（米国、バージニア州ハンプトン、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ社製）を用いた。基板１０１として３００ｍｍシリコンウエハを用い、修正されたアルミニウム動的位置合わせ固定具上に繰り返し配置した。試験設定からの出力１１７が、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＴＤＳ  ５１０４Ｂシリーズのオシロスコープ（米国、オレゴン州ビーバートン、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製）に供給された。対象となるフィーチャとして、ウエハノッチを用いた。対象のフィーチャから２ｍｍまたは４ｍｍの位置に、変換器１０３を繰り返し配置した。
【００３３】
ここで、図４を参照すると、センサ受信信号応答グラフ４００は、実証試験で用いた圧電センサの両方の周波数組成を示す。周波数シフト位置４０１は、音声変換器と、対象のフィーチャとの間の距離が増大した時に顕著になる。周波数シフト位置４０１は、距離が増大した時に、第１高調波周波数（すなわち、４ｋＨｚ）の振幅が増大し、基本周波数（すなわち、２ｋＨｚ）の振幅が減少したことを示す。
【００３４】
ここで、図５を参照すると、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）信号応答グラフ５００は、周波数領域における高調波シフトを示唆するが、それ以外は、図４の時間領域に基づくセンサ受信信号応答グラフ４００と同様である。第１の基本周波数シフト位置５０１は、音声変換器が対象のフィーチャから２ｍｍないし４ｍｍ離された時に、基本周波数の振幅が約１８％減少することを示す（横軸上に示された２ｋＨｚの基本周波数に注目）。同様に、第１の高調波シフト位置５０３は、音声変換器が対象のフィーチャから２ｍｍないし４ｍｍ離された時に、第１高調波周波数の振幅が約２３％増大することを示す（横軸上に示された４ｋＨｚの周波数に注目）。また、第２の高調波シフト位置５０５は、４ｋＨｚの第１高調波周波数の側波帯におけるシフトを示す。第２の高調波シフト位置５０５は、音声変換器が対象のフィーチャから４ｍｍの距離にある時にのみ生じる。
【００３５】
したがって、図４および図５は、信号応答の高調波成分が、音声変換器から対象のフィーチャまでの距離の関数であることを裏付けるものである。試験は、さらに、０．９９より高いＲ2相関で、不連続試行の間の再現性が高いことを明らかにした。信号（実証試験で用いた信号など）に可換性があることを考えると、それは、さらに２つの結論に直接つながる：（１）固定された変換器に対して、広帯域信号応答は、基板の表面上の所与のフィーチャの位置の関数である；および、（２）基板上または基板内のフィーチャを特定する方法は、基板上または基板内における任意の表面または分子の変動の存在を特定すること、ならびに、表面または分子の変動のサイズおよび位置を特定することの両方を可能にする。
【００３６】
図６を参照すると、フローチャート６００は、基板における不良部を検出するための方法の一例を示している。動作６０１で、基板（例えば、シリコンウエハ）が、変換器および複数のセンサと接触して配置される。変換器および複数のセンサは、通例、上述のように、処理ツールまたは測定ツールの一部に組み込まれる。次いで、動作６０３において、信号が変換器に印加され、結果として基板に印加される。本明細書で論ずるように、信号は、単一周波数信号または例えば矩形波の形態の広域帯信号のいずれかである様々な信号であってよい。また、正確な用途および用いる基板に応じて、周波数または周波数帯域は、電磁スペクトルの可聴帯域部分、超音波ないし音声スペクトル、もしくは、任意の高周波帯域またはより高い周波数帯域、に含まれうる。特定の用途では、音声スペクトルよりも低い周波数または周波数帯域（すなわち、亜音波周波数）が適切な場合もある。
【００３７】
信号が変換器に印加された後、複数のセンサのうちの１以上における応答が、動作６０５で測定される。明示されていないが、応答の測定は、例えば、測定動作の信号対ノイズ比を高くするために必要に応じて繰り返されてよい。応答測定処理の後または同時に、動作６０７で、ベースライン応答が準備される。ベースライン応答は、様々な方法で準備できる。例えば、本明細書で説明するように、ベースライン応答は、コンピュータ的に生成されたモデル、品質保証基板、基板応答の移動平均に基づくか、もしくは、本明細書の開示を読んだ上で独立して当業者が知る様々な他の手段によるものであってよい。
【００３８】
動作６０９で、複数のセンサのうちの１以上に対する応答が、ベースライン応答と比較される。次いで、基板について測定された応答がベースライン応答に一致するか否かの判定が、動作６１１でなされる。基板について測定された応答がベースライン応答に一致しない場合、基板の処分が、動作６１３で決定される。処分は、基板について測定された応答とベースライン応答との間の差に関する所定の大きさに基づいてよい。処分の結果は、例えば、単に処理ラインから基板を除去することを含みうる。あるいは、処分は、製造ラインの始めの方の処理で再加工するために基板を戻すこと、または、検出された欠陥の根本原因決定のためのｅｘ−ｓｉｔｕ測定に基板を送ることを含みうる。動作６１３で基板の処分の決定がなされると、動作６１５で、試験すべき任意のさらなる基板があるか否かに関するさらなる判定がなされる。例えば、既知のロットサイズ、基板の追跡識別番号、または、基板および基板キャリアの既知の数に基づいて、試験すべきさらなる基板が存在する場合、図６の方法例は、動作６０１に戻る。動作６１５で、試験すべきさらなる基板が存在しないと判定された場合、試験は動作６１７で終了される。
【００３９】
動作６１１で、基板について測定された応答がベースライン応答と一致すると判定された場合、方法例は、動作６１５に進む。次いで、試験すべきさらなる基板が存在するか否かが判定され、方法例は、上述のように続く。
【００４０】
当業者は、本明細書に記載の基板における不良部を検出するシステムおよび方法の例を処理ラインの複数のポイントで利用できることを容易に理解できる。例えば、酸化前の洗浄工程の前にＩＣ製造ラインにおいて、搬入されるシリコンウエハの測定を行うことができる。ウエハに対して処理フローが継続する時に、後の蒸着およびエッチング処理工程の各々の前に、さらなる測定を行うことができる。あるいは、ウエハは、プラズマによる処理を含む工程など、応力を引き起こす処理工程の直前または直後に走査されてもよい。当業者は、さらに、例えばフロントエンド処理において各ウエハを測定するために、総時間にほとんど影響を与えることなく、このシステムおよび方法を複数の処理および測定ツールに容易に組み込み可能であることを理解できる。
【００４１】
特定の例示的な実施形態を参照しつつ、本発明の主題の要旨について説明したが、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な変形および変更がなされてもよい。かかる本発明主題の実施形態は、本明細書において、個別にまたは集合的に、「発明」という用語で呼ばれてよく、それは、単に便宜上のものであり、任意の単一の発明または発明の概念（２以上が実際に開示される場合）に本願の範囲を自発的に限定することを意図するものではない。
【００４２】
本明細書に示された実施形態は、開示されている教示を当業者が実施することを可能にするために、十分詳細に説明されている。別の実施形態を用いたり本願から導いたりすることも可能であり、その際、本開示の目的から逸脱することなく、構造上および論理上の置換および変更を行うことができる。例えば、本明細書の開示は、特定の半導体基板に関する多くの例示的な実施形態を詳述している。しかしながら、本開示は、例えば、半導体処理ツール（上述のＥＳＣなど）の部分内の欠陥を検出および特性化するなど、非半導体の構成要素に適用されてもよい。さらに、図１の信号分析器など、いくつかの構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、または、それらの様々な組み合わせから構成されうる。したがって、発明を実施するための形態は、限定を意味するものではなく、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲と、その等価物全体とによってのみ規定される。
【００４３】
さらに、一例として本明細書に記載された構造的要素または動作に対して、複数の例が提供されてもよい。他の機能配分も想定され、本発明の様々な実施形態の範囲内に含まれうる。一般に、構成例において別個のリソースとして提示された構造および機能が、一体的な構造またはリソースとして実装されてもよい。同様に、単一のリソースとして提示された構造および機能が、別個のリソースとして実装されてもよい。
【００４４】
さらに、半導体産業と同類の多くの産業が、この歪み補正技術を使用できる。例えば、データストレージ産業における薄膜ヘッド（ＴＦＨ：thin film head）処理、フラットパネルディスプレイ産業におけるアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ：active matrix liquid crystal display）、または、微小電気機械（ＭＥＭ）産業は、本明細書に記載の処理および技術を容易に利用することができる。したがって、「半導体」という用語は、前述の産業および関連業界を含むものとして認識されるべきである。これらおよびその他のバリエーション、変形、追加、および、改良は、添付の特許請求の範囲によって表される本発明の範囲内に含まれる。したがって、明細書および図面は、限定ではなく例示を意図したものであると見なされる。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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