[发明专利]校准非振动式接触电势差测量结果以检测垂直于传感器运动方向的表面变化

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请涉及并要求2008年5月2日提交的美国申请No.12/151,054的优先权，该申请通过引用而全文包含在本说明书中。

技术领域

本发明涉及用来检查包括半导体表面和半导体材料在内的表面和材料的方法和系统。更为具体而言，本发明涉及利用振动式和非振动式接触电势差传感器检测并测量表面或亚表面的非均匀性和/或电荷的方法，从而在整个表面上建立任何非均匀性的精确存在关系。

背景技术

半导体设备的功能、可靠性和性能取决于使用清洁且均匀的半导体材料和表面。数亿资金和无数人工已经花费在研发、表征并优化用来制造和处理半导体材料的系统和工艺。这些工作的首要目的是制造极其清洁的材料和表面，这些材料和表面具有在整个晶片范围内均匀或均匀变化的预定属性和期望属性。为了表征并优化这些工艺和得到的材料，需要能检查并测量表面或主体的清洁度和均匀度。为了实时过程控制，需要能在表面范围内高速进行许多测量，并且采用不会损坏或污染半导体表面的方式来实现。

检查并测量表面的一种方法是采用非振动式接触电势差传感器。非振动式接触电势差传感器由半导体探头构成，该探头被定位靠近表面并电连接到该表面。探头和表面形成电容。由于两种材料的逸出功或表面电势不同，所以在探头尖端和表面之间形成电势。这种电势称为两个表面之间的接触电势差，或者表面电势差。探头尖端平行于该表面平移，或者该表面在探头下平移。表面上不同点的逸出功或表面电势变化，导致该表面和探头尖端之间的接触电势差发生变化。这种电势变化导致电流流入或流出传感器探头尖端。这种电流被放大，转化成电压，并被采样以形成表示被测表面范围内电势变化的连续数据流。非振动式接触电势差传感器可以以大于100000次采样每秒的速率提供连续数据流。高速的数据获取速率允许在短短几分钟内获得所有半导体晶片的高分辨率图像。

非振动式接触电势差传感器产生的信号是被测表面两种特征的结合——逸出功变化和表面高度变化。探头尖端的电荷由下式确定：

Q＝CV                    (1)

其中Q是探头尖端上的电荷，C是探头尖端和被测表面之间的电容，而V是探头尖端和该表面之间的接触电势差。

进入探头尖端的电流i是探头尖端上的电荷的导数，并且由下式给出：

i=dQdt=CdVdt+VdCdt---(2)]]>

电流i是两项之和：dV/dt项和dC/dt项。dV/dt项表示探头尖端和晶片表面之间的电压变化，而dC/dt项表示探头尖端和晶片表面之间的电容变化。探头尖端的电势在扫描操作过程中固定，所以dV/dt项的变化来源于被测表面范围内的电势变化。dC/dt项的变化来自探头尖端和晶片表面之间的距离变化，这通常来自晶片表面的高度变化。在大多数晶片表面扫描应用中，通过控制晶片表面上方探头尖端的高度、最小化晶片表面高度变化和/或通过施加DC偏置电压最小化探头尖端和晶片表面之间的平均电压，从而使来自电容变化的信号最小化。因此，电容信号可以忽略和可以不予考虑。

非振动式接触电势差传感器的一个重要特征是，它产生的数据是差分数据，这意味着它产生表示被测表面范围内表面电势或逸出功的差异或变化的数据。传感器的输出表示在传感器探头尖端相对于该表面的行进方向上的表面电势变化。传感器输出并不包括与传感器探头行进方向垂直或正交的方向上表面电势变化的任何数据。而且，传感器输出并不提供与探头尖端和被测表面之间任意一点的绝对电势差有关的数据。该传感器输出仅包含有关表面电势变化的信息。