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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Gerät, welches
eine Hochgeschwindigkeitsmessung einer tatsächlichen Form eines Wafers bzw.
einer Halbleiterscheibe zur Detektion einer Ebenheit, einer Dicke
und der Profile von beiden Oberflächen ermöglicht.
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Eine Änderung
in der Ebenheit oder der Dicke eines Wafers wurde bis dato entweder
mit einem optischen Verfahren unter Verwendung von Interferenzstreifen
oder durch ein physikalisches Verfahren unter Verwendung von Verlagerungssensoren,
welche beide Oberflächen
des Wafers abtasten bzw. scannen, durchgeführt.
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In
dem konventionellen optischen Verfahren wird eine Dickenänderung
aus Interferenzstreifen berechnet, welche zwischen einer Bezugs-
bzw. Referenzebene einer optischen Linse und einer Oberfläche eines
Wafers auftreten. Das Verfahren ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsmessung,
wo bei es jedoch notwendigerweise ein Vakuumspannfutter zum Anziehen
einer Rückseite
eines Wafers verwendet. Wenn der Wafer an ein Vakuumspannfutter
mit schlechter Ebenheit angezogen wird, wird der Wafer oft selbst
verformt. Die schlechte bzw. minderwertige Ebenheit des Vakuumspannfutters
ist wahrscheinlich mitumfaßt,
wenn ein Fehler in der Messung resultiert, sodaß die Dickenänderung
des Wafers nicht mit hoher Zuverlässigkeit detektiert werden
kann. Es besteht weiters der Nachteil, daß Aufspannrisse bzw. -fehler
dazu neigen, auf der Rückseite
gebildet zu werden, da der Wafer in direktem Kontakt mit dem Vakuumspannfutter
gehalten wird.
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Eine
Verwendung von Interferenzstreifen, die aus von beiden Oberflächen eines
Wafers reflektierten Lichtstrahlen abgeleitet sind, zur Detektion
einer Dickenänderung
ist in der
JP 01 143
906 A offenbart. In diesem Verfahren werden von einer Lichtquelle
emittierte Lichtstrahlen in übertragene
bzw. durchgelassene und reflektierte Strahlen durch einen Strahlenteiler
gesplittet bzw. aufgespalten, an beiden Oberflächen eines Wafers reflektiert
und dann Lichtdetektoren eingegeben. Optische Interferenzstreifen treten
in Übereinstimmung
mit einer Differenz in einem optischen Weg zwischen den übertragenen
und reflektierten Strahlen auf.
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Andererseits
wird in dem Verlagerungssensoren verwendenden physikalischen Verfahren
eine Abweichung in der Dicke eines Wafers auf der Basis von Positionssignalen,
die durch auf beiden Oberflächen
des Wafers vorgesehene Kapazitätstyp-
bzw. Kondensatortyp-Verlagerungssensoren detektiert werden, berechnet
und eine Dickenänderung
des Wafers wird berechnet, indem seine Rückseitenoberfläche als
eine ideal ebene Fläche
betrachtet wird. Die
JP
05 077 179 B2 offenbart beispielsweise das Vorsehen von
Verlage rungssensoren an Positionen die zu beiden Oberflächen eines
Wafers schauen, um Abweichungssignale von jedem Teil des Wafers durch
Drehen des Wafers zu erhalten.
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Das
Verlagerungssensoren verwendende physikalische Verfahren wurde üblicherweise
bis dato zum Detektieren einer Dickenänderung eines Wafers verwendet,
da eine Messung mit einer hohen Reproduzierbarkeit, ohne durch ein
Vakuumspannfutter bewirkte Defekte, erfolgt. Jedoch wird der Wafer
notwendigerweise zum Abtasten aufgrund einer kleinen Sonde des Verlagerungssensors
rotiert, so daß es
lange Zeit dauert, um eine gesamte Oberfläche des Wafers abzutasten.
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Wenn
ein an ein Vakuumspannfutter angezogener Oberflächenbereich des Wafers abzutasten
ist, wird der Wafer neuerlich gehalten und dann wird die Bewegung
der Sensoren in einen Schwingmodus zum Abtasten des verbliebenen
Oberflächenbereichs geändert, welcher
an das Vakuumspannfutter angezogen war, wie dies in der
JP 05 077 179 B2 offenbart ist.
Das neuerliche Halten verlängert
insgesamt eine Meßdauer
und erfordert schwierige Arbeiten.
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Da
der Wafer während
des Messens rotiert wird, kommen beide Oberflächen des Wafers in Kontakt
mit einer großen
Luftmenge. Ein derartiger Kontakt bedeutet ein Aussetzen des Wafers
an ein Anhaften von Teilchen, die in der Luft suspendiert sind. Es
werden auch Teilchen von dem Vakuumspannfutter an die Rückseite
das Wafers transferiert. Ein Anhaften von Teilchen beeinflußt die Meßergebnisse
oft nachteilig.
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Wenn
ein Wafer mit einem Verlagerungssensor abgetastet wird, wird ein
Umfangsbereich des Wafers nicht dem. Abtasten unterworfen, um ein
Einbeziehen von Rand- bzw. Kanteneffekten in detektierte Signale
zu vermeiden. In diesem Hinblick wurde der Umfangsbereich des Wafers
als eine nicht-meßbare
Zone betrachtet, was in einer Verringerung eines für eine Messung
einer Dickenänderung
anwendbaren Oberflächenbereichs
resultiert.
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Für eine Messung
wird ein Wafer horizontal durch Anziehen seines rückwärtigen Zentrums
an das Vakuumspannfutter gehalten. Aufgrund dieser Halteelemente
sind Meßergebnisse
möglicherweise durch
die Schwerkraft als eine Vergrößerung des Wafers
in seiner Größe beeinflußt. Eine
Deformation des Wafers an seinem Umfang ist häufig als ein Fehler in Meßergebnissen
enthalten.
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Defekte,
die durch ein Halten eines Wafers mit einem Vakuumspannfutter bewirkt
werden, sind in einem optischen Verfahren zum Messen einer Dickenänderung
eines Wafers eliminiert, der in einem derartigen Zustand gehalten
wird, daß er
frei von einer Haltekraft ist, wie dies in der
JP 01 143 906 A offenbart
ist. Gemäß diesem
Verfahren, wird eine Messung einfach in einer kurzen Zeit durchgeführt, da eine
Dickenänderung
aus Interferenzstreifen berechnet wird, welche zwischen durchgelassenen
und reflektierten Lichtstrahlen auftreten, die auf beiden Oberflächen des
Wafers reflektiert werden. Obwohl die Dickenänderung lediglich aus den Interferenzstreifen
beurteilt wird, können
eine Wellung oder Neigung des Wafers, welche nicht von einer Dickenänderung
begleitet sind, nicht detektiert werden. Zusätzlich sind Beeinflussungen
durch in der Luft schwebende Teilchen, das Positionieren eines Wafers,
die Zusammenbaugenauigkeit von verschiedenen Elementen zu einer
Meßeinrichtung
usw. wahrscheinlich als Fehler in Meßergebnissen aufgrund des langen
Lichtweges inkorporiert, der notwendigerweise für ein Auftreten von Interferenzstreifen
eingerichtet ist.
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Um
die obigen Probleme zu lösen,
haben die Erfinder ein optisches Gerät zum Detektieren von Profilen
eines Wafers aus zwei Sätzen
bzw. Gruppen von Interferenzstreifen vorgeschlagen, welche zwischen
optisch flachen bzw. ebenen Linsen und beiden Oberflächen eines
Wafers auftreten, wie dies in der
JP-A 11-2512 vorgeschlagen ist. In diesem
Gerät ist
ein Paar von optischen Meßsystemen
an Positionen, die zu beiden Oberflächen eines vertikal angeordneten
bzw. abgestützten
Wafers schauen bzw. gerichtet sind, angeordnet. Das Gerät erlaubt
eine Hochgeschwindigkeitsmessung und genaue Messung einer Dickenänderung
ebenso wie von Profilen von beiden Oberflächen eines Wafers, sowohl ohne das
Anhaften von Teilchen als auch ohne Ausbildung von Fehlern bzw.
Sprüngen.
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Ein
Paar von flachen bzw. ebenen Linsen, welche jeweils zu einer Haupt-
bzw. Rückseitenoberfläche eines
Wafers schauen, muss in einem zueinander perfekt parallelen Zustand
angeordnet sein, um Interferenzstreifen zu produzieren, welche genaue
Profile von beiden Oberflächen
des Wafers darstellen. Jedoch tendiert die Parallelität dazu,
durch Schwankungen in der Raumtemperatur, Deformation der Linsenabstützelemente über die
Zeit usw. beeinflusst zu sein.
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Eine
schlechte bzw. unzureichende Parallelität ist ungünstigerweise als ein Fehler
in die Berechnung einer Dickenänderung
einbezogen, was in einem Fehlen von Zuverlässigkeit der gemessenen Daten
resultiert. Wenn der Einfluss der schlechten bzw. unzureichenden
Parallelität
eliminiert ist, kann das optische Messgerät zum Messen einer Dickenänderung
und von Profilen von beiden Oberflächen eines Wafers mit hoher
Genauigkeit und Zuverlässigkeit
herangezogen werden.
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US 4 860 229 A beschreibt
eine automatische Wafer-Ebenheit-Station,
welche ein Ebenheitsprofil eines Halbleiterwafers oder einer anderen
Probe aus Dickedaten bestimmen kann. Die Probe, von welcher ein
Ebenheitsprofil aufgenommen werden soll, ist derartig gelagert,
dass sie ihre natürliche Form
beibehält.
Ein Prozessor, welcher an einen kapazitiven Dickentastkopf und an
das Trägermedium gekoppelt
ist, arbeitet, um nacheinander jeden einer Vielzahl von vorausgewählten Punkten
der Probe in die Nähe
des kapazitiven Dickentastkopfes zu bringen, um die Dicke der Probe
an dem entsprechenden Punkt zu messen. Ein A/D-Konverter konvertiert
die Dickenmessung in Daten, die in einer Datentabelle im Systemspeicher
gespeichert werden. Der Prozessor arbeitet, nachdem die Datentabelle
für jede
Probe kompiliert wird, um das Ebenheitsprofil von einer Oberfläche relativ
zu einer wählbaren
Oberfläche
zu berechnen.
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JP 01 143 906 A beschreibt
ein Messinstrument, um die Parallelität zwischen vorderen und hinteren
Oberflächen
einer opaken Platte genau und schnell zu messen. Ein paralleler
Lichtstrahl wird in einen reflektierten Lichtstrahl und einen transmittierten
Lichtstrahl durch einen Strahlteiler aufgespalten. Reflektionsspiegel
M
1 und M
2 sind auf
optischen Pfaden L
1 und L
2 der
Teile der Lichtstrahlen i
1 und i
2 vorgesehen und es wird durch Winkeleinstellvorrichtungen
bewirkt, dass die optischen Pfade L
3 und
L
4 nach einer Reflexion zusammenfallen.
Daher erreichen zwei Teile eines Lichtstrahls im Uhrzeigersinn und
eines dazu entgegengesetzten eine Photodetektiervorrichtung phasengleich
und es gibt keine Interferenzstreifen in einem Sichtfeld. Ob Interferenzstreifen auftreten
oder nicht, hängt
davon ab, ob die obere und rückwärtige Oberfläche der
Probe parallel zueinander sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des optischen Gerätes, das
in der früheren
Patentanmeldung (
JP
11 002 512 A ) eine Hochgeschwindigkeitsmessung und präzise Messung
von Wafern vorgeschlagen wurde.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Hochgeschwindigkeitsmessung und genaue
Messung einer tatsächlichen
Form eines Wafers umfassend eine Dickenänderung und Profile auf beiden
Oberflächen zur
Verfügung
zu stellen, wobei eine tatsächliche Form
eines Wafers mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, selbst wenn optische
Elemente nicht zueinander parallel angeordnet sind. Das Ziel wird
erreicht durch Berechnung von Profildaten, die beide Oberflächen des
Wafers repräsentieren,
die durch ein optisches Messgerät
nach Rücküberprüfung bzw.
unter Berücksichtigung
von aktuell durch einen Verlagerungssensor, der an mehreren Punkten
des Wafers zur Verfügung
gestellt ist, detektierten Dickenwerten erhalten werden. Das neu
zur Verfügung
gestellte Verfahren vermeidet effizient Fehler, die aus einer schlechten
Parallelität
zwischen Lichtwegen von zwei optischen Meßsystemen abgeleitet sind,
aufgrund der Konsultation von aktuell detektierten Dickenwerten.
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Die
Aufgabe wird durch ein optisches Gerät mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Ein
bevorzugtes optisches Gerät
zum Bestimmen der tatsächlichen
Form eines Wafers umfasst ein Paar von optischen Meßsystemen,
welche an Positionen gegenüberliegend
den beiden Oberflächen
eines Wafers angeordnet sind, einen Wafer, welcher vertikal an seiner
Kante zum Herstellen von Interferenzstreifen, welche eine Ebenheit
der beiden Oberflächen
repräsentieren,
gelagert ist, und eine Dickenmesseinrichtung, welche an einem Umfang
des Wafers zum Detektieren der Dicke des Wafers an verschiedenen
Punkten angeordnet sind; wobei eine tatsächliche Form des Wafers aus
den Interferenzstreifen unter Einbeziehung der Dickenwerte bestimmbar
ist, welche durch die Dickenmesseinrichtung an den verschiedenen
Punkten gemessen wurden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
ein Paar von optischen Meßsystemen,
die an Positionen angeordnet sind, die zu beiden Oberflächen eines
an seiner Kante bzw. seinem Rand vertikal getragenen bzw. gestützten Wafers
schauen, und Dickenmesssensoren, die an einer Position oder Positionen
angeordnet sind, die zu einem Umfangsbereich von beiden Oberflächen des
Wafers schauen bzw. gerichtet sind.
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Jedes
optische Meßsystem
weist eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Messlichtstrahles, eine Kollimatorlinse
zum Gleichrichten des Messlichtstrahles in einen kollimierten bzw.
gleichgerichteten Strahl, eine optische Planfläche zum Übertragen bzw. Durchlassen
des kollimierten bzw. parallel gerichteten Strahls hindurch, einen
Lichtdetektor zum Empfangen der Messstrahlen, welche auf einer Oberfläche des
Wafers und auf einer Bezugsebene der optischen Planfläche reflektiert
sind und dann durch die Kollimatorlinse rückgeführt sind, und einen Computer
zum Verarbeiten von Interferenzstreifen auf, welche zwischen den
zwei an der Bezugsebene der optischen Planfläche und der Oberfläche des Wafers
reflektierten Lichtstrahlen auftreten. Profile von beiden Oberflächen des
Wafers werden aus den Interferenzstreifen, die beiden Oberflächen des
Wafers entsprechen, berechnet und eine tatsächliche Form des Wafers wird
aus den Profilen unter Berücksichtigung
der Dickenwerte, die mit der Dickenschablone bzw. -meßeinrichtung
an einer Mehrzahl von Punkten des Wafers tatsächlich gemessen wurden, bestimmt
bzw. erhalten.
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Dreieckprismen
können
anstelle der optischen Planflächen
verwendet werden. In diesem Fall treten beiden Oberflächen des
Wafers entsprechende Interferenzstreifen zwischen Bezugsebenen der Dreieckprismen
und beiden Oberflächen
des Wafers auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein neu vorgeschlagenes Profilmeßgerät unter
Verwendung von optischen Planflächen
gemeinsam mit einer Dickenschablome bzw. -meßeinrichtung zeigt.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein anderes, neu vorgeschlagenes
Profilmeßgerät unter Verwendung
von Dreieckprismen gemeinsam mit einer Dickenschablone bzw. -meßeinrichtung
zeigt.
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3 ist
eine Ansicht zum Erläutern
eines Fehlers, der durch eine schlechte Parallelität zwischen
zwei optischen Profilmeßsystemen
bewirkt wird.
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4 ist
eine Ansicht eines Profilmeßgerätes mit
einer darin installierten Dickenschablone.
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5 ist
eine schematische Ansicht, die ein Profilmeßgerät gemeinsam mit einer unabhängigen Dickenschablone
zeigt.
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6 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
einer Struktur einer Dickenschablone mit drei Dickenmeßsensoren.
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7 ist
eine Ansicht, die ein Modell zum Erklären des Verhältnisses
zwischen Dickenmeßpunkten
und einem Profil einer Rückseitenoberfläche eines
Wafers zeigt.
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8 ist
eine Ansicht zum Erläutern
einer Berechnung eines Profils einer Hauptoberfläche eines Wafers unter Berücksichtigung
von aktuell detektierten Dickenwerten.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine tatsächliche, durch Berechnung gemäß der vorliegenden
Erfindung erhaltene Form eines Wafers zeigt.
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AUSBILDUNG DER ERFINDUNG
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Erklärung, die
auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, offensichtlich.
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In
dem neu vorgeschlagenen, optischen Profilmeßgerät ist ein Wafer 1 zum
Messen seiner Profile an seiner Kante bzw. an seinem Rand durch
geeignete Elemente vertikal getragen bzw. abgestützt, wie dies in 1 gezeigt
ist. Aufgrund der vertikalen Abstützung ist der Wafer 1 in
einem Zustand gehalten, der frei von Spannungen durch Halteelemente,
wie einem Vakuumspannfutter, ist. Die vertikale Abstützung des
Wafers 1 an seiner Kante bzw. an seinem Rand ist auch wirksam
zum Messen einer im wesentlichen gesamten Oberfläche des Wafers, da kein nicht-meßbarer Oberflächenbereich
mit Stützelementen überdeckt
ist.
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Optische
Meßsysteme 10, 20 sind
an beiden Seiten des Wafers 1 angeordnet. Ein Lichtemitter 11, 21 in
jedem op tischen Meßsystem 10, 20 gibt
einen Meßlichtstrahl
bzw. -bündel 12, 22 aus.
Jeder Lichtstrahl 12, 22 aus dem Lichtemitter 11, 21 wird
durch einen Halbspiegel 13, 23 zu einer Kollimatorlinse 14, 24 und
dann als ein kollimierter bzw. parallel gerichteter Strahl durch
eine optische Planfläche
bzw. optisches, planes Element 15, 25 übertragen
bzw. durchgelassen, um auf jede Oberfläche des Wafers 1 aufzutreffen.
Ein Teil des Lichtstrahls 12, 22 wird auf der Oberfläche des
Wafers 1 reflektiert, wohingegen der Rest des Lichtstrahls 12, 22 auf
einer Bezugsebene der optischen Planfläche 15, 25,
die zu einer Haupt- bzw. Vorder- oder Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 ausgerichtet ist, reflektiert wird.
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Der
Meßlichtstrahl 12, 22,
der an der Oberfläche
des Wafers 1 reflektiert wird, gemeinsam mit dem Lichtstrahl 12, 22,
der an der Bezugsebene der optischen Planfläche 15, 25 reflektiert
wird, kehren durch die optische Planfläche 15, 25 und
die Kollimatorlinse 14, 24 entlang des umgekehrten
Weges zurück,
werden auf dem Halbspiegel 13, 23 reflektiert und
werden dann jedem Lichtdetektor 16, 26 eingegeben.
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Die
Lichtwege der Lichtstrahlen 12, 22, die auf beiden
Oberflächen
des Wafers reflektiert werden, sind unterschiedlich von den Lichtwegen
der Lichtstrahlen 12, 22, die an den Bezugsebenen
der optischen Planflächen 15, 25 reflektiert
werden. Da der Unterschied in dem Lichtweg einem Oberflächenzustand
des Wafers 1 an jeder Seite entspricht, treten Interferenzstreifen
bzw. -ringe, die Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 repräsentieren,
zwischen den Lichtstrahlen, die an den Oberflächen des Wafers 1 reflektiert
werden, und den Lichtstrahlen, die an den Bezugsebenen der optischen
Planflächen 15, 25 reflektiert
werden, auf. Folglich werden Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 aus den Interferenzstreifen berechnet.
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Die
Lichtemitter 11, 21 und die Lichtdetektoren 16, 26 sind
zu Computern 17, 27 geführt, die mit Monitoren 18, 28 ausgestattet
sind. Beide Interferenzstreifen, welche zwischen den Bezugsebenen der
optischen Linsen 15, 25 und beiden Oberflächen des
Wafers 1 aufgetreten sind, werden gleichzeitig in die Computer 17, 27 eingegeben.
Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 werden aus eingegebenen Daten der Interferenzstreifen
berechnet und in den Computern 17, 27 aufgezeichnet bzw.
gespeichert. Eine Dickenänderung
des Wafers 1 wird ebenfalls aus dem Profil der Hauptoberfläche unter
Annahme der Rückseitenoberfläche als
eine ideal ebene Fläche
berechnet und in den Computern 17, 27 gespeichert.
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Die
optischen Planflächen 15, 25 oder
die optischen Meßsysteme 10, 20 werden
oft mit schlechter Parallelität
positioniert. Eine schlechte Parallelität macht es schwierig, eine
tatsächliche
Form des Wafers 1 zu detektieren. Beispielsweise ist, wenn
Achsen C10, C20 der optischen Meßsysteme 10 und 20 voneinander
um einen kleinen Neigungswinkel θ,
wie in 3 gezeigt, abweichen, die dem Winkel θ entsprechende
Neigung als ein Fehler in Meßdaten
zur Berechnung einer Dickenänderung des
Wafers 1 enthalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein derartiger Fehler, der durch eine schlechte Parallelität bewirkt
ist, aus den Meßdaten
durch Berücksichtigung
von aktuell bzw. tatsächlich
durch eine Dickenschablone bzw. Dickenmeßeinrichtung 50, die
einen oder mehrere Verlagerungssensoren aufweist, gemessenen Dickenwerten
des Wafers 1 entfernt. Aufgrund der Entfernung eines derartigen
Fehlers sind Berechnungsresultate von einer höheren Genauigkeit mit hoher Zuverlässigkeit,
ist das Meßgerät einfach
aufgestellt und wird die Messung selbst einfach durchgeführt.
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Eine
Dickenschablone 50 kann zwischen den optischen Meßsystemen 10 und 20,
wie in 4 gezeigt, angeordnet sein, sofern die Dickenschablone 50 klein
genug ist. Die Dickenschablone 50 weist vorzugsweise eine
Struktur auf, die fähig
ist, sich zu einer Kante bzw. einem Rand des Wafers 1 zu
bewegen. Die Dickenschablone 50 kann auch unabhängig von
den optischen Meßsystemen 10, 20 angeordnet sein,
wie dies in 5 gezeigt ist.
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Dickenwerte
des Wafers 1, die durch die Meßschablone 50 gemessen
sind, werden dem Computer 17 eingegeben und mit Interferenzdaten von
dem optischen Meßsystem 10, 20 verschmolzen, um
eine tatsächliche
Form des Wafers 1 zu bestimmen. Die Dickenwerte des Wafers 1 werden
vorzugsweise gleichzeitig an drei vorbestimmten Punkten durch die
Dickenschablone 50 detektiert, welche drei Paare von Versetzungs-
bzw. Verlagerungssensoren 51, 52, 53 aufweist,
die in gleichen Intervallen bzw. Abständen entlang der Umfangsrichtung
des Wafers 1 in einer Position die zu den Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 schaut, angeordnet sind, wie dies in 6 gezeigt
ist. Jedes Paar von Sensoren 51, 52, 53 kann
ein nicht-kontaktierender, wie ein Kapazitätstyp-Sensor oder Lasertyp-Sensor sein. Die
Verwendung von drei Paaren von Verlagerungssensoren erlaubt eine
simultane Detektion von Dickenwerten an drei voneinander entfernt
liegenden Punkten des Wafers 1 ohne das Erfordernis, den
Wafer 1 zu drehen. Selbstverständlich kann nur ein Paar oder
zwei Paare von Verlagerungssensoren verwendet werden. In diesem
Fall wird der Wafer 1 relativ zu der Dickenschablone 50 zur
Bildung von Dickenwerten an wenigstens drei Punkten des Wafers 1 rotiert.
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Jeder
Sensor 51, 52, 53 ist in gleichen Abständen entlang
des Messkreises R, dessen Radius um δr kleiner als ein Radius des
Wafers 1 ist, in einer Position angeordnet, die sowohl
zu der Haupt- als auch der Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 nahe seinem Umfang gerichtet ist. In 6 sind
die Sensoren 51, 52 an den Spitzen eines Y-förmigen Trägers 54 angelenkt,
während
der andere Sensor 53 an einen anderen I-förmigen Träger gegenüberliegend dem
Träger 54 festgelegt
ist. Der Träger 55 ist
zu einer vertikalen Bewegung entlang einer Symmetrielinie zwischen
den Sensoren 51, 52 fähig. Ein Abstand zwischen den
Sensoren 51, 52 und dem Sensor 53 ist
auf einen Wert eingestellt, der dem Durchmesser des Wafers 1 entspricht,
um den Wafer 1 konzentrisch zu dem Messkreis R anzuordnen.
Ein Platz bzw. Raum zwischen den Spitzen des Y-förmigen
Trägers 54 dient
als Sichtfenster 56 zum Einstellen einer Umfangsausrichtung
des Wafers 1. Eine Bezugsmarkierung 57 ist an
dem Rand bzw. der Kante des Sichtfensters 56 in einer Mittelposition
zwischen den Sensoren 51 und 52 eingeprägt.
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Ein
Probewafer zw. zu untersuchender Wafer 1 wird in eine Dickenmesszone
entlang einer Richtung a durch eine Ladeeinrichtung (nicht dargestellt)
eingebracht. Der Wafer 1 wird in der Dickenmesszone so
gedreht, um eine Orientierungsmarkierung 2 des Wafers 1 auf
eine Position einzustellen, die der Bezugsmarkierung 57 entspricht.
Aufgrund der Einstellung schauen die Sensoren 51, 52, 53 an drei
Punkten in gleichen Abständen
entlang des Messkreises R zu den Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1. Von den auf diese Weise angeordneten Sensoren 51, 52, 53 erhaltene
Dickenwerte werden als gegenwärtig
bzw. tatsächlich
gemessene Dickenwerte des Wafers 1 an den drei Punkten
des Messkreises R, die jeweils von der Orientierungsmarkierung 2 um
einen vorgegebenen Winkel entfernt sind, bearbeitet. Nachdem die
Dickenwerte erhalten wurden, wird der Wafer 1 aus der Dickenmeßzone entlang
einer Richtung b durch eine Austragseinrichtung (nicht dargestellt)
ausgebracht.
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Die
Dickenmessung an den drei Punkten unter Verwendung der Sensoren 51, 52, 53 kann
entweder vor oder nach der Profilmessung des Wafers 1 unter
Verwendung des optischen Meßsystems 10, 20 durchgeführt werden.
Es ist jedoch bevorzugt, eine nicht zu große Verzögerung zwischen den zwei Meßarten zu
bewirken, um thermische Ausdehnungsfehler, die durch eine Temperaturänderung
bewirkt werden, zu verhindern. Die durch die Sensoren 51, 52, 53 gemessenen
Dickenwerte werden dem Computer 17, 27 eingegeben.
Der Computer 17, 27 berechnet eine tatsächliche
Form des Wafers 1 aus den Dickenwerten und Profildaten
wie folgt. In der folgenden Erklärung
wird eine Seite das Wafers 1, die zu dem optischen Meßsystem 20 schaut
als die ”Hauptoberfläche” bezeichnet,
wohingegen die andere Seite als die ”Rückseitenoberfläche” bezeichnet
wird. Es soll angenommen werden, daß drei Punkte A1,
A2, A3, auf dem
Messkreis R in Abstand von der Orientierungsmarkierung 2 unter
Winkeln von 50°,
170° bzw.
290° als
Dickenmeßpunkte
betrachtet werden, um ein Überlagern
der Zeichnungslinien zu vermeiden, wie dies in 7 gezeigt
ist.
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Zuerst
wir eine Bezugsebene H0 (nicht dargestellt)
auf der Basis eines Profils der Rückseitenoberfläche, das
durch das optische Meßsystem 10 erhalten
wird, definiert. Die Bezugsebene H0 ist
eine Regressionsebene, die aus Profildaten der Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 durch das sogenannte Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate
berechnet wird. Ein Punkt P1 auf der Rückseitenoberfläche des Wafers 1 nächst der
optischen Planfläche 15 wird dann
spezifiziert bzw. ausgewählt
und eine Ebene H1, welche den Punkt P1 inkludiert, wird parallel zur Bezugsebene
H0 spezifiziert. Drei Dickenmeßpunkte
A1, A2, A3 werden auf der Ebene H1,
in Übereinstimmung mit
der Orientierungsmarkierung 2, wie links in 7 gezeigt,
definiert. Ein Profil der Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 von dem optischen Meßsystem 10 wird auf
die Ebene H1 unter Berücksichtigung der Dickenmeßpunkte
A1, A2, A3 als Bezugspunkte projiziert, um projizierte
Punkte B1, B2, B3 zu berechnen, wie dies rechts in 7 gezeigt
ist.
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Von
den Sensoren 51, 52, 53 erhaltene Dickendaten
T1, T2, T3 werden jeweils zu den Punkten B1, B2, B3 addiert,
um Punkte C1, C2,
C3 zu berechnen, welche jeweils Höhen des
Wafers 1 in den Dickenmeßpunkten A1,
A2, A3 darstellen,
wie dies in 8 gezeigt ist. Die berechneten
Punkte C1, C2, C3 sollen auf der Hauptoberfläche des
Wafers 1 liegen.
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Die
berechneten Punkte C1, C2,
C3 werden zur Bestimmung des Positionszusammenhanges
der Hauptoberfläche
des Wafers 1 zu der Rückseitenoberfläche verwendet.
Da die Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 jeweils durch die optischen Meßsysteme 20, 10 gebildet
werden, wird eine tatsächliche
Form des Wafers 1, wie in 9 gezeigt,
erhalten, indem das Profil der Hauptoberfläche so eingestellt wird, um
Positionsdaten des Profils der Hauptoberfläche an den Dickenmeßpunkten
A1, A2, A3 jeweils mit den errechneten Punkten C1, C2, C3 zusammenfallend
auszubilden bzw. in Übereinstimmung
zu bringen.
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Wenn
die Profildaten der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 aus den optischen Meßsystemen 20, 10 unter
Berücksichtigung
von Dickenwerten, die aktuell durch die Sensoren 51, 52, 53 gemessen
werden, zusammengefügt
werden, werden die Formen der Haupt- und Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 unabhängig
unter Berücksichtigung
der tatsächlich
gemessenen Dickenwerte bestimmt. Eine tatsäch liche Form des Wafers 1 wird
so durch die Formen der Haupt und Rückseitenoberfläche des
Wafers 1 bestimmt.
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Selbst
wenn eine geringe Neigung θ zwischen
den optischen Meßsystemen 10, 20 besteht, wird
ein durch schlechte Parallelität
bewirkter Fehler durch die Profildaten eliminiert, die in Übereinstimmung
mit den aktuell gemessenen Dickenwerten verarbeitet sind. Eine Dickenänderung
des Wafers 1 wird selbstverständlich als ein Abstand von
der Rückseitenoberfläche zu der
Hauptoberfläche
der tatsächlichen
Form berechnet.
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Ein
schräg
einfallendes Verfahren, unter Verwendung von Dreieckprismen, anstelle
von optischen Planflächen 15, 25 kann
angewandt werden, wenn ein zu vermessender Wafer relativ rauhe Oberflächen aufweist.
In diesem Fall werden optische Meßsysteme 30, 40,
die in 2 gezeigt sind, an Positionen zur Verfügung gestellt,
die zu beiden Oberflächen
des Wafers 1 schauen. Jeder von einer Lichtquelle 31, 41 emittierter
Lichtstrahl wird um einen vorbestimmten Durchmesser durch eine Konvexlinse 32, 42 oder
dgl. Expandiert, durch eine Kollimatorlinse 33, 43 kollimiert
bzw. parallel gerichtet und durch ein Dreieckprisma 34, 44 übertragen
bzw. durchgelassen. Dreieckprismen 34, 44 weisen
Bezugsebenen auf, die zu beiden, Oberflächen des Wafers 1 schauen
bzw. gerichtet sind.
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Die
Lichtstrahlen werden teilweise durch die Dreieckprismen 34, 44 übertragen
bzw. durchgelassen und an beiden Oberflächen des Wafers 1 reflektiert,
während
die Reste auf den Bezugsebenen der Dreickprismen 34, 44 reflektiert
werden. Die Wege der Lichtstrahlen, die auf beiden Oberflächen des Wafers 1 reflektiert
werden, sind unterschiedlich in ihrem Abstand von den Wegen der
Lichtstrahlen, die an den Bezugsebenen der Dreieckprismen 34, 44 reflektiert
werden. Die unterschiedlichen Abstände entsprechen Profi len von
beiden Oberflächen
des Wafers 1. Folglich treten die selben Interferenzstreifen, wie
in dem in 1 gezeigten Fall, als Antwort
auf unterschiedliche Abstände
auf.
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Das
Meßlicht
wird auf Schirme 35, 45 projiziert, um Bilder
der Interferenzstreifen zu produzieren. Die Bilder werden durch
TV-Kameras 37, 47, gegebenenfalls durch Linsen 36, 46,
in Videosignale konvertiert und Computern 38, 48 eingegeben.
Die Computer 38, 48 analysieren die Videosignale,
um Profile von beiden Oberflächen
des Wafers 1 und auch eine tatsächliche Form des Wafers 1 in Übereinstimmung
mit aktuell durch die Sensoren 51, 52, 53 gemessenen
Dickenwerten zu berechnen. Die Berechnungsergebnisse werden in den
Computern 38, 48 gespeichert bzw. aufgezeichnet
und auf Monitoren 39, 49, sofern erforderlich,
angezeigt.
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Wenn
eine Dickenänderung
eines Wafers 1 auf diese Weise aus Profildaten entsprechend
beiden Oberflächen
des Wafers 1 unter Berücksichtigung von
mit der Dickenschablone 50 gemessenen Dickenwerten berechnet
wird, werden Meßergebnisse in
einem sehr kurzen Zeitraum verglichen mit einem konventionellen
Verfahren unter Verwendung von Verlagerungssensoren zum Messen einer
Dicke eines Wafers an zahlreichen Punkten erhalten. Eine Wellung
und Neigung des Wafers 1, welche nicht von einer Dickenänderung
begleitet sind, werden auch detektiert, da eine reelle bzw. tatsächliche
Form des Wafers 1 erfaßt
wird.
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Eine
Einbindung bzw. Integrierung von aktuell gemessenen Dickenwerten
beim Verarbeiten von Profildaten aus optischen Meßsystemen 10, 20 ermöglicht die
Entfernung eines durch schlechte Parallelität bewirkten Fehlers und stellt
genaue Meßergebnisse
mit hoher Zuverlässigkeit
sicher, selbst wenn Lichtwege durch optische Planflächen 15, 25 oder
die Bezugsflächen
der Dreieckprismen 34, 44 geringfügig voneinander
abweichen. Daher werden Meßergebnisse
ohne Beeinflussung durch ein fehlerhaftes Anordnen der optischen
Meßsysteme 10, 20, 30, 40 oder
ein fehlerhaftes Einbringen des Wafers 1 erhalten, und
die Meßoperation
selbst wird einfach durchgeführt.
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Die
Messung ist gemäß dem neuen
Vorschlag in einer kurzen Zeitdauer, selbst im Falle von großen Wafern
vollständig
bzw. abgeschlossen. Beispielsweise ist eine Zeit von 60 s oder weniger
ausreichend, um einen Wafer mit 300 mm Durchmesser zu inspizieren
bzw. zu überprüfen, inklusive
Einbringen/Ausbringen, Ausrichten und Eingeben von Bilddaten. Ein
Durchsatz wird mit mehr als 60 Wafern pro Stunde durch Kombination
eines Meßgerätes mit
einer Mehrzahl von Computern zur Bildanalyse abgeschätzt.
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Da
ein Wafer 1 vertikal an seiner Kante bzw. seinem Rand während der
Messung abgestützt
ist, sind die Meßergebnisse
frei von einer Beeinflussung durch eine Deformation des Wafers 1,
welche aufgrund von Schwerkraft auftreten würde, wenn der Wafer horizontalgehalten
wird. Die vertikale Abstützung
schützt
den Wafer 1 auch effizient vor Fehlern bzw. Kratzern. Zusätzlich wird
eine Kante des Wafers 1 offensichtlich durch Beobachtung
von Interferenzstreifen unterschieden, so daß im wesentlichen eine gesamte
Oberfläche
des Wafers 1 der Messung, ohne eine nicht zu vermessende
Fläche
nahe dem Umfang, unterworfen werden kann, wie dies in einem konventionellen
Verfahren unter Verwendung von Verlagerungssensoren der Fall ist.
Weiters ist eine Adhäsion
von in der Luft suspendierten Teilchen verringert, da der Wafer
in einem statischen Zustand während
der Messung gehalten ist. Lediglich eine geringe externe Kraft ist
zum Unterstützen
des Wafers 1 während
der Messung erforderlich, so daß ein durch
physikalische Deformation des Wafers 1 bewirkter Fehler
nicht in die Meßergebnisse
eingeht.
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BEISPIEL
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Ein
Einkristall-Siliziumwafer von 725 μm durchschnittlicher Dicke wurde
von einem Ingot bzw. Block mit 200 mm Durchmesser abgeschnitten. Nachdem
beide Oberflächen
des Wafers 1 poliert wurden, wurde der Wafer 1 für eine Profilmessung unter
Verwendung von optischen Meßsystemen 10, 20,
wie in 1 gezeigt, zur Verfügung gestellt.
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Drei
Paare von nicht-kontaktierenden Laser-Verlagerungssensoren wurden
als Dickenmeßssensoren 51, 52, 53 verwendet,
um Dickenmeßwerte an
drei Meßpunkten
A1, A2, A3, welche an voneinander in gleichen Intervallen
beabstandeten Positionen entlang eines Meßkreises R mit 180 mm Durchmesser
(wie dies in 6 gezeigt ist) vorbestimmt waren, zu
detektieren. Die Dickenwerte waren 725,4 μm im Punkt A1,
725,1 μm
in A2 bzw. 725,5 μm in A3.
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Profile
von Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 wurden aus Interferenzstreifen, die durch die
optischen Meßsysteme 20, 10 gebildet wurden,
errechnet und unter Berücksichtigung
der Dickenwerte, die durch die Sensoren 51, 52, 53 gemessen
wurden, zusammengefaßt,
um eine tatsächliche
Form des Wafers 1 zu bilden. Die Ergebnisse sind in 9 gezeigt,
in welcher die Profile der Rückseitenoberfläche (der
untere Bereich) und der Hauptoberfläche (der obere Bereich) des
Wafers 1 als eine 3-D Darstellung gezeigt wurden, welche
aus quadratischen Elementen mit jeweils 1 mm Abstand besteht. Eine
Ebenheit des Wafers 1 wurde als ein Abstand zwischen maximalen
und minimalen Dickenwerten unter den Dickendaten berechnet. Die auf
diese Weise erhaltene Ebenheit war 0,78 μm.
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Zum
Vergleich wurde der selbe Wafer 1 einer konventionellen
Messung unter Verwendung von Kapazitätstyp-Verlagerungssensoren
unterworfen. Der in diesem Fall erhaltene Ebenheitswert war 0,59 μm, ein wenig
kleiner als der erstere Wert. Ein derartiger kleinerer Wert war
durch eine schlechte Auflösung der
Verlagerungssensoren entlang einer Seitenrichtung des Wafers und
einem Einfluß eines
nicht-meßbaren Bereichs
des Wafers am Umfang, begründet. Das
heißt,
wenn ein Kapazitätstyp-Verlagerungssensor
für eine
Messung verwendet wird, ist eine Abweichung einer Höhe des Sensors
von einer Oberfläche eines
Gegenstandes durch eine Fluktuation der Kapazität dargestellt. Ein Dickenwert
in jedem Meßpunkt
wird als ein Mittelwert innerhalb einer Fläche von mehr als 10 mm2 erhalten, da der Meßpunkt eine Fläche von
wenigstens 10 mm2 benötigt.
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Wenn
andererseits, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung
(CCD) mit 256 × 256 Pixel
zum Analysieren der Interferenzstreifen eines Wafers von 200 mm
Durchmesser verwendet wird, ist eine Auflösung pro Pixel etwa 0,8 mm × 0,8 mm
= 0,64 mm2. Diese Auflösung ist zehn mal feiner verglichen
mit jener eines Kapazitätstyp-Verlagerungssensors.
Die Verwendung von Interferenzstreifen verbessert die Auflösung merkbar
und kleine Welligkeiten der Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers 1 werden auch detektiert. Weiters kann eine tatsächliche
Form des Wafers 1 selbst an seinem Umfangsbereich, wo die
Dicke dazu tendiert abzunehmen, genau erfaßt werden, indem Profildaten
unter Berücksichtigung
von aktuell gemessenen Dickenwerten berechnet werden. Meßergebnisse
basierend auf der tatsächlichen
Form sind bei hoher Zuverlässigkeit
in der Genauigkeit überlegen.
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Eine
für ein
Messen der Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen und
der Dickenänderung erforderliche
Zeit betrug 40 s pro Wafer, umfassend das Einbringen/Ausbringen,
Ausrichten des Wafers und Eingeben des Bildes. Im Gegensatz dazu
wurden, wenn der konventionelle Verlagerungssensor verwendet wurde,
die Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen nicht
meßbar
und es benötigte
1,5 min., um die Dickenänderung
des Wafers gleicher Größe zu detektieren.
Trotzdem fehlte es der in diesem Fall erhaltenen Dickenänderung
an Zuverlässigkeit,
verglichen mit dem Wert gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden, wie zuvor ausgeführt, Interferenzstreifen entsprechend
beiden Oberflächen
eines Wafers zum Detektieren von Profilen von Haupt- und Rückseitenoberflächen des
Wafers, verwendet und eine tatsächliche bzw.
reelle Form des Wafers wird aus den Profildaten unter Berücksichtigung
von aktuell gemessenen Dickenwerten berechnet, was den Ausschluß eines Fehlers,
der durch ein fehlerhaftes Anordnen von optischen Meßsystemen
oder ein fehlerhaftes Einbringen des Wafers bewirkt wird, ermöglicht.
Folglich wird eine präzise
Dickenänderung
mit hoher Zuverlässigkeit
aus der tatsächlichen
Form in einer sehr kurzen Zeit erhalten und die Messung selbst wird
einfach durchgeführt.
Die Profile der Haupt- und Rückseitenoberflächen, eine
Dickenänderung
und eine tatsächliche
Dicke werden ebenfalls aus der tatsächlichen Form erhalten. Die
Messung wird ohne Deformation des Wafers durchgeführt, da
der Wafer vertikal in einem statischen Zustand abgestützt ist,
der frei vom Einfluß der
Schwerkraft ist. Die vertikale Abstützung ist auch für den Schutz
des Wafers vor Fehlern oder Kratzern und vor einem Anhaften von
Teilchen wirksam, so daß der
Wafer seine ursprünglichen
Eigenschaften ohne Verschlechterung nach der Messung beibehält.