JP6815336B2 - 静的縞パターンを使用した干渉ロールオフ測定 - Google Patents

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Description

優先権
本出願は、米国特許法第119条の下で、2015年6月30日に出願された米国仮特許出願第62/186701号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、参照によりその全体が本出願に援用される。
本開示は一般に、光計測装置及び光計測方法に関し、特に、半導体ウェハのエッジプロファイルといった表面プロファイルの測定及び特性評価のための装置及び方法に関する。
マイクロエレクトロニクスのリソグラフィ、光学及び他の分野における多くの用途は、基板の平坦度、エッジロールオフ、均一性、軸振れ及び他の寸法特徴に関する高精度の特性評価を利用する。半導体ウェハの準備及び加工といった用途においては、サブミクロン精度までの表面寸法の特性評価に特に関心が集まっている。
半導体ウェハの準備及び処理における当業者に周知の測定基準は、ウェハのエッジに関係するロールオフ量(ROA)と呼ばれる、又は線形ロールオフ量(L−ROA)と称される測定値に関係する。半導体ウェハのリソグラフィ加工がうまく行われるかは、研磨されたウェハのエッジ近くの機械的プロファイルの複数の様相に大きく左右され得る。ウェハの製造業者は、厳しい顧客の要求を満たすために、ウェハのエッジプロファイルを正確に特性評価し、注意深く制御しようと努める。業界で認められたROAの測定基準は、例えば、半導体製造装置材料協会(SEMI)によって、SEMI基準M69−0307として規定されている。
ROA測定は、ウェハのエッジ近くの領域の平坦度の特性をプロファイリングして、研磨誤差によって生じる平坦度の問題を識別するのに役立つ。従来のROAの測定は、典型的には、スタイラス又は単一点の光プローブを使用して行われる。略円形のウェハのエッジは、時間のかかる、かつ誤差を伴うプロセスで、外周に沿って8つの異なる半径方向角度、典型的には45°ごとに測定されるが、このプロセスは、コストの高い機器及び高度な訓練を受けた技術者を必要とし得る。
干渉法は、表面エッジプロファイルの特性評価の問題に対処するために使用されてきたが、若干不本意な結果もたらすものであった。例えば、従来の位相差干渉法を適用するには、試料表面と基準面とを極めて堅固な関係で保持し、また十分に振動が軽減される、専用の測定装置が必要である。典型的な位相測定アルゴリズムは、各画像取得間の位相変化に対する精密な機器調節によって、またウェハのエッジに沿った複数の角度増分でこのプロセスを繰り返すことによって、多数のインターフェログラムを取得するものである。必要なステップの数、測定システム及び環境に対する精度及び振動保護に必要な要件、並びに必要とされる合計時間を考えると、表面特性評価方法、特に半導体ウェハ及び非常に平坦な基板表面のエッジプロファイルの特性評価技術に更に適した方法には、改善の余地があると考えられる。
本発明のある実施形態によれば、基板のターゲット領域の表面輪郭を測定するための装置が提供される。上記装置は、測定光線を発するように励起可能な光源と、測定軸及び基準軸を規定するビーム分割素子とを含む。上記装置は更に、上記基板の上記ターゲット領域を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長の関数である所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダを含む。上記装置はまた、上記ターゲット領域の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサを含み、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される。上記装置は更に、上記撮像センサと信号通信し、記録された上記縞パターンから複数の周波数プロファイルを抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータを含み、各上記プロファイルは、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向において取得され、またプログラムされた上記命令は更に、上記周波数プロファイルに従って上記ターゲット領域表面の輪郭の変化を算出する。
追加の特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、当業者には「発明を実施するための形態」から容易に明らかとなるか、又は本記載及び特許請求の範囲並びに添付の図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるだろう。
以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれの単なる例示であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
添付の図面は更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は1つ以上の実施形態を図示し、本記載と併せて、様々な実施形態の原理及び動作を説明する役割を果たす。
本開示は、単なる非限定的な例として与えられている以下の記載及び添付の図面から、更に明確に理解されるだろう。
半導体ウェハの平面図 研磨された半導体ウェハのエッジロールオフを示す側面図 本開示のある実施形態に係るエッジロールオフ特性評価のための光学装置の構成要素を示す概略側面図 本開示のある実施形態に係るエッジロールオフ特性評価のためのシステムを示す概略側面図 図3Aの構成におけるカメラ又は他の撮像センサによって取り込まれた縞パターンから取得された例示的な搬送波を示す図 干渉縞をロールオフ測定に関連付ける例示的な図 干渉縞をロールオフ測定に関連付ける別の例示的な図 エッジロールオフデータ取得及び処理のシーケンスを示す論理流れ図 軸振れを示す側面図
発明の詳細な説明
本明細書において示され、説明されている図は、様々な実施形態に係る光学装置の動作及び製造の基本原理を説明するためのものであり、これらの図のいくつかは、実際のサイズ又は縮尺を示す目的で描かれていない。基本的な構造的関係又は動作の原理を強調するために、ある程度誇張した表現が必要な場合もある。
提供される図では、光学マウント、レーザダイオード用の電源及び回路基板の取付台、並びに他の特徴部分を含む、様々な支持用構成部品が図示されていない場合がある。本開示の実施形態は、多くのタイプの標準的なマウント及び支持構成要素のいずれかを使用することができることは、光学技術分野の当業者には理解され得る。
本開示の文脈において、「上部(top)」及び「底部(bottom)」、又は「〜の上(above)」及び「〜の下(below)」若しくは「〜の真下(beneath)」などの用語は、相対的な意ものであり、構成部品又は表面のいずれの必要な配向を示すものではなく、単に、視野、対向する表面、空間的関係、又は構成部品若しくは装置内の異なる光路を示し、区別するのに使用される。同様に、用語「水平(horizontal)」及び「垂直(vertical)」は、図に関して、例えば構成部品又は異なる平面内の光の相対的な垂直関係を説明するのに使用される場合があるが、実際の水平方向及び垂直方向の配向に対する構成部品の必要な配向を指示するものではない。
「第1の(first)」、「第2の(second)」、「第3の(third)」等の用語が使用される場合、これらは必ずしもいずれの順序又は優先関係を表すとは限らないが、ある要素又は時間間隔を別の要素又は時間間隔とより明確に区別するために使用される。これらの用語は、本開示及び請求項の文脈では、ある要素を別の同様の要素又は関連要素と明確に区別するために使用される。
本明細書では、用語「励起可能な(energizable)」は、電力を受け取ったとき、及び任意に許可信号を受信したときに、指定された機能を実行するデバイス又は一連の構成部品に関係する。例えばレーザダイオードは、レーザ光線を発するように励起可能である。
本開示の文脈では、用語「約(approximately)」がある測定値に関して使用される場合、これは、測定誤差の予想される公差の範囲内であること、及び実用上許容される不正確さを意味する。例えば、測定値差及び特定の用途に必要な精度に対して、ある程度の妥当な公差が許容される必要がある。
本開示の実施形態は、平坦基板のエッジの特性評価のための装置及び方法を説明し、これらは例えば、干渉法測定を可能にするように十分に鏡面反射する半導体基板又は他の基板のエッジに沿った、ロールオフを示す測定データを提供するために使用できる。有利には、本開示の方法及び装置は、速度及び測定精度の改善を支援できる。本明細書に記載の干渉法は、振動及び温度といった環境要因に対して特にロバストであることがわかった。半導体ウェハ又は他の基板の周縁に沿った多数の角度位置のそれぞれにおいて取得された単一画像は、基板エッジの、より詳細には表面の高さ及び高さの変化の、正確な特性評価のための十分なデータを提供する。速度の改善により、測定時間全体への影響を最小限に抑えて、この測定を既存のウェハ特性評価ツールに追加することが可能となり、更に場合によっては、一部のタイプの専用の検査機器が不要になり、これはウェハ製造業者にとって大幅な節約をもたらすことができる。
図1の平面図は、測定対象の半導体ウェハの一般的なパターンの基板10を示す。従来の検査では、0°、45°、90°、135°、180°、225°、275°、及び315°の角度で標識された各位置において測定が行われる。以下の説明では、基板10の平面をx−y平面と定める。
図2の断面側面図は、図1に示す標識位置A−Aといったエッジ14に沿ったROAを表すことができる特徴的なロールオフ曲線12を示す。最良適合線16は、図示されているように、エッジ14から3mm及び6mmの点P1及びP2などの2つの適切な表面点を使用して、ウェハの半径に沿って算出される。他の表面点は、最良適合基準として使用され得る。
図3Aは、本開示のある実施形態に係る、半導体ウェハ等の平坦基板10のエッジ特性評価のための光学装置20を示す。図3Bは、ウェハエッジ特性評価プロセスの制御及び報告を行う計測システム50を示す。
図3Aの構成では、広帯域の発光ダイオード(LED)を光源22として使用し、所定のスペクトル範囲にわたって分布する光エネルギを発生させる。本開示のある実施形態によれば、635nmを中心とするスペクトル領域に亘る測定光線72を発するように励起可能な、赤色LEDが使用される。この広帯域の光源照明を、レンズ24によって示されている1つ以上のレンズ等によってコリメートし、任意にスペクトルフィルタ26においてフィルタリングすることによって、例えば所望のコヒーレンス長に適した所望の光学帯域幅を得ることができる。光は、反射鏡28によってビームスプリッタ30に向けられる。ビームスプリッタ30は、上記光源照明を、干渉計32に、例えば干渉対物レンズに、そして基板10に向ける。干渉計32用の干渉対物レンズは、例えば、マイケルソン(Michelson)干渉対物レンズ、あるいはミロー(Mirau)対物レンズとすることができる。このタイプの対物レンズは、集光系、並びに内部ビーム分割素子74及び干渉縞の生成のための基準面34を含む。基準となるx軸、y軸、及びz軸が示されている。
図3Aの構成では、ビーム分割素子74は、測定光線72の測定軸OMと、基準光線の基準軸ORとを規定する。上記干渉対物レンズは、回転真空スピンドル又は他のアクチュエータ42の上方に配向され、この回転真空スピンドル又は他のアクチュエータは、基板ホルダ76としての機能を果たし、ウェハ又は他の基板10を測定するために保持する。干渉計32は、ロールオフを測定するために、基板10のエッジ部分等のターゲット領域78上へと上記光源照明を集束させる。その後、基板10の表面のターゲット領域78から戻った光及び基準面34からの基準光は、ビームスプリッタ30及び1つ以上のレンズ36を通って伝送されて結合され、縞パターンを形成し、この縞パターンはカメラ等の撮像センサ40で記録される。任意の焦点調整装置38は、以下で更に詳細に説明するように、例えば軸振れに起因する表面高さの変化を補償するために、干渉対物レンズ又は干渉計32の対応する光学素子の焦点を調整するための、検知構成要素及び作動構成要素となる。
基板10の表面は、干渉計32によって規定される測定軸OMに対してほぼ垂直に配向されるが、軸OMに対して垂直ではない。基板10は、軸Tに関して傾斜角Tθでわずかに傾斜しており、この軸Tは、基板10の表面の平面内にあり、図3Aに示されているように、基板10のエッジEに対して略垂直であり得る。傾斜軸Tは、測定軸OMに対して垂直である。
図3Aを参照して説明される傾斜構成は、傾斜軸Tに対して略平行な方向に延在すると考えられる密な縞パターンを生成する。傾斜軸Tに対する基板10の傾斜角Tθは、測定光線72の波長λ、撮像センサ40の画素分解能、及び取得された画像内の望ましい縞の数を含む複数の要因に従って、予め決定される。
本開示のある実施形態によれば、上記傾斜角は、以下の数式を使用して算出できる:
式中、Pは、取得された画像内の1つの縞当たりの画素数であり、FOVは、撮像センサ40の視野のy寸法である。例として、限定的ではないが、600nmの波長λを用いた場合に、Y方向1000画素及び5mmのFOVセンサ40において、1つの縞当たりの所望のP値が8画素である場合、傾斜角Tθは、約0.43°である。波長λが長くなると、傾斜角も大きくなる。P値は、縞の鮮明さにおいてコントラスト及び分解能が所望のレベルになるように選択される。所望のP値が減少すると、傾斜角は大きくなる。
傾斜角Tθ自体は、以下で更に詳細に説明されるように、取り込まれた干渉画像内の解析のために形成される縞の数を決定する。
図3Bは、半導体ウェハのエッジ特性評価のため、並びに他の実質的に透明な平坦基板及び曲面の表面特性評価のために、図3Aの光学装置20を使用する計測システム50の簡略図である。光学装置20の構成要素は、様々な角度間隔で基板10のエッジ近くから反射された結合光と、干渉対物レンズ内の基準面34から反射された光又はより詳細には基準光線とから形成された干渉縞を有する各画像を取得するために、プロセッサとして構成されたコンピュータ44と信号通信している。次に、コンピュータ44は、画像結果を処理し、結合光からの取得画像を解析して、基板の平坦部分に沿って得られた縞に従って搬送波周波数を算出し、また基板の平坦部分に沿って得られた縞と、基板のエッジ部分を表す縞とを比較して、測定されているウェハ表面のエッジ部分に亘る複数の縞パターン間の位相差を決定する。隣接する縞は、上述されているように、概ね傾斜軸Tの方向に、又は概ね傾斜軸Tの方向に沿って、延在すると考えられる。コンピュータ44は、算出された搬送波周波数及び基板のエッジ部分に沿って得られた縞パターンの位相差に従って、エッジロールオフを算出する。コンピュータ44は、エッジロールオフ算出の結果を表示するためのディスプレイ48、及び算出結果を記憶するためのメモリ46と信号通信している。コンピュータ44は、更なる算出又は記憶のために、ネットワークを介して異なるコンピュータプロセッサに結果を送信するための、ネットワークコンピュータとすることもできる。
図3Cは、図3Aの構成においてカメラ又は他の撮像センサ40によって取り込まれた縞パターンから取得された、2つの例示的な搬送波70を示す。各搬送波70は、測定表面の異なる部分に対応する縞パターンの一部から取得され、表面高さの差を決定するための算出を可能にする。位相差ΔΦは、以下で更に詳細に説明されるように、表面高さの差に関係する。
図3Aを参照して説明されるように、赤色LED等の広帯域光源を使用でき、これは低コスト、低エネルギという利点を有し、また多くの光を供給できる。レーザ光源は、過度のコヒーレンス(すなわち過度のコヒーレンス長)を有し、ウェハプロファイルの測定を劣化させるスペックルを発生させる傾向がある。更に、高コヒーレントな光源は、サファイアウェハなどの薄く透明な基板の対向する表面から2組の干渉パターンを生成できる。インコヒーレント光は、ビームスプリッタ30を通して顕微鏡対物レンズの入射瞳に光を結像する結像系によって集められる。この照明の構成は、ケーラー(Kohler)照明として公知であり、照明の効率を最大化する均一な照明フィールドを提供する。照明は、ビームスプリッタを通過して、戻り光をカメラ又は他の撮像センサ40に直接結像させることができる。干渉計32となる干渉対物レンズは、10mmの距離にわたってウェハプロファイルを測定するために、およそ10mmの視野を有することができる。
例として、図4Aは、撮像センサ40によって取得されたターゲット領域78の画像60aの一部を示し、これは干渉縞を示し、縞パターンのロールオフ曲線12aに関係する。画像60a及びロールオフ特性曲線12aに関して示されている画像の配向では、縞は、図4Aに示されている相対配向を有する傾斜軸Tに対して略平行な方向に沿って伸びる。図4Bは、ターゲット領域78におけるより著明なロールオフを示す曲線12bを有する画像60b内の別の例示的な縞パターンを示している。
図4A及び4Bに示されている例示的な垂直スライス52、54は、高さの差に対応する位相差を識別するために、取得画像が周波数成分について解析される方向を示している。すなわち、縞パターンの周波数成分は、縞が延在する方向に対して垂直に切り取られた(すなわち、傾斜軸Tに対して垂直に切り取られた)垂直スライスから分析される。本開示のある実施形態によれば、フーリエ解析を用いて、ロールオフ曲線12のエッジプロファイルを表す縞パターンを解釈する。図4A及び4Bの特定の例では、スライス52は、基板表面の基本的に平坦な部分に亘って切り取られる。スライス54は、ロールオフが観察される基板表面のエッジ近くの縞に関する縞パターンの変化を表す。実際には、複数のスライスを取得し、基板エッジの非常に正確な特性評価を提供できる搬送波の位相情報に関して解析する。連続して解析される垂直スライス(例えばスライス52及び54)間のいずれの適切なサンプリング間隔を用いて、図4A及び4Bの例に示すようなロールオフプロファイルをプロットできることが理解できる。
ウェハ又は他の基板10は、図3Aを参照して上述したように、光軸である測定軸OMに対してある斜角で少なくともわずかに傾斜した軸Tに沿って傾斜することに留意されたい。このわずかな傾斜は、エッジ近くのウェハの形状を算出するために使用される搬送波の縞パターンを形成するために使用される。また、全体の傾斜構成により、システムは、ウェハ表面の物理的変位又は厚み偏差に耐えることができ、更に短いコヒーレンス長の光源でも縞を生成できるようになる。
多くの従来の表面特性評価技術とは異なり、本開示の装置及び方法により、図4A及び4Bの各画像60a及び60bに示されているように、単一画像フレーム内に取り込まれた縞パターンを使用して、ウェハ又は他の基板の表面の一部を特性評価できることが理解できる。利用可能な画素分解能を生かすために、カメラ又は他のタイプの撮像センサ40を、例えばカメラ内の撮像センサレイを基板10に使用される傾斜軸Tと整列させることによって、縞パターンと整列させることができる。カメラ又は他のタイプの撮像センサ40を傾斜基板10と正確に整列させることによって、各垂直スライス52及び54は、カメラ又は他の撮像センサレイの画素列に対応する。スライス52及び54等の解析されるスライスは、略垂直に、例えば縞の範囲に亘って垂直+/−4°以内で切り取られる。スライス52、54を他の角度で切り取ることもできるが、略垂直な配向を使用することで、特に、スライス52及び54が撮像センサ40の画素列と整列したときに(図3A)、その後の算出が簡単になる。図4A及び4Bを参照して本明細書内で説明されているように、画像サイズの「タイル(tile)」を使用して局部的表面特性評価を実施できることは、基板のエッジプロファイルを提供するため、及び知覚可能な縞を生成するために入射測定光線の十分な反射を示す多くのタイプの平坦表面又は曲面又は不規則な輪郭の表面のいずれかの表面測定を行うために、有利であり得る。この方法は、不透明又は透明な基板と共に使用するために適用され得る。光源及び帯域幅を決定するために使用されるフィルタを調製することにより、検査される特定の基板の測定結果を最適化できる。
半導体ウェハのプロファイリングのために、例えば、生成された縞パターンを解析することにより、ウェハのエッジに向かって半径方向に延在するサブフィールドトレースを生成し、これにより、単一カメラフレーム内でウェハの周縁に沿った1つの位置におけるエッジ輪郭を検査する。これにより、ウェハ全体を走査する必要がなくなる。更にこの方法は、データ取得時間を、例えばおよそ数ミリ秒という比較的短い時間とすることができるため、振動に対して比較的ロバストな測定を可能にする。結果として得られる、振動に対するロバスト性は、従来の走査方法と比較した場合、精度を向上させ、環境感度を低下させることができる。例示的な高速データ収集は、画像分解能及び画質が損なわれないという条件であれば、移動中でもウェハの測定を可能にする。この特徴は、従来の方法よりも測定及び解析の速度を更に高めるのに役立つ。
図4A及び4Bに示すように、干渉縞は、ウェハが垂直方向にわずかに傾斜した時にウェハを照明することによって生じる。一連の縞は、図の60a及び60bの配向では水平方向に現れ、カメラ又は他のタイプの撮像センサ40によって取り込まれた画素アレイデータと整列させることができる。従って本開示の実施形態は、カメラからの垂直方向の画素列に沿った強度変動をプロットすることにより、特定の空間周波数の正弦波状の強度パターンを取得できる。この空間周波数は、取得画像内で傾斜軸Tに対して平行な水平軸に沿ったウェハの高さを示すための位相測定を可能にする、搬送波としての役割を果たす。
取り込まれた画像から搬送波データが取得される場合、縞の長さ方向に対して垂直に切り取られた画像の一連の一次元スライスの各々において、搬送波の位相を取得できる。順フーリエ変換処理は、強度データの垂直方向の一次元アレイに対して容易に実行できる。位相(Φ)は、以下の単純な関係式を使用して、高さ情報(h)に変換できる。
式中、λは、光源22(図3A)からの照明照射の波長である。取得された画像から、カメラの画素の垂直な列それぞれの位相を測定して、画像の水平方向(長さ)に沿って位相変化ΔΦを比較することにより、水平軸を横断するプロファイルを取得できる。
図5の論理流れ図は、本開示のある実施形態に従ってターゲット領域の表面輪郭を測定することによって、半導体ウェハのエッジロールオフを特性評価するために、又はより広くは、平坦基板若しくは曲面基板などの基板表面の一部を特性評価するために、図3A及び3Bに示すシステムと共に使用できる一連のステップを示す。位置決めステップS100では、ウェハ又は他の基板10を、カメラ又は他の撮像センサ40による撮像のために位置決めする。位置決めステップS100は典型的には、基板10のエッジの一部がカメラの対物視野内に位置するように、定位置まで基板10を回転させる。ステップS100は、手動で実行でき、又はユーザインターフェースディスプレイから、若しくは予めプログラムされたパターンでの表面の自動検査を可能にする記憶されている命令プログラムに従って、制御できる。従って例えば、図3Bに関して、コンピュータ44又は他の制御論理プロセッサは、基板位置決め、傾斜及び焦点調整といった光学装置20の構成部品の動作の制御を含む、計測システム50の動作のための制御命令を提供できる。
図5のシーケンスを続けると、焦点調整ステップS110は、干渉計32の対物レンズの焦点を調整して、表面の不完全な平坦度に起因する不測の動き及び軸振れ58(図6に誇張した形で示されている)を補償する。図6が示すように、典型的には、ウェハの回転時に所望の測定領域を上下させる、ある程度の軸振れ58が存在する。これは、ウェハの平坦度の誤差、又はウェハチャックの平面が回転軸に垂直でないことが原因で生じ得る。軸振れの量は、数マイクロメートル〜数ミリメートルであり得る。軸振れの量は、ウェハのエッジプロファイルを測定するためのシステムの設計において考慮すべき重要な点である。画像コントラストは、焦点調整を必要とする状態を検出するために使用でき、調整の自動化のために、この情報を調整用構成部品に提供できる。
続いて図5では、次に、画像取得ステップS120が実行され、このステップでは光源22を励起し、光を用いて、カメラ又は他のタイプの撮像センサ40による取り込みのために縞パターンを生成する。その後、取り込まれた画像をメモリに記憶する準備を行い、画像解析ステップS130を実行して周波数成分を決定する。この処理のために、コンピュータ44は、高速フーリエ変換(FFT)、又は縞パターンからの周波数データの直接的な抽出を可能にする他のタイプの変換を使用できる。周波数データは、例えば、画像の所与の垂直スライスのロールオフの相対量を決定するために使用できる。結果表示ステップS140は、取得画像のうちの1つ以上に関するロールオフ解析の結果を報告する。また、結果は、別のコンピュータ又はネットワークプロセッサなどの他のプロセッサに記憶され得る、又は送信され得る。
ステップS100、S110、S120、S130及びS140、又はこれらのステップのサブセットは、基板エッジなどのターゲット領域の望ましい特性評価のために、必要に応じて何度も繰り返すことができる。例えば、図1に示す8つの角度位置を、本明細書内で図5を参照して説明されているプロセスを使用して、検査及び画像化できる、これらのステップは、エッジのロールオフの特性評価のために従来使用されている上記8つの測定点に必ずしも限定されない。
従来の測定シーケンスに他の修正を加えてもよい。例えば画像を、10°ごと、若しくは5°ごとの増分で、又は任意の他の間隔で取得でき、これにより、より正確な特性評価を行うことができるようになる。各角度位置で必要とされる時間は短くなるので、追加の検査の点を使用することは実用的であり得る。更に、取得するのは1枚の画像のみでよく、このことは、振動に対するロバスト性に関して有利である。
単一の画像フレームのみでエッジロールオフデータが取り込まれるので、収集時間は1フレームの積分時間に低減される。このことは、総取得時間に劇的な影響を及ぼし、振動の影響を最小限に抑える。更に、積分時間が表面を取り込むのに十分に短ければ、基板が移動している間にデータを収集することが可能になる。1フレームのみを使用して表面を解析することによって、表面全体の表面高さマップを生成するために標準的な位相測定アルゴリズムを使用することは不可能になる。その代わりに、本開示の方法は、傾斜干渉縞を追加することにより、搬送波を効果的に導入して、傾斜方向に垂直な軸に沿って表面プロファイルを評価する。
図3Aの構成はインコヒーレント光源を使用するため、干渉対物レンズの基準アームと測定アームとが慎重に一致されない限り、干渉縞は生成されない。つまり、ウェハ表面から対物レンズ内部のビーム分割素子までの距離が基準アームから対物レンズ内の基準面34までの距離と同じになるように、干渉対物レンズの下のウェハ表面を位置決めしなければならないということである。干渉計の2つのアームの許容可能な不一致は、光源のコヒーレント長によって決まる。光源のコヒーレンス長(Δl)は、以下の数式に従って、帯域幅(Δλ)に関連付けられる。
式中、λは、LED光源からの中心波長である。光源の望ましいコヒーレンス長と、利用可能な光源からの出力量との間には、明確なトレードオフが存在する。干渉対物レンズの下で測定領域が上下したときに、縞のコントラストが高い状態で維持されるように、ウェハの軸振れより長いコヒーレンス長を有するのが望ましい。しかしながら、コヒーレンス長を長くするためにLED帯域幅を低減と、LED光源からの光の大部分が効果的に消費され、積分時間が長くなり、その結果、単一フレームを取り込むことで得られた利点を低減することになる。
本明細書に記載の装置及び方法に関する、焦点調整及び基板の位置決めのためのアクチュエータの制御、画像取得、画像データ処理、周波数信号解析、並びに結果の報告、送信及び表示のためのプロセスの実施は、デジタル電子回路、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェア論理との組み合わせに記憶されている命令を使用して実行してよい。アルゴリズム及び制御論理は、データ処理装置(例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ若しくは複数のコンピュータ)によって実行するための、又はその動作を制御するための、コンピュータプログラム製品、すなわち情報媒体(例えば機械可読記憶デバイス)内で触知可能なものとして具現化されたコンピュータプログラムとして実装してよい。コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語又はインタープリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン若しくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとして展開できる。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータ上で、又は、1箇所にある、若しくは複数の場所に分散され通信ネットワークによって相互接続された、複数のコンピュータ上で、実行されるように展開できる。
方法ステップは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するためにコンピュータプログラムを実行する、1つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行してよい。方法ステップのいくつか又は全ては、専用の論理回路、例えば、FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)又はASIC(特定用途向け集積回路)によって実行してもよく、装置は、そのような専用の論理回路として実装してよい。
本明細書に記載の制御論理プロセッサ又はコンピュータ44などの、コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用及び専用のマイクロプロセッサの両方、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つ以上のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又はその両方といった非一時的なメモリから、命令及びデータを受信する。コンピュータの要素は、命令を実行するための少なくとも1つのプロセッサと、命令及びデータを記憶するための1つ以上のメモリデバイスとを含んでよい。一般に、コンピュータは、データを記憶するための1つ以上の大容量記憶装置(例えば磁気ディスク、光磁気ディスク若しくは光ディスク)を含んでよく、又は大容量記憶装置に対してデータを送受信するために動作可能に結合してよく、又はその両方であってよい。コンピュータプログラム命令及びデータを具現化するために適した情報媒体は、全ての形態の非揮発性及び/又は非一時的メモリ、例えば半導体メモリデバイス(例えばEPROM、EEPROM及びフラッシュメモリデバイス)、磁気ディスク(例えば内蔵ハードディスク又は取り外し可能なディスク)、光磁気ディスク、並びにCD−ROMディスク及びDVD−ROMディスク等を含む。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完してよく、又は専用論理回路に組み込んでよい。
ユーザとの対話を提供するために、本発明の様々な実施形態は、情報をユーザに表示するための表示装置(例えばブラウン管(CRT)又は液晶ディスプレイ(LCD)モニタ)と、ユーザがコンピュータに入力するための手段であるキーボード及びポインティングデバイス(例えばマウス又はタッチスクリーン)とを有するコンピュータ上で実装してよい。他の種類のデバイスを用いて、ユーザとの対話を提供することもできる。例えば、ユーザへのフィードバックは、いずれの形態の感覚フィードバック(例えば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバック)とすることができ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力又は触覚入力を含むいずれの形態で受信できる。実施形態は、バックエンドコンポーネント(例えばデータサーバ)を含む、又はミドルウェアコンポーネント(例えばアプリケーションサーバ)を含む、又はフロントエンドコンポーネント(例えば、それを通してユーザが実装物と対話できるグラフィカル・ユーザ・インターフェース若しくはウェブブラウザを有する、クライアントコンピュータ)を含む、又は上記のバックエンドコンポーネント、ミドルウェアコンポーネント、若しくはフロントエンドコンポーネントのいずれの組み合わせを含む、コンピューティングシステム内で実装してよい。コンポーネントは、デジタルデータ通信のいずれの形態又は媒体(例えば通信ネットワーク)によって相互接続してよい。通信ネットワークの例としては、ローカルエリア・ネットワーク(LAN)及び広域ネットワーク(WAN)(例えばインターネット)が挙げられる。
本開示の態様(1)によれば、基板のターゲット領域の表面輪郭を測定するための装置が提供される。上記装置は:測定光線を発するように励起可能な光源;測定軸及び基準軸を規定するビーム分割素子;上記基板の上記ターゲット領域を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダ;上記ターゲット領域の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、撮像センサ;並びに上記撮像センサと信号通信し、記録された上記縞パターンから複数の周波数プロファイルを抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータであって、各上記プロファイルは、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得され、またプログラムされた上記命令は更に、上記周波数プロファイルに従って上記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出する、コンピュータを備える。
本開示の別の態様(2)によれば、上記光源はソリッドステート光源である、態様(1)の装置が提供される。
本開示の別の態様(3)によれば、上記光源は発光ダイオードであり、上記光源からの光路内にスペクトルフィルタを更に備える、態様(1)〜態様(2)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(4)によれば、上記基板ホルダは更に、複数の上記ターゲット領域の測定のために上記基板を回転させるように作動可能である、態様(1)〜態様(3)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(5)によれば、上記測定軸に沿って焦点調整するためのアクチュエータを更に備える、態様(1)〜態様(4)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(6)によれば、上記ターゲット領域は上記基板のエッジ部分である、態様(1)〜態様(5)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(7)によれば、上記基板は平坦である、態様(1)〜態様(6)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(8)によれば、上記撮像センサは、複数の行及び複数の列として配置された画素配列を備え、上記行は上記傾斜軸と整列される、態様(1)〜態様(7)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(9)によれば、上記基板ホルダは、上記撮像センサによる記録中に上記基板を回転させる、態様(1)〜態様(8)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(10)によれば、上記基板の周縁部分の表面輪郭を測定するための装置が提供される。上記装置は:測定光線を発するように励起可能な光源;測定軸及び基準軸を有する干渉計;上記基板の上記周縁部分を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダであって、上記傾斜軸は、上記周縁部分のエッジに対して垂直である、基板ホルダ;上記基板の上記周縁部分の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、撮像センサ;並びに上記撮像センサと信号通信し、記録された上記縞パターンから搬送波を抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータであって、上記搬送波は、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得され、またプログラムされた上記命令は更に、上記搬送波の位相の変化に従って表面輪郭測定値を更に算出する、コンピュータを備える。
本開示の別の態様(11)によれば、上記光源はソリッドステート光源であり、放射光のスペクトルフィルタを更に備える、態様(10)の装置が提供される。
本開示の別の態様(12)によれば、上記干渉計はマイケルソン対物レンズを備える、態様(10)〜態様(11)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(13)によれば、上記干渉計はミロー対物レンズを備える、態様(10)〜態様(12)のいずれかの装置が提供される。
本開示の別の態様(14)によれば、上記プログラムされた命令は更に、上記搬送波の上記位相の変化に従って上記表面輪郭測定値を表示する、態様(10)〜態様(13)のいずれかの装置が提供される。
本発明の別の態様(15)によれば、ターゲット領域の表面輪郭を測定する方法が提供される。上記方法は:測定光線を発するように光源を励起するステップ;測定軸及び基準軸を有する干渉計に上記測定光線を向けるステップ;上記基板の上記ターゲット領域を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置するステップ;上記ターゲット領域の縞パターンを記録するステップであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、ステップ;記録された上記縞パターンから、複数の周波数プロファイルを抽出するステップであって、各上記プロファイルは、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得される、ステップ;並びに上記周波数プロファイルに従って上記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出するステップを含む。
本発明の別の態様(16)によれば、上記基板表面の高さの変化に従って、上記測定軸に沿って上記干渉計の焦点を自動的に調整するステップを更に含む、態様(15)の方法が提供される。
本発明の別の態様(17)によれば、算出された上記変化に従って上記ターゲット領域表面の上記輪郭を表示するステップを更に含む、態様(15)〜態様(16)のいずれかの方法が提供される。
本発明の別の態様(18)によれば、上記輪郭の変化を算出する上記ステップは、抽出された上記複数の周波数プロファイルにフーリエ解析を適用するステップを含む、態様(15)〜態様(17)のいずれかの方法が提供される。
本発明の別の態様(19)によれば、上記ターゲット領域は第1のターゲット領域であり、同一のステップシーケンスを使用して第2のターゲット領域を測定するために上記基板を回転させるステップを更に含む、態様(15)〜態様(18)のいずれかの方法が提供される。
本発明の別の態様(20)によれば、上記ターゲット領域は上記基板の周縁に沿って位置する、態様(15)〜態様(19)のいずれかの方法が提供される。
明示的に別段の定めをした場合を除き、本明細書内で説明されているいずれの方法も、特定の順序でステップが実行される必要があると解釈されることを意図しない。従って、方法クレームが実際にステップの順序を列挙していない、又は請求項若しくは説明においてステップが特定の順序に限定されることが別の形で具体的に示されていない場合、どのような特定の順序も推測されることを意図しない。
本開示の精神又は範囲から逸脱せずに、様々な修正及び変更がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。当業者であれば、本開示の精神及び実体を組み込んだ本開示の実施形態の修正の組み合わせ、部分的組み合わせ及び変更を想起し得るため、本開示は、添付の請求項の範囲内にある全ての内容及びその均等物を含むものであると解釈されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
基板のターゲット領域の表面輪郭を測定するための装置であって、
上記装置は:
測定光線を発するように励起可能な光源;測定軸及び基準軸を規定するビーム分割素子;
上記基板の上記ターゲット領域を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダ;
上記ターゲット領域の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、撮像センサ;並びに
上記撮像センサと信号通信し、記録された上記縞パターンから複数の周波数プロファイルを抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータであって、各上記プロファイルは、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得され、またプログラムされた上記命令は更に、上記周波数プロファイルに従って上記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出する、コンピュータ
を備える、装置。
実施形態2
上記光源はソリッドステート光源である、実施形態1に記載の装置。
実施形態3
上記光源は発光ダイオードであり、
上記光源からの光路内にスペクトルフィルタを更に備える、実施形態1又は2に記載の装置。
実施形態4
上記基板ホルダは更に、複数の上記ターゲット領域の測定のために上記基板を回転させるように作動可能である、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の装置。
実施形態5
上記測定軸に沿って焦点調整するためのアクチュエータを更に備える、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の装置。
実施形態6
上記ターゲット領域は上記基板のエッジ部分である、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の装置。
実施形態7
上記基板は平坦である、実施形態1〜6のいずれか1つに記載の装置。
実施形態8
上記撮像センサは、複数の行及び複数の列として配置された画素配列を備え、上記行は上記傾斜軸と整列される、実施形態1〜7のいずれか1つに記載の装置。
実施形態9
上記基板ホルダは、上記撮像センサによる記録中に上記基板を回転させる、実施形態1〜8のいずれか1つに記載の装置。
実施形態10
上記基板の周縁部分の表面輪郭を測定するための装置であって、
上記装置は:
測定光線を発するように励起可能な光源;
測定軸及び基準軸を有する干渉計;
上記基板の上記周縁部分を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダであって、上記傾斜軸は、上記周縁部分のエッジに対して垂直である、基板ホルダ;
上記基板の上記周縁部分の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、撮像センサ;並びに
上記撮像センサと信号通信し、記録された上記縞パターンから搬送波を抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータであって、上記搬送波は、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得され、またプログラムされた上記命令は更に、上記搬送波の位相の変化に従って表面輪郭測定値を更に算出する、コンピュータ
を備える、装置。
実施形態11
上記光源はソリッドステート光源であり、放射光のスペクトルフィルタを更に備える、実施形態10に記載の装置。
実施形態12
上記干渉計はマイケルソン対物レンズを備える、実施形態10又は11に記載の装置。
実施形態13
上記干渉計はミロー対物レンズを備える、実施形態10〜12のいずれか1つに記載の装置。
実施形態14
上記プログラムされた命令は更に、上記搬送波の上記位相の変化に従って上記表面輪郭測定値を表示する、実施形態10〜13のいずれか1つに記載の装置。
実施形態15
基板のターゲット領域の表面輪郭を測定する方法であって、上記方法は:
測定光線を発するように光源を励起するステップ;
測定軸及び基準軸を有する干渉計に上記測定光線を向けるステップ;
上記基板の上記ターゲット領域を、上記測定軸に沿って、上記測定軸に直交する傾斜軸に関して上記測定光線の波長に応じた所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置するステップ;
上記ターゲット領域の縞パターンを記録するステップであって、上記縞パターンは、上記測定光線、及び上記基準軸からの基準光線から生成される、ステップ;
記録された上記縞パターンから、複数の周波数プロファイルを抽出するステップであって、各上記プロファイルは、上記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得される、ステップ;並びに
上記周波数プロファイルに従って上記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出するステップ
を含み、
上記方法はコンピュータにより少なくとも部分的に実行される、方法。
実施形態16
上記基板表面の高さの変化に従って、上記測定軸に沿って上記干渉計の焦点を自動的に調整するステップを更に含む、実施形態15に記載の方法。
実施形態17
算出された上記変化に従って上記ターゲット領域表面の上記輪郭を表示するステップを更に含む、実施形態15又は16に記載の方法。
実施形態18
上記輪郭の変化を算出する上記ステップは、抽出された上記複数の周波数プロファイルにフーリエ解析を適用するステップを含む、実施形態15〜17のいずれか1つに記載の方法。
実施形態19
上記ターゲット領域は第1のターゲット領域であり、
同一のステップシーケンスを使用して第2のターゲット領域を測定するために上記基板を回転させるステップを更に含む、実施形態15〜18のいずれか1つに記載の方法。
実施形態20
上記ターゲット領域は上記基板の周縁に沿って位置する、実施形態15〜19のいずれか1つに記載の方法。
10 平坦基板、基板
12 ロールオフ曲線
12a ロールオフ特性曲線
14 エッジ
16 最良適合線
20 光学装置
22 光源
24 レンズ
26 スペクトルフィルタ
28 反射鏡
30 ビームスプリッタ
32 干渉計
34 基準面
36 レンズ
38 焦点調整装置
40 撮像センサ
42 アクチュエータ
44 コンピュータ
46 メモリ
48 ディスプレイ
50 計測システム
52 垂直スライス
54 垂直スライス
60a 画像
60b 画像
70 搬送波
72 測定光線
74 内部ビーム分割素子
76 基板ホルダ
78 ターゲット領域
OM 測定軸
OR 基準軸
T 傾斜軸
Tθ 傾斜角
ΔΦ 位相差
P1 点
P2 点

Claims (10)

  1. 基板のターゲット領域の表面輪郭を測定するための装置であって、
    前記装置は:
    測定光線を発するように励起可能な光源;
    測定軸及び基準軸を規定するビーム分割素子;
    前記基板の前記ターゲット領域を、前記測定軸に沿って、前記測定軸に直交する傾斜軸に関して前記測定光線の波長の関数である所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置する、基板ホルダ;
    前記ターゲット領域の縞パターンを記録するように励起可能な撮像センサであって、前記縞パターンは、前記測定光線、及び前記基準軸からの基準光線から生成される、撮像センサ;並びに
    前記撮像センサと信号通信し、記録された前記縞パターンから複数の周波数プロファイルを抽出するための命令によってプログラムされたコンピュータであって、各前記プロファイルは、前記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得され、またプログラムされた前記命令は更に、前記周波数プロファイルに従って前記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出する、コンピュータ
    を備える、装置。
  2. 前記光源はソリッドステート光源である、請求項1に記載の装置。
  3. 前記光源は発光ダイオードであり、
    前記光源からの光路内にスペクトルフィルタを更に備える、請求項1又は2に記載の装置。
  4. 前記基板ホルダは更に、複数の前記ターゲット領域の測定のために前記基板を回転させるように作動可能である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記測定軸に沿って焦点調整するためのアクチュエータを更に備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記ターゲット領域は前記基板のエッジ部分である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
  7. 前記基板は平坦である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
  8. 基板のターゲット領域の表面輪郭を測定する方法であって、前記方法は:
    測定光線を発するように光源を励起するステップ;
    測定軸及び基準軸を有する干渉計に前記測定光線を向けるステップ;
    前記基板の前記ターゲット領域を、前記測定軸に沿って、前記測定軸に直交する傾斜軸に関して前記測定光線の波長の関数である所定の傾斜角に従って垂直入射から傾斜させて配置するステップ;
    前記ターゲット領域の縞パターンを記録するステップであって、前記縞パターンは、前記測定光線、及び前記基準軸からの基準光線から生成される、ステップ;
    記録された前記縞パターンから、複数の周波数プロファイルを抽出するステップであって、各前記プロファイルは、前記傾斜軸の方向に対して略垂直な方向で取得される、ステップ;並びに
    前記周波数プロファイルに従って前記ターゲット領域の表面の輪郭の変化を算出するステップ
    を含み、
    前記方法はコンピュータにより少なくとも部分的に実行される、方法。
  9. 前記基板表面の高さの変化に従って、前記測定軸に沿って前記干渉計の焦点を自動的に調整するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
  10. 算出された前記変化に従って前記ターゲット領域表面の前記輪郭を表示するステップを更に含む、請求項8又は9に記載の方法。
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