JP2002540388A

JP2002540388A - ウェーハ計測のための方法及び装置

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Publication number: JP2002540388A
Application number: JP2000606954A
Authority: JP
Inventors: フレッドイースタンケ; マイケルウェーバー−グラバウ; ダグラスイーラス; エドリックエイチトング; ジェイムスエムジュニアカヒル; クリントンカーライル; エリオットバーク; フンファム
Original assignee: センシスインストルメンツコーポレイション
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2002-11-26
Also published as: EP1163488A1; WO2000057127A1; AU4175800A; TW493205B; WO2000057127A9

Abstract

(57)【要約】この発明は、計測を画像化するための装置であり、該装置は、特別の実施例では計測ステーションが処理ステーションから離間されているが、これに接続されるように、処理ステーションと一体化されてもよい。計測ステーションには、測定領域を含む第一の視野を持った第一の撮像カメラが設けられている。別の実施例は、第二の視野を持った第二の撮像カメラを含んでいる。好ましい実施例は、広帯域紫外線源を備えているが、他の実施例は、広帯域または狭帯域光学バンド幅の可視または近赤外光源を有していてもよい。広帯域バンド幅光源を含む実施例は、典型的には、スペクトルグラフ、または画像スペクトルグラフを含んでいる。特別の実施例は、液体で濡れた湾曲した反射光学系または測定領域を含んでいてもよい。典型的な実施例において、計測ステーションおよび測定領域は、相互に運動の自由度４を有するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の属する技術分野）本発明は、光学的計測学に関し、特に半導体ウェーハ用のインライン薄膜反射
測定法及び輪郭測定法に関する。

【０００２】（関連技術についての説明）集積回路（ＩＣ）産業では、サイズを限界まで小さくしようとする傾向が、ウ
ェーハ製造に使用される資本機材の技術発展を促している。製造装置に使用され
る光の波長に対する限界サイズの割合のような技術的要因と、ウェーハのスルー
プット、所有コスト（ＣＯＯ）及び全設備効率（ＯＥＥ）のように経済的な要因
が、両方共重要である。

【０００３】ＩＣの製造では何百という加工段階が必要である。これらの加工段階の幾つか
では、連続する材料の層が基板上に築かれる。前の加工段階の間にウェーハ上に
蒸着された薄膜層が、次の段階で高精度に平坦化させることもしばしばである。
この平坦化は、しばしば化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって行われる。ＣＭＰ加
工過程の後、残存薄膜の厚さは許容範囲内であると検証されることになる。

【０００４】光は一般的に非破壊的であり、非侵害的であるので、光学的な方法は薄膜の厚
みを決定するのに適している。光と薄膜との相互作用によって計測された、表面
の光学的特性及び波動光学効果は、ウェーハ上に在る薄膜に関する所望の情報を
提供する。ウェーハ上の重要な寸法が縮小されるにつれ、光学的計測技法は必要
な精度を得るために進歩し続けなければならない。

【０００５】経済的な要因も又、半導体の資本機材の技術的発展を促す。機械は、高い均一
性を保ちながら高速で、高精度で、高い信頼性を備えてウェーハを加工できなけ
ればならない。製造は、厳格に制御された環境下で行わなければならないので、
機械の大きさも又重要な要因である。加工及び計測が複雑であるにも拘わらず、
操作が簡単であることも又、非常に重要である。これらの事項及びその他の経済
的要因に関する性能は、ＣＯＯ及びＯＥＥのような数字化されたメリットで表現
される。

【０００６】１９９０年代、ＩＣ製造業者は、ＯＥＥ、ＣＯＯ及び生産高の向上のような経
済的要因に焦点を当ててきた。基本的に必要なことは、加工の間のウェーハのジ
オメトリ、トポロジ、汚染の状態を正確に測定することである。この必要性に取
り組んだ結果「計測学メインフレーム」装置を使用することとなったが、この装
置は、ＩＣ製造ラインと部分的にのみ一体化されている。

【０００７】「オフライン」であったにも拘わらず、このような加工制御装置がもたらした
成果は顕著なものがあった。ＩＣ生産の歩留まりは、１０年前の５０〜６０％以
下に比べ、現在先進的なものでは、８０〜９０％に達している。しかしながら、
この高い生産性を可能にする製造設備のコストは、３〜５倍に上がっている。

【０００８】オフライン計測制御法は、２つの大きな問題を抱えており、それは、１）各加工段階から得られる結果を確認するため、計測学メインフレイムシステ
ムからの試験測定を待たなければならない事、及び２）最高の加工パラメータを実行し、維持する際に、プロセスエンジニアが直面
する困難、である。

【０００９】将来は、コスト低減の要件に応えるため、計測装置が物理的に加工設備内に配
置された、統合（インライン）計測が必要になるであろう。

【００１０】統合計測のアプローチは、計測システムを加工ツールに統合し、計測測定に必
要な時間を実質的に低減できるようにし、計測システムとプロセス制御との間の
フィードバック時間を短縮することから構成されている。各ウェーハが加工され
る度に重要なパラメータを測定することによって、加工ツールは、生産を止める
ことなく最新のウェーハに関する情報を入手できる。こうすることによって、ウ
ェーハからウェーハへの制御を巧く行うことができる。統合計測のアプローチは
又、高価なテストウェーハの必要性を低減し、プロセスの修正及びメンテナンス
のスケジュールをスピードアップすることによって、オペレーティングコストを
大幅に削減し、廃棄されるウェーハを全体的に低減する。以上のことから、統合
計測は、ＣＭＰ、プラズマエッチング、化学蒸着、リソグラフィ処理を始めとす
る、マイクロエレクトロニクス製造に利益をもたらすものであることが理解頂け
るであろう。

【００１１】先行技術による、統合型薄膜計測用の商業的装置は、各種工業的要件に合わせ
ながら、精密且つ正確に薄膜厚さを測定する能力を組み込むことに限定されてい
る。通常、先行技術によるインライン装置は、約８０ナノメータの厚さの薄膜を
測定する事に限定される。しかしながら、工業的には、数十ナノメータに過ぎな
い薄膜の厚を測定する必要が有る。更に、先行技術による装置は、ウェーハ表面
を全体的に、高速且つ連続的に測定する能力に限界がある。従って、半導体産業
には、先行技術の限界を超える大幅な利点を提供する、統合型薄膜計測用の、改
良された装置と方法とが必要とされている。

【００１２】（発明の要約）本発明は、結像計測用の装置に関する。本発明の目的は、計測ステーションが
プロセスステーションと離れているが連結されているように、結像計測ステーシ
ョンをプロセッサステーションと統合することである。

【００１３】ある実施例では、計測装置には、測定領域を含む第１視野を備えた第１結像カ
メラが設けられている。別の実施例は、第２視野を備えた第２結像カメラを備え
ている。好適な実施例は、広帯域紫外線ソースを備えているが、他の実施例は、
広光学帯域又は狭光学帯域の可視又は近赤外線ソースを有している。広帯域ソー
スを備えた実施例は、通常、分光器、又は結像分光器を備えている。ある特定の
実施例は、曲線反射光学系、即ち液体で濡らされた測定領域を含んでいる。ある
代表的実施例では、計測ステーションと測定領域とが、互いに対して４自由度の
運動ができるように構成されている。

【００１４】（好適な実施例の詳細な説明）図１は、本発明のある特定の実施例に関する、システムハードウェアの全容を
示す。図１には、反射率計アッセンブリ１００、真空チャック１０１、真空チャ
ック対称軸１０２、光源ファイバー１０３、第１光線スプリッター１０４、第２
光線スプリッター１０５、半導体ウェーハ１１０、測定域１１１、ウィンドウ１
２０、コリメータ１３０、リレー光学系１３５、第１結像光学アッセンブリ１３
８、第２結像光学アッセンブリ１３９、分光器（キャリブレーションフィルタ付
き）１４０及び１４１、分光器ファイバー光学系１４５、ピンホールミラー１４
６、広視野カメラ１５０、狭視野カメラ１６０、自動焦点対物レンズアッセンブ
リ１９０、第１光学ブレッドボード１９５、第２光学ブレッドボード１９７が示
されている。

【００１５】半導体ウェーハ１１０は真空チャック１０１に連結されており、真空チャック
１０１の質量中心は試験器に固定されており、半導体ウェーハはこれに連結され
ている。しかし、真空チャックは、真空チャック対称軸１０２を中心に回転でき
るようになっている。反射率計アッセンブリ１００は、ウィンドウ１２０、第１
及び第２光学ブレッドボード１９５及び１９７を備えている。第１光学ブレッド
ボード１９５は、Ｙ軸に沿って並進運動できるようになっており、ある実施例で
は、直接駆動アクチュエータで駆動できるようになっている。第２光学ブレッド
ボード１９７は、第１光学ブレッドボードに連結されているが、第２光学ブレッ
ドボードは、第１光学ブレッドボードに対し、Ｘ軸に沿って自由に並進運動でき
るようになっている。対物レンズアッセンブリ１９０は、第２光学ブレッドボー
ドに取り付けられているが、Z軸に沿って自由に並進運動できるようになってい
る。このように、図１に表されている実施例は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿う並進運動、
真空チャック対称軸回りの真空チャックの回転、という４自由度の運動ができる
ようになっている。

【００１６】図１に示す実施例では、第２光学ブレッドボード１９７上にあるものを除き、
全ての光学的な要素が、第１光学ブレッドボードに連結及び固定されている。対
物レンズアッセンブリ１９０は、第２光学ブレッドボード１９７に連結されてい
る。従って、対物レンズアッセンブリは、Ｘ軸に沿って自由に並進運動すること
ができる。更に、対物レンズアッセンブリは、Ｚ軸に沿う並進運動によって、半
導体ウェーハ１１０に焦点を合わせることができる。第１及び第２光学ブレッド
ボードのＸ軸及びY軸に沿う並進運動によって、ウェーハ表面全体へアクセスで
きることに留意されたい。真空チャックに連結されたウェーハの回転を、第１及
び第２光学ブレッドボードのＸ軸及びY軸に沿う並進運動と組み合わせると、半
導体ウェーハの表面全体に亘って、測定のためにより高速にアクセスすることが
できるようになり、障害を排除することができる。直進運動３００ｍｍで、直径
２００ｍｍのウェーハを完全にカバーすることができ、もっと大きい直径のウェ
ーハもカバーできる。

【００１７】反射率計アッセンブリ１００は、半導体ウェーハ１１０の選択された領域から
測定値を集める。半導体ウェーハの特定の領域を測定のために探し出す際には、
半導体ウェーハの表面を、広視野カメラ１７０と狭視野カメラ１６０で映像化す
る。広視野カメラは、約２０ｍｍ×２７ｍｍの視野を有する。狭視野カメラは、
約１ｍｍ×１．３ｍｍの視野を有する。

【００１８】反射率計アッセンブリ１００は、広帯域（UV、可視、ＮＩＲ）の反射率計測定
システムを備えている。ある特定の実施例では、光源（図示せず）は、ソースフ
ァイバー１０３を通してシステムに連結されたキセノンランプである。リレー光
学系１３５は、レンズアッセンブリ１３０からビームスプリッター１０４までコ
リメートされた光を送る。ビームスプリッターを通してソ−スファイバーから直
接送られた光は、モニタービームと呼ばれる。モニタービームは、測定域１１１
とは関係をもたない。ビームスプリッターがウェーハへ向ける照明の部分は、測
定ビームと呼ばれる。測定ビームはウェーハ表面に反射するが、そこで、そのス
ペクトルはウェーハ上の薄膜の存在によって変化する。

【００１９】反射した後、測定ビームは、ビームスプリッタ−に戻り、幾つかのリレーミラ
ー１３５を通り抜ける。第１結像光学アッセンブリ１３７は、測定ビームをピン
ホールミラー１４６上に結像する。ピンホールミラーのピンホール開口に入って
くる光は、分光器ファイバー１４５に入り、更に分光器１４０まで導かれる。結
果として生じたスペクトルは、ウェーハ上の薄膜に関する情報の第１次ソースで
ある。

【００２０】モニタービームは、もう一つのピンホールミラー１４６と分光器ファイバー１
４５を通って、同様の、しかし別の経路をたどる。測定されたモニターのスペク
トルは、照明システムと光学的構成要素を表しており、計器の特性に関わる、薄
膜特性の測定値を訂正するのに使われる。測定ビームの、ピンホールミラー１４
６によって反射された部分は、狭視野（ＳＦＯＶ）カメラ１６０上に再結像され
る。結果として生じる像は、半導体ウェーハ１１０上のパターンを表している。
ピンホール自体も、ＳＦＯＶ上に、ウェーハのパターンの像に重ね合わされた黒
い点として像を結ぶ。この黒い点は、ウェーハ上のパターンに関して厚さの測定
が行われる正確な位置を示している。

【００２１】上記のように、入射光及び半導体ウェーハ１１０からの反射光の両方の、相対
的スペクトル内容が測定される。このように、測定域１１０に蒸着されている薄
膜の厚さは、反射した「測定ビーム」と入射「モニタービーム」光から、当該技
術分野では周知の波動光学の原理によって求めることができる。

【００２２】本発明の、先行技術に勝る点は、リレーミラーによる走査が、１空間次元だけ
で行われることである。リレーミラーから反射される光線が完全にコリメートさ
れ整列していれば、走査は、システムの性能に何ら有害な影響を及ぼさない。し
かしながら、回折によって、光線を完全にコリメートすることはできず、実際に
は完全な整列は達成できない。従って、光学系に関する対象物の走査は、できる
だけ少ないのが望ましい。本発明では、光学系の大部分は、第１光学ブレッドボ
ード上を１次元で走査し、光学系の残りは、試験器に固定された座標系に関して
２次元で走査するが、第１光学ブレッドボードに関しては唯の１次元（Ｘ）であ
る。従って、リレー走査長さは１ウェーハ直径未満である。先行技術による装置
では、光学系は固定されており、対物レンズは２次元に走査し、走査長は２ウェ
ーハ直径まで必要である。

【００２３】本発明の、先行技術に勝る別の利点は、走査位置に拘わらず、光学経路長が一
定なことである。従って、対象を、ウェーハの表面からの反射鏡反射による焦点
として取り扱えば、光線内の回折の量は変化しない。先行技術による装置では、
ウェーハ表面に亘る空間的走査は、総光学経路長を変化させ、従って、コリメー
トされた光線による回折の量も変化する。

【００２４】図１の実施例では、半導体ウェーハ１１０が、反射率計アッセンブリ１００の
情報に配置されていることに留意すべきである。別の実施例では、半導体ウェー
ハは、光学システムの下に配置した水のプール内に保持されており、見上げるの
ではなく見下ろす構造になっている。この場合、ウェーハの取り扱いを図１とは
変える必要があり、装置側を上げることになる。そのような別の実施例では、光
学システム（メインウィンドウを含む）を半導体ウェーハに向けて下げるか、或
いは半導体ウェーハを光学システムに向けて上げることになる。そのような別の
実施例では、図１と比較して、水平軸回りに装置を１８０度回転させたものにな
る。図１に示す構成に比べシステム全体を、例えば９０度、回転することもでき
る。そのような回転の主たる影響は、ウェーハ取り扱い技術に出てくる。

【００２５】本発明の特定の実施例では、測定経路内に水はない。即ち、機器は「乾燥」し
ている。そのような実施例では、試験室に対する機器の方位は任意である。例え
ば、図１の実施例は、横向きにしても、ひっくり返しても作動可能となる。その
場合は、光学系の幾つかを再設計するのが望ましいが、必要不可欠ではない。

【００２６】当業者には理解できるように、本発明の実施例の反射光学系を使用するのは有
用である。反射光学系には少なくとも３つの利点がある。フレネル反射は屈折光
学系（即ちレンズ）の表面で生じ、システム内のシステム的ノイズの源となる。
例えば、対物レンズでフレネル反射を被った光は、例えウェーハがなくとも検出
器に到着することになる。而して、この光はウェーハに関する情報を持っておら
ず、ノイズである。これとは対照的に、反射光学系は一般的にフレネル反射の影
響を被らない。屈折光学系も、中を通り抜ける光の帯域幅を２つのやり方で制限
することができる。屈折光学系を備えた好適な実施例では、フレネル反射を最小
化するため、反射防止コーティング（ＡＲＣ）を使用している。通常、ＡＲＣは
波長のある限定されたスペクトル以上で良好に作動する共振構造である。この範
囲の外側では、伝達が制限され、システムの帯域幅に制限を加えることになる。
又、大部分の材料の屈折率は波長の複素関数である。屈折率（Ｋ）の虚数部は、
光がある材料を通して伝播する際の、特定の波長における光の減衰を表す。従っ
て、多くのレンズ材が、所望のスペクトル内の波長において大きなＫを有するこ
とによって、システムの帯域幅に制限を加えることになる。反射光学系の第２の
利点は、光がレンズ材を通って伝播する際の光の減衰を回避できることである。
屈折光学系による、取り組まねばならない第３の問題は、カラー修正である。屈
折率の実数部、Ｎもまた波長の関数である。Ｎは、例えば、レンズの焦点距離に
影響を及ぼす。従って、レンズは、異なるカラーが異なる深さに焦点を結ぶ色収
差を有する。これは普通、システム内の種々の構成要素にスペクトルＮの異なる
材料を使うことによって「修正」される。反射光学系は合焦のために屈折を用い
ることはないので、屈折率Ｎにおけるスペクトル変化による色収差の影響を被ら
ない。

【００２７】反射光学系は、しかしながら、ある実施例では屈折光学系を好適なものとする
開口及びジオメトリに、ある制約を有している。これらに実施例では、光学系は
水中に浸漬された半導体ウェーハに対して、カラー修正される。光学系の設計で
は、水を光学的構成要素として取り扱う。

【００２８】図１の実施例では、光学的測定は、試験器に対して固定されたウィンドウ１２
０を通して行われる。図１に示す以外の別の実施例では、新しいウィンドウの実
施例を利用している。図２は、試験器に対して固定された単一の大きなウィンド
ウを有する、先行技術による装置を示す。図２Ａには、ウェーハ２００、水面２
０１、周壁２０３、対物レンズアッセンブリ２０７、ビームスプリッタ２３５、
リレー光学系２３７、ウィンドウ２０２が示されている。この先行技術による装
置が単一の大きなウィンドウ２０２を利用していることは、注目に値する。測定
に正確を期すためには、ウィンドウ２０２は光学的に良質なものでなければなら
ない。ウィンドウのサイズの故に、これは相当に費用の掛かるものとなる。

【００２９】図２Ｂは、本発明の態様による新たなアプローチを示している。図２Ｂには、
ウェーハ２００、コラム２０１、小さな走査ウィンドウ２０２、検知光学系２０
３、ビームスプリッタ２３５、ミラー２３７、光ファイバー２０４、光学系アッ
センブリ２０５、照明光学系２０６、対物レンズアッセンブリ２０７が示されて
いる。

【００３０】図２Ｂでは、光学システムの仕切りは、対物レンズアッセンブリ２０７に対し
て固定されている水のコラムである。コラム２０１のフロアは小さなウィンドウ
２０２である。コラムの側面２０９は立ち上がって、自身とウェーハとの間に僅
かな隙間のみを残す。水は、供給ライン２０６からコラム内に流入する。表面張
力と粘性との組み合わせによって、水はその位置に保持される。隙間の高さ次第
では、ウェーハ２００と小さなウィンドウ２０２の間のコラムを連続的に維持す
るため、水は継続的に流さねばならない。気泡を除くために、付加的に噴流を使
ってもよい。上記において、水のコラムは光学要素を形成することに留意してお
かねばならない。特定の実施例では、伸張した水の樋を備えている。

【００３１】図２Ｂに示すように、水密の走査光学系アッセンブリ２０５は照明光学系２０
６を有しており、照明光学系２０６は光ファイバー２０４から光を受け取る。照
明光学系は、ビームスプリッタ２３５を通して、光のビーム（コリメートされて
いても、されていなくてもよい）を対物レンズアッセンブリ２０７に送る。対物
レンズアッセンブリ２０７は、ビームをウェーハ上に合焦し、反射光を集め、そ
れを（コリメートされているか、或いはされていない）ビームとしてミラー２３
７に送る。ミラーは、ウェーハ２００から反射されてきた光を、検知光学系２０
３内に向け反射するが、検知光学系は、ピンホール分光器とパターン認識のでき
る視認システム（図示せず）を備えており、光学アッセンブリ２０５を、ウェー
ハ上の予め教示された場所に正確に位置付けることができるようになっている。
機械的並進運動ステージ（図示せず）が、アッセンブリ２０５全体を、その水の
コラム及び光学系と共に走査する。

【００３２】本発明のこの態様は、単一の大きなウィンドウと水槽を用いることに比べて２
つの利点がある。第１に、対物レンズは常にウィンドウの同じ部分を通して見て
いるので、その品質が測定の品質に殆ど影響を及ぼさない。その影響はキャリブ
レーションによって除去できる。第２に、先行技術で使われているウィンドウよ
りも小さいので、高品質な表面仕上げを遙かに容易に得ることができる。

【００３３】ウィンドウ２０２、コラム側面２０９、供給ライン２０６によって決まる水の
コラムのジオメトリを適切に設計することによって、水流を使って、水のコラム
中に捕捉されている気泡を洗い流すことができる。先行技術に比べて本発明によ
るものは対象領域が小さいので、これを容易に行うことができ、先行技術で行わ
れているような、水槽への水を下げるような特別な水の操作は必要ない。

【００３４】測定から正確な結果を得るために、本発明の態様は、測定システムのゆっくり
と変化する特性に対する補正を行うため、基準反射器を使用している。図３は、
基準反射器の代表的実施例である。図３には、ウェーハ３００、ウィンドウ３０
２、基準反射器３０９、基準体積壁３１０、基準体積３１１、水の主体積３０１
、対物レンズアッセンブリ３０７、リレー光学系３３５が示されている。

【００３５】図３において、基準体積壁３１０は、基準体積３１１を水の主体積３０１から
分離する。基準体積３１１は、空気、水又は他の適切な物質で満たされている。
本発明の態様は、基準反射器３０９の反射率が常時非常に安定していることを保
証しようとするものである。ウィンドウ３０２と基準反射器との間の距離は、体
積３１１が水で満たされていなければ調整して、対物レンズアッセンブリ３０７
がウィンドウ３０２の下の同じ距離にある時に、ウェーハに焦点が合っていると
きのように、反射器の焦点を合わせる。ある好適な実施例では、この体積は不活
性の固体で満たされ、ウィンドウ３０２上の反射表面の高さが、適切に調整され
る。

【００３６】基準反射器３０９は、シリコン、溶融シリカ、クロム又は何らかの他の不活性
材料製である。それは、機械的及び光学的安定性を達成するため、基板上に蒸着
された材料の層を備えていてもよい。ある好適な実施例では、基準反射器は、溶
融シリカ基板の上面にクロムの薄膜を付けたものである。基準反射器の別の例で
は、シリコンの下面に反射性酸化物層を付けたものを使っている。

【００３７】図３では、基準反射器３０９、基準体積壁３１０、ウィンドウ３０２を各種の
やり方でアセンブリすることができる。ある好適な実施例では、反射器と基準体
積壁とは、ウィンドウに気密シールされている。別の実施例では、基準反射器、
基準体積壁、及びウィンドウは、エポキシや超接着剤のようなポリマー接着剤で
共に保持されている。別の実施例では、体積３１１は、主体積３０１から隔離シ
ールされてはいない。これらの構成要素は互いに接着されているか、或いは、例
えば固定具やばね等で、その位置に機械的に保持されている。基準体積は、反射
器の反射率を保持するため、即ち、槽内に導入される例えばＣＭＰスラリーのよ
うな材料による汚染又は腐食を避けるために、シールされている。体積３１１を
シールしておけば、作動中又は輸送中の、熱膨張率が異なるために生じる破損又
は漏洩の問題を避けることができる。

【００３８】好適な実施例では、基準反射器３０９は、対物レンズアッセンブリ３０７が直
接アクセスできる位置に配置されている。対物レンズアッセンブリは、少なくと
も１次元には走査して、基準反射器の位置に動くことができるのが望ましい。し
かしながら、ウェーハが対物レンズ上を走査する実施例では、基準反射器も又そ
うである。ある好適な実施例では、図３のようにウェーハが対物レンズアッセン
ブリ上にあるが、別の実施例では、対物レンズアッセンブリが、ウェーハの上、
又は任意の角度にある。

【００３９】上記、本発明の態様によれば、基準反射器３０９からの基準スペクトルは、周
期的に集められる。基準スペクトルを集めると、次に、基準スペクトルを利用す
るアルゴリズムを使って、ウェーハ３０から集められたスペクトルから薄膜厚さ
が計算される。基準スペクトルは、ウェーハ測定の直前に、その度毎に集めるの
が望ましい。基準反射器からの基準スペクトルをデータ整理アルゴリズムに入れ
るのには、様々なやり方がある。ある実施例では、ウェーハからの各スペクトル
は、基準反射器からの最も最近に測定された基準スペクトルによって正規化され
る。

【００４０】測定装置のキャリブレーションには、キャリブレーションウェーハと、それか
ら集めたスペクトルを使う。キャリブレーションによって、キャリブレーション
ウェーハに対して正しい答えが与えられるように、上記アルゴリズムが調整され
る。アルゴリズムは、キャリブレーション時に、ウェーハの測定時と同じやり方
で基準スペクトルを使うので、最終のキャリブレーションと現下の測定との間の
システム内の変化は何であれ、アルゴリズムの結果に影響を及ぼさない。

【００４１】上記のように、本発明の実施例（図１及び３参照）は、基準反射器と二重の分
光器を含んでいる。測定に関する１次データはスペクトルＳであり、これは、テ
スト中のサンプルからの反射を表すシステムの出力である。Ｓは、サンプルの特
性に加え、広帯域（ＵＶ、可視、ＮＩＲ）照明、光学システム、検出器及びデジ
タイザ、及び測定システムに含まれる他の構成要素の特性によっても変わる。こ
のような測定システムの特性は、サンプルに関する情報を不明瞭にする。従って
薄膜厚さを正確に測定するには、これらの影響を除去しなければならない。

【００４２】本発明のある態様は、準垂直入射反射測定法によって、屈折率から薄膜の厚さ
を正確に測定するためのものである。本発明の好適な実施例では、計器によって
測定されたスペクトルによって構築される費用関数を使って、表面反射率の中間
計算を用いることなく、厚さを決めることができる。

【００４３】上記のように、本発明の装置には、キャリブレーション反射器、基準反射器、
二重ビーム分光器が含まれている。測定に関する１次データはスペクトルＳであ
り、これは、テスト中のサンプルからの反射を表すシステムの出力である。スペ
クトルＳは、テスト中のサンプルの特性に加え、測定システムを構成する、ラン
プ、光学システム、検出器及びデジタイザの特性によっても変わる。

【００４４】測定システムの特性は、テスト中のサンプルに関する情報を不明瞭にするよう
に働くので、薄膜厚さを正確に測定するためには、それらの影響を考慮しなけれ
ばならない。測定システムのある特性は時間と共に相当変動し、他の特性は実質
的に一定であったりする。本発明のある好適な実施例では、アークランプが光源
である。アークの、そのハウジング内でのフリッカは非常に高速で変化する。ソ
ースファイバ１０３（図１参照）の曲がり又は撓み、及び走査による光学経路長
の変動で、高速な変化が生じるかもしれない。ランプの老化によってゆっくりと
した変化が生じるかもしれない。開口数ＮＡは、時間によらず基本的に一定な、
代表的なシステムの特性である。

【００４５】本発明の態様によれば、二重分光器は、図１のように、テスト中のサンプルか
らの反射スペクトルと、テスト中のサンプルとは関係ないモニタースペクトルと
の、２つのスペクトルを実質的に同時に集める。

【００４６】図１では、テスト中のサンプルは半導体ウェーハ１１０である。サンプルは、
上記のように、基準反射器でもキャリブレーション反射器でもよい。図１から分
かるように、モニタースペクトルを決める光に関する光学経路は、測定領域１１
への及びそこからの遷移を除いて、測定スペクトルを決める光に関する光学的経
路と同じである。２つのビームの好適な実施例を、図１に示す。好適な実施例で
は、照明源は両ビームに関して同じものである。

【００４７】図１に示すように、ビームスプリッタは、反射されたビームをモニタービーム
から分離し、モニタービームはビームスプリッタを通って直進し分光器１４１に
至る。反射されたビームは、ビームスプリッタから、対物レンズを通過し、サン
プルに至って反射し、対物レンズとビームスプリッタを通ってミラーに至り、そ
こで反射されてモニタービームと並行に、分光器１４０に入る。なお、ビームス
プリッタ及びミラーから各分光器までの経路は、図１には示していないが、好適
な実施例では、２つのビームに対しできるだけ同じになっている、他の光学的構
成要素を含んでいる。サンプルが、例えば研磨されたばかりのウェーハのような
テスト中のサンプルである場合、反射スペクトルは測定スペクトルＳであり、そ
の関連するモニタースペクトルはＳｍである。モニタースペクトルは、例えば照
明源のフリッカ等システム内の高速な変化に関する補正に使用される。

【００４８】本発明は基準スペクトルＳｒを使って、システムのゆっくりと変化する特性に
関する補正を行う。Ｓｒは、非常に安定した反射率を有するシステム内のサンプ
ルからの反射スペクトルである。Ｓｒと同時に集められた、対応するモニタース
ペクトルＳｍもある。システムは、Ｓｒを、例えば新しいウェーハが計器上に載
せられる度に、集めることができる。

【００４９】本発明は、キャリブレーションスペクトルＳｃを使って、システムの、一定、
或いは非常にゆっくりと変化する特性に関する補正を行う。Ｓｃは既知のサンプ
ルからの反射スペクトルである。そのモニタースペクトルＳｃｍに加えて、関連
するキャリブレーション基準スペクトルＳｃｒ及びそのモニタースペクトルＳｃ
ｍもある。後の２つのスペクトルは、Ｓｃの直前又は直後に集められ、Ｓｃは、
システムの稼働開始時に集められ、その後、例えば３ヶ月等、長いインタバルで
集められる。

【００５０】当業者には、上記スペクトルが生の形であり、種々の望ましくない構成要素に
よって汚染されていることが理解頂けよう。測定されたスペクトルは、検知器の
暗電流及び読み出し電流によっても汚染される。システム内の寄生反射も、スペ
クトル、特に反射スペクトルを汚染する。対物レンズが、ビームスプリッタから
来た照明の一部を反射すると、反射された光は反射スペクトルを汚染することに
なる。従って、全てのスペクトルを、これらの望ましくない寄与に関して補正す
るのが望ましい。モニタースペクトルは、照明源を遮蔽してモニター分光器から
集められた「暗」スペクトルを差し引くことによって補正することができる。反
射スペクトルは、反射器を配置せずに反射分光器から集めた「暗」スペクトルを
差し引くことによって補正することができる。

【００５１】薄膜の特性を求めるために使用されるデータ整理のための方法は、費用関数の
媒介変数的最小化である。好適な費用関数は、上記の８つのスペクトル、測定す
べきパラメータ、及びサンプルと測定システムに関する既知の他の情報を含有し
ている。代表的アプリケーションでは、単一のパラメータ、例えばサンプル上の
層の厚さ、がある。他のアプリケーションでは２つのパラメータがあり、２つの
層それぞれの厚さか、又は１つの層の厚さともう一方の層の屈折率に影響を及ぼ
すパラメータ、の何れかである。３つ以上のパラメータがあってもよい。好適な
実施例による費用関数の特定の形態は測定システム特性のバランスをとるので、
最小化処理は、テスト中のサンプルの特性だけによって決まることになる。測定
システムに関する情報には、重み付け最適化に使用するための、スペクトルのノ
イズ特性が含まれているのが望ましい。サンプルに関する情報には、サンプル内
の各種材料の厚さと光学的特性が含まれ、パラメータの幾つか又は全部を限定し
ているのが望ましい。当該技術分野では既知のように、最小化のため各種の戦略
を用いることができる。

【００５２】好適な費用関数はであり、ここにλは波長、Ｗは重み付け因子、Ｒｐはパラメータｐに基づく理論
的に計算された反射率、Ｒｃはキャリブレーション反射器の知識に基づくもう一
つの理論的に計算された反射率である。スペクトル、反射率、重みは全て、一般
的に波長の関数である。分子は、２つの項、σ₁＝ＳＳｒｍＳｃｒＳｃｍＲｃ、
及びσ₁＝ＳｍＳｒＳｃＳｃｒｍＲｐを有している。各項は、等しくシステム特
性の影響を受ける。従って、システム特性は、最小化には影響を及ぼさない。例
えば、ＳとＳｍとは同じ高速ランプ変動を有しており、ＳｒｍとＳｒも然りであ
り、システムの開口数（ＮＡ）はＳ及びＳｒに同じ影響を及ぼす、等である。費
用関数の他の多くのバージョンも、測定システムが互いにキャンセル効果を及ぼ
す限り、本発明の教示と一致する。上記に比し簡素化したバージョンも、例えば
モニタースペクトルを除去したり、基準反射器に係わる４つのスペクトルを無く
しても、本発明と矛盾しない。上記の最小二乗法以外の最小化法、例えば最小−
最大又はＬ１法も使用可能である。

【００５３】上記において、ＲｐとＲｒは理論的に決められ、測定された反射率ではないこ
とは注目に値する。このように、本発明の方法は、幾つかの従来技術の方法のよ
うに、測定された絶対的又は相対的反射スペクトルを利用するものではない。

【００５４】光学システムによる高速ウェーハ整列も、本発明のもう一つの重要な態様であ
る。図４に、本発明によるウェーハ整列器の代表的実施例を示す。図４には、ウ
ェーハ４０３、回転式チャック４０２、モーター４１２、水４０４、ウィンドウ
４０５、水レベル４１０、モーターハウジング４００、回転シール４０１、光源
４０７、光４１３、整列器ウィンドウ４０８、検知器４０６、タンク壁４１１が
示されている。

【００５５】図４では、剛体の回転式チャック４０２が、ウェーハ４０３を保持している。
モーター４１２は、剛体の回転式チャック４０２を軸（図示せず）回りに回転す
る。水４０４は、メインウィンドウ４０５上の領域を、水レベル４１０まで、タ
ンク壁４１１の上まで満たす。回転シール４０１は、モーターハウジング４００
を水からシールする。光源４０７は乾燥したハウジング内にある。光源は光４１
３を作り、光は、整列器ウィンドウ４０８を通って乾燥したハウジングから水中
に入る。検知機４０６は、ウィンドウ４０５の下の乾燥区間にある。光４１３の
幾らかは水４１３に衝突して遮蔽される。残りの光は、メインウィンドウ４０５
を通過してその下の乾燥区間に、そして検知器上に至る。

【００５６】剛体の回転式チャック４０２は、ウェーハ４０３を回転する。ウェーハは回転
する際に、ウェーハの直接検知器の上にくる端部が半径方向（図４で左右方向）
に動く。半径方向の動きは、ウェーハが、剛体の回転式チャックとセンターずれ
しているか、或いは完全に丸ではないことによって生じる。機械加工の許容差以
外にも、剛体の回転式チャック上に基準の切り欠き又は平坦部があることによっ
ても、ウェーハが丸から外へ出る。

【００５７】検知器４０６上を、ウェーハ４０３の端部が半径方向に動けば、検知器上に至
る光４１３の影が変化する。検知器は、単一の長い検知器、例えばフォトダイオ
ードでも、検知器の列、例えばＣＣＤでもよい。前者の場合、検知器に至る光の
総量は、ウェーハの端部の位置の表示となる。ウェーハ４０３の端部が、図４で
右に動くにつれ、検知器に至る光の量は減少する。一般的に、検知器の出力Ｉは
、ウェーハの端部の位置Ｘｅのある関数となり、Ｉ＝ｆ（Ｘｅ）（１）と表され、これは必ずしも線形関数ではないが単調関数であり、従ってその逆Ｘｅ＝ｆ^-1（Ｉ）（２）は、端部の位置を求めるのに使うことができる。

【００５８】別の実施例では、この検知器は検知器の列で構成され、列内の各要素が異なる
位置、Ｘａを有している。この場合、異なる検知器要素に至る光の強さが波形を
形作り、Ｉ（Ｘａ）＝ｇ（Ｘｅ）（３）と表され、アルゴリズムｈで処理して次のように表すことができる。

【００５９】Ｘｅ＝ｈ（Ｉ（Ｘａ））（４）関数ｇ及びｆは、波動光学的考察により（図４は光線光学系のみを示す）複素
関数となる。ｆ及びｇはキャリブレーションによって求めることができる。

【００６０】図５は、ウェーハ整列器のキャリブレーションを示す。図５には、螺旋ウェー
ハ５００、チャック５０３、螺旋端部５０４及び５０５、検知器５０６、光源５
０７が示されている。

【００６１】螺旋ウェーハ５００は、シリコンウェーハに匹敵する厚さを有し、鋼鉄等の、
耐久性のある、清浄な、機械加工可能な、不透明材料で作られ、その中心がチャ
ック５０３の中心と整列していると保証できる機械的インデクスを有している。
チャックが回転するにつれ、螺旋端部５０４及び５０５は、光源５０７から放射
される光が、検知器５０６に至る量を遮る。螺旋が回転する際に、システムは検
知器の出力を角度の関数として記録する。螺旋５０５の半径方向の不連続は、螺
旋端部が何時検知器上に来たかを示す。不連続部５０５からの角度変位の関数と
して、螺旋の半径を知ることができる。このように、関数ｇ（Ｘｅ）又はｆ（Ｘ
ｅ）は記録できるので、ｆ^-1又はｈは、実際の水と共に使用するために計算する
ことができる。

【００６２】上記測定の結果によって、ｆ^-1又はｈによって３６０度カバーする回転のセッ
トに関するＩから、ウェーハ上の切り欠き又は平坦部の位置、及びチャックの中
心に関するウェーハの中心を計算することができるようになる。

【００６３】図６は、ウェーハ整列の精度を改善する本発明の別の態様を示す。図６には、
ビームスプリッタ６００、レンズ６０１、基準反射器６０２、光源６０７、ウィ
ンドウ６０８、光線６１３、コリメータレンズ６１０、ウェーハ６０６が示され
ている。

【００６４】一般的に、光源６０７の強さは、例えば時間及び温度等の関数として変わるこ
とがある。これを補正又は補償するために、光の幾らかの部分を、ビームスプリ
ッタ６００で偏向させ、レンズ６０１で可能であれば合焦させ、基準検知器６０
２で検知させることができる。基準検知器からの出力を使って、光源の出力の強
さを制御するか、又は光源の変化に関するデータの反転を補正するか、何れかを
行うことができる。

【００６５】図６は、別の代表的照明のスキームを示す。この場合、光源６０７は拡散光を
作る。この実施例では、レンズ６０３が光線６１３をコリメートする。別の実施
例では、コリメートされた光源が使用される。又別の実施例では、光源の空間モ
ードプロフィールを均質化するために、光源の後に拡散要素が用いられる。

【００６６】図７は、ウェーハの特定領域の位置を突止めるプロセスにおいて、手探りを回
避するための、広視野（large Field-Of-View；ＬＲＯＶ）カメラおよび狭視野
（small Field-Of-View；ＳＲＯＶ）カメラの使用を示している。図７には、ダ
イ７００、ＬＦＯＶ７０２、ＳＦＯＶ７０３、ＬＦＯＶパターン７０４、お
よびＳＦＯＶパターン７０１が示されている。

【００６７】ＬＦＯＶ７０２は一般にダイ７００よりも大きく、また、ウェーハの位置に
おける不確実さよりも大きくなければならない。従って、それは、ランダムに配
向されたウェーハのダイ上で、確実にＬＦＯＶパターン７０４を見出す位置に移
動させることができる。ＬＦＯＶパターンが見つかったら、当該システムは、ウ
ェーハの向きおよびその中心位置の両者に関して遥かに良好な知識を有する。従
って、それは手探りすることなく、ＳＦＯＶパターン７０１の上にＳＦＯＶ７
０３を位置決めすることができる。このプロセスは、ＳＦＯＶで手探りする最悪
の場合のシナリオよりも遥かに短く、またはウェーハを物理的に整列させるため
の時間よりも遥かに短い決定時間を有する。

【００６８】図８は、ＬＦＯＶカメラを使用して、トレーニングの際のダイ寸法の容易な決
定を可能にする利点を示している。図８において、ダイ８００、ダイ間ストリー
ト８４０、ダイ間アレイ８５０、ダイ特徴８０５ａ〜ｃ、広視野８０２、狭視野
パターン８０３，８０４，８０１、および測定部位８０６が示されている。

【００６９】訓練の目的で、オペレータは、ウェーハの表を上にしてウェーハを見ること、
更に図８に示すように、ダイ間ストリート８４０およびアレイ８５０が垂直およ
び水平になるようにウェーハを配向させることが有利であることが分かる。しか
し、このようなウェーハの向きは必ずしも必要とされず、別の実施例では他の向
きも可能である。ダイ寸法の初期の大まかな評価は、三つの異なるダイ上でオペ
レータによって選択されたダイ特徴、例えば８０５ａ〜ｃの三つの存在から行わ
れる。次いで、このシステムはパターン認識、並びにＬＦＯＶおよび／またはＳ
ＦＯＶカメラを使用して、ウェーハ上の種々のダイについてＬＦＯＶおよび／ま
たはＳＦＯＶパターン８０４および／または８０１の位置を突止めることにより
、ダイ寸法の非常に正確な決定を得ることができる。この方法を用いれば、オペ
レータは先験的にダイ寸法を知る必要がない。

【００７０】ＬＦＯＶカメラのもう一つの利点は、ＳＦＯＶにおける測定部位およびパター
ンをウェーハ上の位置に相関させるために、オペレータを訓練するのが容易であ
る。理想的には、図８に示すように、広視野は全体のダイをカバーする。広視野
８０２を用いることにより、オペレータはダイ８００の領域を選択してＳＦＯＶ
１０３を見ることができる。これは、特定の街へとナビゲートする国家地図を
使用するのに似ている。ＳＦＯＶが適切に位置決めされたら、オペレータは、Ｓ
ＦＯＶパターン８０１および測定部位８０６を非常に正確に選択することができ
る。これは、市街地図上に正しい交点を見出すのに似ている。

【００７１】好ましい実施例では、ダイ内に複数の測定部位が存在てもよい。このような場
合に、異なる部位は測定すべき層の異なるスタックを有していてもよい。厚さア
ルゴリズム、即ち、上記で述べたコスト関数のパラメータ的最小化は、一般に、
測定される各スタックに関する先験的情報、アルゴリズムレシピを有する必要が
ある。異なるスタックを備えたダイ当りの複数の部位が存在する場合、当該シス
テムは複数のアルゴリズムレシピを使用するか、或いは、異なるスタックに適合
する一般的なアルゴリズムレシピを有していなければならない。

【００７２】本発明のもう一つの重要な側面は、目的の光学系のための自動焦点システムで
ある。図９は、反射自動焦点システムを示している。図９には、センサアセンブ
リー９９３、照明光源９９１、検出器９９２、センサ９９０、表面９０２，９０
９および９２０、軸９９６、照明ビーム９００、および反射ビーム９０４が示さ
れている。

【００７３】センサアセンブリー９９３の部品、照明光源９９１、検出器９９２およびセン
サ９９０は、相互に対して強固に保持される。表面９０２は公称表面である。こ
の公称表面はアセンブリー９９３からの正しい距離を有し、センサ９９６の軸に
対して直角である。表面９０７は、公称表面からζだけずれた表面の例である。
図示のように、ζはセンサ９９０の軸９９６上で測定される。表面９２０は、公
称表面から角度φだけ傾斜した表面の例である。自動焦点システムの部品は、照
明光源９９１および検出器９９２である。照明光源９９１は入射ビーム９００を
発生し、検出器９２０は表面、例えば９０２，９０７または９２０から反射され
たビーム９０４を検出する。ビームとセンサ軸９９６との間の角度は、該表面が
傾斜していないときはθである。全体のアセンブリー９９３は、該表面に対して
上下に移動する。自動焦点システムの目的は、センサ９９０と表面（例えば９０
２）との間の距離が傾斜φに関係なく望ましい距離ｚであるように、距離ζ＝０
に設定することである。このシステムは、検出器の出力に基づいて該アセンブリ
ーの高さを調節することによって、これを達成する。

【００７４】図１０は、非対称反射法自動焦点システムを示している。図１０には、入射照
明ビーム１０１１、公称反射表面１００２、反射点１００３、反射ビーム１００
４、検出器面１００５、公称検出点１００６、偏光面１００７、変位反射点１０
０８、変位反射線１００９、および変位検出点１０１０が示されている。

【００７５】照明光源（レーザ、光ダイオード、白色光、非コヒーレント、コヒーレント）
は、公称反射表面１００２に向かって進行する入射照明ビーム１０１１を発生す
る。このビームは反射点１００３で該表面に衝突し、そこで反射ビーム１００４
を生じる。特定の実施例は、照明光源を公称反射面に収束させることができる。
他の実施例では、照明光源は収束されなくてもよい。反射ビームは、公称検出点
１００６で検出器平面１００５に衝突する。反射表面がもう一つの位置、例えば
１００７に変位すると、変位反射点１００８、変位反射光線１００９、および変
位検出点１０１０が生じる。従って、当該表面が下方に変位すると検出変位ξ１
が生じる。検出平面１００５上にある検出器は、公称検出点１００６からの検出
点１０１０の偏位ξ１を示す。この検出器は、二セル検出器、位置感受性検出器
（ＰＳＤ）、ＣＣＤアレイ、または他の何れかの空間感受性光学検出器であれば
よいであろう。次いで、自動焦点システムはξ１をゼロにするように、当該表面
上のセンサーアセンブリーの高さを調節する。

【００７６】図１１は、非対称鏡面自動焦点法の傾斜に対する感度を示している。図１１に
おいて、入射照明ビーム１１００、公称反射表面１１２０、反射点１１０３、反
射ビーム１１０４、検出器平面１１０５、公称検出点１１０６、変位平面１１０
７、変位反射光線１１２２、および変位検出点１１２３が示されている。

【００７７】表面１１２０が傾斜した反射ビーム１１２２を生じると、検出器平面上のその
位置１１２３は、この傾斜に起因して、公称検出点１１０６からξ２だけ変位す
る。この例では、アパーチャーからサンプルまでの距離は実際に正しいが、自動
焦点は、アパーチャーを異なる高さに駆動して変位ξ２を相殺するであろう。こ
の新たな高さは、光学系上の傾斜の効果に起因して誤りであろう。

【００７８】図１２は、本発明による自動焦点システムの特定の実施例を示している。図１
２には、アセンブリー１２９３、ランプ１２９１、球面ミラー１２５０、検出平
面１２０５、レンズ１２９５、ビームスプリッタ１２９４、公称反射ビーム１２
０４、ビーム１２００、測定表面１２０２、および検出器１２９２が示されてい
る。

【００７９】図１２に示した実施例は、表面の変位に対して感受性であるが、表面の傾斜に
対しては感受性でない。この実施例では、検出器１２９２が、アセンブリー１２
９３のランプ１２９１と同じ側にある。球面ミラー１２５０は、従来技術の装置
における検出器平面の元の位置を取る。レンズ１２９５はビームを光学的に収束
させて、ウェーハまたは光検出器上のスポット寸法を最小にする。ビームスプリ
ッタ１２９４は、検出器が光学的にランプと同じ位置にあることを可能にする。
ミラー１２５０は、それ自身の上に画像を形成するために、焦点距離が公称反射
ビーム１２０４の距離の半分であるように選択される。図１１のシステムは、左
から右にだけ光が通過する点で左右非対称であることが注目される。対照的に、
図１２におけるシステムは、光は図の左から右、および右から左の両方に進むか
ら対称である。

【００８０】図１３は、対称的な鏡面自動焦点を利用することにより得られる、表面変位に
対する増大した感度を示している。図１３には、入射ビーム１３００、入口瞳孔
１３０１、照明光源１３９１、検出器１３９２、焦点面１３１４、公称反射点１
３０３、公称反射ビーム１３０４、ミラー１３２０、焦点面１３１４、公称検出
点１３０５、変位表面１３０７、変位反射点１３１０、目的点１３１５、逆反射
ビーム１３１３、ミラー反射点１３１２、画像点１３１６、変位第二反射点１３
１７、再反射ビーム１３１８、および検出点１３１９が示されている。

【００８１】図１３において、照明光源１３９１および検出器１３９２は、図では明瞭化の
ために入射ビーム１３００が検出器を通過するように仮定されているが、これは
実際には可能ではない。しかし、当業者が理解するように、この幾何学効果は、
図１３に示したビームスプリッタを用いて、または入口瞳孔１３０１および検出
器を図に直角な反対方向に僅かに変位させることによって、実現することができ
る。ミラーは、それ自身の上に画像が形成される焦点面１３１４を有している。
この焦点面は、公称反射点１３０３上にセンタリングされ、公称反射ビーム１３
０４に対して垂直である。公称表面について、ミラー１３２０はビーム１３０４
をその経路に沿って逆方向に反射させる。この逆方向に反射されたビームは、公
称反射点１３０３においてウェーハから再反射され、入射ビーム１３００と同じ
経路に沿って検出器に戻る。公称検出点１３０５は、入射ビーム１３００に沿っ
て存在する。変位表面１３０７については、入射ビームは変位反射点１３１０か
ら反射される。この反射ビームは、焦点面１３１４における目的点１３１５を通
過する。逆方向に反射されたビーム１３１３は、ミラー反射点１３１２から結像
点１３１６を通って、変位第二反射点１３１７へと通過する。次いで、再反射さ
れたビーム１３１８は、公称検出点１３０３から或る距離ξ３にある検出点１３
１９で検出器に衝突する。この検出距離ξ３は、同様の非対称自動焦点システム
についての検出距離ξ１の４倍よりも大きい。ζが増大すると共に、光線の間（
例えば１３１３と１３０４の間）の角度は大きくなり、感度は更に増大する。従
って、図１３の対象システムの感度は、同等な非対称システムの感度の４倍以上
である。

【００８２】図１４は、対称鏡面自動焦点システムの傾斜に対する不感性を示している。図
１４には、公称標面１４０２、傾斜表面１４２０、入射光線１４００、公称反射
光線１４０４、反射光線１４２１、ミラー１４２２、および検出器面１４２６が
示されている。

【００８３】図１４において、表面１４２０はセンサアセンブリーから正しい距離にあるが
、角度φだけ傾斜している。その結果として、ミラー１４２２からの反射光線１
４２１は公称反射光線から傾斜するが、ミラーによってそれ自身の上に像を結び
、反射光線が検出器平面１４２６の公称点１４０３において正確に検出器に命中
するようになっている。従って、この対称システムでは、傾斜によって発生する
間違ったオフセットは存在しない。

【００８４】ＳＳＡアプローチの重要な利点は、それが、ゼロ交差における自動焦点位置を
用いて線形のエラー信号を生じるように、真直ぐに構成され得ることである。何
れかの線形光検出器（ＣＣＤ、ＰＳＤ、または二電池）からの示差信号は、エラ
ー信号フィードバックを供給して焦点を訂正するために使用することができる。
ＳＳＡの動作ダイナミックレンジは、光学系のｆ／＃、光検出器のサイズ、およ
び表面の入射角度によって決定される。

【００８５】図１５は、自動焦点の別の実施例を示している。図１５には、レンズ１５００
および平面ミラー１５０１が示されている。図１５に示した実施例は、他の実施
例（例えば図１４参照）の球面ミラーを置き換えることができるレンズ１５００
および平面ミラー１５０１を含んでいる。ミラーの焦点長は、レンズ中心の公称
反射点についての距離に等しい。レンズからミラーまでの距離もまた、一つのレ
ンズの焦点長である。これは、球面ミラーを備えたシステムに比較して、感度を
略２倍だけ減少させる。図１６は、図１５に示した実施例の表面傾斜に対する不
感性を図示している。図１６には、レンズ１６００および平面ミラー１６０１が
示されている。

【００８６】上記の説明および図において、ビームは線として述べられ且つ表されている。
幾つかの実施例において、これらのビームは、レンズを用いて、例えばウェーハ
上に収束させることができる。両方の対称システムは、それが反射時に収束され
るときには、再反射時にこのビームを表面上に再度収束させる。

【００８７】本発明のもう一つの側面はウェーハの取扱いである。多くの適用において、ウ
ェーハハンドラーは、ウェーハ面のディバイス側を下に向けて、ロボットからウ
ェーハを受取る。本発明の好ましい実施例では、図１７に示すように、ウェーハ
ハンドラーは、ウェーハ支持体を備えたウェーハリング上にウェーハを受け取る
。

【００８８】好ましい実施例におけるウェーハリングは、チャックに対して少なくとも三つ
の位置を有する。第一の位置では、図１８に示すように、ウェーハリングはチャ
ックから充分に遠くにあり、ロボットは、図示のようにウェーハリング上にウェ
ーハを置くことができる。第二の位置では、図１９に示すように、ウェーハリン
グがチャックに対してウェーハを引上げ、チャックに適用された真空がウェーハ
を保持する。第三の位置においては、図２０に示すように、ウェーハリングはチ
ャックから僅かに下降して、１）それがウェーハに触れないようにし；２）真空クランプが失われた場合にウェーハを捕捉するために、それがチ
ャックに充分に近接するようにする。

【００８９】この位置は、安全を維持しながら、チャック上でのウェーハの回転を可能にす
る。

【００９０】図１７〜図２０におけるウェーハハンドラーは、従来技術の装置に比較して、
三つの異なる利点を有する。従来技術では、典型的には棒上の吸引カップがウェ
ーハを取り上げ、それを測定位置に下降させる。そこでは、それがその縁部上に
静置され、または棒の下向き力によって僅かに曲げられる。本発明と異なり、従
来技術の装置は、１）ウェーハの配向を可能とせず；２）真空が失われたときに、ウェーハがかなりの距離落下する可能性があ
り；３）チャック上でウェーハを平坦に保持しない可能性がある。

【００９１】ウェーハの取扱い方に対する多くの制限がある。ウェーハは、ディバイス側を
下にして機器に提示される。ウェーハは、その周縁回りの排除ゾーン、例えばウ
ェーハの外側３ｍｍの環状領域においてのみ接触することが必要である。ロボッ
トがウェーハをセットする受渡し位置において、顕著な不確実性が存在する可能
性がある。また、機器ができるだけ多くのウェーハ表面を見ることができるよう
に、下からのウェーハの観察を妨げるのは望ましくない。

【００９２】本発明の好ましい実施例に従って、上記の制限に合致する二つの方法が図２１
および図２２に示されている。図２１では、ウェーハを保持するためにウェーハ
支持体がウェーハリングに取付けられている。ウェーハ支持体の頂面は、ウェー
ハの位置にかかわらず、ウェーハ支持体がウェーハの極く縁部にのみ接触するよ
うに傾斜している。図示の実施例では、ウェーハの周囲回りに配置された少なく
とも三つの支持体が存在する。夫々のウェーハ支持体は、充分に狭い（図に垂直
な方向において）ので、可能な限り小さい妨害しか生じない。図２１においては
、その中心がウェーハリングと同軸であるウェーハが示されている。受渡し位置
における不確実性によって、ウェーハは右にも左にも外れる可能性がある。ウェ
ーハ支持体の必要な長さは、受渡しの不確実性によって決定される。図２２に示
したもう一つの実施例では、ウェーハ支持体は二つの傾斜を有している。外側の
傾斜は、ウェーハの受渡し位置にかかわらず、ウェーハをセンタリングする。

【００９３】別の実施例において、ウェーハは支持体または真空チャックによって保持され
るのではなく、その縁部に把持される。グリップは、一以上の軸に整列させるた
めに、全体のウェーハを任意に回転させてもよい。

【００９４】好ましい実施例において、チャックされたウェーハは、光学測定が行われるウ
ェーハ浴の中に下降される。ウェーハが真直ぐ水の中に下降される場合は、その
表面の下の泡を捕捉し易く、これはパターン認識および分光学的厚さ測定に対し
て悪影響を有する。泡をトラップする傾向を低減するために、操作の際にそれら
の表面が平行でないように、ウェーハを水の中に下降させるのが有利である。従
来技術において、これは上記で述べた棒およびカムを用いて達成されている。

【００９５】本発明において、これは図２３〜図２５に示すリンクを用いて達成される。二
つの支持ピボットが存在し、その一方はチャックアセンブリーの片側にあってチ
ャックアセンブリーの重量を支持し、上下に駆動される。チャックは、チャック
アセンブリーの底部にある。チャックハウジングの運動は、静止傾斜アンカー、
リンク、および傾斜アームの組合せによって更に拘束される。これら三つの部品
は、二つの支持ピボットを取付ける線に対して直角で且つこれに交叉する平面に
ある。リンクは、ピボットによって、傾斜アンカーおよび傾斜アームの両方に取
付けられる。

【００９６】図２３に示す特定の実施例において、支持ピボットは、それらの最も高い位置
にある。図２４に示したように、支持ピボットが低下するに伴って、下降するチ
ャックハウジングはリンクの左端を下方に引張る。リンクは更に水平な位置へと
揺動する。そうなるに伴って、それは傾斜アームを右側に押し、次いで、チャッ
クハウジングを時計方向に回転させる。こうして、ウェーハ（図示しないが、チ
ャックアセンブリーの底部にある）は、それが水表面を破壊するときに水平でな
い角度で保持される。チャックアセンブリーが更に下降するに伴って、それは水
を押出して水面を上昇させる。

【００９７】この実施例では、支持ピボットが下降するときにリンクは水平を超えて回転し
、それに伴って、傾斜アームを左に引張り、チャックハウジングを反時計方向に
回転させる。結局、支持ピボットの移動の最後に、チャックハウジングは支持ピ
ボットおよびリンクの共同作業によって略水平に保持される。支持ピボットの移
動の最後におけるチャックハウジングの正確な位置および回転は、運動学的なハ
ードストップによって決定される。これらは、支持プレートの下にある光学系の
ｘ運動およびｙ運動に対してウェーハが平行になるように調節される。支持プレ
ートは主ウインドウを有し、これは光学系がウェーハを「見る」ことを可能にす
る。

【００９８】好ましい実施例には、ウェーハのレベルを制御する二つのセンサが存在する。
低レベルセンサは、システムが設計通りに動作するために充分な水が存在するの
を保証するために使用される。高レベルセンサは、排水がブロックされるように
なったときに、システムをオーバーフローから防止するために使用される。

【００９９】他の実施例において、ウェーハは、その表面を水平にして（即ち、平均水面に
対して平行にして）水の中に下降させてもよい。この場合、高い確率で泡がトラ
ップされるであろう。このような泡を、それが形成された後に除去するための幾
つかの手段が存在し、これにはウェーハ（および窓）の周囲からのウオータージ
ェット、スキージ、ウオーターナイフ（スキージのために高速で水置換するフロ
ントガラスワイパー状のもの）、および超音波ビームが含まれる。画像または測
定スペクトルの分析から泡の存在を認識し、それに基づいて泡の除去を制御する
ことが可能であろう。

【０１００】ＣＭＰ後に機器に来る水は清浄化されておらず、その上にスラリーを有するで
あろう。経時的に、このスラリーはウェーハと光学系との間の主ウインドウを汚
すかもしれない。空気に運ばれた粒子もまた、主ウインドウを汚す可能性がある
。幾つかの技術を単独または協働で使用して、主ウインドウを清浄化することが
できる。好ましい方法は、１）水を排水すること；２）主ウインドウを洗浄溶液（例えばイソプロピルアルコール）で完全に
濡らすこと；３）主ウインドウの上に、その全表面が覆われるように吸収性ファブリッ
クを重層すること；および４）該ファブリックは中心から水を除去し、ファブリックの周辺は水と交
叉して引張られることとを含む。

【０１０１】主ウインドウと最高位置にあるチャックとの間の隙間が小さいと、この動作を
実行するのは困難であるかも知れない。ファブリックを展開し、それを中心から
引き外すように設計されたアームが有利であるかもしれない。追加の方法は、主
ウインドウの表面から粒子を取り除くのを補助するために、超音波洗浄を用いる
。粒子が除去されたら、主ウインドウを充分に清浄に維持するためには、水を連
続的に流下させるだけで充分であろう。粒子を除去するために、スクライビング
が必要であるかもしれない。スキージ（例えば、自動車のフロントガラスワイパ
ー状のもの）は、上記で述べたよいうに、ファブリックを剥すよりも粒子を除去
する上で更に有効であるかもしれない。

【０１０２】ＣＭＰ（または他の）ツールにおける機器の寸法（フットプリント）、および
光学系の可動部分の寸法に対する強い制約が与えられると、全体のウェーハを走
査するのが困難になる可能性がある。更に、上記のように、ウェーハリングに取
付けられたウェーハ支持体のような、ウェーハと光学系の間の障害がある可能性
がある。これらの場合に、本発明の側面のもう一つの利点は、図２６の実施例に
示したように、光学系が絶対的に如何なる点をも「見る」ことを可能にすること
である。

【０１０３】図２６の特定の実施例において、図はウェーハを見上げている。ウェーハは、
ウェーハリングに保持された支持体上にある。上記で説明したように、真空チャ
ックはウェーハを支持し、該支持体はこの時点ではウェーハに接触していない。
光学系の走査レンジは、ウェーハの全領域をカバーしていない。標的は、その初
期位置において走査レンジの外にあり、またウェーハ支持体の上にあるから覆い
隠されている。回転された標的位置に標的があるようにウェーハを回転させるこ
とは、光学系が標的を「見る」ことを可能にする。ＣＭＰプロセスの半径方向の
均一性を測定するために、ウェーハの直径に沿った厚さの走査が望まれるときに
、これは特に重要である。

【０１０４】本発明のもう一つの側面は、ウェーハを平坦にするために真空チャックを使用
することである。従来技術の装置は、重力によって、またはウェーハの中心を僅
かに凹ます棒により、ウェーハの周縁をリング上に載置することによってウェー
ハを保持する。前者の場合、例えば膜からの歪みに起因したウェーハの自然な撓
みが、ウェーハ表面を非平面的にする。後者の場合、ウェーハの撓みは、更に反
復可能な異なる非平面性によって克服される。本発明に従ってウェーハを平坦に
する真空チャックを使用することは、自動焦点を容易にし、光学経路長の変化に
よる効果を減少する。

【０１０５】ウェーハの平面性は、二つの理由で望ましいものである。例えば、厚さ測定を
行うための光学ビームに対するウェーハ表面の傾斜を回避するために。ウェーハ
からの反射係数は角度の関数であるから、傾斜は反射率に基づく何等かの測定に
エラーを生じる可能性がある。第二の理由は、焦点に関するものである。ウェー
ハの非平面性によって水を通る光学経路が変化すれば、収差によって光学系の収
束能力が劣化するであろう。第三の理由は、自動焦点に関するものである。測定
ビームとして同じ有効角度の入射を持たない自動焦点システムでは、自動焦点シ
ステムの焦点が合っている場合と、測定ビームの焦点が合っている場合との間に
は残留誤差が存在するであろう。これは、空気中での光学距離を変化させて、水
中での光学距離の変化および光線の屈折を相殺することによって、目的物に焦点
が合わされるからである。

【０１０６】スルーザレンズの自動焦点システムは、上記の自動焦点システムに対する代替
法である。この装置は、システムにおけるターンミラーの一つを置き換えたビー
ムスプリッタを通して、自動焦点光を送信および受信することができる。ビーム
は平行化された測定光ビームまたはモニタービームに沿って、最終的には水へと
発射され、そこで反射されて平行ビーム（同一でも別のものでもよい）に沿って
逆に進行し、ビームスプリッタ（同一でも別のものでもよい）を通過した後に検
出される。この方法で使用できる一つの方法は、ＣＤにおいて使用されるもので
ある。非点収差の収束されたビームは四角形のセル上で輝き、その四つのセルは
コンパスの点と同様に、Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗと命名される。ビームが一つの方向で焦
点がボケると、それはＮ方向およびＳ方向に広がり、Ｅ方向およびＷ方向で収縮
する。ビームが他の方向で焦点がボケると、それはＮ方向およびＳ方向で収縮し
、Ｅ方向およびＷ方向で広がる。視覚のセル上での広がりおよび収縮は電気的に
検出することができ、また測定システムの焦点を制御するために使用することが
できる。

【０１０７】更に、ウェーハアライナーを有することの三つの明確な利益が存在する。１）訓練の際に、オペレータは、常に表を上にして、例えば、ノッチを視
認スクリーンの底に向けてウェーハを見る。これは、システムの訓練をより容易
にする。２）ウェーハの任意の向きでは、パターン認識はより困難である。初期の
アラインメントが良いほど、パターン認識はより容易である。３）ウェーハが整列されると、ピンホールは矩形の断面（測定またはモニ
タービームに対して直角）を有することができ、これは、測定に使用できる最小
ボックス寸法の増大を伴わずに、更に大きな光透過度を可能にする。その中で測
定が行われる「ボックス」もまた、典型的な場合と同様に矩形である。

【０１０８】本発明のもう一つの側面は、ソフトウエアジョイスティックである。問題は、
如何にして、モータ制御カメラのソフトウエアシステムのユーザが、カメラを移
動させて特徴構造を突止めることを可能にするかである。本発明の好ましい実施
例において、ユーザは、カメラを動かすモータに対する物理的なアクセスを有し
ていないであろう。ソフトウエアに表示されたカメラ視野は、カメラの全移動に
よってカバーされる領域の０．０１％未満であろう。ユーザは、利用可能な全視
野の他の部分を見るために、カメラの位置を移動させ得ることを必要とする。

【０１０９】このタイプの問題は、一以上の位置検出トランスジューサに接続された制御ス
ティックからなる物理的装置の使用によって解決される。ユーザはスティックの
位置を移動させる。この位置は、カメラを動かすモータの相対的速度に翻訳され
る。カメラの視野は連続的に更新されて、ユーザが、カメラは何処にあるかを見
ることを可能にする。このタイプの装置はジョイスティックと称される。それは
ユーザがスティックの位置をカメラの動きに関連させることを容易にするので、
使いやすいものである。これは、多次元ジョイスティックの場合に特に当てはま
る。

【０１１０】以下の段落では、摺動バーまたはスライダと称される標準的なソフトウエアコ
ントロールに言及する。グラフィックユーザインターフェース上のこのソフトウ
エアは、摺動電位差計のように見えるように表示される。ユーザは、マウスポイ
ンタを使用して画面上のスライダの位置を移動させることにより、ソフトウエア
コントロールに関連した値を変化させることができる。このタイプのコントロー
ルは、一対の矢印を有することが多い。ユーザが一方の矢印を選択すると、スラ
イダの値は、矢印が示す方向に或る固定された量だけ変化する。

【０１１１】本発明に従う特定の実施例におけるように、ジョイスティックハードウエアを
持たない方が好ましいことがあり得る。他のソフトウエアシステムでは、ジョイ
スティックの別のハードウエアトランスジューサが、屡々ソフトウエアコントロ
ールと置き換えられる。例えば、二次元ジョイステックは、二つの摺動バーで置
き換えることができるであろう。また、二次元ジョイスティックを、相互に９０
℃の角度でポインティングする四つの矢印ボタンで置き換えることも可能であろ
う。このようなシステムにおいて、ユーザが四つの矢印ボタンの一つを選択する
毎に、カメラは矢印によって支持される方向に固定した量だけ移動する。このタ
イプのシステムを用いて、ユーザは、スライダまたは数字テキストフィールドを
使用することにより、夫々の選択と共にステージが移動する量を制御できるであ
ろう。四つの矢印ボタンは、テキストカーソルを移動させるために屡々使用され
る、四つのキーボード矢印キーの使用を介して置き換えられてもよく、またはこ
れに追加されてもよい。これらタイプのソフトウエアソリューションは、ユーザ
が、モータの一つの軸上にない線に沿ってカメラを移動させるのを困難にする。
また、それらは移動の速度を関連付け、変化させるのを困難にする可能性がある
。

【０１１２】本発明の側面に従えば、ソフトウエアは、ハードウエアジョイスティックの非
軸移動および容易な速度制御を維持しながら利用される。以下、本発明によるソ
フトウエア制御装置はソフトウエアジョイスティックと称する。このソフトウエ
アジョイスティックは、調和された形で二次元移動を制御するように設計される
。それは、画面上に円として表示され得る。ソフトウエアジョイスティックのコ
ントロール領域内でマウスボタンを選択および保持することは、ハードウエアジ
ョイスティックのハンドル上で保持することと同様である。制御領域内における
マウスカーソルの位置は、カメラの移動を制御する仕方を決定するために使用し
てもよい。ソフトウエア時スティックの制御領域内でマウスボタンを放すことは
、ハードウエアジョイスティックを放すことと同様である。

【０１１３】特定の実施例において、ソフトウエアジョイスティックの制御領域は、円の回
りの矩形である。マウスボタンが放されたときにカーソルが円の内側にあれば、
ソフトウエアジョイスティックの制御値は中心の値に戻る。マウスボタンが円の
外の矩形制御領域内で放されると、ソフトウエアジョイスティックの制御値は最
後に選択された値のまま残る。

【０１１４】動作を理解するためには、円の中心を通る水平線および垂直線をイメージする
のが良い。これら二つの線は、円を標準的なデカルト座標で四つの象限に分割す
る。ソフトウエアジョイスティックは二つの制御値を有し、一つは水平（Ｘ軸）
の値であり、一つは垂直（Ｙ軸）の値である。夫々の値は、円の中心からの距離
の単調な関数である。

【０１１５】このグラフィックなユーザインターフェースソフトウエアコントロールは、我
々のソフトウエアのユーザが、カメラのモニターされた位置を座標化された多軸
移動で制御することを可能にする。それはまた、一方または両方の軸の速度の容
易な変更をも可能にする。

【０１１６】本発明の実施例は、膜厚を決定するためのシステムと、ウェーハ表面の凹部、
凹み等の平面性からの逸脱の量を決定するためのプロファイル計の両方を具備し
ている。このような実施例の側面の詳細は、付録Ａに記載されている。

【０１１７】好ましい実施例において、プロファイル計は、反射率計システム１００のため
の図１に示した同じ光学ブレッドボードに接続してもよい。また、好ましい実施
例は、マイクロメータまたはサブマイクロメータのスケール上での滑らかな反復
可能な移動のために、曲げベアリングの使用を必要とするかも知れない。これら
の実施例は、誘電体または金属構造をもったウェーハ上に対して使用するための
大きな適用性を有する。

【０１１８】異なる実施例において、プロファイル計は音波プロファイル計または光学プロ
ファイル計であってもよい。光学プロファイル計の特定の実施例は、ウェーハ表
面の相対的プロファイルを決定するために、上記で説明した自動焦点システムを
使用してもよい。ウェーハ表面の平面性からの逸脱はウェーハ表面から反射され
た光線の収束に差を生じるから、自動焦点システムは、ウェーハ表面のプロファ
イルに対して本来的に感受性である。

【０１１９】本発明の他の実施例は、ウェーハ表面の高コントラスト画像のための装置を含
んでいる。特定の実施例は、示差干渉コントラスト（ＤＩＣ）技術の側面を利用
してもよい。当該技術で周知の技術に従って、ウェーハ表面に関する定量的情報
を推論するために、偏光技術を組込んでも良い。特定の実施例では、組込まれた
干渉計および画像スペクトログラフを使用して、ウェーハ表面のプロファイルお
よび物質含量を同時に決定してもよい。他の実施例は、楕円偏光計を具備しても
よい。好ましい実施例は、運動制御システム、画像パターン認識システム、およ
び測定データから問題の量を決定するためのソフトウエアを含んでいる。

【０１２０】説明したように、本発明に従う光学システムは、ウェーハ表面の腐蝕を推論す
るために使用してもよい。また、近接して離間した金属表面および誘電体表面を
備えたウェーハにおいて使用するためにも適している。データ解析において金属
または他の材料の存在が説明されなければならない場合に、本発明の異なる実施
例は、経験的な検量または理論的モデル、または理論的および経験的方法の組合
せを利用してもよい。

【０１２１】本発明の複数の側面は、説明したように、異なる評価でのウェーハ表面に亘っ
て採用されるべき測定を可能にする。データの採取、処理、および測定領域から
測定領域への移動等のための時間スケールは調節可能であり、所望の結果に依存
する。

【０１２２】本発明の一つの側面は、ウェーハ表面のパターンに対する光学システムの正確
な位置決めである。光学系のブレッドボード（図１参照）は、直接駆動モータ／
先導ネジを用いて位置決めすればよい。好ましい実施例において、モータの部品
は、先導ネジシャフト上に直接装着される（付録Ａ参照）。本発明に従えば、結
合部品を排除することによって、よりコンパクトで捻れに対して強く、且つアラ
イン可能な駆動機構が得られる。

【０１２３】本発明の実施例は、ウェーハ製造ラインに組込むことができる。上記で述べた
ように、本発明の異なる実施例は、それを試験中のウェーハに対して異なった位
置にすることを可能にする。特定の実施例は、ウェーハを他の位置から取って本
発明による装置に導入するために、浮揚器およびフィーダ要素（詳細に付いては
付録Ａを参照のこと）利用する。

【０１２４】図２７は、製造ラインにウェーハ処理ステーションを組み込んだ好ましい実施
例を示している。非制限的な例示の目的で、図２７の実施例における処理ステー
ションは研磨器である。研磨機１および組込まれた表面計測ステーション（ＩＳ
ＭＳ１０）が示されている。

【０１２５】研磨器１は、研磨ユニット１４、ロード領域１８および搬送システム２２を備
えている。加えて、カメラ１８内のウェーハ１６が示されている。図２７に示す
ように、計測ステーションは処理ステーションから離間しており、且つ処理ステ
ーションに結合されている。

【０１２６】ウェーハ１６は、研磨器１から取出され、ロード領域２０を通してカメラ１８
の中に導入される。キャリアは、カセットまたはＦＯＵＰであり、これらの用語
は当該技術において共通である。搬送システム２２は、研磨器１内でウェーハを
搬送するための装置または一組の装置である。特定の実施例は、ＥｑｕｉｐｅＷ
ＴＭ−１０５のようなロボットを含んでいてもよい。この搬送システムは、キャ
リア１８、研磨ユニット１４またはＩＳＭＳ１０の何れかへウェーハを移動さ
せることができる。

【０１２７】上記で述べた本発明の種々の実施例は、例示および説明の目的で提示するもの
である。開示された正確な形態に本発明を制限しようとするものではない。多く
の変形および均等な構成は明かであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】ある特定の実施例に関するシステムハードウエアの全容を示す。

【図２Ａ】ある特定の実施例の新規の態様を示す。

【図２Ｂ】ある特定の実施例の新規の態様を示す。

【図３】代表的基準反射器の実施例を示す。

【図４】ウェーハ整列器の代表的実施例を示す。

【図５】ウェーハ整列器のキャリブレーションを示す。

【図６】ウェーハ整列の精度を改善する、本発明の他の態様を示す。

【図７】ウェーハの特定の領域を捜すプロセスで手探りで捜すのを避けるために、広視
野（ＬＦＯＶ）カメラと狭視野（ＳＦＯＶ）カメラとを用いる様子を示す。

【図８】ＬＦＯＶカメラを用いて、トレーニングの間に簡単にダイサイズが決められる
ようにする利点を示す。

【図９】反射鏡自動焦点システムを示す。

【図１０】非対称反射鏡自動焦点システムを示す。

【図１１】非対称反射鏡自動焦点法の傾斜に対する感度を示す。

【図１２】自動焦点システムの特定の実施例を示す。

【図１３】対称反射鏡自動焦点を使用することによって、表面変位に対する感度が上がる
様子を示す。

【図１４】対称反射鏡自動焦点システムの、表面傾斜に対する感度不良を示す。

【図１５】自動焦点システムの別の実施例を示す。

【図１６】図１５の実施例の、表面傾斜に対する感度不良を示す。

【図１７】ウェーハ支持体の実施例を示す。

【図１８】ウェーハ支持体の実施例を示す。

【図１９】ウェーハ支持体の実施例を示す。

【図２０】ウェーハ支持体の実施例を示す。

【図２１】ウェーハ支持体実施例の詳細を示す。

【図２２】ウェーハ支持体実施例の詳細を示す。

【図２３】ウェーハ浸漬用ハードウェアの実施例で、ウェーハが浸漬される前の状態を示
す。

【図２４】ウェーハ浸漬用ハードウェアの実施例で、ウェーハが浸漬される初期の状態を
示す。

【図２５】ウェーハ浸漬用ハードウェアの実施例で、ウェーハが浸漬される最終的状態を
示す。

【図２６】回転式ウェーハチャック内のウェーハの回転を示す。

【図２７】統合型計測装置のある実施例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号６０／１４３，１９９ (32)優先日平成11年７月９日(1999．7．9) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号６０／１７２，８５１ (32)優先日平成11年12月10日(1999．12．10) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号０９／４９５，８２１ (32)優先日平成12年２月１日(2000．2．1) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ウェーバー−グラバウマイケルアメリカ合衆国カリフォルニア州 94087 サニヴェイルラクロスコート 825 (72)発明者ラスダグラスイーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94086 サニヴェイルブライヤンアヴェニュー 471−エイ (72)発明者トングエドリックエイチアメリカ合衆国カリフォルニア州 94086 サニヴェイルラークスプールアヴェニュー 955 (72)発明者カヒルジェイムスエムジュニアアメリカ合衆国カリフォルニア州 95120 サンホセスターリングヴァリードライヴ 6964 (72)発明者カーライルクリントンアメリカ合衆国カリフォルニア州 94306 パロアルトドリスコルプレイス 562 (72)発明者バークエリオットアメリカ合衆国カリフォルニア州 93117 ゴレタアラメダアヴェニュー 7251 (72)発明者ファムフンアメリカ合衆国カリフォルニア州 95132 サンホセブラックモアコート 1830 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 AA56 BB02 BB23 CC19 FF01 GG03 GG04 LL04 LL30 PP04 PP13 4M106 AA01 AA12 BA07 CA38 CA48 DH03 DH12 DJ02 DJ04 5F031 CA02 CA11 CA13 FA01 FA12 GA06 GA38 HA05 HA09 HA12 HA13 HA32 HA44 HA45 HA46 HA48 HA59 JA02 JA04 JA06 JA13 JA15 JA17 JA32 JA35 JA36 JA37 JA38 KA03 KA11 KA12 MA22 MA33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の測定領域から情報を受け取る計測ユニットと、前記測定領域を含む第１視野を有する第１結像カメラとを備えていることを特
徴とする表面計測デバイス。
【請求項２】前記表面上の測定領域の位置を変えるために前記計測ユニッ
トに連結されている少なくとも１つの制御可能な並進運動ステージを更に備えて
いることを特徴とする、請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項３】前記少なくとも１つの並進運動ステージが、直接駆動並進運
動ステージであることを特徴とする、請求項２に記載の表面計測デバイス。
【請求項４】前記表面に連結された回転式チャックを更に備えていること
を特徴とする、請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項５】前記表面及び前記計測ユニットが、互いに対し４自由度の運
動をできるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面計測
デバイス。
【請求項６】第２視野を有する第２結像カメラを更に備えていることを特
徴とする、請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項７】前記第２視野は前記第１視野より小さいことを特徴とする、
請求項６に記載の表面計測デバイス。
【請求項８】前記第２視野は前記測定領域を含んでいることを特徴とする
請求項７に記載の表面計測デバイス。
【請求項９】前記計測ユニットは薄膜厚さ測定ユニットであることを特徴
とする、請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項１０】前記計測ユニットは表面プロファイル測定ユニットである
ことを特徴とする、請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項１１】前記計測ユニットは楕円偏光計であることを特徴とする、
請求項１に記載の表面計測デバイス。
【請求項１２】前記表面は液体で濡れていることを特徴とする、請求項１
に記載の表面計測デバイス。
【請求項１３】ウェーハ加工ステーションと、前記ウェーハ加工ステーションと離れてはいるが連結されている計測ステーシ
ョンとを備えており、前記計測ステーションは、表面の測定領域を照射する紫外
線光源を備えていることを特徴とする半導体加工デバイス。
【請求項１４】前記測定領域が液体で濡れていることを特徴とする、請求
項１３に記載の半導体加工デバイス。
【請求項１５】前記計測ユニットが、曲がった実質的に反射性の表面を含
んでいる光学要素を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体加
工デバイス。
【請求項１６】ウェーハ加工ステーションと、前記ウェーハ加工ステーションと離れてはいるが連結されている計測ステーシ
ョンとを備えており、前記計測ステーションは表面の測定領域を照射する紫外線
光源と、前記表面の測定領域と光学的に連結されている少なくとも１つの分光器
とを備えていることを特徴とする半導体加工デバイス。
【請求項１７】前記測定領域が液体で濡れていることを特徴とする、請求
項１６に記載の半導体加工デバイス。
【請求項１８】ウェーハ加工ステーションと、前記ウェーハ加工ステーションと離れてはいるが連結されている計測ステーシ
ョンとを備えており、前記計測ステーションは、ウェーハを前記計測ステーショ
ンに関して回転するためのウェーハチャックを備えていることを特徴とする半導
体加工デバイス。
【請求項１９】前記測定領域が液体で濡れていることを特徴とする、請求
項１８に記載の半導体加工デバイス。
【請求項２０】光源と、ウェーハ表面に関して並進運動できるようになっている対物レンズ光学系と、少なくとも１つの光検知器とを備えていることを特徴とする表面反射率計。
【請求項２１】前記ウェーハ表面の測定領域が液体で濡れていることを特
徴とする、請求項２０に記載の表面反射率計。