JP2008530772A - 半導体基板処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を処理する方法及び装置、特に、半導体基板の処理に用いるための計測ツールを提供する。
【解決手段】本発明の１つの態様により、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置及び方法が提供される。本方法は、表面と各形態が第１の座標系の第１のそれぞれの点でこの表面上に位置決めされたこの表面上の複数の形態とを有する半導体基板を準備する段階と、第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の位置をプロットする段階と、第１及び第２の座標系の間の変換を発生させる段階とを含むことができる。変換を発生させる段階は、第１及び第２の座標系の間のオフセットを計算する段階する段階を含むことができる。オフセットを計算する段階は、第１の座標系の基準点と第２の座標系の基準点の間のオフセット距離を計算する段階、及び第１の座標系の軸線と第２の座標系の軸線の間のオフセット角度を計算する段階を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を処理する方法及び装置、特に、半導体基板の処理に用いるための計測ツールに関する。

集積回路は、ウェーハのような半導体基板上に形成される。集積回路の形成は、様々な層の堆積、層の一部のエッチング、及び複数のベーク処理のような多数の処理段階を含むことができる。次に、集積回路は、個々の超小型電子ダイスに分離され、これらは、パッケージ化されて回路基板に取り付けられる。

集積回路の作成に含まれる様々な処理段階中には、導電体、誘電体、及び半導体のような様々な材料の様々な層が、集積回路が形成されているウェーハの表面上に形成される。集積回路の製造業者は、多くの場合、適正材料が基板上に堆積されていることを保証するために、様々な層の組成を試験する。

層の組成を試験するのに用いる機械は、多くの場合「計測ツール」と呼ばれる。計測ツールは、Ｘ線源からのＸ線のような電磁放射線を放射し、これは、試験されている基板の特定の領域からそらされる。計測ツールは、基板の特定の特性を計測するために「Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）」、「全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）」、及び偏光解析法のような分析プロトコルを使用する。例えば、ＸＰＳを用いる場合、光電子又は電子は、基板から放射され、電子分光計又は半球型分析装置によって捕捉される。分析装置は、光電子の運動エネルギ又は速度を分析することにより基板のこの領域の組成を求める。

計測ツールは、一般的に、ロードロックチャンバから基板を取り出すロボットと、基板をＸ線源の下の分析位置内に位置決めする別の「ステージ」とを用いる。

この別のステージの必要性は、計測ツールの複雑性を追加し、集積回路の製造の費用を増大させる。更に、ステージは、予測不能な方法で移動し、かつ基板は、多くの場合に完全にステージ上の中心にあるわけではなく、これが、試験されることになる基板上の特定の形態の正確な位置を見つける難しさに付加される。電磁放射線が方向を誤った場合、集積回路は、損傷を受ける可能性があると考えられる。

本発明は、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置及び方法を提供する。本方法は、表面と各形態が第１の座標系の第１のそれぞれの点でこの表面上に位置決めされたこの表面上の複数の形態とを有する半導体基板を準備する段階と、第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の位置をプロットする段階と、第１及び第２の座標系の間の変換を発生させる段階とを含むことができる。変換を発生させる段階は、第１及び第２の座標系の間のオフセットを計算する段階する段階を含むことができる。オフセットを計算する段階は、第１の座標系の基準点と第２の座標系の基準点の間のオフセット距離を計算する段階、及び第１の座標系の軸線と第２の座標系の軸線の間のオフセット角度を計算する段階を含むことができる。本方法は、更に、表面と各形態が第１の座標系の第３のそれぞれの点で基板のこの表面上に位置決めされたこの表面上の複数の第２の形態とを有する第２の半導体基板を準備する段階と、上述の変換を用いて第１の座標系の第３のそれぞれの点を第２の座標系の第４のそれぞれの点に変換する段階と、第２の半導体基板を各位置が第２の座標系の第４のそれぞれの点の１つに対応する複数の基板位置に移動する段階とを含むことができる。

本発明は、添付の図面を参照して例示的に説明する。

以下の説明では、本発明の様々な態様を説明し、本発明の完全な理解をもたらすために様々な詳細を示すことになる。しかし、本発明は、本発明の単に一部又は全ての態様で実施することができ、本発明を具体的な詳細なしに実施することができることは当業者には明らかであろう。他の事例では、公知の特徴は、本発明を曖昧にしないために受け入れるか又は単純化する。

本発明の実施形態は、「計測ツール」として当業技術で公知のもの及び計測ツールを較正する方法を提供する。計測ツールは、基板支持体を有するロボットステージを含むことができる。基板の上面上に複数の形態を有する基板は、ロボットステージによって電磁放射線源のターゲット領域内に回収され、かつそこに移送することができる。電磁放射線源は、Ｘ線のような電磁放射線を形態上に放射することができる。Ｘ線は、形態から光電子を放射させることができ、これは、形態の組成を求めるために捕捉されて分析される。

正確にＸ線を形態上に向けるために、基板上の形態の正確な位置を知る必要がある。これは、基板が多くの場合に基板支持体上に間違って置かれ、結果として基板がその理想的な位置から「中心を外れる」ので困難になる。更に、ロボットステージの移動は、幾分予測不能で不正確になる場合があり、これは、基板支持体自体の正確な位置をどの与えられた時点でも知ることができない場合があるので、更に困難さを付加する。

本発明の実施形態は、基板支持体上の基板の正確な位置を知ることができるように計測ツールを較正する方法及び装置を提供する。較正はまた、基板支持体自体の正確な位置を知ることができるようにロボットステージの移動の固有の誤差及び不正確さを補正することができる。

図１から７Ｂは、単に例示的であり、縮尺通りに描かれていない可能性があることを理解すべきである。

図１から図９Ｄは、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置及び方法を例示している。本方法は、表面と各形態が第１の座標系の第１のそれぞれの点でこの表面上に位置決めされたこの表面上の複数の形態とを有する半導体基板を準備する段階と、第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の位置をプロットする段階と、第１及び第２の座標系の間に変換を発生させる段階とを含むことができる。変換を発生させる段階は、第１及び第２の座標系の間のオフセットを計算する段階を含むことができる。オフセットを計算する段階は、第１の座標系の基準点と第２の座標系の基準点の間のオフセット距離を計算する段階、及び第１の座標系の軸線と第２の座標系の軸線の間のオフセット角度を計算する段階を含むことができる。本方法は、更に、表面と各形態が第１の座標系の第３のそれぞれの点で基板のこの表面上に位置決めされたこの表面上の複数の第２の形態とを有する第２の半導体基板を準備する段階と、上述の変換を用いて第１の座標系の第３のそれぞれの点を第２の座標系の第４のそれぞれの点に変換する段階と、第２の半導体基板を各位置が第２の座標系の第４のそれぞれの点の１つに対応する複数の基板位置に移動する段階とを含むことができる。

図１は、半導体ウェーハ処理システム又は計測ツール１０の実施形態を例示している。計測ツール１０は、フレーム１２、ウェーハカセット１４、搬送サブシステム１６、ロードロックチャンバ１８、計測チャンバ２０、及びコンピュータ制御コンソール２２を含むことができる。フレーム１２は、フレーム１２の第１の端部に取り付けたウェーハカセット１４を有する実質的な正方形とすることができる。搬送サブシステム（１８）は、カセット１４に隣接することができる。

ウェーハカセット１４は、当業技術で通常理解されているように、フレーム１２の一端にあり、「Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄｓ（ＦＯＵＰｓ）」とすることができる。カセット１４は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有するウェーハのような複数の半導体基板を保持する大きさ及び形状とすることができる。

搬送サブシステム１６は、搬送トラック２４及び搬送機構２６を含むことができる。搬送トラック２４は、フレーム１２に連結することができ、ウェーハカセット１４の近くのフレーム１２の両側の間に延びることができる。輸送機構２６は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有するウェーハのような半導体基板を支持することができ、基板をカセット１４の各々とロードロックチャンバ１８の間に搬送することができる。

ロードロックチャンバ１８は、搬送システム１６と計測チャンバ２０の間のフレーム１２に連結することができる。通常、当業技術で理解されているように、ロードロックチャンバ１８は、搬送システム１６に隣接する第１のドア及び計測チャンバ２０に隣接する第２のドアを含むことができる。両ドアは、計測チャンバ２０から搬送サブシステム１６を密封することができる。

図２と共に図１を参照すると、計測チャンバ２０は、チャンバ壁２８、ロボットステージ３０、カメラサブシステム３２、電磁放射線源サブシステム３４、及び計測分析装置３６を含むことができる。チャンバ壁２８は、図１に例示するように「砂時計」形状を有する内面を有することができ、従って、計測チャンバ２０を第１の部分３８及び第２の部分４０に分けることができる。第１の部分３８は、ロードロックチャンバ１８の近くとすることができる。

明確にするために示していないが、計測チャンバ２０内の全ての構成要素は、フレーム１２及び／又はチャンバ壁２８に連結することができることを理解すべきである。更に、計測ツール１０の全ての構成要素は、計測ツール１０の移動を生成する様々なアクチュエータ、及び計測ツール１０に電力を供給する電源を含むことができる。

ロボットステージ３０は、計測チャンバ２０の第１の部分３８内にあるとすることができ、基部４２、ロボットアーム４４、及び基板支持体４６を含むことができる。ロボットアーム４４は、基部４２に回転可能に連結することができ、基部４２に直接取り付けた第１のセグメント４８及び第１のセグメント４８にピボット回転式に取り付けた第２のセグメント５０を含むことができる。基板支持体４６は、第１のセグメント４８の反対端でロボットアーム４４の第２のセグメント５０に連結することができる。基板支持体４６は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有するウェーハのような半導体基板を支持する大きさ及び形状とすることができる。ロボットステージ３０は、基板支持体４６を計測チャンバ２０の第２の部分４０、並びにロードロックチャンバ１８内に延ばすことができる。

図２に例示するように、カメラサブシステム３２は、計測チャンバ２０の第２の部分４０内にあるとすることができ、上部５２及び下部５４カメラを含むことができる。上部カメラ５２は、ロボットステージ３０の基板支持体４６よりも高い高さで位置決めすることができ、カメラの視野が実質的に下向きに向けられるように配向することができる。下部カメラ５４は、基板支持体４６よりも低い高さで位置決めすることができ、カメラの視野が実質的に上向きに向けられるように配向することができる。上部５２及び下部５４カメラは、当業技術で通常理解されているように、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラとすることができる。例示されていないが、カメラサブシステム３２は、カメラ５２及び５４によって撮られた画像を拡大して調節するレンズ及び他の集束補助器のような他の機器を含むことができることを理解すべきである。

電磁放射線源サブシステム３４は、当業技術で通常理解されているように、計測チャンバ３０の第２の部分４０内に位置決めしたＸ線ガンのようなＸ線源とすることができ、上部５２カメラと下部５４カメラの間に配向され、すなわち、「向ける」ことができる。電磁放射線源サブシステム３４はまた、可視光線のような他のタイプの電磁放射線を放射することができることに注意すべきである。

上部カメラ５２、下部カメラ５４、及び電磁放射線サブシステム３４は、これらが基板支持体４６に対してこれらの配向を変更することができるように、フレーム１２及び／又はチャンバ壁２８に移動可能に連結することができる。

計測分析装置３６は、Ｘ線源サブシステム３４の反対側に位置決めした開口５６を含むことができ、詳細には例示していないが、当業技術で通常理解されているように、同様に検出器及び電子分光計又は半球型分析装置を含むことができる。

計測ツール１０、すなわち、計測チャンバ２０はまた、ウェーハ位置コントローラ５８、ロボットステージコントローラ６０、視覚コントローラ６２、及びビームコントローラ６４を含むことができる。ロボットステージコントローラ６０は、ロボットステージ３０及びウェーハ位置コントローラ５８に電気的に接続することができる。視覚コントローラ６２は、カメラサブシステム３２及びウェーハ位置コントローラ５８に電気的に接続することができる。ビームコントローラ６４は、電磁放射線源サブシステム３４及びウェーハ位置コントローラ５８に電気的に接続することができる。

コンピュータ制御コンソール２２は、当業技術で通常理解されているように、命令を実行するためのメモリに連結したプロセッサ内に一連の命令を記憶するためのメモリを有するコンピュータの形態とすることができる。コンピュータ制御コンソール２２に記憶した命令は、以下に説明するような計測ツール１０の移動、較正、及び作動のための方法及び処理を実施するための様々なアルゴリズムを含むことができる。命令は、「パターン認識」ソフトウエア及び直交座標と極座標の間の変換用のソフトウエアであると通常理解されているものを更に含むことができる。コンピュータ制御コンソール２２は、搬送サブシステム１６、ロードロックチャンバ１８、及び計測チャンバ２０内の全ての構成要素に電気的に接続することができる。コンピュータ制御コンソール２２はまた、計測ツール１０の作動を制御するウェーハ位置コントローラ５８、ロボットステージコントローラ６０、視覚コントローラ６２、及びビームコントローラ６４に電気的に接続し、かつそれと関連して機能することができる。

図１及び３に例示するように、使用中には、較正基板６６は、ウェーハカセット１４の１つの中に挿入することができる。較正基板６６は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有する半導体ウェーハとすることができる。較正基板６６は、較正基板６６の上面上に第１（６８）、第２（７０）、及び第３（７２）の「形態（フィーチャ）」を含むことができる。形態６８、７０、及び７２は、当業技術で通常理解されているように、計測パッドとすることができる。３つの形態６８、７０、及び７２だけが示され、説明されているが、実際には、較正基板６６上に数千ものこのような形態があり得ることを理解すべきである。

図３に例示するように、形態６８、７０、及び７２は、基板又はＵ／Ｖ座標系７４の基板６６上にあるとすることができる。基板座標系又はＵ／Ｖ座標系７４は、「Ｕ軸」及び「Ｖ軸」、及び基板６６の中心近くに位置決めすることができる原点７６、すなわち、基準点を有する直交座標系とすることができる。第１の形態６８は、第１の点（Ｕ₁、Ｖ₁）でＵ／Ｖ座標系７４内に位置決めすることができる。第２の形態７０は、第２の点（Ｕ₂、Ｖ₂）でＵ／Ｖ座標系７４内に位置決めすることができる。第３の形態７２は、第３の点（Ｕ₃、Ｖ₃）でＵ／Ｖ座標系７４内に位置決めすることができる。

再度図１を参照すると、搬送機構２６は、較正基板６６をカセット１４から回収し、較正基板６６をロードロックチャンバ１８内に搬送することができる。次に、ロボットステージ３０は、較正基板６６をロードロックチャンバ１８から回収し、較正基板６６を計測チャンバ２０の第１の部分３８から計測チャンバ２０の第２の部分４０まで運ぶことができる。図２に例示するように、ロボットステージ３０は、較正基板６６を上部５２カメラと下部５４カメラの間に位置決めすることができる。コンピュータ制御コンソール２２は、ロボットアーム４４が移動すると、基板支持体（４６）、ロボットアーム４４の第１のセグメント４８、及びロボットアームの第２のセグメント５０がチャンバ壁２８と接触しないような方法でロボットステージ３０を制御することができる。

図４は、較正基板６６が配置された基板支持体４６を例示している。ロボットステージ３０の構造によって決定付けられるように、ロボットアームは、基板支持体４６の中心部分に位置決めすることになると理解することができる原点８１、すなわち、基準点を有する極座標系８０（Ｒ、θ）において基板支持体４６及び従って較正基板６６を移動することができる。極座標系８０の原点８１は、実際に基板支持体４６の中心部分に置くことができないことに注意すべきである。

図示のように、計測ツール１０、特にコンピュータ制御コンソール２２は、ロボットアーム４４によって引き起こされる較正基板６６の移動に対応することができる第２の直交又はＸ／Ｙ座標系９０へのＲ／θ座標系８０の「変換」を含み、又はそれを発生させることができる。Ｘ／Ｙ座標系９０は、略基板支持体４６の中心部分に設置した「Ｘ軸」、「Ｙ軸」、及び原点９２、すなわち、基準点を有することができる。Ｒ／θ座標系８０の原点８１は、Ｘ／Ｙ座標系９０の原点９２に一致することができる。Ｘ／Ｙ座標系９０は、図３に例示する較正基板６６のＵ／Ｖ座標系７４と同様とすることができる。

図４に例示するように、Ｘ／Ｙ座標系９０は、図４に特に示していないＵ／Ｖ座標系７４に対応するように見えるかもしれないが、以下に説明するように、これは、必ずしも当てはまらないことを理解すべきである。言い換えれば、図３に例示するＵ／Ｖ座標系７４の原点７６は、図４に例示するＸ／Ｙ座標系９０の原点９２の真上にない場合がある。

図５Ａ−６は、ロボットアーム４４の移動の較正を例示している。

図５Ａ−５Ｆは、第１（６８）、第２（７０）、及び第３（７２）の形態を較正基板６６上に見つける計測ツール１０を例示している。計測ツール１０の較正は、上部カメラ５２の視野７８及び／又は電磁放射線源サブシステム３４からのターゲットに対して、ロボットアームに起因するような較正基板６６の移動を示すことによって図５Ａ−５Ｆに示され、基板支持体４６が較正基板６６を計測チャンバ２０の第２の部分４０内に位置決めすると、較正基板６６上にあるとすることができる。図示のように、視野７８は、移動しているように見えるが、視野７８が図示のように較正基板６６に対して移動するように見えるように、ロボットアーム４４は、較正基板６６を移動させている可能性があることを理解すべきである。視野７８は、約２ミリメートルの直径を有する実質的に円形とすることができる。

図３に例示するＵ／Ｖ座標系７４に見られるように、第１（６８）（Ｕ₁、Ｖ₁）、第２（７０）（Ｕ₂、Ｖ₃）、及び第３（７２）（Ｕ₃、Ｖ₃）の形態の座標は、コンピュータ制御コンソール２２に入れることができる。次に、計測ツール１０は、以下に説明するように、形態６８、７０、及び７２を見つけようと試みることができる。

Ｒ／θ座標系８０とＸ／Ｙ座標系９０の間の変換を用いて、具体的には図５Ａに例示するように、次に、基板支持体４６は、較正基板６６をＵ／Ｖ座標系７４（Ｕ₁、Ｖ₁）の第１の形態６８の位置に対応する位置に移動することができる。第１の形態６８を見つける第１の試みでは、計測ツールは、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０が一致していると仮定することができる。

図５Ａは、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０が一致した場合に、視野７８が第１の形態６８の位置の上に位置決めされるように位置決めされた較正基板６６を例示している。従って、図５Ａの視野７８の位置は、第１の形態６８の「理想的な」位置を表すことができる。しかし、Ｕ／Ｖ７４及びＸ／Ｙ９０座標系は、実際に互いの真上にある可能性はないので、視野７８は、第１の形態６８の上に見出すことはできず、理想的な位置にある可能性はない。パターン認識ソフトウエア用いて、次に、計測ツール１０は、較正ウェーハ６６及びカメラサブシステム３２の両方の僅かな移動によって第１の形態６８を探すことができる。

図５Ｂに例示するように、第１の形態６８が見つけられると、Ｘ／Ｙ座標系９０（Ｘ₁、Ｙ₁）内の第１の形態６８をプロットしてメモリに記憶することができる。具体的には、Ｕ₁、Ｖ₁とＸ₁、Ｙ₁との間で移動し（２つの座標系が一致した場合）、かつ従ってＸ／Ｙ座標系９０内に第１の形態６８を見つける必要がある基板支持体４６の移動は、メモリに記憶することができる。Ｘ／Ｙ座標系９０内の第１の形態６８の位置は、第１の形態６８の「実際の」位置であると理解することができる。

図５Ｃを参照すると、ロボットアーム４４又は基板支持体４６は、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０が一致した場合、較正基板６６を視野７８が第２の形態７０（Ｕ₂、Ｖ₂）の位置の上に位置決めされるような位置に移動することができる。従って、図５Ｃの視野７８の位置は、第２の形態７０の理想的な位置を表すことができる。ここでもまた、この移動後に、視野７８は、第２の形態７０の真上に見出すことはできない。次に、計測ツール１０は、第２の形態７０を探すことができる。

図５Ｄに例示するように、第２の形態７０が見つけられると、Ｘ／Ｙ座標系９０（Ｘ₂、Ｙ₂）内の第２の形態７０の位置をプロットしてメモリに記憶することができる。具体的には、Ｕ₂、Ｖ₂とＸ₂、Ｙ₂との間で較正基板を移動し（２つの座標系が一致した場合）、かつ従ってＸ／Ｙ座標系９０内に第２の形態７０を見つける必要がある基板支持体４６の移動は、メモリに記憶することができる。Ｘ／Ｙ座標系９０内の第２の形態７０の位置は、第２の形態７０の実際の位置であると理解することができる。

図５Ｅに例示するように、次に、基板支持体４６は、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０が一致した場合、較正基板６６を視野７８が第３の形態７２（Ｕ₃、Ｖ₃）の位置の上に位置決めされるような位置に移動することができる。従って、図５Ｅの視野７８の位置は、第３の形態７２の理想的な位置を表すことができる。前と同じように、この移動後に、視野７８は、第３の形態７２の真上に見出すことはできない。次に、計測ツール１０は、第３の形態７２を探すことができる。

図５Ｆに例示するように、計測ツール１０が第３の形態７２を見つけると、Ｘ／Ｙ座標系９０（Ｘ₃、Ｙ₃）内の第３の形態７２の位置をプロットしてメモリに記憶することができる。具体的には、Ｕ₃、Ｖ₃とＸ₃、Ｙ₃との間で較正基板６６を移動し、かつ従ってＸ／Ｙ座標系９０内に第３の形態７２を見つける必要がある基板支持体４６の移動は、メモリに記憶することができる。Ｘ／Ｙ座標系９０内の第３の形態７２の位置は、第３の形態７２の実際の位置であると理解することができる。

上記提案のように、較正基板６６の上の何千もの形態が実際にあり得る。計測ツール２２は、ロボットアーム４４の移動の較正において実際に３つよりも多い形態を利用することができる。

次に、計測ツール１０又はコンピュータ制御コンソール２２は、Ｕ／Ｖ座標系７４内の形態６８、７０、及び７２の座標及び位置を、Ｘ／Ｙ座標系９０内にプロットした形態６８、７０、及び７２の座標及び位置と比較することにより（すわなち、形態の理想的な位置を形態の実際の位置と比較することにより）、図６Ａ−６Ｃに例示するように、Ｕ／Ｖ座標系７４とＸ／Ｙ座標系９０の間の較正、変換又は「マップ」を発生させることができる。

図６Ａは、Ｘ／Ｙ座標系９０に対するＵ／Ｖ座標及びＸ／Ｙ座標の両方の中の全て３つの形態６８、７０、及び７２の座標及び位置を例示している。ここでもまた、図６Ａにおいて、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０は、一致していると仮定することができる。従って、図６Ａは、形態６８、７０、及び７２の各々の理想的な位置及び実際の位置の両方を示すことができる。

Ｕ／Ｖ座標系７４内の形態６８、７０、及び７２の位置とＸ／Ｙ座標系９０内の形態６８、７０、及び７２の位置とを比較することにより、図６Ｂに例示するように、次に、コンピュータ制御コンソール２２は、Ｕ／Ｖ座標系７４とＸ／Ｙ座標系９０の間の変換又はマップを作り出すことができる。図示のように、Ｕ／Ｖ座標系７４とＸ／Ｙ座標系９０の間の変換の発生は、「オフセット」の計算する段階を含むことができる。オフセットは、オフセット距離９４及びオフセット角度９６を含むことができる。オフセット距離９４は、Ｕ／Ｖ座標系７４の原点７６とＸ／Ｙ座標系９０の原点９２の間の距離とすることができ、オフセット角度９６は、Ｕ／Ｖ座標系７４の軸線の１つとＸ／Ｙ座標系９０の対応する軸線の間の角度とすることができる。

オフセット距離９４は、例えば、ゼロから２００ミクロンとすることができる。オフセット角度９６は、例えば、１度よりも小さいとすることができる。図６Ｂに示すオフセットは、例示的目的のために誇張されている可能性があることを理解すべきである。

従って、図６Ｂに例示するように、Ｕ／Ｖ座標系７４及びＸ／Ｙ座標系９０は、一致しない場合がある（すなわち、Ｕ／Ｖ７４及びＸ／Ｙ９０座標系は、互いの真上にない場合がある）。言い換えれば、較正基板６６は、基板支持体４６の中心部分の真上に位置決めすることはできない。Ｕ／Ｖ座標系７４とＸ／Ｙ座標系の間のこの変換は、その変換が基板支持体４６上の較正基板６６の理想的な位置と実際の位置の間の差を示すように、基板支持体４６上の較正基板６６のアラインメントを表すと理解することができる。基板支持体４６上の較正基板６６の実際の位置と基板支持体４６上の較正基板６６の理想的な位置との比較は、「基板アラインメント」又は「ウェーハアラインメント」と呼ぶことができる。

上述のように、Ｕ／Ｖ座標系７４とＸ／Ｙ座標系９０の間に観察されるオフセットはまた、当業者によって理解されるように、ロボットアーム４４の移動の固有の誤差及び不正確さの結果とすることができるということも理解すべきである。従って、図６Ｂは、基板支持体４６（及び／又は、Ｘ／Ｙ座標系９０）と比較した較正基板６６（及び／又は、Ｕ／Ｖ座標系７４）の実際の位置を示すことができる。

図６Ｃに例示するように、次に、コンピュータ制御コンソール２２は、図４に例示するＲ／θ座標系８０とＸ／Ｙ座標系９０の間の変換を用いて、Ｘ／Ｙ座標系９０内の形態６８、７０、及び７２の位置をＲ／θ座標系８０内の位置（すなわち、Ｒ₁、θ₁；Ｒ₂、θ₂；及びＲ₃、θ₃）に変換することができる。

従って、例示した図７のように、コンピュータ制御コンソール２２は、Ｕ／Ｖ座標系７４内の較正基板６６上の位置をＸ／Ｙ座標系９０内の位置に変換することができ、次に、Ｘ／Ｙ座標系９０内の位置をロボットアーム４４の移動に直接対応することができるＲ／θ座標系８０内の位置に変換することができる。

上述の３つの座標系の間の上述の変換を用いて、計測ツール１０は、形態の理想的な位置だけが与えられた時に（Ｕ／Ｖ座標系７４において）、形態の実際の位置を迅速に計算することができる。

再び図１を参照すると、計測ツール１０の較正が完了した後、較正基板６６は、ロボットアーム４４によって移動されてロードロックチャンバ１８内に戻り、搬送機構２６によってロードロックチャンバ１８から取り出され、カセット１４の１つの中に戻すことができる。

尚も図１を参照すると、次に、装置基板９８は、カセット１４の１つの中に置かれ、計測チャンバ２０内に搬送することができる。図８Ａは、装置基板９８の実施例を例示している。装置基板９８は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有する半導体ウェーハとすることができる。装置基板９８は、当業技術で通常理解されているように、複数のダイスの間で分けられた装置基板９８の上に形成した複数の集積回路１００を有することができる。集積回路１００の形成は、部分的にのみ完了する場合がある。装置基板９８はまた、集積回路１００の間に設置した複数の計測パッド１０２を含むことができる。計測バッド１０２は、例えば、１２０ミクロンｘ５０ミクロンの寸法を有する矩形とすることができる。

装置基板９８の試験が始まる前に、使用者は、基板９８上のＵ／Ｖ座標系７４において装置基板９８上で試験することになる複数の点１０４を入力することができる。点１０４は、装置基板９８上の計測パッド１０２の一部又は全てに対応することができる。

装置基板９８は、図２に例示するように、較正基板６６と同様に、ロボットアーム４４によって計測チャンバ２０の第２の部分４０に移動することができる。

装置基板９８の試験が始まる前に、計測ツール１０は、装置基板９８に対する基板アラインメントを求めるために（すなわち、基板支持体４６上の装置基板９８の実際の位置を求めるために）、図５Ａ−６Ｃに例示したのと同様の手法で計測パッド１０２のいくつかのものの位置を見つけることができる。

図８Ｂは、装置基板９８を試験する時の視野７８に対する装置基板９８の移動を例示している。上述のＵ／Ｖ、Ｘ／Ｙ、及びＲ／θ座標系の間の変換を用いて、ロボットアーム４４は、試験基板９８を、Ｘ／Ｙ座標系９０で試験されることになるその試験基板上の点１０６に対応する位置内に直接移動することができる。図８Ｂは、試験基板を直接対応するＸ／Ｙ位置に移動することができるのでＸ／Ｙ座標系９０に対して試験基板９８を例示し、Ｕ／Ｖ座標系で試験することになる点１０４の位置は、単に例示的目的のために示されていることに注意すべきである。

図２を参照すると、試験基板９８が特定の位置に移動する度に、カメラサブシステム３２及びパターン認識ソフトウエアは、試験することになる特定の点（又は形態）が実際に電磁放射線源サブシステム３４のターゲット領域内にあることを検証するのに用いることができる。形態がターゲット領域内にない場合、計測ツール１０は、特定の形態を見つける基板支持体４６の僅かな移動を用いることができる。必要に応じて、カメラサブシステム３２及び電磁放射線源サブシステム３４はまた、形態を見出すために移動させる（又は向け直す）ことができる。形態を依然として見つけることができない場合、コンピュータ制御コンソール２２は、警告を用いて使用者に知らせることができる。

必要に応じて、計測ツール１０はまた、較正基板６６を図５Ａ−７Ｃに例示した較正と同様の別の較正を実施する計測ツール１０内に再導入することにより、再較正することができる。

特定の形態がターゲット領域内にあると、電磁放射線源サブシステム３４は、活性化されて、Ｘ線又は可視光線のような電磁放射線をターゲット領域内にある装置基板９８の部分上に放射することができる。ターゲット領域は、視野７８内にあり、例えば、１００ミクロンｘ３０ミクロンの寸法を有する実質的に矩形とすることができる。当業技術で通常理解されているように、電磁放射線は、原子レベルで形態上の材料に粒子を当てるので、材料内の電子は、装置基板９８上の材料内の原子核の電子のそれぞれの軌道から励起され、放出される可能性がある。電子は、レチクルを通過し、電子分光法又は半球型分析装置の検出器に入る。次に、電子は、当業技術で通常理解されているように分析することができる。電子分光法又は半球型分析装置は、電子の運動エネルギ又は速度に基づいて、試験基板上の形態の材料の組成を求めることができる。

装置基板９８上の全ての形態が試験された後、装置基板９８を計測ツール１０から取り出すことができ、第２の装置基板を試験することができる。

図９Ａ−９Ｄは、基板が前と同様に視野７８の見かけの移動によって例示される様々な位置の間で移動される時の基板が置かれた基板支持体４６の移動を例示している。特に、図９Ａ−９Ｄは、基板支持体４６の移動の「バックラッシュ」補正を例示している。以下でより詳細に説明するように、基板支持体４６が特定の位置に移動する度に、基板支持体４６は、最初に「間違った」位置に移動する可能性がある。各「間違った」位置は、そのそれぞれの正しい位置から同じ方向にある。従って、基板支持体４６が望ましい位置に移動する度に、それは、同じ方向のその位置に移動する。

図９Ａに示すように、基板は、最初に第１の位置８２に見つけることができる。次に、図９Ｂに例示するように、基板は、第１の位置８２から第１の方向８５の第２の位置８４に移動することができる。図９Ｃ及び９Ｄに例示するように、次に、基板は、第２の方向８９の第４の位置８８に移動する前に、第３の方向８６に移動することができる。位置８２、８４、８６、及び８８は、互いに対して線形とすることはできないことに注意すべきである。

図９Ｄに例示するように、第２の方向８９は、第１の方向８５に実質的に平行とすることができる。従って、基板は、同じ方向の第２（８４）及び第４（８８）の方向に移動することができる。いくつかの位置だけが示されるが、基板は、基板が同じ方向のこれらの位置の各々に移動されるように、制御したロボットステージ３０と共にそっくりそのまま何千もの位置に移動することができることを理解すべきである。

方向８５及び８９は、線形のように見えるが、各方向８５及び８９は、極座標系８０内の基板支持体４６の移動によって決定付けられるような角度及び動径成分を含むベクトルと考えることができることにも注意すべきである。従って、上述のバックラッシュ補正は、基板支持体４６を望ましい位置に移動する前に、基板支持体４６を「オフセット」位置に移動することを含むと理解することができる。従って、全てのオフセット位置は、これらのそれぞれの望ましい位置から同じ角度方向（θ）及び距離（Ｒ）に見出すことができる。

図９Ａ−９Ｄに例示する基板の移動は、図５Ａ−８Ｂに例示する較正基板６６及び装置基板９８の較正及び他の移動に利用することができる。従って、基板があらゆる位置に移動される度に、基板は、同じ方向に移動される。

１つの利点は、ロボットステージは、基板をロードロックチャンバから回収し、同じく基板を電磁放射線源サブシステムの下で位置決めするのに用いることができることである。従って、基板をロードロックチャンバから取り出すのに別の機械は必要なく、計測システムの費用を低減する。別の利点は、基板上の座標系とロボットアームの座標系の間の較正により、基板の位置決めの正確さ及び精度が増大することである。従って、あらゆる集積回路の損傷の可能性は低下する。計測ツールは、実際の位置の十分に１００ミクロン以内の形態を見つけることができる。計測ツール１０の誤差は、５０ミクロン以内にさえも、更に１０ミクロンまで小さくもすることができる。従って、試験される及び従って製造されることになる基板上の形態の大きさを最小にすることができる。別の利点は、基板があらゆる位置に移動される度に基板が同じ方向に移動されるために、基板の位置決めの正確さ及び精度がなお更に増大するということである。

再び図２を参照すると、下部カメラは、基板支持体の下面上にマーク付けした第３の直交座標系と共に用いることができる。第３の直交座標と共に下部カメラの使用は、基板の位置決めの正確さ及び精度を更に増大するであろう。

他の実施形態は、当業技術で通常理解されているように、Ｘ線ガンでなくアノード及び単色光分光器と共に電子ガンを用いてＸ線を発生させることができる。同様に、計測ツールは、ＸＰＳ、ＴＸＲＦ、及び偏光解析法のような公知の分析プロトコルのいずれも利用することができる。計測パッドの大きさ及び形状は、変化する場合がある。例えば、計測パッドは、１５０又は５０ミクロンの辺の長さを有する実質的な正方形とすることができる。

ある一定の例示的実施形態を添付の図面に説明して示したが、このような実施形態は、単に例示的であって本発明を限定しないこと、及び当業者が変更を想起することができるので、本発明は、示して説明した特定の構成及び配置に限定されないことは理解されるものとする。

計測チャンバを含む半導体処理装置の上面概略図である。 計測チャンバの側面断面概略図である。 較正基板の上面図である。 計測チャンバ内の基板支持体又はロボットステージ上に置いた較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を例示する計測チャンバ内の基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を更に例示する基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を更に例示する基板支持体上の較正基板の上面図である。 ロボットステージの較正を更に例示する基板支持体上の較正基板の上面図である。 図６Ａ−６Ｃに例示する較正処理の概略図である。 試験基板の上面図である。 試験基板の上面図である。 基板支持体の移動を例示する基板支持体上の基板の上面図である。 基板支持体の移動を例示する基板支持体上の基板の上面図である。 基板支持体の移動を例示する基板支持体上の基板の上面図である。 基板支持体の移動を例示する基板支持体上の基板の上面図である。

符号の説明

１０ 計測ツール
１４ ウェーハカセット
１６ 搬送サブシステム
１８ ロードロックチャンバ
２０ 計測チャンバ
２２ コンピュータ制御コンソール

Claims (42)

1. 表面と、各々が第１の座標系の第１のそれぞれの点で該表面上に位置決めされた該表面上の複数の形態とを有する半導体基板を準備する段階と、
   第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の前記位置をプロットする段階と、
   前記第１及び前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記変換を発生させる段階は、前記第１及び前記第２の座標系の間のオフセットを計算する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記オフセットを計算する段階は、前記第１の座標系の基準点と前記第２の座標系の基準点との間のオフセット距離を計算する段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記オフセットを計算する段階は、前記第１の座標系の軸線と前記第２の座標系の軸線との間のオフセット角度を計算する段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 表面と、各々が前記第１の座標系の第３のそれぞれの点で基板の該表面上に位置決めされた該表面上の複数の第２の形態とを有する第２の半導体基板を準備する段階と、
   前記変換を用いて、前記第１の座標系の前記第３のそれぞれの点を前記第２の座標系の第４のそれぞれの点に変換する段階と、
   各位置が前記第２の座標系の前記第４のそれぞれの点の１つに対応する複数の基板位置に前記第２の半導体基板を移動する段階と、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の基板位置は、第１の基板位置、第２の基板位置、及び第３の基板位置を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第２の半導体基板が前記第１、第２、及び第３の基板位置に移動される度に、該第２の半導体基板は、第１の方向に移動されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の半導体基板の前記表面上の前記第２の形態の少なくとも１つの上に電磁放射線を伝播させ、該伝播により、該第２の形態の該少なくとも１つの内部の材料から運動エネルギを有する光電子が放射される段階と、
   前記光電子を捕捉する段階と、
   前記光電子の前記運動エネルギを求める段階と、
   を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記第２の半導体基板の前記移動及び前記電磁放射線の前記伝播は、第１の部分及び第２の部分を有するチャンバ内で起こることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の部分で前記チャンバに入る前記第２の半導体基板の前記移動は、該第２の半導体基板を該チャンバの前記第１の部分から該チャンバの前記第２の部分に移動するロボットアームによって実行され、前記電磁放射線の前記伝播は、該チャンバの該第２の部分で起こることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ロボットアームは、更に、前記チャンバの前記第１の部分に隣接しているロードロックチャンバから前記第２の半導体基板を回収することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記ロボットアームは、基部に回転可能に接続され、かつ第３の座標系内を移動することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記第３の座標系と前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１及び第２の座標系は、直交座標系であり、前記第３の座標系は、極座標系であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. プロセッサによって実行された時に、
    表面と、各々が第１の座標系の第１のそれぞれの点で該表面上に位置決めされた該表面上の複数の形態とを有する半導体基板を準備する段階と、
    第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の前記位置をプロットする段階と、
    前記第１及び前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階と、
    を含む方法を実行させる１組の命令を記憶している、
    ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
16. 前記変換を発生させる段階は、前記第１及び前記第２の座標系の間のオフセットを計算する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体。
17. 前記オフセットを計算する段階は、前記第１の座標系の基準点と前記第２の座標系の基準点との間のオフセット距離を計算する段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
18. 前記オフセットを計算する段階は、前記第１の座標系の軸線と前記第２の座標系の軸線との間のオフセット角度を計算する段階を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータ可読媒体。
19. 前記方法は、
    表面と、各々が前記第１の座標系の第３のそれぞれの点で基板の該表面上に位置決めされた該表面上の複数の第２の形態とを有する第２の半導体基板を準備する段階と、
    前記第１の座標系の前記第３のそれぞれの点を前記第２の座標系の第４のそれぞれの点に変換する段階と、
    各位置が前記第２の座標系の前記第４のそれぞれの点の１つに対応する複数の基板位置に前記第２の半導体基板を移動する段階と、
    を更に含む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体。
20. 前記複数の基板位置は、第１の基板位置、第２の基板位置、及び第３の基板位置を含むことを特徴とする請求項１９に記載のコンピュータ可読媒体。
21. 前記第２の半導体基板が前記第１、第２、及び第３の基板位置に移動される度に、該第２の半導体基板は、第１の方向に移動されることを特徴とする請求項２０に記載のコンピュータ可読媒体。
22. 前記方法は、
    前記第２の半導体基板の前記表面上の前記第２の形態の少なくとも１つの上に電磁放射線を伝播させ、該伝播により、該第２の形態の該少なくとも１つの内部の材料から運動エネルギを有する光電子が放射される段階と、
    前記光電子を捕捉する段階と、
    前記光電子の前記運動エネルギを求める段階と、
    を更に含む、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のコンピュータ可読媒体。
23. 前記第２の半導体基板の前記移動及び前記電磁放射線の前記伝播は、第１の部分及び第２の部分を有するチャンバ内で起こることを特徴とする請求項２２に記載のコンピュータ可読媒体。
24. 前記第１の部分で前記チャンバに入る前記第２の半導体基板の前記移動は、該第２の半導体基板を該チャンバの前記第１の部分から該チャンバの前記第２の部分に移動するロボットアームによって実行され、前記電磁放射線の前記伝播は、該チャンバの該第２の部分で起こることを特徴とする請求項２３に記載のコンピュータ可読媒体。
25. 前記ロボットアームは、更に、前記チャンバの前記第１の部分に隣接しているロードロックチャンバから前記第２の半導体基板を回収することを特徴とする請求項２４に記載のコンピュータ可読媒体。
26. 前記ロボットアームは、基部に回転可能に接続され、かつ第３の座標系内を移動することを特徴とする請求項２５に記載のコンピュータ可読媒体。
27. 前記第３の座標系と前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載のコンピュータ可読媒体。
28. 前記第１及び第２の座標系は、直交座標系であり、前記第３の座標系は、極座標系であることを特徴とする請求項２７に記載のコンピュータ可読媒体。
29. フレームと、
    第１の部分と第２の部分とを有するチャンバを取り囲むチャンバ壁と、
    前記フレームに接続し、かつ前記チャンバの前記第１の部分に隣接しているロードロックチャンバと、
    前記フレームに接続されて前記チャンバの前記第１の部分内に位置決めされた基部と、該基部に回転可能に接続されて、半導体基板を試験位置内へ前記ロードロックチャンバから該チャンバの前記第２の部分まで搬送するロボットアームとを有するロボットステージと、
    前記フレームに接続されて、光電子を前記半導体基板上の材料から放射させる電磁放射線を該半導体ウェーハ上に放射する電磁放射線源と、
    前記フレームに接続されて、前記光電子を捕捉して該光電子の運動エネルギを求める分析装置と、
    前記ロボットステージ、前記電磁放射線源、及び前記分析装置と電気的に接続され、かつそれらを制御するコントローラと、
    を含むことを特徴とする半導体基板処理システム。
30. 前記コントローラと電気的に接続されて前記半導体基板の一部分を撮像するカメラを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の半導体基板処理システム。
31. 前記電磁放射線は、前記半導体基板の前記撮像された部分に衝突することを特徴とする請求項３０に記載の半導体基板処理システム。
32. 前記電磁放射線源及び前記カメラは、前記フレームと移動可能に接続されて前記半導体基板の前記撮像された部分を移動することを特徴とする請求項３１に記載の半導体基板処理システム。
33. 前記コントローラは、プロセッサと、該プロセッサによって実行された時に、
    表面と、各々が第１の座標系の第１のそれぞれの点で該表面上に位置決めされた該表面上の複数の形態とを有する較正半導体基板を準備する段階と、
    第２の座標系の第２のそれぞれの点で各形態の前記位置をプロットする段階と、
    前記第１及び前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階と、
    を含む方法をシステムに実行させる命令を記憶するメモリとを含むことを特徴とする請求項３２に記載の半導体基板処理システム。
34. 前記方法は、
    表面と、各々が前記第１の座標系の第３のそれぞれの点で基板の該表面上に位置決めされた該表面上の複数の第２の形態とを有する試験半導体基板を準備する段階と、
    前記第１の座標系の前記第３のそれぞれの点を前記第２の座標系の第４のそれぞれの点に変換する段階と、
    各位置が前記第２の座標系の前記第４のそれぞれの点の１つに対応する複数の基板位置に前記試験半導体基板を移動する段階と、
    を更に含む、
    ことを特徴とする請求項３３に記載の半導体基板処理装置。
35. 前記複数の基板位置は、第１の基板位置、第２の基板位置、及び第３の基板位置を含むことを特徴とする請求項３４に記載の半導体基板処理装置。
36. 前記第２の半導体基板が前記第１、第２、及び第３の基板位置に移動される度に、該第２の半導体基板は、第１の方向に移動されることを特徴とする請求項３５に記載の半導体基板処理装置。
37. 前記ロボットアームは、第３の座標系内を移動することを特徴とする請求項３６に記載の半導体基板処理装置。
38. 前記第３の座標系と前記第２の座標系の間の変換を発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項３７に記載の半導体基板処理装置。
39. 前記第１及び第２の座標系は、直交座標系であり、前記第３の座標系は、極座標系であることを特徴とする請求項３８に記載の半導体基板処理装置。
40. 半導体基板を支持する段階と、
    前記半導体基板をある一定の方向に複数の第２の位置から線形でない複数の第１の位置内に移動する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
41. 前記半導体基板の前記移動は、基部に回転可能に接続されたロボットアームによって引き起こされることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
42. 前記半導体基板の表面の一部分上に電磁放射線を伝播させ、該伝播により、該半導体基板内の材料から運動エネルギを有する光電子が放射される段階と、
    前記光電子を捕捉する段階と、
    前記光電子の前記運動エネルギを求める段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。

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