JP2014123762A - プロセス条件測定デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】露光中のウエハ温度を測定する装置を提供する。
【解決手段】パラメータを測定するための機器は、基板と、異なる位置で独立してパラメータを測定する、基板表面に運搬されると共に配置される複数のセンサ１０１〜１０５と、表面に広がりセンサ１０１〜１０５及び電子的プロセス構成要素に接続される電気的導体と、センサ１０１〜１０５、電子的プロセス構成要素及び導体の上に配置されるカバーと、を含む。カバー及び基板は、基板プロセスセルにより処理される製造基板に対して同様の材料特性を有する。本機器は製造基板とほぼ同一の厚さ及び／又は平坦さを有する。本機器は基板プロセスにかけられてもよく、プロセス中に本機器を用いて一以上のパラメータを測定してもよい。一以上のセンサ１０１〜１０５によるパラメータ測定に基づいて、基板プロセスにおける製造ウエハの挙動を特徴分析してもよい。
【選択図】図１Ａ

Description

（関連出願）
本出願は、２００７年２月２３日出願の継続中の米国仮出願第６０／８９１３６０号の利益を主張し、参照により全ての内容を本願明細書に援用する。

本発明の実施形態は半導体ウエハプロセス、ＬＣＤディスプレイプロセス、磁気メモリディスクプロセス、及び薄膜プロセスから製造される他のデバイスに関し、より具体的にはプロセス条件を検出及び記録して受信機にデータ送信可能なシステムに関する。

集積回路、ディスプレイ又はディスクメモリの製造は、無数の処理過程を用いる、使用可能なデバイスを提供するためには、各処理過程を注意深くモニタしなければならない。画像化プロセス、蒸着及び成長プロセス、エッチング及びマスキングプロセス他を通じ、例えばガスフロー、真空、圧力、化学、ガス又はプラズマ組成及び露光距離が各ステップ中に注意深く制御されることが重要である。各ステップに取り入れられる様々なプロセス条件に対する慎重な注意が、最適な半導体又は薄膜プロセスには必要である。最適なプロセス条件からのいかなる逸脱も、集積回路又はデバイスを標準以下の性能水準、又はさらに悪ければ完全な不良品とする場合がある。

プロセスチャンバ内においては、プロセス条件は変化する。温度、ガス流速及び／又はガス組成等のプロセス条件における変化は、集積回路の形成と、これによる性能に大きく影響する。集積回路又は他のデバイスと同一又は類似材料のプロセス条件測定基板を用いることは、基板の材料特性がプロセスを受ける実際の回路と同一であるため、当該条件を最も正確に測定することになる。仮想的な全プロセス条件に対し、チャンバの至る所に勾配及び変化が存在する。従って、こうした勾配は基板表面並びにその下方及び上方にも存在する。ウエハにおけるプロセス条件を正確に制御するため、チャンバのプロセス条件の最適化が直ちに達成されるよう、測定がウエハ上で行われて、自動化制御システム又はオペレータへの読み取りがリアルタイムで利用可能であることが重要である。プロセス条件は、半導体又は他のデバイス製造を制御するための任意のパラメータ、又は製造業者がモニタを所望する任意の条件を含む。

ＰＥＢ及びＰＡＢホットプレートステーションは、機器搭載したウエハ装置と共に何年も測定されてきたが、利便性、実用性の点では全くフォトレジストへの適用ができなかった。こうしたウエハは、ホットプレートのあるウエハ底部から温度を測定するためにのみ必要とされたので、薄さに関しては設計の想定外であり、湿式環境に対する密封もなされなかった。標準的技法は、ウエハ上面の上に本機器を設置することである。

レジストディスペンスのステップに対して、ノズル又はアプリケータを通過する際の材料温度を測定するために独立プローブが用いられてきた。ウエハ系測定技術は存在しなかった。レジストディスペンスステーションは通常は毎分５０００回転以下で旋回し、レジスト材料が電子回路を損傷する可能性があるため、装置には機械的平衡化、密封、及び熱的平衡化を要する。これは、統合ウエハの発明まで存在しなかった。

発明者らの知識によれば、これまでに露光中ウエハ温度を測定する装置は全くなかった。露光システムには厳密な平坦さ及び厚さの仕様が必要であるため、薄く平面的な設計概念が求められる。

さらに、ウエハの後処理はオーバーレイ歪み効果をもたらす場合がある。発明者らの知識によれば、このような効果をそのままの状態で測定できるウエハ系装置は全く存在しなかった。

いくつかの従来技術は、密封及び旋回のための機械的平衡化が行われないウエハを用いている。結果的に、これらの方法では、レジスト塗布／ディスペンスステーションでの測定を行うことはできない。加えて、このような方法はそれほど平面的ではないウエハ露光システムを用いる。さらに、以前のセンサウエハは、露出ステーションにおける使用に対して十分に薄くはない。加えて、従来技術のセンサのいくつかはフォトレジスト適合可能な拡大縮尺性や平坦性がなく、フォトレジスト除去が容易ではなかった。従来技術のセンサウエハは、通常は独立型プローブであり、このために多くのアプリケーションに対して十分には空間的に分離されなかった。加えて、このようなウエハは当該ウエハの反応を直接的に測定できなかった。

本発明の実施形態は、こうした課題を受けて創出されたものである。

本発明の目的及び利益は、以下の詳細な記載の理解及び添付図面の参照により明らかにされる。

プロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）の平面図である。 図１ＡのＢ−Ｂ断面における横断面である。 本発明の一実施形態に係るプロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）の一部の横断面図である。 本発明の一実施形態に係るプロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）の一部の横断面図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。 本発明の代替実施形態に係るＰＣＭＤの製造を示す一連の横断面の概略図である。

以下の詳細な記載は説明を目的として特定の詳細を多く含むが、当業者であれば誰でも、以下の詳細への多くの変形及び変更が本発明の範囲内であることを考慮するであろう。従って、以下記載の本発明の例示的実施形態は、特許請求の範囲の本発明に対する一般性を喪失することなく、かつ制約を設けることなく、説明されるものである。

本発明の実施形態は、半導体製造におけるリソグラフィパターン転写プロセスに対するプロセス条件へのウエハ熱応答の正確な測定を提供する。

本発明の実施形態は、標準的生産基板と略同等の厚さ及び／又は平坦さを有するプロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）を提供する。同様にしばしば好適には、ＰＣＭＤは生産基板と同一種類の材料で製作される上面を有する。非限定的例示として、生産基板は、例えばシリコンウエハ又はレチクル等の半導体ウエハでもよい。レチクルは、しばしば石英基板を用いて製作される。本願明細書に用いるように、略同等の厚さという用語は、ＰＣＭＤの厚さが生産ウエハに対して許容できる範囲の許容誤差内であることを意味する。生産ウエハに対する厚さの許容範囲は、これを処理する特定のツールの要件に大きく依存する。いくつかの特定の平均厚さから５０％以上の厚さ変化を許容できるツールもある。また別のツールでは、許容誤差は、例えば通常は約７７５マイクロメートルの厚さである１２インチ（３００ｍｍ）直径のウエハに対して２０〜２５マイクロメータの変化等、非常に小さな許容誤差を要求するものもある。同様に、生産ウエハと略同等の平坦さという用語は、ＰＣＭＤの表面が、生産基板に対して許容範囲内の平坦さを有することを意味する。再び、これらの許容範囲は、これに用いる基板及びツールのアプリケーションに大きく依存する。しかしながら、複数のツールを取り入れているプロセスの特定シーケンスを実施する基板に対して、厚さ又は平坦さにおける許容できる変化は、最も厳しい許容誤差要件を有するツール又はプロセスに大きく依存する。

本発明の実施形態によれば、対象環境に送達され、広範囲にデータ収集し、対象環境又は対象環境を含むツールに対してほとんど破壊されることなく取り扱いシステムに復帰する、プロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）が開示される。このＰＣＭＤは、ツールにより通常取り扱われる基板に類似した特徴を有する。このような基板の特徴は、一般的には工業規格指定である。従って、３００ｍｍシリコンウエハ用に設計されるシステムに対して、ＰＣＭＤはシリコン基板を有し、３００ｍｍウエハのものと類似の物理的寸法を有する。ＰＣＭＤの特性を３００ｍｍウエハと同等又は近似に保持するため、基板内キャビティの中に構成要素を置いてもよい。この寸法及び無線設計のおかげで、あたかも３００ｍｍウエハであるかのようにロボットによりＰＣＭＤを取り扱ってもよい。エッチング、洗浄、フォトリソグラフィ他のようなウエハに実施する処理ステップを実施してもよい。ＰＣＭＤは、プロセス中の温度、圧力、ガス流速、高周波（ＲＦ）電圧及び電流等のプロセス条件を記録し、必用なときにこのデータをアップロードするよう構成されてもよい転送及び保存中の条件を、同様にモニタ及び記録してもよい。

例示として、ＰＣＭＤは、一般的に、その位置で独立してパラメータを測定する、基板表面によって運搬されると共に配置される複数のセンサを有する基板を備える。一以上の電子的プロセス構成要素が基板表面に運搬される。電気的導体は基板表面に広がり、センサ及び電子的プロセス構成要素に接続される。センサ及び電子的構成要素は、基板表面に形成されるキャビティに位置してもよい。センサ及び電子的構成要素の周囲のキャビティを材料で充填してもよい。このようなＰＣＭＤの例、すなわちその製作及びＰＣＭＤによる使用システム取り扱い方法は、ウェイン・グレイ・レンキンらの米国特許第７１３５８５２号に詳細が記載されており、当該開示は参照により本願明細書に援用する。

例示として、センサ、付属電源及び相互接続が、非常に薄いフレキシブル回路を用いて実装される。個別のＰＣＭＤ構成要素については、フレキシブル回路用のキャビティを形成し、このキャビティ内にフレキシブル回路及び構成要素を設置してもよい。典型的には、構成要素キャビティはフレキシブルキャビティよりも深い。あるいは、相互接続線は、ウエハ表面に直接的に薄膜金属線を形成するリソグラフィで製作することも可能である。この場合には２段階に窪みのあるキャビティとなる。例えばキャビティ中央付近等に設けられる深い方の構成要素用キャビティは、より周辺の大きな浅い方のキャビティに囲まれる。薄膜相互接続線は浅い方のキャビティ内に延長されて接着パッドを形成する。構成要素及び相互接続は基板表面下に凹設されることが好適である。構成要素上のパッド又は段差と浅い方のキャビティ部分内に金属で形成されるパッドとの接続には、結線相互接続又は薄膜回路相互接続（例えばリング状）を用いることができる。例示として、浅い方のキャビティの深さはウエハ表面から３ミル凹設し、金属パッド幅は５ミル以上とすることができる。いくつかの場合において、構成要素及び相互接続の上にカバーを設ける前に、酸化物又は窒化物に不動態化することが望ましい場合がある。

構成要素及び相互接続の部分にへこみ（凹部）を形成する前に、まずＰＣＭＤの上にはできるだけ平坦なカバーが配置される。

あるいは、センサ、電源等のＰＣＭＤ構成要素がリソグラフィで形成されるならば、これらの構成要素への電気的相互接続を、フォトリソグラフィ技術を用いてウエハ表面又は不動態化層上に直接的に形成してもよい。

ＰＣＭＤの上面が全体的に平らになるよう、様々なセンサ及び他の構成要素を底部基板内の凹部に形成してもよい。次いで、ＰＣＭＤが基本的に生産基板と同じ厚さとなるよう、フレキシブル回路を薄いカバーで覆ってもよい。例えば、１２インチ直径であれば、７７５マイクロメートル厚のシリコンウエハが底部基板として用いられ、５０マイクロメートル厚の１２インチシリコンウエハがカバーとして用いられる。底部基板の裏面はカバーと同じ厚さ（例えば、５０マイクロメータ）だけ粗研磨してもよい。必要な許容範囲に達するため、カバーの上面も粗研磨及び研磨してもよい。いくつかの実施形態において、ＰＣＭＤは、最終的な粗研磨及び研磨の前に、厚さ変化を安定化するために熱サイクルを受けさせてもよい。カバー前面を生産基板と略同程度の平坦さまで研磨してもよい。加えて、生産基板用のプロセス環境と互換性のある材料でカバーを製作してもよい。

ＰＣＭＤのセンサ及び他の回路構成要素は、例えば溝部等の凹部内に形成され、回路構成要素と溝部との間の空白を充填材料で完全に充填してもよく、次いでカバーが完全に平坦となるよう粗研磨してもよい。

本発明の実施形態によれば、上述と同様の特徴を有するウエハＰＣＭＤは、リソグラフィの露光ステーション又は他の基板プロセスセルに入れるために十分に薄く製作してもよい。基板プロセスとしては、リソグラフィプロセスステップ（レジスト塗布、前ベーク、露光、後ベーク、エッチング、材料蒸着等）、化学機械研磨（ＣＭＰ）、基板洗浄プロセス、計測プロセス（光波散乱計測、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）等）、材料蒸着、湿式及び乾式エッチング、他が挙げられるが、これらに限定しない。これらのようなプロセスの後は、蒸着材料をＰＣＭＤ表面から除去し、ＰＣＭＤを再利用してもよい。非常に薄型とするため、ＰＣＭＤはシリコン又はポリイミド等のポリマーの非常に薄いカバーを用いてもよい。この薄型は露光システム内に適合して機能するために重要であり、システムアクセス及び気泡形状に影響する。

例示として、基板内に最先端の電気回路を有する生産グレードのシリコンウエハを基板として用いて、ＰＣＭＤを製作してもよい形成可能なカバーで電気回路を密封してもよい。露光リソグラフィアプリケーションに対しては、優れた熱伝導性を有する非常に薄く平坦なカバーを用いてもよい。例えばポリイミド及び薄いシリコン等のポリマー又はポリイミド等のポリマーで被覆されたシリコン等の、多様な種類及び厚さのカバーを用いてもよい。カバー上の接触角は生産ウエハと同等又は類似が望ましいことに注意すべきである。特に、ＰＣＭＤ表面は、生産基板表面の湿潤と同様に、レジスト又は他のフィルムで湿潤することが可能である。カバーを基板上に接着し、電気回路及びセンサを間に挟み、回路を水、液体フォトレジスト、他の環境不純物又は電磁界から遮蔽してもよい。ウエハをクリーン環境内で製作し、ＳＣｌ、ＳＣ₂で注意深く湿式洗浄し、顧客への発送前に磨き上げてもよい。

露光ステーション内での露光を行うため、ＰＣＭＤを十分に平面的に製作してもよい。加えて、ウエハを機械的平衡化し、毎分約５０００回転以下の回転速度で旋回可能としてもよい。湿式又はＰＲ−ｏｎ環境で使用できるようにＰＣＭＤを密封してもよい。加えて、使用する環境に対してＰＣＭＤを最適化するために、ＰＣＭＤは構成可能な被覆又はカバーを有してもよい。本デバイスの回転軸に対して加重を分配することにより、本デバイスを機械的平衡化してもよい。こうした構成要素レイアウトの適切な配置は重要問題である。

図１Ａを参照し、円形ウエハを基礎とするＰＣＭＤを平面図で示す。１５個のセンサ１０１〜１０５（例えば温度センサ）のみを簡便な説明のために示すが、通常は典型的試験ウエハに対してはずっと多くが望ましい。例示として、センサ１０１〜１０５は、圧力、機械的歪み、シーヤー歪み（ｓｈｅｅｒ ｓｔｒａｉｎ）、湿度、エアフロー、電気的プローブ、プラズマプロセス用ラングミュアプローブ、光学センサ、位置又は方位（チルト、ロール、ヨー）センサでもよい。電気的導体を含むポリマーフィルムのストリップが、これに取り付けられるセンサと内部に相互接続バスを含む二つの半円ポリマーフィルムセグメントの一つとの間に延長する。フィルムストリップ１２１〜１２３は直線的な半径ラインに延長してもよく、それぞれには二つのセンサが取り付けられ、フィルムストリップ１２５〜１２７はそれぞれ三つのセンサが取り付けられて「Ｙ」字型であってもよい。あるいは、全てのセグメントを単一のフレキシブル回路内に形成してもよい。これにより、例えばハンダ等により別個のセグメントを結合する必用が避けられる。別のポリマーフィルムセグメント１３１は二つのバスセグメント１１７及び１１９の間に位置し、マイクロコントローラ及びこれに取り付けられる付属の電子構成要素を含む。センサ、並びにフィルムストリップ及びセグメントは基板内に含まれ、最も好都合には同一の外形を有する上面と下面との間に組み込まれる。フィルムセグメント１３１は、上部露出表面の外部中心コイル１３３及び一以上のトランシーバ１３４と接続する、別のポリマーセグメント１３２に延長する。例示及び非限定として、トランシーバ１３４をＰＣＭＤとの双方向データ通信に用いてもよい。トランシーバ１３４は、高周波（ＲＦ）技術、赤外線等の光学技術を用いて通信してもよい。バッテリー１４３及び１４５は、それぞれ半円部分１１７及び１１９でバスに電気的に接続してもよい。アプリケーション及び結果的な必用電力によっては、一つのみのバッテリー又は二つ以上のバッテリーを二者択一的に実装してもよい。従って、センサ、電子的構成要素及び電源は、本願明細書にて他所記載するシステム（米国特許第７１３５８５２号の図１８等、参照により本願明細書に援用する）において、基板構造内のポリマーフィルムセンサ内の導体により相互接続される。利用するポリマーは、好適にはポリイミドである。

バッテリー１４３及び１４５は基板上面に組み込んでもよいが、好適には同様に基板に内蔵される。次いで、閉じることのできる開口部（図示せず）を、本機器の寿命内に交換するアクセス用に、それぞれのバッテリー上方のプレートの一つに適宜設けてもよい好適には、完成基板の両面は、表面上にはいかなる構成要素も組み込まれていない平滑さである。

図１Ｂに示すポリマーストリップ１２１に沿った断面を参照すると、キャビティ１３５及び１３７は底部ディスク１３９内に形成され、それぞれセンサ１０１及び１０２を含む。これらのセンサはポリマーストリップ１２１に予め取り付けられ、ボンドワイヤなしに内部の導体に直接的に電気的及び機械的に接続されてもよい。実際には、それぞれ「Ｙ」字型のストリップ１２５〜１２７が同一であるように、直線状のポリマーストリップ１２１〜１２３は同一でもよく、これは製造を大いに簡略化する。製作を要する異なるポリマーセグメント構造は、限られた数にすぎない。この実施形態においては、コイル１３３及びＬＥＤ１３４に対するフィルムセグメント１３１及びセグメント１３２内の電子的構成要素アセンブリに加えて、二つの異なるセンサアセンブリのみが用いられる。これらのそれぞれにおいて、センサ及び他の構成要素を含むキャビティ間にポリマーが延長するよう、底部基板１３９の上面に設けられる溝に予め組み立てられるユニットとして、構成要素を実装前のポリマーセグメントに取り付けてもよい。個々のポリマーセグメント上のセンサ及び他の構成要素は、実装前に試験及び校正することも可能である。

ポリマーセグメントがいったん底部基板１３９に導入されると、次いでカバー１４１が底部ディスクに取り付けられる。カバー１４１は底部基板１３９と同一の外形を有してもよい。カバー１４１及び底部基板１３９は、基板プロセスセルによるプロセスを受ける生産基板のものと同様の材料特性を有する。例示として、カバー１４１は約５０マイクロメートル厚のシリコンで製作される。このようなシリコンカバーは、例えばディスコ社（日本、東京）等から市販入手してもよい。例えば、低粘性シリコン接着剤等の接着剤を用いて、カバーを底部基板に接着してもよい。このような接着剤の例は、米国ニューヨーク州スケネクタディのゼネラル・エレクトリック社から市販入手可能である。例えば、浸漬リソグラフィシステムの試験に対しては、シリコン製カバーがしばしば好適である。基板１３９及びカバー１４１を同一又は異なる材料で製作してもよい。いくつかの実施形態において、基板１３９及びカバー１４１は、その露出上面にフォトレジスト又は酸化物又は他の材料の層を備えてもよい、

センサ１０１〜１１５及び付随する電子的構成要素、フィルムセグメント及びカバー１４１を有する底部基板１３９は、想定するＰＣＭＤを形成する。代替実施形態において、フィルムストリップ及びセグメントのための溝をカバー１４１の底面に形成してもよい。一つ又は小数の追加的ポリマーセグメントは、取り付けられるセンサ及び／又は他の構成要素を有する形状となるものの、ずっと多くのセンサを有するより複雑なレイアウトが同様に実装される。

センサ及び／又は他の構成要素は、図１Ｂに示すように、好適にはディスクキャビティの底部に取り付けられ、温度検出チップ１０１及び１０２がそれぞれキャビティ１３５及び１３７の底部に取り付けられる。センサ１０１〜１１５は、それらが組み込まれるウエハと同一の温度であることが望ましい場合がある。このような場合には、キャビティ内のセンサ及び構成要素周辺の空間を熱伝導性材料で充填してもよい。多くの場合において、バッテリー及びマイクロプロセッサ等は上昇した温度を許容しない場合があるため、あるＰＣＭＤ構成要素は断熱することが望ましいことに注意すべきである。接着剤及び充填材料は、米国特許第７１３５８５２号の図１Ｃに関する記載と同一とすることが可能である。ポリマーストリップ及び他のセグメントは、結果として得られる測定デバイス領域の小部分のみに及ぶため、底部ディスク１３９及びカバー１４１は、適切な接着性で二つのディスクのほとんど全領域、好適には共通領域の８０パーセント又はさらには９０パーセントが、強固に機械的、熱的及び電気的に結合される。この例においては、底部基板１３９及びカバー１４１は同一直径を有する円形である。しかしながら、本発明の限定として特定の構成を意図したものではない。

これらの特徴の結果として、センサ、電子的構成要素、導体、ポリマー及びディスク内の他の素子は、ウエハにわたって測定される温度をほとんど乱すことがない。図１Ａ及び１Ｂの構造により電子的素子に設けられる保護のおかげで、プラズマ、湿式及び鍍金プロセスにおいて、並びにフォトレジストプロセスホットプレートを調整するための温度測定に、本デバイスを用いてもよい。もちろん、本機器はこれらの特定アプリケーションに限定しない。また、図１Ａ及び１Ｂに示す構成は、構造内部から測定が可能な他のパラメータのセンサを温度センサと置き換えてもよいので、温度測定に限定しない。ほとんど全てのアプリケーションにおいて、本機器は底部基板１３９及びカバー１４１を逆にして、反転することが可能である。

図１Ａ及び１ＢのＰＣＭＤを生産ウエハと略同等の厚さを有するように十分薄くするため、カバー１４１により加わった厚さを補正するのに十分な量だけ、ウエハ背面を粗研磨してもよい。例えば、図１Ｃに示すように、ＰＣＭＤは、Ｔ_bの厚さを有する底部ディスクを基礎としてもよい。カバーはＰＣＭＤにＴ_cの厚さを追加するので、全体の厚さはＴ＋Ｔ_cであり、生産基板についての厚さＴよりも大きい。追加の厚さを補正するため、ＰＣＭＤの全体の厚さがＴと等しくなるよう、Ｔ_Lの量だけ底部ディスク１３９を粗研磨してもよい。例示として、底部基板１３９は当初の厚さをＴ_b＝Ｔとしてもよく、この場合にはＴ_L＝Ｔ_cである。

生産基板と略同等の厚さを有することに加えて、ＰＣＭＤは生産ウエハと略同程度の広範囲及び局所的平坦さを有していることが同様に望ましい。本願明細書に用いるように、広範囲の平坦さとはＰＣＭＤ基板の反りを指し、局所的平坦さとは何らかの平均基板面に対する基板の表面形状又はトポグラフィを指す。この達成のためには様々な技法が数多くある。いくつかの場合に、フレキシブル回路が上に構築される底部基板１３９において、カバーを粗研磨することでは所望の平坦さに到達できない場合がある。このようなフレキシブル回路はしばしばポリイミドで製作され、これは装備している回路素子間に間隙やへこみを形成する傾向がある。このような間隙を埋めるため、回路素子を含む溝部には適宜充填材料を配置してもよい。所望の平坦さに達するために、ＰＣＭＤの底部基板１３９を粗研磨し、図１Ｄに示すように、底部基板１３９の露出表面上でプロセス（例えばレジスト塗布及びベーキング）が行われるよう、使用中に装置全体を上下逆にしてもよい。生産基板の露出表面と略同等の平坦さとなるよう、底部基板１３９の露出表面を粗研磨してもよい。カバー１４１を同様に粗研磨してもよいが、生産基板の背面に必用な平坦さをのみを要してもよい。カバーは底部に対して十分に平坦にする（例えば、チャッキングに十分な平坦さ）。

別の実施形態において、ＰＣＭＤは薄膜技術を用いてウエハ上に直接的に構築される薄膜センサを有してもよい。これにより、溝部を形成して充填材料で溝部を充填する必用を避けられる。このようなＰＣＭＤの製作例を、図２Ａ乃至図２Ｅに示す。製作は、図２Ａに示すような適切な基板２０２から開始する。例示として、基板２０２はシリコン製である。次いで、センサ、電源相互接続を基板２０２の上又は中に形成してもよい。例えば、図２Ｂに示すように、通常のフォトリソグラフィ及びエッチング技術等を用いて、基板２０２の中に一以上の凹部２０４をエッチングしてもよい。図２Ｃに示す絶縁材料を用いて、凹部２０４をライニングしてもよい。次いで、蒸着又は他の形成により、凹部２０４の残存空間にデバイス材料２０８（例えば、半導体又は導体材料）を配置してもよい。

図２Ｄに示すように、デバイス材料２０８をカバー２１０で覆ってもよい。例示として、カバー２１０は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の酸化物等の絶縁材料でもよい。例えば上述記載のような接着剤を用いて、カバー２１０を基板２０２に取り付けてもよい。あるいは、デバイス材料２０８の上に絶縁材料層を蒸着することにより、カバー２１０を形成してもよい。好適には、デバイス材料２０８で製作される回路構成要素がプロセス中に損傷を受けない十分な低温で、蒸着を実施する。生産基板と同一材料で製作される表面を設けるため、図２Ｅに示すように、追加の上部層２１２をカバー２１０上に形成するか又はこれに取り付けてもよい。例示として、単結晶又は多結晶シリコン層をカバー２１０に蒸着してもよい。あるいは、例えばレチクルのプロセス試験に用いるＰＣＭＤに対して、石英又は他のレチクル材料で上部層２１２を製作してもよい。上述のように、最終的な粗研磨及び研磨の前に厚さ変化を安定化するため、ＰＣＭＤに熱サイクリングを受けさせてもよい。

代替実施形態において、図３Ａ〜図３Ｆに概略を表すように、ＰＣＭＤを製造してもよい。製造は、シリコンウエハ等、当初の厚さＴ_Siの薄い基板３０２から始めてもよい。例示として一般性を失うことなく、Ｔ_Siは約５００マイクロメートル（２０ミル）でもよい。図３Ｂ〜図３Ｄの図示と同様に、基板３０２上に、センサ、電源、プロセッサ及びフレキシブル回路等の相互接続等の構成要素を形成してもよい。特に、既に約３８０マイクロメートル等に薄くしたカバーを取り、基板上面に結合させて構成要素及び相互接続を覆う。次いで、最終的なデバイスの厚さが７７５マイクロメートルとなるよう、カバーを１２５マイクロメートル（５ミル）まで粗研磨する。この場合には、なんらかの独立した構成要素が用いられているならば、相互接続回路及び構成要素を組み合わせた厚さを、十分な強度を提供するためには２５０マイクロメートル未満とすることが非常に重要である。

図３Ｂに示すように、フォトリソグラフィ的エッチング、又は他の方法で基板３０２に形成された一以上の凹部３０４を削ってもよい。図３Ｃに示すように、電気的及び／又は熱的絶縁材料３０６を用いて凹部３０４をライニングしてもよい。次いで、蒸着、又は取り付け、又は他の方法で凹部３０４内の残存空間に形成して、デバイス材料３０８（例えば、半導体又は導体材料）を配置してもよい。

図３Ｄに示すように、カバー３１０を用いてデバイス材料３０８を覆ってもよい。カバー３１０は、例えば上述のように接着在を用いて基板３０２に取り付けた、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の酸化物等の絶縁材料酸化物でもよい。あるいは、カバー３１０は、例えば上述のように、デバイス材料３０６の上に絶縁材料層を蒸着することにより形成してもよい。カバーは、当初のカバー厚Ｔ_Ciを有していてもよい。ＰＣＭＤ全体の厚さを所望の厚さまで減少するため、図３Ｅに示すように、基板３０２の底面を最終的な基板厚Ｔ_Sfに粗研磨して減少してもよい。カバー３１０の上面を同様に粗研磨し、最終的なカバー厚Ｔ_Cfに減少してもよい。カバー上面及び基板底面を、所望の程度の滑らかさに研磨してもよい。加えて、図３Ｆに示すように、生産基板と同一材料で製作される上部層３１２を追加してもよい。ＰＣＭＤ全体の厚さを減少するため、同様に上部層３１２を粗研磨及び研磨してもよい。

上記のように、最終的な粗研磨及び研磨の前に厚さ変化を安定化するため、ＰＣＭＤに熱サイクリングを受けさせてもよい。

一つの代替実施形態によれば、ＰＣＭＤは、ユーザによりカスタマイズされる構造物を含み、構造物を生成するプロセスを受けてもよい。

別の代替実施形態によれば、ＰＣＭＤは、露出リソグラフィ熱効果を検出するための十分な分解能及び精度を有してもよい。特に、露出リソグラフィアプリケーションに対しては、正確に配置（例えば、３００ｍｍウエハに対して６５の、２００ｍｍウエハに対して５３のセンサ）されたセンサが、狭い温度範囲（１８〜２８℃）にわたって非常に緊密に校正される。これにより、無線ウエハ技術と共に用いるための適切な精度及び分解能が得られる。この状況における無線ウエハ技術の使用により、露光プロセス中のウエハ及びフォトレジストのわずかな熱応答が表現可能になるリソグラフィプロセスにおける温度の重要性を考慮し、露光システム設計者は、ウエハをステージに送る前にコンディショニングステーションを用いることで、露光ステージ上のウエハ温度を均一化することにしばしば重大な注意及び出費を払っている。本願明細書に記載の種類の統合ウエハを用いることにより、この重要なプロセスを特徴分析し、適切な性能のためのツールをモニタすることが可能となった。

加えて、平坦さ及び厚さは、所定の許容範囲内である（例えば、厚さ及び平坦さの許容範囲は、全体の厚さ７７５マイクロメートルから、厚さ及び平坦さにおいて５〜１０マイクロメートルの変化を超えない）こと、大まかには厚さ及び平坦さにおいて１〜２％の変化であることが望ましい。

同様に、昇温（＞１２０℃）熱サイクル後に、平坦さ及び厚さの許容範囲を高い程度で維持したい。これは、カバー及び基板の熱膨張係数の一致、及び／又は全体の厚さ７７５マイクロメートルに対して１０マイクロメートル未満の薄い接着層の使用により行うことができるので、全体の厚さの約１〜２％が、基板及びカバーの膨張係数に対する接着材料の熱膨張係数のミスマッチに依存することになる。熱サイクル及び他のプロセス中の接着剤によるガス放出を避けることも望まれる。

代替実施形態によれば、ＰＣＭＤは、旋回中及び実際のフォトレジストがＰＣＭＤ表面に塗布される間のレジスト塗布への熱応答を検出してもよい。

リソグラフィの統合プロセス全体、又は任意に選択される所望のサブシーケンスの測定に用いられるよう、上述の実施形態の様々な態様を組み合わせてもよい。

本発明の実施形態は、様々な異なるレベルのアプリケーションを容易にする。例えば、上述の種類のＰＣＭＤがリソグラフィセルの隅々にわたりプロセスされる間のウエハの熱応答測定を可能にすることは、独特のものであると考えられる。リソグラフィセルは、有機系反射防止膜（ＢＡＲＣ）又は同等品、レジストディスペンス、塗布後ベーク（ＰＡＢ）、パターン転写露光、露光後ベーク（ＰＥＢ）、及び現像／洗浄含む、複数のプロセスステップを備えてもよいが、これらに限定しない。複合的で完全なランを測定できること、並びにリソグラフィセル内の様々なステーションを測定できることは独特であると考えられる。

上述の種類のＰＣＭＤはレジスト被覆されたウエハを有する上記リソグラフィーセルの熱応答を測定可能にするので、単に「ドライ」ランではなく、実際のプロセス又は実際に近いプロセスが測定できる。

本発明の実施形態により、レジスト被覆装置ウエハにパターン形成することが可能となり、潜在的アプリケーションの飛躍的創出が可能となる。例えば、上記の種類のＰＣＭＤにより、光学的測長（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）等の終端状態測定を用いて時間的熱データを補正してもよいので、より正確、強力、高速なプロセスの調整が可能である。

さらに、上記の種類のＰＣＭＤにより、統合プロセス内での個々のプロセス条件又はそのセットを変更し、熱応答並びに最終結果への影響を測定することが可能である。これはプロセス調整に極めて有用である。加えて、上記の種類のＰＣＭＤを用い、熱応答データ及び欠陥の結果によりプロセス変化を補正してもよい。

本発明の実施形態により、様々なプロセス処方並びに薄膜を統合する手法（ＢＡＲＣ、ＤＡＲＣ、ＰＲ厚さ、レジスト塗布、温度、ＰＥＢ温度、他）に対する熱の影響を、他の影響から切り分けることが可能である

露光中ウエハの熱的挙動を特徴分析できることから、モデル設計者がオーバーレイ誤差を正確に予測することが可能になる。従って、このようなモデルを用いて、配置変化によるＣＤ欠陥をｎｍ単位で切り詰めることができる。露光プロセスをサーボ制御してウエハ装置から得られる現実のデータ結果とする、補正アルゴリズムを生成することができる。

露光システム内の様々なステージ及びコンディショニングプレート上の微小温度差を測定できるので、本ツールを均一化し、ウエハごと、ロットごと等に一致した熱的性能を有することが可能である。ＣＤ欠陥を生じる熱成分はモデル化されており、モデル、レジスト等にもよるが、経験的にｍＫ当たり１ｎｍのオーダーであると計測されている。

上記の種類のＰＣＭＤは、また、オーバーレイ等の校正機器として使用できる特別な種類の装置の構成を可能にする。

上記の種類のＰＣＭＤは、また、様々な内部ステージ及び熱的最適化のための露光システムの測定を可能とし、オーバーレイ歪み誤差を相関させ補正するための温度測定の使用を可能にする。

試験結果及び図示の例示として、本発明の実施形態の有用性を、本発明の一部として明確に含まれ参照により本願明細書に援用する資料Ａ及び資料Ｂに記載する。

上記には本発明の好適な実施形態を完全に記載してきたが、様々な変更、変形及び等価物を用いることが可能である。従って、本発明の範囲は上記記載への参照には限定してはならず、添付の特許請求の範囲を参照し、等価物の全範囲に従って決定すべきである。好適か否かによらず全ての特徴は、好適か否かによらず他の任意の特徴と組み合わせてもよい。下記特許請求の範囲において、単数形で表現されたものは、特に明記しない限り、一または複数の形態を取りうることを指す。「する手段」という語句を用いる所与の請求項において限定が明記されない限り、添付特許請求の範囲は、ミーンズプラスファンクションの限定を含むものとして解釈してはならない。

Claims (38)

1. パラメータを測定するための機器であって、
   基板と、基板表面によって運搬されると共に配置されてそれらの位置で独立してパラメータを測定する複数のセンサと、前記基板表面によって運搬される少なくとも一つの電子的プロセス構成要素と、前記基板表面にわたって広がり複数の前記センサ及び前記少なくとも一つの電子的プロセス構成要素に接続される電気的導体と、
   前記センサ、電子的プロセス構成要素及び導体の上方に配置されるカバーと、を含み、
   前記機器は生産基板と略同等の厚さ及び／又は平坦さを有し、前記カバー及び基板は基板プロセスセルによりプロセスを受ける生産基板と類似の材料特性を有する
   機器。
2. 前記基板は前記カバーの厚さを補正するのに十分な量まで粗研磨される請求項１に記載の機器。
3. 前記基板の裏面は生産基板と略同等程度の平坦さまで研磨される請求項１に記載の機器。
4. 前記カバーの前面は生産基板と略同等程度の平坦さまで研磨される請求項１に記載の機器。
5. 前記カバーはシリコン、石英、酸化物、ポリマー、又はフォトレジスト材料を含む請求項１に記載の機器。
6. 前記カバーは前記生産基板のためのプロセス環境と互換性のある材料で作られる請求項１に記載の機器。
7. 前記基板又はカバーの表面は、リソグラフィセルの露光ステーション内における露光の実施のために十分に平面的に製作される請求項１に記載の機器。
8. 前記機器は機械的平衡化されて毎分約５０００回転以下の回転速度で旋回可能である請求項１に記載の機器。
9. 前記機器は密封され、湿式又はＰＲ−ｏｎ環境において使用可能である請求項１に記載の機器。
10. 前記カバーは、使用環境に対してＰＣＭＤを最適化するよう構成可能である請求項１に記載の機器。
11. 前記センサは、露光リソグラフィ熱効果の検出の分解能及び精度を提供するための十分な数及び間隔である請求項１に記載の機器。
12. 前記機器は、旋回中及び前記基板又はカバー表面への実際のフォトレジスト塗布中に、レジスト塗布プロセスへの熱応答を検出するよう構成される請求項１に記載の機器。
13. 前記一以上のセンサは、一以上の圧力、機械的歪み、シーヤー歪み（ｓｈｅｅｒ ｓｔｒａｉｎ）、湿度、エアフロー、電気的プローブ、プラズマプロセス用ラングミュアプローブ、光学センサ、位置又は方位（チルト、ロール、ヨー）センサを含む請求項１に記載の機器。
14. 前記基板又はカバーは、前記機器の厚さを減少するのに十分な量まで所望の厚さに粗研磨される請求項１に記載の機器。
15. 基板プロセスのパラメータを測定するための方法であって、
    プロセス条件モニタデバイス（ＰＣＭＤ）を基板プロセスに受けさせるステップと、前記基板プロセス中に前記ＰＣＭＤを用いて一以上のパラメータを測定するステップであって、前記ＰＣＭＤは、基板と、基板表面に運搬されると共に配置されてそれらの位置で独立して一以上のパラメータを測定する複数のセンサと、前記基板表面に運搬される少なくとも一つの電子的プロセス構成要素と、前記基板表面にわたって広がり複数の前記センサ及び前記少なくとも一つの電子的プロセス構成要素に接続される電気的導体と、前記センサ、電子的プロセス構成要素及び導体の上方に配置されるカバーと、を含み、
    前記機器は生産基板と略同等の厚さ及び／又は平坦さを有し、
    前記カバー及び基板は基板プロセスによりプロセスを受ける生産基板と類似の材料特性を有するステップと、
    前記一以上のセンサを用いて行われる前記パラメータの測定に基づいて生産ウエハの挙動を特徴分析するステップと
    を含む方法。
16. 前記ＰＣＭＤを前記基板プロセスに曝すステップは、前記ＰＣＭＤの表面上に一以上の構造物を生成するステップを含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記ＰＣＭＤは露光リソグラフィ熱効果を検出するのに十分な分解能及び精度を有する請求項１５に記載の方法。
18. 前記基板プロセスはリソグラフィプロセスである請求項１７に記載の方法。
19. 前記センサは一以上の正確に配置されたセンサを備える請求項１７に記載の方法。
20. 前記一以上のセンサは、一位以上の圧力、機械的歪み、シーヤー歪み（ｓｈｅｅｒ ｓｔｒａｉｎ）、湿度、エアフロー、電気的プローブ、プラズマプロセス用ラングミュアプローブ、光学センサ、位置又は方位（チルト、ロール、ヨー）センサを含む請求項１９に記載の方法。
21. 前記ＰＣＭＤを前記基板プロセスに曝すステップは、リソグラフィセルの全体的な統合プロセス又はその選択されたサブシーケンスに曝すことを含む請求項１８に記載の方法。
22. 前記生産ウエハの挙動を特徴分析するステップは、前記リソグラフィセルにおけるプロセスを通じて前記ＰＣＭＤの熱応答を測定するステップを含む請求項２１に記載の方法。
23. 前記リソグラフィセルは、有機系反射防止膜（ＢＡＲＣ）又は同等品、レジストディスペンス、塗布後ベーク（ＰＡＢ）、パターン転写露光、露光後ベーク（ＰＥＢ）、及び現像／洗浄プロセスを含む請求項２１に記載の方法。
24. 前記一以上のセンサは狭い温度範囲にわたり非常に緊密に校正される請求項１５に記載の方法。
25. 前記ＰＣＭＤの前記一以上のパラメータは、前記ＰＣＭＤ旋回中又は前記ＰＣＭＤの表面にフォトレジス路を塗布する期間中に、前記ＰＣＭＤを用いるレジスト塗布プロセスへの熱応答を検出することを含む請求項１５に記載の方法。
26. 前記ＰＣＭＤを用いる前記一以上のパラメータを測定するステップは、前記ＰＣＭＤをレジストで皮膜するステップと、前記レジストで皮膜されたＰＣＭＤを用いてリソグラフィセルの熱応答を測定するステップとを含む請求項１５に記載の方法。
27. 前記基板プロセスにおける前記生産ウエハの挙動を特徴分析するステップは、一以上のセンサを用いて時間的な熱データを獲得するステップと、前記時間的な熱データを最終状態測定と相関させるステップとを含む請求項１５に記載の方法。
28. さらに、前記基板プロセス内において一以上のプロセス条件を変化させるステップと、前記ＰＣＭＤの熱応答に関するプロセス条件の変化を測定するステップとを含む請求項１５に記載の方法。
29. さらに、熱応答データによるプロセス条件変化と前記ＰＣＭＤを用いる欠陥発生とを相関するステップを含む請求項２８に記載の方法。
30. 前記一以上のパラメータは、熱的最適化のための露光システム内の様々なステージ及びコンディショニングプレート上の一以上の温度差を含む請求項１５に記載の方法。
31. 前記基板プロセスにおける生産ウエハの挙動を特徴分析するステップは、オーバーレイ歪みエラーを相関して補正するステップを含む請求項１５に記載の方法。
32. 前記ＰＣＭＤを前記基板プロセスに曝すステップは、前記ＰＣＭＤ表面上に材料の一以上の層を形成するステップを含む請求項１５に記載の方法。
33. さらに、前記ＰＣＭＤを再利用できるよう、前記ＰＣＭＤの表面から前記一以上の材料層を除去するステップである前記ステップに前記ＰＣＭＤを曝すステップを含む請求項３２に記載の方法。
34. 前記基板又はカバーは、前記ＰＣＭＤの厚さを減少するのに十分な量まで所望の厚さに粗研磨される請求項１５に記載の方法。
35. プロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）を製造するための方法であって、
    基板表面にわたり複数のセンサを前記基板が前記センサを運搬するように配置するステップであって、それぞれの前記センサはそれぞれの位置において一以上のパラメータを測定するステップと、
    少なくとも一つの電子的プロセス構成要素を電子的構成要素が前記基板に運搬されるように前記基板表面に配置するステップと、
    前記基板表面にわたり一以上の電気的導体を当該導体が複数の前記センサ及び前記少なくとも一つの電子的プロセス構成要素に接続されるように配置するステップと、
    前記センサ、電子的プロセス構成要素及び導体の上方にカバーを配置するステップであって、前記機器は前記生産基板と略同一の厚さ及び／又は平坦さを有し、前記カバー及び基板は基板プロセスによりプロセスを受ける生産基板と類似の材料特性を有するステップと
    を含む方法。
36. さらに、前記ＰＣＭＤの厚さを所望の厚さに減少するために前記カバー及び／又は基板を粗研磨するステップを含む請求項３５に記載の方法。
37. さらに、前記カバーの上面を生産基板と略同程度の平坦さまで研磨するステップを含む請求項３５に記載の方法。
38. さらに、前記カバーの上面上の上部層を配置するステップを含み、前記上部層は前記生産基板と同一の材料で製作される請求項３５に記載の方法。

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