JP2017505438A - 前面パターニングの調整を決定する基板の背面のテクスチャマップを生成するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本明細書で開示する技術は、基板の背面についてテクスチャマップを生成する方法及びシステムである。テクスチャマップは、基板の前面のその後に続く処理のためのプロセス調整（例えば、焦点深度）を決定するのに用いられ得る。

Description

デバイス寸法の縮小により、欠陥検出計測学において積極的な要望がある。デバイス密度及び限界寸法（CD）の一様性要件がより厳しくなるため、入来するウェハの品質が妥協されないときに、リソグラフィーの最大限の可能性を模索することができる。ウェハ製造工場でのほぼ全ての工程は背面汚染を引き起こす可能性がある。より小さいデバイス特徴においては、短い焦点深度（DOF）及びより厳しいCDにより、リソグラフィーの焦点の問題が悪化する。従って、焦点の問題を考慮する技術が望まれ得る。

一般的に、基板の背面の表面粗さ及び凹凸は焦点閾値及び露光課題を満たすため、マッピングされ得る。表面粗さはウェハの局所歪みを生成し得る背面欠陥（粒子又は引っかき傷）も含み得り、これがリソグラフィーの焦点にもたらすDOFの問題を引き起こす。焦点深度、光拡散、オーバレイ等による欠陥を最小限にするために、背面の表面凹凸が規定され、マッピングされ得る。例えば、表面粗さセンサが基板上の局所領域についての表面粗さを定量化することができ得る。基板上での局所領域の位置を決定する位置コンポーネントと組み合わせて、テクスチャマッピングコンポーネントは、基板のどの部分が基板の前面のその後に続くパターニング中にDOFの問題を引き起こしそうであるかを強調するテクスチャマップを生成し得る。調整コンポーネントは、テクスチャマップのデータを使用して、DOFの問題を除去する、又は最小限にし得るその後に続く任意のパターニング処理の調整を決定し得る。

一つの実施形態においては、表面粗さセンサは、基板の背面フィーチャ又は凹凸の振幅及び周波数を検出する音響スタイラス（acoustic stylus）を含み得る。音響スタイラスは、基板の位置とスタイラスに関連し、記憶される音響信号を生成し得る。音響信号の振幅及び周波数が、表面粗さ又は凹凸の大きさ及び範囲を決定するのに使用され得る。音響スタイラスは、それが基板を横切って動かされるのときに、回転する基板に接触し得る。音響スタイラスは、実質的な損傷を基板に引き起こさずに基板と接触する接触エレメントを含み得る。接触エレメントは、力が接触エレメントに加えられたときに電気信号を生成し得る圧電コンポーネントに結合され得る。電気信号は、背面の表面地形を表し得る。これにより、背面の表面粗さの振幅及び/又は周波数が決定され得る。他の実施形態においては、接触エレメントは、力が接触エレメントに加えられたときに電気特徴（electrical signature）を生成する一つ以上の磁石と磁気的に結合し得る。

テクスチャマッピングシステムの他の実施形態においては、二つ以上の表面粗さセンサ（例えば、音響スタイラス）が基板の背面の表面を横切って動かされ得る一方、基板を回転させ得る回転するチャックに基板の背面が固定され得る。システムは、背面の表面フィーチャの物理的特徴を検出し、それらのフィーチャの位置を決定し得る。表面粗さデータは、前面の処理条件を調整するのに使用され得り、前面の処理性能を改善する。一つの特定例においては、前面の表面の平面性又は平坦性は、背面の表面粗さによって影響され得る。基板の背面が処理チャック上に置かれると、背面の表面粗さが、前面の表面平面性に局所的又は領域的変動を引き起こし得る。これにより、前面を横切る方向での不均一性のプロセスを増大させ得る。背面の表面の表面粗さ又は不均一性が高いと、基板が折れ曲がったり、変形したりし得る。

一つの実施形態においては、テクスチャマッピングシステムは表面粗さを定量化するのに用いられ得る背面フィーチャの振幅及び/又は周波数を検出する。本システムは、基板を固定し、回転させる（＜６０rpm）基板チャックを用い得る。これにより、表面粗さセンサは基板を横切って動き、背面の表面粗さ特徴を検出することができる。表面粗さセンサは、表面粗さ情報又は信号をテクスチャマップコンポーネントに提供し得る。テクスチャマップコンポーネントは、表面粗さ情報と、データ収集中の基板に対する表面粗さセンサの既知の位置とを用いて、テクスチャマップを生成し得る。表面粗さセンサは、表面粗さ情報を収集するのに基板の表面に接触しても、しなくてもよい。

一つの実施形態においては、表面粗さセンサは基板の背面の表面と接触することが可能な接触エレメントを含み得る。接触エレメントは、基板の背面と接触し得る機械スタイラスを含み得るが、これに限られない。接触エレメントは、基板の回転中及び/又は移動アームが基板を横切ってプロファイルセンサを動かすときに基板との接触を維持し得る。基板の回転及び表面粗さセンサの移動により、テクスチャマッピングシステムは基板を横切る方向での表面粗さデータを収集することができ得る。接触エレメントは、基板の背面フィーチャの振幅及び/又は周波数を表す電気信号を生成し得る信号変換器又は検出コンポーネントに接続され得る。一つの特定実施形態においては、検出コンポーネントは、接触エレメントに加えられる圧力又は力に関連し得る電気信号を生成し得る圧電材料を含み得る。電気信号内に符号化される情報は、基板の背面フィーチャの振幅/周波数又は地形の指示（indication）を提供し得る。

他の実施形態においては、表面粗さセンサは、同一の基板の背面に接触し得る二つ以上の接触エレメントを含み得る。追加のセンサは、収集されるデータ量を増加させ、表面粗さのより解像度の高いテクスチャマップを提供する、及び/又はデータを収集するのに必要な時間を減少させ得る。この例において、テクスチャマップコンポーネントは、基板を横切る方向での異なる位置で同時にデータを収集する複数の表面粗さセンサからデータを収集し、分析し得る。

一つの実施形態においては、テクスチャマップは、基板の前面でのパターニングプロセスのためのオフセット調整を生成し得る、基板上の座標位置に割り当てられた表面粗さ位置を含み得る。例えば、前面地形の変化が背面の表面粗さに引き起こされ得り、テクスチャマップは、そのような地形の変化を補償するのに用いられ得る。オフセット調整は、焦点深度の調整、オーバレイの調整又はこれらの組み合わせを含み得るが、これらには限られない。このようにして、背面の表面粗さに関連し得る、基板を横切る方向での地形の差異を考慮して、その後に続くパターニングプロセスが調整され得る。

上記に記載された技術の効果及びさらなる効果は、添付の図面を組み合わせて次の記載を参照することによって良好に理解され得る。図面において、類似の参照文字は一般的には、異なる図を通じて同一の部分を示す。図面は縮尺通りである必要はなく、その代わり、強調が一般的に技術の原理を示すのに置かれている。

図１は、テクスチャマッピングシステム及びそのテクスチャマッピングシステムの代表的実施形態を示す。

図２は基板の背面と相互動作するプロファイルセンサの代表的実施形態を示す。

図３Ａは、極座標系でのセンサ測定点及び経路の概略を示す。

図３Ｂは、極座標系から直交座標系に変換されるセンサ測定点及び径方向経路の概略を示す。

図３Ｃは、極座標系から直交座標系に変換されるセンサ測定点及び径方向経路の概略を示す。

図４は、基板上の表面粗さ値の振幅及び位置を強調したテクスチャマップの実施形態を示す。

図５は、テクスチャマッピングシステムを用いる方法のフロー図を示す。

本発明は、図面に示した実施形態に関して記載されるものであるが、本発明は実施形態の多くの代替形式で具現化できると理解すべきである。さらに、要素又は材料の任意の好適な大きさ、形状又は種類を使用することができる。

図１は、テクスチャマッピングシステム１００の概略と、テクスチャマッピングシステム１００の一部であって、処理チャンバ１０４内部にある代表的実施形態１０２を示す。テクスチャマッピングシステム１００は、基板１０６の背面の表面粗さ、地形又は平面性を検出し、マッピングするのに使用され得る。一つの実施形態では、基板１０６は、基板の前面１０８の表面に膜を適用及びパターニングすることにより、電子デバイス（例えば、メモリ、プロセッサ、ディスプレイ）を製造するのに使用され得るワークピース（work piece）であり得る。基板１０６は、前面１０８の表面と、その前面１０８の表面とは反対の背面１１０の表面とを有し得り、それらの表面は互いに平行であり得るシリコンウェハを含み得るが、これに限られない。

代表的には、電子デバイスは基板１０６の前面１０８上に製造される。基板１０６の背面１１０は、膜の付着及びパターニング中に基板１０６を支持又は固定（secure）するのに使用され得る。電子デバイスの寸法は小さくなり続けているため、背面の地形又は表面粗さが前面１０８のパターニングに与える影響が大きくなっている。前面１０８への画像のパターニングは、基板１０６全体及び/又は基板１０６の局所領域の背面１１０の表面粗さにより引き起こされる表面不均一性により、歪み得る。しかし、その不均一性はパターニング処理中に補償され得る。ただし、補償の程度は、不均一性の位置と大きさが既知であることに依存し得る。テクスチャマッピングシステム１００は、基板１０６の背面１１０により引き起こされる不均一性を補償するのに使用され得る、テクスチャマップ又はテーブルを生成し得る。テクスチャマッピングは、非破壊方式でなされ、前面１０８への影響があったとしても、それを最小限に止め得る。テクスチャマッピングシステム１００は、処理チャンバ１０４に、又は一つの機器内のスタンドアロン型のチャンバとして組み込まれ得る。他の実施形態（図示せず）では、テクスチャマッピングシステム１００は、テクスチャマップを生成するスタンドアロン型のツールでよく、基板１０６の前面１０８のその後に続く処理を提供しない。

テクスチャマッピングシステム１００は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせを含み得り、データを収集及び分析し、基板１０６及び移動アーム１１８を制御して、テクスチャマップ（図示せず）を生成し、前面１０８のプロセス調整について選択され得る前面１０８での位置を決定する。図１の実施形態は、説明することを目的として提供しており、特許請求の範囲を限定することを意図していない。当業者は、ハードウェア、ファームウェア又はソフトウェアの任意の組み合わせを使用して、本明細書に記載される技術を実装し得る。

図１の実施形態では、基板１０６は、本技術分野で既知の静電式又は空気式技術により、基板チャック１１２上に置かれ、固定され得る。基板チャック１１２は、中心軸１１４まわりに１００rpm以下の速度までで回転し得る。しかし、他の実施形態では、回転速度は５rpmと６０rpmとの間のであり得る。一つ以上のプロファイルセンサ１１６（例えば、表面粗さセンサ）は、矢印で示されるように、横方向に動く、又は平衡コンポーネント１２０まわりに旋回し得る移動アーム１１８を使用して、背面１１０を横切って動き(moved across)得る。これにより、プロファイルセンサ１１６は、基板１０６との接触を維持し得る。一つの実施形態においては、移動アーム１１８は、基板１０６が回転して横方向に動いて、背面１１０のフィーチャについての振幅及び周波数データを収集し得る。しかし、移動アーム１１８も平衡コンポーネント１２０まわりに回転し、回転している、又は回転していない基板１０６を横切って掃引し得る。一つの特定の実施形態においては、移動アームが基板１０６の中心に向かって近づくにつれて回転速度が変化するようにしてよい。例えば、移動アームが基板１０６の中心に近づくにつれて、回転速度が上がるようにしてよい。回転速度は、プロファイルセンサ１１６の横方向の解像度及び又は、縦方向の解像度に少なくとも部分的に基づいて、変化し得る。プロファイルセンサ１１６の解像度が上がるにつれて、回転速度は下がって、背面フィーチャの適切なサンプリングを可能にし得る。

移動アーム１１８は、基板１０６の近傍又はこれに接触したプロファイルセンサ１１６を位置決めするのに使用され得る機械、電気又は静電アクチュエータに結合され得る。一つの実施形態では、プロファイルセンサ１１６は、横方向の解像度が30nmまで、及び縦方向の解像度が0.1nmまで十分に小さい形状であるスタイラスであり得る。図１に示すように、スタイラスは、これが基板１０６を横切る方向に動くときに、スタイラスの移動または振幅に基づいて電気信号を発生させる、検出コンポーネント又は変換器に結合され得る先端を有し得る。一つの実施形態では、接触素子により加えられる圧力に応じて、プロファイル信号を生成する圧電材料を含み得る。プロファイルセンサ１１６は、非接触検出技術を使用して、テクスチャマップデータを収集し得る。

一つの実施形態においては、背面１１０の表面のサンプリングは、表面を連続的にサンプリングすることなく、目標となる特定の位置に対してなされ得る。例えば、システム１００は、基板１０６のサンプル特定部分に向けて指向され得る。移動アーム１１８の旋回が上下に動く旋回とすることで、システム１００は、限られた持続時間でサンプリングし、基板１０６と常には接触することなく他のサンプリング位置に移動するための特定の位置を選択することができ得る。例えば、システム１００は基板１０６中心近傍の一つの領域をサンプリングし、その後、旋回して基板から離れ、第二サンプル位置（例えば、基板のエッジ）に移動し、旋回して背面１１０の表面に再び接触する。このサンプリング技術は、背面の接触（例えば、粒子の発生）を減らし得る、又はその後に続く処理の前の品質制御技術に使用され得る。最初の結果に基づき、基板１０６について、追加のサンプリング又はその後に続く処理の前の背面１１０のコンディショニングについて選択され得る。

位置センサ１２２が、移動アーム１１８及び/又は基板１０６内やその周辺に、必要に応じて、位置決めされてよく、基板１０６及び/又は移動アーム１１８とプロファイルセンサ１１６の位置を監視する。位置センサ１２２は、プロファイルセンサ１１６により走査された基板１０６の部分に対応する位置座標を生成するのに使用され得る。位置情報は、プロファイル信号の一部と関連づけられて、プロファイル信号の振幅及び/又は周波数が基板１０６の特定の位置にマッピングされるようにする。位置センサ１２２は種々の検出技術を組み込み得る。種々の検出技術は、光学式、電気式、機械式又はそれらの組み合わせのものを含み得るが、これらに限られない。

図１の実施形態において、位置センサ１２２及び/又はプロファイルセンサ１１６は、電線管１２８を用いて、コンピュータ処理デバイス（例えば、メモリ１２４、プロセッサ１２６）に統合され得る。コンピュータ処理デバイスは、処理チャンバ１０４からの電気信号を監視、制御及び/又は分析し得る種々のコンポーネントを含み得る。コンポーネントは個別の要素として示されているが、それらの特徴及び能力は、当業者の理解に応じて様々なやり方で実装され得る。

移動コンポーネント１３０は、基板チャック１１２及び移動アーム１１８の移動を制御及び監視し得り、これによりプロファイルセンサ１１６が、基板１０６が回転される又はされないときに背面１１０の表面に接触して置かれるようにし得る。移動コンポーネント１３０は、プロファイルセンサ１１６が背面１１０の表面に位置決めされる場所及び、プロファイルセンサ１１６によって背面１１０に加えられる圧力を制御し得る。例えば、移動コンポーネント１３０は、移動アーム１１８を位置決めして、プロファイルセンサ１１６の数と基板１０６の大きさとに基づいて、最大表面積を覆うようにする。図１の実施形態において、三つのプロファイルセンサ１１６と一つの移動アーム１１８のみが示されているが、テクスチャマッピングシステム１００は一つ以上のプロファイルセンサ１１６と一つ以上の移動アーム１１８を用いて、表面粗さデータを取集してよい。

移動コンポーネント１３０に関連して、位置コンポーネント１３２は、直交座標系でのＸＹＺ平面又は極座標系（例えば、ｒ、θ）若しくは球座標系（例えば、ｒ、θ、Φ）での半径及び角度での、基板１０６に対するプロファイルセンサ１１６の位置を検出及び監視し得る。位置コンポーネント１３２は、背面１１０の表面と接触エレメントとの接触点について座標位置を決定してもよい。

信号コンポーネント１３４は検出コンポーネントからの信号を監視及び追跡し、位置コンポーネント１３２により決定された座標位置に値を割り当てる。例えば、プロファイルセンサ１１６が粗いの背面１１０の表面に接触するとき、振動/周波数での変化が検出コンポーネントにより記録されうる（例えば、圧電センサ）。信号コンポーネント１３４は、その後、振幅及び/又は周波数の値を、位置コンポーネント１３２によって決定された接触点についての位置座標に割り当てる。その位置情報と、振幅/周波数の情報の組み合わせは、背面１１０の表面のテクスチャマップを生成するのに用いられ得る。

テクスチャマップコンポーネント１３６は、基板１０６が、その後に続くパターニング中で背面１１０の表面にて置かれるときに、前面１０８の表面の平面性に影響し得る背面１１０の表面の部分を特定し得る。限定ではなく、例示として、背面１１０の表面での局所的な厚さの変化は、基板１０６の局所領域がその領域で屈曲又は変形する要因となり得り、前面１０８の表面がより低い平面性又は不均一性を有することになる。その局所領域は、隣接及び/又はより均一な領域に対するパターニング結果に影響し得る。パターニングプロセス条件は、変化している部分を考慮に入れ得るが、いくつかの例では、その変化は、場所又は局所の特定の処理条件の変更又は補償により是正され得る。テクスチャマップは局所領域よりも広いスケールでの不均一性を特定し得る。例えば、隣接領域は、同一又は類似のプロファイル条件を有し得るが、小さな変化が基板を横切る方向で累積し得るため、異なる処理条件が基板１０６を横切る方向での異なる位置で必要となり得る。背面１１０の表面を横切る方向でのより広い不均一性の傾向はｚ方向又は鉛直方向で基板１０６の一方側をより高くしてしまうことであり得る。テクスチャマップコンポーネント１３６は表面粗さデータを解析して、位置が補償され得ること、及び、その補償が基板を横切る方向でどのように変化するかについての指示を提供し得る。

複数のプロファイルセンサ１１６の実施形態においては、テクスチャマップコンポーネント１３６が複数のプロファイルセンサ１１６からのデータもまとめて（stitch）、背面１１０の表面についてのテクスチャマップを生成し得る。本実施形態においては、位置コンポーネント１３２からの座標が、隣接するプロファイルセンサ１１６のデータをまとめるのに用いられてよく、背面１１０の表面のテクスチャマップを生成する。一つの実施形態において、テクスチャマップコンポーネント１３６は、座標（例えば、ｘ、ｙ）を比較して、どの点が互いに最も近接しているか、及び、互いに対する相対的な位置に基づいた一つ以上のペアについてのある関係性を割り当てる。例えば、二つ以上の点の距離がある閾値距離内にあるときは、その割り当ては、プロファイルデータが隣接及び/又は重複を示すか否か、それらが論理的なやり方で互いに合成されたか否かをを示す。テクスチャマップコンポーネント１３６は、その関係性を用いて、テクスチャマップ内でそれらのデータ点を互いに、まとめる、組み合わせる、又は整列させる(align)。テクスチャマップの一つの実施形態は図６に示される。

テクスチャマップ又はテーブルは、背面１１０の表面粗さの影響を最小限にするのに用いられ得る、前面１０８の処理補償量を決定し得る調整コンポーネント１３８に提供され得る。一つの実施形態においては、調整コンポーネント１３８はどの背面フィーチャが前面１０８の処理に影響しそうかを決定し得る。それらの特定された背面１１０の表面位置は、前面１０８の位置に関連し得り、調整値又は処理条件は前面１０８の位置に関連づけられ得る。前面１０８のプロセス調整がパターニングツール（図示せず）に提供され得る。一つの実施形態においては、基板の前面１０８での高低差が、光学装置を用いたパターンの画像の品質に影響を与え得る。画像解像度の品質は、基板１０６の前面１０８での高低差に基づき、場所ごとに低下し得る。高低差を考慮する一つのやり方は、パターン画像の焦点深度（DOF）を調整することであり得る。これにより、場所ごとの画像解像度が基板１０６を横切る方向においてより均一になる。DOFは基板１０６の二つ以上の場所の間の高低差に依存して、高くされたり、低くされたりする調整がなされ得る。DOFテクスチャマップ上で比較的より高い領域については高くなるように調整され、テクスチャマップ上で相対的により低い領域については、低くなるように調整されうる。他の実施形態においては、調整コンポーネント１３８は、テクスチャマップ上での座標又は位置に対応するプロセス調整（例えば、オーバレイ調整）を計算し得る。オーバレイ調整は、下位パターンへの前面の撮像の変換、拡大縮小、回転、直交性を調整し得る。パターニングツールによる変換補償は、ＸＹＺ方向での前面画像を調整することを含む。回転補償は、画像のＺ軸、又は基板まわりで前面の画像を回転させることを含む。拡大縮小補償は、前面の画像の大きさを不均一で調整することによってなされ得る。直交性補償は、二つ以上の線分の互いに対する直交性の程度を調整し得る。他の実施形態においては、調整コンポーネント１３８はテクスチャマップの観点から、リソグラフィー分野の当業者からの必要性に応じて、露光時間及び量について調整し得る。

図１の実施形態において、テクスチャマッピングシステム１００は、コンピュータプロセッサ１２６を用いて実装され得る。コンピュータプロセッサ１２６は、一以上の処理コア含み得り、一以上のメモリに記憶された（少なくとも一部の）コンピュータ読み取り可能な指示にアクセスし、これを実行するように構成される。一以上のプロセッサ１２６は、特に限定するものではないが、中央処理ユニット(CPU)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、縮小命令セットコンピュータ（RISC）、複合命令セットコンピュータ（CISC）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、又はそれらの任意の組み合わせを含む。コンピュータプロセッサは、テクスチャマッピングシステム１００のコンポーネント間の通信を制御するためのチップセット（図示せず）も含み得る。所定の実施形態においては、コンピュータプロセッサ１２６は、Intel（登録商標）アーキテクチャ又はARM（登録商標）アーキテクチャに基づいてよく、プロセッサ及びチップセットはIntelのプロセッサ及びチップセットのファミリーに由来するものでよい。一つ以上のコンピュータプロセッサは、特定のデータ処理機能又はタスクを扱うため、一以上の特定用途向け集積回路(ASIC)又は、特定用途向け標準品(ASSP)も含んでよい。

メモリ１２４は、一つ以上の有形の非一時的コンピュータ読み取り可能記録媒体(CRSM)を含んでよい。いくつかの実施形態において、一以上のメモリは非一時的な媒体（ランダムアクセスメモリ（RAM）、フラッシュRAM、磁気媒体、光学媒体、ソリッドステート媒体等）を含んでよい。一つ以上のメモリは、揮発性（情報は電力を供給している間は保持される）または、不揮発性（情報は電力を供給しなくても保持される）である。追加の実施形態は、一時的な機械読み取り可能信号（圧縮又は非圧縮）を含むコンピュータプログラム製品としても提供され得る。機械読み取り可能信号の例は、インターネット又は他のネットワークによって搬送される信号を含むが、これに限定されない。例えば、インターネットによるソフトの配布は、一時的な機械読み取り可能信号を含み得る。また、メモリは、コンピュータプロセッサ１２６によって実装され得る複数のコンピュータ実行可能な指示を含むオペレーティングシステムを記憶して、様々なタスクを行い、テクスチャマッピングシステム１００を動作させる。

図２は、基板１０６の背面１１０と協働するプロファイルセンサ１１６の詳細図２００である。プロファイルセンサ１１６は、背面１１０のフィーチャを横切って動き、背面１１０のフィーチャの振幅２０２及び周期２０４に依存して、振動する（vibrate/oscillate）。一つの実施形態においては、周期２０４は、背面１１０のフィーチャの山から山までの距離を表し得り、振幅は、背面１１１０のフィーチャの山から谷までの距離を表し得る。

テクスチャマッピングシステム１００は、振幅２０２、周期２０４又はそれらの組み合わせを用い得り、背面１１０の表面を横切る方向での異なる位置についての表面粗さの値を決定する。例えば、振幅における変化は背面１１０の山又は谷を示し得り、周期２０４を決定するのに用いられ得る。この例においては、振幅が低いところから高いところに変化するときは、その遷移の位置は谷であるとみなされ、振幅が高いところから低いところに変化するときは、その位置は山であると見なされ得る。振幅におけるそれらの変化間の距離が、背面１１０の表面フィーチャの周期２０４又は周波数を決定するのに用いられ得る。振幅における変化は、基板１０６との初期接触に基づいた任意の基準点から測定され得る。振幅における変化には、初期接触に続いてプロファイルセンサ１１６が動く方向に基づいた正又は負の強度値（magnitude value）が与えられ得る。他の実施形態においては、振幅２０２の基準は、所定の基準値に基づき得る。振幅２０２は、この初期接触の値又は基準値から離れる又はこれに向かうプロファイルセンサの動きに基づき得る。経時変化量又は振幅の距離が小さいのは、表面粗さが小さいことを示し得り、経時変化量又は振幅の距離が相対的に大きいのは、表面粗さが大きいことを示し得る。

テクスチャマップは、振幅２０２及び周期２０４を用いて複数の異なるやり方で実装され得る。これらの値のコンテクスト（context）又は基準はテクスチャマップの所望の解像度と位置センサ１２２及びプロファイルセンサ１１６の測定能力とに依存して変動し得る。即時性のある測定が用いられ得り、表面粗さサンプルが取得された振幅及び座標に基づいたテクスチャマップを生成する。

他の実施形態においては、テクスチャマップコンポーネント１３６は、プロファイルセンサ１１６が動いたサンプルの長さ又は距離に基づいた表面粗さを決定し得る。一つのアプローチとしては、所与の長さ又は距離についての振幅の絶対値の数学的な平均を計算することであり得る。所与の長さ又は距離は、基板チャック１１２の回転速度と、移動アーム１１８が基板１０６を横切って動くときの移動アーム１１８の速度とに依存し得る。テクスチャマップコンポーネント１３６は、プロファイルセンサ１１６が動いた距離又は長さを探し、その後、その距離について収集された振幅データを平均し得る。他のアプローチ下では、表面粗さは、所与の長さ又は距離での高低差の二乗平均を用いて測定され得る。他の例としては、当業者は、アメリカ機械学会（ASME）の表面テクスチャスタンダードB46.1の任意のバージョンに示されるような一般的に認められた表面粗さ計算を用い得る。

図３Ａから図３Ｃは、基板１０６の背面１１０の表面を横切る方向でのプロファイルセンサ１１６の経路の代表例である。図示及び説明を容易にするため、単一の経路のみがいずれの例でも示されるが、経路の数は移動アーム１１８に用いられるプロファイルセンサ１１６の数に依存して変動し得る。図３Ａ及び図３Ｂでの経路は、プロファイルセンサ１１６が基板１０６の背面１１０の表面に接触する又はこれをサンプリングする場所を示している。上記のように、基板１０６が回転し得る一方、プロファイルセンサ１１６も背面１１０の表面を横切って動き得る。プロファイルセンサ１１６の移動は本来的には線形又は径方向であり得る。図３Ａ及び図３Ｂは、背面１１０の表面を走査するプロファイルセンサ１１６の視点から、基板１０６の底面図を示す。図３Ｃは、背面１１０の表面を横切る方向での基板１０６及び/又はプロファイルセンサ１１６の線形移動の実施形態を示す。

他の実施形態においては、図３Ａ及び図３Ｂに示した単一螺旋と比較して、複数の螺旋経路が同時に生成され得る。複数の螺旋経路は、センサーアームに結合したプロファイルセンサ１１６の間の距離により互いオフセットされ得る。プロファイルセンサ１１６は２、３ミリ離れる位近づいて離れ得る。

図３Ａは、基板１０６を横切る方向のセンサ経路３０２を示し、基板１０６は時計回り方向３０４に回転し、プロファイルセンサ（図示せず）は開始点２０６から基板１０６の端に向かう横/線形方向で動く。本実施形態において、プロファイルセンサ１１６の位置２０８は、基板の中心からの半径２１０と、基準線３１４からの角度２１２（例えば、θ）を用いた極座標で表され得る。一つの実施形態においては、基準線３１４は、基板１０６の端に切り込まれたアラインメントノッチ(alignment notch)（図示せず）又は、基板１０６にエッチングされ得るスクライブマーク(scribe marks)と合致し得る。

位置コンポーネント１３２は、基板１０６を基板チャック１１２に置いたことに基づく径開始位置３０６を決定し得る。位置センサ１２２は、基板のエッジを検出し得り、位置コンポーネント１３２は、基板チャック１１２及び移動アーム１１８に対する基板１０６の位置を決定し得る。決定は、本技術分野で既知の幾何学的解析を用いてなされる。位置コンポーネント１３２は、必要に応じて、極座標を下記の式（１）及び式（２）を用いて直交座標（例えば、ｘ−ｙ）に変換し得る。

位置コンポーネント１３２は、座標システムの基準軸が背面１１０の表面と前面１０８の表面とで異なるときは、必要に応じて、極座標をｘ−ｙに変換し、その後、それらを前面１０８の座標にマッピングする、又はそれらを前面１０８の座標に変換する。

図３Ｂは、基板１０６を回転させ、プロファイルセンサ１１６を背面１１０の表面を横切って横方向に動かすことによって、生成されたセンサ経路３１８に沿った、基板１０６を横切る方向でのプロファイルセンサ１１６の位置の直交座標の系マップ３１６を示す。図３Ａの実施形態と比較して、系マップ３１６は、ｘ−ｙ軸とセンサ経路３１８の各部に関連づけられた座標を示す直交座標系オーバレイテンプレート３２０を含む。特に、単一接の接触点３２０が選択されており、座標が位置コンポーネント１３２で参照され得る方法を示している。接触点３２０は、その位置又はその近傍で収集されたプロファイルセンサ１１６に関連づけられ得る、ｘ座標３２２及びｙ座標３２４を有し得る。必要に応じて、位置コンポーネント１３２は背面１１０の座標情報を前面１０８の座標に変換し得る。

位置情報とプロファイル情報の組み合わせにより、背面１１０の表面のテクスチャをマッピングする能力を提供する。マップ又はテーブルは、前面１０８のプロセス補償、又は前面１０８の処理前の追加の背面１１０の条件づけの対象となり得る、基板１０６の特定の領域を識別するのに用いられ得る。図３Ｃは、プロファイルセンサ１１６及び/又は基板１０６を互いに対して線形動作で動かすことによって、生成されたセンサ経路３２８に沿った、基板１０６を横切る方向でのプロファイルセンサ１１６の位置の直交座標系マップ３２６を示す。プロファイルセンサ１１６は、線形アレイで並んで配置され得り、センサ経路３２８の部分を示す直交座標系オーバレイテンプレート３２０に示されるように、基板を横切る方向に一列に延びる。一つの実施形態においては、移動アーム１１８がｘ−ｙ平面内で水平かつ基板１０６を横切って動き得る。センサ経路はｙ方向に進むように示されているが、移動アーム１１８はその動きの種類にのみに制限されない。追加のセンサ経路（図示せず）がｘ方向又はｘ−ｙ平面を横切る任意の組み合わせにも動き得る。例えば、移動アーム１１８は、基板１０６の部分を横切るｙ方向に沿って、異なる方向で掃引し得る。

他の実施形態においては、マルチアレイ移動アーム（図示せず）が、図１に示した移動アーム１１８よりもより広い表面積を覆い得るプロファイルセンサ１１６の行と列を含み得る。一つの特定の実施形態においては、マルチアレイの実施形態は、水平及び垂直方向に線形で整列している複数のプロファイルセンサ１１６を含み得る。このようにして、プロファイルセンサ１１６の第二及び第三行は、第一行によって操作された領域と同じ領域をカバーし得る。これは、テクスチャマップコンポーネント１３６が類似の領域のより大きなデータセットに基づき、テクスチャデータを検証又は最適化し、プロファイルセンサ１１６の誤り又は検証を減少させる。

他の特定の実施形態においては、マルチアレイ移動アーム（図示せず）のプロファイルセンサ１１６の行及び/又は列はオフセットされて配され得る。これにより、その後に続く行又は列がその前の行又は列とは異なる表面領域をカバーし得る。しかし、オフセットされたプロファイルセンサ１１６のパターンは複製されて、類似の表面領域がマルチアレイ移動アームの一回の動作中に再度走査されるようにすることができ得る。これは、マルチアレイ移動アームの一回の動作で、同一又は類似の表面領域についてより多くのデータを収集する能力と、より広い表面領域をカバーする能力とを併せ持ち得る。

図３Ａから図３Ｃは、テクスチャマップデータが収集され得る方法の例示の実施形態を示すことのみを意図しており、これら特定の実施形態に特許請求の範囲が限定されることを意図していない。

図４は、基板１０６の一部での表面粗さの値を強調したテクスチャマップ４００の実施形態を示す。図４のテクスチャマップ４００は説明することのみを目的としており、表面粗さデータの提示は、いかなるやり方でも提示又はまとめられ得る。本実施形態は、単に基板１０６上の表面粗さの位置を表現する一つのアプローチを反映しているにすぎない。つまり、ｘ軸４０２及びｙ軸４０４は無次元であり、背面１１０の表面全体を示すのに拡大縮小されていない。

図４の実施形態は、異なる表面粗さ値を区別する境界線を用いた地形マップを示す。境界線間の表面粗さ値は同一又は、表面粗さ値の同一範囲内であり得る。例えば、第一境界線４０８と第二境界線４１０との間の外側境界領域４０６は、座標位置にかかわらず領域全体で、同じ表面粗さ値又は、表面粗さの個別の範囲内であり得る。テクスチャマップ４００の左側（−１５００,０）での表面粗さは、（１３００，０）で同様の値を有するものである。これは、いずれの座標点も同一の外側境界領域４０６内にあるためである。個々の境界領域は、隣接する領域よりも高い又は低いことを示す目盛付き（scaled）となり得る。代表的には、領域は低から高まで目盛付きとなり得るが、その構成は必要とされなくてもよい。境界線間の距離も、その領域内の値の変化率を示し得る。例えば、境界線が互いにより近づいているときは、線分がより大きな距離で離れているときよりも変化率が大きいことを示し得る。この例としては、互いにより近づいている複数の中央境界線４１２で示され得り、表面粗さ値における山又は谷を示し得る。中央境界線４１２は、隣接する領域よりも互いにさらにより近づいている４つの境界線を示している。つまり、表面粗さ値における変化率は、中央境界線４１２の領域内で、隣接する領域よりも高いのであり得る。中央境界線４１２は、図１の記載で示した局所領域であって、基板１０６が基板１０６のその部分まわりで屈曲又は変形することを引き起こし得る局所領域を表し得る。さらに広く見れば、表面粗さ値の変化率は、ｘ方向でのものよりも、ｙ方向でのものの方がより高い傾向にあることも示している。つまり、調整コンポーネント１３８は、ｘ方向ではなくｙ方向での走査のときに、より多くの又は大きい調整を、パターニング処理になし得る。しかし、これは、ｘ方向でなされる調整を除外しない。しかし、示していることは、ｘ方向でなされる変化はあまり頻繁ではなく、ｙ方向で動かすときよりも小さい調整になり得るということであり得る。

所定の例においては、テクスチャマップ４００の領域は、類似の表面粗さ値を有するが、それらは互いに隣接していない可能性がある。しかし、これらの領域は、それらの領域内の類似の値を示すため注釈つきにされ得る（図示せず）。注釈は、文字、数字、色、テクスチャ―図又はそれらの組み合わせを含み得り、非隣接境界領域に類似性があることを示す。例えば、第二境界領域４１４は中央境界線４１２の領域と類似する表面粗さ値を有し得る。上述した注釈はテクスチャマップ４００全体を通じて、他の類似する領域（図示せず）に用いられ得る。

図５は、テクスチャマッピングシステム１００を用いる方法５００のフロー図であり、基板１０６の背面１１０の表面粗さデータを捕えて、収集する。表面粗さデータはその後に続く処理条件（例えば、パターニング、背面１１０のコンディショニング）を調整するのに用いられ、背面１１０の表面条件の影響を除去又は最小限にする。表面粗さ検出は、基板１０６が基板チャック１１２に背面１１０の表面を用いて固定されたとき起き得る。この構成は、前面１０８の表面又は、前面１０８の表面上で製造される電子デバイスとの直接的な接触を防止する。背面１１０の技術は、表面粗さについての非破壊検査を可能にし、その後に続く処理についてのフォワード制御の供給を可能にする。テクスチャマッピングシステム１００は、基板チャック１１２、プロファイルセンサ１１６、及びプロファイルセンサ１１６を背面１１０の表面に対して位置決めする移動アーム１１８を含み得る処理チャンバに統合され得る。図示の方法５００は、単なる一つの実施形態に過ぎず、当業者であれば、追加の動作を追加する、一以上の動作を省略する、又は異なる順序で動作を実行し得る。

ブロック５０２では、入来する基板１０６が背面１１０の表面により、機械式、空気式又は電気的結合技術を用いて基板チャック１１２に固定され得る。基板チャック１１２は、前面１０８の表面には接触しなくてもよく、前面１０８上に存在し得るパターン又は電子デバイスへの損傷を防ぐ。移動コンポーネント１３０は基板チャックを指向して、基板１０６の中央又は中央領域に近接する軸まわりに回転させる。基板１０６の傾き及び回転速度は最適化され、基板１０６の振動を防ぐ又は最適化する。一つの実施形態においては、回転速度は、３０rpmと６０rpmとの間であり得る。

基板１０６は、処理チャンバに入る前に整合され得る。代表的には、整合は、基板１０６に組み込まれるスクライブマーク又はノッチを用いてなされ得る。整合は、表面粗さ走査中に収集又は計算される座標情報についての不変の基準を提供し得る。いくつかの例では、基板１０６の整合は処理チャンバ内でなされ得る。例えば、基板１０６は、所定の位置まで回転されて、表面粗さ走査前の整合を確定する。

ブロック５０４では、表面粗さ走査は、表面粗さセンサ（例えば、プロファイルセンサ１１６）を回転する基板１０６の背面１１０の表面を横切って動かすことにより開始し得る。表面粗さセンサは基板１０６の背面１１０の表面上のフィーチャの振幅及び/又は周波数を検出し得る。表面粗さセンサは、機械式、電気式、光学式又はそれらの組み合わせを用いて、背面１１０のフィーチャの特徴を検出し得る。一つの実施形態においては、表面粗さセンサは、図２に示すように、背面１１０の表面と物理的に接触して置かれる接触エレメントを含み得る。移動アーム１１８、基板が回転を開始する前又は後に最初のその接触に位置決めされ得る。接触エレメントが背面１１０の表面を横切って動く結果として生成された振動は、接触エレメントの結合され得る検出コンポーネント（例えば、圧電変換器）を用いたプロファイル信号（例えば、電気信号）に変換され得る。プロファイル信号は、背面１１０の表面のフィーチャの振幅及び/又は周波数の電気形式であり得る。振幅は、背面１１０のフィーチャの山から谷へのプロファイルの指標を提供し得り、フィーチャの高さの指標を提供し得る。フィーチャの周期又は周波数（例えば、1/周期）はフィーチャが走査領域内でどのくらい離れているか、又はどのくらいの幅かを示すものを提供し得る。しかし、背面１１０の特徴の位置もその後に続く処理のフォワード制御を導くのに重要であり得る。

位置コンポーネント１３２も、移動アーム１１８、基板１０６及び表面粗さデータを検出又は収集するプロファイルセンサ１１６の位置を監視し得る。位置センサ１２２を用いることにより、及び/又は、移動コンポーネントの地形とそのコンポーネントによりなされる移動の種類に基づく、既知の地形分析技術を用いることにより、位置は決定される。

一つの実施形態においては、移動アーム１１８は背面の表面を横切って線形移動で移動し得る。線形移動は、同一平面内で前後に移動し得る。しかし、移動アーム１１８は、線形移動のみには限られなくてよい。他の実施形態においては、移動アーム１１８は径方向に動き得る。これにより、移動アームは移動アーム１１８の固定点のまわりで旋回することで背面１１０の表面を横切って掃引し得る。径方向の移動は前記基板を横切って、レコードを横切って針を動かし得る、レコードプレイヤーのアームに類似し得る。位置コンポーネント１３２は、基板１０６及び基板１０６の背面１１０を横切って動くときの移動アーム１１８の既知の位置が与えられて、背面１１０の接触を決定し得る。

位置コンポーネント１３２は、場所を、信号コンポーネント１３４により生成された、又は記憶されたプロファイル信号の個々の部分に割り当てる。位置又は座標情報は基板１０６とプロファイルセンサ１１６の相対的な位置を決定するのに用いられ得る。プロファイル信号及び位置信号の組み合わせにより、背面１１０の表面のテクスチャマップを組み立てるのに用いられ得るマーカ又はタグを提供され得る。

ブロック５０６では、テクスチャマップコンポーネント１３６は、コンピュータプロセッサ１２６を用いて、背面の表面で検出されたフィーチャの振幅及び/又は周波数と、それらの特徴の個々の部分に割り当てられた位置情報とに少なくとも部分的に基づいて、基板１０６の背面１１０のテクスチャマップ又はテーブルを生成し得る。個別の部分は、振幅及び/又は周波数の即時の読み取り又は振幅及び/又は周波数の読み取りの小さい持続(例えば、時間又は距離)を含み得る。位置は、テクスチャマップコンポーネントは、部分の互いに対する部分の傾きを決定することができるタグとして動作し得る。例えば、位置情報は、個別の部分を組織的なやり方に一緒にまとめたり、グループ化したりするのに用いられ得る。これにより、情報が基板１０６の背面１１０の表面を横切る方向での表面粗さの表示を形成する。

個別の部分の組み合わせはコンピュータによって、又は人間によってデータを可視化する及び/又は分析するのに用いられ得るテクスチャマップ又テーブルを形成するのに用いられ得る。テクスチャマップは、基板１０６の背面の個別の位置での表面粗さを示すものである。一つの実施形態においては、テクスチャマップは、図４に示した境界線マップであり得るが、これには限られない。

テクスチャマップ又はテーブルは、テクスチャマップ又はテーブル上での位置に対応し得る特定の場所でのその後に続く基板１０６の処理についての処理条件を調整するのに十分に高い解像度を有し得る。一つの実施形態においては、テクスチャマップは、調整コンポーネント１３８に提供され得る。調整コンポーネント１３８は、前面１０８の処理に対して背面１１０の表面粗さを最小化するのに、前面１０８の表面のどの部分がプロセス変更の候補となり得るかを判定し得る。必要に応じて、テクスチャマッピングシステム１００は、背面１１０の位置を前面１０８の位置に関連づけ得る。一つの実施形態においては、調整は、背面１１０の表面粗さにより生じうる前面１０８の地形の変動を補償するのに用いられ得る、焦点深度調整（例えば、ｚ方向）及び/又はオーバレイ調整（例えば、ｘ方向、ｙ方向）を含み得るが、これらに限られない。

本技術分野の当業者は、本発明と同じ目的を達成しつつ、上記に説明した技術の動作に対してなされる多くのバリエーションがあり得ることも理解するだろう。そのようなバリエーションは、本開示の範囲内であることが意図される。そのため、本発明の実施形態の上述の記載は、限定することを意図していない。むしろ、本発明の実施形態についての任意の限定事項は、次の特許請求の範囲で提示される。

Claims (20)

1. 軸まわりに基板を回転させることが可能な基板チャックであって、該基板は、背面とは反対にある、パターンが形成される前面を含む、基板チャックと、
   前記基板の背面を横切って動き、前記基板の背面の表面粗さに少なくとも部分的に基づいたプロファイル信号を生成することが可能なプロファイルセンサと、
   前記基板に対する前記プロファイルセンサの位置に少なくとも部分的に基づいた位置信号を生成することが可能な位置コントローラと、
   前記プロファイル信号及び前記位置信号に少なくとも部分的に基づいた、前記基板の背面のテクスチャマップであって、該テクスチャマップは、前記基板の背面の位置についての表面粗さの指標を含む、テクスチャマップを生成することが可能なテクスチャマップコンポーネントと、を含むテクスチャマッピングシステム。
2. 前記プロファイルセンサは、
   前記基板の背面と接触することが可能な接触エレメントと、
   前記接触エレメントに結合した検出コンポーネントであって、該検出コンポーネントは圧力又は力が前記接触エレメントに加えられたときの前記プロファイル信号を生成することが可能な検出コンポーネントと、を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記表面粗さは、前記基板の背面の複数の振幅に少なくとも部分的に基づいた、請求項１に記載のシステム。
4. 前記表面粗さは、前記背面のフィーチャの複数の振幅及び周期に少なくとも部分的に基づいた、請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロファイルセンサは、前記背面と異なる位置で接触することができる二つ以上の接触エレメントを含み、
   前記接触エレメントは、該接触エレメントについての前記プロファイル信号を生成する、対応する検出コンポーネントに結合した、請求項１に記載のシステム。
6. 前記テクスチャマップコンポーネントは、前記二つ以上の接触エレメントからの前記プロファイル信号の組み合わせに少なくとも部分的に基づいた前記テクスチャマップを生成する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記テクスチャマップコンポーネントは、前記二つ以上の接触エレメントからの前記位置信号の組み合わせに少なくとも部分的に基づいた前記テクスチャマップを生成する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記基板チャックは、毎分６０回転以上で回転することが可能である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記基板の背面を横切って前記プロファイルセンサを移動させることが可能な移動アームをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記プロファイルセンサに結合した移動アームをさらに含み、該移動アームは前記プロファイルセンサが前記基板の背面に接触するように動かすことが可能である、請求項１に記載のシステム。
11. 基板の表面粗さをマッピングする方法であって、
    基板チャックを使用して、前記基板の中央領域に近接した軸まわりに前記基板を回転させる工程であって、前記基板は、背面とは反対にある、パターンが形成される前面を含む、工程と、
    表面粗さセンサを回転している前記基板の背面を横切って動かす工程であって、該表面粗さセンサは前記背面の表面のフィーチャの振幅又は周波数を検出することが可能である、工程と、
    コンピュータプロセッサを用いて、検出された前記背面のフィーチャの振幅又は周波数に少なくとも部分的に基づいた、前記基板の背面のテクスチャマップを生成する工程と、を含む方法。
12. 前記テクスチャマップは、前記表面粗さセンサが基板に接触した座標情報及び該座標情報での又はその近傍の前記フィーチャの振幅又は周波数を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記表面粗さセンサを用いて、前記基板の背面のフィーチャの検出した振幅又は周波数に少なくとも部分的に基づいて、プロファイル信号を生成する工程と、
    位置センサを用いて、前記表面粗さセンサが、前記基板のフィーチャの検出した振幅又は周波数の位置に少なくとも部分的に基づいて、位置信号を生成する工程と、をさらに含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記テクスチャマップは、前記基板の背面の位置での表面粗さの指標を提供し得る、請求項１１に記載の方法。
15. 位置信号は、前記基板の回転方向の移動と前記表面粗さセンサの線形移動とに、少なくとも部分的に基づいた座標情報を含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記テクスチャマップは、前記背面の表面の表面粗さの境界プロットを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記テクスチャマップでの前記背面の座標位置を前記前面の座標位置に関連づけて、前記前面の座標位置についてのオフセット調整を決定することが可能な調整コンポーネントに前記テクスチャマップを提供する工程を、さらに含む、請求項１１に記載の方法。
18. 前記オフセット調整は、座標及び表面粗さの値の少なくとも一つに対応する焦点深度の調整値を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記回転は、毎分5回転（rpm）と60rpmとの間の回転速度を含む、請求項１７に記載の方法。
20. 背面の表面とは反対の前面の表面を含む半導体の基板を処理することが可能な、処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に設けられ、前記基板が前記処理チャンバ内にあるときに、前記背面の表面に接触する基板チャックと、
    前記基板が前記処理チャンバ内にあるときに、前記背面の表面の表面粗さを検出することが可能な表面粗さ検出器と、を含むシステム。

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