JP3841452B2 - 半導体処理機器内での半導体ウェーハのすべり転位及び薄膜応力測定システム及び方法 - Google Patents
半導体処理機器内での半導体ウェーハのすべり転位及び薄膜応力測定システム及び方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に半導体デバイス製造、特にすべり転位パターン及び薄膜応力の現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）測定方法、システム、及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ上に堆積される誘電体層、金属層、及びその他の薄膜材料層内の応力は、半導体デバイス製造における重要なパラメータである。薄膜応力はウェーハ反りを生じることがあり、この反りはデバイス性能、信頼性、及び種々のマイクロリソグラフィックパターニングステップ中の線幅制御に影響することがある。極端な場合、薄膜応力から生じる反りは、デバイス処理中にウェーハを固定し及び取り扱う上で問題を起こすことがある。
【０００３】
その上、短時間熱処理（ＲＴＰ）のような種々の高温（例えば、８５０℃より高い）プロセス、エピタキシャル成長、熱酸化、熱アニーリング、及びなんらかの低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）プロセスは、ウェーハ表面において、特にウェーハの縁においてすべり転位線の形成を招くことがある。すべり転位は、温度不均一に起因する半導体基板内の結晶転位の結果であって、熱誘導機械的応力を起こす。このようなすべり転位は、デバイス製造歩留りを低下させ、かつマイクロリソグラフィプロセスステップと干渉することがある。重要なことは、処理／機器パラメータを最適化するために応力及びすべりを特性描写しかつ定量する現場測定能力を持つことである。
【０００４】
薄膜応力を評価する利用可能なシステムは、薄膜応力値を抽出するためにウェーハ反り（曲率半径）を測定するのにレーザビームを、通常、採用する。しかしながら、これらのシステムは、半導体処理機器から分離されていることを必要とする大形光学構成要素に、通常、依存する。したがって、これらのシステムは、半導体製造機器、プロセス／機器制御、及び診断に望まれるもののように、現場センシング及び測定応用に使用され得ない。これらの応力測定システムは、また、どちらかと云うと高価であり、かつ非現場独立測定及び検査ツールとして専ら設計されてきた。更に、利用可能な応力測定ツールは、ウェーハ表面全体に対する平均薄膜応力値を提供するだけで、応力分布についての情報を提供しない。
【０００５】
Ｘ線トポグラフィは、すべり転位マッピングに使用される主要半導体特性描写技術になっている。しかしながら、Ｘ線トポグラフィは、ウェーハを半導体プロセス機器から外すことを必要とする非現場材料評価技術である。したがって、Ｘ線トポグラフィシステムは、実時間現場すべり転位マッピング情報を提供することができない非現場オフラインツールである。Ｘ線トポグラフィシステムは、また、どちらかと云うと高価である。更に、Ｘ線露出はデバイス構造に欠陥を発生することがあり、これがエージング及び低信頼性を加速させることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題、及び課題を解決するための手段】
したがって、すべり転位マッピング及び応力測定用の低コスト、非侵害性、現場即ち、ウェーハを半導体プロセス機器に置いたままで測定できるセンサに対する要望が起こっている。半導体ウェーハ内の、薄膜応力及びすべり転位の両方の測定、同じくまた、それらの分布マップを測定するシステムが提供され、このシステムは一次レーザビームを発生するレーザ源を含む。少なくとも１つのビームスプリッタが、その一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割し、第１ビームはウェーハ表面の第１点へ及びこれから指向させられる。第２ビームは、ウェーハ表面の第２点へ及びこれから指向させられる。少なくとも１つのビームスプリッタは、ウェーハ表面の第１点からの反射後の第１ビームの部分とウェーハ表面の第２点からの反射後の第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成する。鏡（反射器）又は光ファイバが、これらのビームをシステムを通して指向させるのに使用される。
【０００７】
本発明の原理を具体化する応力測定及びすべり転位マッピング装置、システム、及び方法は、現在利用可能のものに優る数々の顕著な利点を有する。本発明の実施例は、半導体ウェーハ内の薄膜応力及びすべり転位の低コスト、現場測定を提供する。本発明のセンサは、短時間熱処理システム及び化学気相成長システムのような、現存する半導体処理機器と両立すると云う技術的利点を提供する。更に、現行のレーザベース技術を、低コスト、現場応力測定に不適当かつ非実用的なものにする大形光学構成要素の必要性が、実質的に除去されている。
【０００８】
【実施例】
本発明及びその利点の一層完全な理解のために付図と関連して行われる次の説明をいまから参照する。
【０００９】
本発明の好適実施例及びその利点は、これらの図面を参照することによって最も良く理解されるが、これら種々の図面を通して同様又は相当する部品に対しては同様の符号が使用される。
【００１０】
図１ａ及び図１ｂは、半導体ウェーハ１０の２つの拡大断面図である。ウェーハ１０はシリコン基板１２を含み、この基板は研磨上面１６上に薄膜材料の薄膜１４を形成されている。ウェーハ１０の縁は、全体的に１１で指示される。薄膜１４から生じる機械的応力の性質次第で、ウェーハ１０のウェーハ反りは、圧縮応力に起因する凸面形（図１ａ）又は引張り応力に起因する凹面形（図１ｂ）のどちらかであり得る。マイクロメートル（μｍ）で表示されたレベル差（ウェーハ反り）ｈは、薄膜応力の量、薄膜の厚さ、及び基板の厚さによって決まる。典型的１５０ｍｍ直径シリコンウェーハ１０に対して、基板１２の厚さは、５００〜６００μｍの程度であると云える。所与の薄膜応力及び薄膜の厚さに対して、ウェーハ反りｈの量は、基板１２の厚さを減少すると共に増大する。金属薄膜１４を備え、薄膜１４内に誘電体、金属、又は引張りヘテロ構造を備える標準１５０ｍｍ直径ウェーハ１０に対して、ウェーハの厚さｈは数μｍほどの大きさであり得る。
【００１１】
ウェーハ基板１２上の薄膜応力に起因するウェーハ反りｈは、式（１）によって表される。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ここに、σf は薄膜応力、
ＥS は基板１２に対するヤング率、
ＶS は基板１２に対するポアソン比、
ｔS は基板１２の厚さ、
ｔf は薄膜１４の厚さ、
Ｒ は基板の曲率半径。
【００１４】
式（１）内で、複合弾性係数項は式（２）によって表現される。
【００１５】
【数２】
【００１６】
ここで、シリコン基板１２は、＜１００＞結晶方向を有すると仮定する。この複合弾性項は、シリコン基板１２の＜１００＞面内のどの方向に対しても一定である。
【００１７】
次に図２を参照すると、ウェーハ１０の縁対中心レベル差（ウェーハ反り）ｈは、次の誘導に従って式（１）の（延長円１９の）曲率半径Ｒを介して表される。図２に基づき、
【００１８】
【数３】
かつ
【００１９】
【数４】
【００２０】
であるから、したがって、
【００２１】
【数５】
【００２２】
式（６）及び式（７）の三角関数関係から、
【００２３】
【数６】
かつ
【００２４】
【数７】
【００２５】
したがって、ウェーハ反りｈは、次のように表される。
【００２６】
【数８】
【００２７】
次いで、三角恒等式を使用して、
【００２８】
【数９】
【００２９】
式（８）は、次のように簡単化される。
【００３０】
【数１０】
【００３１】
かつ最終的に次を得る。
【００３２】
【数１１】
【００３３】
式（１）内のＲに式（１１）を使用して代入すると、次を得る。
【００３４】
【数１２】
又は
【００３５】
【数１３】
【００３６】
例えば、１５０ｍｍ直径ウェーハ１０に対する薄膜応力σf は５×１０8 Ｐａであり、薄膜１４の厚さｔf は（８００℃で成長させられた）酸化物の９５Å（９．５ｎｍ）であり、及び基板１２の厚さｔS は５００μｍ、すなわち０．５ｍｍであると仮定する。次いで、これらの値を式（１３）に代入すると、次を得る。
【００３７】
【数１４】
【００３８】
したがって、式（１４）を解いて次を得る。
【００３９】
【数１５】
【００４０】
９５Åの薄膜１４の厚さｔf で以て、ウェーハ反りｈは１．７７６μｍになる。換言すれば、ウェーハ反り（中心対縁変位）ｈは、約１．７７６μｍであることになる。厚目の薄膜１４に対して、ウェーハ反りｈは、数１０μｍの程度であると云える。
【００４１】
図３は、いくつかの可視すべり転位１７を示すウェーハ１０の上面図又は底面図である。人間の眼に見えることも又は見えないこともあるすべり転位１７は、過剰熱誘導機械的応力を起こすことがある種々の高温処理の結果である。ウェーハ１０が極めて数多くの半導体デバイス製造プロセスを受けつつある際、ウェーハ１０上の全てのすべり転位の位置及び量を知ることが望ましい。
【００４２】
図４は、本発明の概念を具体化する応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステム２２の１実施例の概略線図である。システム２２は、ウェーハ上の薄膜応力測定又はすべり転位マッピング（同じくまたウェーハ反り測定）のいずれにも使用され、又は応力測定及びすべり転位マッピングの両方を同時に遂行することができる。この実施例において、ウェーハ１０は、真空ロードロックチャンバ又は真空計測チャンバ（明示されていない）内に面を上に向け保持されると共に、システム２２はウェーハ１０の下側に配置される。もし望むならば、このシステムを面下向きウェーハと共に使用することもできる。基板１２の後側をシステム２２に面してウェーハ１０を位置決めすることによって、入射レーザビームへのデバイスパターンの影響を除去することができる。注意を要するのは、システム２２についての発明概念に影響を及ぼすことなく、薄膜１４（又はウェーハ前側）をシステム２２に面してウェーハ１０を位置決めできると云うことである。システム２２は適当なレーザ源２４を含み、このレーザ源は適当な波長の一次レーザビームを供給し、その適当な波長は、例えば、０．８５μｍ、１．３０μｍ、１．５５μｍ、１０．６μｍ、又は６３２８Å、又は、一般に、４００ｎｍから１０μｍを超える範囲の波長であると云える。
【００４３】
この実施例において、レーザ源２４によって供給される一次レーザビームは、３つのビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃによって、３つの対応する二次入射ビームに分割される。これらのビームスプリッタによって再指向させられなかった一次入射ビームの部分は、末端鏡３２によって反射（又は部分反射）されて参照ビームを供給する。ビームスプリッタ２６ｂへの入射ビームは軸方向ビームを発生し、このビームはウェーハ１０の中心点又は近中心点１８へ直接送られる。２つの他の二次ビーム、この場合入射ビームスプリッタ２６ａ、２６ｃによって発生されたビームは、円すい形環状鏡２８及び円すい形環状鏡３０を経由してウェーハ１０の２つの縁（又は２つの偏心）点へ指向させられる。注意を要するのは、変形実施例においては、円すい形環状鏡３０は、平面鏡によって置換され得ると云うことである。また注意を要するのは、本発明の原理は、単一ビームだけが又は３つ以上のビームがウェーハ１０の縁（又は偏心点）へ向けて指向させられるシステムにも適用され得ると云うことである。
【００４４】
入射分割ビームは、ウェーハ１０から反射される。ビーム／ウェーハ境界点においてウェーハ上にすべり転位線が出現することは、レーザビーム散乱及び低い正反射ビーム強度値の原因となる。更に、（薄膜応力及び熱処理によって起こされる）ウェーハ反りは、１つ以上の反射ビームの有効光路長を変化させ、これが（これらの反射ビームが一緒に又は一次入射ビームと組合わされた後の）干渉ビーム強度値に変化を持たらす。ウェーハ１０の中心点１８又は縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームは、ビームスプリッタ２６ａ〜２６ｃへ向かう分割入射ビームと同じ光路に本質的に沿って戻り走行する。調整可能係数を有する光ビームシャッタ／吸収器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃは、入射分割ビーム及び反射分割ビームの光路に沿って使用されることがあって、これらのビームの相対強度を変動させる。ビームスプリッタ２６ａの後で、反射点３１ａからの反射ビームは末端鏡３２からの反射一次ビームと干渉し、これによって、ＢＥＡＭ１として示される干渉ビームを発生する。ＢＥＡＭ１は、縁（又は偏心）点３１ａからの反射ビームと末端鏡３２から戻り反射されたの参照入射ビームとから生じる干渉じまパターンデータを含む。同様の仕方で、図４のＢＥＡＭ２及びＢＥＡＭ３によって表現される干渉ビームが発生される。ＢＥＡＭ３は縁点（又は偏心）点３１ｂと末端鏡３２から戻り反射された参照入射ビームとについての干渉じまパターンデータを含み、及びＢＥＡＭ２は反射中心ビームと末端鏡３２からの参照入射ビームの関する干渉じまパターンデータを含む。
【００４５】
ウェーハ１０上の２つの縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂからの少なくとも２つのビームを使用することによって、センサシステム２２の光軸に垂直な水平面からの僅かな傾斜を有するウェーハ１０に起因するどんな測定誤差も打ち消される。これは、例えば、縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂから取られた干渉じまパターンの直接比較によって、なされ得る。
【００４６】
干渉じまパターンデータを含む干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３は、干渉じまパターン分析システム３３によって分析される。干渉じまパターン分析システム３３は、ウェーハ１０内の薄膜応力（及び／又は熱応力履歴）から生じるウェーハ反りｈ、同じくまた、ウェーハ１０内の全てのすべり転位の完全なマップの両方を抽出することができる。干渉じまパターン分析システム３３は、周知の干渉計測学的分析アルゴリズムを使用してウェーハ１０内の反り及びすべり転位の両方を検出しかつマップする。干渉計測学的分析アルゴリズムは本発明の発明概念内にないので、このようなアルゴリズムについての完全な説明は免じられる。このようなアルゴリズムにおいて、ウェーハ１０の反りｈは干渉ビームの振幅を表現する直流（又は低周波）信号の変化として現れると述べることで充分である。ウェーハ１０の反りが増大又は減少するに従い、干渉ビームの振幅は、１つ以上の反射ビームに対する有効光路長の変化によって起こされる構成性又は破壊性ビーム干渉効果に起因して影響されることになる。このようにして、ウェーハ反りの増大又は減少が干渉ビームの直流（又は低周波）振幅に影響する。
【００４７】
すべり転位は、ウェーハ走査中に干渉ビーム振幅に重畳される交流（又は高周波）信号の擾乱として検出される。干渉ビーム振幅内に観察される交流擾乱効果は、すべり転位線を直接照射する入射レーザビームの過渡散乱によって起こされる。
【００４８】
干渉じまパターン分析システム３３を良く理解するために、干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の簡単な論理分析をここに提示する。干渉じまパターン分析システム３３によって受けられると、これらのビームは、次のそれぞれ式（１６）〜（１８）のように表現される。
【００４９】
【数１６】
【００５０】
【数１７】
【００５１】
【数１８】
【００５２】
ここに、
− ＥB1、ＥB2、及びＥB3は、それぞれ、ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の光電界関数である。
− ω はレーザ源ビームの角光周波数である。
− ｔ は時間である。
− αi1、αi2、及びαi3は、（末端鏡３２からの反射とその後の、それぞれ、ビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃからの反射とに起因する）参照レーザビームのピーク電界振幅である。
− φO1、φO2、及びφO3は、３つの上述の参照ビームに関連した固定光位相角である。
− β1 、β2 、及びβ3 は、（、それぞれ、ウェーハの第１偏心点、中心点、及び第２偏心点からの）３つの反射レーザビームのピーク電界振幅である。これらの値は、また、ウェーハの正反射率、同じくまた、ビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃ、並びにビームシャッタ／吸収器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃの透過率に依存する。
− ψ1 、ψ2 、及びψ3 は、３つの上述の反射レーザビームの干渉位相角である。これらの位相角は、反射ビームの有効光路長に関連し、したがって、ウェーハ反り及び／又は薄膜応力によって影響される。
【００５３】
ＥB1、ＥB2、及びＥB3に対する式（１６）〜（１８）に表示されたように、電界振幅は、相対位相差値（ψ1 、−φO1、ψ2 −φO2、及びψ3 −φO3）に従う（増大又は減少電界振幅に相当する）構成性干渉効果又は破壊性干渉効果を経験し得る。したがって、干渉じま分析システム３３は、単に３つの光検出器（明示されていない）を使用して、干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の強度（これらのビーム強度は、｜ＥB1｜2 、｜ＥB2｜2 、及び｜ＥB3｜2 に比例する）を測定することができる。測定ビーム強度値は、反りマップデータ及びすべり転移マップデータを抽出するために、干渉じまパターン分析システム３３内のコンピュータへ、ディジタル処理用（なおまたシステム３３内にある）アナログ−ディジタル変換器を経由して、送られることがある。ビーム強度データは、応力マップ及びすべり転位マップを抽出するために、ウェーハ表面の領域走査用に収集される。これらの強度データは、応力データ及びすべり分布データに関係した必要情報を含む。そのコンピュータ内の信号処理アルゴリズムは、簡単な分析干渉計測の式に基づき、ウェーハ反り（中心に対する変位）対ウェーハ中心からの位置を容易に抽出することができる。すべり転位マップは、収集信号の高周波（いわゆる交流）成分対時間に基づき簡単に得られる。
【００５４】
ウェーハ１０の応力及びすべり転位の両方の全マップを得るために、偏心点への入射ビームを、種々の半径位置においてウェーハ１０の全周にわたってトレースしなければならない。これは、ウェーハ１０又は入射ビームを指向させるシステム２２の部品のいずれかを回転させるばかりでなく、軸方向へ運動させることを必要とする。ウェーハ１０の全周にわたる各全円形走査の後に、偏心点ビームがトレースされる走査円周の半径を変化させるように、ウェーハ１０に垂直な軸に沿って環状鏡３０を運動させる。図５は、ウェーハ１０に対する可能な走査パターンを描く。ウェーハ１０又はシステム２２（又はその部品）のいずれかを回転させ、かつ環状鏡３０を運動させることによって、ウェーハ１０の全前面又は全後面を、応力及びすべり転位の両方について、走査することができる。ウェーハ１０の走査は、望むだけ多くのトレースを含むことができる。図５に描かれた走査方法論は、ウェーハ１０の周を切れ目なく回るトレース１で以て開始する。いったんトレース１が完了すると、環状鏡３０を再調節して入射ビームをトレース２上へ指向させる。このプロセスをトレースＮまで切れ目なく繰り返す。
【００５５】
図６は、ウェーハ１０に類似の半導体ウェーハについてシステム２２で以てすべり転位を走査している間中に、検出器によって見られた干渉ビームの１つの干渉ビーム強度の代表的定量プロットを描く。水平軸１１０はマッピング時間を表示し、垂直軸１１２は干渉ビームの１つ（例えば、ＢＥＡＭ１）の強度を表示する。ウェーハ１０マッピングのトレース１中、信号はレベル１１４によって表示される強度レベルを有する。下向きスパイク１１６及び１１８は、偏心入射ビームがウェーハ１０上のすべり転位を照射しかつこの入射ビームが散乱されたときに生じる信号レベル１１４への交流擾乱を表示する。スパイク１１６及び１１８は、上向きであることもある。これは、相当する偏心正反射ビームの減衰を持たらす。類似のスパイクは、ウェーハの走査がトレース２へ及びトレースＮへと続くに従い、ビームがすべり転位線を照射するとき必ず、起こる。
【００５６】
図７は、円形走査と、円すい形環状鏡３０の軸位置をステップさせることによって入射偏心レーザビームの半径位置をステップさせること、との組み合わせによる典型的ウェーハ全体走査を描く。水平軸１２０は、図６について説明されたのと同じである。Ｚ軸１２２は、例えば、図４の円すい形環状鏡３０のウェーハ表面に対する相対位置を表示する。例示プロット１２４は、図５に示されたウェーハ全体マップに対して使用される組合わせ円形／軸方向走査ルーチンを表示する。したがって、走査トレースが最外トレース、トレース１から最内トレース、トレースＮへと漸進するに従って、干渉ビーム強度データが全てのこれらトレースにわたり収集されて、ウェーハ全体マップを構成する。これらの測定値は、上に導出された式に従ってウェーハ１０の応力及び反りを計算するのに使用され得る。これらは、また、ウェーハ表面にわたる全てのすべり転位線の完全なマップを構成するのに使用され得る。注意を要するのは、図６及び図７は、本発明のシステムで以て行われ得る半導体ウェーハのすべり転位検出及び応力測定に関するプロットの例に過ぎないと云うことである。
【００５７】
可能な代替設計を示すために、図８は、本発明の概念を実現する応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４を描く。システム３４は、図４のシステム２２と同じ原理に基づき動作する。システム３４の実施例において、レーザ源２４は、単一固定ビームスプリッタ３６に一次入射ビームを供給する。ビームスプリッタ３６への一次入射ビームの部分は（０と１との間に調節可能反射率を有する）末端鏡３２へ送られ、他方、第２部分は高さ調節可能回転ビームスプリッタ３８へ指向させられる。ビームスプリッタ３８への入射ビームの部分はウェーハ１０の中心点１８へ送られ、他方、第２部分は円すい形環状鏡２８を経由してウェーハ１０上の縁点又は偏心点３１へ指向させられる。ウェーハ１０は、真空ロードロックチャンバ又は真空計測チャンバ内において、面を上に向けると共に基板１２を後側にしてシステム３４へ向けて保持される。しかしながら、ウェーハ１０を、本発明の概念に影響することなく、前面薄膜１４をセンサシステム３４に面して配向することもできる。
【００５８】
ウェーハ１０の中心点１８からの反射ビームの部分とウェーハ１０上の縁点又は偏心点３１からの反射ビームの部分とが、ビームスプリッタ３８によって合成される。縁点又は偏心点３１からの反射ビームの残りの部分は、黒体吸収器４０へ送られて吸収される。次いで、合成反射ビームは、ビームスプリッタ３６へ走行し、ここでこのビームが反射器３２からの反射参照ビームと合成される。結果の干渉ビーム、ＢＥＡＭ１は、干渉じま分析システム３３内の干渉計測学的分析によってウェーハ１０の反りを検出かつ定量し、同じくまた、ウェーハ１０内のすべり転位を検出するために、使用される。もし望むならば、オプショナルシャッタ／吸収器３９を、偏心反射ビームを阻止又は減衰するために使用してもよい。これらのシャッタ／吸収器要素を、システム３３によって送られる制御信号を介して、実時間走査中、結果のＢＥＡＭ１が次の干渉計測学的合成になるように制御することができる、すなわち、中心反射ビームと末端鏡３２からの反射ビームとの合成、又は偏心反射ビームと末端鏡３２からの反射ビームとの合成、又は中心反射ビーム同じくまた偏心反射ビームの両方と末端鏡３２からの反射ビームとの合成。これらの干渉計測配置の１つ以上が、ウェーハ反りマップ、薄膜応力マップ、及びすべり転位マップを抽出するために使用される。回転かつ高さ調節可能ビームスプリッタ３８、吸収器４０、及びオプショナルシャッタ／吸収器３９を使用すると、ビームスプリッタ３８（同じくまた吸収器４０及びシャッタ／吸収器３９）をウェーハ１０表面に対して回転させかつビームスプリッタ３８（同じくまた吸収器４０、及びシャッタ／吸収器３９）をウェーハ１０に垂直な面内で運動させることによって示されるように、ウェーハ１０の全表面を走査することができる。上述の回転及び軸方向運動によって、ウェーハ１０の全表面がトレースされ及び図５に示された例のトレースが得られる。
【００５９】
図９は、応力測定及びすべり転位マッピングシステム４２の他の実施例を描く。この実施例において、代替ビームスプリッタ形態が円すい形環状鏡２８と共に描かれている。図９の実施例において、単一ビームスプリッタ３６へ入射するビームの部分が一対のビームスプリッタ４４及び４６へ指向させられる。ビームスプリッタ４４及び４６は一緒に、ビームスプリッタ３６から受けたビームの部分を３つの入射ビームに分割する。これら結果のビームの１つはウェーハ１０の中心点１８へ走行し、他方、他の２つのビームは平面鏡４９ａ、４９ｂ、及び環状鏡２８を経由してウェーハ１０のそれぞれの縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂへ指向させられる。注意するのは、本発明の発明概念に反すことなく、平面鏡４９ａ及び４９ｂを図４の円すい形環状鏡３０で置換することができると云うことである。ウェーハ１０の中心点１８からの反射ビームと縁点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームは、ビームスプリッタ４４及び４６によって合成される。縁点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームの残りの部分は、それぞれ、ビームスプリッタ４６及び４４によって黒体吸収器５４及び５６へ通過させられ、かつ吸収される。ビームスプリッタ４４及び４６によって遂行された合成から生じる反射ビームは、立ち代わって、末端鏡３２からの参照反射ビームと、ビームスプリッタ３６によって合成される。ビームスプリッタ３６からの最終結果ビーム、ＢＥＡＭ１は、反りマップ及びすべり転位マップを抽出するために干渉じまパターン分析システム３３によって干渉じまパターン分析に使用される。調節可能係数を有する光ビーム減衰器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃが、入射ビーム及び反射ビームの強度を変動させるためにこれらのビームの光路に沿って使用されることがある。構成要素４４、４６、４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂ、５４、５６、２７ａ、及び２７ｃを回転させ、かつ円すい形環状鏡２８の高さを変動させることによって、図５に例示トレースとして示されたように、ウェーハ１０の全表面が走査されると云える。図９に示されたように、光シャッタ／吸収器を干渉じまパターン分析システムによって制御して、偏心反射ビーム、中心反射ビーム、及び末端鏡３２から反射された参照ビームの種々の干渉計測学的合成を得ることができる。
【００６０】
図１０は、光ファイバを使用して実現される応力測定及びすべり転位マッピングシステム６０を描く。この実施例において、光ファイバケーブル６２が、反射鏡に代わってビームをシステム６０全体を通して指向させるために使用される。図１０のシステムは、スプリッタ７６と、ウェーハ１０と、同じくまた、末端鏡３２との間に入射ビーム及び反射ビームを指向させるために使用される４つのモジュール６４、６６、６８、及び７０を含む。モジュール６６は、第１ビームをウェーハ１０の中心へ指向させ、かつウェーハ１０の中心からの反射ビームを受ける。モジュール６４は第２ビームをウェーハ１０上の第１縁（又は偏心）点３１ａへ指向させ、及びモジュール６８は第３ビームを第２縁（又は偏心）点３１ｂへ指向させる。モジュール７０は、ビームを末端鏡３２へ指向させる。これらのモジュールは、また、対応する反射ビームを受ける。
【００６１】
これらのモジュールの各々は、スプリッタ７６からのビームを指定点へ指向させる能力を有する。各モジュールは、方向性結合器７２、ファイバ端末、及び視準レンズ７４を含む。方向性結合器７２は、それぞれのモジュール内を走行するビームの方向を制御する。ファイバ束が、方向正結合器の代わりに使用されることがある。レンズ７４は、そのモジュール内を走行するレーザビームを視準又は適当な標的上へ集束する。レンズ７４は、また、ウェーハ１０上の適当な位置からの反射を受け、かつこの反射をそのモジュール内へ戻り反射して結合する。モジュール６４、６６、６８、及び７０は、全て同じ仕方で動作する。
【００６２】
図１０のシステム６０は、また、スプリッタ７６を含む。スプリッタ７６は、レーザ源２４によって光ファイバケーブル６２上へ供給された一次レーザビームを受け、かつ一次レーザビームを４つの二次レーザビームに分割し、これらの二次ビームは光ファイバケーブル６２上をモジュール６４、６６、６８、７０へ、及びウェーハ１０上の適当な位置へ送られる。モジュール６４、６６、６８、及び７０からの帰りの際、スプリッタ７６は、モジュール７０上を帰るビームをモジュール６４、６６、及び６８上を帰るビームのどれか１つ又は全てと合成する。スプリッタ７６は、これらの合成からの合成干渉ビーム、ＢＥＡＭ１、又は複数のビームを干渉じまパターン分析システム３３へ供給する。モジュールの数同じくまたシステム６０内の干渉じまパターン分析システム３３へ供給される干渉ビームの数を、本発明の発明概念に影響することなく、変更することができる。
【００６３】
図１１は、先端真空プロセッサ（以下、ＡＶＰと称する）２２０と統合化された本発明の斜視図である。ＡＶＰ２２０は、ロードロックチャンバ１６８、プロセスチャンバ１６０、及びプロセス制御コンピュータ１７６を含む。ＡＶＰ２２０の基部２２２内に、ガスボックス、配電盤、ポンピング制御機能、真空ゲージ、流量計、弁制御装置、及び圧力ゲージを含むが、しかしこれらに限定されない、ＡＶＰ２２０のその他の構成要素が収容されている。図８の応力測定及びずべり転位マッピングセンサシステム３４は、ＡＶＰ２２０のロードロックチャンバ１６８の部品として示されている。
【００６４】
図１２は、本発明の応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４を含む代表的単一ウェーハ環境を確立する半導体製造反応装置１４０の概略表示である。テキサス・インスツルメント社の自動化真空プロセッサ（ＡＶＰ）のような、単一ウェーハ短時間熱処理反応装置内に、デバイス処理のために２９半導体ウェーハが所在することがある。ガス分配ネットワーク１４２は、図１２の下右手隅において始まり、次の２つのマニホルド、すなわち、図示されていない非プラズマプロセスガスマニホルド、及びプラズママニホルドを含むことがある。非プラズマプロセスガスマニホルドはガス線路１４４に接続し、このガス線路は反応装置ケーシング１４６及びプロセスチャンバ壁１４８を貫通して接地電極１５０を通り抜け、ガスインジェクタ１５２内へ達する。プラズママニホルドは、ガス線路１５２を経由してプロセスプラスマ発生用放電空洞１５４内へ接続する。プロセスプラマ活性化種は、反応装置ケーシング１４６及びプロセスチャンバ壁１４８を通るプラズマ放電管１５６内を通ってウェーハプロセス環境内へ通過する。ガスインジェクタ１５２の上方に、かつ低熱質量ピン１５８に支持されて、半導体ウェーハ１０がある。低熱質量ピン１５８は、プロセスチャンバ１６０内の接地電極１５０によって支持される。プロセスチャンバ１６０は、また、光学石英窓２００を含み、この窓は半導体ウェーハ１０をタングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２から隔離する。
【００６５】
プロセスチャンバ１６０は、また、ポンプダウンインタフェース１６２を含み、このインタフェースはプロセスガス及びプラスマをポンピングパッケージ１６４内へ除去する。加えて、分離ゲート１６６が、半導体ウェーハ１０をロードロックタチャンバ１６８からプロセスチャンバ１６０内への通過を可能とする。半導体ウェーハ１０のプロセスチャンバ１６０内への移動を可能とするために、プロセスチャンバ壁１４８は垂直運動要素（明示されていない）によって支持される。ロードロックチャンバ１６８内に半導体ウェーハのスタック１７０があり、これからウェーハ取扱いロボット１７２が処理に供するために単一半導体ウェーハ１０を移動させる。
【００６６】
ロードロックチャンバ１６８及びプロセスチャンバ１６０を真空下に維持するために、ロードロックチャンバ１６８は、また、真空インタフェース１７４を含み、このインタフェースはポンピングパッケージ１６４を真空に維持可能とする。プロセス制御コンピュータ１７６は、図１２の反応装置内の半導体ウェーハ１０の製造を制御する。プロセス制御コンピュータ１７６からの制御信号は、ＰＩＤ温度／ランプ電力制御装置（以下、ＰＩＤ制御装置と称する）２０４への信号を含む。ＰＩＤ制御装置２０４は、ランプモジュール電源２０６に種々の制御信号を供給する。ランプモジュール電源２０６は、立ち代わって、タングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２に種々の制御信号を供給する。プロセス制御コンピュータ１７６は、また、ポンピングパッケージ１６４に制御真空目標値を送りかつガス分配ネットワーク１４２にガス吸込み流量信号及びプラズマ吸込み流量信号を送る。放電空洞１５４におけるプラズマ種の適正な活性化を施すために、プロセス制御コンピュータ１７６は、マイクロ波源１７８に制御信号を供給する。
【００６７】
タングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２の入力電力を制御するために、プロセス制御コンピュータ１７６は、（線路２１０を経由して受信された）温度センサ出力に応答して、線路２０８を経由してＰＩＤ制御装置２０４に電力制御信号を送る。
【００６８】
図１２は、本発明の現場センサシステムが非侵害的であり、かつ利用可能の半導体処理機器内へ容易に統合化され得ることを示す。ロードロックチャンバ１６８内の図８の応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４のウェーハのスタック１７０に対する配向は、例のため過ぎず、本発明の発明概念を限定することを意図しているのではない。特に、システム３４は、ウェーハのスタック１７０の個々のウェーハの前側へも又は後側へもアクセス可能であると云うように、チャンバ１６８内のどこにでも位置決めされ得る。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のシステムは、低コスト、非侵害的、現場応力測定及びすべり転位マッピングシステムを提供する。本発明及びその利点が詳細に説明されたが、もとより、種々の変更、代入、及び代替が、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の精神と範囲に反することなく、これらに施し得る。
【００７０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
【００７１】
（１） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ反りの測定システムであって、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割する少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられかつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向させられる、前記ビームスプリッタと、
を含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の前記第１点から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ反りの測定用データを提供する、
測定システム。
【００７２】
（２） 第１項記載の測定システムにおいて、
干渉じまパターン分析システムであって、
前記少なくとも１つの干渉ビームの強度を測定しかつ前記測定強度を前記干渉ビームの表示信号に変換するように動作可能の少なくとも１つの光検出器と、
前記半導体ウェーハ反りを判定するために前記信号を使用して干渉じまパターン分析を遂行するように動作可能のコンピュータと
を含む前記干渉じまパターン分析システムを更に含む測定システム。
【００７３】
（３） 第１項記載の測定システムにおいて、前記ウェーハ表面の前記第１点は前記ウェーハの中心点に実質的に配置され、かつ前記ウェーハ表面の前記第２点は前記ウェーハの偏心領域に配置される、測定システム。
【００７４】
（４） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの可動鏡を更に含む測定システム。
【００７５】
（５） 第１項記載の測定システムであって、
前記入射レーザビームから参照レーザビームを生成する末端鏡を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームと前記第２ビームのうちの少なくとも１つのビームの部分を前記参照ビームの部分と共に少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００７６】
（６） 第１項記載の測定システムであって、
前記入射レーザビームから参照レーザビームを生成する末端鏡を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と前記参照ビームの部分とを少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００７７】
（７） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の平面鏡と環状鏡とを更に含む測定システム。
【００７８】
（８） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の１つの円すい形鏡と環状鏡とを更に含む測定システム。
【００７９】
（９） 第１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面の周を回って前記ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能の高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、前記高さ調節可能回転ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８０】
（１０） 第１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの反射鏡を更に含み、
前記少なくとも１つの反射鏡と協力して働く前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の周を回って前記ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能回転ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８１】
（１１） 第１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの反射鏡と、
前記ウェーハ表面の周を回って少なくとも１つのビームをトレースするように前記少なくとも１つのビームスプリッタに対して前記ウェーハを回転させるように動作可能の回転子と
を更に含み、
前記少なくとも１つの反射鏡と協力して働く前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８２】
（１２） 第１項記載の測定システムにおいて、前記レーザ源は４００ｎｍから１０μｍの範囲の波長を有する、測定システム。
【００８３】
（１３） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられたレーザビームの強度を減衰させるように動作可能のシャッタ／吸収器を更に含む測定システム。
【００８４】
（１４） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられた各ビームに対するシャッタ／吸収器を更に含み、前記シャッタ／吸収器は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられた信号強度を減衰させるように動作可能である、測定システム。
【００８５】
（１５） 第１項記載の測定システムにおいて、前記第１ビームと前記第２ビームとは光ファイバによって前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられる、測定システム。
【００８６】
（１６） 第１項記載の測定システムであって、
前記測定システムを全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバケーブルと、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールであって、
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む前記方向モジュールと
を更に含む測定システム。
【００８７】
（１７） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを前記末端鏡へ指向される参照ビームと残りのビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタと、
前記残りのビームを第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ指向させられ、かつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ指向させられる、前記第２ビームスプリッタと
を更に含み、
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００８８】
（１８） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを第１ビームと第１残りビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１偏心点へ及び該第１偏心点から指向させられる、前記第１ビームスプリッタと、
前記第１残りビームを第２ビームと第２残りビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第２ビームは前記ウェーハ表面の中心点へ及び該中心点から指向させられる、前記第２ビームスプリッタと、
前記第２残りのビームを第３ビームと参照ビームとに分割するように動作可能の第３ビームスプリッタであって、前記第３ビームは前記ウェーハ表面の第２偏心点へ及び該第２偏心点から指向させられ、かつ前記参照ビームは前記末端鏡へ及び該末端鏡から指向させられる、前記第３ビームスプリッタと
を更に含み、
前記第１ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の第１偏心点から反射後の反射前記第１ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第１干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、前記第２ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の中心点から反射後の前記第２ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第２干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、
前記第３ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の第２偏心点から反射後の反射前記第３ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第３干渉ビームに合成するように更に動作可能である、測定システム。
【００８９】
（１９） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを第１参照ビームと第１残りビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタであって、前記第１参照ビームは前記末端鏡へ指向させられる、前記第１ビームスプリッタと、
前記第１残りビームを第２残りビームと第１ビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１偏心点へ及び該第１偏心点から指向させられる、前記第２ビームスプリッタと、前記第２残りのビームを第２ビームと第３ビームとに分割するように動作可能の第３ビームスプリッタであって、前記第２ビームは前記ウェーハ表面の中心点へ及び該中心点から指向させられ、かつ前記第３ビームは前記ウェーハの表面の第２偏心点へ及び該第２偏心点から指向させられる、前記第３ビームスプリッタとを更に含み、
前記第１ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタと、前記第３ビームスプリッタとは前記ウェーハ表面の第１偏心点から反射後の前記第１ビームの部分と、前記ウェーハ表面の中心点から反射後の前記第２ビームの部分と、前記ウェーハ表面の第２偏心点から反射後の前記第３ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、測定システム。
【００９０】
（２０） 第１項記載の測定システムであって、前記システム全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバを更に含む測定システム。
【００９１】
（２１） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内のすべり転位線と該すべり転位線の分布との測定システムであって、
光検出器と、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記ウェーハ表面上の少なくとも１つの点へ及び該１つの点から前記一次入射レーザビームの部分を案内するように動作可能の少なくとも１つの可動鏡と
を含み、
前記可動鏡は前記ウェーハ表面の少なくとも１つの部分にわたり前記一次入射レーザビームの前記部分を走査するように使用され、かつ前記ウェーハ表面から反射された前記一次入射レーザビームの前記部分の強度は前記光検出器によって測定され、前記測定強度はすべり転位線の検出用信号を提供する、
測定システム。
【００９２】
（２２） 第２１項記載の測定システムであって、前記半導体ウェーハ内のすべり転位を検出するために前記反射された一次入射レーザビームを使用して干渉じまパターン分析を遂行するように動作可能の干渉じまパターン分析システムを更に含む測定システム。
【００９３】
（２３） 第２１項記載の測定システムであって、前記半導体ウェーハ全体について前記反射された一次入射レーザビームからすべり転位マップを発生するように動作可能のコンピュータを更に含む測定システム。
【００９４】
（２４） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられ、かつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを案内するように更に動作可能であり、かつ
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の少なくとも１つの部分にわたり前記第１ビームの前記部分と前記第２ビームの前記部分とを走査するために使用され、かつ前記ウェーハ表面から反射された前記第１ビームの前記部分の強度と前記第２ビームの前記部分の強度とは前記光検出器によって測定される、
測定システム。
【００９５】
（２５） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームの少なくとも部分を指向させるように動作可能の平面鏡と環状鏡とを含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、かつ前記平面鏡と前記環状鏡と組み合わさって働くものであって、前記ウェーハ表面の周を回って前記第１ビームと第２ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能であり、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分を前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と共に、前記半導体ウェーハ内のすべり転位線を測定するための干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９６】
（２６） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームの少なくとも１つの部分を指向させるように動作可能の円すい形鏡と環状鏡とを含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、前記円すい形鏡と前記環状鏡と共に働くものであって、前記ウェーハ表面の周を回って前記第１ビームと第２ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために前記第１ビームと前記第２ビームとの少なくとも１つがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能であり、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分を前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と共に、前記半導体ウェーハ内のすべり転位線を測定するための干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９７】
（２７） 第２１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面の周を回って前記一次入射レーザビームをトレースするように前記少なくとも１つの可動鏡に対して前記ウェーハを回転させるように動作可能の回転子を
を更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は、前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために前記一次入射レーザビームの部分がトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９８】
（２８） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記レーザ源は４００ｎｍから１０μｍの範囲の波長を有する、測定システム。
【００９９】
（２９） 第２１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ指向させられる各ビームに対するビーム減衰器を更に含み、前記減衰器は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられる信号の強度を低下させるように動作可能である、
測定システム。
【０１００】
（３０） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つの可動鏡は光ファイバで置換される、測定システム。
【０１０１】
（３１） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つの可動鏡は光ファイバで置換され、前記光ファイバは、
前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させる光ファイバケーブルと、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールあって、
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む前記方向モジュールと
を含む、測定システム。
【０１０２】
（３２） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内の、反りと、すべり転位線と、前記反りと前記転位線との各々の分布との測定システムであって、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向されかつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向される、前記少なくとも１つのビームスプリッタと
を含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の前記第１点から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作し、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ反りとすべり転位とを測定するためのデータを提供する、
測定システム。
【０１０３】
（３３） 第３１項記載の測定システムであって、前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバを更に含む測定システム。
【０１０４】
（３４） 第３２項記載の測定システムであって、
前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させる光ファイバケーブルと、前記ウェーハ表面へ及びから前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールと
を更に含み、前記方向モジュールは
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む、測定システム。
【０１０５】
（３５） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内の反りと、すべり転位線と、前記反りと前記転位線との各々の分布との測定方法であって、
一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するステップと、
前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から前記第１ビームを指向させるステップと、
前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームを指向させるステップと、
前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するステップであって、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ内の反りとすべり転位とを測定するためのデータを提供する、前記合成するステップと
を含む方法。
【０１０６】
（３６） 第３５項記載の方法において、前記指向させるステップは反射鏡で以て遂行される、方法。
【０１０７】
（３７） 第３５項記載の方法において、前記指向させるステップは光ファイバで以て遂行される、方法。
【０１０８】
（３８） 半導体ウェーハ１０内の反りと、薄膜応力と、すべり転位とを測定するシステム２２が提供され、前記システムは一次レーザビームを発生するレーザ源２４を含む。少なくとも１つのビームスプリッタ２６が前記一次レーザビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記第１ビームはウェーハ表面の第１点へ指向させられ、かつ前記第２ビームはウェーハ表面の第２点へ指向させられる。前記少なくとも１つのビームスプリッタ２６は、ウェーハ表面の前記第１点からの反射後の前記第１ビームの部分とウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェーハの拡大断面図であって、ａは凸湾曲の場合の図、ｂは凹湾曲の場合の図。
【図２】曲率半径を表現する延長想像円と一緒に示された、湾曲半導体ウェーハの断面図。
【図３】ウェーハ縁近くの局在領域における可視すべり転位を伴う半導体ウェーハの上面図。
【図４】干渉じまパターン分析のために３つの入射レーザビームを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの略構成線図。
【図５】すべり転位及び応力マップの測定のための走査トレースの例を伴う図３の半導体ウェーハの上面図。
【図６】半導体ウェーハの走査中の干渉レーザビーム強度と走査トレース位置との間の定量的関係を示すプロット図。
【図７】ウェーハ全体マッピング中の反射鏡軸位置「Ｚ」と走査トレース位置との間の代表的関係を示すプロット図。
【図８】干渉じまパターン分析のために高さ調節可能回転ビームスプリッタ及び単一入射レーザビームを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの実施例の略構成線図。
【図９】干渉じまパターン分析のために代替ビームスプリッタ形態、円すい形鏡、及び単一レーザビームの３つのビームへの分割を採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの他の代替実施例の略構成線図。
【図１０】レーザビームの伝送に光ファイバを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの実施例の略構成線図。
【図１１】先端真空プロセッサ（ＡＶＰ）内へ統合化された図８の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムを示す斜視図。
【図１２】短時間熱処理（ＲＴＰ）反応装置内へ統合化された図８の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムを示すブロック図。
【符号の説明】
１０ ウェーハ
１２ シリコン基板
１４ 薄膜
１８ ウェーハの中心点
２２ 応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステム
２４ レーザ源
２６ａ〜２６ｃ ビームスプリッタ
２７ａ〜２７ｃ 光ビームシャッタ／吸収器
２８ 円すい形環状鏡
３０ 円すい形環状鏡
３１、３１ａ、３１ｂ ウェーハの縁点又は偏心点
３２ 末端鏡
３３ 干渉じまパターン分析システム
３４ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
３６ 単一固定ビームスプリッタ
３８ 高さ調節可能回転ビームスプリッタ
３９ オプショナルシャッタ／吸収器
４０ 黒体吸収器
４１ オプショナルシャッタ／吸収器
４２ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
４４、４６ 一対のビームスプリッタ
４９ａ、４９ｂ 可動平面鏡
５４、５６ 黒体吸収器
６０ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
６２ 光ファイバケーブル
６４、６６、６８、７０ （ビームを指向させる）モジュール
７２ 方向性結合器
７４ レンズ
１４０ 半導体製造反応装置
１６０ プロセスチャンバ
１６８ ロードロックチャンバ
１７０ 半導体ウェーハのスタック
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に半導体デバイス製造、特にすべり転位パターン及び薄膜応力の現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）測定方法、システム、及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ上に堆積される誘電体層、金属層、及びその他の薄膜材料層内の応力は、半導体デバイス製造における重要なパラメータである。薄膜応力はウェーハ反りを生じることがあり、この反りはデバイス性能、信頼性、及び種々のマイクロリソグラフィックパターニングステップ中の線幅制御に影響することがある。極端な場合、薄膜応力から生じる反りは、デバイス処理中にウェーハを固定し及び取り扱う上で問題を起こすことがある。
【０００３】
その上、短時間熱処理（ＲＴＰ）のような種々の高温（例えば、８５０℃より高い）プロセス、エピタキシャル成長、熱酸化、熱アニーリング、及びなんらかの低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）プロセスは、ウェーハ表面において、特にウェーハの縁においてすべり転位線の形成を招くことがある。すべり転位は、温度不均一に起因する半導体基板内の結晶転位の結果であって、熱誘導機械的応力を起こす。このようなすべり転位は、デバイス製造歩留りを低下させ、かつマイクロリソグラフィプロセスステップと干渉することがある。重要なことは、処理／機器パラメータを最適化するために応力及びすべりを特性描写しかつ定量する現場測定能力を持つことである。
【０００４】
薄膜応力を評価する利用可能なシステムは、薄膜応力値を抽出するためにウェーハ反り（曲率半径）を測定するのにレーザビームを、通常、採用する。しかしながら、これらのシステムは、半導体処理機器から分離されていることを必要とする大形光学構成要素に、通常、依存する。したがって、これらのシステムは、半導体製造機器、プロセス／機器制御、及び診断に望まれるもののように、現場センシング及び測定応用に使用され得ない。これらの応力測定システムは、また、どちらかと云うと高価であり、かつ非現場独立測定及び検査ツールとして専ら設計されてきた。更に、利用可能な応力測定ツールは、ウェーハ表面全体に対する平均薄膜応力値を提供するだけで、応力分布についての情報を提供しない。
【０００５】
Ｘ線トポグラフィは、すべり転位マッピングに使用される主要半導体特性描写技術になっている。しかしながら、Ｘ線トポグラフィは、ウェーハを半導体プロセス機器から外すことを必要とする非現場材料評価技術である。したがって、Ｘ線トポグラフィシステムは、実時間現場すべり転位マッピング情報を提供することができない非現場オフラインツールである。Ｘ線トポグラフィシステムは、また、どちらかと云うと高価である。更に、Ｘ線露出はデバイス構造に欠陥を発生することがあり、これがエージング及び低信頼性を加速させることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題、及び課題を解決するための手段】
したがって、すべり転位マッピング及び応力測定用の低コスト、非侵害性、現場即ち、ウェーハを半導体プロセス機器に置いたままで測定できるセンサに対する要望が起こっている。半導体ウェーハ内の、薄膜応力及びすべり転位の両方の測定、同じくまた、それらの分布マップを測定するシステムが提供され、このシステムは一次レーザビームを発生するレーザ源を含む。少なくとも１つのビームスプリッタが、その一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割し、第１ビームはウェーハ表面の第１点へ及びこれから指向させられる。第２ビームは、ウェーハ表面の第２点へ及びこれから指向させられる。少なくとも１つのビームスプリッタは、ウェーハ表面の第１点からの反射後の第１ビームの部分とウェーハ表面の第２点からの反射後の第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成する。鏡（反射器）又は光ファイバが、これらのビームをシステムを通して指向させるのに使用される。
【０００７】
本発明の原理を具体化する応力測定及びすべり転位マッピング装置、システム、及び方法は、現在利用可能のものに優る数々の顕著な利点を有する。本発明の実施例は、半導体ウェーハ内の薄膜応力及びすべり転位の低コスト、現場測定を提供する。本発明のセンサは、短時間熱処理システム及び化学気相成長システムのような、現存する半導体処理機器と両立すると云う技術的利点を提供する。更に、現行のレーザベース技術を、低コスト、現場応力測定に不適当かつ非実用的なものにする大形光学構成要素の必要性が、実質的に除去されている。
【０００８】
【実施例】
本発明及びその利点の一層完全な理解のために付図と関連して行われる次の説明をいまから参照する。
【０００９】
本発明の好適実施例及びその利点は、これらの図面を参照することによって最も良く理解されるが、これら種々の図面を通して同様又は相当する部品に対しては同様の符号が使用される。
【００１０】
図１ａ及び図１ｂは、半導体ウェーハ１０の２つの拡大断面図である。ウェーハ１０はシリコン基板１２を含み、この基板は研磨上面１６上に薄膜材料の薄膜１４を形成されている。ウェーハ１０の縁は、全体的に１１で指示される。薄膜１４から生じる機械的応力の性質次第で、ウェーハ１０のウェーハ反りは、圧縮応力に起因する凸面形（図１ａ）又は引張り応力に起因する凹面形（図１ｂ）のどちらかであり得る。マイクロメートル（μｍ）で表示されたレベル差（ウェーハ反り）ｈは、薄膜応力の量、薄膜の厚さ、及び基板の厚さによって決まる。典型的１５０ｍｍ直径シリコンウェーハ１０に対して、基板１２の厚さは、５００〜６００μｍの程度であると云える。所与の薄膜応力及び薄膜の厚さに対して、ウェーハ反りｈの量は、基板１２の厚さを減少すると共に増大する。金属薄膜１４を備え、薄膜１４内に誘電体、金属、又は引張りヘテロ構造を備える標準１５０ｍｍ直径ウェーハ１０に対して、ウェーハの厚さｈは数μｍほどの大きさであり得る。
【００１１】
ウェーハ基板１２上の薄膜応力に起因するウェーハ反りｈは、式（１）によって表される。
【００１２】
【数１】
ここに、σf は薄膜応力、
ＥS は基板１２に対するヤング率、
ＶS は基板１２に対するポアソン比、
ｔS は基板１２の厚さ、
ｔf は薄膜１４の厚さ、
Ｒ は基板の曲率半径。
【００１４】
式（１）内で、複合弾性係数項は式（２）によって表現される。
【００１５】
【数２】
ここで、シリコン基板１２は、＜１００＞結晶方向を有すると仮定する。この複合弾性項は、シリコン基板１２の＜１００＞面内のどの方向に対しても一定である。
【００１７】
次に図２を参照すると、ウェーハ１０の縁対中心レベル差（ウェーハ反り）ｈは、次の誘導に従って式（１）の（延長円１９の）曲率半径Ｒを介して表される。図２に基づき、
【００１８】
【数３】
【００１９】
【数４】
であるから、したがって、
【００２１】
【数５】
式（６）及び式（７）の三角関数関係から、
【００２３】
【数６】
【００２４】
【数７】
したがって、ウェーハ反りｈは、次のように表される。
【００２６】
【数８】
次いで、三角恒等式を使用して、
【００２８】
【数９】
式（８）は、次のように簡単化される。
【００３０】
【数１０】
かつ最終的に次を得る。
【００３２】
【数１１】
式（１）内のＲに式（１１）を使用して代入すると、次を得る。
【００３４】
【数１２】
【００３５】
【数１３】
例えば、１５０ｍｍ直径ウェーハ１０に対する薄膜応力σf は５×１０8 Ｐａであり、薄膜１４の厚さｔf は（８００℃で成長させられた）酸化物の９５Å（９．５ｎｍ）であり、及び基板１２の厚さｔS は５００μｍ、すなわち０．５ｍｍであると仮定する。次いで、これらの値を式（１３）に代入すると、次を得る。
【００３７】
【数１４】
したがって、式（１４）を解いて次を得る。
【００３９】
【数１５】
９５Åの薄膜１４の厚さｔf で以て、ウェーハ反りｈは１．７７６μｍになる。換言すれば、ウェーハ反り（中心対縁変位）ｈは、約１．７７６μｍであることになる。厚目の薄膜１４に対して、ウェーハ反りｈは、数１０μｍの程度であると云える。
【００４１】
図３は、いくつかの可視すべり転位１７を示すウェーハ１０の上面図又は底面図である。人間の眼に見えることも又は見えないこともあるすべり転位１７は、過剰熱誘導機械的応力を起こすことがある種々の高温処理の結果である。ウェーハ１０が極めて数多くの半導体デバイス製造プロセスを受けつつある際、ウェーハ１０上の全てのすべり転位の位置及び量を知ることが望ましい。
【００４２】
図４は、本発明の概念を具体化する応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステム２２の１実施例の概略線図である。システム２２は、ウェーハ上の薄膜応力測定又はすべり転位マッピング（同じくまたウェーハ反り測定）のいずれにも使用され、又は応力測定及びすべり転位マッピングの両方を同時に遂行することができる。この実施例において、ウェーハ１０は、真空ロードロックチャンバ又は真空計測チャンバ（明示されていない）内に面を上に向け保持されると共に、システム２２はウェーハ１０の下側に配置される。もし望むならば、このシステムを面下向きウェーハと共に使用することもできる。基板１２の後側をシステム２２に面してウェーハ１０を位置決めすることによって、入射レーザビームへのデバイスパターンの影響を除去することができる。注意を要するのは、システム２２についての発明概念に影響を及ぼすことなく、薄膜１４（又はウェーハ前側）をシステム２２に面してウェーハ１０を位置決めできると云うことである。システム２２は適当なレーザ源２４を含み、このレーザ源は適当な波長の一次レーザビームを供給し、その適当な波長は、例えば、０．８５μｍ、１．３０μｍ、１．５５μｍ、１０．６μｍ、又は６３２８Å、又は、一般に、４００ｎｍから１０μｍを超える範囲の波長であると云える。
【００４３】
この実施例において、レーザ源２４によって供給される一次レーザビームは、３つのビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃによって、３つの対応する二次入射ビームに分割される。これらのビームスプリッタによって再指向させられなかった一次入射ビームの部分は、末端鏡３２によって反射（又は部分反射）されて参照ビームを供給する。ビームスプリッタ２６ｂへの入射ビームは軸方向ビームを発生し、このビームはウェーハ１０の中心点又は近中心点１８へ直接送られる。２つの他の二次ビーム、この場合入射ビームスプリッタ２６ａ、２６ｃによって発生されたビームは、円すい形環状鏡２８及び円すい形環状鏡３０を経由してウェーハ１０の２つの縁（又は２つの偏心）点へ指向させられる。注意を要するのは、変形実施例においては、円すい形環状鏡３０は、平面鏡によって置換され得ると云うことである。また注意を要するのは、本発明の原理は、単一ビームだけが又は３つ以上のビームがウェーハ１０の縁（又は偏心点）へ向けて指向させられるシステムにも適用され得ると云うことである。
【００４４】
入射分割ビームは、ウェーハ１０から反射される。ビーム／ウェーハ境界点においてウェーハ上にすべり転位線が出現することは、レーザビーム散乱及び低い正反射ビーム強度値の原因となる。更に、（薄膜応力及び熱処理によって起こされる）ウェーハ反りは、１つ以上の反射ビームの有効光路長を変化させ、これが（これらの反射ビームが一緒に又は一次入射ビームと組合わされた後の）干渉ビーム強度値に変化を持たらす。ウェーハ１０の中心点１８又は縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームは、ビームスプリッタ２６ａ〜２６ｃへ向かう分割入射ビームと同じ光路に本質的に沿って戻り走行する。調整可能係数を有する光ビームシャッタ／吸収器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃは、入射分割ビーム及び反射分割ビームの光路に沿って使用されることがあって、これらのビームの相対強度を変動させる。ビームスプリッタ２６ａの後で、反射点３１ａからの反射ビームは末端鏡３２からの反射一次ビームと干渉し、これによって、ＢＥＡＭ１として示される干渉ビームを発生する。ＢＥＡＭ１は、縁（又は偏心）点３１ａからの反射ビームと末端鏡３２から戻り反射されたの参照入射ビームとから生じる干渉じまパターンデータを含む。同様の仕方で、図４のＢＥＡＭ２及びＢＥＡＭ３によって表現される干渉ビームが発生される。ＢＥＡＭ３は縁点（又は偏心）点３１ｂと末端鏡３２から戻り反射された参照入射ビームとについての干渉じまパターンデータを含み、及びＢＥＡＭ２は反射中心ビームと末端鏡３２からの参照入射ビームの関する干渉じまパターンデータを含む。
【００４５】
ウェーハ１０上の２つの縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂからの少なくとも２つのビームを使用することによって、センサシステム２２の光軸に垂直な水平面からの僅かな傾斜を有するウェーハ１０に起因するどんな測定誤差も打ち消される。これは、例えば、縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂから取られた干渉じまパターンの直接比較によって、なされ得る。
【００４６】
干渉じまパターンデータを含む干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３は、干渉じまパターン分析システム３３によって分析される。干渉じまパターン分析システム３３は、ウェーハ１０内の薄膜応力（及び／又は熱応力履歴）から生じるウェーハ反りｈ、同じくまた、ウェーハ１０内の全てのすべり転位の完全なマップの両方を抽出することができる。干渉じまパターン分析システム３３は、周知の干渉計測学的分析アルゴリズムを使用してウェーハ１０内の反り及びすべり転位の両方を検出しかつマップする。干渉計測学的分析アルゴリズムは本発明の発明概念内にないので、このようなアルゴリズムについての完全な説明は免じられる。このようなアルゴリズムにおいて、ウェーハ１０の反りｈは干渉ビームの振幅を表現する直流（又は低周波）信号の変化として現れると述べることで充分である。ウェーハ１０の反りが増大又は減少するに従い、干渉ビームの振幅は、１つ以上の反射ビームに対する有効光路長の変化によって起こされる構成性又は破壊性ビーム干渉効果に起因して影響されることになる。このようにして、ウェーハ反りの増大又は減少が干渉ビームの直流（又は低周波）振幅に影響する。
【００４７】
すべり転位は、ウェーハ走査中に干渉ビーム振幅に重畳される交流（又は高周波）信号の擾乱として検出される。干渉ビーム振幅内に観察される交流擾乱効果は、すべり転位線を直接照射する入射レーザビームの過渡散乱によって起こされる。
【００４８】
干渉じまパターン分析システム３３を良く理解するために、干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の簡単な論理分析をここに提示する。干渉じまパターン分析システム３３によって受けられると、これらのビームは、次のそれぞれ式（１６）〜（１８）のように表現される。
【００４９】
【数１６】
【数１７】
【数１８】
ここに、
− ＥB1、ＥB2、及びＥB3は、それぞれ、ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の光電界関数である。
− ω はレーザ源ビームの角光周波数である。
− ｔ は時間である。
− αi1、αi2、及びαi3は、（末端鏡３２からの反射とその後の、それぞれ、ビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃからの反射とに起因する）参照レーザビームのピーク電界振幅である。
− φO1、φO2、及びφO3は、３つの上述の参照ビームに関連した固定光位相角である。
− β1 、β2 、及びβ3 は、（、それぞれ、ウェーハの第１偏心点、中心点、及び第２偏心点からの）３つの反射レーザビームのピーク電界振幅である。これらの値は、また、ウェーハの正反射率、同じくまた、ビームスプリッタ２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃ、並びにビームシャッタ／吸収器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃの透過率に依存する。
− ψ1 、ψ2 、及びψ3 は、３つの上述の反射レーザビームの干渉位相角である。これらの位相角は、反射ビームの有効光路長に関連し、したがって、ウェーハ反り及び／又は薄膜応力によって影響される。
【００５３】
ＥB1、ＥB2、及びＥB3に対する式（１６）〜（１８）に表示されたように、電界振幅は、相対位相差値（ψ1 、−φO1、ψ2 −φO2、及びψ3 −φO3）に従う（増大又は減少電界振幅に相当する）構成性干渉効果又は破壊性干渉効果を経験し得る。したがって、干渉じま分析システム３３は、単に３つの光検出器（明示されていない）を使用して、干渉ビームＢＥＡＭ１、ＢＥＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の強度（これらのビーム強度は、｜ＥB1｜2 、｜ＥB2｜2 、及び｜ＥB3｜2 に比例する）を測定することができる。測定ビーム強度値は、反りマップデータ及びすべり転移マップデータを抽出するために、干渉じまパターン分析システム３３内のコンピュータへ、ディジタル処理用（なおまたシステム３３内にある）アナログ−ディジタル変換器を経由して、送られることがある。ビーム強度データは、応力マップ及びすべり転位マップを抽出するために、ウェーハ表面の領域走査用に収集される。これらの強度データは、応力データ及びすべり分布データに関係した必要情報を含む。そのコンピュータ内の信号処理アルゴリズムは、簡単な分析干渉計測の式に基づき、ウェーハ反り（中心に対する変位）対ウェーハ中心からの位置を容易に抽出することができる。すべり転位マップは、収集信号の高周波（いわゆる交流）成分対時間に基づき簡単に得られる。
【００５４】
ウェーハ１０の応力及びすべり転位の両方の全マップを得るために、偏心点への入射ビームを、種々の半径位置においてウェーハ１０の全周にわたってトレースしなければならない。これは、ウェーハ１０又は入射ビームを指向させるシステム２２の部品のいずれかを回転させるばかりでなく、軸方向へ運動させることを必要とする。ウェーハ１０の全周にわたる各全円形走査の後に、偏心点ビームがトレースされる走査円周の半径を変化させるように、ウェーハ１０に垂直な軸に沿って環状鏡３０を運動させる。図５は、ウェーハ１０に対する可能な走査パターンを描く。ウェーハ１０又はシステム２２（又はその部品）のいずれかを回転させ、かつ環状鏡３０を運動させることによって、ウェーハ１０の全前面又は全後面を、応力及びすべり転位の両方について、走査することができる。ウェーハ１０の走査は、望むだけ多くのトレースを含むことができる。図５に描かれた走査方法論は、ウェーハ１０の周を切れ目なく回るトレース１で以て開始する。いったんトレース１が完了すると、環状鏡３０を再調節して入射ビームをトレース２上へ指向させる。このプロセスをトレースＮまで切れ目なく繰り返す。
【００５５】
図６は、ウェーハ１０に類似の半導体ウェーハについてシステム２２で以てすべり転位を走査している間中に、検出器によって見られた干渉ビームの１つの干渉ビーム強度の代表的定量プロットを描く。水平軸１１０はマッピング時間を表示し、垂直軸１１２は干渉ビームの１つ（例えば、ＢＥＡＭ１）の強度を表示する。ウェーハ１０マッピングのトレース１中、信号はレベル１１４によって表示される強度レベルを有する。下向きスパイク１１６及び１１８は、偏心入射ビームがウェーハ１０上のすべり転位を照射しかつこの入射ビームが散乱されたときに生じる信号レベル１１４への交流擾乱を表示する。スパイク１１６及び１１８は、上向きであることもある。これは、相当する偏心正反射ビームの減衰を持たらす。類似のスパイクは、ウェーハの走査がトレース２へ及びトレースＮへと続くに従い、ビームがすべり転位線を照射するとき必ず、起こる。
【００５６】
図７は、円形走査と、円すい形環状鏡３０の軸位置をステップさせることによって入射偏心レーザビームの半径位置をステップさせること、との組み合わせによる典型的ウェーハ全体走査を描く。水平軸１２０は、図６について説明されたのと同じである。Ｚ軸１２２は、例えば、図４の円すい形環状鏡３０のウェーハ表面に対する相対位置を表示する。例示プロット１２４は、図５に示されたウェーハ全体マップに対して使用される組合わせ円形／軸方向走査ルーチンを表示する。したがって、走査トレースが最外トレース、トレース１から最内トレース、トレースＮへと漸進するに従って、干渉ビーム強度データが全てのこれらトレースにわたり収集されて、ウェーハ全体マップを構成する。これらの測定値は、上に導出された式に従ってウェーハ１０の応力及び反りを計算するのに使用され得る。これらは、また、ウェーハ表面にわたる全てのすべり転位線の完全なマップを構成するのに使用され得る。注意を要するのは、図６及び図７は、本発明のシステムで以て行われ得る半導体ウェーハのすべり転位検出及び応力測定に関するプロットの例に過ぎないと云うことである。
【００５７】
可能な代替設計を示すために、図８は、本発明の概念を実現する応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４を描く。システム３４は、図４のシステム２２と同じ原理に基づき動作する。システム３４の実施例において、レーザ源２４は、単一固定ビームスプリッタ３６に一次入射ビームを供給する。ビームスプリッタ３６への一次入射ビームの部分は（０と１との間に調節可能反射率を有する）末端鏡３２へ送られ、他方、第２部分は高さ調節可能回転ビームスプリッタ３８へ指向させられる。ビームスプリッタ３８への入射ビームの部分はウェーハ１０の中心点１８へ送られ、他方、第２部分は円すい形環状鏡２８を経由してウェーハ１０上の縁点又は偏心点３１へ指向させられる。ウェーハ１０は、真空ロードロックチャンバ又は真空計測チャンバ内において、面を上に向けると共に基板１２を後側にしてシステム３４へ向けて保持される。しかしながら、ウェーハ１０を、本発明の概念に影響することなく、前面薄膜１４をセンサシステム３４に面して配向することもできる。
【００５８】
ウェーハ１０の中心点１８からの反射ビームの部分とウェーハ１０上の縁点又は偏心点３１からの反射ビームの部分とが、ビームスプリッタ３８によって合成される。縁点又は偏心点３１からの反射ビームの残りの部分は、黒体吸収器４０へ送られて吸収される。次いで、合成反射ビームは、ビームスプリッタ３６へ走行し、ここでこのビームが反射器３２からの反射参照ビームと合成される。結果の干渉ビーム、ＢＥＡＭ１は、干渉じま分析システム３３内の干渉計測学的分析によってウェーハ１０の反りを検出かつ定量し、同じくまた、ウェーハ１０内のすべり転位を検出するために、使用される。もし望むならば、オプショナルシャッタ／吸収器３９を、偏心反射ビームを阻止又は減衰するために使用してもよい。これらのシャッタ／吸収器要素を、システム３３によって送られる制御信号を介して、実時間走査中、結果のＢＥＡＭ１が次の干渉計測学的合成になるように制御することができる、すなわち、中心反射ビームと末端鏡３２からの反射ビームとの合成、又は偏心反射ビームと末端鏡３２からの反射ビームとの合成、又は中心反射ビーム同じくまた偏心反射ビームの両方と末端鏡３２からの反射ビームとの合成。これらの干渉計測配置の１つ以上が、ウェーハ反りマップ、薄膜応力マップ、及びすべり転位マップを抽出するために使用される。回転かつ高さ調節可能ビームスプリッタ３８、吸収器４０、及びオプショナルシャッタ／吸収器３９を使用すると、ビームスプリッタ３８（同じくまた吸収器４０及びシャッタ／吸収器３９）をウェーハ１０表面に対して回転させかつビームスプリッタ３８（同じくまた吸収器４０、及びシャッタ／吸収器３９）をウェーハ１０に垂直な面内で運動させることによって示されるように、ウェーハ１０の全表面を走査することができる。上述の回転及び軸方向運動によって、ウェーハ１０の全表面がトレースされ及び図５に示された例のトレースが得られる。
【００５９】
図９は、応力測定及びすべり転位マッピングシステム４２の他の実施例を描く。この実施例において、代替ビームスプリッタ形態が円すい形環状鏡２８と共に描かれている。図９の実施例において、単一ビームスプリッタ３６へ入射するビームの部分が一対のビームスプリッタ４４及び４６へ指向させられる。ビームスプリッタ４４及び４６は一緒に、ビームスプリッタ３６から受けたビームの部分を３つの入射ビームに分割する。これら結果のビームの１つはウェーハ１０の中心点１８へ走行し、他方、他の２つのビームは平面鏡４９ａ、４９ｂ、及び環状鏡２８を経由してウェーハ１０のそれぞれの縁（又は偏心）点３１ａ及び３１ｂへ指向させられる。注意するのは、本発明の発明概念に反すことなく、平面鏡４９ａ及び４９ｂを図４の円すい形環状鏡３０で置換することができると云うことである。ウェーハ１０の中心点１８からの反射ビームと縁点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームは、ビームスプリッタ４４及び４６によって合成される。縁点３１ａ及び３１ｂからの反射ビームの残りの部分は、それぞれ、ビームスプリッタ４６及び４４によって黒体吸収器５４及び５６へ通過させられ、かつ吸収される。ビームスプリッタ４４及び４６によって遂行された合成から生じる反射ビームは、立ち代わって、末端鏡３２からの参照反射ビームと、ビームスプリッタ３６によって合成される。ビームスプリッタ３６からの最終結果ビーム、ＢＥＡＭ１は、反りマップ及びすべり転位マップを抽出するために干渉じまパターン分析システム３３によって干渉じまパターン分析に使用される。調節可能係数を有する光ビーム減衰器２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃが、入射ビーム及び反射ビームの強度を変動させるためにこれらのビームの光路に沿って使用されることがある。構成要素４４、４６、４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂ、５４、５６、２７ａ、及び２７ｃを回転させ、かつ円すい形環状鏡２８の高さを変動させることによって、図５に例示トレースとして示されたように、ウェーハ１０の全表面が走査されると云える。図９に示されたように、光シャッタ／吸収器を干渉じまパターン分析システムによって制御して、偏心反射ビーム、中心反射ビーム、及び末端鏡３２から反射された参照ビームの種々の干渉計測学的合成を得ることができる。
【００６０】
図１０は、光ファイバを使用して実現される応力測定及びすべり転位マッピングシステム６０を描く。この実施例において、光ファイバケーブル６２が、反射鏡に代わってビームをシステム６０全体を通して指向させるために使用される。図１０のシステムは、スプリッタ７６と、ウェーハ１０と、同じくまた、末端鏡３２との間に入射ビーム及び反射ビームを指向させるために使用される４つのモジュール６４、６６、６８、及び７０を含む。モジュール６６は、第１ビームをウェーハ１０の中心へ指向させ、かつウェーハ１０の中心からの反射ビームを受ける。モジュール６４は第２ビームをウェーハ１０上の第１縁（又は偏心）点３１ａへ指向させ、及びモジュール６８は第３ビームを第２縁（又は偏心）点３１ｂへ指向させる。モジュール７０は、ビームを末端鏡３２へ指向させる。これらのモジュールは、また、対応する反射ビームを受ける。
【００６１】
これらのモジュールの各々は、スプリッタ７６からのビームを指定点へ指向させる能力を有する。各モジュールは、方向性結合器７２、ファイバ端末、及び視準レンズ７４を含む。方向性結合器７２は、それぞれのモジュール内を走行するビームの方向を制御する。ファイバ束が、方向正結合器の代わりに使用されることがある。レンズ７４は、そのモジュール内を走行するレーザビームを視準又は適当な標的上へ集束する。レンズ７４は、また、ウェーハ１０上の適当な位置からの反射を受け、かつこの反射をそのモジュール内へ戻り反射して結合する。モジュール６４、６６、６８、及び７０は、全て同じ仕方で動作する。
【００６２】
図１０のシステム６０は、また、スプリッタ７６を含む。スプリッタ７６は、レーザ源２４によって光ファイバケーブル６２上へ供給された一次レーザビームを受け、かつ一次レーザビームを４つの二次レーザビームに分割し、これらの二次ビームは光ファイバケーブル６２上をモジュール６４、６６、６８、７０へ、及びウェーハ１０上の適当な位置へ送られる。モジュール６４、６６、６８、及び７０からの帰りの際、スプリッタ７６は、モジュール７０上を帰るビームをモジュール６４、６６、及び６８上を帰るビームのどれか１つ又は全てと合成する。スプリッタ７６は、これらの合成からの合成干渉ビーム、ＢＥＡＭ１、又は複数のビームを干渉じまパターン分析システム３３へ供給する。モジュールの数同じくまたシステム６０内の干渉じまパターン分析システム３３へ供給される干渉ビームの数を、本発明の発明概念に影響することなく、変更することができる。
【００６３】
図１１は、先端真空プロセッサ（以下、ＡＶＰと称する）２２０と統合化された本発明の斜視図である。ＡＶＰ２２０は、ロードロックチャンバ１６８、プロセスチャンバ１６０、及びプロセス制御コンピュータ１７６を含む。ＡＶＰ２２０の基部２２２内に、ガスボックス、配電盤、ポンピング制御機能、真空ゲージ、流量計、弁制御装置、及び圧力ゲージを含むが、しかしこれらに限定されない、ＡＶＰ２２０のその他の構成要素が収容されている。図８の応力測定及びずべり転位マッピングセンサシステム３４は、ＡＶＰ２２０のロードロックチャンバ１６８の部品として示されている。
【００６４】
図１２は、本発明の応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４を含む代表的単一ウェーハ環境を確立する半導体製造反応装置１４０の概略表示である。テキサス・インスツルメント社の自動化真空プロセッサ（ＡＶＰ）のような、単一ウェーハ短時間熱処理反応装置内に、デバイス処理のために２９半導体ウェーハが所在することがある。ガス分配ネットワーク１４２は、図１２の下右手隅において始まり、次の２つのマニホルド、すなわち、図示されていない非プラズマプロセスガスマニホルド、及びプラズママニホルドを含むことがある。非プラズマプロセスガスマニホルドはガス線路１４４に接続し、このガス線路は反応装置ケーシング１４６及びプロセスチャンバ壁１４８を貫通して接地電極１５０を通り抜け、ガスインジェクタ１５２内へ達する。プラズママニホルドは、ガス線路１５２を経由してプロセスプラスマ発生用放電空洞１５４内へ接続する。プロセスプラマ活性化種は、反応装置ケーシング１４６及びプロセスチャンバ壁１４８を通るプラズマ放電管１５６内を通ってウェーハプロセス環境内へ通過する。ガスインジェクタ１５２の上方に、かつ低熱質量ピン１５８に支持されて、半導体ウェーハ１０がある。低熱質量ピン１５８は、プロセスチャンバ１６０内の接地電極１５０によって支持される。プロセスチャンバ１６０は、また、光学石英窓２００を含み、この窓は半導体ウェーハ１０をタングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２から隔離する。
【００６５】
プロセスチャンバ１６０は、また、ポンプダウンインタフェース１６２を含み、このインタフェースはプロセスガス及びプラスマをポンピングパッケージ１６４内へ除去する。加えて、分離ゲート１６６が、半導体ウェーハ１０をロードロックタチャンバ１６８からプロセスチャンバ１６０内への通過を可能とする。半導体ウェーハ１０のプロセスチャンバ１６０内への移動を可能とするために、プロセスチャンバ壁１４８は垂直運動要素（明示されていない）によって支持される。ロードロックチャンバ１６８内に半導体ウェーハのスタック１７０があり、これからウェーハ取扱いロボット１７２が処理に供するために単一半導体ウェーハ１０を移動させる。
【００６６】
ロードロックチャンバ１６８及びプロセスチャンバ１６０を真空下に維持するために、ロードロックチャンバ１６８は、また、真空インタフェース１７４を含み、このインタフェースはポンピングパッケージ１６４を真空に維持可能とする。プロセス制御コンピュータ１７６は、図１２の反応装置内の半導体ウェーハ１０の製造を制御する。プロセス制御コンピュータ１７６からの制御信号は、ＰＩＤ温度／ランプ電力制御装置（以下、ＰＩＤ制御装置と称する）２０４への信号を含む。ＰＩＤ制御装置２０４は、ランプモジュール電源２０６に種々の制御信号を供給する。ランプモジュール電源２０６は、立ち代わって、タングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２に種々の制御信号を供給する。プロセス制御コンピュータ１７６は、また、ポンピングパッケージ１６４に制御真空目標値を送りかつガス分配ネットワーク１４２にガス吸込み流量信号及びプラズマ吸込み流量信号を送る。放電空洞１５４におけるプラズマ種の適正な活性化を施すために、プロセス制御コンピュータ１７６は、マイクロ波源１７８に制御信号を供給する。
【００６７】
タングステン−ハロゲン加熱ランプモジュール２０２の入力電力を制御するために、プロセス制御コンピュータ１７６は、（線路２１０を経由して受信された）温度センサ出力に応答して、線路２０８を経由してＰＩＤ制御装置２０４に電力制御信号を送る。
【００６８】
図１２は、本発明の現場センサシステムが非侵害的であり、かつ利用可能の半導体処理機器内へ容易に統合化され得ることを示す。ロードロックチャンバ１６８内の図８の応力測定及びすべり転位マッピングシステム３４のウェーハのスタック１７０に対する配向は、例のため過ぎず、本発明の発明概念を限定することを意図しているのではない。特に、システム３４は、ウェーハのスタック１７０の個々のウェーハの前側へも又は後側へもアクセス可能であると云うように、チャンバ１６８内のどこにでも位置決めされ得る。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のシステムは、低コスト、非侵害的、現場応力測定及びすべり転位マッピングシステムを提供する。本発明及びその利点が詳細に説明されたが、もとより、種々の変更、代入、及び代替が、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の精神と範囲に反することなく、これらに施し得る。
【００７０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
【００７１】
（１） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ反りの測定システムであって、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割する少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられかつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向させられる、前記ビームスプリッタと、
を含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の前記第１点から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ反りの測定用データを提供する、
測定システム。
【００７２】
（２） 第１項記載の測定システムにおいて、
干渉じまパターン分析システムであって、
前記少なくとも１つの干渉ビームの強度を測定しかつ前記測定強度を前記干渉ビームの表示信号に変換するように動作可能の少なくとも１つの光検出器と、
前記半導体ウェーハ反りを判定するために前記信号を使用して干渉じまパターン分析を遂行するように動作可能のコンピュータと
を含む前記干渉じまパターン分析システムを更に含む測定システム。
【００７３】
（３） 第１項記載の測定システムにおいて、前記ウェーハ表面の前記第１点は前記ウェーハの中心点に実質的に配置され、かつ前記ウェーハ表面の前記第２点は前記ウェーハの偏心領域に配置される、測定システム。
【００７４】
（４） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの可動鏡を更に含む測定システム。
【００７５】
（５） 第１項記載の測定システムであって、
前記入射レーザビームから参照レーザビームを生成する末端鏡を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームと前記第２ビームのうちの少なくとも１つのビームの部分を前記参照ビームの部分と共に少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００７６】
（６） 第１項記載の測定システムであって、
前記入射レーザビームから参照レーザビームを生成する末端鏡を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と前記参照ビームの部分とを少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００７７】
（７） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の平面鏡と環状鏡とを更に含む測定システム。
【００７８】
（８） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の１つの円すい形鏡と環状鏡とを更に含む測定システム。
【００７９】
（９） 第１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面の周を回って前記ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能の高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、前記高さ調節可能回転ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８０】
（１０） 第１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの反射鏡を更に含み、
前記少なくとも１つの反射鏡と協力して働く前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の周を回って前記ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能回転ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８１】
（１１） 第１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームの少なくとも１つを指向させるように動作可能の少なくとも１つの反射鏡と、
前記ウェーハ表面の周を回って少なくとも１つのビームをトレースするように前記少なくとも１つのビームスプリッタに対して前記ウェーハを回転させるように動作可能の回転子と
を更に含み、
前記少なくとも１つの反射鏡と協力して働く前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、測定システム。
【００８２】
（１２） 第１項記載の測定システムにおいて、前記レーザ源は４００ｎｍから１０μｍの範囲の波長を有する、測定システム。
【００８３】
（１３） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられたレーザビームの強度を減衰させるように動作可能のシャッタ／吸収器を更に含む測定システム。
【００８４】
（１４） 第１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられた各ビームに対するシャッタ／吸収器を更に含み、前記シャッタ／吸収器は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられた信号強度を減衰させるように動作可能である、測定システム。
【００８５】
（１５） 第１項記載の測定システムにおいて、前記第１ビームと前記第２ビームとは光ファイバによって前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられる、測定システム。
【００８６】
（１６） 第１項記載の測定システムであって、
前記測定システムを全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバケーブルと、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールであって、
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む前記方向モジュールと
を更に含む測定システム。
【００８７】
（１７） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを前記末端鏡へ指向される参照ビームと残りのビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタと、
前記残りのビームを第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ指向させられ、かつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ指向させられる、前記第２ビームスプリッタと
を更に含み、
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとは前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００８８】
（１８） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを第１ビームと第１残りビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１偏心点へ及び該第１偏心点から指向させられる、前記第１ビームスプリッタと、
前記第１残りビームを第２ビームと第２残りビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第２ビームは前記ウェーハ表面の中心点へ及び該中心点から指向させられる、前記第２ビームスプリッタと、
前記第２残りのビームを第３ビームと参照ビームとに分割するように動作可能の第３ビームスプリッタであって、前記第３ビームは前記ウェーハ表面の第２偏心点へ及び該第２偏心点から指向させられ、かつ前記参照ビームは前記末端鏡へ及び該末端鏡から指向させられる、前記第３ビームスプリッタと
を更に含み、
前記第１ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の第１偏心点から反射後の反射前記第１ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第１干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、前記第２ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の中心点から反射後の前記第２ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第２干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、
前記第３ビームスプリッタは前記ウェーハ表面の第２偏心点から反射後の反射前記第３ビームの部分を前記末端鏡から反射後の前記参照ビームの部分と共に干渉じまパターン分析用の第３干渉ビームに合成するように更に動作可能である、測定システム。
【００８９】
（１９） 第１項記載の測定システムであって、
ビームを反射するように動作可能の末端鏡
を更に含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは
前記一次入射レーザビームを第１参照ビームと第１残りビームとに分割するように動作可能の第１ビームスプリッタであって、前記第１参照ビームは前記末端鏡へ指向させられる、前記第１ビームスプリッタと、
前記第１残りビームを第２残りビームと第１ビームとに分割するように動作可能の第２ビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１偏心点へ及び該第１偏心点から指向させられる、前記第２ビームスプリッタと、前記第２残りのビームを第２ビームと第３ビームとに分割するように動作可能の第３ビームスプリッタであって、前記第２ビームは前記ウェーハ表面の中心点へ及び該中心点から指向させられ、かつ前記第３ビームは前記ウェーハの表面の第２偏心点へ及び該第２偏心点から指向させられる、前記第３ビームスプリッタとを更に含み、
前記第１ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタと、前記第３ビームスプリッタとは前記ウェーハ表面の第１偏心点から反射後の前記第１ビームの部分と、前記ウェーハ表面の中心点から反射後の前記第２ビームの部分と、前記ウェーハ表面の第２偏心点から反射後の前記第３ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、測定システム。
【００９０】
（２０） 第１項記載の測定システムであって、前記システム全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバを更に含む測定システム。
【００９１】
（２１） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内のすべり転位線と該すべり転位線の分布との測定システムであって、
光検出器と、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記ウェーハ表面上の少なくとも１つの点へ及び該１つの点から前記一次入射レーザビームの部分を案内するように動作可能の少なくとも１つの可動鏡と
を含み、
前記可動鏡は前記ウェーハ表面の少なくとも１つの部分にわたり前記一次入射レーザビームの前記部分を走査するように使用され、かつ前記ウェーハ表面から反射された前記一次入射レーザビームの前記部分の強度は前記光検出器によって測定され、前記測定強度はすべり転位線の検出用信号を提供する、
測定システム。
【００９２】
（２２） 第２１項記載の測定システムであって、前記半導体ウェーハ内のすべり転位を検出するために前記反射された一次入射レーザビームを使用して干渉じまパターン分析を遂行するように動作可能の干渉じまパターン分析システムを更に含む測定システム。
【００９３】
（２３） 第２１項記載の測定システムであって、前記半導体ウェーハ全体について前記反射された一次入射レーザビームからすべり転位マップを発生するように動作可能のコンピュータを更に含む測定システム。
【００９４】
（２４） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられ、かつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを案内するように更に動作可能であり、かつ
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の少なくとも１つの部分にわたり前記第１ビームの前記部分と前記第２ビームの前記部分とを走査するために使用され、かつ前記ウェーハ表面から反射された前記第１ビームの前記部分の強度と前記第２ビームの前記部分の強度とは前記光検出器によって測定される、
測定システム。
【００９５】
（２５） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームの少なくとも部分を指向させるように動作可能の平面鏡と環状鏡とを含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、かつ前記平面鏡と前記環状鏡と組み合わさって働くものであって、前記ウェーハ表面の周を回って前記第１ビームと第２ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために少なくとも１つのビームがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能であり、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分を前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と共に、前記半導体ウェーハ内のすべり転位線を測定するための干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９６】
（２６） 第２１項記載の測定システムであって、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられる、前記少なくとも１つのビームスプリッタを
更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームの少なくとも１つの部分を指向させるように動作可能の円すい形鏡と環状鏡とを含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは高さ調節可能回転ビームスプリッタであり、前記円すい形鏡と前記環状鏡と共に働くものであって、前記ウェーハ表面の周を回って前記第１ビームと第２ビームの少なくとも１つをトレースするように前記ウェーハに対して回転するように更に動作可能であり、前記高さ調節可能ビームスプリッタは前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために前記第１ビームと前記第２ビームとの少なくとも１つがトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能であり、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分を前記ウェーハ表面から反射後の前記第２ビームの部分と共に、前記半導体ウェーハ内のすべり転位線を測定するための干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９７】
（２７） 第２１項記載の測定システムであって、
前記ウェーハ表面の周を回って前記一次入射レーザビームをトレースするように前記少なくとも１つの可動鏡に対して前記ウェーハを回転させるように動作可能の回転子を
を更に含み、
前記少なくとも１つの可動鏡は、前記ウェーハ表面全体のトレーシングを可能にするために前記一次入射レーザビームの部分がトレースされる周の半径を種々に変化させるように前記ウェーハに垂直な面内を運動するように更に動作可能である、
測定システム。
【００９８】
（２８） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記レーザ源は４００ｎｍから１０μｍの範囲の波長を有する、測定システム。
【００９９】
（２９） 第２１項記載の測定システムであって、前記ウェーハ表面へ指向させられる各ビームに対するビーム減衰器を更に含み、前記減衰器は前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から指向させられる信号の強度を低下させるように動作可能である、
測定システム。
【０１００】
（３０） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つの可動鏡は光ファイバで置換される、測定システム。
【０１０１】
（３１） 第２１項記載の測定システムにおいて、前記少なくとも１つの可動鏡は光ファイバで置換され、前記光ファイバは、
前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させる光ファイバケーブルと、
前記ウェーハ表面へ及び該ウェーハ表面から前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールあって、
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む前記方向モジュールと
を含む、測定システム。
【０１０２】
（３２） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内の、反りと、すべり転位線と、前記反りと前記転位線との各々の分布との測定システムであって、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するように動作可能の少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向されかつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向される、前記少なくとも１つのビームスプリッタと
を含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の前記第１点から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作し、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ反りとすべり転位とを測定するためのデータを提供する、
測定システム。
【０１０３】
（３３） 第３１項記載の測定システムであって、前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させるように動作可能の光ファイバを更に含む測定システム。
【０１０４】
（３４） 第３２項記載の測定システムであって、
前記測定システム全体を通して前記ビームを指向させる光ファイバケーブルと、前記ウェーハ表面へ及びから前記ビームを指向させるように動作可能の方向モジュールと
を更に含み、前記方向モジュールは
前記モジュール内を走行する前記ビームの方向を制御するように動作可能の方向性結合器と、
ビームを視準しかつ前記ウェーハ表面へ集束するように動作可能の視準レンズであって、前記ウェーハ表面からの前記ビームの反射を受けるように更に動作可能の前記視準レンズと
を含む、測定システム。
【０１０５】
（３５） 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内の反りと、すべり転位線と、前記反りと前記転位線との各々の分布との測定方法であって、
一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するステップと、
前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から前記第１ビームを指向させるステップと、
前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームを指向させるステップと、
前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するステップであって、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ内の反りとすべり転位とを測定するためのデータを提供する、前記合成するステップと
を含む方法。
【０１０６】
（３６） 第３５項記載の方法において、前記指向させるステップは反射鏡で以て遂行される、方法。
【０１０７】
（３７） 第３５項記載の方法において、前記指向させるステップは光ファイバで以て遂行される、方法。
【０１０８】
（３８） 半導体ウェーハ１０内の反りと、薄膜応力と、すべり転位とを測定するシステム２２が提供され、前記システムは一次レーザビームを発生するレーザ源２４を含む。少なくとも１つのビームスプリッタ２６が前記一次レーザビームを第１ビームと第２ビームとに分割し、前記第１ビームはウェーハ表面の第１点へ指向させられ、かつ前記第２ビームはウェーハ表面の第２点へ指向させられる。前記少なくとも１つのビームスプリッタ２６は、ウェーハ表面の前記第１点からの反射後の前記第１ビームの部分とウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェーハの拡大断面図であって、ａは凸湾曲の場合の図、ｂは凹湾曲の場合の図。
【図２】曲率半径を表現する延長想像円と一緒に示された、湾曲半導体ウェーハの断面図。
【図３】ウェーハ縁近くの局在領域における可視すべり転位を伴う半導体ウェーハの上面図。
【図４】干渉じまパターン分析のために３つの入射レーザビームを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの略構成線図。
【図５】すべり転位及び応力マップの測定のための走査トレースの例を伴う図３の半導体ウェーハの上面図。
【図６】半導体ウェーハの走査中の干渉レーザビーム強度と走査トレース位置との間の定量的関係を示すプロット図。
【図７】ウェーハ全体マッピング中の反射鏡軸位置「Ｚ」と走査トレース位置との間の代表的関係を示すプロット図。
【図８】干渉じまパターン分析のために高さ調節可能回転ビームスプリッタ及び単一入射レーザビームを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの実施例の略構成線図。
【図９】干渉じまパターン分析のために代替ビームスプリッタ形態、円すい形鏡、及び単一レーザビームの３つのビームへの分割を採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの他の代替実施例の略構成線図。
【図１０】レーザビームの伝送に光ファイバを採用する本発明の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムの実施例の略構成線図。
【図１１】先端真空プロセッサ（ＡＶＰ）内へ統合化された図８の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムを示す斜視図。
【図１２】短時間熱処理（ＲＴＰ）反応装置内へ統合化された図８の応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステムを示すブロック図。
【符号の説明】
１０ ウェーハ
１２ シリコン基板
１４ 薄膜
１８ ウェーハの中心点
２２ 応力測定及びすべり転位マッピングセンサシステム
２４ レーザ源
２６ａ〜２６ｃ ビームスプリッタ
２７ａ〜２７ｃ 光ビームシャッタ／吸収器
２８ 円すい形環状鏡
３０ 円すい形環状鏡
３１、３１ａ、３１ｂ ウェーハの縁点又は偏心点
３２ 末端鏡
３３ 干渉じまパターン分析システム
３４ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
３６ 単一固定ビームスプリッタ
３８ 高さ調節可能回転ビームスプリッタ
３９ オプショナルシャッタ／吸収器
４０ 黒体吸収器
４１ オプショナルシャッタ／吸収器
４２ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
４４、４６ 一対のビームスプリッタ
４９ａ、４９ｂ 可動平面鏡
５４、５６ 黒体吸収器
６０ 応力測定及びすべり転位マッピングシステム
６２ 光ファイバケーブル
６４、６６、６８、７０ （ビームを指向させる）モジュール
７２ 方向性結合器
７４ レンズ
１４０ 半導体製造反応装置
１６０ プロセスチャンバ
１６８ ロードロックチャンバ
１７０ 半導体ウェーハのスタック
Claims (2)
- 半導体処理機器内での半導体ウェーハ反りの測定システムであって、
一次入射レーザビームを供給するように動作可能のレーザ源と、
前記一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割する少なくとも１つのビームスプリッタであって、前記第１ビームは前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から指向させられかつ前記第２ビームは前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から指向させられる、前記ビームスプリッタと、
を含み、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは前記ウェーハ表面の前記第１点から反射後の前記第１ビームの部分と前記ウェーハ表面の前記第２点からの反射後の前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するように更に動作可能であり、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ反りの測定用データを提供し、
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、（ｉ）前記少なくとも第１ビームと第２ビームの少なくとも１つのビームが前記ウェーハ表面の円周の周りをトレースするように前記ウェーハに対して相対的に回転し、（ｉｉ）前記少なくとも第１ビームと第２ビームの少なくとも１つのビームが前記ウェーハ表面全体をトレースするように円周の半径を変化するよう移動する、
測定システム。 - 半導体処理機器内での半導体ウェーハ内の反りと、すべり転位線と、前記反りと前記転位線との各々の分布との測定方法であって、
一次入射レーザビームを少なくとも第１ビームと第２ビームとに分割するステップと、
前記ウェーハ表面の第１点へ及び該第１点から前記第１ビームを指向させるステップと、
前記ウェーハ表面の第２点へ及び該第２点から前記第２ビームを指向させるステップと、
前記第２点を前記ウェーハ表面上で変化させるステップと、そして
前記ウェーハ表面から反射後の前記第１ビームの部分と前記第２ビームの部分とを干渉じまパターン分析用の少なくとも１つの干渉ビームに合成するステップであって、前記干渉じまパターン分析は前記半導体ウェーハ内の反りとすべり転位とを測定するためのデータを提供する、前記合成するステップと
を含む方法。
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