JP5461534B2 - 基板調査デバイス - Google Patents

Description

本出願は、２００８年６月９日に提出された米国仮出願番号６１／０５９，８６１号の全ての権利および優先権を主張する。本発明は、集積回路を製造する分野に関し、特に、基板表面とツールヘッドとの位置を合わせる技術に関する。

集積回路製造工程中、集積回路は通常、光学検査や測定のような、様々な異なる表面検査および測定を受ける。ここで用いられる「集積回路」という用語は、モノシリック半導体基板上に形成された集積回路や、シリコンもしくはゲルマニウムのようなＩＶ族材料、ガリウムヒ素のようなIII−Ｖ族化合物、または、そのような材料の混合物から形成された集積回路のようなデバイスを含む。この用語は、メモリおよびロジックのように形成されるデバイスの全ての型、ならびに、ＭＯＳおよびバイポーラのようなデバイスの全ての設計を含む。また、この用語は、フラットパネルディスプレイ、太陽電池および電荷結合素子のような用途も包含する。

ここで用いられる「ツール」という用語は、一般に、集積回路製造産業において用いられる、検査または測定システムについて言及する。また、「調査」という用語は、一般に、集積回路製造産業において用いられる検査または測定のプロセスについて言及する。さらに、ここで用いられる「基板」という用語は、その上に集積回路が製造される基板、集積回路を形成するのに用いられるパターンが転写されるマスクもしくはレチクル、および、集積回路製造産業において用いられる他の種類の基板について言及する。

現在の調査の方法は、典型的に、基板の表側を検査する間、基板の裏側をチャックの基準とする。言い換えれば、基板の裏側は、チャックの表面上に載置され、その後、チャックは、ツールの操作可能なヘッドに近づくようにされる。ツールは、基板の上面を調査するよう最も高い頻度で設計される。例えば、ツールの操作において、チャックは平坦で同じ高さで動き、基板は既知の均一な厚さであると仮定されている。これらの仮定は、チャックの位置が知られている場合に、ツールのヘッドを基板の上面に配列するのに用いられる。

この方法は、チャックの平坦性の不安定、基板の高さに影響を与える基板ジオメトリの変化、および、妥当でない仮定を形成する他の問題を起こし易い。例えば、基板の厚さが、仮定された厚さから変化した場合、ヘッドと基板の上面との間の距離は、ツールの知らないところで、基板によって変わるであろう。同様に、チャックの高さが、仮定された高さから変化した場合、ヘッドと基板の上面との間の距離は、ツールの知らないところで、チャックによって変わるであろう。

この状況は、典型的に、基板をツールヘッドに対して動かすことによる高さの変化を補うアクティブフォーカス機構を用いることによって解決される。ところが、制御システムを含む典型的なオートフォーカス機構は、実行するのに数千ドルはかかり、エンジニアにも多くの時間がかかり、特に、ソフトウェア開発コストがかかる。これら機構が、顧客によって期待される正確性および再現性で実行される場合、これら機構が問題のある機構であることは証明されていた。顧客は速いスループットを要求するため、オートフォーカス機構も同様に速い応答が必要である。ところが、これら機構は事実上機械なので、応答時間に限界を有し、要求されたスループットを十分に満たさない場合がある。いくつかの検査システムは、非常に大きな光学的構成部品を有するが、高速で高さの変化を追うように光学的構成部品を動かすことは、全く現実的な選択肢ではない。

したがって、本発明は、上述した問題を少なくとも部分的に解決するシステムを提供することを目的とする。

上記および他の要求は、以下に示す基板を調査するためのツールによって達成される。
基板調査ツールは、基板を調査するためのツールヘッドと、基板の上面をツールヘッドに近接して配置するためのチャックと、基板に近接するツールヘッド上に配置される空気ベアリングとを具える。空気ベアリングは、圧力源および真空源を有し、真空源は、基板を空気ベアリングの方へ引き寄せ、圧力源は、基板が空気ベアリングに物理的に接触することを防止する。圧力源および真空源は、基板の上面をツールヘッドから所定の距離に配置するよう協働して働く。

この方法で、空気ベアリングをツールの一部として用いることによって、基板とツールヘッドとの位置合わせは、基板の後ろ側ではなく、基板の上面に対して行われる。基板の上面が調査されるため、位置合わせは、より正確で、かつ上述した仮定に依らない。しかも、空気ベアリングが、空気ベアリングまたはツールヘッドと基板の上面との物理的な接触を防止するため、基板がツールヘッドによってダメージを受けることはない。

種々の実施形態において、ツールは、集積回路検査ツールまたは集積回路測定ツールである。ある実施形態において、ツールは基板の光学的調査を行い、ある実施形態において、ツールは基板の電気的調査を行う。種々の実施形態において、基板が半導体基板であり、半導体基板上の少なくとも一部に集積回路が形成されるか、または、基板がマスクであり、マスク上に集積回路パターンが形成される。

ある実施形態において、空気ベアリングは多孔質材料から形成され、多孔質材料を通り圧力源が供給され、多孔質材料が環状チャネルを形成し、環状チャネルを通り真空源が供給される。他の実施形態において、空気ベアリングが多孔質材料から形成され、多孔質材料を通り圧力源が供給され、多孔質材料が実質的に均一に間隔の空いた空洞を形成し、空洞を通り真空源が供給される。ある実施形態において、空気ベアリングが非多孔質材料から形成され、非多孔質材料が第１チャネルおよび第２チャネルを形成し、第１チャネルを通り圧力源が供給され、第２チャネルを通り真空源が供給される。

ある実施形態において、ツールヘッドは、空気ベアリングの中心位置に形成されたオリフィスを通り基板を調査し、他の実施形態において、ツールヘッドは、空気ベアリングの周辺位置に形成されたオリフィスを通り基板を調査する。ある実施形態において、チャック上の保持部は、空気ベアリングが、ｚ軸における基板の所望の位置をツールヘッドから所定の距離に調整することを可能にすると同時に、基板を、空気ベアリングに近接するｘｙ平面内の所望の位置で実質的に保持する。ある実施形態において、チャックは、ツールヘッドと相対的な並進運動、回転運動および昇降運動を基板に与える。

本発明の更なる利点は、図面とともに考慮され、詳細な説明を参照することにより明らかである。図面は、詳細をより明確に示したものであり、縮尺どおりではない。異なる図面において、同様の参照符号は同様の構成部材を示す。

本発明の実施形態に従うツールの断面図を示す。

本発明の実施形態に従うツールヘッドおよび空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第１実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第２実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第３実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第５実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第６実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

本発明の第７実施形態に従う空気ベアリングの断面図を示す。

図１には、ツールヘッド２０、チャック１４およびスピンドル１８を含むツール１０が描かれている。基板１２はチャック１４上に配置され、相対運動によりツール２０の下方に移動される。ツールヘッド２０の端部の、真空吸着が予め組み込まれている空気ベアリング２２は、基板１２の上側を参照して用いられる。チャック１４は、移動可能な基板１２の保持部１６を含み、基板１２が、ある程度上方および下方に移動することを可能にする。これにより、ツールヘッド２０に関する基板１２の垂直方向の位置合わせは、空気ベアリング２２に関して精度良く行われ、チャック１４に関してのみ粗く行われる。言い換えれば、チャック１４が基板１２をツールヘッド２０の近くに移動させ、空気ベアリング２２が、基板１２の上面の、ツールヘッド２０に対する垂直方向の距離を調整する。一実施形態において、保持部１６は、実質的に、上下運動を除く回転運動および並進運動を固定するよう基板１２を保持する。

一実施形態における空気ベアリング２２は、図２に描かれるツールヘッドオリフィス３０内の顕微鏡対物２８のようにツールヘッド２０に直接取り付けられ、検査されるべき基板１２は、その後、ツールヘッド２０へ移動される。基板１２が空気ベアリング２２の十分近くに移動されると、真空吸着２６と圧力２４とに対し、基板１２と空気ベアリング２２との間の距離が平衡状態を作り出すまで、真空源２６に沿って与えられる真空吸着は基板１２をツールヘッド２０の近くに引き、一方で、圧力源２４に沿って与えられる圧力は、基板１２を遠ざける。

このように、基板１２の上面は機械的にツールヘッド２０を参照するため、基板１２は、基板１２のジオメトリにかかわらず、非常に正確な垂直方向位置に維持される。空気ベアリング２２は、基板１２と空気ベアリング２２との間の溝が減少するにつれて増加する圧力を加えるため、実質的には、基板１２が空気ベアリング２２に接触して、表面にダメージを受ける可能性は非常に低い。それ故に、基板１２の表面を参照する方法は、本質的に非接触方法である。さらに、圧力源２４におけるガスのフィルタリングは、この方法を、実質的に高汚染感受性用途と両立し得るようにする。

他の実施形態における空気ベアリング２２は、空気ベアリング２２に形成されたツールヘッドオリフィス３０と、空気ベアリング２２の外側の環境との間に、実質的に気密シールを形成する。これは、電子顕微鏡のようなある種のツール１０に用いられるように、真空吸着がツールヘッドオリフィス３０内に引き寄せられることを可能にする。他の実施形態における空気ベアリング２２は、空気ベアリング２２に形成されたツールヘッドオリフィス３０と、空気ベアリング２２の外側の環境との間に、汚染バリアを形成する。この方法によれば、微粒子または気相の汚染物質のような汚染物質が、ツール１０の正しい操作を妨げることはない。

空気ベアリング２２の異なる構成は、図３〜６に描かれている。図３において、空気ベアリング２２は、多孔質媒体内に配置された環状の真空源２６を有し、多孔質媒体内において、空気ベアリング２２の中心に配置されたツールヘッドオリフィス３０とともに、圧力源２４が形成される。図４は、空気ベアリング２２の別の実施形態を描いたものであり、圧力源２４は、真空源２６が配置される多孔質媒体内に配置される。ツールヘッドオリフィス３０は、この実施形態においても同様に、中心に配置される。

上述した実施形態において、特定の構成のいずれかに関し、圧力源２４および真空源２６が切り替え可能であることは理解されるべきである。代案として、他の実施形態において、空気ベアリング２２のブロック材料における開口部のいくつかを圧力源２４とし、開口のいくつかを真空源２６とする。

図５および図６には、空気ベアリングの代案の実施形態が描かれ、ここでは、ツールヘッドオリフィス３０は、空気ベアリング２２の中心に配置されない。図７および図８は、圧力源２４と真空源２６の構成のさらに別の実施形態に関する詳細を与える。

同様の方法は、上述した多孔質媒質またはオリフィスのいずれかを用いる代案の空気ベアリング２２の技術を用いて行われることができる。一実施形態において、交流のチャージ領域を有する静電チャックは、真空環境において用いられる。さらに別の実施形態において、磁気浮上は、基板１２をツールヘッド２０に対して位置合わせする非接触方法において用いられる。

上述した実施形態は、基板１２の検査および測定ツールとして用いられることができる。産業がますます微細な分解能(resolution)を要求するので、場(field)の深さがますます小さくなることは現実である。これは、基板１２を保持するための極めて平坦なチャック１４、および、これらを正確に制御された高さでツールヘッド２０の下方に移送するための極めて正確な機構を要求する。ここで説明された機構は、ツールヘッド２０に直接取り付けられることができ、したがって、基板１２およびチャック１４の厚さおよびジオメトリの変化を補うのに別に要求される高価なオートフォーカス機構を排除して、チャック１４および移送機構１８における必要な正確性を減少させる。

本発明の好適な実施形態の上記説明は、説明のために示されたものであって、本発明を網羅するものでもなく、開示された特定の実施形態に限定することを意図したものではない。上記技術を考慮して、明らかな修正または変形が可能である。実施形態は、本発明の原理の最良の説明およびその実際の適用を提供し、それによって当業者が本発明を様々な実施形態において使用できるように選択され、記載される。様々な修正は、意図される特定の用途に適している。そのような全ての修正および変形は、適正に、合法的に、そして平等に権利が与えられる範囲にしたがって正しく解釈されるならば、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にある。

Claims (20)

1. 基板調査ツールであって、
   基板を調査するためのツールヘッドと、
   前記基板の上面を前記ツールヘッドに近接して配置するためのチャックと、
   前記基板に近接する前記ツールヘッド上に配置される空気ベアリングであって、圧力源および真空源を有し、前記真空源が、前記基板を前記空気ベアリングの方へ引き寄せ、前記圧力源が、前記基板が前記空気ベアリングに物理的に接触することを防止し、前記圧力源および前記真空源は、前記基板の上面を前記ツールヘッドから所定の距離に配置するよう協働して働く空気ベアリングと
   を備える基板調査ツール。
2. 前記空気ベアリングは、該空気ベアリング内に形成された内部オリフィスと、前記空気ベアリングの外側の環境との間に、実質的な密封シールを形成する請求項１に記載の基板調査ツール。
3. 前記空気ベアリングは、該空気ベアリング内に形成された内部オリフィスと、前記空気ベアリングの外側の環境との間に、汚染バリアを形成する請求項１に記載の基板調査ツール。
4. 前記基板調査ツールが、集積回路検査ツールである請求項１に記載の基板調査ツール。
5. 前記基板調査ツールが、集積回路測定ツールである請求項１に記載の基板調査ツール。
6. 前記基板調査ツールが、前記基板の光学的調査を行う請求項１に記載の基板調査ツール。
7. 前記基板調査ツールが、前記基板の電気的調査を行う請求項１に記載の基板調査ツール。
8. 前記基板が半導体基板であり、該半導体基板上の少なくとも一部に集積回路が形成される請求項１に記載の基板調査ツール。
9. 前記基板がマスクであり、該マスク上に集積回路パターンが形成される請求項１に記載の基板調査ツール。
10. 前記空気ベアリングが多孔質材料から形成され、該多孔質材料を通り前記圧力源が供給され、前記多孔質材料が環状チャネルを形成し、該環状チャネルを通り前記真空源が供給される請求項１に記載の基板調査ツール。
11. 前記空気ベアリングが多孔質材料から形成され、該多孔質材料を通り前記圧力源が供給され、前記多孔質材料が実質的に均一に間隔の空いた空洞を形成し、該空洞を通り前記真空源が供給される請求項１に記載の基板調査ツール。
12. 前記空気ベアリングが非多孔質材料から形成され、該非多孔質材料が第１チャネルおよび第２チャネルを形成し、前記第１チャネルを通り前記圧力源が供給され、前記第２チャネルを通り前記真空源が供給される請求項１に記載の基板調査ツール。
13. 前記ツールヘッドが、前記空気ベアリングの中心位置に形成されたオリフィスを通り基板を調査する請求項１に記載の基板調査ツール。
14. 前記ツールヘッドが、前記空気ベアリングの周辺位置に形成されたオリフィスを通り基板を調査する請求項１に記載の基板調査ツール。
15. 前記空気ベアリングが、ｚ軸における前記基板の前記所望の位置を前記ツールヘッドから所定の距離に調整することを可能にすると同時に、前記基板を、前記空気ベアリングに近接するｘｙ平面内の所望の位置で実質的に保持するため、前記チャック上に保持部をさらに具える請求項１に記載の基板調査ツール。
16. 前記チャックが、前記ツールヘッドと相対的な並進運動、回転運動および昇降運動を前記基板に与える請求項１に記載の基板調査ツール。
17. 基板調査ツールであって、
    基板を調査するためのツールヘッドと、
    前記基板の上面を前記ツールヘッドに近接して配置するためのチャックと、
    前記基板に近接する前記ツールヘッド上に配置される空気ベアリングであって、圧力源および真空源を有し、前記真空源が、前記基板を前記空気ベアリングの方へ引き寄せ、前記圧力源が、前記基板が前記空気ベアリングに物理的に接触することを防止し、前記圧力源および前記真空源は、前記基板の上面を前記ツールヘッドから所定の距離に配置するよう協働して働く空気ベアリングと、
    前記空気ベアリングが、ｚ軸における前記基板の前記所望の位置を前記ツールヘッドから所定の距離に調整することを可能にすると同時に、前記基板を、前記空気ベアリングに近接するｘｙ平面内の所望の位置で実質的に保持するための、前記チャック上の保持部と
    を備える基板調査ツール。
18. 前記基板調査ツールが、集積回路検査ツールである請求項１７に記載の基板調査ツール。
19. 前記基板調査ツールが、集積回路測定ツールである請求項１７に記載の基板調査ツール。
20. 光学的基板調査ツールであって、
    基板を検査するための光学的ツールヘッドと、
    前記基板の上面を前記ツールヘッドに近接して配置するためのチャックであって、前記ツールヘッドと相対的な並進運動、回転運動および昇降運動を前記基板に与えるチャックと、
    前記基板に近接する前記ツールヘッド上に配置される空気ベアリングであって、圧力源および真空源を有し、前記真空源が、前記基板を前記空気ベアリングの方へ引き寄せ、前記圧力源が、前記基板が前記空気ベアリングに物理的に接触することを防止し、前記圧力源および前記真空源は、前記基板の上面を前記ツールヘッドから所定の距離に配置するよう協働して働き、前記空気ベアリングが多孔質材料から形成され、該多孔質材料を通り前記圧力源が供給され、前記多孔質材料が環状チャネルを形成し、該環状チャネルを通り前記真空源が供給される空気ベアリングと、
    前記空気ベアリングが、ｚ軸における前記基板の前記所望の位置を前記ツールヘッドから所定の距離に調整することを可能にすると同時に、前記基板を、前記空気ベアリングに近接するｘｙ平面内の所望の位置で実質的に保持するための、前記チャック上の保持部と
    を備える光学的基板調査ツール。

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