JP6085250B2 - 半導体ウェハーエッジ検査のための座標融合および厚さ較正 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、半導体製造の分野に関し、より詳細には、撮像装置およびプロファイラを較正するための方法およびシステムに関する。

半導体材料から作られたウェハーは、集積回路（ＩＣ）の製造目的で使用され得る。かかるウェハーは、ウェハー内およびウェハー上に含まれ得る、マイクロ電子デバイス用の基板として機能し得る。かかるウェハーは、ドーピング、エッチング、材料の蒸着、および／またはフォトリソグラフィパターニングなどの加工を受け得る。

特開２００９−２２２５１６号公報 特開２００８−２９８５４６号公報 特開２００９−１５６６８６号公報 韓国公開特許第１０−２００８−００７８８１２号公報 米国特許出願公開第２００９／０１３０７８４号明細書

本発明に係るシステムは、ウェハーを回転可能に支持するように構成された支持体を含み得る。システムは、ウェハーのエッジ上の第１の領域、ウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第１の側面上の第２の領域、およびウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第２の側面上の第３の領域をスキャンすることにより、ウェハーの画像を生成するための撮像装置も含み得る。画像は、第１のを含む。システムは、少なくとも名目上照準を合わせた（collimated）光を、ウェハーの第１の側面およびウェハーの第２の側面と少なくとも実質的に平行な（parallel）方向に投影することにより、プロファイル（輪郭形状）を生成するためのプロファイラも含み得る。その少なくとも名目上照準を合わせた光は、ウェハーのエッジを通り越して投影され得る。プロファイルは、第２のを含む。本発明に係るシステムは、第１のが第２のにマッピングできるようにするため、撮像装置およびプロファイラの両方によって認識可能なウェハーのエッジの少なくとも１つの構造的特徴の位置を見つけるための制御プログラミングをさらに含み得る。

本発明に係る方法は、ウェハーを回転可能に支持することを含み得る。方法は、ウェハーのエッジ上の第１の領域、ウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第１の側面上の第２の領域、およびウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第２の側面上の第３の領域をスキャンすることにより画像を生成することも含む。画像は、第１のを含む。方法は、少なくとも名目上照準を合わせた光を、ウェハーの第１の側面およびウェハーの第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより、ウェハーのプロファイルを生成することも含み得る。その少なくとも名目上照準を合わせた光は、ウェハーのエッジを通り越して投影され得る。プロファイルは、第２のを含む。本発明に係る方法は、ウェハーのエッジの少なくとも１つの構造的特徴を画像およびプロファイルの両方上で見つけることをさらに含む。方法は、ウェハーのエッジの少なくとも１つの構造的特徴を利用して、第１のを第２のにマッピングすることも含み得る。

本発明に係るシステムは、不連続なエッジを有するウェハーを回転可能に支持するための支持体を含み得る。このシステムは、ウェハーのエッジ上の第１の領域、ウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第１の側面上の第２の領域、およびウェハーのエッジの近傍にあるウェハーの第２の側面上の第３の領域をスキャンすることにより、ウェハーの画像を生成するための撮像装置も含み得る。その撮像装置によって生成された画像は、第１の座標系を含む。本発明に係るシステムは、少なくとも名目上照準を合わせた光を、ウェハーの第１の側面およびウェハーの第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより、ウェハーのプロファイルを生成するためのプロファイラも含み得る。その少なくとも名目上照準を合わせた光は、ウェハーのエッジを通り越して投影され得、そのプロファイラによって生成されたプロファイルは、第２の座標系を含む。システムは、第１の座標系が第２の座標系にマッピングできるようにするため、撮像装置およびプロファイラの両方によって認識可能なウェハーの不連続エッジの少なくとも１つの構造的特徴の位置を見つけるための制御プログラミングをさらに含み得る。

前述の概要および後述する詳細な説明は、例示的かつ説明のためのみであり、必ずしも本開示を制限するものではないことが理解される。添付の図は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するが、本開示の主題を示す。説明および図は、全体で、本開示の本質を説明する働きをする。

当業者により添付の図を参照することによって、本開示の多数の利点がより良く理解され得る。

半導体ウェハーの画像およびプロファイルを生成するためのシステムを示す斜視図であり、そこでは、画像は第１の参照座標を含み、プロファイルは第２の参照座標を含み、また、システムは、第１の参照座標を第２の参照座標へマッピングするように構成される。 座標系に重ね合わされた較正ウェハープロファイルを示す部分側面図である。 エッジ撮像システムによって撮像されたような、較正ウェハーを示す部分端面図である。 影／エッジプロファイラシステムによって撮像された、較正ウェハーを例示する部分側面図である。 図４に示すように、較正ウェハーの画像の上端に沿って影／エッジプロファイラシステムによって測定されたエッジ位置を示すデータプロットである。 図２に示す較正ウェハーの部分側面図であり、図では、ウェハーのエッジが座標系に対して名目位置からシフトされて示されている。 図２に示す較正ウェハーの別の部分側面図であり、図では、ウェハーのエッジが座標系に対して名目位置からシフトされて示され、かつ、較正ウェハーのエッジ上の第１および第２の点の角度が、設計上の回転中心に対して測定される。 図２に示す較正ウェハーのさらに別の側面図であり、図では、ウェハーのエッジが座標系に対して名目位置からいくつかの異なる位置へシフトされて示され、かつ、較正ウェハーのエッジ上の第１および第２の点の複数の角度が、設計上の回転中心に対して測定される。 偏心軸（eccentric axis）の周りを回転した較正ウェハーを示す上面図である。 図８および他の図で行われる測定の正弦波特性を示す側面スキャン窓（window）である。 図９に示した偏心軸の周りをさらに回転した較正ウェハーの別の上面図である。 図９に示した偏心軸の周りを回転した較正ウェハーのさらに別の上面図であり、図では、較正ウェハーは、等間隔に分割されている。 較正および実行時補正がその上に重ね合わされたウェハーを示す部分側面図である。 計算されたウェハープロファイルがその上に重ね合わされた座標系を示す部分側面図である。 矩形エッジ較正ウェハーを示す部分側面図であり、図では、回転中心点が較正ウェハー上に重ね合わされている。 図１５に示す矩形エッジ較正ウェハーの別の部分側面図であり、図では、別の回転中心点が較正ウェハー上に重ね合わされている。 半導体ウェハーの画像およびプロファイルを生成するための方法を示す流れ図であり、その方法では、画像は第１の参照座標を含み、プロファイルは第２の参照座標を含み、また、その方法は、第１の参照座標を第２の参照座標へのマッピングを含む。 較正ウェハーとして利用可能な出発原料（starting material）を示す側面図であり、図では、出発原料は、ベベルエッジ（beveled edge）を有するシリコンで形成された、半標準的な無地の光沢面を有する（blank shiny）ウェハーである。 図１８に示す較正ウェハーに対して利用可能な出発原料の上面図である。 図１８に示す較正ウェハーの上面図であり、図では、較正ウェハーは、研削および仕上げの第１のステップを経験する。 図１８に示す較正ウェハーに入れられる、様々な深さのノッチ（切り込み）を示す。 図１８に示す較正ウェハーに入れられる、様々な深さのノッチ（切り込み）を示す。 図１８に示す較正ウェハーに入れられる、様々な深さのノッチ（切り込み）を示す。 図１８に示す較正ウェハーに対する、ノッチから始まる回転角度を示す。 別のタイプの較正ウェハーを示す上面図である。 図２５に示す較正ウェハーの部分側面図である。 図２５に示す較正ウェハーの部分上面図である。 図２５に示す較正ウェハーの別の部分上面図である。 図２５に示す較正ウェハーの部分断面側面図である。 グラフィカル較正の例を示す上面図である。 実際の「ファイ」から測定値への逆解法を示す上面図である。 実際の「ファイ」から測定値への逆解法を示す部分側面図である。 未較正の測定誤差の一例である。 導出された解法を生成するために既知のモデルデータを利用した較正出力を示す。 導出された解法を生成するために既知のモデルデータを利用した較正出力を示す。 導出された解法を生成するために既知のモデルデータを利用した較正出力を示す。 導出された解法を生成するために既知のモデルデータを利用した較正出力を示す。 較正の適用を示すグラフ図である。 回転／凝視（staring）円計算手法の中心を示し、そこでは、「局所的な回転中心」が、隣接する点を通る線の交差として求められる。 回転／凝視（staring）円計算手法の中心を示し、そこでは、「局所的な回転中心」が、隣接する点を通る線の交差として求められる。 回転／凝視（staring）円計算手法の中心を示し、そこでは、「局所的な回転中心」が、隣接する点を通る線の交差として求められる。 回転／凝視（staring）円計算手法の中心を示し、そこでは、「局所的な回転中心」が、隣接する点を通る線の交差として求められる。 回転／凝視円計算手法の中心を示す。図では、回転中心のオフセットがＹ＝−５０及び光軸変位が１２５の場合に、結果として生じるデータセットがＸ次元においてノイズが多すぎるので、座標セットＹ＝１７５がいくつかの計算から取り除かれる。 凝視角誤差の発見を示す。 凝視角誤差を見つけるための技法を示し、そこでは、凝視角誤差＝アークタンジェント（傾斜）という公式に従って凝視角誤差を見つけるために、線の傾斜が測定される。 いくつかの異なるエッジプロファイル形状を示す部分側面図である。 いくつかの異なるエッジプロファイル形状を示す部分側面図である。 いくつかの異なるエッジプロファイル形状を示す部分側面図である。 較正ウェハーに対するエッジプロフィル形状を示す部分側面図である。

ここで、添付の図に示す、開示する主題に対する説明を詳細に行う。

図１〜図４９を大まかに参照すると、ウェハーの画像生成およびウェハーのプロファイル生成のためのシステム１００が、本開示に従って説明されている。画像は少なくとも第１の参照座標を含み、プロファイルは少なくとも第２の参照座標を含む。実施形態では、システム１００は、第１の参照座標を第２の参照座標にマッピングするように構成される。システム１００は、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４を含む。

エッジ撮像システム１０２は、ウェハー（例えば、半導体材料または別の材料から構成され得る、較正ウェハー１０６）のエッジの周辺の画像をスキャンするために、レーザスボットを利用し得る。実施形態では、スキャンされる領域は、上面および底面上の区域を含み得る。エッジ撮像システム１０２によって生成された画像は、次いで、「欠陥」（よごれ、フィルムの気泡、および／またはフィルムの穴を含み得るが、それらに限定されない）を識別するために利用され得る。エッジ撮像システム１０２は、エッジビード除去（ＥＢＲ：Edge Bead Removal）のプロセスにおいて半導体メーカーによって開発されているような、層膜のへり（film bead）にある「エッジ」を見つけるためにも利用され得る。

いくつかの状況では、半導体ウェハーの上端と比較して、ＥＢＲを行う物理的な位置を（例えば、垂直、またはＺ方向に関して）判断することは好ましくあり得る。これは、「Ｚカットの高さ（Zcut height）」と呼ばれ得る。エッジ撮像システム１０２は、ウェハーのエッジに対して垂直に撮像するので、ウェハーエッジのプロファイルを作成するために、追加の深さ情報を必要とし得る。そのプロファイルは、正確なＺカットの高さを報告するために必要であり得る。従って、正確なＺ次元情報を収集するために、ウェハーに亘る撮像を行うことは、多くの場合望ましい。そこで、エッジ撮像システム１０２に加えて、影／エッジプロファイラシステム１０４が含まれ得る。実施形態では、影／エッジプロファイラシステム１０４は、名目上照準を合わせた光をウェハーの上面および底面に平行な方向に、ウェハーのエッジを通り越して投影する。ウェハーエッジの先端が、カメラに再撮像（reimage）され得る。影／エッジプロファイラシステム１０４を利用すると、ウェハーベベル（wafer bevel）のサブマイクロメータ位置が獲得され得る。

エッジ撮像システム１０２によって生成された画像は、１つまたは複数の参照座標（例えば、Ｚ次元の測定値）を含み得る。さらに、影／エッジプロファイラシステム１０４によって生成されたプロファイルは、他の参照座標（例えば、Ｚ次元の測定値）を含み得る。２つの測定装置（例えば、エッジ撮像システム１０２と影／エッジプロファイラシステム１０４）間で参照座標をマッピングするために、両方のシステムは、同様の構造を測定するように使用され得る。例えば、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４の両方によって認識可能な少なくとも１つの構造的特徴を有する構造が選択されるとともに、エッジ撮像システム１０２に対する第１の参照座標が、影／エッジプロファイラシステム１０４に対する第２の参照座標にマッピング可能にする。いくつかの実施形態では、ＥＢＲのＺカットの高さを取得するために、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４によって利用された２つの座標系が照準規正（boresight）される必要があり得る。影／エッジプロファイラシステム１０４は、影を作成するか、かつ／または再撮像するので、ウェハーから突き出ている特徴のみが影／エッジプロファイラシステム１０４によって認識可能であり得ることに留意すべきである。対照的に、エッジ撮像システム１０２は、突出部分または切り込まれた部分の微動（perturbation）を含め、様々な微動を認識することが可能であり得る。加えて、エッジ撮像システム１０２は、ウェハーの表面上にプリントされたコントラストを認識することが可能であり得る。

図２〜図２４を大まかに参照すると、本開示に従って、較正ウェハー１０６が説明される。実施形態では、較正ウェハー１０６は、単結晶シリコン材料、金属材料（例えば、アルミニウム）、またはそれと同様のものなど、半導体／基板材料から構成され得る。いくつかの実施形態では、シリコンは、ホウ素、リン、ヒ素、またはアンチモンなどの物質でドーピングされ得る。他の実施形態では、ドーピングは利用されない。実施形態では、較正ウェハー１０６の単純なウェハー構造は、較正中に、通常の搭載および搬送（load and handling）技術を可能にし得る。さらに、較正ウェハー１０６は、クリーニング可能であって、較正中に破壊されることがなく、そして、わずかな誤差範囲で収まる安定したエッジを含み得る。さらに、ウェハーの周囲の多数の点が、大量のデータチェックを提供し得る。

例えば、較正ウェハー１０６は、ウェハーベベル上に形成され、高精度で視認可能な不連続エッジ１０８を含み得る（例えば、較正ウェハー１０６のプロファイルは、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４の両方によって正確に視認され得る）。実施形態では、較正ウェハー１０６は、複数の不連続エッジを含み得る。一実施形態では、較正ウェハー１０６の不連続エッジ１０８は、エッジ撮像システム１０２および／または影／エッジプロファイラシステム１０４のカメラに対する較正目標を作成するため、切子面（facet cut）を含み得る。別の実施形態では、較正ウェハー１０６は、エッジ撮像システム１０２および／または影／エッジプロファイラシステム１０４に対する較正目標を作成するため、単一の切子面を含み得る。別の実施形態では、切子面は、（一定の長さの特徴を得るために）ウェハーの中央から同心円状にカットされ得るか、または（それぞれの切子面の長さを変化させるために）偏心的にカットされ得る。

図３〜図５を参照すると、いくつかの実施形態では、較正ウェハー１０６の不連続エッジ１０８の切子面は、角度が互い違いになった研削条痕を有するように設計される。これら互い違いになった研削条痕は、エッジ撮像システム１０２によって撮られる画像内で、エッジの切れ目（edge breaks）の容易な位置決めを可能にする。別の実施形態では、研削条痕は、利用されない。エッジの切れ目は、第１の参照座標を示し得る。加えて、各切子面の長さは、影／エッジプロファイラシステム１０４によって容易に検出できるような十分な大きさであり得（一実施形態では、９ピクセルを上回る）、複数の点が適合できるようにする。実施形態では、これは、１μｍ未満の二乗平均平方根（ＲＭＳ）位置誤差を許容し得る。例えば、影／エッジプロファイラシステム１０は、図４に示すように、線の部分に合わせることができ、また、その交差部分を見つけ得る。特定の一実施形態では、単一画像のＲＭＳエッジ位置は、０．２ピクセル（０．５μｍ）であり得る。次いで、名目上１００ピクセルの長さでは、交差誤差は、単一画像から０．１２ピクセルＲＭＳ（または０．３μｍ未満）であり得る。エッジ撮像システム１０２のスキャンを用いて、最も近いピクセルデータを用いてエッジを生成する場合、測定の粒状度は、スキャンステップ（特定の実施形態では、最大１μｍ）および（各ピクセルの）小片同士の重なりに応じて制限されることが理解されるであろう。

ここで図２を参照すると、較正ウェハー１０６の不連続エッジ１０８の切子面は、較正ウェハー１０６のプロファイルに対して重ね合わされた座標系に基づく半径に沿った半円の周囲に設けた、１箇所または複数個所の接線に応じて研削され得る。他の実施形態では、切子面は、レーザースキャン画像のピンぼけを回避するためなどの目的で、研削して丸められる。半円の中心は、回転１１０の設計中心と呼ばれ得る。図２に示す座標系では、回転１１０の設計中心は、座標系（６２５，０）μｍに位置付けられる。

ここで、図６〜図１２を参照すると、較正ウェハー１０６の不連続エッジ１０８が、影／エッジプロファイラシステム１０４に対して（図９、図１１、および図１２に示すように）滑らかな正弦曲線でシフトするように（図１０に示すように）、較正ウェハー１０６が、外見上の偏心軸の周りを（すなわち、影／エッジプロファイラシステム１０４に対して）回転する。いくつかの実施形態では、較正ウェハー１０６の外見上の偏心軸は、オフセットウェハー中心軸を利用することにより取得されるが、他の実施形態では、影／エッジプロファイラシステム１０４（および／またはエッジ撮像システム１０２）は、較正ウェハー１０６に関して前後に平行移動され得る。較正ウェハー１０６が回転している間、回転の設計中心１１０から第１の点１１２（すなわち、第２の参照座標）および第２の点１１４（すなわち、別の参照座標）への角度を測定することにより、較正ウェハー１０６の特徴がより正確に判断され得る。説明した非破壊の較正手法で複数のデータ点を利用して、較正ウェハー１０６に対して正確な垂直座標融合を作成できるので、較正ウェハー１０６の特徴がマイクロメータレベルの精度で位置を見つけられ得る。例えば、以前の説明を参照すると、エッジ撮像システム１０２によって判断されたエッジの切れ目における第１の参照座標は、第１の点１１２／影／エッジプロファイラシステム１０４を利用して決定された第２の参照座標に相間し得る／マッピングされ得る。

ここで、図１３〜図１７を参照すると、半導体ウェハーの画像およびプロファイルを生成するための方法１７００が示されており、そこでは、画像が第１の参照座標を含み、プロファイルが第２の参照座標を含み、また、その方法は、第１の参照座標の第２の参照座標へのマッピングを含む。第１に、不連続エッジを有する半導体ウェハーが、回転可能に支持される（１７１０）。次いで、半導体ウェハーの画像が、半導体ウェハーのエッジ上の第１の領域、半導体ウェハーのエッジの近傍にある半導体ウェハーの第１の側面上の第２の領域、および半導体ウェハーのエッジの近傍にある半導体ウェハーの第２の側面上の第３の領域をスキャンすることにより生成され、そこで、画像は、第１の参照座標を含む（１７２０）。次に、半導体ウェハーのプロファイルが、少なくとも名目上照準を合わせた光を、半導体ウェハーの第１の側面および半導体ウェハーの第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより生成され、その少なくとも名目上照準を合わせた光は半導体ウェハーのエッジを通り越して投影され、そこで、プロファイルは、第２の参照座標を含む（１７３０）。座標変換が、画像およびプロファイルの両方にある半導体ウェハーの不連続エッジの少なくとも１つの構造的特徴を見つけることにより決定される（１７４０）。最後に、検査中のウェハーの特徴の位置を判断するために、半導体ウェハーの不連続エッジの少なくとも１つの構造的特徴の位置を利用して、第１の参照座標が第２の参照座標にマッピングされる（１７５０）。

実施形態では、較正ウェハー１０６は、エッジ撮像システム１０２を影／エッジプロファイラシステム１０４に対して較正するために、スキャンされ得る。第１に、回転のスキャン光学軸（Ｙ軸）が、既知の基準ウェハーに対して利用され得る。次いで、エッジプロファイルに関する基準エッジの決定および光学画像への相間が実行され得る。最後に、スキャンからの理想的なエッジ形状がウェハーの底平面に位置合わせされ得る。その後、実行時（run-time）に、エッジプロファイルから求められる、コーナー先端の末端位置に基づいて、スキャン光学ヘッドの作動距離補正（Ｘ軸）が行われ得る。このステップは、ウェハー毎に実行され得る。次に、ウェハー毎にウェハーの厚さ補正（上端からのＺ高さ）が実行され得る。最後に、スキャン用光学系の走査に対する、エッジプロファイルの軌跡の位置合わせが実行され得る。

実施形態では、エッジ撮像システム１０２が曲がって進む段階（ウェハーのエッジ周りのスキャニング）において、影／エッジプロファイラシステム１０４の視野内にある、単一位置に対応するような、回転中心点を有し得る。矩形エッジウェハー（図１５および図１６に見られるように）は、エッジ撮像システム１０２の画像および影／エッジプロファイラシステム１０４のプロファイルの両方において、見やすい特徴を提供し得ることに留意すべきである。さらに、放射状に進む段階では、エッジ撮像システム１０２をウェハー中心により近接するように移動させるために利用され得る。ここでは、影／エッジプロファイラシステム１０４の水平方向に亘る視野内に、様々なエッジ位置を設ける機会を作る。エッジ撮像システム１０２のスキャンの「中心」位置は、従って、影／エッジプロファイラシステム１０４のプロファイル上に位置付けられ得る。エッジ撮像システム１０２のスキャンで観測された特徴角度は、プロファイル画像と交差し得る。

較正ウェハー１０６の不連続エッジ１０８は、ウェハーからベベルを取って四角にするための単一のフラットカットを含み得る。それは、ウェハーを偏心的に回転させてカットできることに留意すべきである。また、較正のために視認可能な、角度の連続するセットを作成し得る。さらに、較正ウェハー１０６は、調整を必要とすることも、通常の搭載時のセンタリング機構のずれを生じることもなく、最も焦点が合うようにエッジ撮像システム１０２に搭載するために、平面でもカットされ得る。これは、１つまたは複数の変化する特徴位置をエッジ撮像システム１０２およびエッジプロファイラシステム１０４に提供するために、平坦なエッジがウェハー上で同心円状にカットできるようにし得る。

ここで、図１８〜図２９を参照すると、本開示に従って、較正ウェハーに対する様々な構成が説明されている。実施形態では、１８０度のシータ（ｔｈｅｔａ）における平面（ノッチの反対）を用いて、エッジ撮像システム１０２のツールが、名目上の中心軸から外れた較正ウェハー１０６を中心に置き直すことを可能にし得る。これは、視野内におけるエッジの移動を可能にし得る。また、エッジ撮像システム１０２に広範なファイ（ｐｈｉ）角度にわたって目標を視認させ得る。さらに、実施形態では、エッジのファイ位置が、測定可能な角度範囲の半分以上に亘ってエッジのファイ位置が分布するようになっても、較正ウェハー上に同心円状に形成された、少なくとも５つの切子面および／または６つの特定の角度点が視認されるような範囲に収まれば、偏心された状態での搭載（decentered loading）が許容される。これは、より容易なウェハー製造および検査を可能にし得る。

実施形態では、較正ウェハー１０６上の平面を追加することで、点の１つが平面に接触する３点接触センタリング機構を含め、様々なセンタリング機構で偏心化を可能にし得る。さらに、平面は、搭載時の偏心度の変更を可能にするため、センタリング機構の接触点に沿って回転され得る。実施形態では、ウェハーは、較正に利用可能ないくつかの変性することのない（non-degenerate）データ点を増やすために、偏心的に搭載され得る。いくつかの特定のウェハー形状および／または構成が本明細書で説明され、添付の図に示されているが、これらの異なる形状および構成は、ほんの一例として提供されており、本開示を制限することは意図されていないことが理解されるであろう。従って、多数の代替手段で構成されたウェハーが本開示で利用され得ることに留意すべきである。

ここで、図３０〜図３８を参照すると、本開示に従って、較正モデルテストが説明されている。特定の実施形態では、側面スキャン光軸が回転軸から、ウェハー表面から１２５０μｍのところで１２５μｍだけずれており、それは、「ファイ」回転の中心から１６２５μｍである。また、側面スキャン光軸の０．１０度の角度誤差が説明されている。１０００分の１単位での「ファイ」のスケール誤差が説明されている。０．１０度の「ファイ」におけるオフセットが説明されている。最後に、ウェハー半径での２５μｍおよびウェハー高さでの−５０μｍの回転の「ファイ」中心における誤差が示されている。

実施形態では、較正出力を計算するために、測定された角度を実際の角度（プロファイラによって見られるように）および「凝視点（staring point）」に変換するための測定可能な「ファイ」の範囲に関して、テーブルまたは公式が作成され得る。実際の角度は、プロファイラ空間内における線の角度を、測定された「側面スキャン」のファイ角度を表す点で表し得る。「凝視点」は、線をプロファイラ空間に固定する線上の点を表し得る。この点は、「局所的な回転中心」である必要がないことに留意すべきである。

実施形態では、較正を適用するために、測定された角度から「凝視」角および点が決定され得る（例えば、検索および／または計算で）。次いで、「凝視」線がプロファイルのエッジ上に重ね合わされ得る。次に、プロファイルとの交差が計算され得る。そして、最後に、位置が報告され得る。

図３９〜図４５を大まかに参照すると、本開示に従って、オフセットウェハーに対する較正試験（calibration exercise）が説明されている。この試験は、収集されたデータおよび誤差原因の結果との関係を明示することを目的とすることが理解されるべきである。実施形態では、ウェハー中心オフセットが、拡張された範囲にわたる収集点の連続体を生成するために利用され得る。モデル化された例で示すように、この手法は、継続的に変化するデータを提供しながら、広範な測定範囲にわたる補償の直接測定を可能にし得る。これは、１８０度における過剰な複数のポイントを含む、所定のレンジにおけるポイントのシータ（theta）を直接測定できるように、アクセスできるようにし得る。さらに、プロファイル収集を越えた側面スキャンヘッドの移動は必要とされ得ない。

第１に、一連の画像が収集される。例えば、オフセット中心をもつウェハーが搭載され、側面スキャン画像が収集される。次いで、エッジの特徴を示す軌跡（エッジ特徴トレース）が側面スキャン画像内で検出される。次に、側面スキャン画像内のエッジ特徴トレースが、プロファイルサンプル角度を決定するために利用され得る。プロファイルが、次いで収集される。最後に、サンプル点を追加し、ランダム誤差の寄与を最小限にするために、プロセスが繰り返される。

次に、画像が処理される。例えば、測定された点が、「凝視点」円を求めるために利用され得る。十分なデータ点があれば、変数が直接（例えば、連立方程式を利用して）解決され得る。この手法は、データセットを満足し、最良適合を判断して「最良適合」の解に収束させるために、追加の点を利用することにより、拡張され得る。実施形態では、このプロセスは、「未決定の（under−determined）」および「わずかに決定された（marginally−determined）」（すなわち、雑音利得）データに対するテストを含み得る。データは、十分な分離を達成するために、ファイおよびファイ半径（すなわち、回転のファイ中心からの距離）の両方において、十分な範囲にわたって収集され得ることが理解されるであろう。さらに、「凝視角誤差」および「回転誤差のＹ中心」が決定され得る。

次いで、十分なデータセットが決定され得る。例えば、エッジプロファイルは、多くの場合、ファイとファイ半径（その結果、ファイとＹ次元）との間の単純な関係に適合し得る。しかし、この関係は、必ずしも一般的な場合に対する解決ではなく、利用したプロファイルによって過度に制約される解決策をもたらし得る。同様に、データの生成は、同様の効果を持ち得る。現在、説明している例を参照すると、Ｙ＝３７５およびＹ＝１７５でのデータセット間での十分な重なり合い（すなわち、数学的な重なり合いであるが必ずしも文字通りの重なり合いではない）なしで、ファイとファイ半径との間に一定の関係があり得、潜在的に不正確な解をもたらす。

次に、凝視角誤差コンポーネントが説明される。実施形態では、「凝視角誤差」は、距離における変更が生じる場合に、特徴の検出された位置と設計された側面スキャン角度（ファイ）における任意の変動を含み得る。さらに、焦点または光学距離を伴う任意の決定論的シフトが、この補償に結合され得る。較正が非線形モデルを必要とすることが分かると、較正要件が増やされ得ることが理解されるであろう。しかし、いくつかの実施形態では、較正は、利用した範囲を越えて、ほぼ線形であり得るという予想が存在し得る。

回転の中心および光軸誤差について、以下が留意され得る：回転の中心「円」上の９０°および２７０°近くのデータ点を用いると、側面スキャン回転中心Ｘ変数（ＳＳＣｏＲｘ）および光軸誤差が、直接決定され得る（おそらく、以下のように小さな誤差で）。点の数の増加、点の位置の変動、および測定の繰返しは、測定誤差を削減し得ることに留意すべきである。この時点で、光軸誤差のコンポーネントは分離可能でない可能性があることが理解されるであろう。さらに、角度誤差はオフセットから分離されない可能性がある。凝視角誤差は、（ＳＳＣｏＲｘにおける）誤差を「ファイ半径」における差に反比例して追加することにより生成され得る（この誤差は、側面スキャン回転中心Ｙ変数（ＳＳＣｏＲｙ）の誤差×角度誤差の正接に等しくあり得る）。いくつかの実施形態では、ＳＳＣｏＲｘへの寄与は、凝視角誤差およびＳＳＣｏＲｙが決定された後、削減されて取るに足らなくなり得るか、または取るに足らないと判断され得る。角度誤差が小さく、かつ／またはプロファイル半径がほぼ一定である場合、これは、問題ではない可能性があるが、予期される測定エンベロープ（measurement envelope）にわたって決定される必要があり得ることに留意すべきである。「作用する」ＳＳＣｏＲｙが決定され得るが、角度誤差（凝視角誤差）に起因して同様の不確実性を被り得る。１８０°の近くで、かつＳＳＣｏＲｘに対して使用した点と同じファイ半径に近い点を利用することは、この初期の誤差を削減し得ることが理解されるであろう。実施形態では、処理手順は、十分な測定点を利用して、ＳＳＣｏＲおよび光軸誤差を計算すること、ならびにこれをセット内で繰り返して最良適合に収束することを含み得る。従って、目的は、９０度および２７０度近くのデータ、ならびにほぼ同じファイ半径で、これらの角度から十分に離れた点を含むことであり得る。

ここで、図４４を参照すると、以下が留意され得る：実施形態では、凝視角誤差の影響は比較的小さいようであり、分離される必要があり得る。作用するＳＳＣｏＲでは、線対の交差を伴い得る、局所の「回転の中心」の利用から、各線に対する「凝視点」の計算に移行する必要があり得る。凝視点は、ＳＳＣｏＲからの最小距離におけるデータ線上にあり得ることが理解されるであろう。次いで、凝視点半径が検査され、「ファイ半径」に関連付けられ得、それは、「凝視角」誤差をもたらし得る。

ここで、図４５を参照すると、以下が留意され得る：０．１０度では、角度誤差信号は、ありそうもない大きなセットの較正データからでも、小さい可能性がある（かかる範囲のファイ半径を得そうにない可能性がある）。それに応じて、Ｚ高さ測定における、この小さい角度誤差からほとんど寄与はない可能性がある（例えば、プロファイルの垂直断面上のファイ半径における１００μｍの変化に基づき）。データ収集における不確実性を追加すると、より少ない点で誤差を０．１度に決定することは取るに足らない可能性がある。例えば、０．１３度と０．１８度との間で、誤差は重要になり得る（例えば、総誤差集合（error budget）の１／３に達する；これは、前述したように、プロファイルの垂直断面上のファイ半径における１００μｍの変化に基づき得る）。影響は、ベベルの先端部および端部の近くで最大であり得ることが理解されるであろう。これらの点において、サンプルプロファイル上では、「ファイ半径」は、ファイに関してさらに変化し得る。角度誤差の寄与を測定するか、または退けるために、任意の適したファイ半径を越える収集範囲およびかなりの数の測定反復が要求され得る。

ここで、図４６〜図４８を参照すると、本開示に従って、測定誤差の寄与が説明されている。実施形態では、測定誤差の寄与は、モンテカルロシミュレーションまたは同様のものによって導出され得る。座標誤差のＺカットへの変換は、特定のプロファイルタイプ（添付の図にいくつかのプロファイルタイプが示されている）によって決まり得ることに留意すべきである。１つの特定例では、以下の条件が存在し得る：光軸オフセットは、少なくともほぼゼロの範囲（不確実性）で、少なくとも約１５μｍの名目値を有し得る。凝視角誤差は、少なくともほぼゼロの範囲（不確実性）で、少なくとも約０．１度の名目値を有し得る。回転の中心Ｘ値（主にＲ）は、少なくとも約＋または−３の範囲（不確実性）で、少なくとも約１５μｍの名目値を有し得る。回転の中心Ｙ値は、少なくとも約＋または−１．５の範囲（不確実性）で、少なくとも約１０μｍの名目値を有し得る。最後に、ファイ不確実性は、少なくとも約０．０４５度（特定の一実施形態では、１／４ピクセル）の範囲を有し得る。ファイエンコーダオフセットおよびスケールが、較正と測定との間で共通のものとして扱われ得る（すなわち、これらからの寄与がない）ことが理解されるであろう。

現在説明している実施形態では、最大のＺ誤差は、９０度と１５５度の間で決定され得る。例えば、最大シグマＺ高さ（μｍで測定）は、半径モデル（図４６を参照）に対して０．５５９で決定され得るが、図４７に示すモデルに対しては０．６９２で決定され、図４８に示すモデルに対しては０．９１６で決定される。さらに、最大シグマの角度（度で測定）は、図４６に示す半径モデルに対して１５２で決定され得るが、図４７に示すモデルに対しては１５２で決定され、図４８に示すモデルに対しては１４１で決定される。

システム１００を効果的に較正するためには、座標変換を正確に解決するため、ファイに対して、および「ファイ半径」に対して、Ｘ次元、Ｙ次元において十分な範囲を表すデータを収集すべきであることに留意すべきである。さらに、データ収集は、計算された結果にわたって「直交する」ように設計され得る。例えば、サンプル点は、９０度および２７０度（例えば、同じ半径で）の近くで取得され得、追加のサンプル点が、１８０度のさらに近く（９０度のサンプル点および２７０度のサンプル点と同じ半径の近く）で取得され得、そして、独立した測定値を提供するために、著しく異なる半径でサンプル点が取得され得る。従って、データセットが（例えば、全体として）、半径がファイ、Ｘ、またはＹに関連し得る数列に近似する可能性がないことを確実にすることは望ましくあり得る。また、収集されたデータは、充足性、および結合が過度の「雑音利得」を含み得る場合について検査され得る。

実施形態例では、較正ウェハーが、プロファイルにおいて明確に検出可能な特徴および／または変化で形成され得る。プロファイルは、「Ｒ動作」なしで変化する半径から恩恵を受け得、そこでは、「Ｒ動作」は、半径方向におけるウェハー撮像装置１０２の平行移動として定義され得る。しかし、十分なデータを得るために「Ｒ動作」平行移動（意図的またはそうでない場合もあり得る）を提供することはなお望ましくあり得る。

影／エッジプロファイラシステム１０４が較正ウェハー１０６に関して前後に平行移動される実施形態では、影／エッジプロファイラシステム１０４は、較正ウェハー１０６に対して回転の中心を較正するために、名目上の半径位置に戻され得ることに留意すべきである。さらに、影／エッジプロファイラシステム１０４は、予期される「ファイ半径」範囲を越えてカバーするのに十分な範囲にわたって移動され得ることが理解されるであろう。

さらなる実施形態では、ＥＢＲフィルムがプリントされたウェハーが、エッジ撮像システム１０２によってスキャンされ得る。フィルム情報が、エッジ撮像システムのスキャン内に収集され得、また、プロファイルが、影／エッジプロファイラシステム１０４を利用して収集され得る。ＥＢＲフィルムがプリントされたウェハーは、次いで、影／エッジプロファイラシステム１０４の画像内で特徴の位置を判断するために、電子線装置（EBeam machine）または他の適切な座標測定装置で、ダイスカットされ、測定され得る。

他の実施形態では、３次元の目標（５マイクロメータのボールまたはポリスチレンラテックス（ＰＳＬ）球など）は、ウェハー上に噴霧されるか、かつ／または配置され得る。目標は、その結果、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４の両方で視認可能であり得る。

さらに別の実施形態では、非ウェハーベースの目標システムが利用され得る。例えば、非ウェハーベースの目標には、（例えば、ＰＳＬまたはニッケルから構築された）５マイクロメータのボールを含み得、それは、エッジ撮像システム１０２および影／エッジプロファイラシステム１０４からのデータ収集を可能にする構造上に吊るされ得る。

本開示では、開示する方法は、装置によって可読な命令のセットまたはソフトウェアとして実装され得る。さらに、開示する方法におけるステップの特定の順序または階層は例示的アプローチの例であることが理解される。設計の好みに基づいて、方法におけるステップの特定の順序または階層が、開示する主題内にとどまりながら、再配置できることが理解される。付随する方法は、様々なステップの本要素をサンプル順序で請求し、提示した特定の順序または階層に制限することを必ずしも意味しない。

本開示およびその付随する利点の多くは、前述の説明によって理解され、開示する主題から逸脱することなく、またはその材料の優位性のすべてを犠牲にすることなく、様々な変更が、コンポーネントの形状、構造、および配置においてなされ得ることが明らかであると考えられる。説明した形状は例示にすぎず、かかる変更を包含し、含むことは、以下の特許請求の範囲の目的である。

Claims (20)

1. ウェハーを回転可能に支持するように構成された支持体と、
   ウェハーのエッジ上の第１の領域、前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第１の側面上の第２の領域、および前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第２の側面上の第３の領域を前記エッジ周りに回転しながらスキャンすることにより画像を生成するための撮像装置であって、前記画像が第１の参照座標を含む、撮像装置と、
   少なくとも名目上照準を合わせた光を前記ウェハーの前記第１の側面および前記ウェハーの前記第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより、プロファイルを生成するためのプロファイラであって、前記少なくとも名目上照準を合わせた光が、前記ウェハーの前記エッジを通り越して投影され、前記プロファイルが第２の参照座標を含む、プロファイラと、
   前記第１の参照座標が前記第２の参照座標にマッピングできるようにするため、前記撮像装置および前記プロファイラの両方によって認識可能な前記ウェハーの前記エッジの少なくとも１つの構造的特徴の位置を見つけ、さらに、前記マッピング後に前記撮像装置のスキャン時の回転軸と前記プロファイル上に設けられた設計上の回転軸との誤差を求めるための制御プログラミングと
   を含むシステム。
2. 前記撮像装置によって生成された前記画像が第１の座標系を含み、前記プロファイラによって生成された前記プロファイルが第２の座標系を含み、かつ、前記第１の座標系および前記第２の座標系が照準規正される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ウェハーの前記エッジが、複数の切子面、矩形エッジ、ノッチ、または平面のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ウェハーが、回転の外見上の偏心軸を提供するために、オフセットウェハー中心軸を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロファイラが、回転の外見上の偏心軸を提供するために、前記ウェハーに関して平行移動するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ウェハーの前記エッジが、前記撮像装置および前記プロファイラの両方によって視認可能な３次元の目標を含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記撮像装置および前記プロファイラの両方の視野内に拡がる、非ウェハーベースの目標をさらに含み、前記制御プログラミングが非ウェハーベースの目標を見つけるために構成され、前記非ウェハーベースの目標に対して前記撮像装置および前記プロファイラによって生成された追加の参照座標が、互いにマッピングできる、請求項１に記載のシステム。
8. ウェハーを回転可能に支持することと、
   前記ウェハーのエッジ上の第１の領域、前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第１の側面上の第２の領域、および前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第２の側面上の第３の領域を前記エッジ周りに回転しながらスキャンすることにより前記ウェハーの画像を生成することであって、前記画像が第１の参照座標を含む、画像を生成することと、
   少なくとも名目上照準を合わせた光を、前記ウェハーの前記第１の側面および前記ウェハーの前記第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより、前記ウェハーのプロファイルを生成することであって、前記少なくとも名目上照準を合わせた光が、前記ウェハーの前記エッジを通り越して投影され、前記プロファイルが、第２の参照座標を含む、プロファイルを生成することと、
   前記ウェハーの前記エッジの少なくとも１つの構造的特徴を、前記画像および前記プロファイルの両方上で見つけることと、
   前記ウェハーの前記エッジの前記少なくとも１つの構造的特徴を利用して、前記第１の参照座標を前記第２の参照座標にマッピングすることと、
   前記マッピング後に、前記ウェハーの画像生成のためのスキャン時の回転軸と前記プロファイル上に設けられた設計上の回転軸との誤差を求めることと、
   を含む方法。
9. 前記画像の第１の座標系および前記プロファイルの第２の座標系を照準規正することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記ウェハーの前記エッジが、複数の切子面、矩形エッジ、ノッチ、または平面のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記ウェハーが、回転の外見上の偏心軸を提供するために、オフセットウェハー中心軸を含む、請求項８に記載の方法。
12. 回転の外見上の偏心軸を提供するために、前記プロファイルを生成するプロファイラを前記ウェハーに関して平行移動させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記ウェハーの前記エッジが、前記画像を生成する撮像装置および前記プロファイルを生成するプロファイラの両方によって視認可能な３次元の目標を含む、請求項８に記載の方法。
14. 非ウェハーベースの目標を前記画像を生成する撮像装置および前記プロファイルを生成するプロファイラの両方の視野内に設けることと、
    追加の参照座標を生成するために、前記非ウェハーベースの目標を前記画像および前記プロファイルの両方上で見つけることと、
    前記撮像装置および前記プロファイラによって生成された追加の参照座標を、互いにマッピングすることと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 不連続エッジを有するウェハーと、
    前記ウェハーのエッジ上の第１の領域、前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第１の側面上の第２の領域、および前記ウェハーの前記エッジの近傍にある前記ウェハーの第２の側面上の第３の領域を前記エッジ周りに回転しながらスキャンすることにより、前記ウェハーの画像を生成するための撮像装置であって、前記撮像装置によって生成された前記画像が第１の参照座標を含む、撮像装置と、
    少なくとも名目上照準を合わせた光を前記ウェハーの前記第１の側面および前記ウェハーの前記第２の側面と少なくとも実質的に平行な方向に投影することにより、前記ウェハーのプロファイルを生成するためのプロファイラであって、前記少なくとも名目上照準を合わせた光が、前記ウェハーの前記エッジを通り越して投影され、前記プロファイラによって生成された前記プロファイルが第２の参照座標を含む、プロファイラと、
    前記第１の参照座標が前記第２の参照座標にマッピングできるようにするため、前記撮像装置および前記プロファイラの両方によって認識可能な前記ウェハーの前記不連続エッジの少なくとも１つの構造的特徴の位置を見つけ、さらに、前記マッピング後に前記撮像装置のスキャン時の回転軸と前記プロファイル上に設けられた設計上の回転軸との誤差を求めるための制御プログラミングと
    を含む装置。
16. 前記第１の参照座標および前記第２の参照座標が照準規正される、請求項１に記載のシステム。
17. 前記ウェハーの前記エッジが、複数の切子面、矩形エッジ、ノッチ、または平面のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
18. 前記ウェハーが、回転の外見上の偏心軸を提供するために、オフセットウェハー中心軸を含む、請求項１に記載のシステム。
19. 前記プロファイラが、回転の外見上の偏心軸を提供するために、前記ウェハーに関して平行移動するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
20. 前記ウェハーの前記エッジが、前記撮像装置および前記プロファイラの両方によって視認可能な３次元の目標を含む、請求項１に記載のシステム。

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