JPH0218947A - 保持装置及び非反復誤差の補償システム - Google Patents

保持装置及び非反復誤差の補償システム

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JPH0218947A
JPH0218947A JP1103260A JP10326089A JPH0218947A JP H0218947 A JPH0218947 A JP H0218947A JP 1103260 A JP1103260 A JP 1103260A JP 10326089 A JP10326089 A JP 10326089A JP H0218947 A JPH0218947 A JP H0218947A
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は計測、テストの分野に関係するものであり、
特にそこからデータを得る測定対象物を動かす装置によ
り機械的に測定データに混入する誤差を補償するための
システムに関する。
〈従来の技術〉 半導体ウェファのフラットネスやバラ（ｂ　ｏ　ｗ）、
ワープ（ｗａｒｐ）或は他の特性は該ウェファを使用可
能にするために厳密に所定の基準内になければならない
１個々のウェファは該基準に一致しているか或はどの程
度一致しているか決定するために測定される。しかし、
該測定に際してウェファを保持する保持具の機械的誤差
により測定誤差が生じ、これによりウェファ測定の精度
に限界があるのが現状である。
そのため実質的に誤差が生じないような高精度に製造さ
れたウェファテスト装置を使用する方法が考えられる。
しかしこのような高精度装置は処理効率にしばしば限界
があり、また装置の据え付けや維持に伴う費用が高くな
る等の欠点がある。
−力測定データを電子的に処理して、測定データの装置
に起因する誤差を該誤差が反復される限り補償する方法
がある。米国特許出願節８０２゜０４９号は装置に起因
する誤差を測定データと分離し、該装置の誤差を補償す
る装置及び方法に関するものである。そのバラ／ワーブ
ステーションの実施例においては、ｘ、θ、２方向可動
な装置は測定サイクルから測定サイクルに繰り返される
そのＸとθ位置に起因する誤差を決定するように較正さ
れる。−度装置が較正されると測定データは補償され、
装置の機械的な本質に伴う反復するｘ、θ誤差により制
限されない精度を呈する。
〈発明の概要〉 この発明は装置に伴う非反復誤差を測定データから分離
し、測定データの該装置に起因する非反復誤差を補償し
、これにより測定データの精度を向上させる測定システ
ムを目指すものである。測定されるべき標本を受ける本
発明に係る装置は標本が離脱可能に装着される可動な保
持装置を有する。該可動保持装置には動きのためのりフ
ァランスが装着される。第１のセンサは可動保持装置に
より標本が動いたときに測定信号を発生する。そして第
２のセンサは可動保持装置によりリファレンスが動いた
ときに誤差信号を発生する。このように、第１のセンサ
が測定信号を出力する標本の各ポイントについて第２の
センサはリファレンスの対応するポイントからの誤差信
号を出力する。
該測定信号と誤差信号は結合されて、測定信号の非反復
誤差が補償され、高精度の出力信号が得られる。好まし
い実施例においては、該出力信号はデジタル化され、非
反復誤差が補償され、そして求められる１又は１以上の
対象物の特性が非常に高精度で出力される０反復誤差の
除去に関するシステムと結合された場合、完全な誤差の
補償が実現される。
これらの本発明の目的、概要、利点は下記する例示的、
非限定的な好適な実施例の説明及び図面により明らかに
なる。
〈実施例〉 本発明は次のような応用において有効である。
即ち測定されるべき標本が離脱可能に保持装置に保持さ
れ、該保持装置がセンサと協同して該標本とセンサとを
相対的に動かしてセンサからの出力信号の形で標本の測
定結果を得て、この結果から１以上の標本の特性を決定
し、しかも該結果には保持装置の機械的な位置の不完全
さによる誤差があり、この誤差がセンサの出力を汚し、
これにより所望の特性の決定の精度に限界があるような
分野において有効である６本発明は特に保持装置が標本
をセンサヘッドに対して動かすように可動であり、かつ
保持装置と標本をその本来の位置から移動する瞬間的な
自然的な偏差を受け、これによリセンサエレメントによ
る測定データへ誤差が導入されるような状況で有用であ
る。したがって、本発明は装置の理想的な位置を代表す
るリファレンスを提供する手段と、該リファレンスの位
置からの装置の偏差を測定する手段と、測定データにつ
いて該理想位置からの偏差を補償する手段とを意図する
ものである。好適な実施例において、本発明はｘ、θ、
Ｚ方向可動な真空チャックと標本とプローブの近接を測
定する協同容量型センサエレメントに関連して開示され
る。当業者において明らかなように測定データからはウ
ェファのフラットネス、バラ／ワープ等の特性が得られ
る、ｚ１１定データにおいて装置に関係する誤差を補償
する本発明はそのような特性を非常に高精度で提供する
ことを可能にする。他の応用、構成もまた本発明の意図
する範囲であり、単に例示的な好適な実施例に限定され
ない。
第１図は本発明の装置と非反復誤差補償システムの好適
な実施例のブロック図である。
システム１０はウェファ１４（又は他の標本）を離脱可
能に保持する真空チャック１２を有し、また真空チャッ
ク１２の近傍に位置するセンサ１６を有している。セン
サ１６はセンサ１６に近接されるウェファ１４の予め決
められた表面領域との距離を測定するように動作する。
ウェファ１４はセンサ１６に位置されたポイントの測定
により決定されるフラットネスやバラ／ワーププロフィ
ール等の特性を有している。センサ１６は好ましくはＩ
ｔ　Ａ”で示される第１プローブ１８と、少し離れた”
Ｂ“で示される第２プローブ２０を有する。これらのプ
ローブは一対の測定ヘッド２２を構成する。第１プロー
ブ１８．第２プローブ２０は容量型センサであるのが望
ましい、第１プローブ１８は支持体２４に固定されてお
り、第２プローブ２０も同様に支持体２４に固定されて
いる。
第１プローブ１８、第２プローブ２０は互いに相対的に
可動としても良く、これにより測定ヘッド２２のサイズ
が調整できる。
リファレンスプローブ２６は第１プローブ１８、第２プ
ローブ２０が装着される支持体２４に装着されている。
このように、全てのプローブが互いに固定されている。
このようにプローブを装着するどの様な手段も適用可能
である。
プローブとしてはどの様なものも採用可能であるが、非
接地要素の容量型厚み測定と称する米国特許筒３．９９
０．００５号に開示された容量型測定システムを採用す
るのが望ましい。
真空チャック１２にはリファレンス２８が装着されてお
り、真空チャック１２の１以上の自由度の動きに伴って
動くようになっている。好ましい実施例においてはリフ
ァレンス２８は金属ディスクであっても良く、真空チャ
ック１２にともなってｘ、θ、２方向に移動するように
装着される。
他の実施例においてはリファレンス２８は単にＸ方向に
動くバーであっても良い。
リファレンスプローブ２６は真空チャック１２の理想的
な位置をリファレンス２８を介して規定する。そしてリ
ファレンスプローブ２６による測定の出力は該理想位置
からの距離を示す。
アナログ信号調整及び合成電子回路３０が点線で示すブ
ロックにより示されている。この電子回路３０は第１プ
ローブ１８、第２プローブ２ｏ、リファレンスプローブ
２６の出力に接続している。
電子回路３０は、第１プローブ１８．第２プローブ２０
、リファレンスプローブ２６からのアナログ信号を測定
すべきウェファの特性に応じて調整し、これらを装置の
非反復的な機械的不完全さを補償するように合成するも
のであれば、どのような構成であっても良い、当業者で
あれば容易にわかるように、第１プローブ１８と第２プ
ローブ２０の信号の組合せは測定されるウェファの所望
の特性に従うように選択される。例えば加算されればウ
ェファの厚さが得られ、差をとればウェファの中心線ま
での距離が得られる。高精度のバラ／ワーププロフィー
ルを得るために、例えば第１プローブ１８、第２プロー
ブ２ｏ、リファレンスプローブ２６に夫々接続するリニ
アライザ３２．３４．３６を合成、調整回路が有しても
良い、そして第１プローブ１８、第２プローブ２０の出
力はその相違をアナログ加算器３８において計算される
。アナログ加算器３８の出力に対してリファレンスプロ
ーブ２６からの出力が合成され、測定データの非反復装
置誤差をリアルタイムで補償し、これにより補償された
出力信号が得られる０図に示すようにウェファ１４の下
側のリファレンス２８とリファレンスプローブ２６の位
置に対して。
アナログ加算器のようなミキシングエレメント４０が設
けられ、リファレンスプローブ２６の出力を”ＲＥＦ”
で示す基準レベルから引く、この基準レベルは装置の公
称位置を表しており、これからの偏差は真空チャック１
２が理想的な位置仕様から機械的に離れていることを示
している。補償された出力信号はＡ／Ｄコンバータ４２
に入力される。
Ｘθ２アッセンブリ４４は真空チャック１２を軸中心に
θランフ２回転させ、真空チャック１２をＸ軸に沿って
移動させ、また２軸に沿って移動させるために装着され
ている。Ｘθ２アッセンブリ４４はプロセッサ４６から
の複数の制御信号に応答し、真空チャック１２を制御操
作してｘ、θ、２方向に動かし、ウェファ１４の予め決
められたポイントを逐次測定ヘッド２２に近接させて位
置させる。このポイントは好ましくは例えばバラ／ワー
ブプロフィールのためにウェファ１４の全体をカバーす
るように選択される。Ｘθ２アッセンブリ４４としては
どのような構成も採用可能であるが、ウェファアライメ
ントステーションと称する米国特許４．４５７，６６４
号に示されたＸθ２アッセンブリ４４を採用するのが望
ましい、また、Ｘθ２アッセンブリ４４を操作する動作
パターンはどのようなものも採用できるが、ウェファフ
ラットネスステーションと称する米国出願第５７２．６
９５号と機械誤差を測定対象特性がら分離し測定対象特
性の誤差を補償するするための装置と方法及び同様なバ
ラ／ワープステーションと称する米国出願第８０２，０
４９号から例示的な動作シークエンスを得ることができ
る。プロセッサ４６は適宜のプロセッサでよく、例えば
装置に備えられＡ／Ｄコンバータ４２にデータ／アドレ
スバス４８を介して接続される。プロセッサ４６はデー
タ／アドレスバス４８により従来のラッチドライバ５０
を経由して接続される。プロセッサ４６はＲＡＭ５２と
ＰＲＯＭ５４を備えており、これらは通常の方法で結合
されている。中央制御プロセッサ５６はデータ／アドレ
スバス４８に、コムニケーションリンク望ましくはＩＥ
ＥＥ４８８バス５８とＩＥＥＥ４８８インターフェース
６０を介して接続されるのが好ましい。プロセッサ４６
は中央制御プロセッサ５６のスレーブプロセッサである
ことが望ましいが、もちろん単独のプロセッサであって
も良い。
次に動作を説明する。
Ｘθ２アッセンブリ４４は制御して真空チャック１２を
動かし、これにより真空チャック１２に保持されたウェ
ファ１４が動き、ウェファ１４の異なる各点を測定ヘッ
ド２２内に位置させて測定を行う、各点において、第１
プローブ１８、第２プローブ２０は信号を出力する。こ
の信号は各点におけるウェファ１４の対向する対応表面
までの距離を示している。リファレンスプローブ２６は
同時に稼働して信号を出力する。この信号は上記したウ
ェファ１４の各点における対応するリファレンス２８の
表面までの距離を示している。もし、真空チャック１２
が本来の正しい位置にあれば、リファレンスプローブ２
６からの信号は公称位置信号に一致する。しかし、真空
チャック１２が非反復誤差を受けており、２方向におい
て本来の位置にないならば、リファレンスプローブ２６
の出力はこれにしたがって変化し、この変化はミキシン
グエレメント４０により誤差成分出力信号として提供さ
れる。電子回路３０はこの誤差成分信号を測定信号から
信号が出力されるときにリアルタイムで引く、補償され
た信号は次にＡ／Ｄコンバータ４２によりデジタル化さ
れる。当業者において明らかなように、このように得ら
れたデータをプロセッサで処理して、１またはそれ以上
のウェファのフラットネスやバラ／ワープ等の特性を得
るようにすることが可能である。ウェファフラットネス
ステーションと称する出願番号第５７２゜６９５号から
プロセッシングシークエンスとウェファのフラットネス
プロフィールを得るためのアルゴリズムを参照すること
ができる。また、機械誤差を測定対象特性から分離し測
定対象特性の誤差を補償するするための装置と方法及び
同様なバラ／ワープステーションと称する出願筒８０２
゜０４９号からプロセッシングシークエンスと反復誤差
から自由なウェファのバラ／ワーププロフィールを提供
するアルゴリズムを参照できる。フラットネスパラ／ワ
ープと他のウェファの特性を決定するための他のシーク
エンスとアルゴリズムは当業者であれば容易に実行でき
る。
この発明はプローブからの測定信号に混入する装置の理
想的な位置仕様からの非反復的な偏差によりもたらされ
る誤差を除去できる。また、装置の理想的な位置仕様か
らの反復的な偏差によりもたらされる誤差は上記した出
願番号８０２，０４９号に開示されて技術により除去す
ることが出来る。この方法により、１又は１以上の自由
度のＸθ２アッセンブリ４４の反復的及び非反復的な位
置のずれの両方の完全な誤差補償を実現できる。
これにより装置の機械的な不完全さ、許容範囲外に伴う
非理想的な状態にも関わらず、データの精度は飛躍的に
向上する。
本発明の種々の変形例が特許請求の範囲に逸脱しない範
囲で当業者に自明である。
次に上記した反復誤差を補償するための装置の実施例を
説明しておく。
まずソリ測定装置の概要から説明する。
第２図に示すようにソリ測定装置パラ／ワープ測定装置
２１６はシステム２１０の一部を構成している。このシ
ステム２１０は中央演算処理装置２１２を備えている。
中央演算処理袋Ｗ２１２はアライメント装置２１４．バ
ラ／ワープ測定装置２１６、サンプルムーバ２１８に接
続しこれらを制御している。サンプルムーバ２１８は例
えば一対の平行なうバーベルト等であって半導体ウェハ
等のサンプルをアライメント装置２１４、バウ／ワ−プ
測定装置ｍ！２１６へと順次搬送する。このベルトは例
えば米国特許出願番号第７２５１５９号に示されるもの
でよい、ウェハは自動ウェハエレベータ（図示せず、）
により１図面上左においてサンプルムーバ２１８に乗せ
られる。該エレベータは例えば米国特許出願番号第３７
９５５９号に示すタイプのものでよい。
中央演算処理装置２１２はサンプルムーバ２１８が各ウ
ェハを７ライメント装置２１４へと搬送するように制御
する。ウェハのアライメントには他の種々の装置が適用
可能であるが、米国特許第４４５７６６４号に示す装置
を使用するのが望ましい、中央演算処理装置２１２は次
ぎに７ライメント装置２１４に指令を送り、ウェハの中
心合せと方向合せを行なわせる。その後、中央演算処理
装置２１２はサンプルムーバ２１８に信号を送りバラ／
ワープ測定装置２１６のウェハ受取装置にウェハを移送
させる。そしてバラ／ワーブ測定装置２１６はウェハの
プロフィル（ソリ）の測定を行なう。
第３図にバラ／ワーブ測定装置２１６の詳細を示す、バ
ラ／ワーブ測定装置２１６はバキュームチャック２２２
をそなえている。バキュームチャック２２２はウェハ２
２４（または被測定対象物であるサンプル）を装脱可能
に保持する支持装置となっている。バキュームチャック
２２２はウェハ２２４との相対位置を変えることが出来
るように構成されている。センサ２２６はバキュームチ
ャック２２２の近傍に位置しウェハ２２４の表面までの
距離を任意の範囲で測定できるように構成されている。
ウェハ２２４のソリについては当然に未知である。セン
サ２２６は第１のプローブ２２８と第２のプローブ２３
０から構成するのが望ましく、その間に容量形測定ヘッ
ド２３２が設定されている。第１のプローブ２２８、第
２のプローブ２３０は容量形センサであることが望まし
い。
第２のプローブ２３０はサポート２３４に固着されてい
る。第１のプローブ２２８はアーム２３６に装着されて
いる。アーム２３６は支持材２３８にネジを介して装着
され、サポート２３４に対して可動となっており容量形
測定ヘッド２３２の間隔を調整し得るように構成されて
いる。第１のプローブ２２８、第２のプローブ２３０に
はアナログ信号調整ユニット２３９が接続し、第１のプ
ローブ２２８．第２のプローブ２３０の出力の合計Ａ＋
Ｂを表すアナログ信号を出力するようになっている。す
なわち、第１のプローブ２２８，２２９は容量形測定ヘ
ッド２３２に順次位置するウェハの予め決められた複数
の点の測定値を出力し、アナログ信号調整ユニット２３
９は各測定点における第１のプローブ２２８、第２のプ
ローブ２３０の測定値の合計を出力する。アナログ信号
調整ユニット２４０も同様に第１のプローブ２２８゜第
２のプローブ２３０に接続され、ウェハの複数点におけ
る第１のプローブ２２８、第２のプローブ２３０の測定
値の差Ａ−Ｂを出力する。このＡ十Ｂはウェハの厚みを
表しており、Ａ−Ｂは例えばウェハの厚さ方向中心線ま
での距離を表している。マルチプレクサ２４１がアナロ
グ信号調整ユニット２３９．アナログ信号調整ユニット
２４０の出力側に接続されている。Ａ＋Ｂ出力はフラッ
トネス（平坦度）の検証に役立つ、これは米国特許出願
番号第５７２６９５号にある通りである。
一方、Ａ−Ｂ出力はソリ測定とその補償に活用される。
マルチプレクサ２４１にはＡ／Ｄコンバータ４２が接続
されマルチプレクサ２４１の信号をデジタル化している
。第１のプローブ２２８、第２のプローブ２３０として
は他の種々のプローブが使用可能であるが米国特許第３
９９０００５号に記載された容量形測定システムを用い
るのが望ましい。
ｘ、θ、２アッセンブリ４４はバキュームチャック２２
２に接続し、バキュームチャック２２２をその中心を軸
としてθランフ２回転させる。また、バキュームチャッ
ク２２２をＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動させるｍＸｐ　θ
、Ｚアッセンブリ４４はコントロール信号に応答しバキ
ュームチャック２２２を操作して、容量形測定ヘッド２
３２間におけるウェハ２２４の予め決められた複数の位
置決めを行なわせる。これは後述する第１乃至第４のデ
ータベースの集積を行なうためにウェハ２２４の全領域
をカバーすることが望ましい、ｘ、θ。
Ｚアッセンブリ４４としては種々の構成のものを用いる
ことが出来るが、上記米国特許第４４５７６６４号に記
載のものを使用するのが望ましい。
Ａ／Ｄコンバータ４２にはデータバス４８を介してプロ
セッサ４６が接続し、このプロセッサ４６はデータバス
４８、及び従来のドライバ５０を介してｘ、θ、Ｚアッ
センブリ４４に接続している。プｏ−ｔ＝ッサ４６はＲ
ＡＭ５２．ＰＲＯＭ５４を有している。中央演算処理装
置２１２は、好ましくはＩＥＥＥ４８８バス５８とＩＥ
ＥＥ４８８インターフェース６０のバスシステムを介し
てデータバス４８と接続されている。プロセッサ４６は
中央演算処理装置２１２に従い（即ち、プロセッサ４６
はスレーブ、中央演算処理装置２１２がマスクである。
）、予め決められたウェハの中心付近の点を容量形測定
ヘッド２３２間に位置せしめ、次いでウェハの中心の周
りの点を位置せしめる。これと同時にプロセッサ４６は
Ａ／Ｄコンバータ４２の各点における出力を読み、それ
をデー１タバス４８を介してＲＡＭ５２に書き込む、こ
の各データベースの番地はｘ、θ、Ｚアッセンブリ４４
により設定されるウェハ上の測定点の空間的な位置に対
応している。
プロセッサ４６は中央演算処理装置２１２からの指令に
応答してｘ、θ、Ｚアッセンブリ４４の制御信号をデー
タバス４８を介してドライバ５０に出力する。これによ
りＸステップモータ、θステップモータ、Ｚアクチュエ
ータ及びバキューム条件の制御を行なう。Ｘコントロー
ル信号に応答してＸステップモータの軸は回転しウオー
ムギヤを回転させる。ウオームギヤのネジは直線上のガ
イドレール上にスライド可能に装着されたハウジングの
ネジに螺合している。これによりバキュームチャック２
２２はＸ軸に沿ってその位置を調整される。同様に、θ
方向の位置もθ制御信号に応答してθステップモータお
よびベルトや歯車に依り調整される。またバキュームチ
ャック２２２のＺ方向の位置もＺ信号に応答して２アク
チユエータにより調整される。バキュームチャック２２
２に供給されるバキュームのＯＮ、ＯＦＦ状態はバキュ
ームラインによりコントロールされる。ＯＮの時はウェ
ハはバキュームチャック２２２により吸着され、ＯＦＦ
の時はウェハはバキュームチャック２２２から開放され
る。
次ぎに第４図に基づいてプロセッサ４６の動作の説明を
しておく、中央演算処理装置２１２からの指令はプロセ
ッサ４６に受は取られる（６２）。
プロセッサ４６はこの指令をデコードしｘ、θ。
Ｚ及びバキュームアクチュエータを駆動するコードをＰ
ＲＯＭ５４からフェッチする。これによりウェハを予め
決められた複数点に容量形測定ヘッド２３２内で順次移
動させる（６６）、そしてプロセッサ４６はこの命令の
実行終了まで動作をつづける（６８）、プロセッサ４６
はウェハの各測定点のアナログ信号調整ユニット２４０
からの測定値をＡ／Ｄコンバータ４２内の対応する第１
乃至第４のテーブルの一つに格納する様に動作する。
テーブル内ではＸモータ、θモータの回転位置により決
定されるウェハの各点の位置に対応する予め決められた
番地に格納される（７０）、測定後、プロセッサ４６は
データを中央演算処理装置２１２へと送るように動作す
る（７２）。
ここで従来生じていた測定装置の機械的な誤差について
第５図により説明する。
Ｘ軸方向の駆動装置はレールガイドキャリジ７６を有し
ている。このレールガイドキャリジ７６はＸステップモ
ータの軸に接続するＸウオームのネジに従って移動する
（図示せず）、理想的なガイドレールは直線７８に示さ
れるように完全な直線となるが、実際のガイドレールは
起伏ライン８０に示すように波形になる。これによる変
動は矢印８２に示すように最大りとなる。実際の装置で
はこの誤差は±０．００４インチ（±１０１．６ミクロ
ン）のオーダである。このような変動はウェハ２２４の
位置をＺ方向に変位させ、その結果Ａ−Ｂ誤差成分を生
じる。これはそのまま理想的なレールとの差に比例して
いる。
以上はＸ軸方向の誤差であるが、θ方向も同様である、
θ駆動装置はベルトや歯車を介してバキュームチャック
２２２と接続するθステップモータを有しており、これ
によりＺ軸を中心としてθ方向に回転させるようになっ
ている。理想的な回転軸を８４で示す、また実際の回転
軸を８６で示す、理想的回転軸８４と実際の回転軸８６
の差はウェハ２２４の２方向の誤差となって表われ、ｘ
。
θ方向の変動に伴い変化する。このような変動はベアリ
ングの機械的精度やウェハとシャフトの垂直度の精度等
によりもたらされる。実際の装置において、１５０ｍｍ
のウェハを例に取ると、バキュームチャック２２２にお
ける２方向の誤差はほぼ±０．００２２インチ（±５６
．２５ミクロン）となる。
本発明はこのような測定装置の機械的な誤差を除去しよ
うとするものであり、Ｘ方向の誤差成分とθ方向の誤差
成分を非機械的に分離可能にしたものである。これは、
ｘ、θ、Ｚアッセンブリ４４の複数回の駆動により実現
でき、Ｘ方向の誤差成分はθ座標を固定することにより
、またθ方向の誤差成分はＸ座標を固定することにより
、特定することが出来る。
くｘ−較正〉 まずＸ方向の誤差除去の方法を説明する。
Ｘ軸方向の誤差除去は最も簡単に実現出来、２回のウェ
ハの同一点の測定により可能である。即ち、誤差成分を
その極性が反対になるように２回測定すれば、その測定
値の差から簡単に誤差成分を算出できる。
ｘ、θ、Ｚアッセンブリ４４により順次ウェハを動かし
てウェハの基準点から所定の方向に順次複数回測定して
いく、ここでセンサにより得られるウェハの各位置にお
ける測定値Ｍ、（ｘ、θ）は、測定目的であるウェハに
関係する成分Ｍｗ（Ｘ。
θ）と不要な装置に関係した成分Ｍｃ（Ｘ＋　θ）とを
含み、下式で表される。
Ｍ、（ｘ、θ）＝Ｍｖ（ｘ、θ）＋Ｍｃ（ｘ、θ）−−
−−（１）ここでＭ、（ｘ、　θ）、Ｍｙ（ｘ、　　θ
）　、Ｍｅ　（Ｘ。
θ）はマトリックスである。
第６ａ図に示すこのＭ□（ｘ、θ）データ８８はＲＡＭ
５２に一時的に格納される。その際、ウェハの各測定点
は特定番地に対応づけられる。そして各測定点は予め決
められたホームポジションを基準としたｘ、θ、Ｚアッ
センブリ４４のＸ。
θ位置を示すｘ、θ座標により規定される。第６ａ図の
矢印９０に示すように順次ｘ、θ、Ｚアッセンブリ４４
によりセンサヘッド間に位置させられる複数のウェハポ
ジションに対するＭ、（Ｘ。
θ）データは（０，０）番地から順にデータテーブルが
満杯になるまでＲＡＭに直列的に格納される。
全位置の測定が完了したら、ウェハは裏返されて、その
ホームポジションから再び測定される。
ウェハの各測定点は容量形センサヘッドに位置せしめら
れのＭ、（ｘ、θ）の測定が行なわれる。
このＭｌ（ｘ、θ）はウェハに関係したＭｗ（Ｘ。
θ）と装置自体に関係したＭｃ（ｘ、　　θ）の成分を
有している。この測定値はウェハの裏側から同一地点を
測定したものであるから、表面の測定によりえられた測
定値とはＭｖ（ｘ、θ）の極性が逆になる。これを下式
に示す。
Ｍｚ（ｘ、θ）＝　　Ｍｗ（ｘ、−θ）＋Ｍｃ（Ｘ−θ
）−（２）ココで、Ｍｚ（ｘ、θ）、Ｍｙ（ｘ、−〇）
、及びＭ　ｃ　（ｘ、θ）はマトリックスである。
第６ｂ図に示すようにＭ２データはＲＡＭ５２に一時的
に格納される。即ちウェハの各点は順次容量形センサヘ
ッドに位置させられ、その測定値は矢印９４で示すよう
に上記とは逆に順次所定番地に書き込まれる。各測定点
は上記の場合と同様にホームポジションを基準にしたｘ
、θ、Ｚアッセンブリ４４の（ｘ、θ）座標により規定
される。
このＭｌとＭｌのデータの行列を加算することにより下
式に示すようにＭ　ｃ　（Ｘ　、θ）が分離される。
このＭｅ（ｘ、θ）はチャックのＸ方向に関係する誤差
成分である。
Ｍ　、　＋　Ｍ　、　＝　Ｍ　ｗ　（Ｘ　、θ）−Ｍｙ
（ｘ、−〇）＋Ｍｃ（Ｘｓθ）＋Ｍｃ（ｘ、θ）・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（３）これを整理する
と Ｍｅ（Ｘ　、　ｅ　）＝（Ｍ−（Ｘ　、　θ）”Ｍｌ　
（Ｘ　−８））／　２−−　（４）となる。
くθ−較正〉 裏返したウェハを測定し１Ｍ、データテーブルが満され
たら、ウェハはチャックから解放され。
チャックのみが所定ステップθ、だけθ方向に回転する
。この位置を第２のホームポジションとし、これは元の
第１のホームポジションからθ、たけずれている０次に
裏返しウェハは再びチャックに吸着され、上記した測定
点と同一点が容量形センサヘッド間に位置させられ、再
び測定が行なわれる。この測定値は次のように示される
。
Ｍ３　（ｘ、θ）＝Ｍｗ（Ｘ　、ｅ　）＋Ｍｃ（ｘ、　
８−　ｅ　ｘＥ””　・・（５）第６Ｃ図に示すように
、Ｍ、データはＲＡＭ５２に一時格納される。ウェハの
各測定点の値は対応するＲＡＭの各番地に格納される。
該各番地はオフセットホームポジションを基準とするｘ
、θ、ＺアッセンブリのＸ−θ座標により規定される。
上記オフセットホームポジションに基づく裏返しウェハ
の測定が終了したら、ウェハは再びチャックから解放さ
れ、チャックのみが０１から所定のステップ数（θハだ
け回転する。この位置を第３のホームポジションとする
。そしてウェハは再びチャックに吸着され、ウェハ上の
同一点が容量形センサヘッド間に位置させられ、第３の
ホームポジションに基づく測定がなされる。その測定結
果は下式で示される。
Ｍ４（ｘ、θ）＝Ｍｗ（ｘ、θ）＋Ｍｃ（ｘ、θ−θ、
）　・−・・−・（６）Ｍ４データは第６ｄ図に示すよ
うにＲＡＭ５２に格納される。そして各測定値は第３の
ホームポジションを基準としたｘ、θ、Ｚアッセンブリ
のＸ。
θ位置を示す特定番地に対応づけられる。上記により得
られたデータからθに起因するＺ誤差成分を分離するた
めの計算を次に示す。
Ｍ２（Ｘ　、θ）−Ｍｙ（ｘ、θ）＝Ｍｖ（ｘ、θ）＋
Ｍｃ（ｘ、　θ）−Ｍ　ｗ　（Ｘ　、θ）−Ｍｅ（ｘ、
θ−θ、）・（７）これを整理すると ｉよ（θ）＝Ｍｃ（θ）−Ｍｅ（θ−θ、）・・・・・
・・・・・・・・・・（８）と表わせる。
ここでｉよ（θ）は（７）式の左項と等しい変数である
。
（８）をフーリエ展開すると 工ｔ（ω）：Ｗ（ω）−Ｗ（ω−θ、）・・・・・・・
・・・・・　（９）と表わされる。
ここで工ｔ（ω）はｉよ（θ）の、Ｗ（ω）はＭｅ（θ
）の、Ｗ（ω−０１）はＭ　ｃ　（θ−θ、）のフーリ
エ展開である。
（９）式は次のように書ける。
次に（２）、　（６）式を引算すると Ｍ２（ｘ、θ）−Ｍ４（ｘ、θ）＝Ｍｖ（ｘ、θ）＋Ｍ
ｃ（ｘ、θ）−Ｍｙ（ｘ、θ）−Ｍｃ（ｘ、θ−０２）
・・・・・・・・・（１１）を得る。
ここで、Ｌ（ω）は、ｉ言θ）の、Ｗ（ω）とＷ（＋、
ｌ−０２）は夫々Ｍ　ｃ　（θ）　、　Ｍｃ（θ−θ２
）のフーリエ展開である。
式（１３）は次のように書ける。
式（ｔｏ）、　（１４）は予め選ばれた重み付は関数に
より不要なノイズ効果を除去することにより合算できる
。該関数は次に示すように線形の組合せの形が望ましい
。
Ｉ３（ω）＝α（ω）■、（ω）＋β（ω）■、（ω）
・・・・・・（１５）となる、これを整理して（１２）
式で表わす。
１よ（θ）＝Ｍｃ（θ）　−Ｍｅ（θ−０２）−・・・
・−・（１２）ここでｉｔ（θ）は（１１）の左項と等
しい中間変数である。
（１２）式をフーリエ展開して Ｌ（ω）＝Ｗ（ω）−Ｗ（ω−０２）・・・・・・・・
・・・・（１３）ここで、Ｉ、　（ω）は第３の変数で
あり、線形の組合せと等しい。
また、α（ω）＝１δ１２γ／（１γ１２＋１６１２）
β（ω）＝１γ１２δ／１γ１２＋１δである。
（１５）式の逆フーリエ展開Ｗ、（ｘ、θ）はｘ、θ。
Ｚアッセンブリのθ依存の誤差成分を示している。
θモータのステップｏｎは１００ステツプに等しく選択
することが望ましい、モしてθ座標におけるオフセット
、即ちθ□、θ２は互いにそしてｏｎに素に選択するこ
とが重要である。さもないと、δとγは成り立たない、
好適な実施例では、θ１は１７ステツプに、θ、は２３
ステツプに選択される。
次に第７図のフローチャートに基づいて装置全体の動作
を説明する。１０４で示すフローチャートは中央演算処
理装置２１２の動作を示す、中央演算処理装置はまずア
ライメント装置２１４に指令を送り、ウェハの位置調整
及び方向合せを行わせる（１０６）、そしてこのアライ
メントが完了するまで待つ（１０８）、そして中央演算
処理装置はサンプルムーバ２１８に位置合せを終えたサ
ンプルを移動させ、その中心を容量形センサヘッド２３
２間に位置させる（１１０）、動作完了するまで待つ（
１１２）、次に中央演算処理装置はバラ／ワープ測定装
置のプロセッサに指令を送り。
サンプルの中心部の測定を行わせる（１１４）。
中央演算処理装置は測定値を受けとるまで待つ（１１６
）、サンプル中央部の測定指令はバラ／ワーブ測定装置
のプロセッサによりそのＦＲＯＭコントロールテーブル
に格納された指示に基づいて実行される。
即ち、第８図に示すように、バラ／ワープ測定装置のプ
ロセッサはチャックをそのホームポジションからＸ軸に
沿ってＸで示されるウェハの中心と周辺の中間点１１８
まで動かすように制御するのが望ましい、そして、この
点で、ウェハを吸着させる１次いでプロセッサはＸステ
ップモータを動作させ１点１２０で示すウェハの中心を
容量形センサヘッド間に位置させる。そしてプロセッサ
はウェハを離しｘ、θステップモータを動かして元のホ
ームポジションに戻るように指令を出す。
そしてプロセッサはウェハを吸着させ、゛ウェハの内周
に位置する３点１２２，１２３，１２４を順次センサヘ
ッド間に位置させる。各点１２２．１２３．１２４の測
定値はＲＡＭに一時記憶される。
第７図に戻り、中央演算処理装置はバラ／ワープ測定装
置から送られるウェハデータをＭ１データテーブルの各
位置（第６ａ図）に格納する（１２６）、そして中央演
算処理装置はサンプルムーバ２１８に指令を送り、サン
プルの中心がそのホームポジションにおいてチャックの
中心と重なるようにする（１２８）、そして動作終了を
待つ（１３０）、次いで中央演算処理装置はバラ／ワー
プ測定装置のプロセッサに指令を送すウエハの中心部の
周辺部の測定を行わせる（１３２）。
プロセッサはこの指令を受けてＦＲＯＭから周辺部測定
のためのｘ、θ、Ｚ及びバキューム信号のコードをフェ
ッチする。そしてプロセッサは制御信号をｘ、θ、２及
びバキューム駆動装置に送り、ウェハの中心部の周辺部
の予め決められた測定点を順次容量形測定ヘッド間に位
置させる。そしてプロセッサは“周辺部の測定”命令を
第８図の実施例に示すように実行する。サンプルの中心
部を囲む領域は、その予め決められた点を外周から順次
内周に向ってリング状に測定されていく。
中央演算処理装置がバラ／ワーブ測定装置のプロセッサ
に各リングを順次測定するように指示するのが望ましい
、プロセッサはバキュームを駆動し。
ウェハをその中心点において吸着させ、Ｘステップモー
タを駆動し、最外周リング１３６がセンサヘッド間に位
置するようにチャックを動かす、そしてプロセッサはθ
ステップモータを駆動し、リング１３６上に位置する予
め決められた複数の点（第８図では３点を代表してドツ
トで図示しである）を容量形センサヘッド間に近接して
位置せしめる。プロセッサはθステップモータを回転さ
せ、完全なリング状に測定を行うようにする。各測定点
においてプロセッサはＡ／Ｄコンバータ４２の読みをＲ
ＡＭ５２のデータテーブルに格納する。
この格納番地は予め決められており、ホームポジション
を基準としたθモータ及びＸモータの回転位置に規定さ
れるリング１３６上の点に対応している。θモータのス
テップ数は１回転につき１゜Ｏであることが望ましい。
最外周リングの各測定点の測定値をバラ／ワープ装置の
ローカル・メモリに格納したら、プロセッサはこのデー
タを中央演算処理装置に転送する（第４図の７２）。
第７図に戻って、中央演算処理装置は最外周リングのデ
ータが集積されるのを待ち（１３８）。
各点におけるウェハの中心線からの距離を表わすデータ
を格納する（１４０）、最内周のリングのデータ集積が
未終了の時（１４２）、中央演算処理装置はプロセッサ
にウェハの回転を継続するように命令を送り、次の内側
のリング１４４へと移動するように指令する（１４４）
、プロセッサはこの指令を受けて実行する。最内周リン
グのデータが集積された後中央演算処理装置はプロセッ
サに命令を送り、サンプルの回転を停止し、バキューム
チャックを元の位置に戻し、サンプルを解放し動作完了
を待つ（１４８）。
次に中央演算処理装置はバラ／ワープ測定装置から転送
されたデータとを第１のデータテーブルＭ１のメモリに
格納する（１５０）。
次にウェハは裏返された上で、サンプルムーバに戻され
二上記したステップ１０６〜１１６，１２６〜１３２，
１３８〜１５０を中央演算処理装置により繰返される（
１５２）、裏返されたウェハのデータは表側のデータの
裏返しになっており、これは同様な手順で中央演算処理
装置のＲＡＭ内の第２のデータテーブルＭ２内に格納さ
れる。
そして中央演算処理装置は“０１回転″指令をプロセッ
サに送り（１５４）、この命令が実行されるのを待つ（
１５６）。
θ回転が、望ましくは１７ステツプなされたら、上記し
たＭ、Ｍ、のデータ集積の手順が繰返される。そしてホ
ームポジションから０１ずれた位置のウェハの中心線ま
での距離を表わすこれらデータは中央演算処理装置のＲ
ＡＭ内の第３のデータテーブルＭ３に格納される（１５
８）。
更に中央演算処理装置は上記と同様な操作により上記Ｒ
ＡＭ内の第４のデータテーブルＭ４にデータを格納する
（１６０，１６２，１６４）、この時の８駆動装置のホ
ームポジョンからのずれは２３ステツプが望ましい。
そして中央演算処理装置はウェハ自体の測定成分からＸ
方向に関する誤差を分離する（１６６）。
これは上式（１）〜（４）をソフト的に実行することに
より行なう、またθ方向の誤差分離を上式（５）〜（１
５）を実行することにより行なう（１６８）、これら誤
差はメモリに記憶される。
中央演算処理装置はｘ、θ誤差成分を除去し。
ウェハ自体の測定値のみを残す（１７０）、このデータ
に処理を加えてウェハのバラ／ワーブの値を得る（１７
２）、ワープの算出は代表的には下式をコンピュータで
実行することにより得られる。
ワープ（ｘ、θ）＝Ｍ１（ｘ、θ）−（Ｍｅ（ｘ、θ）
十Ｗ、（ｘ、θ）） 第９図はバラ／ワープ測定のシーケンスを示すフローチ
ャートである。バラ／ワープ測定装置に順次送られてく
るウェハは最初にＭ、（ｘ、θ）データを測定され、上
記手順で既に得られているＸ較正値Ｍ　ｃ　（Ｘ　、θ
）とθ較正値Ｗ、（ｘ、θ）により補償される（１８４
）、補償後のデータは、バラ／ワーププロフィール値を
高精度で表おす。
本発明は上記以外に当業者であれば種々の態様が可能で
ある。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、装置の機械的な非
反復誤差を有効に補償できる。そのため、対象物の測定
精度を大幅に向上することが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の測定装置及び補償システムの好適な実
施例を示す図面、第２図はバラ／ワープ装置の一例を示
すブロック図、第３図は本発明をバラ／ワープ装置に適
用した一実施例を示すブロック図、第４図はバラ／ワー
ブ装置のプロセッサの動作を示すフローチャート図、第
５図は機械的な誤差の発生を説明する測定装置の概略図
、第６ａ図乃至第６ｄ図はウェハ上の測定点に対応した
メモリダイアグラムを示す概略図、第７図は本発明によ
るバラ／ワープ測定の一実施例のフローチャ−ト図、第
８図はウェハ上の測定点の説明図、第９図は較正後の通
常の測定手順のフローチャート図である。 １０ニジステム、１２：真空チャック、１４：ウェファ
、１６：センサ、１８：第１プローブ、２０：第２プロ
ーブ、２２：測定ヘッド、２４：支持体、２６：リファ
レンスプローブ、２８：リファレンス、３ｏ：電子回路
、３２：リニアライザ。 ３４：リニアライザ、３６：リニアライザ、３８：アナ
ログ加算器、４ｏ：ミキシングエレメント、４２　：　
Ａ／Ｄコンバータ、４４：ｘθ２アッセンブリ、４６：
プロセッサ、４８：データ／アドレスバス、５０：ラッ
チドライバ、５２　：　ＲＡＭ。 ５４　：　ＰＲＯＭ、５６　：中央制御プロセッサ、５
８　：　ＩＥＥＥ４８８バス、６０　：　ＩＥＥＥ４８
８インターフェース。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所定の動作範囲を有し、測定される標本が離脱可
    能に装着される可動保持装置と； 該可動保持装置と共に動く保持位置手段と；該可動保持
    装置から離れ且つその動作範囲内にある第１センサを備
    え、 該第１センサは標本が前記可動保持装置により該第１セ
    ンサに対して動くのに従って標本の特性の測定信号を出
    力するためのものである、 手段と； 前記第１センサと固定関係にあり、前記可動保持装置か
    ら離れ且つその動作範囲内にある第２センサを備え、 該第２センサは前記可動保持装置が標本を第１センサに
    対して動かすことにより前記保持位置手段が第２センサ
    に対して動くのに従って、可動保持装置の理想位置から
    の偏差を示す誤差信号を提供するためのものである、 手段と； 測定信号から誤差信号を除去し、可動保持装置の理想位
    置からの偏差を補償された出力信号を提供する手段と： を有する非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  2. （２）可動保持装置が標本を離脱可能に装着する真空チ
    ャックを備えたｘ、θ及びｚ方向に可動な装置である特
    許請求の範囲第１項に記載の非測定標本保持装置の誤差
    補償装置。
  3. （３）保持位置手段がｘ、θ及びｚ方向に可動な装置に
    固定された特許請求の範囲第２項に記載の非測定標本保
    持装置の誤差補償装置。
  4. （４）保持位置手段がｘ、θ方向の動きのために前記真
    空チャックに装着されたディスクである特許請求の範囲
    第３項に記載の非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  5. （５）保持位置手段がｘ方向の動きのために前記真空チ
    ャックに装着されたバーである特許請求の範囲第３項に
    記載の非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  6. （６）第１と第２のセンサが容量型センサを有する特許
    請求の範囲第１項に記載の非測定標本保持装置の誤差補
    償装置。
  7. （７）センサ支持体を有し、前記第１と第２のセンサが
    該センサ支持体に装着された特許請求の範囲第６項に記
    載の非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  8. （８）センサと； 保持装置と； 該センサと保持装置とを相対的に動かし、 それから１又は１以上の標本の特性を決定可能な標本の
    センサ測定信号を提供し、 しかし該信号は非理想的な保持位置に起因し、該センサ
    出力を汚す誤差を受け、これによりセンサ測定信号の精
    度を低下させる。 手段と； 前記保持装置の理想位置を表わす参照手段と；前記保持
    装置の理想位置からの前記参照手段に関しての偏差を測
    定する手段と； 測定信号の理想からの偏差を補償し、 そこから１又は１以上の標本の特性を高精度で決定でき
    る出力信号を提供する手段と； を有する非反復誤差を補償する標本測定装置。
  9. （９）保持装置が前記センサに対して可動である特許請
    求の範囲第８項に記載の非反復誤差を補償する標本測定
    装置。
  10. （１０）保持装置がｘ、θ、ｚ方向可動な真空チャック
    を有する特許請求の範囲第９項に記載の非反復誤差を補
    償する標本測定装置。
  11. （１１）非理想的な保持位置に起因する誤差が瞬間的で
    自然的な保持装置の位置偏差であり、これが標本を本来
    目指す空間的位置からずらすように働き、これによりセ
    ンサエレメントにより得られる測定データに誤差が導入
    される特許請求の範囲第１０項に記載の非反復誤差を補
    償する標本測定装置。
  12. （１２）前記参照手段が、可動保持装置と共に動くため
    に装着され理想位置を規定するディスクを含む特許請求
    の範囲第１１項に記載の非反復誤差を補償する標本測定
    装置。
  13. （１３）前記参照手段が、可動保持装置と共にｘ方向に
    動くために装着され理想、位置を規定するバーと、該バ
    ーとの相対距離を測定するセンサとを含む特許請求の範
    囲第１１項に記載の非反復誤差を補償する標本測定装置
    。
  14. （１４）前記補償手段が、参照手段がその理想位置から
    離れ又それが連結するセンサエレメントにより測定され
    るにつれて変化する補償信号を創出するための電子回路
    手段を含む特許請求の範囲第１１項に記載の非反復誤差
    を補償する標本測定装置。
  15. （１５）プローブの近接による感応により測定データが
    得られる対象物を制御して動かす装置の位置異常により
    もたらされる測定データの汚れを補償する方法であって
    ： 逐次対象物とプローブの異なる点を感応近接範囲に位置
    させることにより測定データを得るために装置をプロー
    ブに関して動かし； 対象物とプローブの異なる点が逐次感応近接範囲に位置
    するのに従って装置位置の基準位置からの離間を測定し
    ； 測定データから測定された位置の離間を除去する； 測定データの汚れ補償方法。
  16. （１６）測定データからの測定された位置の離間の除去
    をリアルタイムで行う特許請求の範囲第１５項に記載の
    測定データの汚れ補償方法。
  17. （１７）データプローブにより得られる測定データを汚
    す保持装置の位置異常を補償する装置であって： 保持装置をプローブに対して動かし、保持装置に装着さ
    れた測定対象物の異なる点を逐次プローブの感応近接位
    置に位置させることにより測定データを得るための手段
    と； 対象物とプローブの異なる点が逐次感応近接位置に位置
    されるのに応じて、保持装置位置の基準位置からの離間
    を測定するための手段と； 測定された位置の離間を測定データから除去するための
    手段と； を備えた補償装置。
  18. （１８）測定データからの測定された位置の離間の除去
    するための手段がリアルタイムで稼働する特許請求の範
    囲第１７項に記載の補償装置。
  19. （１９）離間を測定するための手段が、保持装置に共に
    動くために装着された参照基準と、データプローブと固
    定関係にある参照基準プローブとを有する特許請求の範
    囲第１７項に記載の補償装置。
  20. （２０）プローブに対してｘ、θ、ｚ方向に可動な対象
    物受け装置を伴う対象物のデータであり、対象物受け装
    置の本来の機械的精度に対して得られるより優れた精度
    を有する測定データを提供する装置であって； 対象物の複数位置の測定データを提供するためのセンサ
    ヘッドを備え、 該対象物が該センサヘッド内を動く、 プローブと； 対象物を載置し、対象物の複数位置をプローブのセンサ
    ヘッド内を制御して動かすためのｘ、θ、ｚ方向可動な
    対象物受け装置と； 前記ｘ、θ、ｚ方向可動な対象物受け装置と前記プロー
    ブとに連結し、 前記ｘ、θ、ｚ方向可動な対象物受け装置の動作を制御
    して、該対象物受け装置に載置された対象物の異なる位
    置をセンサヘッド内において、該対象物受け装置の測定
    サイクルから測定サイクルを繰り返して測定データを得
    る動作シークエンス内で動かすための、 サイクル的に稼働する手段と； 前記サイクル的に稼働する手段に連結し、 ｘ、θ、ｚ装置の理想的保持位置からの反復位置偏差に
    起因する測定データの誤差を補償する、ための手段と； 前記サイクル的に稼働する手段に連結し、 前記ｘ、θ、ｚ装置の理想的保持位置からの非反復位置
    偏差に起因する測定データの誤差を補償するための第１
    の手段と協働する、 手段と； を備えた装置。
  21. （２１）前記測定データの非反復位置偏差を補償する手
    段が； ｘ、θ、ｚ方向可動な保持装置に共に動くように装着さ
    れ、基準位置を規定するリフアレンスと；ｘ、θ、ｚ方
    向可動な保持装置の実際の位置の基準位置からの偏差を
    表わす誤差データを提供するためのプローブと； を有する特許請求の範囲第２０項に記載の装置。
  22. （２２）測定データの非反復位置偏差を補償する手段が
    リアルタイムで稼働な特許請求の範囲第２１項に記載の
    装置。
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