JPH07235574A - 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種半導体製造機器内で半導体ウェーハ内の
反り、薄膜応力、及びすべり転位を測定する、低コス
ト、非侵害性の現場測定システムを提供する。 【構成】 測定システム２２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２６ａ〜２６ｃ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ビームは半導
体ウェーハ１０表面の第１点１８へ指向させられ、かつ
前記第２ビームはウェーハ１０表面の第２点３１ａ、３
１ｂ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２６ａ〜２６ｃは、ウェーハ１０表面の第１点
１８からの反射後の前記第１ビームの部分とウェーハ表
面の第２点３１ａ、３１ｂ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ＢＥＡＭ１〜ＢＥＡＭ３に合成するように
更に動作可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【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（ｉ
ｎ−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１
０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１
５０ｍｍ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、σ_f は薄膜応力、 Ｅ_S は基板１２に対するヤング率、 Ｖ_S は基板１２に対するポアソン比、 ｔ_S は基板１２の厚さ、 ｔ_f 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σ_f は５×１０⁸ Ｐａであり、薄膜１４の
厚さｔ_f は（８００℃で成長させられた）酸化物の９５
Å（９．５ｎｍ）であり、及び基板１２の厚さｔ_S は５
００μｍ、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ｔ_f 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、０．８５
μｍ、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２６
ａ〜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）〜（１
８）のように表現される。

【００４９】

【数１６】

【００５０】

【数１７】

【００５１】

【数１８】

【００５２】ここに、 − Ｅ_B1、Ｅ_B2、及びＥ_B3は、それぞれ、ビームＢＥＡ
Ｍ１、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。 − α_i1、α_i2、及びα_i3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、２６
ｂ、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。 − φ_O1、φ_O2、及びφ_O3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】Ｅ_B1、Ｅ_B2、及びＥ_B3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 、−φ_O1、ψ₂ −φ_O2、及びψ₃ −φ_O3）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、ＢＥ
ＡＭ２、及びＢＥＡＭ３の強度（これらのビーム強度
は、｜Ｅ_B1｜² 、｜Ｅ_B2｜² 、及び｜Ｅ_B3｜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１２
２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１
４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３
９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４
０、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４
０、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、４
９ｂ、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３
６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、４
８ｂ、４９ａ、４９ｂ、５４、５６、２７ａ、及び２７
ｃ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３
２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、Ａ
ＶＰ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１
４６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１
５６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１５
８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１
５０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１
６４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２
０６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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。
2. 【請求項２】 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。