(57)【要約】      （修正有）【課題】フラットパネルの表面、ウエハーおよび基板のパターン付き表面といった表面の全領域光計測値を取得する。【解決手段】均一な波面を有する光プローブビーム１１２を被計測表面１３０に照射し、表面１３０によって引き起こされるひずみを帯びた反射波面を有する反射プローブビーム１３２を、光シェアリング干渉計デバイス１０１に向け、光干渉模様を取得する。次に、反射波面と、反射波面のレプリカとの間の位相シフトを調整し、別の干渉模様を取得する。干渉模様を処理し、被計測表面１３０の照射場所の全域で、表面傾斜に関する情報を取得する。【選択図】図１
2010249837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質上均一な波面を有する光プローブビームを用いて被計測表面を照射して、前記表面上の照射されている領域によって引き起こされるゆがみを帯びた反射波面を有する反射プローブビームを生じさせ、
前記反射プローブビームを光シェアリング干渉計デバイスの中に向け、前記反射波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記反射波面の別のレプリカとの間の光干渉模様を取得し、
前記反射波面と、前記反射波面の前記レプリカとの間の位相シフトを調整して、前記光シェアリング干渉計から、異なる位相シフトの、複数の位相シフトされた干渉模様を取得し、
前記干渉模様を処理して、前記被計測表面内の前記照射されている領域の全域における、表面傾斜に関する情報を取得する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記光シェアリング干渉計として、回折格子を有するコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システムを用いることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記光シェアリング干渉計として、ラジアルシェア干渉計を用いることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記光シェアリング干渉計として、ウエッジプレートを有するバイラテラルシェアリング干渉計を用いることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記光シェアリング干渉計内にてプリズムを用いて、前記反射波面と、前記反射波面の前記レプリカとの間の前記光干渉模様を出現させることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記位相シフトを調整して、０、９０、１８０、２７０、および３６０度の位相シフトを生じさせることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
さらに、異なる位相シフトの前記干渉模様の処理にアルゴリズムを適用して前記位相情報を計算し、前記被計測表面上の前記照射されている場所内の表面傾斜に関する情報を抽出することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記アルゴリズム内にミニマムディスコンティニティ（MDF）アルゴリズムを適用することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記アルゴリズム内に前処理付き共役傾斜（PCG）アルゴリズムを適用することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記アルゴリズム内にブランチカットミニマイゼーションアルゴリズムを適用することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記アルゴリズム内にタイルドモジュレーションガイデドアルゴリズムを適用することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、
さらに、計測された表面傾斜に表面多項式を統計的に適合させることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
さらに、前記表面多項式としてゼルニケの多項式を用いることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
さらに、前記計測された表面傾斜の統計的な表面の適合に、積分および微分法を適用することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記表面傾斜を用いて、前記照射されている場所の湾曲情報を取得することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記表面傾斜を用いて、前記照射されている領域内のひずみに関する情報を取得することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記干渉模様の処理に位相抽出アルゴリズムを適用することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記位相抽出アルゴリズムは、バケットＡ、バケットＢ、およびバケットＣアルゴリズムから選択された１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載の方法において、
さらに、前記表面多項式としてルジャンドルの多項式を用いることを特徴とする方法。
【請求項２０】
被計測表面上への平行プローブビームを発生させる平行照射線源と、
前記表面から反射した前記光プローブビームを受け、かつ、前記光プローブビームの反射波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記反射波面の別のレプリカとの間に光干渉を引き起こすことができるように配置され、前記反射波面と前記反射波面の前記レプリカとの間の位相シフトを調整して、異なる位相シフトの複数の位相シフトされた干渉模様を取得することができるように作動することを特徴とする光シェアリング干渉計デバイスと、
前記光シェアリング干渉計によって生成された前記干渉模様を取り込むことができる撮像デバイスと、
前記撮像デバイスによって取り込まれた前記干渉模様を処理し、前記被計測表面内の前記照射されている領域の全域で表面傾斜に関する情報を抽出することができる処理装置と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記光シェアリング干渉計が、回折格子を有するコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システムを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記光シェアリング干渉計が、ラジアルシェア干渉計を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記光シェアリング干渉計が、ウエッジプレートを有するバイラテラルシェアリング干渉計を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記光シェアリング干渉計が、前記反射波面と、前記反射波面の前記レプリカとの間に前記光干渉模様を出現させ得るように働くプリズムを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記光シェアリング干渉計は、前記位相シフトを調整し、０、９０、１８０、２７０、および３６０度の位相シフトを生じさせることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記処理装置は、異なる位相シフトの前記干渉模様内の前記位相情報を接続して、被計測表面上の前記照射されている場所内の表面傾斜に関する情報を抽出することができるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記位相情報を接続することができるように、ミニマムディスコンティニティ（MDF）アルゴリズムを用いてプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記位相情報を接続することができるように、前処理付き共役傾斜（PCG）アルゴリズムを用いてプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記位相情報を接続することができるようにブランチカットミニマイゼーションアルゴリズムを用いてプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記位相情報を接続することができるようにタイルドモジュレーションガイデドアルゴリズムを用いてプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２６に記載のシステムであって、
前記処理装置は、計測された表面傾斜に表面多項式を統計的に適合させることができるように作動することを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記統計的適合に対してゼルニケの多項式を適用することができるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項３１に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記計測された表面傾斜の統計的な表面の適合に、積分および微分法を適用することができるように作動することを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記表面傾斜を用いて、前記照射されている領域の湾曲情報を取得することができるように作動することを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記表面傾斜を用いて、前記照射されている領域内のひずみに関する情報を取得することができるように作動することを特徴とするシステム。
【請求項３６】
請求項３１に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記統計的適合に対してルジャンドルの多項式を適用することができるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
請求項２０に記載のシステムであって、
前記処理装置は、前記干渉模様の処理に位相抽出アルゴリズムを適用することができるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、
前記位相抽出アルゴリズムは、バケットＡ、バケットＢ、およびバケットＣアルゴリズムから選択された１つを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３９】
支持部材を用いてウエハーの裏側表面に接触させることで、前記裏側表面の反対側の表側表面上にパターンが形成された前記ウエハーを保持し、
前記裏側表面をプローブビームで照射して、前記裏側表面上の照射されている領域によって引き起こされるゆがみを帯びた反射波面を有する反射プローブビーム生じさせ、
前記反射プローブビームを用いて、前記裏側表面上の支持部材の存在のために不連続部を含む光干渉模様を出現させ、
前記光干渉模様の処理に補間アルゴリズムを適用して、前記不連続部を有する領域の全域で前記裏側表面によって引き起こされる干渉縞を補間し、前記裏側表面によってのみ引き起こされる前記照射されている領域内の干渉模様の特徴を取得し、
前記裏側表面からの前記補間された干渉模様を処理して、前記ウエハーの前記表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得する、
ことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、線形補間アルゴリズムを用いて、前記干渉縞を補間することを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、スプライン補間アルゴリズムを使い、前記干渉縞を補間する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、前記干渉模様内の別の縞の空間周波数成分および均一性に応じ、補間された縞を検査することを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、
前記支持部材を用いて、前記ウエハーの配向角度を少なくとも一度変更し、少なくとも１つの別の反射光プローブビームおよび別の光干渉模様を取得し、
前記別の光干渉模様の処理に前記補間アルゴリズムを適用して、前記不連続部を有する領域の全域で前記裏側表面によって引き起こされる干渉縞を補間し、前記裏側表面によってのみ引き起こされる前記照射されている場所内の干渉模様の特徴を取得し、
前記裏側表面からの前記補間された前記別の干渉模様を処理し、前記ウエハーの前記表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得し、
異なる配向角度で取得された前記干渉模様間の干渉情報を比較し、欠落データを発見し、
１つの干渉模様内の場所の欠落データを、異なる配向角度で取得された別の干渉模様内の前記場所のデータを使うことによって埋める工程と、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、前記支持部材を非対称な方法で配置し、前記ウエハーの前記裏側表面を支持することを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、シェアリング干渉計を用いて、前記反射プローブビームを処理し、前記光干渉模様を出現させることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３９に記載の方法において、
さらに、非シェアリング干渉計を用いて前記反射プローブビームを処理し、前記光干渉模様を出現させる工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法において、
さらに、
第２のプローブビームを前記パターン付き表側表面へ向け、前記パターン付き表側表面における光反射によって第２の反射プローブビームを生じさせ、
シェアリング干渉計を用いて、前記第２の反射プローブビームを処理し、第２の光干渉模様を出現させ、
前記パターン付き表側表面表面上の表面情報を前記光干渉模様および前記第２の光干渉模様から抽出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項４８】
支持部材を用いてウエハーの裏側表面に接触させることで、前記裏側表面の反対側の表側表面上にパターンが形成された前記ウエハーを保持し、
前記裏側表面をプローブビームで照射して、前記裏側表面上の照射されている領域によって引き起こされるゆがみを帯びた反射波面を有する反射プローブビームを生じさせ、
前記反射プローブビームを用いて、前記裏側表面上の支持部材の存在のために不連続部を含む光干渉模様を出現させ、
前記裏側表面からの前記干渉模様を処理して、前記ウエハーの前記表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得し、
前記支持部材上の前記ウエハーの配向角度を少なくとも一度変更して、前記同じ光プローブビームから少なくとも１つの別の反射光プローブビームを取得し、これによって、別の光干渉模様を取得し、
前記裏側表面からの前記別の干渉模様を処理して、前記ウエハーの前記表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得し、
前記ウエハーの異なる配向角度における異なる干渉模様から取得された表面傾斜を比較し、
１つの干渉模様内の場所で発見された欠落データを、異なる配向角度で取得された別の干渉模様内の前記場所にあるデータによって埋める、
ことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の方法において、
さらに、前記支持部材を非対称な方法で配置し、前記ウエハーの前記裏側表面を支持することを特徴とする方法。
【請求項５０】
プローブ波長の光に透過的な材料で作られた支持部材を用いて、ウエハーの裏側表面に接触させ、前記裏側表面の反対側の表側表面上にパターンが形成された前記ウエハーを保持し、
プローブビームを用いてプローブ波長で前記裏側表面を照射し、前記裏面上の照射されている領域によって引き起こされるゆがみを帯びた反射波面を有する反射プローブビームを生成させ、
前記反射プローブビームを用いて光干渉模様を出現させ、
前記裏側表面からの前記干渉模様を処理して、前記ウエハーの前記表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５１】
実質上均一な波面を有する光プローブビームを被計測表面の上へ照射して、前記表面によって引き起こされるゆがんだ波面を有する新しい光ビームを生成させ、
前記新しい光ビームを光シェアリング干渉計の中に向けて、前記ゆがんだ波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記ゆがんだ波面の別のレプリカとの間の光干渉模様を取得し、
前記ずれ距離を調整して、別のずれ距離で光干渉模様を取得し、
別のずれ距離で前記干渉模様を処理して、前記被計測表面に関する情報を抽出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法において、
さらに、前記表面の光反射を用いて、前記新しい光ビームを生成させることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５１に記載の方法において、
さらに、前記表面の光の透過を用いて、前記新しい光ビームを生成させることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５１に記載の方法において、
さらに、前記光干渉計としてコヒーレントグラディエントセンシングシステム（CGS）干渉計を用いることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５１に記載の方法において、
さらに、２つの異なるずれ距離を有する２つの干渉模様を引き算し、前記２つの異なるずれ距離の間の差に等しい新しいずれ距離に対応する識別干渉模様を出現させることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５５に記載の方法において、
さらに、前記新しいずれ距離を選択して、前記光プローブビームのビームサイズにすることを特徴とする方法。
【請求項５７】
ウエハーのウエハー表面上に化学的機械研磨（CMP）を実施し、
前記CMP中に、実質上均一な波面を有する光プローブビームを前記ウエハー表面の上に照射し、前記ウエハー表面によって引き起こされるゆがんだ波面を有する新しい光ビームを生成させ、
前記新しい光ビームを光シェアリング干渉計の中に向けて、前記ゆがんだ波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記ゆがんだ波面の別のレプリカとの間の光干渉模様を取得し、
前記ずれ距離を調整して、別のずれ距離で光干渉模様を取得し、
別のずれ距離で前記干渉模様を処理して、前記ウエハー表面上の表面微細構造の情報を抽出し、
前記抽出された情報を用いて、前記CMP内の操作パラメータを制御する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPのスラリー流速を変更することを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPの研磨パッド圧力を変更することを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPの研磨パッド速度を変更することを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項５７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPのスラリー配合組成を変更することを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項５７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて研磨パッド剛性を変更することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１月２８日に出願した米国仮出願第60/443,342号および60/443,329号、ならびに２００３年１月２９日に出願した米国仮出願第60/443,804号の利益を主張するものである。上記３つの出願の開示は、その全体に言及することによって本明細書の一部となる。
【０００２】
本出願は、フラットパネル、基板、およびウエハーの表面の表面傾斜および他の位相特性の計測に関し、さらに詳しくは、そのような計測に対する光学技術およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
少なくとも部分的に可干渉性の２つ以上の光ビームが空間的に相互に重なり合うとき、光干渉が引き起こされる。さまざまな光干渉計は、２つの可干渉性の光ビームの干渉を用いて、２つの干渉性光ビームの光路長の違いによって引き起こされる干渉縞の干渉模様を出現させる。そのような干渉の１つの応用例は、光計測内の干渉性ビームの少なくとも１つに埋め込まれている情報を抽出すること、および表面構造特性といった被検査表面の特性を特徴付けることである。
【発明の概要】
【０００４】
本出願は、さまざまなデバイスおよび構造内におけるパターン付き及びパターンなし表面の、無侵襲的、全領域計測を達成する、光干渉計を用いた光学技術及びシステムを含む。説明されている実施は、光シェアリング干渉計を使うことによるさまざまな表面のパターン付きおよびパターンなし表面プロファイルの計測を含む。パターン付き表側表面を有するウエハーまたは基板のパターンなし裏側表面の照射に対する光干渉技術も説明されている。適切に構成されている場合、開示の光学技術の１つに基づく表面モニタリングシステムは、実時間で表面の全領域計測を提供することができる。さらに、そのような表面モニタリングシステムは、被処理ウエハーの現場モニタリングを提供することができる。
【０００５】
たとえば、１つの実施においては、実質上均一な波面を有する光プローブビームを用いて被計測表面を照射すると、表面上の照射されている領域によって引き起こされるひずみを帯びた反射波面を有する反射プローブビームが生じる。反射プローブビームを光シェアリング干渉計デバイスの中に向け、反射波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている反射波面の別のレプリカとの間に光干渉模様を取得する。次に、反射波面と、反射波面のレプリカとの間の位相シフトを調整し、光シェアリング干渉計からの別の位相シフトの複数の位相シフトされた干渉模様を取得する。それから、干渉模様を処理し、被計測表面内の照射されている場所の全域で表面傾斜に関する情報を取得する。
【０００６】
別の実施においては、支持部材がウエハーの裏側表面に接触して、ウエハーを保持している。ウエハーには、裏側表面の反対側の表側表面上に模様がつくられている。裏側表面をプローブビームで照射すると、裏側表面上の照射されている場所によって引き起こされるひずみを帯びた反射波面を有する反射プローブビームが生じる。それから、裏側表面上の支持部材が存在しているために不連続部を含む反射プローブビームにより、光干渉模様が生じる。補間アルゴリズムを光干渉模様の処理に適用して、不連続部を有する領域の全域で裏側表面によって引き起こされる干渉縞を補間することで、裏側表面によってのみ引き起こされる、照射されている場所内の干渉模様特徴を取得する。次に、裏側表面から補間された干渉模様を処理し、ウエハーの表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得する。
【０００７】
あるいは、データ処理中の上記補間に代えて、さらなる計測および処理を行って、支持部材によって占められている裏側表面上の場所内のデータを取得することができる。たとえば、補間を適用することなく、裏側表面からの干渉模様を処理し、ウエハーの表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得する。次に、支持部材上のウエハーの配向角度を少なくとも一度変更し、同じ光プローブビームから少なくとも１つの別の反射光プローブビームを取得して、別の光干渉模様を取得する。それから、裏側表面からの他の干渉模様を処理し、ウエハーの表側表面上の対応する位置の表面傾斜を取得する。次に、ウエハーの別の配向角度における別の干渉模様から得られた表面傾斜を比較する。一方の干渉模様内の場所において見られる欠落データが、別の配向角度において得られる他方の干渉模様内の同じ場所におけるデータによって埋められる。
【０００８】
本出願は、また、計測を向上させるために、シェアリング干渉計内の別のずれ距離において得られた干渉模様を用いるための技術も記載している。たとえば、１つの実施においては、実質上均一な波面を有する光プローブビームを用い、被計測表面を照射すると、表面によって引き起こされるゆがんだ波面を有する新しい光ビームが生じる。その新しい光ビームが光シェアリング干渉計の中に向けられると、ゆがんだ波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされたゆがんだ波面の別のレプリカとの間に光干渉模様が取得される。次に、ずれ距離を調整し、別のずれ距離において光干渉模様を取得する。別のずれ距離におけるこれらの干渉模様を処理し、被計測表面に関する情報を抽出する。
【０００９】
上記事例においては、２つの別のずれ距離を有する２つの干渉模様を引き算し、２つのずれ距離の間の差に等しい新しいずれ距離に対応する識別干渉模様を出現させることができる。この技術は、任意のシェアリング干渉計を用いて、達成困難と思われる小さいずれ距離におけるデータの取得に使うことができる。
【００１０】
本出願は、表面計測に対するコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システムとは異なるいくつかのシェアリング干渉計をさらに記載する。これらの非CGSシェアリング干渉計は、特定の用途においてCGSを超える確実な利点を有する場合がある。
【００１１】
これらおよび他の実施、具体例、およびそれらの変形、ならびに利益は、図面、詳細な説明、および特許請求の範囲内に極めて詳細に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１つの実施による表面計測のためのシェアリングデバイスを有するシステムを示す。
【図２】位相シフト技術を図示するための干渉模様を示す。
【図３】表面計測のためのコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システムを示す。
【図４】表面計測のためのコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システムを示す。
【図５Ａ】CGSにおける典型的な位相シフト技術を示す。
【図５Ｂ】CGSにおける典型的な位相シフト技術を示す。
【図６Ａ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図６Ｂ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図７Ａ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図７Ｂ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図７Ｃ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図８】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図９】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１０Ａ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１０Ｂ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１１Ａ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１１Ｂ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１１Ｃ】本特許出願内に記載されている技術に基づく表面計測に適した非CGSシェアリング干渉計の例を示す。
【図１２】ウエハー支持体が裏側表面に接触しているウエハーの裏側表面を光学的に計測するための典型的な配置を示す。
【図１３】ウエハーの裏側表面が３つのウエハー支持体によって支持され、支持体は、非対称な方法で配向され、別々の配向角度においてウエハーの多重計測を行うことにより全ウエハー表面上のデータを直接収集することができるようになっている例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
光シェアリング干渉計は、波面の伝搬方向を横切る方向に沿っている光ビームにおける、同一の、通常ゆがんだ前記波面の、２つの空間的にシフトされたレプリカを生成させ、かつ干渉する。たとえば、トランスバースおよびラジアルシェア干渉計が用いられ得る。空間的にシフトされ複製された波面間の干渉は、波面内の傾斜の空間的分布を表す干渉模様を引き起こす。事実上、そのような干渉計は、波面の光学的微分を実行する。本出願に記載の光学的表面計測の例のいくつかにおいては、少なくとも１つの光シェアリング干渉計を用いて、平行プローブビームで表面を照射することによって光学的に表面を計測することができる。シェアリング干渉計は、表面を通り抜けたプローブビームの光伝送か、表面によるプローブビームの光反射からのプローブビームの光伝送のどちらかからシェアリング干渉模様を出現させることができるように構成され得る。次に、シェアリング干渉模様を処理し、表面、傾斜、湾曲、および他の表面構造の情報を取得する。たとえば、表面の広範囲なプロファイルに関する表面構造および表面の局所的なプロファイルに関する微小構造は、シェアリング干渉計から取得することができる。計測可能な表面の例は、さまざまなパネルや板、さまざまな基板やウエハー、電子集積回路、光集積デバイス、光電子回路、および超小型電子機械システム（MEMs）の表面に限定されず、フラットパネル表示システム（たとえば、LCDおよびプラズマディスプレー）、およびフォトリソグラフィマスク、薄膜、および焦点板を含む。
【００１４】
光シェアリング干渉計を用いれば、光学式表面計測に確実な利益を与える。光ヒヤリング干渉計は、パターン付きウエハーおよびパターン付きマスク基板といったさまざまな微細構造の模様が付いた表面に対する効率的な計測ツールであると思われる。さらに、光シェアリング干渉計は、ウエハー段階におけるデバイスの製造中の湾曲およびこれに関連するひずみといった表面特性の現場モニタリングに対して使用することができ、この計測は、製造状態やパラメータをリアルタイムで動的に制御するために用いることができる。例として、光シェアリング干渉計における計測および操作は、光シェアリング干渉計の自動校正性のために、通常は剛体の平行移動および回転による著しい影響を受けることはない。その結果、被計測ウエハーまたはデバイスは、計測に影響を及ぼすことなく、表面に対して実質上垂直にまたは低い入射角でプローブビームを向けることによって計測することができる。波面をシフトまたはずらすことにより、光シェアリング干渉計は、波面の１点の、ずれ距離すなわち同じ波面の２つの干渉レプリカ間の距離によって分離された別の点に対する変形を計測する。その意味では、光シェアリング干渉計は、自動校正性があり、したがって、被計測ウエハーまたはデバイスの振動に対する非感受性または耐性が増大する。この耐振動性は、防振が実質上課題である特定の工程（たとえば、チャンバー内での堆積）の間、製造の環境またはその場において計測が実施されるとき、特に利点であると思われる。
【００１５】
比較として、多くの非シェアリング干渉計は、サンプル表面から反射したゆがんだ波面と、既知の基準表面から反射したゆがみのない基準波面との間の光干渉に基づく形状または構造（表面隆起）の波面干渉を発生させる。そのような非シェアリング光干渉計をパターン付き表面の計測に使うことは、非効率的である。なぜならば、多くの場合、パターン付き表面で反射した比較的不均一または拡散している波面は、基準表面で反射した波面とコヒーレントに干渉しない可能性があるからである。また、パターン付き表面は、実質上異なった反射特性、たとえば、パターン付き表面のある特定の領域がパターン付き表面または基準表面の他の領域よりプローブ波長において高吸収性があるという反射特性、を有する可能性がある。これらの状況などにおいては、広範囲にわたるパターニングの存在下でそのような非シェアリング干渉計によって生成された干渉画像を接続し解明することは難しいと思われる。
【００１６】
シェアリング干渉計の別の特性は、波面が一度光学的に微分され、その光微分がシェアリング干渉模様中に記録されるということである。したがって、波面の傾斜から湾曲を計算するためには、シェアリング干渉模様からのデータの一階微分操作のみで十分である。これにより、干渉データの処理の計算量は減少し、したがって、データ処理時間が減少する。また、シェアリング干渉計法は、全領域干渉データを提供するので、シェアリング干渉法は、表面形状の２，３の点（たとえば、３点）を計測するために、従来の容量性プローブを用いた方法等の他の方法に比べてより多くのデータ点を利用することができる。このより高いデータ密度により、計測データの密度が非常に小さいことを特徴とする他の方法より正確な計測および良好な耐ノイズ性が提供される。さらに、さまざまなレーザービーム走査ツールは、ウエハーの弧形または表面湾曲の計測に使用することができるとはいえ、これらの方法は、多くの場合、径方向の湾曲しか計測しない。シェアリング干渉計は、表面内の２つの直交する方向（ＸおよびＹ）の表面傾斜の計測を容易に実施することができ、したがって、完全な湾曲テンソルおよび関連するウエハーまたは基板のひずみ状態の解明が可能になる。
【００１７】
シェアリング干渉計をウエハーおよび他の構造物（たとえば、パターン付きマスクエレメント）上のパターン付き表面の計測に適用する場合、パターン付きウエハー、たとえば、直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、または他のウエハーサイズを有する半導体および光電子ウエハーを、ウエハー表面で平行プローブビームを反射させることができるようになっている構造のシェアリング干渉計内に置くことができる。シェアリング干渉計は、ウエハー表面からの反射プローブビームを用いて、２つの干渉波面を出現させる。これらの干渉波面は、小さいずれ距離によってずらされた後は、実質上類似の形状である。したがって、２つの波面の間の干渉は、可干渉性の干渉をつくる。パターン付き表面で反射した各波面は、本質的に雑音があり拡散する可能性があるとはいえ、意味のある縞模様が生成される十分な可干渉性が波面の間に存在し、解明されて表面情報が抽出され得る。
【００１８】
図１は、光シェアリング干渉計に基づく試料表面１３０の計測用システム１００の１つの実施を示す。光源１１０は、実質上均一な波面を有する平行プローブビーム１１２を生成するために設けられている。光源１１０は、可視波長および不可視波長（たとえば、ＩＲおよびＵＶ放射線）を含む広範囲のスペクトル域の放射線を生成することができる。光源１１０からの光は、可干渉性または非干渉性の光であってもよい。このプローブビーム１１２は、表面１３０を照射することができるように、および反射プローブビーム１３２を生成することができるように向けられている。ビームスプリッタといった光エレメント１２０を用いて、プローブビーム１１０を表面１３０へ向けることができ、かつ、反射プローブビーム１３２を伝送することができる。シェアリングデバイス１０１、すなわち、光シェアリング干渉計は、反射プローブビーム１３２の光路内に置かれ、反射プローブビーム１３２からシェアリング干渉模様を発生させる。反射面１３０上に斜めに入射する平行ビーム１１２もまた使用されてもよく、ビームスプリッタエレメント１２０は迂回される。概して、いかなるシェアリング干渉計を用いてシェアリングデバイス１０１を提供してもよい。実際の適用においては、それぞれのシェアリング構造は、独特の特性または特質を有し得るので、この関係においては相互に異なっている。シェアリングデバイス１０１の例には、光回折格子を使って波面のずれを引き起こすコヒーレントグラディエントセンシング（CGS）システム、ラジアルシェア干渉計、バイラテラルシェアリング干渉計のウエッジプレート（米国特許第5710631号）、等が含まれ、そのうちのいくつかは、本出願の後のセクションに記載されている。
【００１９】
システム１００は、シェアリングデバイス１０１の出力光路内に、シェアリングデバイス１０１の光出力、シェアリング干渉模様を、画像センサー１８０、たとえば、カメラ（たとえば、CCDまたは他の画素検出アレイ）へ向ける集光ユニット１０２も含む。集光ユニット１０２は、シェアリングデバイス１０１が光回折格子を使ってずれを生成するとき、フィルタレンズ１６０および空間フィルタ面１７０を含んでいてもよい。画像センサー１８０は、シェアリング干渉模様を電子の形に変換し、コンピュータを含むことができる信号処理回路を使って、シェアリング干渉模様を処理し、任意の表面情報を抽出することができる。
【００２０】
シェアリング干渉計を用いた光反射によるパターン付きウエハーの計測は、計測に位相シフトを用いることにより向上させることができる。位相シフトを実施すると、試料の被計測表面上の縞位置を循環させまたは操作する２つのシフトされた干渉波面間の位相分離を累進的に調整することができる。１つの実施においては、シェアリング干渉計は、パターン付きウエハー表面の多重位相画像、たとえば、０、９０、１８０、２７０、３６０度位相の画像を取得するように構成することができる。位相シフト法は、干渉模様を受ける検出アレイ上の各画素において「相対位相」変調を計算することによって波面傾斜を計測することができる。位相シフト法は、パターン付きウエハー上で見られるものと同じように、変化する反射率を示している表面上の波面および試料傾斜の均一な解明もできる。パターン付きウエハー表面において、試料上の各画素位置は、他の画素位置に比べてさまざまな度合いの強度で光を反射する可能性がある。この現象は、どんな単一のシェアリング干渉図形の解明をも複雑にする可能性がある。シェアリング干渉計の位相シフト法は、傾斜分解能の精度を同時に増大させることができ、かつ、空間的に変化する光反射率を有するパターン付き表面上の干渉図形の正確な解明を可能にする。この性能は、ある程度可能である。なぜならば、単なる縞強度の変化ではなくシェアリング干渉模様内の各画素または位置の相対位相が計測されているからである。
【００２１】
図２は、位相シフトされた干渉模様内の相対位相の計測の例を示す。左側の干渉模様画像は、３００ｍｍシリコンウエハーのパターン付き表面から収集された。干渉模様は、一連の、たとえば、５つの位相シフトされた干渉模様のうちの１つを表している。右上方部の詳細画像は、ウエハー表面上のパターニングの結果として、局所的に縞強度が点から点へ劇的に変化することができることを示している。対照的に、素表面または連続表面上の縞模様は、滑らかで連続した変化の縞強度を有するであろう。図２の右下の挿入グラフは、パターン付きウエハー表面上の２点間の位相シフト値または位相シフト角度の関数として縞強度の変化を図示している。位相軸は、９０度の角度増分を有し、強度軸は、CCDまたは他の画像アレイの最大動的範囲に相当するように示している。左側の矢印で表示されている点１は、ウエハー上の画素領域に対応し、その領域の反射率は、比較的高くかつ大きな振幅の曲線によって概略的に示されている。右側の矢印で表示されている点２は、ウエハー上の画素領域に対応し、その領域の反射率は、比較的低くかつ小さい振幅の曲線によって概略的に示されている。位相シフトが実施されるとき、問題にしている関連性のある量は、相対位相角度、すなわち一方の曲線（たとえば、点２の曲線）に対する他方の曲線（たとえば、点１の曲線）の横オフセットであり、曲線の振幅ではないことである。一連の位相シフトされた干渉図形からのあらゆる任意の点における強度振幅は、十分大きく、相対位相オフセットの適切な特徴付けを可能にしている。
【００２２】
位相シフトの実施においては、パターン付きウエハー表面の収集された多重の位相シフトされた干渉図形は、位相抽出アルゴリズムおよび接続アルゴリズムによって引き続き処理され、位相シフトされた干渉図形中に埋め込まれている表面傾斜が正確に解明される。適切な位相抽出アルゴリズムは、バケットｎＡ、ｎＢ、またはｎＣを含むことができる。ただし、「ｎ」は、位相シフトされたデータセットのフレーム番号である。上記のバケットＡタイプ、バケットＢタイプ、およびバケットＣタイプアルゴリズム以外の位相抽出アルゴリズムを使うこともできる。適切な接続アルゴリズムは、ミニマムディスコンティニティ（MDF）および前処理付き共役傾斜（PCG）アルゴリズムを含むことができる。さらに、ブランチカットミニマイゼーションおよびタイルドモジュレーションガイデドアルゴリズムも、また、位相シフトされた干渉図形の処理に使用することができ、パターン付き表面をたやすく効果的に接続することができる。
【００２３】
位相シフトされた干渉図形をひとたび接続すれば、生の傾斜データの解明および湾曲の導出は、表面多項式を生傾斜データに統計的にフィッティングさせることによって強化することができる。ゼルニケの多項式およびルジャンドルの多項式を含む統計的表面フィッティングは、構造（または微小構造）および湾曲データを引き出す目的でパターン付きウエハーから得た生傾斜データに適用することができる。
【００２４】
シェアリング干渉計の自動校正性に基づくシェアリング干渉計の１つの特性については、シェアリング干渉模様は、被計測表面自体を基準表面として使うことによって、被計測表面の平坦度からの偏差を実質的に計測した結果として生じたものであるということである。表面高さまたは平坦度上のそのような相対データは、表面の高さまたは平坦度がモニタリングされ制御されるさまざまな用途に役立つ可能性がある。たとえば、化学的機械研磨（CMP）工程または他の表面研磨工程において、表面の全域で相対高さをモニタリングし、研磨工程の効果を判断することができる。シェアリング干渉計は、表面の平坦度のモニタリングに使うことができ、計測は、リアルタイムで研磨工程の研磨状況の動的制御に使用することができる。
【００２５】
いくつかの実施においては、交差するようにシフトされ、相互に干渉している波面間のずれ距離は、計測工程中に調整することができ、データの分解能および精度を向上させることができる。ずれ距離の多重増加において表面の干渉画像を取り込むことによって、干渉データを標本化するために使用されるカメラまたは画像検出アレイの有効画素サイズより小さい特徴を解明することが可能になる。さらに、本出願で後述するとおり、多重ずれ距離を使用することにより、標準数値積分アルゴリズムではなく幾何学的計算による相対データからの推測表面構造または微小構造の高精度計算が可能になり、実際の表面プロファイルを計算することができる。
【００２６】
図１に戻って参照すれば、システム１００は、種々のウエハー、基板、フラットパネル、またはリソグラフマスク用エレメントの表面計測に用いることができる。システム１００は、試料表面上の照射されている領域内の点をひとつひとつ残らず同時に計測することができ、平坦度、構造、傾斜、湾曲、およびひずみに関する情報を取得することができる。シェアリング干渉計は、半導体または光電子ウエハーおよび基板でよく見られる微細加工された表面といったパターン付き表面の計測に特に便利であると思われる。シェアリングデバイス１０１は、パターン付き表面上に可干渉性または半可干渉性の干渉をつくることができる。
【００２７】
例として、図３は、図１のシステム設計に基づくコヒーレントグラディエントセンシング（「CGS」）システム３００の典型的な実施を示す。システム３００の特定の態様は、ロザキス（Rosakis）らの米国特許第6,031,611号に記載されており、これに言及することによって本明細書の一部となる。CGSシステム３００は、光プローブとして光源１１０からの可干渉性平行光ビーム１１２を使用し、実質的に任意の材料で形成された鏡面反射表面１３０であることを示す表面傾斜および湾曲情報を取得することができる。ビームスプリッタといった光学エレメント１２０は、ビーム１１２を表面１３０に向けるために用いることができる。反射表面１３０が湾曲している場合、反射プローブビーム１３２の波面がゆがめられ、それによって、反射プローブビーム１３２は、被計測表面１３０の表面構造に対応する光路差または位相変化を取得する。このシステムは、表面１３０上の照射されている領域内の各点の「スナップショット」をつくり、したがって、照射されている領域内で任意の方向に沿って任意の点で表面構造の情報を取得することができる。この機能により、表面１３０全域で１回につき１点のプローブビーム走査をする逐次的方法で１回につき１点の計測をする必要性をなくすことができる。
【００２８】
相互にΔだけ間隔をあけた２つの回折格子１４０および１５０が反射プローブビーム１３２の経路内に置かれており、湾曲計測のためにゆがんだ波面を操作することができる。第１の回折格子１４０によってつくられた２つの異なる回折成分を回折している第２の回折格子１５０によってつくられた２つの回折成分は、レンズのような光エレメント１６０を使うことによって合成され、相互に干渉する。光エレメントとしてレンズが使われる場合、第２の回折格子１５０によってつくられ、かつ、レンズによって合成される２つの回折ビームは、第２の回折格子１５０から離れて同じ回折角を有し、したがって、相互に平行となっている。２つの回折格子１４０および１５０による回折は、相対的空間変位、すなわち、２つの選択された回折成分間の横方向空間シフトを実現する。このシフトは、他の回折パラメータが固定されている場合、２つの回折格子１４０および１５０の間の間隔Δの関数である。さらに詳細には、ずれ距離は、（Δxtanθ）である。ただし、θは、２つの干渉している回折ビームの回折角である。したがって、回折格子１４０および１５０は、反射プローブビーム１３２の同じ波面からの２つの空間的にシフトされた波面を生成する。空間フィルタ１７０は、光エレメント１６０に相対的に置かれており、選択された回折成分の干渉模様を伝送し、かつ、第２の回折格子１５０からの他の回折次数を阻止する。全体として、任意の回折次数または次数の組み合わせを計測のために選択することができる。
【００２９】
その次に、伝送された干渉模様は、検出画素のアレイ、たとえば、CCDアレイを含むことができる画像センサー１８０によって取り込まれ、干渉模様を表現する電気信号を生成させることができる。信号処理装置１９０は、電気信号を処理し、反射表面１３０の構造によって生じる波面ゆがみの空間傾斜を抽出することができる。そして次に、この空間傾斜は、さらに処理され、湾曲情報を取得することができ、したがって、表面１３０の照射されている領域の湾曲地図を取得することができる。一階空間微分を干渉模様上で実行し、表面傾斜を計測することができる。この技術は、表面湾曲の正確な計測を提供することができ、表面の湾曲変化が漸進的である場合、すなわち、平坦でない変位が薄膜、線、または基板の厚さより小さい場合、その精度は高い。この技術は、いくつかの他の干渉計技術とは異なり剛体の動きに影響を受けない。このデータ処理操作の詳細は、上で言及したロザキス（Rosakis）らの米国特許第6,031,611号に記載されている。表面傾斜および湾曲に対する処理を完結させるに際して、処理装置１９０は、表面湾曲からのひずみの計算をさらに行う。
【００３０】
一般に、２つの格子１４０および１５０は、異なる格子間隔を有し、任意の角度において相互に対して向き合っている任意の格子であってもよい。望ましくは、２つの格子は、同じ方向で相互に対して向き合っていてもよく、同じ格子間隔を有し、データ処理を単純化してもよい。この場合、格子方向は、格子１４０および１５０による二重回折による２つの選択された回折成分の間の相対空間変位（「ずれ」）の方向によって本質的に設定される。
【００３１】
特定の用途では、全領域二次元の傾斜および湾曲計測を取得するために２方向の空間的ずれを必要とする場合がある。この要求は、CGSシステム３００を使うことにより達成され、試料表面１３０が第１の方向にあるとき、第１の計測を実行することができ、引き続き、試料表面１３０が第２の方向（たとえば、第１の方向に対して垂直）にあるとき、第２の計測を実行することができる。
【００３２】
一方、図４に示された２腕CGSシステムは、２つの異なる方向に２つの組に分離された二重格子を有するように構築され、２つの異なる空間ずれ方向に干渉模様を同時に出現させることができる。したがって、両方の空間ずれ方向の構造、傾斜、および湾曲の分布に経時変化効果を取得することができる。
【００３３】
さらに、図３内の２つの格子１４０および１５０のそれぞれは、２つの直交格子を有する格子プレートによって置き換え、図４のシステムの２次元ずれを実現することができる。空間フィルタ１７０は、ｘ１の方向に沿ってシフトされた追加の光開口部を有する代替フィルタによって置き換え、干渉模様を直交方向に沿ってずらすために選択的に伝送することができる。
【００３４】
上記の典型的なCGSシステムにおいては、位相シフトは、２つの格子１４０および１５０間の相対位置を変化させることによって達成することができる。１つの実施においては、方向ｘ１およびｘ２によって定義される横断面内の２つの格子１４０および１５０間の相対位置は、調整することができる一方、２つの格子１４０および１５０間の間隔は、任意の定数で固定された方向ｘ３に沿って維持することができる。図５Ａは、位置決め機構、たとえば、精密平行移動台または位置決め変換器を使って格子間のこの相対位置を調整し、位相シフトを実行することができるCGSシステムを示す。少なくとも１つの横方向位置制御器は、２つの格子の１つに連結され、横方向の位置変更を引き起こすことができる。２つの横方向位置制御器は、それぞれ２つの格子１４０および１５０に連結され、位相シフトを引き起こすことができる。この実施においては、２つの格子は、横方向の移動中、固定された間隔で相互に平行に維持することができる。格子１４０および１５０間に異なる横方向相対位置を有する多重シェアリング干渉模様を取得することにより、位相抽出および接続アルゴリズムを用いてさらなる処理を行うことができる。
【００３５】
図５Ｂは、CGS内で位相シフト機構を構築するための別の方法を示す。この構造においては、２つの格子１４０および１５０間の相対横方向位置は、固定されており、２つの格子１４０および１５０は、実質上平行に維持されている。位置制御機構は、２つの格子１４０および１５０間の間隔Δをｘ３の方向に沿って少量のδだけわずかに変更することができるように構築されている。δの大きさは、任意の間隔Δより非常に小さい、そのため、間隔Δおよび計測分解能は、小さな変化δによって著しく影響を受けることはない。しかしながら、間隔Δ内のこの小さな変化（δ）は、２つの格子１４０および１５０によって生成されたシェアリング干渉模様の全体的な位相を変える。データ収集においては、間隔Δは、種々の小さなシフト（δ）を有することができるように調整され、種々の位相シフトをともなう種々のシェアリング干渉模様を取得し、位相抽出および接続アルゴリズムを用いてさらなる処理を行うことができる。
【００３６】
さらに、試料表面１３０をさまざまな小さい角度で傾け、CGSシステム内で対応する干渉模様にさまざまな位相シフトを生成することができる。これらおよび他の位相シフト機構を組み合わせて任意の位相シフトを引き起こすこともできる。
【００３７】
CGSシステムは、動的に構成可能なずれ距離を用いて設計し、上記のような計測工程中にさまざまなずれ距離を有するデータを取得することができ、計測の分解能および精度を向上させることができる。図３および４に示された例のようなCGSシステム内の２つの格子の少なくとも１つは、位置決め台または位置決め変換器に連結され、２つの格子間の相対間隔を制御された方法で変え、さまざまなずれ距離で計測を実現させることができる。
【００３８】
CGSシステムに加えて、他のシェアリング干渉計構造を用いて、図１のシェアリングデバイス１０１を組み込むこともできる。いくつかの例を下に提供する。これらのシェアリング干渉計は、CGS内の格子とは異なる光エレメントを使用し、２つの干渉波面間に横方向のずれを発生させ、かつ、計測表面内にそれら干渉計それぞれの固有の特徴を有することができる。
【００３９】
図６Ａおよび６Ｂは、サイクリックシェアリング干渉計の２つの例を示す。１つの半反射表面を有する平行板が用いられていて、受け入れられたプローブビームを２つのビームに分割している。図６Ａは、２つのビームの１つ内に回転する透明板を用いて、ずれおよびさまざまなずれ距離を形成している。図６Ｂは、光路内に移動可能な鏡を用いて、ずれがゼロの時の位置から鏡を遠ざけることによりずれおよびさまざまなずれ距離を形成している。位相シフトは、２つの反射板の１つをわずかに平行移動させることによって、または、半反射表面を有する平行板を傾けることによって実現することができる。図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、ジャマンシェアリング干渉計の例を示す。図８は、マッハツェンダーシェアリング干渉計を示す。図９は、マイケルソンシェアリング干渉計を示す。図１０Ａおよび１０Ｂは、大きいずれ距離を形成する能力がある平行板シェアリング干渉計の２つの例を示す。図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃは、任意のずれをつくることができる２つの異なるプリズムを有するプリズムシェアリング干渉計を示す。これらのシェアリング干渉計の構造および操作は、よく知られている。ずれ距離は、これらの干渉計内の選択された光エレメントを回転させることにより制御し調整することができる。概して、位相シフトは、被計測試料表面を傾けることによって実現することができる。これらの干渉計のいくつかにおいては、光路内の１つの光エレメントは、平行移動することができ、試料表面を傾けることなく任意の位相シフトをつくることができる。
【００４０】
これらのシェアリングシステムにおいては、視野の全域でずれ距離の均一性は、CGSシステムと比較すれば比較的容易に制御することができるが、CGSシステムでは、２つの格子間の離隔距離が変更されるので格子の平行を維持する必要がある。これらのシステムは、また、ずれがゼロの時の構成にシステムを名目的に設定し、かつ、わずかな回転を使い、小さいずれ距離を実現することによって、より小さいずれ距離を実現することも比較的容易である。さらに、これらのシステムは、CGS内の不要な回折次数のインライン空間フィルタおよび格子に対する精密保持機構の使用を避けている。これらおよび他の特徴のために、これら非CGSシェアリング干渉計は、CGSの実施がより困難であると思われる特定用途で表面の光計測に用いられ得る。
【００４１】
上記の非CGS光シェアリング干渉計システムは、それらの設計によって、CGSより小さいずれ距離を実現することができるように構築し操作することができる。しかしながら、CGSシステムおよびこれらの非CGSシステムは、両方とも、ずれ距離を調整する機構の限界のために、最小ずれ距離にほど遠い小さな有効ずれ距離を実現することができるように操作することができる。たとえば、シェアリング干渉計は、増分差分を有するずれ距離で２つ以上の計測を行うことができるように操作することができる。そのような２つの計測は、２つの接近したずれ距離の間の差分で有効ずれ距離を形成することができるように組み合わせることができる。したがって、この多重ずれ距離を使うことによって、標準の数値積分アルゴリズムを用いることなく、幾何学的計算による相対データから推測表面構造の高精度の計算が可能になり、実際の表面プロファイルを計算することができる。この技術の詳細を下に提供する。
【００４２】
シェアリング干渉計内の高空間周波数（または低空間波長）の特性は、達成可能な最小ずれ距離、計測プローブの最小スポットサイズ（たとえば、画像アレイの画素サイズ）、または両方の組み合わせによって限定することができる。一部のシェアリング干渉計においては、臨界空間波長がずれ距離の約２倍に相当する場合、ずれ距離は、主要な制限因子（ほぼ２、３ミリメートルのずれ距離、ほぼ１００マイクロメートル代以下の画素サイズ）となる可能性がある。より短いずれ距離を実現することはできるが、結果的に感度の悪い干渉計になる。たとえば、反射型シェアリング干渉計においては、干渉縞あたりの傾斜＝λ／２ωである。ただし、λはプローブ波長であり、ωはずれ距離である。
【００４３】
所与のシェアリング干渉計がずれ距離の調整を可能にする構造であれば、多重の組になった干渉図形を同一試料からさまざまなずれ距離で収集することができる。この場合には、データセットが２つ１組で取り込まれるとき、２組のデータの有効ずれ距離は、２組のずれ距離の間の差になるように構成され得る。
【００４４】
まず、２つの異なるずれ距離ω１およびω２を有し、それぞれ次の干渉図形を有するデータセットに対する２つの計測を考える。
Ｓ(x1＋w1,x2)  −  Ｓ(x1,x2)  ＝  n1l          ・・・式（１）
Ｓ(x1＋w2,x2)  −  Ｓ(x1,x2)  ＝  n2l          ・・・式（２）
ただし、ｎ１およびｎ２は、縞次数を表し、縞次数では、ｎ＝０、１、２、３などにおいて建設的干渉が発生し、ｎ−０．５、１．５、２．５などにおいて相殺的干渉が発生する。２つの計測された干渉図形の差は、次のように表される。
Ｓ(x1＋w1,x2)  −  Ｓ(x1＋w2,x2)  ＝  (n1−n2)l  ・・・式（３）
式（３）は次のように表される。
Ｓ(x1＋(w1-w2),x2)  −  Ｓ(x1,x2)  ＝  (n1−n2)l  ・・・式（４）
式（４）は、２つのデータセットの組み合わせが個々のデータセットの２つのずれ距離の差によって表される有効ずれ距離を有するデータセットまたは新干渉図形を発生させるということを示唆している。この特徴を用いて、システムの空間周波数応答は、プローブのスポットサイズと同等の有効ずれ距離を選択することによって最適化することができる。
【００４５】
この手法の実際的な実施は、１）異なるずれ距離の２つの別個の干渉計経路を用いて設計された干渉計システム、２）さまざまなずれ距離を用いてさまざまな干渉図形を取得することができるようにずれ距離を調整することができる単一の干渉計経路を用いた干渉計システムを用いることによって実現することができる。構造１は、２つのデータセットを同時に取得することができるという利点と、２つの経路が固定されており、したがって、各経路内のずれ距離を均一に繰り返し可能に維持することが容易であるという利点とを有する。構造２は、より少数の構成部品を有し、したがって、よりコンパクトに、より安くすることができるという利点を有する。
【００４６】
CGS干渉計においては、ずれ距離は、格子の離隔距離、プローブ波長、または格子ピッチを変えることによって調整することができる。
【００４７】
CGS内の格子の離間距離の調整は、前述のように作動装置を用いて達成することができる。例としては、２５マイクロメートルのピッチを有する格子および６３２．８ｎｍのプローブ波長で構成されたシステムにおいて、格子の離間距離は、ずれ距離の増加量の単位ミクロン当り最大３９ミクロンずつ増大させなければならないであろう。ほぼ２、３マイクロメートルのずれ距離の変化を達成するためには、圧電変換器（PZT）システムが適切であると思われるのに対して、精密モーター駆動台システムは、結果的にほぼ１０マイクロメータ代または１００マイクロメータ代のずれ距離の変化となる格子の離間距離の変化にとってはもっと適切であると思われる。どちらの場合でも、格子の離間距離（および、したがって、ずれ距離）の変化は、均一であるということを確実なものにするために、いくつかの補足計測（たとえば、変位変換器）が必要であろう。そのようなシステムは、ずれ距離の調整は、連続的であるという利点と、視界の全域で均一のずれ距離を維持するために格子の離間距離を均一に変化させることは難しいであろうという不利点とを有する。
【００４８】
プローブ波長を使ってのずれ距離の変更は、シャッターが付けられている両方の別個の光源を用いることによって、または波長を調整することができるレーザー（たとえば、アルゴンイオンレーザー）を用いることによって実施することができる。例として、２５マイクロメートルのピッチを有する格子および固定された格子の離間距離を用いて構成されたシステムにおいて、プローブ波長を６３２．８ｎｍから５１４ｎｍに変更することは、ずれ距離を３５．６４マイクロメートルだけ変更することになるであろう。そのようなシステムは、ずれ距離の変更を均一にすることができるという利点と、ずれ距離の不連続な変更（利用可能な光源波長に基づいて）しかできないという不利点と、干渉計の光学システムは、（設計または調整を介して）２つの波長にまったく同様に応答することができるように設計しなければならないという不利点とを有する。
【００４９】
格子のピッチを使ってCGS内のずれ距離を変えることができる場合、ガラスまたは類似の基板上に固定された線模様を有する２つの組になった透過型格子を２つの独立した干渉計経路内に用いることができる。２つの組は、２つの別個の組になった格子を有し、それぞれが異なるピッチを有する。あるいは、格子用の線模様は、調整可能な方法で電子的または光学的に生成され得る。たとえば、音響格子を用いて調整可能な格子を形成して、ずれ距離を変更することができる。
【００５０】
所与の用途向けシェアリング干渉計システムの構造は、被試験部品の電力スペクトル密度（空間周波数に対する振幅）に依存する。とりわけ、傾斜感度λ／２ωを選択し、雑音比への受容可能信号で振幅を特徴付けることができることを確実にすることができ、かつ、ずれ距離を選択し、空間周波数を特徴付けることができる（ナイキストの標本化定理に準拠している）ことを確実にすることができる。この方法で、システムを所与のタイプの試料に対して最適化することができる。最適化を実質的に構築することは、データ保存ならびに有効な計算および分析を順に容易にする最少量のデータで試料を特徴付けることができることである。
【００５１】
いくつかの実質的な制限が傾斜感度およびずれ距離の両方を選択する際に存在する場合がある。傾斜感度については、実質的な制限は、画像システムおよびプローブ波長の強度レベル分解能である場合がある。１次推測の例としては、理論的には１０ビット分解能（１０２４階調）を有するCCDアレイは、縞の２０４８分の１を解像することができる（黒から白までの強度変化は、縞の１／２を表す）。プローブ波長が６３２．８ｎｍの場合、ずれ距離の全域で解像することができる高さの最小差は、０．３１ｎｍ以下である（式１参照）。実際には、画像センサーの全動作範囲にアクセスすることは、不可能であり実行不可能である場合があり、かつ、雑音源によって確実に抽出することができる信号が制限される場合がある。画像センサーの動作範囲の最大化および／またはプローブ波長の最小化を使えば、より小さい振幅を特徴付けることができる。
【００５２】
ずれ距離（および、したがって、空間周波数応答）の選択は、いくつかの制限および相殺によって決まる場合がある。第１に、面内空間波長は、プローブ波長の約２倍より小さくすることはできない。第２に、固定サイズの画像アレイ／センサーの場合、視界は、スポット／画素サイズとともに線形的に減少する。第３に、干渉データがある試料の周辺部まわりの領域を定義している選択されたずれ距離を収集することができない。したがって、個々のずれ距離が大きくなるほど、試料の周辺部におけるデータ収集がより制限される。
【００５３】
上記のCGSおよび他の光シェアリング干渉計システムを用いて、基板上に形成されたさまざまな特徴および部品の傾斜および湾曲を直接的または間接的に計測することができる。直接計測においては、プローブビームをこれらデバイスのパターン付き頂面に直接的に送り、湾曲情報を取得することができる。表面特徴および部品およびそれらの頂面上の周辺領域は、正確に計測することができるようになめらかであり、光学的に反射性がなければならない。たとえば、いくつかの完成済み集積回路は、基板上の回路要素の上に、普通、非導電性誘電体で構成された表面不活性化層を有し、その下に横たわる回路を保護している。表面不活性化層の表面は、全体としてなめらかであり、この直接計測に対して十分反射性がある。
【００５４】
いくつかの状況では、パターン付き表面からの反射に基づく上記直接計測は、実行が困難な場合がある。たとえば、基板の表側表面上に形成されている特徴および部品またはそれらの周辺領域は、光学的に反射性がない場合がある。さらに、特徴および部品の特性およびそれらの傾斜および湾曲以外のそれらの周辺領域が著しく波面のゆがみの一因となっている場合、パターン付頂面からの反射に基づくこの直接計測の有効性および精度は、悪影響を及ぼす場合がある。なぜなら、そのような状況下の波面のゆがみは、もはや光プローブビームによって照射されている領域の全体の傾斜および湾曲の指標ではないからである。表側表面上の特徴および構成要素は、その周辺領域とは異なる特徴または構成要素の局所的な高さといった全体の傾斜および湾曲以外の要因によって、反射波面をゆがめる場合がある。これらおよび他の状況においては、特徴および構成要素の湾曲は、反対側、すなわち、基板の裏側表面のパターンなし表面上の対応する場所の湾曲計測からの干渉によって間接的に計測することができる。この間接的な計測は可能である。なぜなら、基板上に形成された不連続な特徴および構成要素内のひずみは、基板に変形を引き起こし、基板上に形成された薄膜は、基板表面の全体的な湾曲におおむね沿っている可能性があるからである。
【００５５】
特定の特徴の高さがそれらの周辺部と異なる場合、各特徴に対する反射プローブビームの波面の位相ゆがみは、少なくとも高差からもたらされた部分および湾曲からもたらされた部分を含む。裏側表面はパターンなしので、非シェアリング干渉計を含む任意の光干渉計を使って、裏側表面からの反射を処理することができる。たとえば、非シェアリングトワイマングリーンおよびマイケルソン干渉計を使って、ウエハーのパターンなし裏側表面上の光計測を取得することができる。
【００５６】
特に、パターン付き表側表面またはウエハーの頂面は、上記の位相シフトシェアリング干渉計を用いて光学的に計測することができ、パターンなし裏側表面は、シェアリングまたは非シェアリング干渉計を含む任意の干渉計を用いて光学的に計測することができる。両計測を処理しまたは相互に関連させ、パターン付き前表面の全体的計測を向上させることができる。パターンなし裏側表面からの表面情報を用いて、ウエハーの全体的な完全な表面傾斜情報を提供することができる。シェアリング干渉計から都合よく取得することができるパターン付き前側表面からの表面情報を用いて、パターン付き表側表面上の詳細な局所的表面情報を提供することができる。
【００５７】
実施においては、ウエハーの裏側表面は、ウエハー支持体によって部分的に支持してもよい。なぜなら、回路および他の微小構造といったパターン付きの前表面は、そのような支持部材の接触によって損傷を受ける恐れがあるからである。図１２は、ウエハーの裏側表面を光学的に計測するための典型的な配置を示す。裏側表面に接触しているウエハー支持体は、照射領域内に存在し、したがって、反射ビームがウエハー支持体によって占められている領域内の表面情報を取得することを部分的にさえぎるため、光計測に悪影響をおよぼす場合がある。このような影響は、望ましくなく、取り除かなければならない。
【００５８】
図１３は、ウエハーの裏側が３つのウエハー支持体によって支持されており、ウエハー支持体は、非対称方向に向けられ、別々の配向角度においてウエハーの多重計測を行うことによって全ウエハー表面上のデータの直接収集が可能になっている例を示す。任意の数の配向角度のうちの１つ内で細い支持体上にウエハーを置くハードウエアは、ここでは示されていない（このような配置および回転装置は、オートメーション産業界では普通である）。図１３は、計測領域内に３点の支持体が存在するので、ウエハーの裏側の計測は、不連続部を含む干渉模様をもたらすことをさらに示す。従来の配置においては、これらの縞は、縞模様を意味のあるデータに変換させないようにしていた。ウエハー支持体によって占められた領域内の計測を可能にする多くの技術が本明細書内に記載されている。
【００５９】
１つの実施においては、ウエハー支持体が存在しているため、縞の不連続部を横切って縞模様を効果的に補間するために補間アルゴリズムが用いられている。補間された縞周辺部は、標準干渉処理アルゴリズムで用いることができる推測された縞の計算を可能にする。これらの推測された縞を発生させるために用いられるアルゴリズムは、線形補間、スプライン補間、高次補間多項式、および空間フィルタおよび多くの前述の技術の１つを用いているいくつかのアルゴリズムを用いることができる。空間フィルタ係数は、半導体およびＭＥＭの製造処理によって生じたウエハー変形上の実験データおよび理論的データを分析することによって引き出すことができる。
【００６０】
いったん補間が完了すると、装置を駆動するソフトウエアもまた、空間周波数分に基づいた結果の推測された縞、およびウエハー上の他の縞との均一性について「センスチェック」を実行する。
【００６１】
多くの場合、これらのアルゴリズムは、干渉縞データをウエハー形状、傾斜、湾曲、およびひずみについての意味のある情報に処理する計算を十分可能にするはずである。しかしながら、より高レベルの計算分解能が要求される場合、装置は、多重配向角度においてウエハーの裏側の計測を行うことになる。そのとき、装置は、均一性のために多重画像を比較し、一方の画像から欠けているデータ（すなわち、支持体によって覆われたウエハー上の部分）を他方の画像からのデータ（すなわち、別の配向で取得された画像、この画像内では、支持ピンによって覆われた前の画像内のウエハーの任意の部分は、もはや覆われていない）を用いて埋める。この計算を実行するアルゴリズムは、簡単明瞭である。
【００６２】
装置は、また、プローブ波面には実質的に不可視である透明なレンズ質の支持ピンを用いることもできる。これらの支持アームおよびピンは、機械特性をもつクウォーツから機械加工され、複雑なラッピング工程を経て研磨される。
【００６３】
２、３の実施のみを記載している。しかしながら、変更および拡張が可能であることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質上均一な波面を有する光プローブビームを被計測表面の上へ照射して、前記表面によって引き起こされるゆがんだ波面を有する新しい光ビームを生成させ、
前記新しい光ビームを光シェアリング干渉計の中に向けて、前記ゆがんだ波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記ゆがんだ波面の別のレプリカとの間の光干渉模様を取得し、
前記ずれ距離を調整して、別のずれ距離で光干渉模様を取得し、
別のずれ距離で前記干渉模様を処理して、前記被計測表面に関する情報を抽出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記表面の光反射を用いて、前記新しい光ビームを生成させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記表面の光の透過を用いて、前記新しい光ビームを生成させることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
さらに、前記光干渉計としてコヒーレントグラディエントセンシングシステム（CGS）干渉計を用いることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
さらに、２つの異なるずれ距離を有する２つの干渉模様を引き算し、前記２つの異なるずれ距離の間の差に等しい新しいずれ距離に対応する識別干渉模様を出現させることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
さらに、前記新しいずれ距離を選択して、前記光プローブビームのビームサイズにすることを特徴とする方法。
【請求項７】
ウエハーのウエハー表面上に化学的機械研磨（CMP）を実施し、
前記CMP中に、実質上均一な波面を有する光プローブビームを前記ウエハー表面の上に照射し、前記ウエハー表面によって引き起こされるゆがんだ波面を有する新しい光ビームを生成させ、
前記新しい光ビームを光シェアリング干渉計の中に向けて、前記ゆがんだ波面と、ずれ距離によって空間的にシフトされている前記ゆがんだ波面の別のレプリカとの間の光干渉模様を取得し、
前記ずれ距離を調整して、別のずれ距離で光干渉模様を取得し、
別のずれ距離で前記干渉模様を処理して、前記ウエハー表面上の表面微細構造の情報を抽出し、
前記抽出された情報を用いて、前記CMP内の操作パラメータを制御する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPのスラリー流速を変更することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPの研磨パッド圧力を変更することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPの研磨パッド速度を変更することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて前記CMPのスラリー配合組成を変更することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、
さらに、前記抽出された情報に応じて研磨パッド剛性を変更することを特徴とする方法。
【外国語明細書】
2010249837000001.pdf
2010249837000002.pdf
2010249837000003.pdf
2010249837000004.pdf